专利名称：一种基于氢能的储能供能一体化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及清洁能源与新能源领域中氢能利用技术。具体而言是以氢能的储存及氢能与电能的相互转化技术为核心的能源优化利用技术，具体涉及一种基于氢能的储能供能一体化系统。
背景技术：
随着传统矿物燃料的枯竭和环境保护需求的日益增长，氢能作为一种能量密度高、清洁无害的新型二次能源倍受人们关注，氢能经济也应运而生。氢能经济中氢能的利用将渗透到经济生活的方方面面。以氢为基础的能源体系则主要包括氢的生产、存储、运输、转化应用等一系列环节。传统的制氢技术包括烃类水蒸气重整制氢法、重油(或渣油)部分氧化重整制氢 法和电解水法。目前，以生物制氢为代表的新制备方法也日益受到各国的关注，预计到21世纪中期将会实现工业化生产，利用工农业副产品制氢的技术也在发展。此外，利用其它方式分解水制备氢的技术也受到了广泛的重视，如利用太阳能、地热能、核能的热化学循环制氢等。氢存储问题涉及到氢的生产、运输、最终应用等所有环节。目前，氢的存储主要有三种方法高压气态存储、低温液氢存储和储氢材料存储。氢的运输与氢的存储方式密切相关，存在着多种运输方式。氢的输运可以是气态、液态和氢化物的形式，无论哪种状态都可以使用管道和车辆进行运输。氢能在化工、航空航天、交通运输、供热、供电等方面有着广泛的应用空间。氢主要有两种转化应用的方式，即可以以燃烧的形式在发动机中使用，也可以以化学作用的形式在燃料电池(Fuel Cell,FC)中使用。其中燃料电池因其使用灵活方便而得到了人们的广泛关注。以氢为能量载体的燃料电池主要有五种类型，分别为碱性电解质燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEM-FC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)，其区别主要在于电池中的电解质和工作温度不同。碱性电解质燃料电池和固体氧化物燃料电池目前主要应用在航天、潜水艇和军事方面，如美国阿波罗飞船、空间轨道站上用的都是碱性电解质燃料电池。但由于它们需要使用大量钼和工作条件苛刻，因此应用范围比较受限；磷酸燃料电池在大电站方面应用较多，如1991年美国的IFC、EPRI和DOC合作开发的11丽级PAFC发电装置现已并网发电；熔融碳酸盐燃料电池作为民用发电装置的前景受到广泛重视，如1997年由加拿大的Ballard公司与美国能源公司(ERC)共同建设的MCFC250kW电站；由于质子交换膜燃料电池属于低温型燃料电池，保温问题比较容易解决，而且起动所需要的暖机时间较短，采用固体膜做电解质降低了结构的复杂性，同时，以纯氢做燃料时，质子交换膜燃料电池不需要去除杂质的辅助系统，使系统结构简化，上述优点使之成为目前研究最为活跃、进展最快、车上应用最多的燃料电池。鉴于水制氢技术是将能量转化储存为氢能，而氢燃料电池是一种良好的将氢能转化为电能的工具，已有相关专利将两者结合，如公开号CN 101154740A专利将电解水制氢和氢燃料电池结合，提供一种电能制氢及氢能发电的联合装置，从而实现电能-氢能-电能之间的转换。然而，上述专利的联合装置无氢气储存的环节，电解水制得的氢气立被送入氢燃料电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于氢能的储能供能一体化系统，该系统内的氢、氧、水实现循环利用。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是一种基于氢能的储能供能一体化系统，它包括制氢单元、燃料电池单元；制氢单元的氧气输出口由氧气管与燃料电池单元的的氧气输入口相连通，燃料电池单元的出水口由水管与制氢单元的进水口相连通；其特征在于制氢单兀的氢气输出口由第一氢气管与储氢单兀的氢气输入口相连通，储氢单兀的氢气输出口由第二氢气管与燃料电池单元的氢气输入口相连通。
