CN101570865A - 一种以两性金属为原料的不间断制氢发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以两性金属为原料的不间断制氢发电装置，属于电源技术和制氢技术领域。该装置的箱体内置有电解质，箱体内电解质的上部为氢气聚集室。阳极板和阴极板置于箱体内的电解质中，阳极板和阴极板之间设有金属颗粒，金属颗粒的上、下端分别设有隔网。隔膜置于阴极板和金属颗粒之间。储液罐通过管道与箱体底部相连。过滤器通过管道与储液罐相连，通过泵与箱体上部相连。本发明的制氢发电装置可为氢氧型燃料电池供氢，可为内燃机供氢，也可与家庭燃气系统并联为燃气灶供气，并同时提供电能；与其它金属－空气燃料电池相比，实现了在发电的同时制取氢气；与燃料电池以往其它供氢方式相比，本发明装置回避了储氢安全问题。

Description

一种以两性金属为原料的不间断制氢发电装置
技术领域
本发明涉及一种以两性金属为原料的不间断制氢发电装置，涉及金属燃料电池和金属制氢技术，属于电源技术和制氢技术领域。
背景技术
氢气作为燃料电池的燃料，制氢储氢迄今一直是难题。制氢方法主要有电解水、燃料重整、生物制氢、金属-酸置换反应等，电解水和燃料重整是目前常用的方法，生物制氢效率低、产量小，金属-酸置换反应制氢成本高。更关键的问题是储氢，储氢方式有高压瓶罐储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢等，目前为燃料电池供氢的最常用方式是高压瓶储氢。高压瓶储氢压力目前有120大气压、300大气压和700大气压三个档次，在提升氢气压力过程中消耗大量能量是不可避免的，而其它储氢技术都不太成熟，未到实用推广阶段。
以消耗金属进行发电的技术，主要是金属-空气电池和金属空气燃料电池。金属-空气电池和金属-空气燃料电池，都需要阳极、阴极和电解质，电池和燃料电池的材料可以相同，用作阳极的金属一般是锂、镁、钙、铝、锌、铁等。电池的放电时间受电池容量的限制，燃料电池是外供金属原料，可以连续长时间放电。金属-空气电池也称金属电池，包括一次性电池和可充电电池。可充电金属电池在充电过程中存在金属针刺破坏电池的隐患，充放电次数不够多。也有阳极插拔式的电池，如上海博信公司的电动汽车电池，每次放完电后更换电解质和阳极极板。金属-空气燃料电池，如美国专利US5,147,736和中国专利ZL02151499.2等，通过实施电解质循环和供给锌颗粒的方式，实现长时间工作，关键是要防止产物在阳极沉积。
无论是金属-空气电池，还是金属-空气燃料电池，其总的电化学反应是相同的。以锌空电池为例，阳极发生的反应：2Zn+4(OH)-→2Zn(OH)2↓+4e-，阴极发生的反应：2H2O+O2+4e-→4(OH)-，电子从外电路通过，总反应是：2Zn+2H2O+O2→2Zn(OH)2↓，或表达为2Zn+O2→2ZnO。
上述电化学反应说明，如果阴极反应是2H2O+2e-→2(OH)-+H2↑，阳极反应是Zn+2(OH)-→Zn(OH)2↓+2e-，电子走外电路，便可以在发电的同时制取氢气。
发明内容
本发明的目的是提出一种以两性金属为原料的不间断制氢发电装置，以克服已有技术中金属-空气电池只发电不制氢、金属-酸反应只制氢不发电，以及其它制氢方式存在氢气储存不便等问题，以实现长时间发电并同时制氢。
本发明提出的以两性金属为原料的不间断制氢发电装置，包括箱体、阳极板、阴极板、隔膜、储液罐和过滤器，所述的箱体内置有电解质，箱体内电解质的上部为氢气聚集室，所述的阳极板和阴极板置于箱体内的电解质中，阳极板和阴极板之间设有金属颗粒，金属颗粒与阳极板相接，金属颗粒上端有供料口、下端有隔网；所述的隔膜置于阴极板和金属颗粒之间；所述的储液罐通过管道与箱体底部相连；所述的过滤器通过管道与储液罐相连，通过泵与箱体上部相连。
本发明的制氢发电装置中，所述的金属颗粒为制成膏状或颗粒状的铝或锌。
本发明的制氢发电装置中，所述的阳极板由镍或铜制成。
本发明的制氢发电装置中，所述的阴极由碳、镍、银或钴制成。
本发明的制氢发电装置中，所述的电解质为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，电解质的质量百分比浓度为30％至80％。
本发明提出的以两性金属为原料的不间断制氢发电装置，其优点是：
1、该装置可为氢氧型燃料电池供氢，可为内燃机供氢，也可与家庭燃气系统并联为燃气灶供气，并同时提供电能。
2、与其它金属-空气燃料电池相比，实现了在发电的同时制取氢气；与燃料电池以往其它供氢方式相比，回避了储氢安全问题。
附图说明
图1是本实用新型提出的以两性金属为原料的不间断制氢发电装置的结构示意图。
