专利名称：用于产生氢气的装置、包含该装置的设备及它们的用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于生产氢气的装置的领域和利用此类装置的设备的领域。技术发展水平使用金属硼氢化物特别是硼氢化钠(NaBH4,四氢硼酸钠)通过水性水解生产氢气气体是一种已广泛研究的众所周知的方法。近期的科学文章详尽地描述了从硼氢化钠水溶液催化产生氢气的技术发展水平、所采用的催化剂的技术发展水平以及所生产的氢气气体的用途的技术发展水平(U. B. Demirci等人Fuel Cells 2010，10 (第3期)，335)。除了氢气气体以外，水解反应(I)得到偏硼酸钠(NaBO2),其是具有许多工业应用的可再循环的产物。
NaBH4i水溶液)+2H20 — NaBO2i水溶液)+4Η2 + 热(300kJ) (I)反应(I)是一个自发的且放热的过程，该过程对于实际利用来说，必须借助适宜的催化剂加速，所述适宜的催化剂一般基于精细分散的过渡金属。反应(I)的催化剂包括贵金属盐(Pt、Rh、Ir、Ru)、非贵金属盐(Mn、Fe、Co、Ni、Cu)、Co或Ni的金属硼化物、呈纳米结构或微观结构粉末的或在金属氧化物或多孔碳上负载的O氧化态金属。近期文献的研讨(U. B. Demirci 等人 Fuel Cells 2010，10 (第 3 期)，335)显示硼化钴(CoB)、钴-硼化钴(Co-CoB)以及镍-硼化钴(Ni-CoB)如何组合了优异的催化活性，高达IlL H2min^g^ (H.B. Dai 等人 J. Power Sources 2007，177，17 ;Wu 等人 Mat. Letters 2005，59，1748)，具有低成本和通过磁吸引从反应混合物中分离的可能性。如反应(I)所示，一摩尔NaBH4的水解理论上得到四摩尔的氢气并消耗两摩尔的水，这两摩尔的水负责生产两摩尔的氢气。因此说反应(I)的氢气由NaBH4-H2O系统产生是正确的。在实际情况下，由于形成偏硼酸钠的水合盐(其溶解度(在25°C在IOOg H2O中28g)低于NaBH4的溶解度(在IOOg H2O中55g))，对于每摩尔NaBH4,反应⑴消耗多于两摩尔的水。因此，为避免溶液中沉淀的NaBO2可能使反应(I)的催化剂失活，结果减少氢气生产，使用IOOg水中低于16g的初始NaBH4浓度是合适的。对于NaBH4-H2O系统以受控方式产生氢气的实际应用来说，由于反应(I)的热力学自发性，还必须考虑NaBH4溶液随时间的稳定性。为此目的通常采用碱金属氢氧化物，一般是氢氧化钠或氢氧化钾(NaOH或Κ0Η)。确实，NaBH4溶液在碱性环境中更稳定，且半衰期取决于pH值和温度(等式2) (V. G. Minkina等人 Russ. J. Appl. Chem. 2008,81, 380)。log(t1/2) = pH-(O. 034T-1. 92)其中 T = K(2)近期研究(B.H. Liu 等人 Thermochim. Acta 2008,471,103)已表明在大约 750mL水中溶解150g的NaBH4 (3. 9摩尔)和IOOg的NaOH (约2. 5摩尔)达到NaBH4-H2O-NaOH系统的最佳稳定。鉴于以上所述内容，NaBH4的水溶液的重量储氢容量(Gravimetric HydrogenStorage Capacity, GHSC)不能远高于3wt%,该值(3wt% )大大差于由美国能源部(DOE)为NaBH4用作汽车应用的车载氢气产生的材料所推荐的值。然而，这个GHSC值对于供应基于高达几百瓦的燃料电池堆的电力发生器是可接受的。最近，已宣告用通过NaBH4A溶液的水解产生的氢气作燃料且能够供应高达50W电力的便携式电力发生器的商业化(Horizon的 Hydropak，www.horizonfuelcell, com)。