CN101572321A

CN101572321A - 氢发生装置

Info

Publication number: CN101572321A
Application number: CNA2008101683772A
Authority: CN
Inventors: 柳熙渊; 张奎镇
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2009-11-04
Also published as: KR20090114557A; KR101000611B1

Abstract

本发明涉及一种使用化学氢化物的氢发生装置。本发明的特征在于包括化学氢化物和催化剂的电解质，该电解质插入在金属电极之间，其中通过氢化物的水解在单元电池中产生氢。

Description

氢发生装置

根据35U.S.C.§119(a)，本申请要求于2008年4月30日提交的韩国专利申请第10-2008-0040243号、2008年4月30日提交的韩国专利申请第10-2008-0040244号和2008年4月30日提交的韩国专利申请第10-2008-0040245号的优先权，在此将其全文并入作为参考。

发明领域

本发明涉及一种氢发生装置。更具体地，本发明涉及一种氢发生装置，其能够通过化学氢化物(chemical hydride)的水解产生氢气，以使用其作为使用氢气作为燃料的燃料电池系统的燃料供给源。

背景技术

燃料电池是通过燃料电池组内的电化学反应将燃料的化学能转化成电能的发电机。燃料电池可以用于为小型电/电子装置或便携装置供电，以及为工业和家庭应用以及车辆操作供电。

广泛研究的燃料电池是使用氢作为燃料、同时使用氧作为氧化剂的燃料电池，以用作车辆操运行的电源，例如，聚合物电解质膜燃料电池或质子交换膜燃料电池(“PEMFC”)。

目前可用的储氢系统的优选例子包括高压氢、液化氢、金属氢化物、化学氢化物、碳纳米管等。其中，具体地，使用高压氢和液化氢的方法开发最多。但是，在使用高压氢的储氢系统的情况下，氢的重量储存密度非常低，从而必需要有非常大的体积，以实现目标驾驶距离，这导致车辆包装方面的问题。在此，可以通过增加压力来增加储氢量，但这会降低安全性并增加成本。

在使用液化氢的储氢系统的实例中，储氢密度高于高压氢，但必须始终保持相对较低的温度(25K，1atm)，并且还存在汽化(boil-off)问题。

作为替代，已经开发了使用金属氢化物(“MH”)和化学氢化物的新的储氢系统。

使用金属氢化物的储氢系统是一种可以调节储氢金属的温度和压力以储存和放出氢的系统。使用金属氢化物的储氢系统要求温度高于150℃，以进行可逆反应，使得可以很容易进行吸入/放出。但是，其量低于理论储氢量的氢通常在氢吸入/放出的可逆范围内吸入/放出，而且反应进行得相当慢。

使用化学氢化物的储氢系统是一种通过含有氢的氢化物的水解产生氢的系统。在使用化学氢化物的系统中，储氢量是氢化物储氢能力的两倍，这是因为在该系统中，除氢化物自身所含的氢之外，还通过水的水解得到与氢化物中所含的氢相等的另外量的氢。而且，当通过反应产生氢时，产生的热不是很高，压力几乎是大气压的水平，因此系统可以相当安全地加以管理。但是，化学氢化物不容易控制反应，而且反应是不可逆的，因此需要有另外的再生过程。

常规化学氢化物的实例包括NaBH₄和LiBH₄。这些化学氢化物适合于小规模的氢发生，而且也被视作是安全的。但是，这些材料对空气中的湿气相当敏感，不稳定，被视作是不容易处理的。而且，反应过程中产生的副产物倾向于使剩余反应物的反应进程劣化。

已经致力于在该系统中引入催化剂，以加速反应。但是，由于成本很高，已经排除了昂贵的贵金属例如Pt和Pt-Re/氧化铝，因此大多数工作使用低成本的催化剂替代进行。

在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技术的理解，并因此其可以包含不形成该国家本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

