专利名称：用于燃料电池的重整器和包括该重整器的燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明的方面涉及用于燃料电池的重整器和包括该重整器的燃料电池 系统。更具体地说，本发明的方面涉及具有简化的结构、良好的氧化活性和 良好的氧化选择性的重整器。
背景技术：
燃料电池可以用于发电系统中，以通过氧化剂与燃料之间的电化学氧化 还原反应产生电能。合适的燃料可以是氢，也可以是诸如曱醇、乙醇、天然 气等的烃类物质。这样的燃料电池是一种清洁能源，能够降低对矿物燃料的 需求。它包括由单元电池组成的堆，并产生各种范围的功率输出。由于能量 密度比小型锂电池高四到十倍，因此燃料电池已突出地用作小型便携式电 源。
典型的示例性的燃料电池包括聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和 直接氧化燃料电池(DOFC)。直接氧化燃料电池包括以曱醇为燃料的直接 曱醇燃料电池。
聚合物电解质膜燃料电池具有很高的能量密度和很高的功率输出，但是 问题在于它们以氢气为燃料，而氢气必须小心处理。另外，产生氢气通常需 要辅助工具，如用于重整曱烷、曱醇、天然气等的重整处理器。
相反，直接氧化燃料电池的能量密度比聚合物电解质燃料电池低，但是 更易于处理，能够在更低的操作温度下操作；并且为了产生直接氧化燃料电 池的燃料无需另外的燃料重整处理器。
在燃料电池系统中，包括几个到几十个彼此相邻层叠的单元电池的堆用 来发电。每个单元电池由膜电极组件(MEA)和隔板(也称为双极板)构成。膜电极组件被聚合物电解质膜分开的阳极(也称为"燃料电极"或"氧化电 极")和阴极(也称为"空气电极"或"还原电极")组成。
燃料被供应给阳极并吸附在阳极的催化剂上，并且被氧化以产生质子和 电子。电子经过外电路转移到阴极，质子则通过聚合物电解质膜转移到阴极。 另外，氧化剂被供应给阴极，然后氧化剂、质子和电子在阴极催化剂上反应， ,人而产生电和水。
通常，燃料电池系统由堆、重整器、燃料箱和燃料泵组成。堆构成燃料 电池系统的主体，燃料泵将燃料从燃料箱移动到重整器。重整器将燃料重整 以产生氢气，并将氢气供应给堆。
重整器通常包括使用热能通过催化剂重整反应从燃料中生成氢气的重 整反应部件。燃料电池系统通常包括一氧化碳降低部件，该部件通过一种使 一氧化碳的氧化程度强于氢气的氧化程度的氧化反应，来从氲气中去除一氧 化碳。这样的重整反应通过重整催化剂完成，因此，目前在重整催化剂方面 有很多研究。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种用于燃料电池的重整器，其具有简化的结 构和良好的氧化活性和选择性。
本发明的另 一个实施例提供一种包括所述重整器的燃料电池系统。 根据本发明的一个实施例，提供一种用于燃料电池系统的重整器。所述
重整器包括重整反应部件，其利用热能通过催化剂重整反应从燃料中生成 氢气；和一氧化碳降低部件，其通过一氧化碳与氧化剂的氧化反应降低氢气 中的一氧化碳浓度。所述一氧化碳降低部件包括包括第——氧化碳氧化催 化剂的第 一降低部件，和包括第二一氧化碳氧化催化剂的第二降低部件。
根据另一个实施例，提供一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包括 上述重整器；至少一个发电元件，用于通过氢气与氧化剂的电化学反应生成 电能；燃料供应器，用于向所述重整反应部件供应燃料；和氧化剂供应器，
用于分别向所述一氧化碳降低部件和所述发电元件供应氧化剂。
在以下的描述中将部分地陈述本发明的附加方面和/或优点，并且本发明 的附加方面和/或优点将部分地通过这些描述而变得明显，或者可以通过实施 本发明来获知。
本发明的这些和/或其它方面和优点将从以下结合附图对实施例的描述
