[發(fā)明專利]一種基于甲醇和水重整制備燃料電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611179408.5
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN108206289B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中氫新能技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/0612;H01M8/0662;H01M8/1007
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于甲醇和水重整制備燃料電池，其特征在于：包含蒸發(fā)室，所述蒸發(fā)室內(nèi)設(shè)有蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)室與重整室相連，所述重整室通過微通道與高溫燃料電池電堆相連，所述高溫燃料電池電堆設(shè)有陽極和陰極，所述的陽極和陰極之間設(shè)有質(zhì)子膜，所述陽極處設(shè)有催化劑；

所述蒸發(fā)室將一定比率的甲醇和水的混合液蒸發(fā)，然后甲醇和水的蒸汽導(dǎo)入重整室內(nèi)，重整為H₂和CO₂；再通過刻畫于電極板上的微型通道將H₂、CO₂、微量CO、水蒸氣混合氣體導(dǎo)入高溫燃料電池電堆；在高溫燃料電池電堆內(nèi)，氫氣在陽極碰到催化劑，分離成電子和質(zhì)子，質(zhì)子透過質(zhì)子膜PEM，與陰極的氧氣及電子結(jié)合生成水蒸汽，電子從陽極經(jīng)外部電路回到陰極的過程形成了直流電，對外供能；同時(shí)高溫燃料電池電堆產(chǎn)生的熱量通過熱交換器返回供應(yīng)蒸發(fā)器，為甲醇水的蒸發(fā)提供持續(xù)的供能；

所述高溫燃料電池電堆與所述氧化室相連，在高溫燃料電池電堆中未反應(yīng)完全的H₂和CO₂進(jìn)入氧化室氧化，排出潔凈的H₂O和CO₂尾氣；氧化室中反應(yīng)產(chǎn)生的熱量通過熱交換器供應(yīng)甲醇水蒸氣重整室需要的能量；

所述蒸發(fā)器設(shè)有甲醇水溶液進(jìn)料口，所述蒸發(fā)器內(nèi)部從進(jìn)口起依次設(shè)有多層蒸發(fā)板，每層所述蒸發(fā)板上開有板孔，蒸發(fā)后的甲醇和水混合蒸汽通過蒸發(fā)板的板孔進(jìn)入與所述蒸發(fā)室緊密相連的重整室；

所述重整室與所述蒸發(fā)室緊密連接，所述重整室設(shè)有氣體出料口，重整后的H₂、CO₂、微量CO、水蒸氣通過電極板上刻畫的微型通道進(jìn)入所述高溫電池電堆進(jìn)行反應(yīng)；所述重整室內(nèi)由入口到出口依次設(shè)有帶有催化劑的金屬載體，所述金屬載體為銅鋅基材制作的多孔板，表面涂覆催化劑；

所述高溫燃料電池電堆由若干單電池板組成，所述單電池板為7層結(jié)構(gòu)從左到右依次為陽極板、陽極擴(kuò)散層、陽極催化層、質(zhì)子交換膜、陰極催化層、陰極擴(kuò)散層、陰極板，不同數(shù)量的單電池壓制成不同功率的電堆；該燃料電池溫度控制在150-200攝氏度之間，屬于高溫燃料電池；氫氣經(jīng)由極板流場進(jìn)入陽極擴(kuò)散層，經(jīng)催化反應(yīng)電離生成H⁺和電子，H⁺經(jīng)質(zhì)子交換膜傳遞至電池陰極側(cè)，產(chǎn)生的電子由導(dǎo)電物質(zhì)，經(jīng)外電路送至陰極；與此同時(shí)，氧氣經(jīng)由陰極板流場進(jìn)入陰極擴(kuò)散層，在陰極催化層中與陽極生成并傳遞至電池陰極側(cè)的H⁺及電子反應(yīng)生成水；反應(yīng)生成的水通過電極隨反應(yīng)尾氣排入氧化室；高溫電堆反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量，通過熱交換器導(dǎo)回蒸發(fā)室為甲醇水蒸發(fā)提供能量；

所述氧化室設(shè)有氣體入口，經(jīng)高溫燃料電池電堆處理后的尾氣經(jīng)過極板上刻畫的微通道進(jìn)入氧化室，實(shí)現(xiàn)尾氣輸送，經(jīng)催化反應(yīng)完全后，排出H₂O和CO₂尾氣,在此過程中產(chǎn)生的熱量，經(jīng)熱交換器導(dǎo)回重整室提供能量；

所述催化劑包括用于甲醇重整的銅鋅催化劑、用于高溫燃料電堆的鉑催化劑以及用于氧化室氧化的鉑銠鈀三效催化劑；

所述的甲醇和水的比率是體積比3:2；

所述金屬載體的反應(yīng)板為銅鋅纖維燒結(jié)板、泡沫板或蜂窩板。