一方面，本发明提供了一种氢发生装置，其能够通过化学氢化物的水解在氢发生过程中调节所产生氢的量。

在一个优选的实施方式中，为了成本效率，氢发生装置优选在氢化物中使用成本较低的催化剂材料来代替常规的贵金属催化剂。

在另一个优选的实施方式中，氢发生装置在使用化学氢化物以产生氢时，连续提供用于水解的水。

在再另一个实施方式中，氢发生装置很容易进行适当除去水解副产物的再生过程。

在再另一个实施方式中，氢发生装置解决了当所产生的氢压力提高时释放氢的问题，在燃料电池启动之后立刻将氢提供给电池组。

在另一方面，木发明提供了一种氢发生装置，其包括：外壳，该外壳优选地包括氢出口；电池模块，该电池模块包括堆积的在电极之间具有电解质的单元电池，上述电解质具有化学氢化物和催化剂；并联电连接单元电池的电极的配线；和在上述配线处形成的开关，以断开和接通每个单元电池的正极和负极之间的电路。当开关接通时，在每个单元电池中，通过化学氢化物与作为水源的电解质的水解反用适当地产生氢，并且通过氢出口供给所产生的氢。

在优选的实施方式中，化学氢化物优选为MgH₂，催化剂优选为MgCl₂。

在另一个优选的实施方式中，可以在每个单元电池的外壳内的氢出口中提供有临时储存空间，以储存每个单元电池中产生的氢。

在再一个优选的实施方式中，可以适当地提供有透氢膜(hydrogenpermeable membrane)，该膜被设置在电池模块的一侧上，选择性地仅仅使氢气渗透到每个单元电池的氢出口。

在再一个优选的实施方式中，氢发生装置可以进一步包括供水装置，该装置将用于水解的水提供到装有电解质的每个单元电池中。在此，供水装置合适地包括在外壳内的储水空间，以将水供给每个单元电池，上述储水空间连接有供水管，以便从外壳的外部提供水，供水装置还包括置于供水管中的透水膜，以设置在储水空间和电池模块之间。

在再另一个优选的实施方式中，供水管可以提供成其可以适当地将储水空间与燃料电池组连接，以便从燃料电池组向储水空间提供水。供水管中可以安装有止回阀，以防止水的逆向流动。

氢发生装置的外壳可以包括主体外壳(body housing)和盖外壳(caphousing)，盖外壳优选是可打开的，以易于除去副产物。主体外壳和盖外壳可以形成为螺钉组件(screw assembly)。

氢发生装置可以进一步包括储氢容器，该储氢容器优选与外壳的氢出口连接，并适当地从氢出口接收每个单元电池中产生的氢并将其储存，并且通过另外的出口供给所储存的氢。止回阀可以适当地设置在外壳和储氢容器之间的管线中。

根据本发明，本发明的氢发生装置将化学氢化物的水解系统应用于化学电池概念，可以很容易地通过断开/接通电池的电路来控制氢的产生。

优选地，本发明的氢发生装置使用相对廉价的催化剂材料来代替化学氢化物中使用的常规贵金属催化剂，从而降低成本。

优选地，本发明的氢发生装置产生环境友好的副产物，该副产物可以安全、容易地用作燃料电池车辆的燃料源。

优选地，本发明的氢发生装置可以适当地制备成筒(cartridge)的形式，因此可以优选地通过简单地将用过的筒用新筒更换来代替常规的高压充氢来驱动车辆。因此，在优选的实施方式中，充氢方法中的复杂充氢系统不再必要。而且，使用该优选的方法，不再需要有常规的加氢站(hydrogen charging station)，可以解决加氢站的安装和建造成本，而这一直是燃料电池车辆普及的限制因素。

优选地，在本发明的氢发生装置中，供给用于电解的水的供水装置另外地将燃料电池组排出的水连续供给每个单元电池。因此，水解效率可以提高，并且氢的发生可以适当提高。在本发明的氢发生装置被适当地制备成筒的形式的情况下，则需要有用于补充水并除去副产物的筒再生过程，但筒的替换周期可以很长，因为在燃料电池运行的过程中水是通过供水装置连续从电池组提供的。