很明显，供应燃料电池堆所需的氢气气体的产生必须发生在反应器中，在该反应器中NaBH4-H2O-NaOH系统借助适宜的催化剂进行反应。静态的或动态的几种类型的此类反应器是已知的。在一些静态装置中，催化剂以粉末、小球形式被引入容纳NaBH4溶液的容器中或催化剂负载于惰性多孔材料如蜂窝状块体(honeycomb monolyth)上(Y. Kojima等人J. Power Sources 2004, 33,1845 http://www. fractalcarbon. com)。该静态系统由于多种原因通常展现低效率，这些原因有催化剂与排出物(exhaust)分离困难、催化剂从载体浸出、由偏硼酸钠的沉淀引起的催化剂失活以及最后的质量传输现象。基于NaBH4-NaOH溶液在容纳适当催化剂的管状反应器内部流动的动态系统似乎显示较高效率。在使催化剂与NaBH4溶液分离并且避免催化剂污染排出物的尝试中，已使用过滤器(US 6. 534. 033)。很明显，这种技术需要适宜的催化剂尺寸与潜在的活性损失。在一些科学论文(S. C. Amendola等人 Int. J. Hydrogen Energy 2000, 25,969 ；S. C. Amendola 等人 J. Power Sources 2000,85，186)和专利(US 2003/0037487、US 2005/0268555、US 6932847、WO 03/004145)中描 述了迫使NaBH4溶液通过容纳负载于离子交换树脂上的基于Ru的催化剂的反应器的蠕动泵的使用。此类装置由于NaBH4-H2O-NaOH系统的高pH值以及由湍流弓I起的催化剂物理浸出而没有催化剂降解，所述湍流由氢气气泡以及由氢气气体的局部高压产生，所述氢气气体不仅在包括纳米粒子和微观粒子的催化层上形成，而且在该层本身内部形成。在以上报告的论文和专利中描述的反应器生产约200mL HiirT1g催化剂―1的最大氢气流并且是应用于具有50W的标称最大功率的Hydropak电力发生器(www. millenniumcell, com www.horizonfuelcell, com)的 Millennium Cell 和 Horizon Fuel Cell 技术的一部分。已认识到在氢气产生过程中增加催化剂的物理稳定性的另一方法是使用被定位在管外部的永磁体，在管的内部在NaBH4的碱性溶液流动过程中通过外部磁场的作用固定铁磁性催化剂，优选基于Fe-Pt-Rh的铁磁性催化剂(EP 1496014A1 ；A. Pozio等人Int.J. Hydrogen Energy 2008, 33, 51 ;Α· Pozio 等人 Int. J. Hydrogen Energy 2009,34,4555)。这种技术让ERRE DUE srl公司(http://www. erredueRas. it/)开发并商业化能够供给3OOmL mirT1最大流速的氢气产生装置。在NaBH4水溶液水解后生产的氢气气体是极其纯的，不含碳氧化物且天然是湿的，所以适于其在已知具有缩写PEMFC(聚合物电解质膜燃料电池)的聚合物电解质类型的燃料电池中使用。一般一致认为PEMFC包含由聚合物阳离子交换膜构成的固体电解质。使用由燃料电池中的水性NaBH4水解所产生的氢气气体不存在任何限制，在该燃料电池中电解质是已知具有缩写AEFC(碱性电解质燃料电池)的阴离子交换膜，并且如在PEMFC中所发生的，阴极处的氧还原产生迁移到阳极的羟基离子(0H_)，而不是保留在阳极处以与阳极侧处形成的质子组合的氧化物离子(oxideion)。正如人们在阅读以上报告内容后可认识到的那样，该领域的技术发展水平是相当广泛的，并且已取得并在文献中描述了用于产生氢气的装置的几种解决方案；然而，同样明显的是，已知装置没有完全满足市场需求，特别是在以下方面氢气的生产能力、催化剂随时间的稳定性、催化剂更换操作、催化剂成本、按需要中断氢气释放的可能性、使用浓的NaBH4溶液(高达15wt% )而不损害催化系统的可能性。发明概述
