本发明专利技术提供了一种用于燃料电池的氢气杂质净化装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有PSA技术工序较多、设备复杂、占用面积大导致使用受限的问题。该装置包括固态电化学反应器和控制器。其中，固态电化学反应器进一步包括阳极扩散电极层、用于传输氧离子的电解质层、阴极扩散电极层和参比电极。阳极扩散电极层的两侧分别设有待提纯氢气入口、提纯后氢气出口；阴极扩散电极层与空气接触，其与阳极扩散电极层之间通过电解质层隔离；参比电极设于电解质层内；控制器，用于启动后控制固态电化学反应器的阳极扩散电极层的电位为杂质的氧化还原电位，使得杂质发生氧化还原反应转换成对燃料电池无影响或影响较小的其他成分物质。燃料电池无影响或影响较小的其他成分物质。燃料电池无影响或影响较小的其他成分物质。
【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池的氢气杂质净化装置
[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种用于燃料电池的氢气杂质净化装置。
技术介绍
[0002]现有的氢气提纯技术中，变压吸附法（PSA）应用最为广泛。涉及的物理过程是，将含有杂质的干氢气由下至上通入吸附塔中，利用分子筛在不同压力下对氢气和杂质的吸附力不同，在塔内吸附除去杂质，在出口收集纯净的氢气。当吸附达到饱和时，进入解压再生过程，将吸附的杂质解吸并排出，四个吸附塔交互地吸附与再生，完成氢气的净化。
[0003]PSA技术是以多孔固体物质类吸附剂内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组份、不易吸附低沸点组份和高压下被吸附组份吸附量增加、低压下吸附量减小的特性来实现杂质的分离，具有能耗低、再生速度快的优点。
[0004]但是，由于PSA技术的工序较多、设备复杂、占用面积大，不利于便携移动，限制了其使用场景，且变压吸附过程的工序较为复杂，吸附与脱附过程涉及多个阀门与反应塔，需要精确的控制才能完成上述净化过程。
技术实现思路
[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种用于燃料电池的氢气杂质净化装置，用以解决现有PSA技术工序较多、设备复杂、占用面积大导致使用受限的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种用于燃料电池的氢气杂质净化装置，包括固态电化学反应器和控制器；其中，固态电化学反应器进一步包括阳极扩散电极层（4）、电解质层（6）、阴极扩散电极层（5）和参比电极（3）；电解质层（6）用于传输氧离子；阳极扩散电极层（4）的两侧分别设有待提纯氢气入口、提纯后氢气出口；阴极扩散电极层（5）与空气接触，其与阳极扩散电极层（4）之间通过电解质层（6）隔离；参比电极（3）设于电解质层（6）内；控制器，用于启动后控制固态电化学反应器的阳极扩散电极层（4）的电位为杂质的氧化还原电位；以及，根据参比电极（3）反馈的电信号实时调整固态电化学反应器的供电电流或电压，使得杂质发生氧化还原反应转换成对燃料电池无影响或影响较小的其他成分物质。
[0007]上述技术方案的有益效果如下：利用不同气体成分的氧化还原电位的差异，也可结合不同气体成分与催化剂的吸附特性的差异，施加特定的电位将对燃料电池影响较大杂质氧化成燃料电池无影响或影响较小的其他成分物质。此装置体积较小，效率高，工艺条件要求和控制简单，可在线除去气体杂质，广泛适用于车用燃料电池、化工用反应器等应用。
[0008]基于上述装置的进一步改进，所述杂质包括一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气中的至少一种；并且，该氢气净化装置用于将一氧化碳转换成二氧化碳，或者，将硫化氢转换成硫酸，或
者，将氮氧化物转换成氮气和氧气，或者，将氨气转换成氮气和水。
[0009]进一步，所述阳极扩散电极层（4）和阴极扩散电极层（5）内均分布有催化剂；并且，所述催化剂为金属氧化物。
[0010]进一步，对于一氧化碳或硫化氢杂质，所述催化剂包括氧化镍；对于氮氧化物或氨气杂质，所述催化剂包括氧化锆。
[0011]进一步，所述控制器，还用于根据所述杂质的类型控制固态电化学反应器的工作温度、待提纯氢气入口处气体的湿度和压力，使得所述催化剂的氧化还原活性最高。
[0012]进一步，所述阴极扩散电极层（5）的两侧分别设有空气入口、空气出口；其中，所述空气入口、空气出口至少有一处设有氧气泵，用于将氧气泵入或泵出该氢气杂质净化装置。
[0013]进一步，所述控制器进一步包括：恒电位仪（7），其输入端与参比电极（3）连接，其输出端与阳极扩散电极层（4）连接，用于根据参比电极（3）反馈的电信号实时调整固态电化学反应器的阳极供电电流或电压，使得阳极扩散电极层（4）的电位始终维持在杂质的氧化电位，以提高对氢气的提纯度；温度控制模块，设于电解质层的两端，用于根据所述杂质的类型控制固态电化学反应器的工作温度，通过加热维持电解质的电导率；气体湿度控制模块，分别设于待提纯氢气入口和空气入口的前端，用于控制待提纯氢气入口和空气入口的气体湿度；气体压力控制模块，分别设于待提纯氢气入口和空气入口的前端，用于将待提纯氢气入口和空气入口的气体压力。