优选地，当本发明的氢发生装置的外壳被形成为合适的可开放结构时，使用之后水解副产物可以很容易地在再生过程中除去。

优选地，另外的储氢容器可以适当地解决当外壳中的压力适当提高时，氢应该被释放至外部的问题。燃料电池启动之后可以立刻将储氢容器中的氢提供给电池组。特别是，单元电池处产生的氢被储存在储氢容器中，并且在必要时即刻使用。如果不需要，则氢被储存在储氢容器中。

本文所用的术语“车辆(vehicle)”、“车辆的”或其它类似术语可以被理解成包括通常的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只和船舶的水运工具，航空器和类似物，并包括混合动力车辆、电动车辆、插入式(plug-in)混合电动车辆、氢动力车辆和其它代用燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。

如本文所述，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动动力。

本发明的以上特征和优势将从结合在本说明书中并形成其一部分的附图和下面的详细描述中变得明显或更详细地说明，其中，附图与详细描述一起通过实施例的方式来解释本发明的原理。

附图说明

现在参考附图中图示的某些示范性实施方式对本发明的上述和其它特征进行详细说明，以下的附图仅仅作为图示给出，因此对本发明不进行限定，其中：

本发明利用化学电池的氢发生原理，并且将产生氢的化学氢化物代替去极化剂(depolarizer)添加到电池的电解质中，以增加所产生氢的量，并通过断开/接通电池电路来调节氢的产生。

图1是根据本发明实施方式的单元电池的横断面视图；

图2是根据本发明的实施方式当产生氢时的单元电池的横断面视图；

图3是根据本发明实施方式的氢发生装置的横断面视图；

图4是根据本发明实施方式的具有供水装置的氢发生装置的横断面视图；

图5是根据本发明另一实施方式的具有供水装置的氢发生装置的横断面视图；

图6是根据本发明实施方式的具有可开放外壳的氢发生装置的横断面视图；

图7是根据本发明实施方式的具有另外的储氢容器的氢发生装置的横断面视图。

附图中列出的参考数字包括关于下文进一步讨论的下列元件：

100：氢发生装置

101：外壳 104：临时储存空间

110：单元电池 111：负极

112：正极 121：透氢膜

131：储水空间 132：供水管

133；止回阀 134：透水膜

应当理解到，所附的附图并非必然是按比例的，其说明了本发明基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的代表。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体大小、方向、位置和形状将部分取决于具体的既定用途和使用环境。

在附图中，整个附图的几张图中相同的参考数字是指相同或相当的本发明的部件。

具体实施方式

如本文所述，本发明包括一种氢发生装置，该装置包括：外壳，该外壳包括氢出口；电池模块，该电池模块包括堆积的单元电池，该单元电池在电极之间具有电解质，上述电解质具有化学氢化物和催化剂；将单元电池的电极并联电连接的配线；和在上述配线上形成的开关，以断开和接通每个单元电池的正极和负极之间的电路。

在一个实施方式中，当开关接通时，在每个单元电池中，通过化学氢化物与作为水源的电解质的水解产生氢，并且通过氢出口供应所产生的氢。

在其它方面，本发明的特征还在于包括本文所述的氢发生装置的机动车辆。

现在详细参考本发明的具体实施方式，下文的附图中对其实施例进行说明。尽管本发明结合示范性实施方式进行说明，但要理解到本说明并不是要将本发明限定到这些示范性的实施方式。相反，本发明不仅要涵盖示范性的实施方式，还要涵盖各种替代方式、变形方式、等同方式和其它实施方式，其均可以包括在所附权利要求所定义的本发明的精神和范围之内。

图1是根据本发明实施方式的单元电池的示范性横断面视图。

图2是根据本发明的实施方式当产生氢时的单元电池的示范性横断面视图。

在一个实施方式中，本发明的氢发生装置包括化学电池结构，该结构优选使用化学氢化物、催化剂和作为水解供水者的电解质。氢发生装置合适地包括多个单元电池110，例如图1中所示。

