本发明专利技术公开一种氢气发生装置，其中，储氢材料与水发生催化反应生成氢气；氢气发生装置包括储氢材料存储装置、储氢材料溶解装置、储氢材料催化反应装置以及用于回收催化反应产生的废液的回收装置；储氢材料存储装置、储氢材料溶解装置、储氢材料催化反应装置以及回收装置依次连通。本发明专利技术还公开包含上述氢气发生装置的燃料电池系统。本发明专利技术氢气发生装置及燃料电池系统储氢密度高，制氢纯度高，污染物零排放，且操作安全，具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
氢气发生装置及燃料电池系统
本专利技术涉及氢能及燃料电池领域，具体涉及一种氢气发生装置及燃料电池系统。
技术介绍
当前，大多数机动车辆由燃烧基于碳氢燃料的汽油或柴油的内燃机驱动。在大多数工业化国家中，机动车辆内燃机排放贡献超过25％的二氧化碳总排放量。据估计，在欧盟，乘用车内燃机污染物排放量占人为污染物排放总量的12％，平均每行驶一公里排放约186g二氧化碳。二氧化碳是一种温室气体，会导致全球变暖，严重影响全球环境。除二氧化碳外，内燃机还会排放其它污染物如颗粒污染物、氮氧化物、一氧化碳等，这些污染物会导致严重的环境污染。目前，控制内燃机污染物排放主要是依赖废气后处理，这通常需要通过牺牲燃油经济性来实现。研究表明，如果将一部分氢燃料引入机动车的内燃机燃烧，可以显著改善内燃机污染物排放问题，同时提高内燃机效率。氢燃料的易制造性和其与汽油产品的相似性意味着，在长期运输解决方案(例如氢燃料电池)技术不断成熟的同时，还可以使用氢作为燃料的内燃机来促进氢燃料基础设施的发展建设。氢燃料电池作为动力装置时二氧化碳排放为零，因此从长期来看氢燃料电池是一种理想的汽车驱动装置。由于氢气密度极低，导致高密度的车载氢气存储成为难题，阻碍氢气和/或燃料电池技术应用。美国能源部(DoE)氢能计划制定了车载储氢技术的理想密度：储存的氢的重量与储氢系统重量之比不低于6.5wt％，体积密度不低于62kgH2/m3。目前有许多潜在的储氢技术，例如压缩氢技术，液化氢技术，氢吸附技术，天然气、醇及碳氢化物重整技术，水与金属催化还原技术，以及泥氢(slushH2)技术等。另外，有研究已经证明了将NaBH4用作车载H2储存的潜力，使用了稀释程度极高的NaBH4水溶液来避免催化剂堵塞并保持反应效率。但是，多余的水会显著降低H2的产生密度，并引起安全隐患，因为NaBH4在水中不稳定，并以低速连续产生H2。但迄今为止发表的研究结果表明，上述储氢技术都没有达到美国能源部(DoE)氢能计划制定的理想密度：储存的氢重量与储氢系统重量之比不低于6.5wt％，体积密度不低于62kgH2/m3。因此，需要一种储氢效率更高且对环境影响较小的氢存储技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种储氢密度较高的氢气发生装置；本专利技术的另一目的是提供一种储氢密度较高的燃料电池系统。技术方案：本专利技术提供一种氢气发生装置，其中，储氢材料与水发生催化反应生成氢气；氢气发生装置包括储氢材料存储装置、储氢材料溶解装置、储氢材料催化反应装置以及用于回收催化反应产生的废液的回收装置；储氢材料存储装置、储氢材料溶解装置、储氢材料催化反应装置以及回收装置依次连通。上述储氢材料为固体储氢材料，优选氢化物；进一步优选地，上述储氢材料为硼氢化钠(NaBH4)、硼氢化钾(KBH4)、硼氢化锂(LiBH4)、氢化锂(LiH)、氢化铝锂(LiAlH4)、氢化铝钠(NaAlH4)、氨硼烷(NH3BH3)和氢化钙(CaH2)中的一种或两种以上的混合物；上述储氢材料存储装置用于存储储氢材料，为了防止储氢材料降解，可以在储氢材料中加入稳定剂，稳定剂可根据具体储氢材料种类使用本领域已知的材料；上述储氢材料溶解装置用于溶解至少一部分储氢材料以产生储氢材料溶液；上述储氢材料催化反应装置内设置有用于催化储氢材料与水发生催化反应的催化剂；上述回收装置内的催化反应产生的废液包含水和催化反应副产物；上述“储氢材料存储装置、储氢材料溶解装置以及回收装置依次连通”中的“连通”可以是通过现有的连通方式(如管道、开口等)直接相连或中间还间隔有其它装置(如泵、阀、气液分离器等)间接相连。为了减小氢气发生装置的整体体积，提高储氢密度，使储氢材料存储装置的容积可适应其本身所容纳的储氢材料的体积增大或缩小，使回收装置的容积可适应其本身所容纳的储氢材料催化反应产生的废液的体积增大或缩小。为了进一步减小氢气发生装置的整体体积，使上述储氢材料存储装置与回收装置相邻设置；优选地，上述储氢材料存储装置与回收装置之间通过可移动隔板隔开，该可移动隔板可适应储氢材料存储装置和回收装置内容纳物质的体积进行移动；进一步优选地，使储氢材料存储装置和回收装置由同一存储容器通过可移动隔板隔开形成。优选地，储氢材料存储装置与储氢材料溶解装置相邻设置；回收装置与储氢材料溶解装置连通；连通回收装置与储氢材料溶解装置的通道上设置有流量阀；优选地，连通储氢材料存储装置与储氢材料溶解装置的通道上设置有控制储氢材料流量的固体流量控制器，该固体流量控制器可使用现有的可控制固体颗粒流量的装置。