[发明专利]一种具有消氢功能的金属燃料电池系统

说明书

本发明涉及一种具有消氢功能的金属燃料电池系统，包括设置有氢气排放口的电池电堆、电解液循环系统和消氢系统；电解液循环系统与所述电池电堆电解液腔管路连接，使电解液循环系统与电池电堆中的电解液腔构成循环回路；消氢系统包括催化消氢反应室；催化消氢反应室设置有氢气进口，同时设置有氧气和/或空气进口；催化消氢反应室内部装载有消氢反应催化剂；催化消氢反应室底部设置有液体引流口；设置于电池电堆上的氢气排放口与所述催化消氢反应室的氢气进口气路连接；催化消氢反应室的氧气和/或空气进口与氧气和/或空气供气气源连通；设置于催化消氢反应室底部的液体引流口与所述电解液循环系统管路连通，为电解液循环系统补充液态水。

技术领域

本发明属于金属燃料电池技术领域，具体的说涉及一种具备消氢功能的金属燃料电池系统。

背景技术

金属空气电池是金属燃料电池中的一种。金属空气电池是以金属和空气中的氧气为反应活性物质的化学电源，金属负极一般为镁、铝、锌，正极为由防水层、扩散层、催化层和集流体等组成的空气电极，电解液为氢氧化钾、氢氧化钠或氯化钠溶液。金属电极具有高的化学活性，在电解液中会发生自腐蚀析氢反应(1)，副反应造成电池在使用中存在以下几点问题：1.消耗活性金属，降低电池的能量效率；2.生成的氢气会在电池内部累积，氢气在空气中的爆炸极限是4.1％～74.2％(体积浓度)，极易引起安全问题；3.消耗电解液中的水分，造成电池电解液干涸。在金属电极中添加Sn、Hg、Pb等高析氢过电位金属可以有效抑制金属阳极的析氢腐蚀，合金化的金属锌电极具有极低的析氢速率，已经被广泛应用在碱性锌锰电池、一次锌空气电池中。对于金属镁、铝电极来说，虽然合金元素的添加可以有效降低其析氢腐蚀速率，但仍会有大量氢气产生。

Me+H₂O→Me⁺+H₂ (1)

氢气和氧气发生化学反应生成水可以消除氢气，但该反应在常温常压状态下很难进行，通过催化剂使氢、氧与催化剂作用产生化学吸附，降低氢、氧反应的活化能可以实现较低温度下的氢、氧反应。本发明首次提出在金属空气电池中的加入消氢系统，通过催化剂将电池副反应产生的氢气转化为水，补给到电解液中。避免氢气生成引起的安全问题和水分消耗造成的电解液干涸。

发明内容

本发明针对金属空气电池工作过程中产生氢气的问题，提出一种具备消氢功能的金属空气电池系统，采用以下技术方案来实现：

一种具有消氢功能的金属燃料电池系统，所述金属燃料电池系统包括设置有氢气排放口的电池电堆、电解液循环系统和消氢系统；

所述电解液循环系统与所述电池电堆电解液腔管路连接，使电解液循环系统与电池电堆中的电解液腔构成循环回路；

所述消氢系统包括催化消氢反应室；

所述催化消氢反应室设置有氢气进口，同时设置有氧气和/或空气进口；所述催化消氢反应室内部装载有消氢反应催化剂；所述催化消氢反应室底部设置有液体引流口；

所述设置于电池电堆上的氢气排放口与所述催化消氢反应室的氢气进口-连接；所述催化消氢反应室的氧气和/或空气进口与一氧气和/或空气供气气源连通；所述设置于催化消氢反应室底部的液体引流口与所述电解液循环系统管路连通，为电解液循环系统补充液态水。

所述金属燃料电池为镁空电池、镁氧电池、铝空电池、铝氧电池、锌空电池、锌氧电池中的一种。

所述消氢反应催化剂为负载型催化剂，以钯、或钯和铂为活性组分，以氧化铝、氧化钛、碳纤维、或氧化锰与氧化铝混合物中的一种或几种为载体，活性组分的质量担载量为0.1-5％。

所述消氢反应催化剂为催化消氢反应室的内壁面上形成壁载型催化剂、或直接装填于催化消氢反应室内作为流化床催化剂或固定床催化剂中的一种或二种以上。