[0014]进一步，所述气体压力控制模块分为待提纯氢气压力控制子模块和空气压力控制子模块；其中，所述待提纯氢气压力控制子模块进一步包括依次连接的：气体压力传感器，设于固态电化学反应器的待提纯氢气入口处，用于采集待提纯氢气入口处的气体压力，发送至氢气压力分析控制子模块；氢气压力分析控制子模块，用于将接收到的待提纯氢气入口处的气体压力与预设值比较，根据比较结果向减压阀发出控制信号调整减压阀的开度，使待提纯氢气入口处的气体压力达到预设值；减压阀，设于固态电化学反应器的待提纯氢气入口前端。
[0015]进一步，所述控制器还包括杂质浓度监测模块；其中，所述杂质浓度监测模块进一步包括电流传感器（2）、杂质浓度分析子模块；所述电流传感器（2），设于阳极扩散电极层（4）与阴极扩散电极层（5）连接的支路上，用于获取阳极扩散电极层（4）与阴极扩散电极层（5）之间的电流，发送至杂质浓度分析子模块；所述杂质浓度分析子模块，用于根据所述电流传感器（2）获得的电流，结合杂质类型，得出待提纯氢气中的杂质浓度。
[0016]进一步，所述杂质浓度监测模块还包括杂质浓度传感器；其中，所述杂质浓度传感器，设于固态电化学反应器的提纯后氢气出口管道内壁上，用于获取提纯后氢气中各杂质浓度；
所述杂质浓度分析子模块，还用于根据待提纯氢气中杂质浓度与提纯后氢气中杂质浓度进行比较，得出表示杂质净化效果的数值。
[0017]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：1、利用电化学原理进行氢气在线纯化，可广泛应用于各类燃料电池系统中。可净化氢气中微量的一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气等杂质，避免燃料电池系统催化剂造成中毒或影响生成物的纯度。可降低燃料电池系统对氢气纯度的要求，扩大燃料电池系统的氢气来源。
[0018]2、体积小、效率高、装置简单，可在燃料电池汽车上进行在线纯化，作为移动纯化装置进行应用。
[0019]3、提纯化工艺复杂程度低，适应条件宽泛，可耐受较大范围的温度和湿度，对控制的要求较低。利用恒电位仪对电位进行精准控制，防止电位偏差导致的纯化效果低。
[0020]4、选择对杂质具有选择性的催化剂，配合电位控制实现电催化选择性去除杂质。
[0021]5、内部集成了加热装置以维持离子电解质的电导率。
[0022]提供
技术实现思路
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。
技术实现思路
部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
[0023]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0024]图1示出了实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的氢气杂质净化装置，其特征在于，包括固态电化学反应器和控制器；其中，固态电化学反应器进一步包括阳极扩散电极层（4）、电解质层（6）、阴极扩散电极层（5）和参比电极（3）；电解质层（6）用于传输氧离子；阳极扩散电极层（4）的两侧分别设有待提纯氢气入口、提纯后氢气出口；阴极扩散电极层（5）与空气接触，其与阳极扩散电极层（4）之间通过电解质层（6）隔离；参比电极（3）设于电解质层（6）内；控制器，用于启动后控制固态电化学反应器的阳极扩散电极层（4）的电位为杂质的氧化还原电位；以及，根据参比电极（3）反馈的电信号实时调整固态电化学反应器的供电电流或电压，使得杂质发生氧化还原反应转换成对燃料电池无影响或影响较小的其他成分物质。2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的氢气杂质净化装置，其特征在于，所述杂质包括一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气中的至少一种；并且，该氢气净化装置用于将一氧化碳转换成二氧化碳，或者，将硫化氢转换成硫酸，或者，将氮氧化物转换成氮气和氧气，或者，将氨气转换成氮气和水。3.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的氢气杂质净化装置，其特征在于，所述阳极扩散电极层（4）和阴极扩散电极层（5）内均分布有催化剂；并且，所述催化剂为金属氧化物。4.根据权利要求3所述的用于燃料电池的氢气杂质净化装置，其特征在于，对于一氧化碳或硫化氢杂质，所述催化剂包括氧化镍；对于氮氧化物或氨气杂质，所述催化剂包括氧化锆。5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的氢气杂质净化装置，其特征在于，所述控制器，还用于根据所述杂质的类型控制固态电化学反应器的工作温度、待提纯氢气入口处气体的湿度和压力，使得所述催化剂的氧化还原活性最高。6.根据权利要求1
‑
2、4
‑
5任意一项所述的用于燃料电池的氢气杂质净化装置，其特征在于，所述阴极扩散电极层（5）的两侧分别设有空气入口、空气出口；其中，所述空气入口、空气出口至少有一处设有氧气泵，用于将氧气泵入或泵出该氢气杂质净化装置。7.根据权利要求6所述的用于燃料电池的氢气杂质净化装置，其特征在于，所述控制器进一步包括：恒电位仪（7），其输入端与参比电极（3）连...
【专利技术属性】
技术研发人员：方川，曹季冬，李飞强，张国强，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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