[发明专利]一种用于燃料电池的氢气杂质净化装置

说明书

本发明提供了一种用于燃料电池的氢气杂质净化装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有PSA技术工序较多、设备复杂、占用面积大导致使用受限的问题。该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扩散电极层、用于传输氧离子的电解质层、阴极扩散电极层和参比电极。阳极扩散电极层的两侧分别设有待提纯氢气入口、提纯后氢气出口；阴极扩散电极层与空气接触，其与阳极扩散电极层之间通过电解质层隔离；参比电极设于电解质层内；控制器，用于启动后控制固态电化学反应器的阳极扩散电极层的电位为杂质的氧化还原电位，使得杂质发生氧化还原反应转换成对燃料电池无影响或影响较小的其他成分物质。

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的氢气杂质净化装置。

背景技术

现有的氢气提纯技术中，变压吸附法（PSA）应用最为广泛。涉及的物理过程是，将含有杂质的干氢气由下至上通入吸附塔中，利用分子筛在不同压力下对氢气和杂质的吸附力不同，在塔内吸附除去杂质，在出口收集纯净的氢气。当吸附达到饱和时，进入解压再生过程，将吸附的杂质解吸并排出，四个吸附塔交互地吸附与再生，完成氢气的净化。

PSA技术是以多孔固体物质类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。

但是，由于PSA技术的工序较多、设备复杂、占用面积大，不利于便携移动，限制了其使用场景，且变压吸附过程的工序较为复杂，吸附与脱附过程涉及多个阀门与反应塔，需要精确的控制才能完成上述净化过程。

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的氢气杂质净化装置，用以解决现有PSA技术工序较多、设备复杂、占用面积大导致使用受限的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种用于燃料电池的氢气杂质净化装置，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扩散电极层（4）、电解质层（6）、阴极扩散电极层（5）和参比电极（3）；电解质层（6）用于传输氧离子；阳极扩散电极层（4）的两侧分别设有待提纯氢气入口、提纯后氢气出口；阴极扩散电极层（5）与空气接触，其与阳极扩散电极层（4）之间通过电解质层（6）隔离；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扩散电极层（4）的电位为杂质的氧化还原电位；以及，根据参比电极（3）反馈的电信号实时调整固态电化学反应器的供电电流或电压，使得杂质发生氧化还原反应转换成对燃料电池无影响或影响较小的其他成分物质。

上述技术方案的有益效果如下：利用不同气体成分的氧化还原电位的差异，也可结合不同气体成分与催化剂的吸附特性的差异，施加特定的电位将对燃料电池影响较大杂质氧化成燃料电池无影响或影响较小的其他成分物质。此装置体积较小，效率高，工艺条件要求和控制简单，可在线除去气体杂质，广泛适用于车用燃料电池、化工用反应器等应用。

基于上述装置的进一步改进，所述杂质包括一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气中的至少一种；并且，

该氢气净化装置用于将一氧化碳转换成二氧化碳，或者，将硫化氢转换成硫酸，或者，将氮氧化物转换成氮气和氧气，或者，将氨气转换成氮气和水。

进一步，所述阳极扩散电极层（4）和阴极扩散电极层（5）内均分布有催化剂；并且，

所述催化剂为金属氧化物。

进一步，对于一氧化碳或硫化氢杂质，所述催化剂包括氧化镍；

对于氮氧化物或氨气杂质，所述催化剂包括氧化锆。