[发明专利]一种高容量水解制氢材料及其制备方法和应用及制氢装置

说明书

本发明公开了一种高容量水解制氢材料及其制备方法和应用及制氢装置；所述制氢材料包括制氢剂以及包覆材料，所述制氢剂为由制氢粉末与催化剂组成的混合物，所述包覆材料为水溶性聚合物，所述制氢粉末选自氢化镁粉末、氢化铝粉末、镁粉、铝粉中的至少一种。将所述制氢材料用于水解制氢，所述水解制氢的过程为：将制氢材料先置于制氢装置的料斗中，制氢时，开启料斗的出料口阀门，制氢材料进入反应腔并与反应腔中的水反应，产生氢气。所述制氢装置与燃料电池连接，所述氢气进入燃料电池，所述燃料电池排放的水返回制氢装置的反应腔。本发明所述制氢材料稳定性好，流动性好，易于保存和操作，制氢速率可控。

技术领域

本发明涉及一种高容量水解制氢材料及其制备方法和应用及制氢装置，属于水解制氢领域。

背景技术

随着工业化进程的加快、化石燃料消耗量的增加以及其对环境的不利影响，发展清洁可再生能源是必然趋势。氢气具有可再生、无污染、质量能量密度最高等特点，已成为一种重要的潜在能源载体。当今主要的制氢技术为以化石燃料为原料制氢，还有甲醇裂解、甲烷裂解、电解水制氢、生物制氢和氨分解等制氢技术，然而这些制氢技术仍存在一些缺点：如设备复杂、成本高、能耗大、技术不成熟、易造成环境污染等。

目前，高压气态储氢、低温液态储氢和物理或化学吸附储氢还存在安全性低、成本高、或技术不成熟等问题。

活泼金属及其氢化物可以与水发生水解反应，实时制氢。然而氢化镁、氢化铝粉末活性高，操作困难，且难以长期保存。水解装置的反应可控性也存在问题。另外，制氢过程中，还存在产氢速率和产氢量较难控制的问题，如以铝为例，其与水反应产生氢气，具有很大的热力学趋势，但在常温常压下，铝表面会形成氧化物阻碍铝水反应，纯铝的产氢速率和产氢量较难控制。传统的铝水制氢过程将铝粉或金属铝直接加入碱性溶液中，瞬时产生大量氢气。但是，由于碱性溶液碱度不同会影响产氢速率，因此pH变化会使产氢速率发生波动，难以控制，需要添加较大尺寸的储存罐进行氢气储存，因此该装置笨重且不安全。

因此，研究一种易于制备和保存的水解制氢材料和制氢装置来控制金属氢化物/水反应的进行具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高产氢容量、易于保存的高容量水解制氢材料。

本发明的第二个目的在于提供一种高容量水解制氢材料的制备方法，所述制备方法简单可控。

本发明的第三个目的在于提供上述制氢材料的制氢方法。生产氢气可控稳定，操作简单，并且安全性高。

本发明的第四个目的在于提供上述制氢材料的制氢设备。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种高容量水解制氢材料，所述制氢材料包括制氢剂以及包覆材料，所述制氢剂为由制氢粉末与催化剂组成的混合物，所述包覆材料为水溶性聚合物，所述制氢粉末选自氢化镁粉末、氢化铝粉末、镁粉、铝粉中的至少一种。

本发明的制氢材料，以制氢粉末和催化剂为制氢剂，水溶性聚合物将高活性的制氢剂包覆，使得制氢剂粉末稳定易于保存，另外本发明的制氢材料中，含有催化剂，可以进一步提升水解制氢的效率。

优选的方案，所述水溶性聚合物选自聚乙二醇(PEG)、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)中的至少一种。

在本发明中，通过加入水溶性聚合物，一方面可以对制氢剂形成包覆，使所得制氢材料容易保存，更重要的是，在与水反应时，通过水溶性的聚合物逐步溶解，释放制氢剂与水反应，使得产氢速率与产氢量可以有效控制，而采上述优选的水溶性的聚合物，可以起到很好的控制效果。当然水溶性聚合物的质量分数需要有效控制，若过少，一方面无法形成团粒，影响到制氢材料的流动性，另一方面会影响到产氢速度与产氢量的有效控制，而过多，同样会影响到产氢速度与产氢量的控制。