一种用于燃料电池的氢气的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于燃料电池的氢气的制备方法。所述的方法是将硼氢化物、氢氧化物和吸水材料混合均匀后加入水，吸水材料吸收碱性硼氢化物溶液，形成凝胶状储氢材料；将催化剂加入到所述的储氢材料中，硼氢化物水解，产生氢气。本发明专利技术提供的储氢材料性能稳定、便于存放、携带方便、可以控制氢气释放速度、并且不需要对制备的氢气过滤的优点，属于燃料电池领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于燃料电池的氬气的制备方法，具体涉及一种可控制 释放速度的燃料电池氬气的制备方法。
技术介绍
硼氬化钠是常用的络合型氢化物，最先是由Schlesinger等人在1942年合 成的，由于其具有优异的还原性和广泛的用途，目前在欧美市场已经大量用 于工业生产，但在我国的使用范围还很小，还有拓展空间。美国专利US 6 358 488报道了釆用镍、钴或储氩合金粉末催化硼氢化钠 水解发生氢气的方法。反应方程式如下NaBH4+ 2H20—4H2+NaB02这种供氢方法，具有以下几个方面的优点(1 )硼氢化钠储氬燃料是一 种环境友好的物质，整个发氢与使用过程不排放含碳和含氮的有害气体；(2) 与其他储氢方式相比，可采用液态储存氢的方式，燃料的储氢量高，可达到 10.8wt%,是金属氢化物储氢的10倍；(3)由于使用固体硼氢化钠，储存、 使用安全，运载方便；(4)氢气纯度高，不会造成燃料电池电极催化剂的毒 化，也没有伴生气体，不会造成大气环境的污染；(5)能源利用率高，反应 过程中不需要外加能量就可以把NaBH4及一部分水中的氢释放出来。近来，将硼氢化钠作为储氲载体用于供氢装置已经引起了人们的极大兴 趣和深入研究。现有技术只能使用硼氬化钠水溶液，硼氢化钠水溶液加入反 应器后立即水解完全，这种方法可以用于一般的收集氢气的装置，而且所得 到的氢气是要用专门的容器来收集的，对于燃料电池的供氢设备来说，使用 起来有很多弊端，例如系统取向受到限制、需要过滤器来吸收氢发生时伴生 的偏硼酸钠和氢氧化物雾滴。在燃料电池中，我们更需要将储氢材料直接投入供氢设备中使用，就是直接将硼氢化钠用于燃料电池的氢气储存供给系统， 利用其水解所得氢气产生电能。如果仅仅使用硼氢化钠水溶液，对反应过程 和供氢速度无法实现有效控制；并且其对装置要求比较苛刻，如果封口不严 的话，溶液出现泄漏，操作不便。公开号为CN1845873A的专利技术专利申请公开了一种氢气发生器，其所使用 的固体氢气源是将亲水材料区域和固体氢化物区域形成层状辊巻，亲水材料 可导引流体到固体氢化物上使其发生水解反应，制备氢气。该固体氢气源由 于具有亲水材料区域和固体氢化物区域，固体氢化物性能不稳定，不能存放， 必须制备后立即使用。且由于含有催化剂，不易控制反应速度。并且反应过 程中形成硼酸盐沉着在亲水材料区域与固体氬化物区域的交界处，使亲水材 料失去导引流体的作用，阻碍固体氢化物的进一步反应，降低了固体氬化物 的产氢率。公开号为CN1918268A公开了一种用于氢气发生器的燃料混合物，所述含 水燃料包括硼氢化物和在含水介质中用于所述硼氢化物盐的稳定剂，所述稳 定剂包含选自氢氧化钠、氢氧化锂和氢氧化钾的氢氧化物。该燃料混合物中 的正离子电荷(+ICs )与硼原子的摩尔比为0. 2-0. 4，优选为0.2-0.3,或者 0.6-0.99,优选为0.7-0.8，如果比值超过这个范围，生成的硼酸盐形成沉淀 而堵塞设备，如果比值小于上述范围，硼氢化物不稳定，可见其对硼氢化物 和稳定剂的比例要求非常严格，否则影响氢气的转化效率。因此，需要一种既可以控制氢气释放速度，又可以获得高纯度氢气的制 备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，所述的方法 可以控制氢气释放速度，并且制备的氢气纯度高，转化率高，无需对其进一 步过滤。为实现上述专利技术目的，本专利技术的专利技术人在现有技术的基础上进行了大量 的研究和创造性的劳动，研制出了一种用于燃料电池氢气的制备方法，取得了出乎意料的效果。