[发明专利]一种基于甲醇和水重整制备燃料电池

说明书

本发明公开了一种基于甲醇和水重整制备燃料电池，包含蒸发室，所述蒸发室内设有蒸发器，所述蒸发室与重整室相连，所述重整室通过微通道与高温燃料电池电堆相连，所述高温燃料电池电堆设有阳极和阴极，所述的阳极和阴极之间设有质子膜，所述阳极处设有催化剂；本发明的优点在于：不但将甲醇中携带的氢能量转换为电能，同时将水中含有的氢能转化为电能，实现水中能量的提取与利用；热量效用无浪费，能够进行循环利用，提高了制氢效率和甲醇转化率。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，具体地说是一种基于甲醇和水重整制备燃料电池，属于燃料电池领域。

背景技术

目前，解决这些问题最有效的办法就是开发一种微型制氢反应系统，为燃料电池提供氢燃料，且氢的制备，不受储存、运输、安全性限制，随用随制，常压使用。目前研究的比较多的是通过低碳醇(如甲醇、乙醇)重整反应而产生氢气，重整反应主要有三种方式，分别是水蒸气重整，部分氧化重整和自动热重整。同时采用紧凑式现场制氢燃料处理系统，以其紧凑、高效和低成本的特点，在瞬时将液体碳氢化合物燃料转化为氢能源中有着广阔的应用前景。在不明显增加体积和重量的情况下，实现与燃料电池的一体化设计，利用现有燃料系统制氢，实现氢气的连续便利供应，为燃料电池的推广打下了重要基础。

甲醇水蒸气重整制氢微反应器具有诸多优点，但它仍属于技术初级阶段，各项技术均不太成熟，甲醇转化率较低，氢气产量不高，流体分布不均匀，能效利用的连续性，提供能源的稳定性等问题依然阻碍着甲醇水蒸气重整制氢燃料电池的进步和发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种基于甲醇和水重整制备燃料电池，不但将甲醇中携带的氢能量转换为电能，同时将水中含有的氢能转化为电能，实现水中能量的提取与利用；热量效用无浪费，能够进行循环利用，提高了制氢效率和甲醇转化率。

本发明的技术方案为：

一种基于甲醇和水重整制备燃料电池，包含蒸发室，所述蒸发室内设有蒸发器，所述蒸发室与重整室相连，所述重整室通过微通道与高温燃料电池电堆相连，所述高温燃料电池电堆设有阳极和阴极，所述的阳极和阴极之间设有质子膜，所述阳极处设有催化剂。

所述催化剂包括用于甲醇重整的铜锌催化剂、用于高温燃料电堆的铂催化剂以及用于氧化室氧化的铂铑钯三效催化剂。

所述的甲醇和水的比率是体积比3:2。

所述蒸发室将一定比率的甲醇和水的混合液蒸发，然后甲醇和水的蒸汽导入重整室内，重整为H₂和CO₂；再通过刻画于电极板上的微型通道将H₂、CO₂、微量CO、水蒸气混合气体导入高温燃料电池电堆（FuelCellStack）；在高温燃料电池电堆内，氢气在阳极碰到催化剂，分离成电子和质子，质子透过质子膜PEM，与阴极的氧气及电子结合生成水蒸汽，电子从阳极经外部电路回到阴极的过程形成了直流电，对外供能。同时高温燃料电池电堆产生的热量通过热交换器返回供应蒸发器，为甲醇水的蒸发提供持续的供能。

所述高温燃料电池电堆与所述氧化室相连，在高温燃料电池电堆中未反应完全的H₂和CO₂进入氧化室氧化，排出洁净的H₂O和CO₂尾气。氧化室中反应产生的热量通过热交换器供应甲醇水蒸气重整室需要的能量。

所述蒸发器设有甲醇水溶液进料口，所述蒸发器内部从进口起依次设有多层蒸发板，每层所述蒸发板上开有板孔，蒸发后的甲醇和水混合蒸汽通过蒸发板的板孔进入与所述蒸发室紧密相连的重整室。

所述重整室与所述蒸发室紧密连接，所述重整室设有气体出料口，重整后的H₂、CO₂、微量CO、水蒸气通过电极板上刻画的微型通道进入所述高温电池电堆进行反应。所述重整室内由入口到出口依次设有带有催化剂的金属载体，所述金属载体可为铜锌基材制作的多孔板，表面涂覆催化剂。