[發(fā)明專利]氫氧燃料電池與固態(tài)堿性金屬硼氫化物一體化制氫及發(fā)電系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN109286032B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設計）人: 張兄文;何麗美;張強
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M8/0606
• 分類號: H01M8/0606;H01M8/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發(fā)明公開了一種氫氧燃料電池與固態(tài)堿性金屬硼氫化物一體化制氫及發(fā)電系統(tǒng)，氫氣發(fā)生器的氣體出口與氫氣預熱器的吸熱側入口相連通，氫氣預熱器的吸熱側出口與燃料電池的陽極氣體入口相連通，燃料電池的陽極氣體出口與氫氣預熱器的放熱側入口相連通，氫氣預熱器的放熱側出口與冷凝器的管側入口相連通，冷凝器的管側出口與氫氣發(fā)生器的液體入口相連通，該系統(tǒng)的質(zhì)量儲氫密度能夠達到21wt％以上。

技術領域

本發(fā)明屬于制氫及燃料電池發(fā)電技術領域，涉及一種氫氧燃料電池與固態(tài)堿性金屬硼氫化物一體化制氫及發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術

目前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)一般采用壓縮儲氫或物理吸附儲氫，以上儲氫方法目前的技術水平達到的質(zhì)量儲氫密度有限，均遠遠低于10w％。堿性金屬硼氫化物是一種安全、環(huán)保的含氫化合物，其理論質(zhì)量儲氫密度高，如硼氫化鈉的質(zhì)量儲氫密度達到10.8w％，其作為化學儲氫方式具有很大的應用前景。

堿性金屬硼氫化物一般通過水解反應釋放氫氣，如常溫下硼氫化鈉的化學反應式為：

NaBH₄+6H₂O→NaBO₂·4H₂O+4H₂

上述水解反應生成的氫氣供應給燃料電池進行發(fā)電。從上述反應式可以發(fā)現(xiàn)，通常情況下，堿性金屬硼氫化物水解制氫系統(tǒng)需要大量水作為反應物，如果考慮反應物水，常溫下硼氫化鈉水解制氫系統(tǒng)的儲氫質(zhì)量密度僅為5.5wt％。而當水解反應溫度達到65℃時，硼氫化鈉的水解反應為：

NaBH₄+4H₂O→NaBO₂·2H₂O+4H₂

則可見，該反應可以相應地得到與反應物水相同摩爾數(shù)的氫氣，進而氫氣供應給氫氧燃料電池發(fā)電，獲得相同摩爾數(shù)的水，再將氫氧燃料電池反應生成物水回收后用于硼氫化鈉水解反應，水在整個制氫-發(fā)電系統(tǒng)中構成閉式循環(huán)。基于此原理，硼氫化鈉水解制氫系統(tǒng)的質(zhì)量儲氫密度可達到21wt％。為實現(xiàn)上述目標，關鍵是要解決以下問題：首先，需要控制金屬硼氫化物水解反應過程，確保反應物水可以生成相同摩爾數(shù)的氫氣；其次，要完全回收氫氧燃料電池生成物水，并供應給堿性金屬硼氫化物的水解反應。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種氫氧燃料電池與固態(tài)堿性金屬硼氫化物一體化制氫及發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的質(zhì)量儲氫密度能夠達到21wt％以上。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的氫氧燃料電池與固態(tài)堿性金屬硼氫化物一體化制氫及發(fā)電系統(tǒng)包括氫氣發(fā)生器、氫氣預熱器、燃料電池、冷凝器、引風機、空氣預熱器、電加熱器及蓄電池系統(tǒng)；

氫氣發(fā)生器的氣體出口與氫氣預熱器的吸熱側入口相連通，氫氣預熱器的吸熱側出口與燃料電池的陽極氣體入口相連通，燃料電池的陽極氣體出口與氫氣預熱器的放熱側入口相連通，氫氣預熱器的放熱側出口與冷凝器的管側入口相連通，冷凝器的管側出口與氫氣發(fā)生器的液體入口相連通；

引風機的氣體出口與冷凝器的殼側入口相連通，冷凝器的殼側出口與空氣預熱器的吸熱側入口相連通，空氣預熱器的吸熱側出口與電加熱器的氣體入口相連通，電加熱器的氣體出口與燃料電池的陰極氣體入口相連通，燃料電池的陰極氣體出口與空氣預熱器的放熱側入口相連通，空氣預熱器的放熱側出口與外界相連通；燃料電池的正極及負極與蓄電池系統(tǒng)相連接。

蓄電池系統(tǒng)包括DC-DC轉換器、第一電阻、第二電阻、穩(wěn)壓二極管、三極管及蓄電池；

燃料電池的正極及負極與DC-DC轉換器的輸入端連接，第一電阻的一端與燃料電池的負極相連接，第一電阻的另一端與第二電阻的一端及穩(wěn)壓二極管的陽極相連接，穩(wěn)壓二極管的陰極與燃料電池的負極相連接，第二電阻的另一端與三極管的基極相連接，三極管的集電極與蓄電池相連接，三極管的發(fā)射極接地，DC-DC轉換器的輸出端與蓄電池相連接。