在本发明中描述了包含能够通过催化水解碱金属硼氢化物或碱土金属硼氢化物的碱性溶液来生产氢气气体的反应器的装置。附图
描述图I(A-D)以水平剖面和垂直剖面(八、8和0以及透视图⑶示意地显示包含在本发明的装置中的反应器的三个视图。图2 (A-D)以水平剖面和垂直剖面(八、8和0)以及透视图(C)示意地显示根据本发明的装置的三个视图。图3显示包含与燃料电池堆耦合且与电池耦合的本发明装置的设备的简图。图4显示在实施例I的实验条件下氢气随时间的释放。
图5显示在实施例2的实验条件下氢气随时间的释放。图6显示用实施例I的实验条件下生产的氢气气体供应的PEMFC堆(标称功率100W)所供给的功率随时间的输出。发明详述本发明使人们显著改进已知氢气发生器的性能，这归功于包含通过催化水解碱金属硼氢化物或碱土金属硼氢化物(优选NaBH4)的碱性水溶液来生产氢气气体的反应器的装置。此类装置容许人们改进已知氢气发生器的性能。具体而言，可注意到以下改进a)氢气生产能力，以mL Η2η η_4催化剂―1表示b)催化剂随时间的稳定性c)催化剂替换的操作d)催化剂的成本e)视需要停止氢气生产的可能性f)使用浓NaBH4溶液(高达15wt% )而不损害催化系统的可能性g)准确控制NaBH4水解的温度，从而准确控制生产的氢气流。如图2所示，本发明的装置基本上由气密容器13、泵11、反应器10构成。然后在这种容器13的外部连接设有出口孔17的用于从生产的气体除去湿气的干燥装置16、用于有效控制金属硼氢化物的水解温度的热交换器18。可采用任何类型热交换器来控制操作时反应器的内部温度。例如，可使用具有由耐强碱的金属(不锈钢、铜)制成的管的散热器作为热交换器，所述散热器与借助轴流式风扇或离心式风扇19冷却的热耗散器21接触,所述轴流式风扇或离心式风扇受定位在反应器内部的热电偶或任何其他温度传感器电子控制。潜水泵11用绝缘电缆12供电。由本发明的装置提供的改进基本上归因于反应器，在反应器中，发生NaBH4-H2O-NaOH系统的水解，该水解由细分散的铁磁性催化材料催化，所述铁磁性催化材料优选与过渡金属硼化物且尤其是钴或镍的硼化物组合(CoxB-Co ;NixB-Ni，其中X = 1、2、3 ；CoB-Ni, CoffB-Ni) (U. B. Demirci 等人 Fuel Cells 2010，10 (第 3 期)，335)。如图I所示，本发明的反应器由基本上圆柱体的、一端封闭而另一端开放且配有盖2的中空主体构成。所述中空主体被插入容器13中以使其被盖2封闭的一端从容器13向外斜伸。反应器可以是可抽出的(在这种情况下，适合的垫圈将确保反应器从容器出来时的气密性)或与容器成一体。在该圆柱体内部布置了放在可抽出导杆8上的一个或多个永磁体4，所述可抽出导杆8容许容易地抽出磁体及再插入磁体。靠近该圆柱体的密封端定位溶液供应管3。该圆柱体的上表面包含容许生产的氢气出来的孔6 ;在该圆柱体的外表面上以及在孔6的对应位置定位了气溶胶消除系统(aerosol abatement system) 7,该气溶胶消除系统7由一层耐强碱的任何材料组成并且通过适合的支持件9固定到该圆柱体的上表面。此夕卜，该圆柱体包含优选地定位在该圆柱体I的一端附近的两个孔5，孔5容许废溶液出来。所述永磁体可具有任何形状，例如圆形的或四角形的，具有各种厚度，并且被耐强酸和强碱溶液的材料覆盖(例如，包覆Ni-Cu合金的NdFeB磁体)。磁体可被定位成与金属硼氢化物溶液流平行或正交(或其任何组合)，优选与反应器轴和液体流都平行。
