用于氢气发生器的燃料混合物制造技术

本发明专利技术涉及用于氢气发生器的改进的含水燃料以及在氢气发生中使用它们的方法。本发明专利技术还涉及使用所讨论的含水燃料发生氢气用于燃料电池或其它设备的系统。所讨论的燃料包含硼氢化合物的混合物，其中至少一种为金属盐，包括金属硼氢化物、高级硼烷和金属高级硼氢化合物。所讨论的含水燃料包含具有正离子电荷（［＋］↑ＩＣ）与硼的比值为０．２至０．４或０．６至０．９９的硼氢化合物混合物。优选的燃料包含具有（［＋］↑ＩＣ）与硼的比值为０．２至０．３或０．７至０．８的硼氢化合物混合物。包含金属硼氢化物的混合物还含有金属氢氧化物以增加稳定性，防止在含水燃料介质中过早水解。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于氢气发生器的燃料混合物                    专利
本专利技术涉及用于氢气发生的硼氢化物盐混合物。                    专利技术背景许多硼氢化合物，这里也称作硼氢化物，特别是它们的金属盐用于氢气发生，对此人们已经熟知有五十年左右的时间。也已知氢气发生是通过一般由酸或金属催化的水解过程实现的，正如Schlesinger等在“Sodium Borohydride：Its Hydrolysis and Its use as aReducing Agent in the Generation of Hydrogen(硼氢化钠：其水解及其在氢气发生中作为还原剂的用途)”，J.Am.Chem.Soc.，Vol 75，pp215-219，1953和G.W.Parshall在“Hydrogen Generation by Hydrolysisor Alcoholysis of a Polyhydropolyborate-Group VIII Metal Mixture(通过多氢多硼酸盐(Polyhydropolyborate)-VIII族金属混合物的水解或醇解的氢气发生)”的美国专利3,166,514中所报告的那样。随着按照需要受控氢气发生系统的研发，这些早期的工作得以改进。美国专利6,534,033描述了通过接触硼氢化物水溶液而控制氢气发生的方法，泵送该溶液通过含有金属催化剂的室，从而使硼氢化物按照反应式1以接近定量的产率转化为氢气和硼酸盐。                        (1)许多因素决定反应式1的方法中使用的具体硼氢化物盐的选择。这些因素中首要的是在水中的溶解度。在25℃时硼氢化物在水中的溶解度通常为约7％至约35％重量。硼氢化锂具有7％的溶解度，硼氢化钾的溶解度为约19％，硼氢化钠以约35％溶解。由于这个原因以及特别是包括安全和方便性的其它原因，选择硼氢化钠作为用于-->氢气发生器的燃料溶液的盐。硼氢化钠也优选用于实施本专利技术，它具有环境温度下饱和溶液中约7.4％重量的按重量分析的高氢存储密度。在例如上面描述的硼氢化钠的浓溶液中，起初存在足够的水用于硼氢化钠的完全水解和用于将硼酸盐产物保持在溶液中。但是，如反应式1所示，随着水解的进行，消耗水，存在并可用于将硼酸盐产物保持在溶液中的水的数量则减少。如果系统中水的数量下降到其中硼酸盐从在催化剂反应器中的溶液中沉淀出来，或沉淀在任何连接储存罐至反应器的管道中的时候，氢气发生器就会逐渐堵塞到不得不将其关闭、拆卸并清洗的程度。硼酸盐产物可能从溶液中沉淀的结果是，用于氢气发生的燃料溶液中的硼氢化钠的浓度限制为约15％至20％重量，尽管它的溶解度相对较高。这种溶液代表约4.25％重量的氢气发生。这被认为是氢气发生的实际限度，例如参见Von Dohren的“Raney Catalyst forGenerating Hydrogen by Decomposition of Boranes(用于通过硼烷分解发生氢气的Raney催化剂)”的美国专利3,615,215。这个局限导致相应的氢存储容量的降低，在容量受到重视的情况下这不是最理想的。通常情况就是如此，特别希望有氢密集的燃料，使每单位体积燃料的氢存储量最大化。本专利技术提供这种燃料。                    