连通储氢材料溶解装置与储氢材料催化反应装置的通道至少一部分具有换热器结构，或储氢材料催化反应装置具有换热器结构，该换热器结构用于加热来自储氢材料溶解装置的反应物(水和溶解或分散在水中的储氢材料)；优选地，换热器结构包括相互隔离开的第一通道和第二通道，第一通道用于容纳来自储氢材料溶解装置的反应物(溶解或分散在水中的储氢材料)，第二通道用于容纳加热流体以加热来自所述储氢材料溶解装置的反应物；进一步优选地，固态储氢制氢装置还包括气液分离器，气液分离器分别与第二通道以及储氢材料溶解装置连通，且气液分离器还连接有用于向环境中排出未反应空气的排气管道，这种结构设置可使得加热过反应物的水流到储氢材料溶解装置进行回收利用，空气排出系统；气液分离器可以为现有的可将气体和液体进行有效分离的装置，如离心机、超滤分离器等。优选地，上述回收装置内包括废液纯化装置，废液纯化装置用于废液中的水和反应副产物的再生；废液纯化装置包括多孔碳吸附剂或加热装置；废液纯化装置纯化后的水供给到储氢材料溶解装置。优选地，回收装置设置有入口、分离区和集水区，分离区内设置有废液纯化装置，集水区用于存储经分离区纯化后的水，回收装置5的集水区与储氢材料溶解装置3连通。尽管固体储氢材料与水反应的副产物通常不会对环境造成严重影响，但是将这些副产物直接大量排放到环境中并不是可接受的解决方案，必须进行集中处理。另一方面，由于氢气发生反应以及从储氢材料催化反应装置移除副产物需要水的参与，因此储氢材料催化反应装置排出的反应溶液中包含大量的水，回收这部分水将进一步提高氢气发生装置及燃料电池系统密度。另外，多孔碳吸附剂是吸收固体储氢材料与水反应的副产物(如NaBO2)和释放大部分水用于再循环的有效试剂，利用这种碳吸附原理，在回收装置内设置多孔碳吸附剂可在纯化水的同时回收副产物。优选地，回收装置是一个罐体，设置有入口、分离区和集水区，来自催化反应器的储氢材料与水催化反应产生的废液通过入口供应到回收装置中，并分配到充满多孔碳吸附剂的分离区中，在分离区中，多孔碳吸附剂与废液混合并吸收储氢材料与水催化反应产生的副产物(如NaBO2)，分离区过滤后的废水流入集水区。当分离区低处充满副产物时，回收装置入口流入的废液将流过分离区的上层。本专利技术另一方面提供一种燃料电池系统，包括燃料电池和氢气发生装置，在该燃料电池系统中，燃料电池产生的水被回收以向氢气发生装置供水，氢气发生装置产生的氢气供给燃料电池。通过回收燃料电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氢气发生装置，其特征在于，在所述氢气发生装置中，储氢材料与水发生催化反应生成氢气；所述氢气发生装置包括储氢材料存储装置、储氢材料溶解装置、储氢材料催化反应装置以及用于回收催化反应产生的废液的回收装置；所述储氢材料存储装置、储氢材料溶解装置、储氢材料催化反应装置以及回收装置依次连通。/n
【技术特征摘要】
1.一种氢气发生装置，其特征在于，在所述氢气发生装置中，储氢材料与水发生催化反应生成氢气；所述氢气发生装置包括储氢材料存储装置、储氢材料溶解装置、储氢材料催化反应装置以及用于回收催化反应产生的废液的回收装置；所述储氢材料存储装置、储氢材料溶解装置、储氢材料催化反应装置以及回收装置依次连通。
2.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其特征在于，所述储氢材料为硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化锂、氢化锂、氢化铝锂、氢化铝钠、氨硼烷和氢化钙中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其特征在于，所述储氢材料存储装置的容积可适应其本身所容纳的储氢材料的体积增大或缩小；所述回收装置的容积可适应其本身所容纳的废液的体积增大或缩小。
4.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其特征在于，所述储氢材料存储装置与所述回收装置相邻设置；所述储氢材料存储装置与所述回收装置之间通过可移动隔板隔开；优选地，所述储氢材料存储装置和所述回收装置由同一存储容器通过可移动隔板隔开形成。
5.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其特征在于，所述回收装置与所述储氢材料溶解装置连通；连通所述回收装置与所述储氢材料溶解装置的通道上设置有流量阀；连通所述储氢材料存储装置与所述储氢材料溶解装置的通道上设置有控制储氢材料流量的固体流量控制器。
【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐，
申请(专利权)人：鄂尔多斯市国科能源有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15
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