优选地，单元电池110包括化学氢化物、电解质和催化剂化合物113。在一个实施方式中，化学氢化物被适当地设置于两个金属电极111和112之间，并通过水解适当地产生氢，上述电极优选用作正极和负极。电解质是水，其作为水解的优选供给者。催化剂化合物113有助于氢的产生。

在优选的实施方式中，单元电池110的金属电极111和112优选包括根据化学氢化物、催化剂、电解质所选择的适用的金属，例如，但不限于，作为原电池(primary cell)上使用的电极材料的Mg、Cu、Ni、Pb、Al、Li。例如，如本文所述，当优选使用包括镁的化学氢化物和催化剂，即，MgH₂用作化学氢化物，MgCl₂用作催化剂时，镁电极可以优选用作负极111，铜电极可以优选用作正极112。[Mg(s)→Mg²⁺+2e^-，E₀＝2.37V/Cu²⁺+2e^-＝Cu(s)，E₀＝0.34V]

优选地，用于本发明的单元电池110的产生氢的化学氢化物可以是选自，但不限于MgH₂、NaBH₄、LiBH₄、NaAlH₄、CaH₂和LiH中的至少一种，催化剂可以是选自，但不限于MgCl₂、NaCl、KCl、LiCl和CaCl₂中的至少一种。

在本发明的一个实施方式中，在本发明的氢发生装置中，作为化学氢化物的能够通过水解产生氢的材料可以考虑到，例如，副产物的再生性和环境问题而加以选择和使用，例如，在这方面优选MgH₂。MgH₂通过水解产生环境友好的副产物Mg(OH)₂，使得当使用MgH₂时，氢发生装置适当地在环境方面更为优选。

优选地，当使用MgH₂作为化学氢化物时，可以使用MgCl₂作为催化剂。优选地，可以使用成本更低的盐，例如，但不只限于MgCl₂来代替昂贵的贵金属催化剂，使得可以低成本地制造氢发生装置。

在常规的化学氢化物水解中，氢气泡附着在氢化物的表面，从而使电动势劣化。在本发明的水解系统中，MgCl₂适当地用作催化剂，并有助于反应物表面上形成的氢气泡的分离。MgCl₂适当地防止了发生在MgH₂表面上的极化，并用作电解质。

在进一步的实施方式中，氢发生装置的单元电池中的电解质被用于提供水解用的水，并可以优选地被用于常规的包括水的电解质(其通常用于常规原电池)，并且可以适当地与纯水一起使用。

在其它进一步的实施方式中，在本发明的单元电池结构中，包括化学氢化物的电解质被适当地插入到两个电极之间的空间内，该单元电池结构基本上与常规单元电池的结构相同，在常规结构中电解质被添加到常规原电池的两个电极之间。

优选地，电路断开/接通开关124被安装在连接单元电池110的负极111和正极112的配线处，并且通过控制开关的断开/接通适当地控制氢的产生。优选地，当不需要氢时，如图1所示，通过使用开关124将电池电路适当地保持成开路，在其它的实施方式中，当需要氢时，如图2所示，电池电路被适当地闭合成允许电流流过。

在某些实施方式中，当通过开关接通电池电路时，氢适当地从氢化物产生，并且催化剂使得反应物表面上形成的氢气泡脱离，从而防止了电动势的降低。优选地，电流一旦流过，由于电解适当地产生的热可以降低至一定程度。

参考作为单元电池优选实施方式的图1，优选使用镁电极作为负极111，优选使用铜电极作为正极112。化学氢化物MgH₂和用于催化反应的MgCl₂的饱和水溶液适当地与包括水的原电池电解质混合，混合物优选被注入到两个电极之间的空间内。在进一步的实施方式中，作为电解用供水者的电解质可以是用于常规原电池的电解质溶液，或者可以是纯水。

