[发明专利]一种用于硼氢化钠制氢的氢气净化固体除碱器

说明书

本发明提供了一种用于硼氢化钠制氢的氢气净化固体除碱器，包括一个由侧壁、出口端盖和入口端盖围合而成的腔体，其特征在于：所述腔体内含有碳酸氢钠粉末和硼酸粉末混合物压制成的多孔块状除碱剂；所述入口端盖面积大于出口端盖，除碱器呈圆台状；入口端盖与侧壁可拆卸连接以更换除碱剂，除碱剂形状与腔体形状相同，尺寸与腔体相应，形成紧配合。这种除碱器净化效率高，使用快捷方便。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种用于硼氢化钠制氢的氢气净化固体除碱器。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)质量轻，供电供热可靠，无震动，噪声小，并能生产饮用水，所有这些优点均是其它能源不可比拟的。而如何高密度地储存和快速得到纯净氢气是PEMFC技术普及应用的一个瓶颈。目前氢气储存方法主要是物理高压储氢和化学储氢。高压钢瓶储氢，即使在非常高的压力下，氢气本身质量不到系统质量的2％。气瓶质量问题和气体泄漏问题也是不可忽视的安全问题。化学储氢主要有金属氢化物储氢和硼氢化物储氢两种方式。金属氢化物必须装在耐压力的容器中才能使用，因此储氢密度也比较低，大约为0.65％。而且每次用完后必须充高纯氢气，在不可抗拒的天灾和人祸条件下充氢是不现实的。硼氢化钠供氢系统则完全不同，只要储存一定量的硼氢化钠作为备用燃料，就可以连续长期供电。而且硼氢化钠储氢密度高，自身含氢量达到10.6％，约为常规金属氢化物的5倍。硼氢化钠在空气中较稳定，溶于水形成液态储氢材料，没有自燃、爆炸的危险。通过催化水解反应硼氢化钠能在常温及低温下迅速放出全部氢气，启动时间短，最低放氢温度可达－40℃。与传统化学氢化物的改质相比(甲烷、甲醇等)，硼氢化钠产氢流程简单，系统简单，产氢速度可调，可采用装卸燃料盒或更换溶液的方法，大大延长了燃料电池的工作时间。在野外，可以使用海水、河水、溪水、雪水等水源作为硼氢化钠水解产氢的原料，在极端情况下甚至可以使用尿液作为水源。所以硼氢化钠是一种特别适合于野外、极度恶劣的环境下为燃料电池供氢的理想储氢介质。

虽然从反应式来看，氢气是硼氢化钠水解反应所产生的唯一气体。但在实际反应中，由于反应速度较快和很大的热效应，溶液在与催化剂的接触处温度达60～80℃，甚至更高。氢气从溶液中逸出过程中携带了大量水蒸气和溶液的雾状液滴。有5％～10％的溶液在反应过程中被氢气携带出去。如果氢气提供给质子交换膜燃料电池，虽然其中的水分是燃料电池所需要的，但其中含有的Na+、OH－、BH₄－及B(OH)₄－等碱性离子将会对PEMFC的性能产生影响。简单来说，硼氢化钠溶液带有较强的碱性，因此所产氢气由于夹带了大量的液滴呈较强的碱性。而PEMFC是酸性环境，使用这样的氢气会严重影响PEMFC的性能及寿命。因此必须除去硼氢化钠水解反应所产气体中的雾状液滴，进行良好的气液分离，以消除杂质对燃料电池的影响。

对于硼氢化钠水解产生氢气的净化，一般采用水洗涤、酸洗涤、固体除碱剂、膜分离等方法，或者将几种方法结合起来对氢气进行净化。CN101024487公开了一种氢气发生器系统，该系统包括一个或多个可渗透膜，使得氢气可以通过该膜而阻止水溶液通过该膜。该系统虽然在一定程度上解决了燃料电池的除碱问题，但是膜两侧有较大的压力差，对氢气发生器的材质和密封有较高的要求。因为膜两侧大的压差增加了硼氢化物反应液单独依靠重力流入反应器的难度。另外可渗透膜容易堵塞，需要定期清理和更换，不易于日常维护。CN201154897在硼氢化钠制氢装置中设置了洗气瓶，洗气瓶中装有纯净水、酸液(盐酸、稀硫酸、磷酸或有机酸等)和泡沫金属等，采用水洗或者酸洗的方式对氢气进行净化。CN101330145报道了采用气液分离装置和过滤器来完成氢气的净化过程。该气液分离装置为燃料罐内藏式，由泡沫镍或多孔陶瓷构成气液分离元件，在其上完成氢气和其夹带的碱液的第一次分离。过滤器由多孔材料和吸收剂组成。吸收剂采用酸碱中和的原理，利用酒石酸、磷酸、乙酸、硫酸等吸收氢气中夹带的偏硼酸钠和氢氧化钠。但是蒸气压较高的酸在吸收夹带物同时，也会随氢气进入燃料电池电堆，从而对其性能产生影响。同时考虑到吸收效率和安全性，以酒石酸和磷酸的混合物作吸收剂为最佳。