专利名称：用于产生氢气的装置以及具有该装置的燃料电池发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于产生氢气的装置以及具有该装置的燃料 电5也发电系纟克。
背景技术：
燃料电池执行通过电化学反应将燃料如氢气、LNG、 LPG、曱 醇等和空气的化学能直接转化成电和热的功能。虽然常规的发电技
术采用燃料燃烧、蒸汽发生、涡轮机驱动方法以及发电机驱动方法， ^旦燃料电池既没有燃烧过程也没有驱动装置。因此，燃料电池是一 种新的高效、环境友好的发电技术。
研究用于小型便携式电子装置的燃料电池包括高分子电解质 膜燃料电池(PEMFC),其使用氢气作为燃料，以及直接液体燃料 电池，如直接甲醇燃料电池(DMFC),其使用液体燃料。在这里，高分子电解质膜燃料电池，其使用氢气作为燃料，具有高功率密度 但需要分开的装置来供给氢气。
产生氢气作为用于高分子电解质膜燃料电池的燃料的方法使 用铝氧化反应、金属硼氢化物的水解或金属电极反应，其中金属电 极反应方法可以有效地控制氢气产生。利用导线将由镁电极电离成
Mg2+离子而获得的电子连接于另 一金属体，由此进行水分解反应产
生氢气，该金属电才及反应方法可以借助于连4妄导线的连4妄/断开、所 用电才及之间的间隙以及电4及尺寸来4空制氢气的发生。
然而，取决于如上所述的产生氢气的方法，氢气发生可以引起 电解质卩容液反向地流动到燃冲牛电池堆并引起电解槽#1翻转以致电 解质;容'液可以泄漏。
发明内容
本发明提供了一种用于产生氢气的装置以及一种燃料电池发
电系统，当产生氢气时其可以防止电解质滋:'液反向;也流动，以及当 电解冲曹移动时可以防止电解质〉容液泄漏到外部。
本发明的一个方面的特点在于产生氢气的装置。根据本发明的 一种实施方式的装置可以包4舌电解槽，其中注入了电解质溶液； 阳极，放置在电解槽内并构造成产生电子；阴极，放置在电解槽内 并构造成通过接受来自阳极的电子而产生氢气；以及胶凝剂，容纳
的流动性'
胶凝剂可以由包括高吸湿性树脂的材料制成,胶凝剂可以由这样一种材料制成，该材料包括选自由聚丙烯酸 钠、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯马来酸酐共聚物、交联羧曱基纤维素、 聚乙烯醇共聚物、交联聚环氧乙烷以及聚丙烯腈的淀粉接枝共聚物 组成的組中的任意 一种。
可以将胶凝剂涂布在选自由电解槽、阳极以及阴极组成的组中 的4壬^可一个的表面上。
阳才及和阴才及的至少之一可以包4舌在其中形成的通孔以致电解 质;容液可以#皮均匀》真充在电解冲曹内。
本发明的另 一个方面的特点在于燃料电池发电系统。根据本发
明的一种实施方式的系统可以包括电解槽，其中注入了电解质溶 液；阳极，放置在电解槽内并构造成产生电子；阴极，放置在电解 槽内并构造成通过接受来自阳极的电子而产生氢气；胶凝剂，容纳
的流动性；以及燃料电池，构造成通过转化产生自阴极的氢气的化 学能而产生电能。
月交凝剂可以由包括高吸湿性树脂的材冲牛制成。
胶凝剂可以由这样一种材料制成，该材料包括选自由聚丙烯酸 钠、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯马来酸酐共聚物、交联羧甲基纤维素、 聚乙烯醇共聚物、交联聚环氧乙烷以及聚丙烯腈的淀粉接枝共聚物 组成的组中的任意一种。
可以将胶凝剂涂布在选自由电解槽、阳极以及阴极组成的组中 的^壬^可一个的表面上。阳才及和阴极至少之一可以包括在其中形成的通孔以致电解质 〉容液可以#皮均匀^真充在电解冲曹内。
图l是示出根据本发明的一个方面的用于产生氢气的装置的一 种实施方式的示意图。
图2是示出根据本发明的另 一个方面的燃料电池发电系统的一 种实施方式的示意图。
具体实施例方式
将参照附图详细描述根据本发明的用于产生氢气的装置以及 燃冲牛电池发电系统的一种实施方式。在参照附图的描述中，相同的 标记数字将被指定纟会相同或相应的元件，并且将略去其重复描述。
图1是示出根据本发明的一个方面的用于产生氢气的装置的一 种实施方式的示意图。图1示出的是用于产生氢气的装置100、阳 才及IIO、阴才及120、通孑L1 12和122、电解才曹130、电解质〉容、液135、 控制器140以及胶凝剂170。
根据本发明的该实施方式，通过在电解槽130内容纳胶凝剂 170来使该电解质溶液135凝胶化，以致可以降低电解质溶液135 的流动性。因此，提供了用于产生氢气的装置100,其可以防止当 产生氢气时电解质溶液135伴随氢气的反向流动，以及可以防止当 电解槽130移动时随着电解槽130净皮翻转或倾斜而电解质纟容液135 泄漏到外部。电解槽130可以容纳通过分解反应释放氮气的电解质溶液
135。阳极110和阴极120位于电解槽130内，以便容纳在电解槽 130内的电解质溶液135可以产生氢气发生反应。