中变得明显和更加容易理解，其中
图1为示出根据本发明实施例的燃料电池系统的结构的示意图。
图2为示出根据本发明一个实施例的一氧化碳降低部件的结构的横截面图。
图3示出在制备第一一氧化碳氧化催化剂期间，热处理中的温度曲线图。
具体实施例方式
现在将对本发明的实施例进行具体介绍，其实例示例在附图中，其中相 同的附图标记始终表示相同的元件。下面对实施例进行描述以通过参照附图 阐释本发明。
在下文中将参照附图，具体描述本发明的示例性实施例的方面。 根据不同的实施例，重整器包含重整反应部件，该部件用于通过利用热 能的催化剂重整反应来从燃料中生成氢气。重整器中产生的氢气还含有一氧 化碳。 一氧化碳可能由燃料中的杂质产生，也可能是氢产生反应的副产品。 重整器还包含一氧化碳降低部件，该部件用于通过一氧化碳与氧化剂的氧化 反应，降低氢气中的一氧化碳浓度。 一氧化碳降低部件包含包含第一一氧 化碳氧化催化剂的第 一降低部件，和包含第二一氧化碳氧化催化剂的第二降 低部件。
在一氧化碳降低部件中，发生一氧化碳的优先氧化(PROX)。通过优
先氧化，氢气中的一氧化碳降低到ppm级。由于一氧化碳会污染燃料电池 催化剂，从而使电极性能恶化，必须降低一氧化碳的含量。
使用催化剂来促进PROX反应。根据以下反应CO+l/202 —C02,所 述催化剂在氢气流中选择性地利用氧来氧化残留的一氧化碳，其中氢可能占 多于60%的气流成分的体积。因此，在本方法中，不期望的副反应是根据 以下反应的氢的氧化H2+l/202 —H20。为了尽可能的少消耗氢，氧化过程 最好尽可能地对一氧化碳具有选择性。影响氧化过程选择性的因素包括该 过程中使用的输入气流的成分、反应温度、输入气流的空速(space velocity ) 和优先氧化催化剂的成分。
传统的优化氧化过程使用诸如Pt、 Ph、 Ru等铂族金属。但是，这些金 属对一氧化碳具有低选择性。这种低选择性能够导致不期望地将氢氧化成 水。也就是说，铂族金属对一氧化碳的氧化具有高活性，但是通过使氢与氧 化剂进行反应却引起产生水的副反应。
根据本发明的 一个实施例， 一 氧化碳降低部件被分为第 一 降低部件和第 二降低部件。第一和第二降低部件包括不同的一氧化碳氧化催化剂。包括不 同的 一氧化碳氧化催化剂提高了在高温下的选择性。
第 一降低部件包括对一氧化碳氧化反应具有高选择性的第——氧化碳 氧化催化剂，第二降低部件包括对一氧化碳氧化反应具有高活性的第二一氧 化碳氧化催化剂。含有氢气的一氧化碳被供应给第一一氧化碳降低部件，来 与第——氧化碳氧化催化剂进行反应，然后被供应给第二一氧化碳降低部 件，来与第二一氧化碳氧化催化剂进行反应。
燃料电池系统的传统重整器包括具有复杂结构以提高选择性的一氧化 碳降低部件。例如，传统的一氧化碳降低部件需要多次供应氧化剂，或需要 多个催化剂反应器，或需要对氧化剂供应的速度进行精确控制。但是，根据 本发明的实施例的一氧化碳降低部件不需要多次供应氧化剂，也不需要多个 催化剂反应器。该 一 氧化碳降低部件可以提高 一 氧化碳氧化反应的选择性。
在第 一一氧化碳降低部件和第二一氧化碳降低部件中，如下面的反应式l所示，发生了一氧化碳氧化反应。第一碳降低部件所包括的第一一氧化碳 氧化催化剂对一氧化碳氧化反应具有更高的选择性，在这种情况下，通过第 ——氧化碳降低部件的气体具有更高的氧/一氧化碳比。具有更高的氧/一氧 化碳比的气体，能够提高第二一氧化碳氧化催化剂的活性。 [反应式1]2CO+02 — 2C02第——氧化碳氧化催化剂包括任何对一氧化碳氧化反应具有良好选择 性的催化剂。根据一个实施例，第——氧化碳氧化催化剂包括Ce02和CuO。 才艮据另一个实施例，第——^氧化石友氧化催化剂可以包括Ce02、 M0 (MO为 无机氧化物)和CuO。