[发明专利]用于净化用于在燃料电池中使用的氢气的方法

说明书

本发明总体上涉及一种用于净化用于在燃料电池中使用的氢气的方法。所述方法涉及从高压箱中取出氢气进料流，以及将所述氢气进料流传递通过包含吸附剂的净化器以提供经净化的氢气料流，所述经净化的氢气料流被送至燃料电池。可以使用的具体吸附剂是金属‑有机构架组合物。所述吸附剂可以容纳在具有入口端口和出口端口的装置，诸如罐或筒中。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在美国政府的支持下根据能源部授予的协议号DE-SC0019959完成的。政府对本发明具有一定权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年5月22日提交的临时申请63/029,200的优先权，所述临时申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于净化用于在燃料电池中使用的氢气的方法。所述方法使用包含吸附剂的净化器，所述净化器放置在氢储存装置与燃料电池之间。

背景技术

近来，人们对用电力为车辆提供动力产生了兴趣，所述电力是通过在聚合物电解质膜内进行氢气和氧气的电化学反应以产生水作为副产物而车载产生的。在聚合物电解质膜燃料电池(PEM)，也称为质子交换膜中，氢气在所述膜的阳极侧上传递，而含有氧气的空气在所述膜的阴极侧上传递。在阳极处，铂催化剂使氢气电离成氢离子，或者更具体地说，质子和电子。PEM仅允许质子穿过其到达阴极侧，在所述阴极侧处氢气与氧气结合以产生水。电子经由外部电路从阳极传递至阴极，所述外部电路可以连接至电动机以推动车辆。

PEM燃料电池的氢气纯度要求非常严格，因为氢气中的任何一氧化碳以及其他杂质都将倾向于使燃料电池中使用的铂催化剂中毒。待用于车辆的氢气主要在大规模蒸汽甲烷重整系统中产生，所述系统产生合成气，所述合成气经净化以产生氢气。所述氢气然后被分配到燃料站，在所述燃料站处氢气被以气态或液态形式供应到容纳在车辆中的车载高压箱。如可以理解的，随着氢气纯度的增加，作为车辆燃料的氢气的成本也增加。此外，提供高纯度氢气的问题加重，因为在运输和用氢气填充车辆燃料箱时，杂质可被引入到氢气中。目前，氢气在生产时被净化，并且经由供应链引入的氢气杂质可被引入到车辆燃料电池中。

本申请人已通过引入更靠近使用点的第二净化点，由此去除有害杂质而解决了这个问题。如下面将详细描述的，本申请人已经开发了一种方法，通过所述方法，来自箱的氢气被充分净化，使得所述氢气可以被进料到燃料电池，而不会损害催化剂。

发明内容

本发明的一个实施方案是一种方法，所述方法包括：在净化条件下使包含至少一种污染物的氢气料流从高压箱中流过包含吸附剂的净化器，从而基本上去除至少一种污染物，以提供经净化的氢气料流；以及使所述经净化的氢气料流流动至燃料电池。

在又一实施方案中，所述经净化的氢气料流符合汽车工程师学会(Society ofAutomotive Engineers、SAE)氢气规范号J2719_201109的规范。

在另一实施方案中，所述吸附剂选自金属有机构架(MOF)、沸石、活性炭、共价有机构架(COF)、多孔有机聚合物(POP)，以及它们的混合物。