在示范性的实施方式中，以下方程代表用于在单元电池中产生氢的方程。在MgH₂水解的不可逆反应中，氢化物MgH₂与水反应，产生氢，并产生副产物Mg(OH)₂。

<方程1>

MgH₂ +2H₂O →Mg(OH)₂ +2H₂

(26g/mol)(18g/mol)(58.5g/mol)(2g/mol)

32.5Kg 45Kg 72.5Kg 5Kg

为用作真实燃料电池系统的燃料供给源，本发明的氢发生装置优选使用多个单元电池，其中化学氢化物、催化剂和电解质的混合物被添加到电极之间的空间内。当电路与正极连接并且负极被适当接通时，每个单元电池均产生氢，并且为燃料电池组提供足量的氢。

图3是根据本发明实施方式的氢发生装置的示范性横断面视图。如图3所示，容纳有电池模块，其中多个单元电池被适当地堆积(deposit)在外壳中，并且形成有电路，以并联地将单元电池电连接。

在进一步优选的实施方式中，其中堆积有适当数量的单元电池110的电池模块被适当地容纳在外壳101中。优选地，与单元电池110的负极和正极连接的各个配线通过各个极(polarity)并联地与共用配线122a连接。优选地，共用配线122a通过各个极与外壳的电极112连接，并且在与外壳的电极122a电连接的配线123处安装有开关124，以选择性地连接单元电池的正极与负极。在某些优选的实施方式中，当开关124断开时，单元电池110的电极之间的电路被断开。

优选地，开关124是用于调节单元电池110的氢的产生的装置，当开关断开时，单元电池的水解和氢的产生适当地停止，当开关适当接通时，电流流经正负极之间，每个单元电池均产生氢。

优选地，外壳110的一侧上适当地形成有氢出口102，氢可以通过该出口排出，氢出口102中适当地安置有可以控制氢供给的断开/接通阀，即供氢阀103。

在进一步的实施方式中，外壳101中的氢气出口102处形成有临时储存空间104，单元电池110处产生的氢在该临时储存空间处临时加以储存。优选地，每个单元电池110的氢出口段(stage)适当地形成为开放结构，以排出电解质处产生的氢，并且在电池模块的一侧上，可以选择性地透过氢的透氢膜121被固定并形成在单元电池110的氢出口段。

每个单元电池110中产生的氢适当地透过透氢膜121，并移动至临时储存空间104。优选地，其穿过氢出口102。透氢膜可以优选地包括含有聚合物的氢(气)渗透膜，其阻挡住氢化物浆料或具有水的电解质，并仅允许氢透过。

在图3的实施方式中，临时储存空间104优选在外壳10内的电池模块上形成，以根据需求即刻通过氢出口102供给在单元电池110处产生的氢。氢出口102在外壳101上形成，以供给在临时储存空间104处所储存的氢。

为了将本发明的氢发生装置100用作燃料电池系统的供氢源，氢的产生可以通过操作开关124的驱动适当地加以控制，以选择性地断开/接通正负极之间的电路。电路可以形成为通过燃料电池系统的控制装置来操作开关的驱动。

在某些实施方式中，当燃料电池系统被接通时，优选通过燃料电池系统的控制装置的信号断开开关，以停止产生氢。在进一步的实施方式中，当燃料电池系统启动时，接通开关，以开始产生氢。

在本发明的氢发生装置100中，氢的产生可以通过断开/接通电路很容易地控制。优选地，在产生氢的过程中产生电流，并且通过水解热升高的温度可以在一定程度上得到降低。

优选地，为了供给氢，将氢供应给燃料电池组的供氢管(未示出)可以适当地连接在氢出口102上。供氢管处可以适当地形成有压力调节器(未示出)，其根据燃料电池组所需的压力来调节氢的压力。

在其它的实施方式中，本发明的氢发生装置优选地包括化学电池结构，例如原电池。因此，本发明的氢发生装置优选地不需要有常规化学氢化物装置所需的泵和副产物罐。优选地，在本发明的氢发生装置中，使用电解质中包括的化学氢化物的水解，这与在没有化学氢化物的情况下使用电解质的氢发生装置不同。