LiCl、 KC1、 NaCl、 KN03、 NaN03、 CaCl2、 MgCl2、 K2S04、 Na2S04、 MgS04、 AgCl等可以用于电解质溶液135。电解质溶液 135可以包括氮离子。还可以通过胶凝剂170来使该电解质溶液135 凝胶化。将在下文提供胶凝剂170的描述中描述此问题。
阳才及110是活4生电才及，4立于电解槽130内并可以产生电子。阳 才及110可以由例如4美(Mg)制成。由于阳才及110和氢气的电离倾向之 间的差异，通过在电解质溶液135中释放电子，阳极110可以被氧 化成4美离子(Mg2+)。
在这里，产生的电子可以^皮寿争移到阴4及120。因此，通过产生 电子，阳极110 ^皮消耗并构造成在一定时期内被取代。阳极110可 以由比下文描述的阴极120具有相对更高电离倾向的金属制成。
阴极120是非活性电极。由于阴极(不同于阳极110)不可能 被消耗，所以可以使用比阳极110具有更薄厚度的阴极。阴极120 位于电解槽130内并可以4昔助于产生自阳4及110的电子来产生氢
阴才及120可以由例如不4秀钢制成，并且可以与电子起反应而产 生氢气。即，在阴极120的化学反应中，电解质溶液135接受自阳 极110转移的电子并在阴极120处被分解成氢气。在以下化学反应 式(l)中描述阳极和阴极的反应。阳极110: Mg^Mg2+ + 2e-
阴极120: 2H2 O + 2e. + H2 + 2(OH)、总反应Mg + 2H20 ^ Mg(OH)2 + H2 .........(1)
同时，阳极110或阴极120、或它们两者可以具有在其中形成 的通孔112和122,以便:故注入电解槽130的电解质溶液135可以 被均匀填充在电解槽130内。
即，因为电解质溶液135能够在将电解质〉容液135注入电解槽 130内时经由通孔112和122而通过阳才及110和阴才及120之间的空 间而移动，所以可以用电解质溶液135有效和均匀地填充电解槽130 的内部，即使并没有将电解质溶液135直接注入阳极110和阴极120 之间的空间或即使阳极110和阴极120之间的空间小而窄。
因为如上所述^真充的电解质溶'液135可以在注入电解质;容液的 同时被凝胶化以致下文描述的胶凝剂170降低了电解质溶液的流动 性，所以当产生氢气时，可以防止电解质;容液135 4半随着氢气而损 失，以及当用于产生氢气的装置移动时，可以防止氢气随着电解槽 130纟皮翻转而泄漏到外部。
控制器140电连接于阳极110和阴极120,并且可以控制阳极 110和阴极120之间的电流。控制器14(M妻受由外部装置如燃料电 池等所需要的氢气量。如果量4交大，则可以增加乂人阳才及110流动到 阴极120的电子的量。如果量4艮小，则可以减少从阳极110流动到 阴极120的电子的量。
例如，由可变电阻器构成的控制器140能够通过改变可变电阻 器的电阻值来控制在阳极110和阴极120之间流动的电子的量，或 由通/断开关构成的控制器140能够通过控制通/断定时来控制在阳 才及110和阴4及120之间流动的电子的量。为了降低电解质溶液135的流动性，胶凝剂170被容纳在电解 槽130内并且电解质溶液135可以被凝胶化。换言之，通过使用胶 凝剂170来使该电解质溶液135凝胶化。因此，注入到电解槽130 内的电解质溶液135的液态被变为具有降低的流动性的凝胶态，以 致电解质溶液可以保持一 定形状。
由于通过使用胶凝剂170来使该电解质溶液135凝胶化，所以 当产生氩气时，可以防止电解质溶液135伴随着氢气而泄放，以侵_ 可以降低氢气的湿度。同时，氢气可以另外产生自得到保存而没有 -陂泄;汶的电解质溶液135。因此，可以增加所产生氢气的总量。
此外，甚至当改变电解槽130的方向时，例如，当用于产生氢 气的装置移动时电解槽130被翻转或倾斜，由于凝胶化的电解质溶 液135的j氐流动性，电解质-容液135可以#皮1呆持而没有泄漏到外部。
胶凝剂170可以由包括高吸湿性树脂的材料制成。结果，因为 具有高吸湿性树脂的力交凝剂170有力地吸收大量的电解质溶液135， 所以电解质溶液135和"交凝剂170可以整个地处于具有^f氐流动性的 凝胶态。
在这里，聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯马来酸肝共聚 物、交联羧甲基纤维素、聚乙烯醇共聚物、交联聚环氧乙烷以及聚 丙烯腈的淀粉4妄冲支共聚物或它们的至少两种的任4可组合可以用作 月交凝剂170。因此，如上所述，月交凝剂170吸收大量的电解质溶液 135,以致电解质溶液135和胶凝剂170可以整个地处于凝胶态。
此外，可以将月交凝剂170涂布在电解槽130、阳极110以及阴 才及120或它们的至少两者的表面上。因jt匕，扩大了用于与电解质〉容 液135起反应的表面积，乂人而更有效地凝力交化该电解质溶液135。接着，将描述才艮据本发明的另 一个方面的燃料电池发电系统的 一种实施方式。
