[實用新型]便攜式燃料電池系統

無效

• 申請號: 200720149696.X
• 申請日: 2007-06-19
• 公開（公告）號: CN201072787Y
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 李洲鵬;劉賓虹;肖鋼;侯曉峰
• 申請（專利權）人: 漢能科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及便攜式燃料電池系統。特別涉及燃料電池的供氫系統。

背景技術

燃料電池(Fuel?Cell，FC)是一種在常溫(0～80℃)下就能直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效(50～80％)、無污染地轉化為電能的發電裝置，可以被看作是一種沒有燃燒過程的原動機。FC的發電原理與化學電源一樣，電極提供電子轉移的場所，陽極催化燃料的反應就像氫的氧化過程，陰極催化氧化劑的反應就像氧的還原過程；導電離子在將陰陽極分開的電解質內遷移，電子通過外電路作功并構成電的回路。

燃料電池種類繁多，包括堿性燃料電池、質子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池(SOFC)等等，在這些燃料電池中，最有發展潛力的類型是質子交換膜燃料電池，它擁有許多特點：如可代替充電電池，是汽車和家庭應用的理想能源；能在較低的溫度下工作，可在嚴寒條件下迅速啟動；電力密度較高，因此體積相對較小；工作效率很高，并能快速地根據用電的需求而改變其輸出。本發明就是針對質子交換膜燃料電池而創造的一種便攜式燃料電池系統。

給質子交換膜燃料電池供氫的氫源往往是甲醇、高壓氣態氫、低溫液態氫等，使用這些傳統氫源時常出現流程復雜，產氫速度不可控，使用和攜帶不方便等問題。其中，使用甲醇供氫的方法又被稱作直接甲醇燃料電池。這種直接甲醇燃料電池不再從甲醇中提取氫作為燃料，而是直接用液態甲醇作燃料，雖然作為可移動電子設備的電源有很大發展潛力，但也存在電池功率低，只能用于耗電少且平穩的設備中等缺點。

發明內容：

本發明為了解決燃料電池中使用這些傳統氫源時出現流程復雜，產氫速度不可控，使用和攜帶不方便等問題，以硼氫化鈉水解反應產生的氫氣為氫源，供給離子交換膜燃料電池電堆作為燃料，由離子交換膜燃料電池電堆發電產生電能。

硼氫化鈉的水解反應如下：

NaBH₄+2H₂O→4H₂+NaBO₂

硼氫化鈉是由天然礦物硼砂為原料制成的高含氫化學氫化物，溶于水形成液態儲氫材料，沒有自燃、爆炸的危險。硼氫化鈉在空氣中較穩定，通過催化水解反應能在常溫及低溫下迅速放出全部氫氣，啟動時間短。最低放氫溫度可達-40℃。由于硼氫化合物水解反應是放熱反應，隨著反應的進行，將自動加熱燃料，從而提高放氫速度。但產氫溫度卻不會高于水的沸點(100℃)，非常適合于在惡劣環境中作為燃料電池的氫源。所釋放的氫氣不含一氧化碳等雜質，只含有少量水分，是一種不需額外加濕的純凈氫氣，可直接供給離子交換膜燃料電池電堆作為燃料。使用后的燃料可通過再生進行循環利用，不會對環境造成傷害。

與傳統化學氫化物的改質相比(甲烷，甲醇等)，硼氫化鈉產氫流程簡單，系統簡單，產氫速度可調，產氫溫度范圍廣，并可在低溫狀態下產氫。可采用裝卸燃料盒的方法，大大延長燃料電池的工作時間。在野外，可以使用海水、河水、溪水、雪水等水源作為硼氫化鈉水解產氫的原料，在極端情況下甚至可以使用尿液作為水源。所以硼氫化鈉是一種特別適合于野外，在極度惡劣的環境下也能為燃料電池供氫的理想儲氫介質。

本發明可實現按需供電模式，供氫系統與燃料電池可分離，盡可能小型化。

本發明涉及的燃料電池系統可適用于小型電站、便攜式移動電源、戶外休閑、野外作業、機器人、電動自行車、電動輪椅車以及應急電源等。

本發明涉及的燃料電池系統包括以下幾個部分：硼氫化鈉氫發生系統、直流穩壓器、直流交流逆變器、離子交換膜燃料電池電堆、風機以及開關、管道和閥門。由硼氫化鈉氫發生系統產生氫氣供給離子交換膜燃料電池電堆的陽極、由風機將空氣中的氧供給離子交換膜燃料電池電堆的陰極，所需的電力來源于燃料電池電堆。因為電堆的陰極在停機狀態總是與空氣接觸的，一旦氫氣進入電堆的陽極，電堆電壓就會升高從而達到啟動風機所需的額定電壓而驅動風機。風機啟動后，提供更多的空氣進入電堆陰極使得電堆電壓進一步升高，從而使燃料電池達到額定電壓，完成燃料電池系統的冷啟動。

1.硼氫化鈉氫發生系統

硼氫化鈉氫發生系統由燃料罐、氫發生反應器、過濾器組成。