[發明專利]一種基于鋁合金/硼氫化物水解反應的微型制氫系統及制氫方法

有效

• 申請號: 201210357701.1
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102910582A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 范美強;王禹;陳達;田光磊;舒康穎
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: C01B3/08
• 分類號: C01B3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于氫的制造與儲存技術，尤其涉及一種基于鋁合金/硼氫化物水解反應的微型制氫系統及制氫方法。

背景技術

隨著全球環境和能源問題的日益突出，汽車節能和減少有害排放的研究受到了空前重視。由于氫氣的熱值142.35kJ/g是汽油的2.8倍、煤的4倍，并且氫氣的燃燒和電化學反應的產物均為水，因此氫氣被認為是未來最具潛力的、低碳高效的能源載體。作為氫能利用的最佳方式之一，燃料電池近年來取得了飛速的發展。燃料電池是汽車等交通工具的理想動力來源，也可作為便攜電源、小型移動電源領域提供電源。而燃料電池要在這些領域得到廣泛的應用，仍面臨著安全儲氫方法的選擇問題。傳統的儲氫方法如高壓儲氫、合金儲氫等存在儲氫效率低、工藝設備復雜等缺點，無法滿足燃料電池的實際需求。

微型制氫系統是解決燃料電池氫氣來源的有效途徑。該方法主要是把燃料如硼氫化物、金屬儲存在制氫系統內，通過水解反應產生氫氣并供給燃料電池，實現隨時制氫、供氫，解決了氫氣的儲存以及運輸過程中的安全問題。鋁/硼氫化物(NaBH₄和BH₃NH₃等)體系具有含氫量高、無污染、反應溫和可控等優點，廣受國內外科研人員的關注。Evgen[S.Evgeny，D.Victor，V.Arvind.Combustion?of?novel?chemical?mixtures?for?hydrogen?generation.Int.J.Hydrogen?Energy?2007，32：207-211]利用納米鋁/硼氫化鈉體系協同制氫，通過鋁水解釋放的熱量提高硼氫化鈉水解動力學，當納米鋁/硼氫化鈉的質量比為1∶1時，可產生6.7wt％的氫。沈陽金屬所王平[H.B?Dai，G.L?Ma，P.Wang.Hydrogen?generation?from?coupling?reactions?of?sodium?borohydride?and?aluminum?powder?with?aqueous?solution?of?cobalt?chloride.Catalysi?s?Today?2011，170：50-55]利用鋁/硼氫化鈉/氫氧化鈉/氯化鈷水溶液混合體系制氫，最優成分在2-3分鐘可實現獲得5.4wt％的儲氫值，轉化效率達到91％。但是，在實際應用中，鋁/硼氫化物水解產生的大量熱量和不溶性物質，導致水解產物結塊粘附在鋁合金表面，阻止了反應的持續進行。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明旨在提供一種滿足鋁合金/硼氫化物水解反應的微型制氫系統及制氫方法，該系統具有成本低廉、制備的氫氣純度高、反應物水解完全、水解速率可控等特點，適合便攜式制氫。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于鋁合金/硼氫化物體系水解反應的微型制氫系統，包括制氫發生器、儲液罐、輸液泵和輸液管道；制氫發生器為圓柱空心體，包括罐體和蓋體；罐體包括反應室和儲氫室；制氫發生器外圍包覆長方體儲液罐；儲液罐內壁和制氫發生器外壁的間距為5～30cm；制氫發生器高于儲液罐5～10cm；儲液罐頂端設置進口，底端設置出口，底端出口經輸液管、輸液泵、輸液管連接制氫發生器進口輸液管；制氫發生器進口輸液管與制氫發生器罐體等高；制氫發生器進口輸液管頂端密封，離頂端0～0.5cm處有一個氣孔，連接制氫發生器儲氫室；離制氫發生器進口輸液管頂端1～4cm處有一個輸液控制閥；輸液控制閥為兩個等同的實心三角錐相連，輸液控制閥上部和下部分別設置正立空心三角錐和倒立空心三角錐，所有三角錐的形狀和體積相同；輸液控制閥上部的正立空心三角錐和輸液控制閥下部的倒立空心三角錐間距為1～3cm，在其中間距離有一小孔并經不銹鋼管進入制氫發生器反應區，不銹鋼管向下傾斜與水平呈5～150環繞制氫發生器內壁，并焊接在制氫發生器內壁上；不銹鋼管底部均勻分布圓形、細小的灑水口；在不銹鋼管正上方0.5～2cm設置氣液分離膜；分離膜將罐體分為反應室和儲氫室；儲氫室內壁直徑小于反應室內壁直徑1～3cm，并在儲氫室內壁與反應室內壁之間，環繞儲氫室焊接均勻分布的4根立柱；立柱穿透分離膜，立柱的直徑在0.1～0.3cm之間，高度在0.5～1.5cm之間；分離膜在立柱上可自由移動；在不銹鋼管正下方10～30cm對稱設置2個開口朝上的圓臺；蓋體中間有出氣孔，連接輸氣管，輸氣管端連接氣壓閥；罐體與蓋體周圍均勻分布圓孔，經聚四氟墊片、法蘭固定密封。