专利名称：一种硼氢化物制氢系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氢气制备装置，具体的讲涉及一种硼氢化物制氢系统，属于燃料电池氢 源领域。
背景技术：
氢是一种清洁燃料，因为其可以在氢气消耗装置例如燃料电池或者内燃机中与氧气反应 产生能量和水，在反应中没有其它副产物，因此，使用氢作为燃料有效的解决了使用石油燃 料时伴随的环境问题。但是，如何安全、有效的存储氢气一直是技术人员在努力解决的问题 ，许多氢载体包括烃、金属氢化物和化学氢化物都被视为氢储存和供应系统，例如碱金属氢 化物、碱金属铝氢化物和碱金属硼氢化物。其中硼氢化物是一种高储氢含量的材料，既能催 化水解释放氢气作为高容量、高纯氢源材料，又可直接通过电化学方式作为高容量负极材料 ，在典型的多相催化体系中，硼氢化物和水产生氢气和硼酸盐的化学计量反应可以用下面的
化学反应表示
NaBH4 + 2H20 催化剂)JVo^Q2 + 4仏
但缺点是重量大、储氢效率低，而且即使在常温下，硼氢化物溶液也会很快水解掉一 半。因此，为了使硼氢化物能够在现实生活中得到应用，平时必须将其保持在强碱性溶液中 。其余的硼氢化物也都必须保持在强碱性溶液中。硼氢化物分解是一个放热反应，每产生
lmolH2放出75kJ热量，从而使得反应液的温度升高。在较高的温度下，生成的氢气带有较多 的氢氧化钠。如果不除掉氢气中的氢氧化钠，则会损害燃料电池的电堆。
美国专利US715033B2公开了一种氢气发生器系统，其利用用以存储反应产生氢气的燃料 材料的体积交换外壳和氢气分离室，该系统包括一个或多个可渗透膜，其使得氢气可以通过 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，但是由于该膜阻止水溶液通过，制得的氢气为干燥状态，在进入燃料电池的电堆之前还需要加湿， 增加了运行成本，另外可渗透膜容易污堵，需要定期清理和更换，不易于日常维护。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构紧凑、操作简单并且便于维护的新型硼氢 化物制氢系统，有效的抑制了氢气中的碱液对燃料电池电堆的损害。
其具体技术方案如下 一种硼氢化物制氢系统，包括用于储存反应液的燃料室、用于放 置催化剂的反应室和废料室，其中燃料室上设有反应液进口，废料室上设有废料液出口，燃 料室和反应室通过控制阀相连接，反应室上端通过连接管和单向阀与废料室相连接，废料室 的上部设置有气液分离室，其上设有氢气出口，其特征在于在气液分离室和氢气出口之间 设置有除碱装置，在所述的除碱装置中设有吸附物质或有机酸。
优选的，在所述的除碱装置中放置有机酸，因为有机酸可以中和生成的氢气中的碱，而 使水分保留在氢气中，在氢气进入燃料电池的电堆时，不需要加湿，节约了生产成本。
所述的吸附物质可以为脱脂棉、分子筛、活性炭、变色硅胶或FeCl3 、 P205中的一种或 者几种的混合物。
所述的有机酸可以是柠檬酸、乙酸、马来酸、丁二酸或苹果酸中的一种或者几种的混合物。
所述的催化剂可以为任意一种可以催化分解硼氢化物制氢的催化剂，例如可以包括固定 床雷尼镍催化剂、固定床雷尼钴催化剂或固定床雷尼镍钴催化剂中的一种或几种的混合物。
所述的废料室的边缘固定在整个装置上，所述的废料室由弹性物质构成，所述的弹性物 质可以是橡胶、有弹性的金属薄片，优选的是高弹性橡胶，所以，当没有废液进入时，整个 废料室漂浮在反应液的上面。从而使得燃料室的空间更大，节约了体积，使得整个装置具有 更大的储氢量。
为了保证燃料室内的反应液全部流入反应室内，使得反应充分进行，所述的反应室可以 设置于燃料室的下方或者设置在燃料室的侧面，与所述的燃料室位于同一水平面上。
所述的控制阀用于调节由燃料室流向反应室的硼氢化物液体流量，以实现产氢速度的调 节。当控制阀打开后，燃料室中的反应液经控制阀流入反应室，溶液与反应室中被固定的催 化剂接触后产生氢气，氢气带动液体沿着连接管经单向阀流入废料室，所述的单向阀用来控 制反应室内的气体和液体流向废料室，但废料室中的溶液则不能通过单向阀流向反应室。液 体在重力的作用下向下落，而气体则向上，完成第一次气液分离，随后在反应液上，氢气经过气液分离室进行第二次分离。在所述的气液分离室内设置有泡沫镍，用于阻拦气体中的碱 液随着气体进入氢气出口。