所述制氢单元采用水分解法制氢。所述水分解法制氢具体为电解水制氢技术、光催化分解水制氢技术或热化学循环分解水制氢技术等。所述储氢单元由储氢材料和放置储氢材料的储氢罐组成，储氢罐上设有氢气输入口和氢气输出口，储氢材料位于储氢罐内。所述储氢材料为物理吸附类储氢材料、金属氢化物储氢材料、化学氢化物储氢材料或有机液态储氢材料。所述物理吸附类储氢材料为碳基材料或无机多孔材料或金属有机框架。所述碳基材料为石墨、活性炭、碳纳米管等；无机多孔材料为沸石分子筛等；金属有机框架(MOF)为Cu2(L2) (H2O)2, IRM0F-11 或 IRM0F-20 等。所述金属氢化物储氢材料为轻金属氢化物或高级合金氢化物。轻金属氢化物为镁基储氢材料等(如Mg基系列，具体为单质镁储氢材料、镁基复合储氢材料和镁基合金储氢材料)；高级合金氢化物为LaNi5或TiFe合金等。所述化学氢化物储氢材料为钠招氢化物、锂招氢化物、韩招氢化物、锂氮氢体系或
氣砸烧等。所述有机液态储氢材料为苯、甲苯、萘或稠杂环类化合物。所述燃料电池单元为低温氢氧燃料电池。所述低温氢氧燃料电池为质子交换膜电池或碱性燃料电池。本发明的有益效果是该系统具有将氢能的制造、储存、利用三个过程联合的特点，整个系统内的氢、氧、水实现循环利用。
图I为本发明的结构框图。图2为本发明的结构示意图(以电解水制氢为例)。图3为物理吸附类储氢材料的储氢罐的示意图。图4为金属氢化物储氢材料的储氢罐的示意图。图5为有机液态储氢材料的储氢罐的示意图。图中1_储氢罐，2-物理吸附类储氢材料，3-金属氢化物储氢材料，4-加热器，5-有机液态储氢材料，6-催化剂。
具体实施例方式如图I、图2所示，一种基于氢能的储能供能一体化系统，它包括制氢单元、储氢单元、燃料电池单元；制氢单元的氧气输出口由氧气管与燃料电池单元的的氧气输入口相连通，燃料电池单元的出水口由水管与制氢单元的进水口相连通；制氢单元的氢气输出口由第一氢气管与储氢单元的氢气输入口相连通，储氢单元的氢气输出口由第二氢气管与燃料电池单元的氢气输入口相连通。该系统内的氢、氧、水实现循环利用。一 )制氢单元 本单元氢气由水直接分解制得，可采用多种方式实现所述水分解法制氢具体为电解水制氢技术、光催化分解水制氢技术或热化学循环分解水制氢技术等。利用电能电解水生成氢气和氧气；利用太阳能、核能、风能、水能、地热能的热化学循环分解水制氢；利用光能通过催化剂直接分解水制氢；利用微藻等生物制氢。制得的氢气进入储氢单元储存，制得的氧气进入氢燃料电池单元循环利用。氢主要由水分解产生，实施方式可以是，但不限于光解水、电解水、热解水等。二)储氢单元制氢单元主要由储氢材料和放置储氢材料的储氢罐组成，储氢罐上设有氢气输入口和氢气输出口，储氢材料位于储氢罐内。储氢罐的罐体材质可为聚四氟乙烯材料、不锈钢等材料，其特点是耐高压、防渗透、耐腐蚀。储氢材料主要包括以下几类1、物理吸附类储氢材料一通过物理作用方式可逆地吸附在高比表面积多孔材料上，如碳基材料(石墨、活性炭、碳纳米管)或无机多孔材料(如沸石分子筛)和金属有机框架(MOF)等[金属有机框架(MOF)为Cu2(L2) (H2O)2,IRM0F-11 或 IRM0F-20 等]。如图 3 所示。2、金属氢化物储氢材料一包括轻金属氢化物(如Mg基系列，具体为单质镁储氢材料、镁基复合储氢材料和镁基合金储氢材料)或高级合金氢化物(如LaNi5或TiFe合金等)。如图4所示。3、化学氢化物储氢材料——包括钠铝氢化物、锂铝氢化物、钙铝氢化物、锂氮氢体系或氨硼烷等。4、有机液态储氢材料一包括如苯、甲苯、萘等芳环化合物及稠杂环类化合物等。如图5所示，催化剂为贵金属催化剂、Ni催化剂、均相催化剂等。由制氢单兀输送过来的氢气在此储存，同时在系统对外供能时将氢气释放并输送至氢燃料电池单元。三)氢燃料电池单元主要是低温氢氧燃料电池，如质子交换膜电池或碱性燃料电池等。由制氢单元输送的氧气进入燃料电池的阴极，储氢单元的氢气进入燃料电池阳极。燃料电池将储存在氢气的能量转化为电能利用。燃料电池产生的水通过管路输入制氢单元循环使用。本发明利用太阳能、核能、风能、水能等能量将水分解成氢气和氧气。制得的氢气通过管道进入储氢单元，制得的氧气进入燃料电池的阴极加以利用。氢气进入储氢单元后，可通过物理吸附类储氢材料、金属氢化物储氢材料、化学氢化物储氢材料、有机液态储氢材料等四种方式储存。当需要利用能量时，储氢单元的储氢材料释放氢气，通过 管道输送到燃料电池的阳极。在燃料电池单元，将氢能转化为电能，即供能部分的过程。