专利技术概述本专利技术提供用于氢气发生的含有硼氢化合物混合物的燃料混合物，所述硼氢化合物包括至少一种带有选自碱金属阳离子、碱土金属阳离子、铝阳离子和铵阳离子的正离子的硼氢化物盐，使得混合物具有预定的溶剂化正离子电荷(+IC)与硼原子的摩尔比，由此硼酸盐的溶解度得以最大化。这种燃料混合物有助于可用于氢气发生的具有按重量分析的高氢存储的燃料减少对在氢气发生装置中的硼酸盐产物的过早固化问题的关注。相当于含有30％至38％重量硼氢化-->钠的溶液(按重量分析的氢存储密度为6.4％至8％重量)的燃料混合物可以有效地水解生成氢而不存在已知燃料的缺点。还提供了利用此处描述的燃料混合物进行氢气发生的改进方法和系统。                    专利技术详述本专利技术涉及用于氢气发生的含有某些硼氢化合物混合物的含水燃料。硼氢化合物在此处指硼烷(包括多面体硼烷)和硼氢化物或多面体硼烷的阴离子。更具体地，本专利技术涉及包含溶剂化正离子电荷(+ICs)与硼原子的摩尔比为预定值的硼氢化合物混合物的含水燃料。已经发现该比值并不会导致燃料组分的溶解度最大化，而是导致引起氢气发生的水解反应的硼酸盐产物的溶解度最大化。在此溶解度最大化意味着与燃料中的硼氢化物的浓度相关的硼酸盐产物达到最佳的溶解度，从而使在氢气发生过程中由于硼氢化合物的水解(例如反应式(1)中的硼氢化物)造成水的消耗而产生硼酸盐产物沉淀的可能性最低化。以碱金属盐为例，按照本专利技术的如下方式确定正离子电荷(+IC)与硼的比值。碱金属硼酸盐通常写成j M2O·k B2O3·X H2O的形式，其中M选自锂、钠和钾。对于不同的硼酸盐，j、k和X的值不同。例如对于矿物硼砂(Borax)而言，j＝1，k＝2，X＝10，因此可以写为Na2O·2B2O3·10H2O或Na2B4O7·10H2O。本领域的普通技术人员能够认识到几乎j与k的任何比值均可以形成固态硼酸盐晶体，但是这样的晶体在水中的溶解度将会有所不同。存在两个依赖于温度的溶解度最大值，它们分别出现在j与k的比值为0.2至0.4和0.6至0.99。多年以来人们已经知道硼酸盐的溶解度是j与k的比值的函数。例如可以参考Nies和Holbert，Journal of Chemical and EngineeringData，Vol.12，No.3，pp 303-313，1967，Adams，“Boron，Metallo-BoronCompounds and Boranes(硼、金属硼化合物和硼烷)”，John Wiley &Sons，第81页，1964以及Garret，“Borates，Handbook of Deposits，-->Processing，Properties and use(硼酸盐沉积、加工、性质和用途手册)”，Academic Press，1998，第454页。在上面分子式给出的盐(其中M是钾或锂)具有相似的溶解度最大值，参见Adams ibid，81和83页以及Reburn和Gale，Journal of Physical Chemistry，Vol.59，No.19，1955。虽然多年以来可以在公开的文献中获得这些数据以及无数的其它数据，但是迄今为止尚未认识到这些数据在确定用于氢气发生器的燃料混合物中的价值。依照本专利技术，选择用于氢气发生器的燃料混合物，使它们包含硼氢化合物混合物，其中正离子电荷(+ICs)与硼原子的摩尔比为0.2至0.4，优选0.2至0.3，或者0.6至0.99，优选0.7至0.8。本专利技术的燃料混合物包含硼氢化合物盐和至少一种其他的硼氢化合物以达到要求的比值，其中所述硼氢化合物盐的正离子(M)选自碱金属(例如钠、锂、钾)、碱土金属、铝或铵的正离子。合适的硼氢化合物包括但不限于硼氢化物盐(MBH4)、三硼氢化物盐(MB3H8)、十氢十硼酸盐(M2B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氢气发生器的含水燃料，所述含水燃料含有包含至少一种硼氢化合物盐的硼氢化合物混合物的水溶液或水醇溶液或淤浆，所述至少一种硼氢化合物盐具有选自碱金属、碱土金属和铝阳离子的正离子，所述硼氢化合物混合物的正离子电荷（［＋］↑ＩＣ）与硼的比值为０．