在其它的实施方式中，在氢发生装置中，其中将电力施加给作为使用电解质的原电池结构的电极，以在没有化学氢化物和催化剂的情况下产生氢，则必须提供另外的电能用于电解。优选地，在本发明的氢发生装置中，化学氢化物和催化剂被添加在电解质中，氢优选通过化学氢化物的水解产生，并且在没有任何额外电力供应的情况下仅仅通过打开/接通电路来控制氢的产生。

在某些实施方式中，本发明的在外壳中容纳电池模块的氢发生装置可以像常规原电池那样，适当设置成筒(cartige)形。氢发生装置在燃料电池车辆中提供成可更换的筒形，并且当不可逆反应之后水耗尽至一定程度时适当替换新的筒。

在常规的高压氢罐中，氢的重量储存密度非常低，大约3wt％。但是，MgH₂的重量储存密度高达大约15.3％，并且实际产生量几乎接近于理论值。理论上，当MgH₂水解时，每大约1克MgH₂产生大约1.8升氢，参考燃料电池车辆充电一次的驾驶距离500Km，则需要大约32.5Kg MgH₂和大约45Kg水(参考方程1)。优选地，每个单元电池包括大约500g MgH₂，65个单元电池并联连接形成电池模块。在某些实施方式中，氢发生装置通过使用包括大约32.5Kg MgH₂的电池模块制备成筒的形式，并安装在车辆上，使得理论上和实际的产生氢的量为大约5Kg，足以满足500Km的驾驶距离。每个单元电池中储存的水有助于水解反应，当有足够多的水时，还可以降低放热温度。但是，重量和体积可以适当加以最小化，以安装在车辆上，以优选地计算并使用优化的量。

优选地，当氢发生装置制备成筒的形式时，便不需要有常规类型那样的向氢气罐充高压氢的复杂充气系统。特别是，当常规的氢气站配置有筒形的氢发生装置时，始终可以很容易地在没有另外加氢站的情况下将筒更换到车辆上。在进一步的实施方式中，不需要有加氢站，可以解决其为提供燃料电池车辆的限制因素的加氢站的构建和构建成本。

用于产生氢的化学氢化物的水解是不可逆反应，该反应消耗水并产生副产物。根据优选的实施方式，收集用过的筒，并在再生之后可以重新使用。在优选的实施方式中，当使用MgH₂作为化学氢化物时，Mg(OH)₂作为反应副产物产生，使得再生过程得以安全、容易地进行。

在进一步的实施方式中，本发明的氢发生装置可以包括供水装置。供水装置可以优选地提供每个单元电池的水解所需的水。供水装置保持成向每个单元电池连续供水，使得水解效率得以适当提高，并且产生氢的量得以适当提高。

图4是根据本发明实施方式的具有供水装置的氢发生装置的示范性横断面视图。

如图4所示，外壳101中优选设置有供水空间131，以将水供给每个单元电池110，该供水空间中临时储存供给电池模块的单元电池的水。供水管132适当地连接到储水空间131，以向其供给额外的水。在优选的实施方式中，外壳101中的储水空间131可以设置在一侧，该侧优选设置有电池模块的单元电池110的供水段。为了通过供水段供给水，该供水段的位置设置成与单元电池110的氢出口相对，储水空间131优选设置成与存储氢的临时储存空间104相对。

在其它的实施方式中，如图所示，供水管132优选从氢出口102一侧插入到外壳内以与储水空间131连接，并且适当地安装有止回阀133，以防止供水管132的水逆向流动到外壳101外。止回阀133防止水从电池组提供的水的逆向流动，并且在外壳(储水空间)中的压力足够低时提供水。

在进一步的优选实施方式中，从燃料电池组排出的水，例如通过燃料电池的反应在电池组的负极处产生的水，优选通过供水管132提供给外壳101的储水空间131。供水管132连接在储水空间131和外壳101的电池组之间，并将电池组的水提供给储水空间。

