[发明专利]适用于移动式氢燃料电池的在线制氢-供氢系统及方法

说明书

一种适用于移动式氢燃料电池的在线制氢‑供氢系统及方法，系统中氨硼烷在氢气发生装置中发生催化醇解产氢，通过氢气输出管路进入洗气装置，去除产物氢气中少量NH₃和醇杂质；干燥装置干燥后通过调压稳压装置进入氢气储存罐，氢气储存罐可控地将氢气送入氢燃料电池产电；产氢废液进入废液蓄集箱，利用系统中的废热实现醇液的汽化回收与循环利用；氢气发生装置设置产氢启停和速率调控功能，便捷切换。所述系统使加氢站‑储氢瓶的用氢模式转变为在线制氢‑供氢模式，节约了氢气储运成本；所述制氢方法为氨硼烷醇解产氢技术，无需额外热源，实现了最大产氢效率和低温适用性，可在0℃以下的场景应用，系统自动化程度高，具有较好的环境和经济效益。

技术领域

本发明属于移动式氢燃料电池电动车辆领域，具体涉及一种移动式氢燃料电池在线制氢-供氢的系统和方法。

背景技术

全球能源转型的基本趋势是实现化石燃料能源体系向低碳能源体系的转变，最终进入清洁无碳能源及可再生能源体系为主的时代。随着全球环境污染加剧及能源利用技术的发展，清洁能源氢能的开发利用优势逐渐凸显。特斯拉、丰田、大众、东风、比亚迪、长安等各大汽车企业均开始布局氢燃料电池电动汽车，并有示范车型出产。车用氢燃料电池的规模化应用首要解决氢燃料的运输及车载存储问题，也是目前亟待解决的瓶颈技术。目前采用的加氢站-储氢瓶的氢燃料运输及车载存储模式需要大量的基础设施投入，且氢气具有难以液化，爆炸极限浓度低等特征，安全性较差。

车载在线制氢是解决氢燃料运输及车载存储问题的新颖方案。目前的制氢技术有水电解法制氢、水光解制氢、氨分解法制氢、碳氢燃料重整制氢、铝-水反应制氢、硼氢化钠水解制氢等。然而，水电解法制氢需要消耗大量的电能；水光解制氢技术产氢效率极低；氨分解法制氢、碳氢燃料重整制氢均需要配置外部热源，配套相应的加温加压设施；铝-水反应制氢技术具有氢源储氢密度低，反应过程强放热造成热失控等缺点；硼氢化钠水解制氢技术中硼氢化钠材料储氢密度相对较低且具有强还原性，有毒，潮湿空气中稳定性差等缺点。这些缺点限制了它们在移动式供氢场所的应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前的加氢站-储氢瓶的氢燃料运输及车载存储模式经济性、安全性不佳及现有制氢-供氢技术便捷性差的弊端。提出一种适合于移动式氢燃料电池且体积小、结构简单和运行可靠性强的移动式制氢-供氢系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：使用固态储氢材料车载储氢-制氢模式替换传统的加氢站-储氢瓶的氢燃料供给模式，通过采用高效、高使用经济性的催化剂及制氢系统的优化设计，实现氨硼烷快速、可控醇解产氢，满足移动式氢燃料电池的在线供氢需求。其具体方案：

一种适用于移动式氢燃料电池的在线制-供氢系统包括氨硼烷储存箱、醇液储存箱、氢气发生装置、洗气装置、气体干燥装置、调压稳压装置、氢气储存罐和废液蓄集浓缩装置等。氨硼烷在氢气发生装置中发生催化醇解产氢反应，产出氢气，通过氢气输出管路进入洗气装置，去除产物氢气中少量NH₃和醇杂质，然后通过气体干燥装置，获得干燥的氢气，再然后通过调压稳压装置进入氢气储存罐，氢气储存罐具备临时氢气可控储存功能，氢气最终通入氢燃料电池产电使用。

本发明一种适用于移动式氢燃料电池的在线制氢-供氢系统及方法可以采用以下技术措施进一步实现。

所述的移动式氢燃料电池的在线制氢-供氢系统，其特点是：所述的氨硼烷储存箱为封闭式且带有一定隔热功能的罐体，其内部表面涂覆一层耐酸、碱腐蚀的非金属材料。所述氨硼烷储存箱的顶部设置有加料口，其底部设置有出料口，出料口受氨硼烷进料阀控制启闭。所述氨硼烷储存箱的顶部还设置有第一安全排放阀，保证其始终处在安全压力范围。

固态储氢材料氨硼烷被压制或黏合成光滑且具有一定流动性的颗粒小球形状，氨硼烷颗粒球依靠自身重力和氨硼烷进料阀的启闭能实现由出料口可控的进入位于氨硼烷储存箱下方的氢气发生装置。所述的醇液采用的是低碳醇：液态甲醇或乙醇或二者混合物。