[實(shí)用新型]一種基于乙醇重整制氫的氫燃料電池系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720937493.0
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN207199753U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亞斌;李曉峰;史衛(wèi)澤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);北京鑫海港億科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;C01B3/32
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11360
• 代理人: 王巖

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及氫氧燃料電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于乙醇重整制氫的氫燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池是繼火電、水電和核電之后的第4代發(fā)電技術(shù)，它是唯一兼?zhèn)錈o污染、高效率、適用廣、無噪聲和具有連續(xù)工作和模塊化特點(diǎn)的動力裝置，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的高效清潔發(fā)電技術(shù)。按燃料的來源，燃料電池又可分為三類。第一類是直接式燃料電池，即其燃料直接用氫氣或輕醇類；第二類是間接式燃料電池，其燃料不是直接用氫，而是通過某種方法(如重整轉(zhuǎn)化)將輕醇、天然氣、汽油等化合物轉(zhuǎn)變成氫(或氫的混合物)后再供給燃料電池發(fā)電；第三類是再生式燃料電池，它是指把燃料電池反應(yīng)生成的水，經(jīng)過電解分解成氫和氧，再將氫和氧輸入燃料電池發(fā)電。作為燃料電池的一種，氫氧燃料電池(Hydrogen-Oxygen Fuel Cell)以氫氣為燃料作還原劑，氧氣作氧化劑，通過燃料的燃燒反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵兀c原電池的工作原理相同。

如圖1所示，氫燃料電池工作時，向陽極供應(yīng)氫氣，同時向陰極供應(yīng)氧氣。氫氣H₂、氧氣O₂在電極上的催化劑作用下，通過電解質(zhì)生成水H₂O，此時氫電極上有多余電子帶負(fù)電，氧電極上由于缺少電子e^-而帶正電，形成氫離子H⁺。接通電路后，這一類似于燃燒的反應(yīng)過程就能連續(xù)進(jìn)行。其具有如下特點(diǎn)：產(chǎn)物是水，清潔環(huán)保；容易持續(xù)通氫氣和氧氣，產(chǎn)生持續(xù)電流；能量轉(zhuǎn)換率較高；排放廢棄物少；噪音低。因此，氫燃料電池近年來受到人們的廣泛關(guān)注。

目前國內(nèi)外氫燃料電池的相關(guān)專利的研究內(nèi)容基本上圍繞著燃料電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電極材料、反應(yīng)裝置、電解質(zhì)組成優(yōu)化以及氫氣的制造與儲存系統(tǒng)等方面。

1991年，E.Y.Garciat就提出了乙醇重整制氫的可能性，并對其可行性進(jìn)行了熱力學(xué)分析。到1996年，K.Va.Sudeva和S.Freni等也都對乙醇的水蒸氣重整制氫用于燃料電池的可行性進(jìn)行分析和研究，經(jīng)過計(jì)算和論證，得出乙醇重整制氫作為燃料電池的氫源是完全可行的。

從1999年起，A.Yee小組相繼對乙醇在CeO₂、Pd/Ce02、Pt/CeO₂、Rh/CeO₂、Rh-Pt/CeO₂等催化劑上的脫氫反應(yīng)機(jī)理和碳碳鍵的斷裂機(jī)理進(jìn)行了研究。2001年，A.N.Fatsikostas的研究結(jié)果表明，Ni/La₂O₃催化劑在乙醇重整制氫反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和穩(wěn)定性，是應(yīng)用于乙醇重整燃料電池的候選催化劑。

Amandusson小組從2000年起持續(xù)研究乙醇在Pd膜和PdAg合金膜上的分解和滲透。對乙醇在一片25nm厚的Pd膜上的脫氫和后續(xù)的滲透進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在350℃，被吸附的乙醇將在膜表面分解。在初始階段，釋放出來的氫能滲透到膜的另一面，但在連續(xù)的乙醇供應(yīng)條件下，膜表面將形成析碳薄層，最終能阻止氫的進(jìn)一步滲透。但是，如果在輸送乙醇的同時也供應(yīng)氧氣，則發(fā)生分解產(chǎn)物的連續(xù)氧化，使碳質(zhì)層的生長受到抑制。而后，該小組又對甲醇和乙醇在純Pd膜和Pd₇₀Ag₃₀合金膜上的脫氫和后續(xù)的氫滲透進(jìn)行了相應(yīng)的對比研究。為了保證連續(xù)的氫氣滲透率，氧氣需要和醇類同時供應(yīng)。如果不加入氧，分解產(chǎn)物將會在膜的逆流表面形成沾染層。在最適宜的條件下，乙醇在Pd₇₀Ag₃₀合金膜上分離的氫是在純Pd膜上的6倍。

總體上看，對乙醇?xì)浞蛛x膜的研究主要集中在貴金屬及其合金。雖然乙醇在這些膜反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到100％，但反應(yīng)速度比較慢，而且鈀膜反應(yīng)器對壓力也有相當(dāng)高的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種基于乙醇重整制氫的氫燃料電池系統(tǒng)，乙醇作為一個獨(dú)特的氫源，在世界各地都能容易地從可再生資源(生物質(zhì))中獲得，且乙醇作為燃料源可以減少二氧化碳的排放。

本實(shí)用新型的乙醇反應(yīng)器即可采用乙醇蒸汽重整反應(yīng)器，又可采用部分氧化重整反應(yīng)器。