优选地，透水膜134作为过滤器安装在储水空间和电池模块之间，以使水透过，并且水始终提供给电池模块的单元电池110。透水膜134是开放结构，以将水提供给每个单元电池110的供水段(water supplystage)，并且透水膜134与电池模块中的透氢膜121相对，被固定并安装在每个单元电池110的供水段。透水膜134附在单元电池110的供水段上，以隐藏装有电解质的电池的内部，并且被固定并安装在外壳101中。

当驱动燃料电池时从电池组排出的水通过供水管132输入外壳101的储水空间131。输入到储水空间131中的水透过透水膜134，并装满装有电解质的电池的内部。

在进一步的优选实施方式中，如图4所示例，储水空间131适当地提供在外壳101中的由单元电池110组成的电池模块之下，供水管132从外壳101上的氢出口102一侧插入到外壳内，并且与电池模块之下的储水空间131连接。透水膜134优选安装在电池模块之下，透氢膜121优选安装在电池模块上。

优选地，在本发明的氢发生装置的每个单元电池中，充入电解质，以存储水，包括水的电解质起到供水源的作用，并引起氢化物的水解。但是，水解产生氢是连续消耗单元电池中的水的不可逆反应，在产生氢的过程中单元电池中的水不断减少，并且温度通过水解放出的热而增加，使水蒸发，或者氢发生控制的效率劣化。当每个电源电池中的水减少时，水解效率劣化，产生氢的量降低，温度可以通过水的减少而增加，该水作为冷却元件。

在本发明的实施方式中，供水装置优选提供成向每个单元电池连续供水，从而，适当地保持稳定的水解，并通过补充水另外进行冷却。在进一步的实施方式中，特别是，对于稳定的水解和氢的产生，需要有比理论上所需水的量更多的水。优选地，当以足够的量提供水时，可以适当得到接近于理论值的产生氢的量。

图5是根据本发明另一实施方式的具有供水装置的氢发生装置的示范性横断面视图。在本实施方式中，供水管132优选安装成直接从外壳101的外部与储水空间131连接，而不是使供水管经过外壳内部。如图5所示，在优选的实施方式中，供水管132并不经过外壳的内部，而是在外壳的下方直接与储水空间131连接，以提供水，止回阀133安装在供水管132中。

在本发明的氢发生装置中，优选通过上述的供水装置将电池组的水提供给单元电池。在进一步的实施方式中，设置有另外的水罐，供水管安装在水罐和氢发生装置之间，可以通过供水管和储水空间将水罐中储存的水而不是电池组的水适当提供给单元电池。

在进一步优选的实施方式中，在本发明的氢发生装置中，包括单元电池的外壳可以优选形成可开放结构，以易于除去副产物，优选地，可以设置有储存单元电池上产生的氢的另外的储氢容器。

图6是根据本发明实施方式的具有可开放外壳的氢发生装置的示范性横断面视图。

在优选的实施方式中，供水管132安装成从外壳101的外面直接与储水空间131连接，如图6所示。止回阀133优选在外壳101的外面安装在供水管132中，以适当地防止水的逆向流动。

在图6的实施方式中，储水空间131适当地提供在外壳101中的由单元电池110组成的电池模块之下，供水管132在外壳101下方与储水空间131连接，透水膜134安装在电池模块下方，透氢膜121安装在电池模块上。

优选地，外壳101可以形成可开放结构，以易于除去副产物。在某些实施方式中，外壳101可以包括主体外壳101a和盖外壳101b。优选地，主体外壳101a包括堆积有单元电池110的电池模块和透氢膜121，盖外壳101b优选形成临时储存空间104。在进一步的实施方式中，主体外壳101a和盖外壳101b通过组合方式装配，以形成整体。