图1中，1是箱体，2是阳极板，3是金属颗粒，4是供料口，5是外部负载，6是外接口，7是氢气聚集室，8是隔膜，9是阴极板，10是电解质，11是隔网，12是补液口，13是储液罐，14是过滤器，15是泵。
具体实施方式
本发明提出的以两性金属为原料的不间断制氢发电装置，其结构如图1所示，包括箱体1、阳极板2、阴极板9、隔膜8、储液罐13和过滤器14。箱体1内置有电解质10，箱体1内电解质10的上部为氢气聚集室7。阳极板2和阴极板9置于箱体内的电解质10中，阳极板2和阴极板9之间设有金属颗粒3，金属颗粒3与阳极板2相接，金属颗粒3的上端有供料口4、下端有隔网11。隔膜8置于阴极板9和金属颗粒3之间。储液罐13通过管道与箱体1的底部相连。过滤器14通过管道与储液罐13相连，并通过泵15与箱体1的上部相连。
本发明的制氢发电装置中的金属颗粒，可以为制成膏状或颗粒状的铝或锌。
本发明的制氢发电装置中的阳极板，可以由镍或铜制成。
本发明的制氢发电装置中的阴极，可以由碳、镍、银或钴制成。
本发明的制氢发电装置中的电解质，可以为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，电解质的质量百分比浓度为30％至80％。
本发明的制氢发电装置，以金属为消耗性原料，通过包括阴极、阳极和电解质的电池结构，实现电化学反应发电。其中的阳极电极和阴极电极都浸于电解质中，电解质为氢氧化钠或氢氧化钾碱性溶液。消耗性金属材料3可以制成板状、膏状或颗粒，在电解质内消耗性金属材料3与阴极距离越近越好，但不能接触，通过隔膜8相互隔开。在本装置工作过程中，金属颗粒铝或锌不断消耗，以产生氢气，氢气通过氢气汇集室7后由外接口6导出，同时，通过阳极、阴极和外部负载5构成的供电回路提供电源。随着金属颗粒的消耗，从箱体上部的进料口4不断向反应系统补充金属颗粒。电解质可以进行循环使用，在循环中控制电解质的浓度。电化学反应产物在电池箱内时不沉淀，在电池箱外才沉淀。总的电化学反应是2Zn+2H2O→2Zn(OH)2+H2或2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2。只要不断向电池箱提供两性金属原料，就能连续不断地发电和制氢。多个这样的电池可以进行组合。
以下结合附图介绍本发明制氢发电装置的工作原理：
箱体1内的阳极板2与隔膜之间容纳消耗性金属颗粒3，金属颗粒从供料口4补给，阴极板9通过隔膜8与消耗性金属颗粒3分开，阳极板和阴极板都浸没在电解质10中。在箱体1的上部是带有外接口6的氢气聚集室7，下部有隔网11防止金属颗粒3流失。电解质通过电池箱下部流出，经储液罐13、过滤器14和泵15循环回到箱体1。储液罐13上带有补液口12，用于补水和电解质溶液。阳极板和阴极板通过导线为外部负载5供电。消耗性金属颗粒3为具有氧化性和还原性的两性金属铝或锌，阳极板2选用镍或铜材料，阴极9选用碳、镍、银或钴等材料，电解质10选用氢氧化钠或氢氧化钾等碱性溶液。向储液罐13内补水，调节电解质的质量百分比浓度为30％至80％。使金属电化学反应后生成的物质在箱体内时不沉淀，生成偏铝酸盐或锌酸盐，而进入储液罐后才变成氢氧化铝或氢氧化锌沉淀，沉淀物经过滤器14集中排出。

Claims (5)

1、一种以两性金属为原料的不间断制氢发电装置，其特征在于该装置包括箱体、阳极板、阴极板、隔膜、储液罐和过滤器，所述的箱体内置有电解质，箱体内电解质的上部为氢气聚集室，所述的阳极板和阴极板置于箱体内的电解质中，阳极板和阴极板之间设有金属颗粒，金属颗粒与阳极板相接，金属颗粒上端有供料口、下端有隔网；所述的隔膜置于阴极板和金属颗粒之间；所述的储液罐通过管道与箱体底部相连；所述的过滤器通过管道与储液罐相连，通过泵与箱体上部相连。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的金属颗粒为制成膏状或颗粒状的铝或锌。
3、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的阳极板由镍或铜制成。
4、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的阴极由碳、镍、银或钴制成。
5、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的电解质为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，电解质的质量百分比浓度为30％至80％。
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