[發(fā)明專利]一種電化學(xué)合成硼氫化物的工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710201957.2
• 申請(qǐng)日: 2007-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101407919A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖鋼;侯曉峰;李洲鵬;劉賓虹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 漢能科技有限公司
• 主分類號(hào): C25B1/00
• 分類號(hào): C25B1/00;C01B6/21
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電化學(xué)合成工藝，具體的講涉及一種電化學(xué)合成硼氫化物的工藝，屬于燃料電池氫源領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)今，燃料電池備受各國(guó)重視，被認(rèn)為是21世紀(jì)首選的高效、清潔的發(fā)電裝置，目前，限制燃料電池發(fā)展的主要問(wèn)題是氫的儲(chǔ)存，常用的儲(chǔ)氫方式儲(chǔ)氫能量較低。硼氫化物是一種高儲(chǔ)氫含量的材料，既能催化水解釋放氫氣作為高容量、高純氫源材料，又可直接通過(guò)電化學(xué)方式作為高容量負(fù)極材料。

近來(lái)，美國(guó)的chryler?group和日本的H-Gene?Tech.Alliance正在開(kāi)發(fā)以堿金屬硼氫化合物為燃料的新型燃料電池，其原理為：

硼氫化物是在1942年由Schlesinger等人首次合成的。由于它在含硼高能燃料、造紙及紡織工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，使之在50年代末期先后在歐、美等國(guó)投入工業(yè)化生產(chǎn)。

目前，工業(yè)上合成硼氫化物主要采用傳統(tǒng)的合成方法包括硼酸酯法(亦稱Schlesinger法)及硼砂法(亦稱Bayer法)，硼酸酯法是用氣相硼酸三甲酯與氫化鈉反應(yīng)生成硼氫化物，由于反應(yīng)時(shí)放熱較多，控溫比較困難；而硼砂法需在較高的壓力下才能獲得較高的轉(zhuǎn)化率。

近幾年，國(guó)外還開(kāi)發(fā)了通過(guò)加入還原劑方法制備硼氫化物的工藝，此類反應(yīng)一般需要在高溫下進(jìn)行，另外，還需要保持一定的高壓。

美國(guó)學(xué)者Cooper在US3734842中公開(kāi)了一種電解法合成硼氫化物的工藝，其不需要加入還原劑，降低了生產(chǎn)成本，但是該工藝反應(yīng)速率慢，電流效率低，沒(méi)有循環(huán)再利用。公開(kāi)號(hào)為CN1239748C的中國(guó)專利公開(kāi)了一種硼氫化物燃料循環(huán)再利用的制備方法，通過(guò)采用電解法使硼氫化物分解生成氫氣的副產(chǎn)品偏硼酸鹽，重新再生成硼氫化物。但是，該工藝反應(yīng)速率較慢，并且采用鈦合金作為陽(yáng)極材料，造價(jià)昂貴。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低廉、反應(yīng)速率快、產(chǎn)率高并且連續(xù)循環(huán)的新型電化學(xué)合成硼氫化物的工藝。

其具體技術(shù)方案如下：一種電化學(xué)合成硼氫化物的工藝，包括以下步驟：向陰極室上部的加料口依次加入重量比為1-4∶1的MBO₂溶液和MAlO₂溶液，同時(shí)從氫氣入口處通過(guò)管道向陰極室通入氫氣，在溫度為400℃-600℃，電壓為1.8V-5V時(shí)反應(yīng)1h-2h制得硼氫化物，殘余氫氣通過(guò)所述氫氣出口導(dǎo)出，通過(guò)管道和增壓泵后進(jìn)入連接氫氣進(jìn)口與陰極內(nèi)部的管道中。

所述的MBO₂溶液和MAlO₂溶液的重量比優(yōu)選2-3∶1。

所述的反應(yīng)溫度優(yōu)選為450℃-550℃，所述的反應(yīng)電壓優(yōu)選為3.0V-4.0V，所述的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選1.2h-1.8h。

所述陰極室和陽(yáng)極室中還包括：熔融電解質(zhì)和助熔劑，其中所述熔融電解質(zhì)可以為M₃AlF₆，M₇B₃O₈中的一種或兩種，所述助熔劑可以為MAlF₄(SAF)、AlF₃或CaF₂中的一種或幾種的混合物，其中M為堿金屬陽(yáng)離子。

電解反應(yīng)時(shí)，封閉所述MBO₂和MAlO₂的加料口，防止因反應(yīng)劇烈，導(dǎo)致電解液外溢。

本發(fā)明電化學(xué)合成硼氫化物的原理為：通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)在陰極上產(chǎn)生中間物質(zhì)-金屬鋁，然后鋁與氫氣及熔融電解液中的3MBO₂·2M₂O發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成MBH₄和MAlO₂，MAlO₂則由陰極電化學(xué)反應(yīng)重新生成金屬鋁而構(gòu)成反應(yīng)循環(huán)。陰極電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的O^2-則在電場(chǎng)力的作用下由陰極向陽(yáng)極移動(dòng)，在石墨陽(yáng)極上將O^2-氧化成氧氣，由陽(yáng)極室的氧氣出口導(dǎo)出。氧氣也會(huì)和陽(yáng)極材料石墨發(fā)生反應(yīng)而生成二氧化碳：O₂+C＝CO₂，因而由所述陽(yáng)極室氧氣出口導(dǎo)出的氣體中還包含有CO₂。

本發(fā)明的主要化學(xué)反應(yīng)為：

陰極電化學(xué)反應(yīng)：4MAlO₂+12e＝4Al+4M⁺+8O^2-

陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)：6O^2-＝3O₂+12e