[發明專利]一種基于甲醇和水重整制備燃料電池

有效

• 申請號: 201611179408.5
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN108206289B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 周明強
• 申請（專利權）人: 中氫新能技術有限公司
• 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: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種基于甲醇和水重整制備燃料電池，包含蒸發室，所述蒸發室內設有蒸發器，所述蒸發室與重整室相連，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有陽極和陰極，所述的陽極和陰極之間設有質子膜，所述陽極處設有催化劑；本發明的優點在于：不但將甲醇中攜帶的氫能量轉換為電能，同時將水中含有的氫能轉化為電能，實現水中能量的提取與利用；熱量效用無浪費，能夠進行循環利用，提高了制氫效率和甲醇轉化率。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池，具體地說是一種基于甲醇和水重整制備燃料電池，屬于燃料電池領域。

背景技術

目前，解決這些問題最有效的辦法就是開發一種微型制氫反應系統，為燃料電池提供氫燃料，且氫的制備，不受儲存、運輸、安全性限制，隨用隨制，常壓使用。目前研究的比較多的是通過低碳醇(如甲醇、乙醇)重整反應而產生氫氣，重整反應主要有三種方式，分別是水蒸氣重整，部分氧化重整和自動熱重整。同時采用緊湊式現場制氫燃料處理系統，以其緊湊、高效和低成本的特點，在瞬時將液體碳氫化合物燃料轉化為氫能源中有著廣闊的應用前景。在不明顯增加體積和重量的情況下，實現與燃料電池的一體化設計，利用現有燃料系統制氫，實現氫氣的連續便利供應，為燃料電池的推廣打下了重要基礎。

甲醇水蒸氣重整制氫微反應器具有諸多優點，但它仍屬于技術初級階段，各項技術均不太成熟，甲醇轉化率較低，氫氣產量不高，流體分布不均勻，能效利用的連續性，提供能源的穩定性等問題依然阻礙著甲醇水蒸氣重整制氫燃料電池的進步和發展。

發明內容

為了解決上述問題，本發明設計了一種基于甲醇和水重整制備燃料電池，不但將甲醇中攜帶的氫能量轉換為電能，同時將水中含有的氫能轉化為電能，實現水中能量的提取與利用；熱量效用無浪費，能夠進行循環利用，提高了制氫效率和甲醇轉化率。

本發明的技術方案為：

一種基于甲醇和水重整制備燃料電池，包含蒸發室，所述蒸發室內設有蒸發器，所述蒸發室與重整室相連，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有陽極和陰極，所述的陽極和陰極之間設有質子膜，所述陽極處設有催化劑。

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。

所述蒸發室將一定比率的甲醇和水的混合液蒸發，然后甲醇和水的蒸汽導入重整室內，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、水蒸氣混合氣體導入高溫燃料電池電堆（FuelCellStack）；在高溫燃料電池電堆內，氫氣在陽極碰到催化劑，分離成電子和質子，質子透過質子膜PEM，與陰極的氧氣及電子結合生成水蒸汽，電子從陽極經外部電路回到陰極的過程形成了直流電，對外供能。同時高溫燃料電池電堆產生的熱量通過熱交換器返回供應蒸發器，為甲醇水的蒸發提供持續的供能。

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完全的H₂和CO₂進入氧化室氧化，排出潔凈的H₂O和CO₂尾氣。氧化室中反應產生的熱量通過熱交換器供應甲醇水蒸氣重整室需要的能量。

所述蒸發器設有甲醇水溶液進料口，所述蒸發器內部從進口起依次設有多層蒸發板，每層所述蒸發板上開有板孔，蒸發后的甲醇和水混合蒸汽通過蒸發板的板孔進入與所述蒸發室緊密相連的重整室。

所述重整室與所述蒸發室緊密連接，所述重整室設有氣體出料口，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入所述高溫電池電堆進行反應。所述重整室內由入口到出口依次設有帶有催化劑的金屬載體，所述金屬載體可為銅鋅基材制作的多孔板，表面涂覆催化劑。