图2是示出4艮据本发明的另 一个方面的燃料电池发电系统的一 种实施方式的示意图。在图2中，示出的是燃料电池发电系统200、 用于产生氛气的装置260、阳才及210、阴才及220、通孑匕212禾口222、 电解槽230、电解质溶液235、控制器240、胶凝剂270以及燃料电 池250。
根据本发明的该实施方式，胶凝剂270被容纳在电解槽230内 并且电解质溶液235被凝胶化，以致降低电解质溶液235的流动性， 从而产生氬气时，可以防止电解质溶液235伴随着氢气而反向地流 动，以及当电解槽230移动时，可以防止电解质溶液235随着电解 槽230被翻转或倾斜而泄漏到外部。因此，提供了能够更有效地产 生电能的一种燃料电池发电系统200。
在本发明的该实施方式中，因为用于产生氢气的装置260、阳 极210、阴极220、通孑L212和222、电解槽230、电解质溶液235、 控制器240以及胶凝剂270的构造和运作与上述实施方式相同或对 应，所以将省略其描述。在下文将描述与上述实施方式的差异，即 燃料电池250。
通过转化由阴极220产生的氢气的化学能，燃料电池250可以 产生电能。由用于产生氢气的装置260产生的低湿度氢气可以被转 移到燃料电池250的燃料电极。因此，通过将由用于产生氢气的装 置260产生的氢气的上述化学能转化成电能，可以产生直流电。
不同于上述实施方式的许多实施方式包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于产生氢气的装置，包括电解槽，其中注入了电解质溶液；阳极，放置在所述电解槽内并构造成产生电子；阴极，放置在所述电解槽内并构造成通过接受来自所述阳极的电子而产生氢气；以及胶凝剂，容纳在所述电解槽内并构造成使所述电解质溶液凝胶化，从而降低所述电解质溶液的流动性。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述胶凝剂由包括高吸湿 性树脂的材料制成。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中，所述胶凝剂由包括选自由 聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯马来酸酐共聚物、交联 羧甲基纤维素、聚乙烯醇共聚物、交联聚环氧乙烷以及聚丙烯 腈的淀粉接枝共聚物组成的组中的任意一种的材料制成。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中，将所述胶凝剂涂布在由所 述电解槽、所述阳极以及所述阴4及组成的组中的任何一个的表 面上。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述阳极和所述阴极的至 少之一 包括在其中形成的通孔，以致所述电解质溶液可以均匀 填充在所述电解槽内。
6. —种燃泮+电池发电系统，包4舌电解槽，其中注入了电解质、溶液；阳^f及，；改置在所述电解槽内并构造成产生电子；阴极，放置在所述电解槽内并构造成通过接受来自所述 阳才及的电子而产生氢气；月交凝剂，容纳在所述电解槽内并构造成"f吏所述电解质〉容 液凝胶化，从而降低所述电解质溶液的流动性；以及燃料电池，构造成通过转化产生自所述阴极的所述氢气 的化学能来产生电能。
7. 根据权利要求6所述的系统，其中，所述胶凝剂由包括高吸湿 性树脂的材料制成。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述胶凝剂由包括选自由 聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯马来酸酐共聚物、交联 羧甲基纤维素、聚乙烯醇共聚物、交联聚环氧乙烷以及聚丙烯 腈的淀粉接枝共聚物组成的组中的任何一种的材料制成。
9. 根据权利要求6所述的系统，其中，将所述胶凝剂涂布在由所 述电解槽、所述阳极以及所述阴才及组成的组中的任何一个的表面上。
10. 根据权利要求6所述的系统，其中，所述阳极和所述阴极的至 少之一包括在其中形成的通孔，以致所述电解质溶液可以被均 匀填充在所述电解槽内。
全文摘要
本发明披露了一种用于产生氢气的装置以及具有该装置的燃料电池发电系统。根据本发明的一种实施方式的装置包括电解槽，其中注入了电解质溶液；阳极，放置在电解槽内并构造成产生电子；阴极，放置在电解槽内并构造成通过接受来自阳极的电子而产生氢气；以及胶凝剂，容纳在电解槽内并构造成使电解质溶液凝胶化从而降低电解质溶液的流动性。
文档编号C01B3/08GK101565166SQ20091013445
公开日2009年10月28日 申请日期2009年4月15日 优先权日2008年4月21日
发明者具甫性, 吉宰亨, 张宰赫, 蔡敬洙, 郑昌烈 申请人:三星电机株式会社