[發明專利]一種產生和儲存氫氣的方法和裝置

無效

• 申請號: 201010256747.5
• 申請日: 2010-08-19
• 公開（公告）號: CN102376964A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 顧志軍;楊正;林繼青
• 申請（專利權）人: 上海清能燃料電池技術有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及用來產生和儲存氫氣、特別是用于為燃料電池提供氫氣源的方法和裝置，所述方法包括以下步驟：在PEM電解電池中產生氫氣，將所述氫氣輸送到金屬氫化物儲器，對所述金屬氫化物儲器供應氫氣。?

背景技術

使用金屬氫化物，例如基于分別具有AB2或AB5結構的LaNi或TiZr的合金進行儲氫的方法是一種人們已知的用來為燃料電池之類的消耗裝置提供氫氣源的方法。但是，金屬氫化物對液態水或蒸氣態的水都極為敏感。通過電解產生的氫氣通常都含有一部分的水，必須先除去這些水，然后才能將所述氫氣輸送到金屬氫化物儲器。?

例如從美國專利第US?5,964,089號的圖3了解到，可以使用液態水分離器、冷凝盤管和化學干燥器來除去所述一部分的水。為了完全地除去任何液體，這些元件需要具有寬大的尺寸。本發明的一個目的是以更簡單更節省空間的方式實現接近完全的去除。?

發明內容

為此，本發明方法的特征是首先在至少1兆帕絕對壓力的第一壓力下輸送氫氣，在下文中所有的壓力數據均為絕對壓力，然后使用壓力調節裝置將壓力降低到指定的小于所述第一壓力的第二壓力，所述第二壓力是施加于所述金屬氫化物儲器的供給壓力。另外，本發明的裝置包括PEM電解電池、金屬氫化物氫氣儲器和連接這些元件的導管，該裝置的特征是，所述壓力調節裝置與所述導管結合成為整體。?

本發明基于以下現象：飽和水蒸氣分壓取決于溫度，但是如果包含水蒸氣的混合物的氣壓增大，飽和水蒸氣分壓大體保持恒定。在電解的時候，有可能通過控制電壓之類的參數，直接在電極處，在高壓條件下產生氫氣，特別是當使用聚合物電解質薄膜(PEM)電解電池的時候尤為如此。通常的電解溫度為60℃，于是乎，如果在大約0.1兆帕壓力下產生氫氣，則對于100個氣體分子，其中包含20個水分子，如果在大約1兆帕的壓力下產生氫氣，則對于100個氣體分子，包含2個水分子。另一方面，在開始充氣的時候，所述金屬氫化物氫氣儲器的反壓約為0.1千帕，該反壓會在充氣過程中增大。如果輸送入所述金屬氫化物儲器的氫氣-水混合物是在0.1兆帕條件下生成的，則所述金屬氫化物很快就會被破壞。?

第一壓力下的氣體混合物優選缺少水分子，無論該氣體混合物是在高壓條件下生成的或者是后來進行的壓縮，而在第二壓力下，即儲器的反壓之下，該氣體混合物仍然利用了該低水分子含量。?

可以有益地添加其它的脫水裝置，例如化學吸收器形式的水蒸氣分離器。由于PEM電解電池產生的?水蒸氣總量很少，因此更換所述化學吸收器的時間間隔很長。另外，還可以整體化地采用液態水分離器，例如冷凝器，其通過將水分冷卻至等于或低于常溫的溫度而發揮作用。由于采用的高的第一壓力，使得水分含量很低，因此由于結冰造成系統堵塞的風險可以忽略不計。所述液態水分離器具有氣體收集區和液體收集區，液體收集區包括用來控制液體排放裝置的液面傳感器，所述液體排放裝置包括減壓器和閥門。可以將收集的液體排掉或者再循環到一個或多個電解池中。由此可以保證連續操作。?

根據本發明，所述壓力調節裝置，特別是減壓閥，可以優選地是一種壓力保持閥，該壓力保持閥將其入口側的壓力保持在至少1兆帕的第一壓力，與其出口側的第二壓力實際上無關。?

另外，整體化設置了位于所述PEM電解電池和所述壓力調節裝置之間的第一壓敏開關作為安全裝置，以檢查PEM電解電池是否產生了特定的最低壓力；如果未產生所述特定的最低壓力，則認為系統出現故障，關閉整個系統。整體化設置位于所述壓力調節裝置和金屬氫化物儲器之間的第二壓敏開關，當達到所述儲器的特定背壓的時候，關停電解，所述特定的背壓取決于充氣水平。?

附圖說明

結合附圖，通過以下關于優選實施方式的描述，可以清楚地了解本發明的上述目的、特征和優點和其它的目的、特征和優點。?

圖1顯示了本發明的原理。?

圖2顯示本發明一個實施方式的方塊圖。?

圖3顯示壓力調節閥的剖面圖。?

優選實施方式詳述?

根據圖1，在PEM電解池1的層疊堆中(圖中為了簡化起見顯示了單個電解池)，陰極室2和陽極室3被聚合物電解質薄膜(PEM)4分隔。向所述陽極室3中加入操作用水。所述室包括提供有直流電的電極，由此在室3內的陽極處產生氧氣，在室2內的陰極處產生氫氣，氫氣是電解池1有用的產物。氫氣在至少1兆帕、優選2.5-4兆帕的壓力下生成，在此壓力下，極少會有水蒸氣隨著氫氣一起逸出。在此情況下，陰極室2中極少會出現雜質水分。?