所述的方法包括如下步骤① 将硼氢化物、氢氧化物和吸水材料混合均匀，所述的硼氢化物、氢氧化物和吸水材料的重量份比为100:i-50:o.i-25,优选为ioo : io-35 : 2-15;② 将水注入步骤①所述的硼氢化物、氢氧化物和吸水材料的混合物中，吸水材料吸收碱性硼氬化物溶液，形成凝胶状储氢材料；③ 将催化剂加入到所述的储氢材料中，硼氢化物水解，产生氢气。 所述的硼氢化物为硼氬化钠、硼氢化钾、硼氢化锂或其混合物。所述的氢氧化物为氢氧化钠、氬氧化钾、氨水、氢氧化钙中的一种或其 中几种的混合物。所述的吸水材料为淀粉系高吸水性材料和/或纤维素系高吸水性材料。所述的淀粉系高吸水性材料为淀粉接枝丙烯腈、淀粉接枝丙烯酸、淀粉 接枝丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸钠、曱基丙烯 酰胺和顺丁烯二酸酐中的一种或其中几种的混合物。所述的吸水性材料为淀粉酯接枝笨乙烯高吸水材料、支链淀粉酶制水凝 胶、甲醛改性淀粉接枝丙歸腈共聚物、环氧氯丙烷改性淀粉接枝丙歸腈共聚 物、缩水甘油醚交联淀粉接枝丙烯腈共聚物中的 一种或其中几种的混合物。所述的纤维素系高吸水性材料为聚丙烯系吸水树脂材料、羟乙基纤维素 高吸水性材料、羧曱基纤维素高吸水性材料、纤维素黄原酸盐高吸水性材料、 纤维素接枝共聚高吸水性材料、纤维素接枝丙烯腈高吸水性材料、纤维素接 枝丙烯酸高吸水性材料、纤维素接枝丙烯酰胺高吸水性材料、羟乙基纤维素 接枝丙烯酰胺高吸水性材料、羟乙基纤维素/丙烯酰胺/二氧化硅复合材料中的 一种或其中几种的混合物。所述的催化剂是由镍、钴金属线制成表面含有雷尼(Raney)镍或钴的支 撑体。所述的雷尼Uaney)镍或钴的支撑体采用下述方法制备将金属镍或钴插入熔融的铝液，使其在表面形成NisAl或Co3Al，冷却至室温，浸入碱性溶液脱铝，从而在金属镍或钴的表面形成一层与基体结合牢固的雷尼镍或钴。所述的》成性溶液为重量百分比浓度为10-30 %的NaOH或KOH溶液。所述的基体形状为螺旋形、三维网架、任意曲线、曲面型。。本专利技术提供的制备氢气的方法包括制备储氢材料和利用储氢材料制备氢 气两个步骤，所述的储氩材料是将硼氲化物、氢氧化物和吸水材料混合均匀； 将水注入上述硼氢化物、氢氧化物和吸水材料的混合物中，硼氢化物和氢氧 化物溶解形成碱性溶液，吸水材料吸收碱性溶液，形成凝胶状储氢材料。储 氢材料中不存在吸水材料区域和硼氢化物区域，避免了反应过程中形成沉淀， 提高了氢气的转化率。含有的氢氧化物可以稳定硼氢化物，因此在存放时硼 氢化物不会发生水解反应。氢氧化物的加入量可以根据实际需要调整，如果 存放时间较长，则可以多加入一些氢氧化物，反之，可以少加氢氧化物。对 硼氩化物和氢氧化物的比例要求没有严格的限制。当催化剂支撑体插入所述 的储氢材料时，在催化剂的作用下，硼氲化物发生水解反应而释放氬气。氢 气的释放速度可由催化剂支撑体数量以及插入的深度进行调节。当需要停止 硼氩化物的水解反应时，可抽回催化剂支撑体，将凝胶状的储氢材料与催化 剂支撑体进行分离。由于反应是在凝胶状储氢材料中进行的，因而不需要气 液分离，也没有液体的流动，系统简单，没有取向的限制，较适合于一次性 的连续使用。通过对吸水材料的选择和添加量的调整，就可以使该系统的放 氬速度满足燃料电池对氢气的需求。出乎意料的是，本专利技术提供的储氢材料 制备的氢气纯度高，无需过滤等步骤，简化了操作，使设备进一步简化。具体实施方式下面结合实施例进一 步详细阐述本专利技术。 实施例中的吸水材料均是市售商品。为了确定吸水材料的用量，需要确定其吸水率，测定过程如下使用自来水做被吸收体，吸水材料作为吸收剂进行空白实验，加入一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的氢气的制备方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：①将硼氢化物、氢氧化物和吸水材料混合均匀，所述的硼氢化物、氢氧化物和吸水材料的重量份比为１００∶１－５０∶０．１－２５；②将水注入步骤①所述的硼氢化物、氢氧 化物和吸水材料的混合物中，吸水材料吸收碱性硼氢化物溶液，形成凝胶状储氢材料；③将催化剂加入到所述的储氢材料中，硼氢化物水解，产生氢气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宾虹，李洲鹏，侯晓峰，肖钢，
申请(专利权)人：汉能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]