[發(fā)明專利]用于產(chǎn)生氫氣的裝置、包含該裝置的設(shè)備及它們的用途

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210004343.6
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102923651A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱利奧·桑西;弗朗西斯科·維扎;喬納森·菲利皮;安德里亞·馬爾基翁尼;克勞迪奧·比安基尼
• 申請（專利權(quán)）人: 武蓋斯·布魯斯托爾公司
• 主分類號: C01B3/06
• 分類號: C01B3/06;H01M8/06
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 武晶晶;鄭霞

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)氫氣的裝置的領(lǐng)域和利用此類裝置的設(shè)備的領(lǐng)域。

技術(shù)發(fā)展水平

使用金屬硼氫化物特別是硼氫化鈉(NaBH₄，四氫硼酸鈉)通過水性水解生產(chǎn)氫氣氣體是一種已廣泛研究的眾所周知的方法。近期的科學(xué)文章詳盡地描述了從硼氫化鈉水溶液催化產(chǎn)生氫氣的技術(shù)發(fā)展水平、所采用的催化劑的技術(shù)發(fā)展水平以及所生產(chǎn)的氫氣氣體的用途的技術(shù)發(fā)展水平(U.B.Demirci等人Fuel?Cells?2010，10(第3期)，335)。除了氫氣氣體以外，水解反應(yīng)(1)得到偏硼酸鈉(NaBO₂)，其是具有許多工業(yè)應(yīng)用的可再循環(huán)的產(chǎn)物。

NaBH_4(水溶液)+2H₂O→NaBO_2(水溶液)+4H₂↑+熱(300kJ)??(1)

反應(yīng)(1)是一個自發(fā)的且放熱的過程，該過程對于實(shí)際利用來說，必須借助適宜的催化劑加速，所述適宜的催化劑一般基于精細(xì)分散的過渡金屬。反應(yīng)(1)的催化劑包括貴金屬鹽(Pt、Rh、Ir、Ru)、非貴金屬鹽(Mn、Fe、Co、Ni、Cu)、Co或Ni的金屬硼化物、呈納米結(jié)構(gòu)或微觀結(jié)構(gòu)粉末的或在金屬氧化物或多孔碳上負(fù)載的0氧化態(tài)金屬。近期文獻(xiàn)的研討(U.B.Demirci等人Fuel?Cells?2010，10(第3期)，335)顯示硼化鈷(CoB)、鈷-硼化鈷(Co-CoB)以及鎳-硼化鈷(Ni-CoB)如何組合了優(yōu)異的催化活性，高達(dá)11L?H₂min^-1g^-1(H.B.Dai等人J.Power?Sources?2007，177，17；Wu等人Mat.Letters?2005，59，1748)，具有低成本和通過磁吸引從反應(yīng)混合物中分離的可能性。

如反應(yīng)(1)所示，一摩爾NaBH₄的水解理論上得到四摩爾的氫氣并消耗兩摩爾的水，這兩摩爾的水負(fù)責(zé)生產(chǎn)兩摩爾的氫氣。因此說反應(yīng)(1)的氫氣由NaBH₄-H₂O系統(tǒng)產(chǎn)生是正確的。在實(shí)際情況下，由于形成偏硼酸鈉的水合鹽(其溶解度(在25℃在100g?H₂O中28g)低于NaBH₄的溶解度(在100g?H₂O中55g))，對于每摩爾NaBH₄，反應(yīng)(1)消耗多于兩摩爾的水。因此，為避免溶液中沉淀的NaBO₂可能使反應(yīng)(1)的催化劑失活，結(jié)果減少氫氣生產(chǎn)，使用100g水中低于16g的初始NaBH4濃度是合適的。對于NaBH₄-H₂O系統(tǒng)以受控方式產(chǎn)生氫氣的實(shí)際應(yīng)用來說，由于反應(yīng)(1)的熱力學(xué)自發(fā)性，還必須考慮NaBH₄溶液隨時間的穩(wěn)定性。為此目的通常采用堿金屬氫氧化物，一般是氫氧化鈉或氫氧化鉀(NaOH或KOH)。確實(shí)，NaBH₄溶液在堿性環(huán)境中更穩(wěn)定，且半衰期取決于pH值和溫度(等式2)(V.G.Minkina等人Russ.J.Appl.Chem.2008，81，380)。

log(t_1/2)＝pH-(0.034T-1.92)其中T＝K(2)

近期研究(B.H.Liu等人Thermochim.Acta?2008，471，103)已表明在大約750mL水中溶解150g的NaBH₄(3.9摩爾)和100g的NaOH(約2.5摩爾)達(dá)到NaBH₄-H₂O-NaOH系統(tǒng)的最佳穩(wěn)定。鑒于以上所述內(nèi)容，NaBH₄的水溶液的重量儲氫容量(Gravimetric?Hydrogen?Storage?Capacity，GHSC)不能遠(yuǎn)高于3wt％，該值(3wt％)大大差于由美國能源部(DOE)為NaBH₄用作汽車應(yīng)用的車載氫氣產(chǎn)生的材料所推薦的值。然而，這個GHSC值對于供應(yīng)基于高達(dá)幾百瓦的燃料電池堆的電力發(fā)生器是可接受的。最近，已宣告用通過NaBH₄水溶液的水解產(chǎn)生的氫氣作燃料且能夠供應(yīng)高達(dá)50W電力的便攜式電力發(fā)生器的商業(yè)化(Horizon的Hydropak，www.horizonfuelcell.com)。