期望量的催化剂被锚固到磁体上。从磁体布置来看，由永磁体产生的磁场力线与反应器轴平行以及与NaBH4-强碱溶液流平行。导杆以及因而固定于其上的磁体可通过由盖2密封的开口容易地抽出以再生或替换催化剂。磁体保持导杆的拉出可机械地或磁力地进行；两种情况人们都可以添加更多的催化剂或不同的催化剂。通过完全浸入任何强酸(HCUH2SO4)的稀释水溶液中可以将催化剂从催化区(catalytic block)移除。磁体表面上的催化剂装载通过磁吸引来实现，并且通过使磁体靠近催化剂或使圆柱体磁体保持导杆8在被催化剂覆盖的平面上滚动而容易地实现。相应地，催化剂能够以各种形式和形态被使用，优选粉末。种类繁多的铁磁性催化剂可有效地用在本发明的反应器中钴粉或镍粉、阮内钴或阮内镍、阮内钴镍合金、钴纳米团簇(nanocluster)或镍纳米团簇、钴丝或镍丝、镍与硼化镍的纳米结构聚集体或微观结构聚集体、钴与硼化钴的纳米结构聚集体或微观结构聚集体、钴和镍与硼化钴的混合聚集体(U. B. Demirci等人Fuel Cells 2010，10 (第3期)，3359)。在本发明的反应器的特定情况下，优选采用基于Co-CoxB(X = 1、2、3)型的硼化钴的催化剂，这是由于其高催化活性、对强碱和对化学中毒的优异耐受性、低活化温度以及对NaBO2纯化的高耐受性(H. B. Dai 等人 J. Power Sources 2007,177,17 ;Wu 等人Mat. Letters2005，59，1748 ； (U. B. Demirci 等人 Fuel Cells 2010，10 (第 3 期)，335)。硼化镍、钴-镍硼化物或钴-镍-鹤硼化物(CoxB-Co ;NixB_Ni,其中x = 1、2、3 ;CoB-NiXoffB-Ni)可等同地和有效地用在本发明的反应器中。催化系统还可以由单独的或与金属硼化物组合的一种或多种铁磁性金属组成，该铁磁性金属为贵金属和非贵金属，优选非贵金属，以线、丝、板或粉末的形式。粉末可以展现在IOnm至50微米，优选I至50微米之间变化的粒度测量，且锚固到永磁体的催化剂的量可从IOmg到5g变化。将明显认识到与金属硼氢化物的碱溶液接触的装置及其所有部件具有耐强碱材料。本发明的装置的操作是极其简单的。NaBH4-强碱水溶液流借助供应管3被弓I入反应器中。在进入反应器之前，NaBH4-强碱溶液在槽13外部的散热器18内循环，以有效控制金属硼氢化物的水解温度。NaBH4-强碱溶液沿着反应器轴流动，遇到锚固到磁体4的催化剂，从而根据反应(I)生产氢气。氢气气体通过孔6从反应器排出并遇到气溶胶消除系统7，该系统用于气体与溶液的第一分离以及溶液的再循环。部分耗尽的溶液(partially exhausted solution)由孔5离开反应器并被收集在容器13内的14中以便在该过程中再循环；该耗尽的溶液优选地被保持在反应器主体下方，最后为过量溶液的必要的移除做准备。通过添加强碱如LiOH、NaOH, KOH和CsOH，优选NaOH，来稳定金属硼氢化物的水溶液。除了 NaBH4以外，可用于本发明的其他金属硼氢化物是LiBH4、NaBH4, KBH4, CsBH4,Ca (BH4) 2、Mg (BH4) 2。 溶液可包含0. Iwt %至50wt %之间变化的，优选15wt %的NaBH4浓度，以及0. 1界1:%至20wt%之间，优选2 1:%到10wt%变化的NaOH浓度。因为反应(I)的动力学几乎是在水解催化剂的存在下相对于NaBH4浓度的零级动力学(Y. Kojima等人 Int. J. Hydrogen Energy 2002, 27,1029 ;S. _C. Amendola等人 J. PowerSources 2000，85，186 ;A. Levy 等人 Ind. Eng. Chem. 1960，52，211)，所以溶液的稀释没有明显地影响氢气产生速率，直到所有的NaBH4被消耗。氢气气体通过歧管15离开并且去往干燥筒，该干燥筒容纳能够从氢气除去湿气的材料(例如硅胶、分子筛、氯化钙)。最后，氢气气体被引导至终端用户，终端用户可以是燃料电池堆(图3)或燃烧设备。通过关闭泵11立即停止氢气生产，关闭泵完全排空反应器。本发明的装置的一个优点就是通过关闭内部离心泵从而引起反应器完全的、被动的排空而中断氢气生产的可能性。