当第——氧化碳氧化催化剂包括Ce02和CuO时，增 加了对一氧化碳氧化反应的选择性；当第一"~"氧化碳氧化催化剂包括Ce02、 MO、和CuO时，进一步增加了对一氧化碳氧化反应的选择性。关于MO, M乂人由Ni、 Co、 Fe、 Sn、 Pb、 Se及其组合组成的组中选4奪。 才艮据一个实施例，Ni是适合作为M的。第——氧化石灰氧化催化剂可以包括重量比为15-25 : 1-10的Ce02和 CuO。当Ce02和CuO的重量比低于下限时，不能获得预期的催化剂活性， 而当重量比高于上限时，可能会降低催化剂的活性。第——氧化碳氧化催化剂包括重量比为15-25 : 0.1-0.4 : 1-10的Ce02、 MO和CuO。当Ce02、 MO和CuO的重量比低于下限时，不能获得预期的 催化剂活性，而当该重量比高于上限时，可能会降低催化剂的活性。第——氧化碳氧化催化剂所包括的活性物质负载在从由A1203、 Ti02、 Si02及其组合组成的组中选择的载体上。根据一个实施例，活性物质可以负 载在A^03上。能够使用以下方法来制备包括活性物质Ce02和CuO，或活性物质Ce02、MO和CuO的第——氧化碳氧化催化剂。根据各种实施例，现在将描述一种制备包括活性物质Ce02和CuO的第——氧化碳氧化催化剂的方法。将Ce前体溶解入含Cu的水溶液来制备混 合溶液。在第——氧化碳氧化催化剂包含活性物质Ce02、 MO和CuO的情 况下，将铈前体和M前体溶解入含Cu的水溶液来制备混合溶液。在此，当 一氧化碳氧化催化剂将要由载体负载时，该载体被加入到混合溶液。将该混 合溶液在变化的温度下进行加热，然后烘干，从而产生化合物。然后将该化 合物进行煅烧，形成一氧化碳氧化催化剂成品。加热温度可以在200到500。C之间变化。图3示例了温度变化的例子。 参照图3，加热在三项操作下进行。第 一搡作在200°C进行，第二操作在300°C 进行，而第三操作在550。C进行两小时。铈前体可以包含飾硝酸盐、4妄铈硝酸盐、铈醋酸盐、铈盐酸盐或它们的 混合物。根据一个实施例，可以使用Ce(N03)3、 (NH4)2Ce(N03)6或它们的混 合物。铈前体可以包括以上化合物的氢氧化物。M前体可以包含M硝酸盐、M醋酸盐或M盐酸盐，例如，4臬硝酸盐、 钴硝酸盐、铁硝酸盐、Ni(N03)2、 Ni(OCOCH3)2、 NiCl2、 Co(N03)2、 Fe(N03)3 或它们的混合物。M前体可以包含以上化合物的氬氧化物。可以通过将铜前体溶解于水来制备包含Cu的水溶液。铜前体的例子可 以包括铜硝酸盐、铜醋酸盐等等。典型的铜前体的例子包括Cu(N03)2、 Cu(N03)2、 Cu(N03)2、和Cu(OCOCH3)。铜前体可以包括以上化合物的氢 氧化物。可以按照合适的浓度将铜前体溶解于水来形成含铜水溶液。载体从由A1203、 Ti02、 Si02及其组合组成的组中选择。根据一个实施 例，八1203载体是合适的。根据实施例，通过将化合物加热到从450到500°C的温度来实施煅烧。 当温度低于450。C时，煅烧不充分。当温度超过550。C时，第——氧化碳氧 化催化剂的多孔结构可能被破坏。煅烧实施1到2小时。当加热少于1小时 时，煅烧不充分。当加热多于2小时时，冗长的处理会浪费时间和成本，而 这是不期望的。第二一氧化碳氧化催化剂可以包括任何对一氧化碳氧化反应具有良好活性的催化剂。例如，第二一氧化碳氧化催化剂可以包括Pt族金属类催化
