[实用新型]一种基于乙醇重整制氢的氢燃料电池系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及氢氧燃料电池制备领域，具体涉及一种基于乙醇重整制氢的氢燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是继火电、水电和核电之后的第4代发电技术，它是唯一兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和模块化特点的动力装置，被认为是21世纪最有发展前景的高效清洁发电技术。按燃料的来源，燃料电池又可分为三类。第一类是直接式燃料电池，即其燃料直接用氢气或轻醇类；第二类是间接式燃料电池，其燃料不是直接用氢，而是通过某种方法(如重整转化)将轻醇、天然气、汽油等化合物转变成氢(或氢的混合物)后再供给燃料电池发电；第三类是再生式燃料电池，它是指把燃料电池反应生成的水，经过电解分解成氢和氧，再将氢和氧输入燃料电池发电。作为燃料电池的一种，氢氧燃料电池(Hydrogen-Oxygen Fuel Cell)以氢气为燃料作还原剂，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。

如图1所示，氢燃料电池工作时，向阳极供应氢气，同时向阴极供应氧气。氢气H₂、氧气O₂在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水H₂O，此时氢电极上有多余电子带负电，氧电极上由于缺少电子e^-而带正电，形成氢离子H⁺。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。其具有如下特点：产物是水，清洁环保；容易持续通氢气和氧气，产生持续电流；能量转换率较高；排放废弃物少；噪音低。因此，氢燃料电池近年来受到人们的广泛关注。

目前国内外氢燃料电池的相关专利的研究内容基本上围绕着燃料电池的结构设计、电极材料、反应装置、电解质组成优化以及氢气的制造与储存系统等方面。

1991年，E.Y.Garciat就提出了乙醇重整制氢的可能性，并对其可行性进行了热力学分析。到1996年，K.Va.Sudeva和S.Freni等也都对乙醇的水蒸气重整制氢用于燃料电池的可行性进行分析和研究，经过计算和论证，得出乙醇重整制氢作为燃料电池的氢源是完全可行的。

从1999年起，A.Yee小组相继对乙醇在CeO₂、Pd/Ce02、Pt/CeO₂、Rh/CeO₂、Rh-Pt/CeO₂等催化剂上的脱氢反应机理和碳碳键的断裂机理进行了研究。2001年，A.N.Fatsikostas的研究结果表明，Ni/La₂O₃催化剂在乙醇重整制氢反应中表现出高活性和稳定性，是应用于乙醇重整燃料电池的候选催化剂。

Amandusson小组从2000年起持续研究乙醇在Pd膜和PdAg合金膜上的分解和渗透。对乙醇在一片25nm厚的Pd膜上的脱氢和后续的渗透进行了研究，结果表明，在350℃，被吸附的乙醇将在膜表面分解。在初始阶段，释放出来的氢能渗透到膜的另一面，但在连续的乙醇供应条件下，膜表面将形成析碳薄层，最终能阻止氢的进一步渗透。但是，如果在输送乙醇的同时也供应氧气，则发生分解产物的连续氧化，使碳质层的生长受到抑制。而后，该小组又对甲醇和乙醇在纯Pd膜和Pd₇₀Ag₃₀合金膜上的脱氢和后续的氢渗透进行了相应的对比研究。为了保证连续的氢气渗透率，氧气需要和醇类同时供应。如果不加入氧，分解产物将会在膜的逆流表面形成沾染层。在最适宜的条件下，乙醇在Pd₇₀Ag₃₀合金膜上分离的氢是在纯Pd膜上的6倍。

总体上看，对乙醇氢分离膜的研究主要集中在贵金属及其合金。虽然乙醇在这些膜反应器的转化率可达到100％，但反应速度比较慢，而且钯膜反应器对压力也有相当高的要求。

实用新型内容

为了克服以上现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种基于乙醇重整制氢的氢燃料电池系统，乙醇作为一个独特的氢源，在世界各地都能容易地从可再生资源(生物质)中获得，且乙醇作为燃料源可以减少二氧化碳的排放。

本实用新型的乙醇反应器即可采用乙醇蒸汽重整反应器，又可采用部分氧化重整反应器。