以这种方式，存在对反应器活动的持续控制并且氢气可通过系统的电子设备按需要产生。这个优点与催化剂不从反应器浸出污染储存槽的事实一起确保高度的操作安全性，即使是在控制电子设备不正常工作或泵发生故障时。本发明的装置的另一优点是在反应器内部存在温度传感器，该温度传感器借助电子控制20在反应器的期望内部温度下开启-关闭冷却风扇(轴流式或离心式)19。放热反应⑴发生在反应器内部，所以发生在容积大大小于容纳NaBH4-NaOH溶液的槽(图2)的容积的空间中。这一事实和NaBH4-NaOH溶液(该流实际上受潜水泵控制)与催化剂之间相对长的接触时间容许人们在期望的温度，优选在I (TC与80°C之间水解NaBH4,结果控制了氢气流的强度以及控制偏硼酸钠的溶解度，偏硼酸钠是NaBH4的水解产物。这改进了催化系统的效率，这是因为NaBO2的沉淀可能不利地影响催化活性(U. B. Demirci 等人 Fuel Cells 2010，10 (第 3 期)，335)。因此人们可使用高 NaBH4 浓度，最高达 15wt% (ff. Ye 人 J. Power Sources 2007,164, 544 ;Β· H. Liu 等人 Thermochim. Acta2008,471,103)。本发明的反应器和装置的内部容积可变化，这取决于氢气发生器(装置)或电力发生器是便携式的还是固定的。该装置的操作温度可以在_5°C和90°C之间，优选0°C和60°C之间变化，并且具有容纳约300g NaBH4的槽的装置可供给3L/min的恒定氢气流约4小时以及lL/min的氢气流约12小时。
在构建技术和性能两方面，在本装置中包含的本发明反应器(图I)与专利EP1496014A1中描述的系统之间的差异对于本领域技术人员是清楚的。一些相关差异在以下详述a)在本发明的反应器中，铁磁性催化剂直接被锚固到永磁体。这种解决方案容许催化剂在反应器内部的改进锚固，从而抑制催化剂在该装置的供应/排出环路内部浸出的风险。进一步地，如果释放的氢气以物理方式移出一些催化剂，这种解决方案容许通过靠近反应器出口的磁体回收催化剂本身。b)在本发明的反应器内部的磁场力线与反应器轴平行并且与NaBH4-强碱溶液流平行。c)由于本发明反应器的减少的容积和在NaBH4-H2O系统与催化剂之间的长接触时间，NaBH4的水解可发生在相对高的温度，高达80°C，具有高催化活性且没有偏硼酸钠沉淀
的风险。d)配有由反应器内部的温度传感器控制的冷却风扇的、在NaBH4-H2O-强碱的储存槽外部的散热器或热交换器的使用，容许有效控制水解温度，从而有效控制生产的氢气流。由于冷却系统的存在，人们还可以控制槽的温度，部分耗尽的溶液在通过反应器后返回该槽内部。e)当本发明的反应器中可采用的催化剂只由非贵金属组成时，这些催化剂的较低成本。f)与 Int. J. Hydrogen Energy 2008, 33, 51 中所述的利用 Fe-Pt-Rh催化剂的系统(426mL Η2η η、催化剂相比更高的氢气生产速率,高达3000mL Κη η、催化剂'g)更容易的催化剂替换。h)通过关闭潜水泵立即停止氢气生产，没有出现Int. J. Hydrogen Energy 2008,33,51中所述的钝态的相(passive phase)。作为另一个优点，人们必须考虑到本发明的装置容许以极其有利的装置重量/供应能量比产生能量，这容许应用的极大灵活性并容许在各种固定或移动的设备中使用。例如，人们可实现具有低于IOKg的总操作重量的设备(图3)，在该设备中生产的氢气为燃料电池堆供应300W标称功率，最终储存在电池中。除了给电池充电之外，这种设备还可以用于给具有电气发动机的运输工具如电动自行车或船用发动机提供动力。作为替代，由本发明的装置生产的氢气可被递送至任何终端用户，如内燃机或需要氢气来运转的任何其他设备。在实施例1-3中描述了用本发明的装置的氢气气体的生产，以及用于比较的在比较实验条件下用静态反应器可获得的生产。