本发明专利技术公开了一种燃料电池装置，其包括一燃料电池、一反应器及透水不透气的膜包裹的金属氢化物，其特征在于，该燃料电池的阴极空气流输出端连接至反应器，该透水不透气的膜包裹的金属氢化物设于反应器中，用于使燃料电池的阴极空气流与氢化物反应生成氢气。本发明专利技术燃料电池装置将燃料电池阴极的空气流中的水汽收集利用，使其与反应器中的氢化物反应得到燃料电池所需的氢气，从而实现循环利用；而且不依赖环境湿度、结构简单且该循环可根据燃料电池的使用情况自我调节。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种燃料电池装置，特别是涉及一种不依赖环境湿度的自循环燃料电 池装置。
技术介绍
燃料电池可以将氢气与空气中的氧气反应，不经过燃烧而直接输出电能，能量转 换效率高。反应产物是水，无环境污染。但是，氢气的储存与运输非常不便。储运设备的重 量往往是氢气本身重量的几十倍。一种现有技术将经过燃料电池阴极或阳极后流出的废空气流或废(循环)氢气流 冷凝后得到液态水，然后输入到反应器中与氢化物(例如NaBH4)反应，得到氢气，再提供给 燃料电池。该现有技术的优点是减少甚至消除了水的携带量。其缺点是冷凝器占据了相当 的体积、重量、成本，而液态水与氢化物的反应器结构比较复杂。另一个缺点是，在液态水与 氢化物反应的情况下，水的利用效率比较低，常见的反应是NaBH4+6H20 = NaBO2 · (4H20)+4H2 或NaBH4+4H20 = NaB (OH) 4+4H2，难于发生我们期望的理想反应NaBH4+2H20 = NaB02+4H2。在 采用其他氢化物，例如LiBH4, LiAlH4等的时候，同样存在上述问题。另一种现有技术将氢化物置于扩大了的阳极气室，阳极的水蒸气扩散至氢化物 处，发生反应生成氢气，供给阳极。而反应产生的水又可以在一定程度上起到自维持的作 用。该现有技术的优点是结构简单。其缺点是更换氢化物比较麻烦，比较适合单电池结构， 不太适合大功率燃料电池堆叠。另外，氢化物吸收阳极气室的气态水，也降低了阳极的湿 度，不利于质子向阴极运动的电渗作用。还有一种现有技术用透水不透气的膜(例如全氟磺酸树脂膜)包裹氢化物，将该 包裹置于空气中，利用浓差扩散吸收空气中的水分，产生的氢气由管路收集后提供给燃料 电池。该现有技术的缺点是，氢气的产生速度依赖于环境的湿度，只能被动地接受环境的制 约，而不能主动地适应燃料电池及其负载的需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术氢气储存运输不便、燃料电池结构 复杂的缺陷，提供一种不依赖环境湿度、结构简单且循环利用反应产生的空气的燃料电池。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种燃料电池装置，其包括一燃料电池、一反应器及透水不透气的膜包裹的金属 氢化物，其特点在于，该燃料电池的阴极空气流输出端连接至反应器，该透水不透气的膜 包裹的金属氢化物设于反应器中，用于使燃料电池的阴极空气流与金属氢化物反应生成氢气。由于进入燃料电池阴极的空气流本来包括环境中的气态水，但是其量少且受制于 环境状况而不可控。然而，在本专利技术的燃料电池装置中，其经过燃料电池的阴极以后，充分 吸收了从阴极蒸发的气态水，而变得较为潮湿。当燃料电池以较高的功率运行时，其阴极蒸发出的水蒸汽较多，从而有利于提高氢气的产量；当燃料电池以较低的功率运行时，其阴极 蒸发出的水蒸汽较少，从而有利于降低氢气的产量。如果采用的金属氢化物与气态水反应的产热量较高，燃料电池的类型优先采用阴 极开放式。因为阴极开放式燃料电池中，阴极空气流既包括供氧空气流，又包括散热空气 流；换言之，阴极开放式燃料电池将散热空气流合并入供氧空气流，阴极流量较大，有助于 带走反应器产生的热量。当然，这并不是唯一的解决方案，也可以有另外一路空气流连接至反应器，此时也 可采用阴极封闭式燃料电池。由于在阴极封闭式燃料电池中，阴极空气流只包括供氧空气 流，不包括散热空气流；因此在这种情况下，连接至反应器的另外一路空气流优先考虑燃料 电池输出的散热空气流，因为散热空气流已经被加热到一定的温度，有助于保证反应器的 反应活性与速度，也可以避免增加额外的风机。