利用电化学电池生产和提供净化的气体的方法
【专利说明】利用电化学电池生产和提供净化的气体的方法
[0001 ] 本专利申请在35 U.S.C.§ 120规定下要求在2013年6月28日提交的美国临时申请N0.61/840，843的优先权，该申请的全部内容在此并入作为参考。
技术领域
[0002]本发明的实施例涉及电化学电池，更具体地，涉及利用电化学电池用于气体净化、监控和/或用于提供净化的气体的方法。
【背景技术】
[0003]氢已经成为传统能源如化石燃料的一种可行的替换，用于一系列的技术，包括(例如)运输交通工具、便携式电源和固定式电力生产。氢作为能源载体的成功商业化及“氢经济”的长期可持续性可能部分地取决于氢操纵(manipulat1n)和管理系统(例如，EHC)及氢分配系统(例如，分配站)的效率和成本效益。
[0004]氢气的用户可能对在气体中可能存在的潜在污染物(potentialpollutants)敏感，如0)、0)2、吣、1^^广02、014、高级烃、3、(:1、8匕取、￥(^8、!120、!1010、!10)0!1、冊3、卤代化合物和例如颗粒物(particulates)。因此，消费者可以要求供应商提供净化的氢气，并且在某些情况下，以满足或超过某一阈值的供应的氢气的纯度。氢气的供应商和经销商通常在输送之前通过分析氢气的组成来保证供应的氢的纯度，例如使用，装置如气相色谱仪、质谱仪、电离检测器和红外光谱仪。基于使用这些装置记录的气体组成的分析测量，供应商然后可以为消费者提供对于这些或其他化合物的分析的证书，用于氢气的供应。虽然这些分析方法可能对于在集中的氢生产设施的质量控制以确保氢纯度是有用的，但这些方法对于在例如氢加气站(hydrogen fueling stat1ns)或氢传输站的使用来说可能极为昂贵。然而，在集中的设施生产的氢在运输到使用点(the point of use)的期间有可能受到污染。因此，需要一种有成本效益的方法，用于净化氢气、监控氢气的纯度，并确保由供应商输送给消费者的氢气的纯度的阈值水平。而且，对于氢生产系统如天然气蒸汽-甲烷重整器和例如电解槽，可能需要有成本效益的质量控制和监控。本发明的实施例可以着手解决一个或多个上述问题。
【发明内容】
[0005]根据一个实施例，一种生产满足预定的纯度阈值的氢气的方法，可以包括通过电化学氢栗传输一定数量的氢气混合物，其中该电化学氢栗包括阳极、阴极及位于阳极和阴极之间的电解质膜;通过将氢气从阳极经电解质膜传输到阴极，从氢气混合物中分离一定数量的氢气；从阴极收集氢气，其中收集的氢气至少满足预定的纯度阈值；以及生成证书(producing a certificate):收集的氢气具有至少基本上等于预定的纯度阈值的纯度。
[0006]本发明的各个实施例可以包括一个或多个以下方面:该方法可以进一步包括从阳极去除来自氢气混合物的一定数量的非氢气，电解质膜阻止该非氢气穿过该电解质膜到阴极；该方法可以进一步包括将收集的氢气输送给消费者;预定的纯度阈值可以超过约99%氢;预定的纯度阈值可以小于约300ppm的非氢气;并且预定的纯度阈值可以小于约50ppm的非氢气。
[0007]在本发明的另一个实施例中，一种提供满足预定的纯度阈值的氢气的方法，可以包括将含有氢气和非氢气的一定数量的氢气混合物引入到电化学氢栗，其中该电化学氢栗包括阳极、阴极及位于阳极和阴极之间的电解质膜;将氢气混合物从阳极引导到电解质膜；使氢气穿过电解质膜到阴极;基本上阻止非氢气穿过电解质膜;从阴极收集氢气，其中收集的氢气至少满足预定的纯度阈值；以及将收集的氢气与第二数量的氢气混合物混合，其中该混合产生第三数量的氢气混合物，该第三数量的氢气混合物具有至少满足预定的纯度阈值的纯度水平。