剂作为活性物质。Pt族金属可以从由Pt、 Ph、 Ru及其组合所组成的组中选择。才艮据一个 实施例，单独的Pt是合适的。第二一氧化碳氧化催化剂可以是负载在至少 一种载体上的活性物质。该 载体可以从由石墨、登卡黑(denka black)、科琴黑(ketjen black)、乙炔 黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球、活性碳、氧化铝、二氧 化硅、氧化锆、二氧化钛及其组合组成的组中选择。第一和第二一氧化碳氧化催化剂可以以25: 75的体积比到75: 25的体 积比使用。根据一个实施例，第一和第二一氧化碳氧化催化剂可以以50: 50的体积比使用。当第——氧化碳氧化催化剂的体积比低于25时，不能获 得所期望的选择性，并且应当使用高浓度的氧化剂。当第二一氧化碳氧化催 化剂的体积比低于25时，不能获得所期望的活性，并且因此一氧化碳的浓 度不能降低到预期的水平。一氧化碳降低部件可以在一端包括入口 ，在另一端包括出口。在入口处 部署包括第一一氧化碳氧化催化剂的第一降低部件，在出口处部署包括第二 一氧化碳氧化催化剂的第二降低部件。所供应的燃料与第——氧化碳氧化催化剂进行反应，然后与第二一氧化 碳氧化催化剂进行反应。随着氧化剂对一氧化碳之比增加，铂族催化剂具有 增加的活性，以促进一氧化碳氧化反应。第——氧化碳氧化催化剂选择性地 使得一氧化碳的氧化程度强于氢的氧化程度。该反应将增加氧化剂相对于一 氧化碳的浓度，因为每个氧化剂分子(02)能够氧化两个一氧化碳分子。因 此，如上所述，当燃料先与第——氧化碳氧化催化剂进行反应，然后继续与 第二一氧化碳氧化催化剂进行反应时，入流气体中氧化剂相对于一氧化碳的 比值在第二一氧化碳氧化催化剂处增加。这个更高的比值导致第二一氧化碳 氧化催化剂的催化活性增加。根据一个实施例，燃料电池系统包含重整器；至少一个发电元件，用 于通过氬气与氧化剂的电化学反应生成电能；燃料供应器，用于向所述重整
器供应燃料；和氧化剂供应器，用于分别向一氧化碳降低部件和所述发电元件供应氧化剂。在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。但是，本发明并不局限于 所述实施例。在下文中，将参照图l描述燃料电池系统。图l为示出燃料电池系统的 结构的示意图。如图1所示，燃料电池系统100包含堆10，包含用于通过电化学反 应生成电能的发电元件11;重整器30，用于从原燃料中生成氢气；燃料供 应器50，用于向重整器30供应原燃料；和氧化剂供应器70,用于向重整器 30和发电元件ll供应氧化剂。发电元件11被形成为用于发电的最小单元。该最小单元包含部署在两 个隔板16之间的膜电极组件(MEA) 12。堆10包含以层叠排列部署的多个 最小单元。膜电极组件12包括阳极和阴极，并进行氢气氧化和氧化剂还原 反应。隔板16通过在膜电极组件12两侧形成的气体通路供应氢气和氧化剂， 并且作为导体串联地连接阳极和阴极。堆10可以另外包含压板13，用于在堆10的最远端安置多个彼此紧密 相邻的发电元件11。然而，可以通过将隔斧反16安置在发电元件11的最远 端来形成根据本实施例的燃料电池中的堆10,以代替单独的压板13来挤压 发电元件ll。相反，压板13可以被形成为除了紧密地排列所述多个发电单 元11之外，其本身还起到隔板16的功能。压板13包含第一入口 13a,用于向发电元件11供应氢气；第二入口 13b，用于从氧化剂供应器40向发电元件ll供应氧化剂；第一出口 13c,用 于释放在膜电极组件12的阳极上进行反应之后残留的氢气；和第二出口 13d,用于释放未反应的空气，所述空气包括通过在膜电极组件12的阴极处 进行的氧化剂还原反应而生成的水蒸汽。氧化剂可以是空气。当氧化剂为空 气时，空气可以通过氧化剂供应器70来供应。重整器30所具有的结构用于通过利用热能的化学催化反应来从燃料中 生成氢气，并用于降低氢气中的一氧化碳浓度。重整器30包含加热源31,用于通过燃料与氧化剂的催化氧化反应生 成热能；重整反应部件32，用于利用所述热能通过蒸汽重整(SR)催化剂 反应从燃料中生成氢气；和一氧化碳降低部件33,用于降低包括在氢气中 的一氧化碳的浓度。