２至０．４或０．６至０．９９。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-12-19 10/741,1991.一种用于氢气发生器的含水燃料，所述含水燃料含有包含至少一种硼氢化合物盐的硼氢化合物混合物的水溶液或水醇溶液或淤浆，所述至少一种硼氢化合物盐具有选自碱金属、碱土金属和铝阳离子的正离子，所述硼氢化合物混合物的正离子电荷(+IC)与硼的比值为0.2至0.4或0.6至0.99。2.权利要求1的含水燃料，其中所述硼氢化合物混合物的正离子电荷(+IC)与硼的比值为0.2至0.3或0.7至0.8。3.权利要求1的含水燃料，其中所述硼氢化合物选自硼氢化物盐(MBH4)、三硼氢化物盐(MB3H8)、十氢十硼酸盐(M2B10H10)、十三氢十硼酸盐(MB10H13)、十二氢十二硼酸盐(M2B12H12)、十八氢二十硼酸盐(M2B20H18)和癸硼烷(14)(B10H14)，其中M选自碱金属、碱土金属和铝阳离子。4.权利要求1的含水燃料，其中所述混合物包含具有选自钠、锂和钾阳离子的正离子的硼氢化物盐。5.权利要求4的含水燃料，其中所述混合物另外含有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。6.权利要求5的含水燃料，其中所述硼氢化物盐是硼氢化钠，所述稳定剂是氢氧化钠。7.权利要求3的含水燃料，其中所述硼氢化合物混合物包含硼氢化物盐和癸硼烷，所述燃料还含有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。8.权利要求7的含水燃料，其中所述硼氢化合物混合物包含硼氢化钠和癸硼烷，所述稳定剂是氢氧化钠。9.权利要求3的含水燃料，其中所述硼氢化合物混合物包含三硼氢化物盐和十二氢十二硼酸盐。10.权利要求9的含水燃料，其中所述三硼氢化物盐是三硼氢化钾，所述十二氢十二硼酸盐是十二氢十二硼酸镁。11.权利要求3的含水燃料，其中所述硼氢化合物混合物包含硼氢化物盐和十二氢十二硼酸盐，所述燃料还含有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。12.权利要求11的含水燃料，其中所述硼氢化合物盐是硼氢化钠，所述十二氢十二硼酸盐是十二氢十二硼酸钠，所述稳定剂是氢氧化钠。13.权利要求3的含水燃料，其中所述硼氢化合物混合物为硼氢化物盐和三硼氢化物盐，所述燃料还含有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。14.权利要求13的含水燃料，其中所述硼氢化物盐是硼氢化钠，所述三硼氢化物盐是三硼氢化钠，所述稳定剂是氢氧化钠。15.一种发生氢气的方法，所述方法包括将含水燃料与氢气发生催化剂相接触，所述含水燃料含有包含至少一种硼氢化合物盐的硼氢化合物混合物的水溶液或水醇溶液或淤浆，所述至少一种硼氢化合物盐具有选自碱金属、碱土金属和铝阳离子的正离子，所述硼氢化合物混合物的正离子电荷(+IC)与硼的比值为0.2至0.4或0.6至0.99，所述氢气发生催化剂选自酸和过渡金属。16.权利要求15的发生氢气的方法，其中所述硼氢化合物混合物的正离子电荷(+IC)与硼的比值为0.2至0.3或0.7至0.8。17.权利要求15的发生氢气的方法，其中所述硼氢化合物选自硼氢化物盐(MBH4)、三硼氢化物盐(MB3H8)、十氢十硼酸盐(M2B10H10)、十三氢十硼酸盐(MB10H13)、十二氢十二硼酸盐(M2B12H12)、十八氢二十硼酸盐(M2B20H18)和癸硼烷(14)(B10H14)，其中M选自碱金属、碱土金属和铝阳离子。18.权利要求15的发生氢气的方法，其中所述混合物含有硼氢化物盐，其中M选自钠、锂和钾。19.权利要求18的发生氢气的方法，其中所述混合物还含有在...

【专利技术属性】
技术研发人员：MT凯利，Y吴，JC布拉迪，FM豪托恩，
申请(专利权)人：千年电池公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]