在氢气进入氢气出口前，通过所述的除碱装置，进一步吸收氢气中含有的微量碱，然后 成为可供质子交换膜燃料电池使用的纯氢气，经过氢气出口流出。
反应液可以是硼氢化物的碱溶液，所述的硼氢化物可以为硼氢化物盐(M (BH4)n)、三 硼氢化物盐(MB3Hs)、十氢十硼酸盐(M2B1QH1Q)、十三氢十硼酸盐(MB1QH13)、十二氢十二 硼酸盐(M2B12H12)、十八氢二十硼酸盐(M2B2oH18)中的一种或几种的混合物，其中，M为碱 金属、碱土金属或铝的阳离子中的一种或者几种的混合物。
所述的碱溶液可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化锂溶液中的一种或其中几 种的混合物。
所述的碱溶液浓度为5-30wt% 。
与现有技术相比，本发明所公开的硼氢化物制氢系统具有如下优点l.制氢系统为双腔 装置，反应液流经催化剂后，不再流回燃料室，而是流进废料室，从而使得每次进入反应室 的反应液都是新鲜的反应液，保证了恒定的氢气生成速率；2.由于废料室是由弹性物质构成 ，当没有废液进入时，整个废料室漂浮在反应液的上面，从而使得燃料室的空间更大，节约 了体积，使得整个装置具有更大的储氢量；3.通过调节液体流量控制阀可调节燃料的流量以 实现产氢速度的调节；4.结构紧凑，能有效地实现可控的制氢反应；5.系统中的除碱装置， 结构简单，能有效去除氢气中含有的氢氧化钠，得到纯净的氢气，避免了对燃料电池的损害
图l是根据本发明优选实施例的硼氢化钠制氢系统反应前的结构示意图。
图2是根据本发明另一优选实施例的硼氢化钠制氢系统反应后的结构示意图。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明。 实施例l
如图1所示， 一种硼氢化物制氢系统，包括燃料室2、反应室4和橡胶制成的废料室9，燃 料室2上设有反应液进口11，废料室9上设有废料液出口1，燃料室2和反应室4通过控制阀3相 连接，反应室4位于燃料室2的侧面，与其位于同一水平面上，反应室4上端通过连接管5和单 向阀6与废料室9相连接，废料室9的边缘固定在整个装置上，废料室9的上部设置有气液分离 室7，其上设有氢气出口8，在气液分离室和氢气出口之间设置有除碱装置IO，在所述的除碱装置10中设有活性碳和变色硅胶，固定床雷尼镍催化剂固定在反应室4内，燃料室2内设有硼 氢化钠的碱溶液，其中碱溶液为氢氧化钠溶液，浓度为15wt。/。；
新鲜料液通过进口11进入燃料室2，当控制阀3打开后，燃料室2中的反应液经控制阀3流 入反应室4，溶液与反应室4中的固定床雷尼镍催化剂接触后产生氢气，氢气带动液体沿着连 接管5经单向阀6流入废料室9，液体在重力的作用下向下落，而气体则向上，完成第一次气 液分离，废料液经过出口l排出系统外。在反应液上随后氢气经过设置有泡沫镍的气液分离 室7再进行一次分离。
在氢气进入氢气出口8之前，通过除碱装置IO，进一步吸收氢气中含有的微量碱，然后 成为可供质子交换膜燃料电池使用的纯氢气，经过氢气出口8流出。 实施例2
如图2所示， 一种硼氢化物制氢系统，包括燃料室2，反应室4和弹性金属薄片制成的废 料室9，其中反应室4位于燃料室2的下方，在所述的除碱装置10中设有乙酸，固定床雷尼钴 催化剂固定在反应室4内，燃料室2内设有三硼氢化钾的碱溶液，其中碱溶液为氢氧化钾溶液 ，浓度为5wty。。其余同实施例l。
实施例3
如图1所示， 一种硼氢化物制氢系统，包括高弹性橡胶制成的废料室9，燃料室2和反应 室4，在所述的除碱装置10中设有FeCl3，固定床雷尼镍钴催化剂固定在反应室4内，燃料室2 内设有十氢十硼酸钙和十氢十硼酸铝的碱溶液，其中碱溶液为氢氧化钡溶液，浓度为26wt。/。 。其余同实施例l。
实施例4
如图1所示， 一种硼氢化物制氢系统，包括橡胶制成的废料室9，燃料室2和反应室4，在 所述的除碱装置10中设有马来酸、丁二酸和苹果酸，固定床雷尼钴催化剂固定在反应室4内 ，燃料室2内设有硼氢化钾、十二氢十二硼酸锂和十八氢二十硼酸铝的碱溶液，其中碱溶液 为氢氧化锂和氢氧化钾溶液，浓度为30wt。/。。其余同实施例l。