在本实施例中，重整器30的反应不局限于蒸汽重整催化剂反应，并且 可以包含在不〗吏用加热源31的情况下进行的自热重整(ATR)反应或部分 氧化反应(POX)。加热源31通过第一供应管线91连接到燃料泵55,并通过第二供应管 线92连接到氧化剂泵71。此处所述的供应管线可以是具有适合于导引流体 的结构的导管，例如，通道、管道或管状结构。液体燃料和氧化剂经过加热 源31。加热源31包含催化剂层(未示出)，以加快燃料与氧化剂的氧化反 应以生成热能。此处，加热源31被形成为提供通道(未示出)的一反，该通 道能够引导液体燃料和氧化剂。通道的表面覆有催化剂层。加热源31被形 成为具有限定内部空间的圆柱体。该内部空间可以^L催化剂层填充，所述催 化剂如颗粒型催化剂的形式，或蜂窝型催化剂的形式。重整反应部件32吸收由加热源31生成的热能，以通过对供应自燃料箱 51的燃料进行蒸汽重整催化剂重整反应来生成氩气。重整反应部件32通过 第三供应管线93直接连接于加热源31。另外，重整反应部件32包含催化 剂层(未示出)，用于加速燃料到氢气的蒸汽重整反应。一氧化碳降低部件33通过CO与空气的优先CO氧化催化反应来降低 氢气中的一氧化碳浓度。氢气从重整器反应部件32生成，空气从氧化剂泵 71供应。 一氧化碳降低部件33通过第四供应管线94连接到重整器反应部 件32,并且通过第五供应管线95连接到氧化剂泵71。这样，氩气和氧化剂 经过一氧化碳降低部件33。一氧化碳降低部件33包括包含第一一氧化碳氧化催化剂的第一降低 部件和包含第二一氧化碳氧化催化剂的第二降低部件。第一和第二一氧化碳 氧化催化剂通过促进一 氧化碳与氧化剂的优先氧化反应来降低氢气中的一 氧化碳浓度。在此， 一氧化碳降低部件33包含能够流入氬气和氧化剂的板 形通道(未示出)。通道的表面覆有催化剂层。在氢气的流动方向上，第一 一氧化碳降低催化剂可以位于第二一氧化碳降低催化剂的上游。 一氧化碳降低部件33的形状为具有限定内部空间的圓柱体。该内部空间可以^皮诸如颗 粒型催化剂形式或蜂窝型催化剂形式的催化剂层填充。在此， 一氧化碳降低部件33通过第六供应管线96连接到堆10的第一 入口 13a。一氧化碳降低部件33向堆10的发电元件11提供具有降低后的一 氧化碳浓度的氢气。另外， 一氧化碳降低部件33可以包含导热的不锈钢、 铝、铜、铁，等等。图2为示出一氧化碳降低部件200结构的横截面图。参照图2, —氧化碳降低部件200被制造成具有预定的气体入口 220和 气体出口 230的管形反应器200。一氧化碳降低部件200包括第——氧化碳降低部件240，其包含的第 ——氧化碳氧化催化剂241优先氧化气体中的一氧化碳；和第二一氧化碳降 低部件250，其包含的第二一氧化碳氧化催化剂251优先氧化气体中的一氧 化碳。另外， 一氧化碳降低部件200可以进一步包括放置在气体入口 220或气 体出口 230处的过滤器260。过滤器260可以为网状，以便充分捕获第—— 氧化碳氧化催化剂241或第二一氧化碳氧化催化剂251。第——氧化碳降低部件240可以部分地占据从气体入口 220开始的管形 反应器210的内部空间。第二一氧化^_降低部件250也可以部分地占据从第 一降低部件240到气体出口 230的管形反应器210的内部空间。相应地，包括一氧化碳和氧的气体通过气体入口 220被注入管形反应器 210，通过第——氧化碳降低部件240,然后通过第二一氧化碳降低部件250, 并且通过气体出口 230被释放到管形反应器210之外。第——氧化碳氧化催化剂241对一氧化碳氧化反应具有比第二一氧化