优选地，在该燃料电池的阴极空气流(即供 氧空气流)输出端与该反应器的输入端之间连有一混风器，该混风器用于将阴极空气流与 燃料电池输出的散热空气予以混合。如果采用的金属氢化物与气态水反应的产热量较低，采用阴极封闭式燃料电池更 有优势，因为其阴极供氧空气流独立于散热空气流或液流，这可以导致较低的空气流流量 及流速，使得空气流通过反应器的时间较长，有助于气态水向所述包裹内扩散或传质交换。优选地，在环境湿度较高，或者采用的氢化物与气态水反应的产氢效率较高的情 况下，为了避免产氢速率超过耗氢速率，浪费氢气或者胀坏所述包裹，该燃料电池的阴极空 气流输出端(流出口)与反应器的空气输入端(流进口)之间设有一个或多个气门或气 阀。该气门或气阀置于开启状态时，反应器的空气流进口与燃料电池阴极的空气流出口之 间，具有通畅的连接；而置于关闭状态时，反应器的空气流进口与燃料电池阴极的空气流出 口之间，不具有通畅的连接。优选地，为了使得反应器在不使用时，不能够吸收周围空气中的气态水而发生反 应，该反应器的空气输出端(出口处)设有一个或多个气门或气阀。所述的气门或气阀可 以设在反应器空气流的直接出口，也可以间接地如设在远离反应器的地方，通过管道连接 反应器与气门或气阀。该气门或气阀至少可置于开启或关闭两种状态。优选地，为了使得流过反应器的空气流与氢化物具有良好的传质接触，需要较大 的表面积，该反应器中的金属氢化物由透水不透气的膜包裹成片状，形成片状包裹。一个反 应器包括一个或多个片状包裹。优选地，该片状包裹中设有碳纸，该碳纸的一端边未被该透水不透气的膜覆盖，便 于导出氢气，在该燃料电池装置还包括一氢气集流槽的情况下，该端边与该氢气集流槽相 连。在这里，碳纸起到两个作用结构支撑，保证包裹的形状为稳定的片状，更便于装配；在 沿片状包裹的平面方向，为氢气的传输提供了比氢化物颗粒间的间隙更为通畅的通道，更 有利于最终将氢气导出至该氢气集流槽中。优选地，该碳纸为具有凹槽的层叠式碳纸，该碳纸两侧的凹槽可以容纳金属氢化 物，而防止其移位。这种碳纸又名碳纤维板，其两侧的凹槽可以是机械加工型凹槽。当反应器包括多个片状包裹时，优选地，该多个片状包裹为层叠关系，片状包裹之 间留有间隙。优选地，该片状包裹表面的透水不透气的膜在一组平行线的位置被固定。更优选地，在所述平行线位置，该透水不透气的膜与碳纸之间是用胶黏剂连接固定的，该胶黏剂优 选硅胶。一种可替代上述的膜在一组平行线的位置被固定的方案是，该多个片状包裹之间 隔有波纹状隔板。这一方面也可以保证片与片之间稳定的间隙，使得空气流的流量均勻分 布；另一方面也可以顶住透水不透气的膜，避免其被包裹内部产生的氢气压力胀破。更优选地，在既采用所述的波纹状的板，又采用所述的碳纸的情况下，所采用的碳 纸可以是不平整的如上述碳纤维板，该层叠式碳纸的凹槽中可填充金属氢化物，此时所采 用的波纹状的板顶在片状包裹之间以固定金属氧化物；抑或，只采用层叠式碳纸不采用波 纹状的板，将金属氧化物填充至凹槽中后，将该层叠式碳纸凹槽之间的筋的表面与该透水 不透气的膜粘合以将凹槽中的金属氧化物固定并且防止包裹应内部产生的氢气压力胀破。 又或者，另外有一个方法可将金属氢化物以均勻的厚度附着在碳纸上，例如采用有机溶剂 溶解或混合了氢化物以后，均勻地涂刷在碳纸上，待有机溶剂挥发以后，氢化物就良好地分 散在碳纸表面上，此时可以采用普通的碳纸并且片状包裹之间顶有波纹状的板。有机溶剂 可以是丙酮。根据本专利技术，所述的金属氢化物是指具有储氢功能的金属或金属合金含氢化合 物，例如LiBH4、LiH、NH4BHx, NH3BH3。本本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种燃料电池装置，其包括一燃料电池、一反应器及透水不透气的膜包裹的金属氢化物，其特征在于，该燃料电池的阴极空气流输出端连接至反应器，该透水不透气的膜包裹的金属氢化物设于反应器中，用于使燃料电池的阴极空气流与氢化物反应生成氢气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱诗盈，许柏民，
申请(专利权)人：邱诗盈，许柏民，
类型：发明
国别省市：SG
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