本发明专利技术公开了混合反应物材料和水溶液来生成氢的系统、装置及方法。所述反应物材料可为钠硅化物或钠硅胶。所述氢生成装置用于燃料电池和其它工业应用中。一种系统结合冷却、泵送、储水和其它装置来感测和控制反应物材料和水溶液之间的反应以生成氢。不同布置几何形状的多个入口将水溶液输送至所述反应中。搅拌所述反应物材料和水溶液以控制所述反应的状态。可再循环所述水溶液并将其返回到所述反应中。一种系统在一定范围的温度和压力条件下运行，并且包括氢分离器、排热机构和反应状态控制装置。所述生成氢的系统、装置及方法提供了热稳定固体、与所述水溶液进行的近即时反应以及无毒液体副产物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术整体涉及使用反应物燃料和水溶液来生成氢的系统及方法，并且更具体地，本技术涉及在与水或水溶液反应时使用钠硅化物(sodium silicide)、钠硅胶(sodium silica gel)或多组分混合物来生成氢的系统及方法。
技术介绍
燃料电池是将外源燃料转换成电流的电化学能量转换装置。许多常见的燃料电池将氢用作燃料，并且将氧(通常来源于空气中)用作氧化剂。此燃料电池的副产物为水，从而使燃料电池成为环境影响极小的发电装置。燃料电池可与许多其它发电技术(诸如汽油涡轮机、内燃机和蓄电池)匹敌。燃料电池提供可用于许多应用(包括固定发电、照明、备用电源、消费类电子产品、如电动自行车和景观设备等个人移动装置以及其它)中的直流(DC)电压。存在多种可用的燃料电池，每种燃料电池利用不同的化学性质来发电。通常根据燃料电池的工作温度及其采用的电解质体系的类型来对其进行分类。一种常见的燃料电池为聚合物交换膜燃料电池(PEMFC)，该电池将氢用作燃料，同时将氧(通常为空气)用作其氧化剂。该电池具有高功率密度和通常低于80°C的低工作温度。这些燃料电池是可靠的，其具有适度的包装和系统实施要求。氢储存和生成的挑战限制了 PEM燃料电池的广泛采用。尽管分子氢如同环境条件下的气体一样具有非常高的能量密度(以质量计)，但以体积计其具有极低的能量密度。这些用于向便携式应用提供氢的技术(包括高压和低温)非常普遍，但其最常见地集中于可靠地释放所需氢气的化合物。目前存在三种广泛接受的用于储存材料中的氢的机制吸收、吸附和化学反应。在用于向燃料电池提供燃料的吸氢储存中，在高压下将氢气直接吸入整个特定的结晶材料(诸如，金属氢化物)中。大多数情况下，金属氢化物(如MgH2、NaAlH4和LaNi5H6) 用于可逆地储存氢气。然而，金属氢化物体系具有弱比能量(即，低氢储存量与金属氢化物的质量之比)和差输入/输出流量特性。氢流动特性由金属氢化物的吸热性质驱动(除去氢时，内部温度降低，而再次加入氢时，内部温度升高)。由于具有这些性质，金属氢化物往往很重，并且需要复杂的系统来将其快速地加入和/或排出。例如，参见美国专利7，271，567， 其描述了一种设计用于储存氢气，然后将加压氢气从含有金属氢化物或一些其它氢基化学7燃料的料筒中可控制地释放的系统。该系统还通过测量金属氢化物燃料本身的温度和/或压力和/或通过测量燃料电池的电流输出来监测能够输送至燃料电池的剩余氢含量，以估算氢的消耗量。在用于向燃料电池提供燃料的吸附氢储存中，通过物理吸附或化学吸附使分子氢与化学燃料相关。化学氢化物(如氢化锂(LiH)、氢化铝锂(LiAlH4)、硼氢化锂(LiBH4)、氢化钠(NaH)、硼氢化钠(NaBH4)等)用于非可逆地储存氢气。化学氢化物在其与水反应时产生大量氢气，如下所示NaBH4+2H20 — NaB02+4H2为了可靠地控制化学氢化物与水的反应以从燃料储存装置中释放氢气，必须采用催化剂并严格控制水的PH。另外，化学氢化物通常存在于惰性稳定液的浆液中，以防止氢化物过早释放氢气。美国专禾U 7，648，786 ；7，393，369 ；7，083，657 ；7，052，671 ；6，939，529 ； 6，746，496和6，821，499中所示的化学氢化物体系利用了上述特性中的至少一种(但通常为多种)。