碳氧化催化剂251更高的选择性，而第二一氧化碳氧化催化剂251对一氧化 碳氧化反应具有比第——氧化碳氧化催化剂241更高的活性。以下例子更具体地示例了本发明。但是，应当理解本发明不局限于这些 例子。例1将5.2981g的Ce(N03)2.6H20溶解于10ml的Cu(N03)2'3H20水溶液以 制备溶液。然后将20ml的Al203 (14.84g)添加到该溶液。在搅拌的同时根据 图3给出的温度变化地加热所得到的溶液。然后，使溶液蒸发以制备第—— 氧化碳氧化催化剂。在制备出的第——氧化碳氧化催化剂中，CuO、 Ce02 和A1203的重量比为4:21:74.9。提供包含0.12 wt。/。的Pt/Al203的第二一氧 化石友氧化催化剂(商品名NEP-TM752)。提供包含具有入口、出口和连接该入口与出口的内部通道的一氧化石友降 低部件的反应器。接下来，将10ml第——氧化碳氧化催化剂涂覆在邻近入 口的通道表面，以形成第——氧化碳降低部件。类似地，将10ml第二一氧 化碳氧化催化剂涂覆在邻近出口的通道表面，以形成第二一氧化碳降低部 件。所述第一和第二一氧化碳氧化催化剂的体积比为50:50。例2除了将5.2981g Ce(N03)2.6H20和0.0386g Ni(N03)2'6H20溶解于10ml Cu(N03)2.3H20水溶液以形成第——氧化碳氧化催化剂之外，根据与例l相 同的方法制造一氧化碳降低部件。第——氧化碳氧化催化剂包含重量比为 0.1:4:21:74.9的NiO、 CuO、 Ce02、和A1203。比專交例1提供包含具有入口、出口、和连接该入口与出口的内部通道的一氧化^灰 降低部件的反应器。将0.12 wt。/。的Pt/Al203 (商品名NEP-TM752 )涂覆在 该通道表面。并将20ml的Pt/Al203催化剂装填到该通道。包含14.66% C02、 39.97% H2、 12.29% N2、 0.33% CH4、 0.31% CO、 0.25% 02和32.19% H20的气体，以1658.6667ml/min的流量和4976h-l的空速，流过根据例1、例2和比较例1的一氧化碳降低部件。根据例1的一氧化碳降低部件示出了 98%的一氧化碳转换率，例2示 出了 99%的一氧化碳转换率，比较例1示出了 78%的一氧化碳转换率。因 此，根据例1和例2的一氧化碳降低部件比比较例1具有更高的一氧化碳转 换率。在入口处，对于比较例1，氧化剂相对于一氧化碳之比(02/CO)约为 0.8。比较起来，在与例1和例2的第——氧化碳氧化催化剂进行反应之后， (VCO之比约为1.0。所述用于燃料电池的重整器具有简化的结构，并且对 一 氧化碳的氧化具 有良好的活性和选择性。即使使用铂族催化剂，该重整器在高温下也具有高 选择性。该重整器可以将一氧化碳成分降低到ppm级。尽管已经示出并描述了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应 当理解，在不脱离本发明的原则和精神的条件下，可以对实施例进行改动， 而本发明的范围由权利要求及其等价替换限定。
权利要求
1、 一种用于燃料电池系统的重整器，包含重整反应部件，用于利用热能通过催化剂重整反应从燃料中生成氢气；和 一氧化碳降低部件，用于通过一氧化碳与氧化剂的氧化反应，降低氢气中 的一氧化碳浓度，其中所述一氧化碳降低部件包含包含第——氧化碳氧化催化剂的第一降 低部件，和包含第二一氧化碳氧化催化剂的第二降低部件。
2、 根据权利要求l所述的重整器，其中所述第 一一氧化碳氧化催化剂对氧化一氧化碳具有比所述第二一氧化碳氧 化催化剂更高的选择性；所述第二一氧化碳氧化催化剂具有比第 一一氧化碳氧化催化剂更高的 一氧 化碳氧化活性；和所述一氧化碳被供应给所述第——氧化碳降低部件以与所述第——氧化碳 氧化催化剂反应，然后被供应给所述第二一氧化碳降低部件以与所述第二一氧 化碳氧化催化剂反应。
3、 根据权利要求1所述的重整器，其中所述第 一一氧化碳氧化催化剂包含 包含Ce02和CuO的活性物质。
4、 根据权利要求3所述的重整器，其中所述第一一氧化碳氧化催化剂包含 重量比为15-25 : 1-10的Ce02和CuO。