[0008]本发明的各个实施例可以包括一个或多个以下方面:该方法可以进一步包括提供保证(war ran ty ):第三数量的氢气混合物具有至少基本上等于预定的纯度阈值的纯度;该方法可以进一步包括将第三数量的氢气输送给消费者;第一数量的氢气混合物和第二数量的氢气混合物可能最初两者都是来源于氢气混合物源，并且当该第一数量引入到电化学氢栗时，该第一数量和第二数量可以被分离，且该第一数量和第二数量可以通过混合而重新汇合(rejoined);收集的氢气可以与第二数量的氢气混合物混合，并且被基本上阻止穿过电解质膜的非氢气可以不与该第二数量的氢气混合物混合;可以将与第二数量的氢气混合物混合的收集的氢气输送给消费者;预定的纯度阈值可以超过约99%氢；电化学氢栗可以经配置以在超过约2，000psi的压力下运行；电化学氢栗可以经配置以在超过约5，000psi的压力下运行;并且电化学氢栗可以经配置以在超过约10，000psi的压力下运行。
[0009]在另一个实施例中，一种提供满足预定的纯度阈值的氢气的方法，可以包括提供一定数量的氢气;将第一部分该一定数量的氢气转移到电化学氢栗，其中该电化学氢栗包括阳极、阴极及位于阳极和阴极之间的电解质膜;将第一部分氢气从阳极引导到电解质膜；使第一部分氢气穿过电解质膜到阴极;基本上阻止在第一部分中的非氢气穿过电解质膜；以及将穿过电解质膜的第一部分氢气再引入到没有转移到电化学氢栗的第二部分氢气。
[0010]本发明的各个实施例可以包括一个或多个以下方面:运行电化学氢栗所需要的电压可以随着被基本上阻止穿过电解质膜的非氢气的量的增加而增加；电压的增加可以是被基本上阻止穿过电解质膜的非氢气的量的函数，并且可以校准电化学氢栗以检测转移到该电化学氢栗的第一部分氢气是否降到纯度的预定水平以下;该方法可以进一步包括将穿过电解质膜的第一部分氢气及没有转移到电化学氢栗的第二部分氢气输送给消费者；电化学氢栗可以进一步包括控制器，且该方法可以进一步包括如果控制器检测到转移到电化学氢栗的氢气降到纯度的预定水平以下，停止输送第一部分氢气给消费者;该方法可以进一步包括生成保证:输送给消费者的氢气具有至少基本上等于预定的纯度阈值的纯度;该方法可以包括将一定量的第一部分该一定数量的氢气发送到测量装置，其中该测量装置经配置以测量氢气的纯度水平；可以将该一定量的第一部分从电化学氢栗的阳极发送到测量装置；电化学氢栗可以经配置以在超过约2，000psi的压力下运行；电化学氢栗可以经配置以在超过约5，000psi的压力下运行;并且电化学氢栗可以经配置以在超过约10，000psi的压力下运行。
[0011]在另一个示例性实施例中，一种提供满足预定的纯度阈值的氢气的方法，可以包括将含有氢气和非氢气的一定数量的氢气混合物引入到电化学氢栗，其中该电化学氢栗包括阳极、阴极及位于阳极和阴极之间的电解质膜;将氢气混合物从阳极引导到电解质膜;使氢气穿过电解质膜到阴极;基本上阻止非氢气穿过电解质膜;从阴极收集氢气，其中收集的氢气至少满足预定的纯度阈值；以及提供保证:收集的氢气具有至少基本上等于预定的纯度阈值的纯度。
[0012]本发明的各个实施例可以包括一个或多个以下方面:电化学氢栗可以经配置以在超过约5，000psi的压力下运行；并且电化学氢栗可以经配置以在超过约10，000psi的压力下运行。
[0013]实施例额外的目的和优点将部分地在以下说明中陈述，并且将部分地从说明中显而易见，或者可以通过该实施例的实践而得知。通过在所附的权利要求中具体指出的要素及组合将实现并获得实施例的目的和优点。
[0014]应该理解的是，前述的一般说明及以下详细说明两者都仅为示例性和解释性的，而不是对所要求保护的本发明的限制。
[0015]附图包含在本说明书中并构成说明书的一部分，示出本发明的实施例，并与说明书一起，用以解释本发明的原理。
【附图说明】
[0016]图1示出了根据本发明实施例的示例性电化学电池的爆炸图。
[0017]图2A示出了根据本发明实施例的示例性净化方法。
[0018]图2B示出了根据本发明实施例的示例性净化方法。
[0019]图3A示出了根据本发明实施例的用于监控氢气的纯度的示例性方法。
[0020]图3B示出了根据本发明实施例的用于监控氢气的纯度的示例性方法。