在实施例4中描述了用实施例I的实验条件下生产的氢气供应的PEMFC堆(最大标称功率100W)产生电能。实施例I向本发明的装置的储存槽14(图2)中引入通过泵11泵入到反应器中的2L含NaBH4 (4M，304g)和NaOH(O. 2M，16g)的水溶液。该反应器容纳Ig Co-Co2B催化剂，该催化剂是如Phys. Chem. Chem. Phys. 2009,11,770中所述制备的，并被分散到九个圆形永磁体(用Ni-Cu合金包覆的NdFeB)上，每个圆形永磁体具有2. 5cm的直径。生产的氢气气体被强制通过填充分子筛的筒以在气体进入流量计(Bronkhorst High-Tec B. V.)之前减少气体的湿气。槽中NaBH4-NaOH溶液的初始温度为约25°C。紧随开启潜水泵(200mL mirT1)之后，在反应器中开始发生水解反应(1)，释放约500mL mirT1的氢气流。在IOmin后，该装置开始生产约900mL mirT1的氢气流，生产的氢气流在34°C至38°C之间的内部温度下稳定在QOOmLmirT1至IOOOmL mirT1之间。借助外部冷却系统使该温度区间保持恒定。如图4报告的图所示，氢气流保持恒定多于10小时，这与NaBH4的催化水解的NaBH4浓度的零级动力学一致(Y. Kojima等人 Int. J. Hydrogen Energy 2002, 27,1029 ;S. _C. Amendola等人 J. PowerSources 2000，85，186 ;A. Levy 等人 Ind. Eng. Chem. 1960，52，211)并且 NaBH4-H2O 系统到 H2的总转化率等于84%。一旦移除废溶液(如11B(1H)NMR分析所示的NaBO2的选择性形成)，新的相同的NaBH4-H2O-NaOH溶液被引入储存槽中并且潜水泵被再次开启。几乎立即测量到960mL mirT1的氢气流。不改变催化剂重复该实验四次，获得相同的结果。 实施例2向本发明的装置的储存槽14(图2)中引入通过泵11泵入到反应器中的2L含NaBH4 (4M，304g)和Na0H(0. 2M，16g)的水溶液。该反应器容纳2g Co-Co2B催化剂，该催化剂是如Phys. Chem. Chem. Phys. 2009，11,770中所述制备的，并被分散到九个具有2. 5cm直径的圆形永磁体(用Ni-Cu合金包覆的NdFeB)上。生产的氢气气体被强制通过填充分子筛的筒以在气体进入流量计(Bronkhorst High-Tec B. V.)之前减少气体的湿气。槽中NaBH4-NaOH溶液的温度为约25°C。紧随开启潜水泵(200mL mirT1)之后，在反应器中开始发生水解反应(1)，释放约900mL mirT1的氢气流。在IOmin后，该装置在36°C至38°C之间的内部温度下开始生产在lSOOmLmirT1至1900mL mirT1之间的氢气流。借助冷却系统使该温度区间保持恒定。如图5报告的图所示，氢气流保持恒定多于5小时，这与NaBH4的催化水解的零级动力学一致(Y. Kojima 等人 Int. J. Hydrogen Energy 2002,27,1029 ；S. -C.Amendola 等人 J. Power Sources 2000,85,186 ；A. Levy 等人 Ind. Eng. Chem. 1960, 52, 211)并且NaBH4-H2O系统到H2的总转化率等于86%。一旦移除废溶液(如11B(1H)NMR分析所示的NaBO2的选择性形成)，新的相同的NaBH4-H2O-NaOH溶液被引入储存槽中并且潜水泵被再次开启。3min后，测量到1900mL mirT1的氢气流。不改变催化剂重复该实验四次，获得相同的结果。