5、 根据权利要求3所述的重整器，其中所述第一一氧化碳氧化催化剂包含 的所述活性物质负载在载体上，所述载体选自由A1203、 Ti02、 Si02及其组合所 组成的组。
6、 根据权利要求3所述的重整器，其中所述第一一氧化碳氧化催化剂的活 性物质进一步包含MO， MO为无机氧化物。
7、 根据权利要求6所述的重整器，其中所述M选自由Ni、 Co、 Fe、 Sn、 Pb、 Se及其组合所组成的组。
8、 根据权利要求7所述的重整器，其中所述M为Ni。
9、 根据权利要求6所述的重整器，其中所述第一一氧化碳氧化催化剂包含 重量比为15-25 : 0.1-0.4 : 1-10的Ce02、 MO和CuO。
10、 根据权利要求6所述的重整器，其中所述第一一氧化碳氧化催化剂包 含的所述活性物质负载在载体上，所述载体选自由A1203、 Ti02、 Si02及其组合 所组成的组。
11、 根据权利要求1所述的重整器，其中所述第二一氧化碳氧化催化剂包 含Pt族金属活性物质。
12、 根据权利要求11所述的重整器，其中所述Pt族金属选自由Pt、 Rh、 Ru及其组合所组成的组。
13、 根据权利要求11所述的重整器，其中所述第二一氧化碳氧化催化剂包 含的所述活性物质负载在至少一种载体上，所述载体选自由石墨、登卡黑、科 琴黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球、活性石友、氧化 铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛及其组合所组成的组。
14、 根据权利要求1所述的重整器，其中所述第一一氧化碳氧化催化剂和 所述第二一氧化碳氧化催化剂的体积比为25 : 75到75 : 25。
15、 一种燃;fr电池系统，包含重整器，包含重整反应部件，其利用热能通过催化剂重整反应从燃料中 生成氢气；和一氧化碳降低部件，其通过氢气与氧化剂的氧化反应，降低氢气 中的一氧化碳浓度，其中所述一氧化碳降低部件包含包含第一一氧化碳氧化 催化剂的第 一降低部件，和包含第二一氧化碳氧化催化剂的第二降#^部件；至少一个发电元件，用于通过氢气与氧化剂的电化学反应生成电能；燃料供应器，用于向所述重整反应部件供应燃料；和氧化剂供应器，用于向所述一氧化碳P争低部件和所述发电元件供应氧化剂。
16、 根据权利要求15所述的燃料电池系统，其中所述第——氧化石友氧化催 化剂对一氧化碳氧化反应具有比所述第二一氧化碳氧化催化剂更高的选择性，所述第二一氧化石灰氧化催化剂对一氧化碳氧化反应具有比所述第——氧化 碳氧化催化剂更高的活性，并且所述一氧化碳被供应给所述第——氧化碳降低部件以与所述第——氧化碳 氧化催化剂反应，然后被供应给所述第二一氧化碳降低部件以与所述第二一氧 化碳氧化催化剂进行反应。
17、 根据权利要求15所述的燃料电池系统，其中所述第一一氧化石灰氧化催 化剂包含包含Ce02和CuO的活性物质。
18、 根据权利要求17所述的燃料电池系统，其中所述第——氧化石灰氧化催 化剂包含重量比为15-25 : 1-10的CeO和CuO。
19、 根据权利要求17所述的燃料电池系统，其中所述第一一氧化碳氧化催 化剂包含的所述活性物质负载在载体上，所述载体选自由A1203、 Ti02、 Si02 及其组合所组成的组。
20、 根据权利要求15所述的燃料电池系统，其中所述第——氧化碳氧化催 化剂包含包含Ce02、 MO和CuO的活性物质，MO为无机氧化物。
21、 根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述M选自由M、 Co、 Fe、 Sn、 Pb、 Se及其组合所组成的组。
22、 根据权利要求21所述的燃料电池系统，其中所述M为Ni。