实施例5
如图1所示， 一种硼氢化物制氢系统，包括橡胶制成的废料室9，燃料室2和反应室4，在 所述的除碱装置10中设有脱脂棉、分子筛、P205和活性炭，固定床雷尼钴催化剂固定在反应 室4内，燃料室2内设有硼氢化钾和十二氢十二硼酸锂的碱溶液，其中碱溶液为氢氧化锂、氢 氧化钠和氢氧化钡溶液，浓度为20wt。/。。其余同实施例l。
实施例6如图1所示， 一种硼氢化物制氢系统，包括橡胶制成的废料室9，燃料室2和反应室4，在 所述的除碱装置10中设有柠檬酸和马来酸，固定床雷尼镍钴催化剂固定在反应室4内，燃料 室2内设有十二氢十二硼酸铝的碱溶液，其中碱溶液为氢氧化钾和氢氧化钡溶液，浓度为 18wt%。其余同实施例l。
权利要求
权利要求1一种硼氢化物制氢系统，包括用于储存反应液的燃料室(2)、用于放置催化剂的反应室(4)和废料室(1)，其中燃料室(2)上设有反应液进口(11)，废料室(9)上设有废料液出口(1)，燃料室(2)和反应室(4)通过控制阀(3)相连接，反应室(4)上端通过连接管(5)和单向阀(6)与废料室(9)相连接，气液分离室(7)设置于废料室(9)的上部，其上设有氢气出口(8)，其特征在于在气液分离室(7)和氢气出口(8)之间设置有除碱装置(10)，在所述的除碱装置(10)中设有吸附物质或者有机酸
2.根据权利要求l所述的硼氢化物制氢系统，所述的吸附物质为脱脂 棉、分子筛、活性炭、变色硅胶或Ee(13、 P^Gs中的一种或者几种的混合物。
3.根据权利要求l所述的硼氢化物制氢系统，所述的有机酸为柠檬酸 、乙酸、马来酸、丁二酸或苹果酸中的一种或者几种的混合物。
4.根据权利要求l所述的硼氢化物制氢系统，所述的废料室(9)由 弹性物质构成，所述的弹性物质为橡胶或有弹性的金属薄片。
5.根据权利要求4所述的硼氢化物制氢系统，所述的弹性物质为高弹性橡胶。
6.根据权利要求l所述的硼氢化物制氢系统，所述的气液分离室(7 )内设置有泡沫镍。
7.根据权利要求l所述的硼氢化物制氢系统，所述的反应室(4)可 以设置于燃料室(2)的下方或者设置在燃料室(2)的侧面，与所述的燃料室(2)位于同 一水平面上。
8.根据权利要求l所述的硼氢化物制氢系统，所述的反应液为硼氢化 物的碱溶液。
9.根据权利要求8所述的硼氢化物制氢系统，所述的硼氢化物为硼氢化物盐^'1 (BH4)n)、三硼氢化物盐^1^311^ 、十氢十硼酸盐C^AB"11110)、十三氢十硼酸盐(1^16]()1113)、十二氢十二硼酸盐( 121!121112)、十八氢二十硼酸盐( 121!2 1118)中的一种或几种的混合物，其中，M为碱金属、碱土金属或铝的阳离子中的一种或者几种的混 合物。
10.根据权利要求8所述的硼氢化物制氢系统，所述的碱溶液为氢氧 化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化锂溶液中的一种或其中几种的混合物。
11.根据权利要求8或10所述的硼氢化物制氢系统，所述的碱溶液浓 度为5-30wt0/0。
全文摘要
本发明公开了一种硼氢化物制氢系统，包括用于储存反应液的燃料室(2)、用于放置催化剂的反应室(4)和废料室(9)，其中燃料室(2)上设有反应液进口(11)，废料室(9)上设有废料液出口(1)，燃料室(2)和反应室(4)通过控制阀(3)相连接，反应室(4)上端通过连接管(5)和单向阀(6)与废料室(9)相连接，气液分离室(7)设置于废料室(9)的上部，其上设有氢气出口(8)，在气液分离室(7)和氢气出口(8)之间设置有除碱装置(10)，在所述的除碱装置(10)中设有吸附物质或有机酸。本发明具有结构紧凑、操作简单并且便于维护等特点，有效的抑制了氢气中的碱液对燃料电池电堆的损害。
文档编号H01M8/22GK101417787SQ20071020218
公开日2009年4月29日 申请日期2007年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者侯晓峰, 王玉晓, 钢 肖 申请人:汉能科技有限公司