[发明专利]一种用于燃料电池发动机的氢气提纯装置

说明书

本发明提供了一种用于燃料电池发动机的氢气提纯装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有提纯装置工序复杂、设备繁多、不利于便携移动、吸附控制难度较大的问题。该装置包括包括固态电化学反应器和控制器。其中，固态电化学反应器进一步包括阳极电极层、电解质层、阴极电极层和参比电极；阳极电极层设有待提纯氢气入口和提纯后氢气出口；阴极电极层设有空气入口和空气出口；电解质层设于阳极电极层、阴极电极层之间；参比电极设于电解质层内。控制器用于控制固态电化学反应器的工作温度、待提纯氢气湿度和压力、阳极电压置为杂质的氧化还原电位。该装置利用电化学原理进行氢气在线纯化，可应用于目前大多数燃料电池系统中。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池发动机的氢气提纯装置。

背景技术

燃料电池发动机利用氢气作为燃料，通过电化学反应将化学能转化为电能。由于电极动力学较为缓慢，需要通过催化剂加速反应，例如铂金属。目前，氢气的来源主要是工业副产氢，如重整制氢，气源中往往包含了CO杂质，微量的CO可造成催化剂中毒，降低燃料电池发动机的性能。国际标准化组织氢能技术委员会规定的氢气纯度要求中，一氧化碳的浓度应不高于0.2 ppm。

现有的氢气提纯方法中，应用最为广泛的是变压吸附法（PSA）。PSA是以吸附剂内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组份、不易吸附低沸点组份和高压下被吸附组份吸附量增加、低压下吸附量减小的特性来实现杂质的分离，具有能耗低、再生速度快的优点，但其工序较多且复杂、设备繁多、占用面积大，不利于便携移动，吸附与脱附过程涉及多个阀门与反应塔，精确控制难度较大，限制了其使用场景。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于燃料电池发动机的氢气提纯装置，用以解决现有提纯装置工序复杂、设备繁多、不利于便携移动、吸附控制难度较大的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种用于燃料电池发动机的氢气提纯装置，包括固态电化学反应器和控制器；其中，

固态电化学反应器进一步包括阳极电极层（4）、用于传输质子或电子的电解质层（6）、阴极电极层（5）和参比电极（3）；阳极电极层（4）设有待提纯氢气入口和提纯后氢气出口；阴极电极层（5）设有空气入口和空气出口；电解质层（6）设于阳极电极层（4）、阴极电极层（5）之间；参比电极（3）设于电解质层（6）内；

控制器，用于启动后，控制固态电化学反应器的阳极电极层（4）的电位为杂质的氧化还原电位；以及，根据参比电极（3）的电位调整固态电化学反应器的供电电流或电压；以及，根据所述杂质的类型控制固态电化学反应器的工作温度、待提纯氢气入口和空气入口处气体的湿度和压力，使得对燃料电池影响较大的杂质得以去除，或者，转化成对燃料电池影响较小的其他成分物质。

上述技术方案的有益效果如下：提出了一种新型的氢气提纯、过滤杂质的装置，通过电化学原理，利用不同成分的气体氧化还原电位不同的差异，施加特定的电位将杂质气体氧化成对燃料电池影响较小的其他成分，例如CO氧化成CO₂，气体转换成固体，从而实现提纯的目的。此装置体积较小，控制简单，适用于车用燃料电池在线除去气体杂质。加入了参比电极，能够精准控制电位。

基于上述装置的进一步改进，对于CO杂质，所述阳极电极层（4）的电位为0.8~0.9V，所述固态电化学反应器的工作温度为50~80 ℃，待提纯氢气入口和空气入口的气体温度为0~40℃，气体压力为100~250 kPa，气体湿度为20~100% RH。

进一步，对于CO杂质，所述阳极电极层（4）的催化剂为金属氧化物和铂的复合物；并且，

所述阴极电极层（5）的催化剂包括铂或铂合金。

进一步，所述控制器进一步包括：

恒电位仪（1），其输入端与参比电极（3）连接，其输出端与阳极电极层（4）连接，用于将阳极电极层（4）的电位控制在CO的氧化电位；