实施例3 (比较实施例)向一个出口与气体流量计相连的两颈3L容器中引入Ig Co-Co2B催化剂，该催化剂是如Phys. Chem. Chem. Phys. 2009,11, 770中所述制备的，并被分散到九个圆形永磁体(用Ni-Cu合金包覆的NdFeB)上，每个圆形永磁体具有2. 5cm的直径。接下来引入两升含NaBH4 (4M，304g)和Na0H(0. 2M，16g)的水溶液。槽内溶液的初始温度为约25°C。氢气立即释放并且在进入流量计(Bronkhorst High-Tec B. V.)之前被强制通过填充分子筛的筒。初始的氢气流为约550mL mirT1，并且15min后氢气流增加到多于10L mirT1，同时溶液温度逐步达到沸点。氢气流快速减少，直至50min后终止。NaBH4-H2O系统到H2的总转化率等于78%。实施例4用实施例I的实验条件下生产的氢气(900_1000mL mirT1)供应具有自呼吸阴极的商业PEMFC堆。借助ScribnerAssociates 850e (USA)仪器评估堆性能。图6显不6A电流 的恒电流图。
权利要求
1.一种装置，包括气密槽(13)、泵(11)、热交换器(18-21)以及反应器(10)，所述反应器(10)用于通过催化水解碱金属硼氢化物或碱土金属硼氢化物的碱性水溶液来生产氢气气体。
2.根据权利要求I所述的装置，其中所述反应器(10)由基本上圆柱体形状的中空主体(I)构成，所述中空主体(I)在一端被密封而相对端是开放的且配有盖(2)。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述反应器包含由可抽出导杆(8)支撑的一个或多个永磁体(4)，所述可抽出导杆(8)容许所述永磁体(4)容易抽出和插入到所述圆柱体中，而所述圆柱体的外部上表面包含用于氢气漏出的孔(6)。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述圆柱体包含用于排出废溶液的孔(5)。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述永磁体(4)的表面被铁磁性催化剂包覆。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述铁磁性催化剂选自钴粉或镍粉、阮内钴或阮内镍、阮内钴镍合金、钴纳米团簇或镍纳米团簇、钴丝或镍丝、镍与硼化镍的纳米结构聚集体或微观结构聚集体、钴与硼化钴的纳米结构聚集体或微观结构聚集体、钴和镍与硼化钴的混合聚集体。
7.一种根据权利要求2-6所述的通过催化水解碱金属硼氢化物或碱土金属硼氢化物的碱性水溶液生产氢气的反应器。
8.—种生产氢气的方法，其中利用了包含根据权利要求7所述的反应器的根据权利要求I所述的装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中 -NaBH4-强碱溶液沿着所述反应器的轴被泵入根据权利要求7所述的反应器中以便与所述磁体(4)上负载的催化剂接触，并且生产氢气； -氢气通过所述孔(6)从所述反应器漏出并且遇到气溶胶消除系统(7)，所述气溶胶消除系统(7)用于所述气体与所述溶液的第一分离和所述溶液的回收； -氢气经过干燥筒(16)减湿以便最终以所生产的形式被使用或用于产生能量。
10.一种用于产生能量的设备，包括根据权利要求1-6所述的装置。
11.根据权利要求10-11所述的设备，其中所述设备用于为外部电池供电或用于为电气发动机提供动力。
全文摘要
描述了通过反应器生产氢气气体的装置，在该反应器中，金属硼氢化物的水溶液在基于铁磁性金属的现有技术的催化剂上被水解。还描述了包含所述装置的设备。
文档编号H01M8/06GK102923651SQ20121000434
公开日2013年2月13日 申请日期2012年1月9日 优先权日2011年8月10日
发明者朱利奥·桑西, 弗朗西斯科·维扎, 乔纳森·菲利皮, 安德里亚·马尔基翁尼, 克劳迪奥·比安基尼 申请人:武盖斯·布鲁斯托尔公司