[发明专利]利用燃料电池发电的方法和相关装置

说明书

本发明涉及一种利用燃料电池(1)发电的方法，其依次包括：启动电池(1)的阶段；以及电池(1)以稳定状态运行的阶段，在该阶段，供应有含氢气体(G')电池(1)产生电(e)和热。根据该方法，为启动电池(1)，向其提供含有至少70体积％的氢的含氢气体(G)，该含氢气体通过产生含氢气体的至少一种固体烟火装料(A)的自维持燃烧产生；当其以稳态运行时，向电池(1)提供含有至少85体积％的氢的含氢气体(G')，该含氢气体通过产生含氢气体的至少一种固体装料(B)的热分解产生；运行中的电池(1)产生的热量的一部分(q1)被传递至至少一种固体装料(B)，从而启动并维持其热分解。本发明还涉及一种适于实施该方法的设备。

本发明涉及燃料电池，特别是便携式或机载燃料电池的操作。更具体地说，本发明涉及一种利用燃料电池发电的方法，并涉及(特别适用于执行所述方法的)相关装置。

本发明特别适用于向中低功率(1至100瓦特(W))的燃料电池，或甚至更高功率(几千瓦)的燃料电池供应氢，所述燃料电池特别用于航空和军事领域，如装备无人机，装备步兵，以及用于为紧急航空发电机和辅助航空发电机供电的燃料电池。在这种情况下，电力通常比便携式电气设备(例如手机)消耗的功率高大约十倍。

燃料电池是电能的替代来源，提供满足新能源和环境要求的解决方案。燃料电池具有比锂电池高至少四倍的机载能量密度电位。它们不释放温室气体。

因此，为燃料电池供应燃料(氢气)所需的氢的生产和储存是目前的技术问题，这些都是研究的主题。

广泛采用的方法是在一定压力下将氢气永久储存在罐中。这种储存方法特别在专利申请US 2006/0096993中描述。然而，这种类型的储存不是非常受欢迎，一方面是由于压缩氢气的危险性，另一方面是相关的维护和控制操作。加压罐的重量也是移动应用的障碍。

用于生产氢气的一种方法是基于使用固体烟火材料，所述固体烟火材料通过燃烧产生氢气(实际上，其通过燃烧产生具有高含量氢的含氢气体(至少70体积％(见下文))。它可以解决(液态或气态)流体永久储存的问题。这是特别有利的，因为所述固体烟火材料在储存条件下具有高稳定性和极大的使用简便性。

这种产生氢的固体烟火材料特别在专利申请EP1249427，EP1405 823，EP1405824，EP1496035，EP 2014631和EP2265545中有描述。它们的形式为块，盘，丸，颗粒或粉粒。其组成包含无机氢化物，硼氮烷或氨基硼烷聚合物(聚氨基硼烷)型的含氢还原组分和无机氧化组分。它的燃烧以良好的产率(按重量计，11％至13％的理论产率)产生氢气。其燃烧温度(约800K至1200K)足够高，因此点火后反应是自维持的。燃烧室中的加压有利于这些材料的自维持燃烧。如上所述，这些材料实际上产生了氢含量高(含有至少70体积％的氢)的含氢气体。

应该参考诸多要求来控制或者甚至是优化利用所述固体烟火材料为燃料电池供应氢。由于燃料电池通常需要在中等温度(通常为80℃和220℃之间的温度；“低温”燃料电池的温度低于350K(约100℃)下供应氢，为了节省所述燃料电池的膜，由固体烟火材料供应的含氢气体应该被冷却。此外，相对于环境(大气)压力(与燃料电池相容)，应以低超压(理想地为几毫巴至5巴)为燃料电池供应氢，并且由于固体烟火材料在压力下供应含氢气体，因此在提供给燃料电池之前，所述气体应该被减压。最后，为燃料电池供氢的气体既具有低颗粒含量(因此推荐在烟火材料和燃料电池之间设置颗粒过滤器)和气态物质(CO，NH₃，Cl₂，H₂S)低含量是合适的，甚至是必要的，所述气态物质能够使燃料电池的催化剂中毒(因此推荐在烟火材料和燃料电池之间设置化学过滤器)。