在用于制备燃料电池用氢的化学反应方法中，通常通过适度改变化学燃料的温度或压力来催化氢储存和氢释放。该化学体系的一个实例(经温度催化)为通过以下反应由硼烷氨生成氢NH3BH3 — NH2BH2+H2 — NHBH+H2一级反应释放6. 1重量％的氢，并在大约120°C下进行，而二级反应又释放6. 5重量％ 的氢，并在大约160°C下进行。这些化学反应方法未将水用作产生氢气的引发剂，无需严格控制系统PH，并且通常不需要单独的催化剂材料。然而，这些化学反应方法常因经常发生热逸散而存在系统控制问题。参见(例如)美国专利7，682，411，其描述了一种设计用于由硼烷氨热引发氢生成并防止热逸散的系统。参见(例如)美国专利7，316，788和7，578，992， 其描述了采用催化剂和溶剂来改变氢的热释放条件的化学反应方法。鉴于上述情况，需要一种改进的氢生成系统及方法，其可克服现有技术中的上述许多或全部问题或缺点。
技术实现思路
下文所述的氢生成系统实现了不含任何储存氢气或分子氢原子的反应物燃料(诸如，稳定的碱金属材料，包括钠硅化物和/或钠硅胶)的大致完全反应。附加反应物可包括硼氢化钠(NaBH4)和/或硼烷氨等。另外，采用这些反应物的系统反应不需要附加催化剂室， 并且仅通过加入合适的水介质便易于进行启停控制，以满足燃料电池或抽氢系统对氢的需求。另外，下面的实例满足所有上述要求，同时使整个系统的体积和重量最小化。本公开的一个实例为包括反应物燃料的反应器，该反应器在反应物燃料暴露于水溶液中时生成氢。该反应器可以为可含有水溶液的独立式氢生成部件。相似地，另一个实例可包括通过外部供应将水溶液引入其中的反应器。氢生成也可由外部控制系统来控制、 监测或处理。控制系统和反应器可作为用于向氢燃料电池提供氢或用于任何一般用途、实验室、工业或消费类用途的独立式氢生成系统来运行。同样，可在整个燃料电池系统中全部或部分地实施所述控制系统和反应器，以提供最终产品，诸如膝上型计算机、个人或商用电子产品以及需要电源的其它装置和设备。一种氢气生成方法包括将反应物燃料加入到反应器中，并且在反应器中将水溶液与反应物燃料混合，以生成氢气。反应物燃料可包括稳定的碱金属材料，诸如硅化物(包括钠硅化物粉末(NaSi)和钠硅胶(Na-SG)。稳定的碱金属材料也可与其它反应材料，包括(但不限于)含或不含催化剂的硼烷氨、与或不与催化剂混合的硼氢化钠以及在暴露于热或水溶液时会产生氢的一系列材料和材料混合物混合。材料和水溶液的混合物也可包括添加剂，以控制废产物的PH、改变这些废产物的溶解度、增加氢产量、增加氢产率并控制反应温度。水溶液可包括水、酸、碱、 醇以及这些溶液的混合物。水溶液的实例可包括甲醇、乙醇、盐酸、乙酸、氢氧化钠等。水溶液也可包括添加剂，诸如增加H2的产量的共反应剂、絮凝剂、缓蚀剂或改变水溶液的热物理性质的热物理性添加剂。示例性絮凝剂包括氢氧化钙、硅酸钠及其它，而缓蚀剂可包括磷酸盐、硼酸盐及其它。此外，热物理性添加剂可改变反应的温度范围、反应的压力范围等。此外，水溶液的添加剂可包括多种不同的添加剂的混合物。反应器可为独立式可更换部件，该部件使控制系统或燃料电池系统能够利用多个反应器。反应器也可称为料筒、圆筒、罐、容器、压力容器和/或封装件。反应器包括反应物燃料以及该反应器或一个入口或多个入口内的水溶液，其中水溶液通过所述入口引入反应器中。反应器也可具有氢气输出口，氢气一旦离开反应器并在供应至外部系统(如燃料电池)之前便可进行附加处理(如蒸汽冷凝、纯化、调节等)。水溶液最初可由用户从外部储存或添加，或可从燃料电池系统返回到反应器的水溶液输入口中。可使用泵(诸如，手动泵、蓄电池供电泵、外部供电泵、弹簧控制泵等)经由上述入口将水溶液加入到反应器中的反应物燃料(包括稳定的碱金属)中。可将水溶液储存在反应器内，并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：AP华莱士，J梅拉克，M勒芬费尔德，
申请(专利权)人：AP华莱士，J梅拉克，M勒芬费尔德，
类型：发明
国别省市：
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