23、 根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述第——氧化碳氧化催 化剂包含重量比为15-25 : 0.1-0.4 : 1-10的Ce02、 MO和CuO。
24、 根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述第——氧化碳氧化催 化剂包含的所述活性物质负载在载体上，所述载体选自由A1203、 Ti02、 Si02 及其组合所组成的组。
25、 根据权利要求15所述的燃料电池系统，其中所述第二一氧化碳氧化催 化剂包含Pt族金属活性物质。
26、 根据权利要求25所述的燃料电池系统，其中所述Pt族金属选自由Pt、 Rh、 Ru及其组合所组成的组。
27、 根据权利要求25所述的燃料电池系统，其中所述第二一氧化碳氧化催 化剂包含的所述活性物质负载在至少一种载体上，所述载体选自由石墨、登卡 黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球、活性碳、 氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钬及其组合所组成的组。
28、 根据权利要求15所述的燃料电池系统，其中所述第一一氧化碳氧化催 化剂和所述第二一氧化碳氧化催化剂的体积比为25 : 75到75 : 25。
29、 一种用于向燃料电池系统供应氢的装置，该装置包含一重整器，该重 整器包含加热源、用于从燃料中生成氢的重整反应部件和用于在氢流经其时 降低氢中 一氧化碳浓度的一氧化碳降低部件；其中所述一氧化碳降低部件包含包含Ce02和CuO的第——氧化碳氧化催化剂；和从由Pt、 Rh、 Ru及其组合所组成的组中选择的第二一氧化碳氧化催化剂， 在氢流经所述一氧化碳降低部件的方向上，所述第 一一氧化碳氧化催化剂 部署在所述第二一氧化碳氧化催化剂的上游。
30、 根据权利要求29所述的装置，其中所述第一一氧化碳氧化催化剂包含 从由八1203、 Ti02、 Si02及其组合所组成的组中选4奪的载体。
31、 根据权利要求29所述的装置，其中所述第二一氧化碳氧化催化剂包含 从由石墨、登卡黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳 纳米球、活性碳、氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛、及其组合所组成的 组中选择的载体。
32、 根据权利要求29所述的装置，其中所述第一一氧化碳氧化催化剂和所 述第二一氧化碳氧化催化剂的体积比为25 : 75到75 : 25。
33、 根据权利要求29所述的装置，其中所述第二一氧化碳氧化催化剂由 Pt组成。
34、 根据权利要求29所述的装置，其中所述第一一氧化碳降低部件进一步 包含MO, M选自由Ni、 Co、 Fe、 Sn、 Pb、 Se及其组合所组成的组。
35、 根据权利要求34所述的装置，其中所述第一一氧化碳氧化催化剂包含 重量比为15-25 : 0.1-0.4 : 1-10的Ce02、 MO和CuO。
全文摘要
用于燃料电池系统的重整器，包括重整反应部件，其利用热能通过催化剂重整反应从燃料中生成氢气；和一氧化碳降低部件，其通过氢气与氧化剂的氧化反应降低氢气中的一氧化碳浓度。一氧化碳降低部件包括包括第一一氧化碳氧化催化剂的第一降低部件和包括第二一氧化碳氧化催化剂的第二降低部件。
文档编号H01M8/06GK101145617SQ200710147970
公开日2008年3月19日 申请日期2007年8月30日 优先权日2006年9月11日
发明者利奥尼德·戈罗宾斯凯, 安镇九, 徐东明, 李东旭, 李勇杰, 李圣哲, 李赞镐, 金周龙, 金镇圹, 韩万锡 申请人:三星Sdi株式会社