权利要求
1.一种基于氢能的储能供能一体化系统，它包括制氢单元、燃料电池单元；制氢单元的氧气输出口由氧气管与燃料电池单元的的氧气输入口相连通，燃料电池单元的出水口由水管与制氢单元的进水口相连通；其特征在于制氢单元的氢气输出口由第一氢气管与储氢单元的氢气输入口相连通，储氢单元的氢气输出口由第二氢气管与燃料电池单元的氢气输入口相连通。
2.根据权利要求I所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述制氢单元采用水分解法制氢。
3.根据权利要求2所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述水分解法制氢具体为电解水制氢、光催化分解水制氢或热化学循环分解水制氢。
4.根据权利要求I所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述储氢单元由储氢材料和放置储氢材料的储氢罐组成，储氢罐上设有氢气输入口和氢气输出口，储氢材料位于储氢罐内。
5.根据权利要求4所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述储氢材料为物理吸附类储氢材料、金属氢化物储氢材料、化学氢化物储氢材料或有机液态储氢材料。
6.根据权利要求5所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述物理吸附类储氢材料为碳基材料或无机多孔材料或金属有机框架。
7.根据权利要求6所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述碳基材料为石墨、活性炭、碳纳米管；无机多孔材料为沸石分子筛；金属有机框架为Cu2(L2)(H2O)2, IRM0F-11 或 IRM0F-20。
8.根据权利要求5所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述金属氢化物储氢材料为轻金属氢化物或高级合金氢化物。
9.根据权利要求8所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于轻金属氢化物为镁基储氢材料；高级合金氢化物为LaNi5或TiFe合金。
10.根据权利要求5所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述有机液态储氢材料为苯、甲苯、萘或稠杂环类化合物。
11.根据权利要求5所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述化学氢化物储氢材料为钠招氢化物、锂招氢化物、韩招氢化物、锂氮氢体系或氨硼烧。
12.根据权利要求I所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述燃料电池单元为低温氢氧燃料电池。
13.根据权利要求12所述的一种基于氢能的储能供能一体化系统，其特征在于所述低温氢氧燃料电池为质子交换膜电池或碱性燃料电池。
全文摘要
本发明涉及以氢能的储存及氢能与电能的相互转化技术为核心的能源优化利用技术。一种基于氢能的储能供能一体化系统，它包括制氢单元、储氢单元、燃料电池单元；制氢单元的氧气输出口由氧气管与燃料电池单元的氧气输入口相连通，燃料电池单元的出水口由水管与制氢单元的进水口相连通；其特征在于制氢单元的氢气输出口由第一氢气管与储氢单元的氢气输入口相连通，储氢单元的氢气输出口由第二氢气管与燃料电池单元的氢气输入口相连通。该系统具有将氢能的制造、储存、利用三个过程联合的特点，整个系统内的氢、氧、水实现循环利用。
文档编号C25B1/04GK102797970SQ201110139200
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者程寒松, 杨明, 倪刚, 韩超群, 韩波, 吴金平 申请人:中国地质大学(武汉)