[發明專利]一種LOHC儲氫和高溫燃料電池的集成系統

有效

• 申請號: 201811443707.4
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109585879B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 梁子卓
• 申請（專利權）人: 浙江清華長三角研究院
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04082;H01M8/04089
• 代理公司: 杭州裕陽聯合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 姚宇吉

本發明公開了一種LOHC儲氫和高溫燃料電池的集成系統，包括：接收氫氣的加氫反應組件，連接于加氫反應組件的脫氫反應組件，連接于脫氫反應組件并外接空氣和燃氣氣源進行氣體或熱量交換的氣體溫度控制組件，連接于氣體溫度控制組件的高溫燃料電池供電組件，將供電組件產生的熱能傳送到脫氫反應組件的高溫換熱器；本發明將固態氧化燃料電池系統與LOHC系統結合，將高溫燃料電池系統所產生的大量熱能通過高溫換熱器提供給LOHC的釋氫反應階段，減少LOHC系統的自消耗，提高了效率，同時所釋放的氫氣也作為燃料提供給高溫燃料電池系統，達到節能環保的目的。

技術領域

本發明涉及LOHC有機液體儲氫和燃料電池領域，特別是一種LOHC儲氫和高溫燃料電池的集成系統。

背景技術

LOHC(liquid organic hydrogen carrier-based hydrogen)即液態有機氫化物儲氫技術，可以可逆地氫化和脫氫,從而儲存和釋放氫。有機氫鍵復合物不易爆、無毒性、不易燃，有點類似柴油的特性，不屬于危險品。在環境壓力下，若環境溫度處于-39℃至+390℃，該類氫鍵復合物將處于液態，簡單易用、運輸便捷。兼具安全性和經濟性，有望在未來氫能儲運中發揮重要作用。

LOHC系統總是由成對的分子組成，即至少一種貧氫化合物和一種富氫化合物。為了儲存氫氣，后者與合適的非均相催化劑接觸，并且LOHC系統的貧氫化合物必須形成相應的富氫LOHC分子。在氫或能量需要的時間或地點，富氫形式可以在合適的脫氫催化劑存在下在升高的溫度和低壓下釋放氫。非常重要的是，LOHC系統的所有組件在正常條件下都應該是液體，以確保與現有的燃料基礎設施完美兼容。此外，合適的LOHC系統應具有寬液體范圍(低熔點，高沸點)的特點。所有組分以及氫化和脫氫反應的可逆熱力學和快速動力學(幾乎完美的選擇性)。此外，LOHC系統的所有組分在毒性和生態毒性方面應該是有利的。

高溫燃料電池涵蓋高溫質子導體燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、高溫固體氧化物燃料電池等，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料中的化學能高效、環境友好地轉化成電能和熱能的的全固態電化學能源轉換裝置，被普遍認為在未來會得到廣泛普及應用的燃料電池。

以固體氧化物燃料電池為例，它除了具有一般的燃料電池的高效率，低污染的優點外，還具有以下特點：工作溫度可以在400-900攝氏度之間，通常工作溫度高于700攝氏度，發電效率可達60％以上，熱電綜合能源效率可達80％以上。固體氧化物燃料電池在高溫下進行化學反應，因此，無需使用貴重金屬作為觸媒，且本身可具有內重整能力，燃料選擇廣泛，可使用氫氣、烴類(甲烷)、甲醇、柴油、氨等作燃料。固體氧化物燃料電池能提供高品質余熱，實現熱電聯產，燃料利用率高，是一種清潔高效的能源系統。

固體氧化物燃料電池能提供高質余熱，實現熱電聯產，燃料利用率高，能量利用率高達80％左右，是一種清潔高效的能源系統。且系統設計簡單，發電容量大，用途較為廣泛。

固體氧化物燃料電池具有燃料適應性廣、能量轉換效率高、全固態、模塊化組裝、零污染等優點，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質氣等多種碳氫燃料。固體氧化物燃料電池的應用范圍相當廣泛，幾乎涵蓋了所有的傳統的電力市場，包括宅用、商業用、工業用以及公共事業用發電廠等，甚至便攜式電源、移動電源、偏遠地區用電及高品質電源等，還可作為船舶、車輛等運輸工具的輔助電源和動力電源等。其中以固定式的燃料電池熱電聯產發電站及小型電源市場較為看好。

LOHC液態有機物儲氫技術的問題在于有機氫化物的釋氫溫度在280-350℃左右，需要大量的熱能，目前一般采用的技術是通過燃燒所釋放的一部分氫氣或外供燃氣為釋氫反應供能；這樣大大降低了系統的釋氫效率和經濟效益。市場需要一種減少LOHC系統的自消耗，提高效率的系統，將固態氧化燃料電池系統與LOHC系統結合解決這樣的問題。

發明內容