[发明专利]一种基于铝合金/硼氢化物水解反应的微型制氢系统及制氢方法

说明书

技术领域

本发明属于氢的制造与储存技术，尤其涉及一种基于铝合金/硼氢化物水解反应的微型制氢系统及制氢方法。

背景技术

随着全球环境和能源问题的日益突出，汽车节能和减少有害排放的研究受到了空前重视。由于氢气的热值142.35kJ/g是汽油的2.8倍、煤的4倍，并且氢气的燃烧和电化学反应的产物均为水，因此氢气被认为是未来最具潜力的、低碳高效的能源载体。作为氢能利用的最佳方式之一，燃料电池近年来取得了飞速的发展。燃料电池是汽车等交通工具的理想动力来源，也可作为便携电源、小型移动电源领域提供电源。而燃料电池要在这些领域得到广泛的应用，仍面临着安全储氢方法的选择问题。传统的储氢方法如高压储氢、合金储氢等存在储氢效率低、工艺设备复杂等缺点，无法满足燃料电池的实际需求。

微型制氢系统是解决燃料电池氢气来源的有效途径。该方法主要是把燃料如硼氢化物、金属储存在制氢系统内，通过水解反应产生氢气并供给燃料电池，实现随时制氢、供氢，解决了氢气的储存以及运输过程中的安全问题。铝/硼氢化物(NaBH₄和BH₃NH₃等)体系具有含氢量高、无污染、反应温和可控等优点，广受国内外科研人员的关注。Evgen[S.Evgeny，D.Victor，V.Arvind.Combustion of novel chemical mixtures for hydrogen generation.Int.J.Hydrogen Energy 2007，32：207-211]利用纳米铝/硼氢化钠体系协同制氢，通过铝水解释放的热量提高硼氢化钠水解动力学，当纳米铝/硼氢化钠的质量比为1∶1时，可产生6.7wt％的氢。沈阳金属所王平[H.B Dai，G.L Ma，P.Wang.Hydrogen generation from coupling reactions of sodium borohydride and aluminum powder with aqueous solution of cobalt chloride.Catalysi s Today 2011，170：50-55]利用铝/硼氢化钠/氢氧化钠/氯化钴水溶液混合体系制氢，最优成分在2-3分钟可实现获得5.4wt％的储氢值，转化效率达到91％。但是，在实际应用中，铝/硼氢化物水解产生的大量热量和不溶性物质，导致水解产物结块粘附在铝合金表面，阻止了反应的持续进行。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种满足铝合金/硼氢化物水解反应的微型制氢系统及制氢方法，该系统具有成本低廉、制备的氢气纯度高、反应物水解完全、水解速率可控等特点，适合便携式制氢。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于铝合金/硼氢化物体系水解反应的微型制氢系统，包括制氢发生器、储液罐、输液泵和输液管道；制氢发生器为圆柱空心体，包括罐体和盖体；罐体包括反应室和储氢室；制氢发生器外围包覆长方体储液罐；储液罐内壁和制氢发生器外壁的间距为5～30cm；制氢发生器高于储液罐5～10cm；储液罐顶端设置进口，底端设置出口，底端出口经输液管、输液泵、输液管连接制氢发生器进口输液管；制氢发生器进口输液管与制氢发生器罐体等高；制氢发生器进口输液管顶端密封，离顶端0～0.5cm处有一个气孔，连接制氢发生器储氢室；离制氢发生器进口输液管顶端1～4cm处有一个输液控制阀；输液控制阀为两个等同的实心三角锥相连，输液控制阀上部和下部分别设置正立空心三角锥和倒立空心三角锥，所有三角锥的形状和体积相同；输液控制阀上部的正立空心三角锥和输液控制阀下部的倒立空心三角锥间距为1～3cm，在其中间距离有一小孔并经不锈钢管进入制氢发生器反应区，不锈钢管向下倾斜与水平呈5～150环绕制氢发生器内壁，并焊接在制氢发生器内壁上；不锈钢管底部均匀分布圆形、细小的洒水口；在不锈钢管正上方0.5～2cm设置气液分离膜；分离膜将罐体分为反应室和储氢室；储氢室内壁直径小于反应室内壁直径1～3cm，并在储氢室内壁与反应室内壁之间，环绕储氢室焊接均匀分布的4根立柱；立柱穿透分离膜，立柱的直径在0.1～0.3cm之间，高度在0.5～1.5cm之间；分离膜在立柱上可自由移动；在不锈钢管正下方10～30cm对称设置2个开口朝上的圆台；盖体中间有出气孔，连接输气管，输气管端连接气压阀；罐体与盖体周围均匀分布圆孔，经聚四氟垫片、法兰固定密封。