在另一优选的实施方式中，主体外壳101a和盖外壳101b的相互组合部提供有螺钉组合装置作为组合装置。例如，在优选的实施方式中，螺线101a-1和101b-1分别形成在上部柱体的外表面处(其为主体外壳101a的组合部)和下部柱体的内表面处(其为盖外壳101b的组合部)。主体外壳101a的上部柱体的外表面和盖外壳101b的下部柱体的内表面通过螺线101a-1和101b-1适当装配。优选地，主体外壳101a的组合部和盖主体101b的结合部通过螺钉结构适当装配。在优选的实施方式中，当使用之后进行氢发生装置的再生过程时，将主体外壳101a和盖外壳101b分开，可以很容易地除去其为不可逆反应的水解的副产物。

图7是根据本发明实施方式的具有另外储氢容器的氢发生装置的示范性横断面视图。

在图7的实施方式中，氢发生装置外壳的外部优选提供有存储氢的储氢容器。储氢容器141是优选具有入口142和出口143的高压容器。接收氢的入口142适当地与设置在氢发生装置外壳101处的氢出口102连接。优选地，将储氢容器141的入口142与外壳101的氢出口102连接的管道上安装有止回阀103，以防止提供给储氢容器的氢反向流动到氢发生装置外壳的内部。

优选地，在氢发生装置的单元电池110上产生的氢穿过外壳101中的透氢膜121，并收集在临时储存空间104处，并在将氢气充到压力高于预定压力时从临时储存空间提供给另外的储氢容器141。

在其它实施方式中，将氢在高压下充入并存储在储氢容器141中，止回阀103a适当地防止在高压下充入的氢从储氢容器逆向流动到氢发生装置的外壳内。在进一步的实施方式中，在燃料电池组中，在驱动燃料电池时，储氢容器的氢主要是在单元电池中产生氢的过程中发生反应产生的，当储氢容器的压力随着氢的消耗适当降低时，储氢容器从氢发生装置的临时储存空间104接收氢。

优选地，在储氢容器141与外壳101的连接中，使用管线和装配部件(fitting component)使储氢容器和外壳适当地彼此分开。优选地，将储氢容器141连接到车辆上时，外壳是分离的，除储氢容器以外的其余氢发生装置100是很容易更换的。如本文所述，当氢发生装置100制造成，例如筒形时，除储氢空间141以外的其余氢发生装置100可以很容易地加以更换。

在本发明进一步的实施方式中，为了将储氢容器141中充入的高压氢作为燃料电池组的燃料提供，优选将与燃料电池组连接的供氢管(未示出)与储氢容器的出口143连接。优选地，供氢管中可以安装有压力调节器(未示出)，其根据燃料电池组所需的压力来调节氢的压力。

在其它进一步的实施方式中，另外的高压储氢容器141与氢发生装置100的外壳101连接，单元电池110上产生的氢比电池组所需的氢要多，使得可以通过压力的升高适当防止临时储存空间104的氢泄漏到外部。

优选地，在本发明的氢发生装置中，通过断开/接通单元电池的电极上连接的电路来调节氢的产生，而实际产生氢的水解是化学反应。化学反应动力学比断开/接通电路驱动的速度要慢。例如，当电路接通(闭合)用于起动车辆时，即刻通过氢化物的水解将足量的氢提供给电池组。当电路断开时，通过水解产生氢并不是立刻停止，而是相当慢地停止，氢的产生暂时继续。

优选地，产生的氢可以存储在临时储存空间104中，但在某些情况下，储氢空间的容积不够大，可以适当地增加压力。因此，在某些实施方式中，不提供另外的储氢容器，当临时储存空间的压力过度增加时，可以将氢气排放到外部。

在某些实施方式中，提供了如图7的示范性的实施方式中所示的另外的储氢容器141，优选地，当临时储存空间104的压力升高至高于预定压力的水平时，氢可以自动地移动至储氢容器中。在进一步相关的实施方式中，燃料电池的操作停止后产生的临时储存空间的剩余氢可以适当存储在储氢容器中。因此，储氢容器中的氢可以在车辆起动之后立刻提供给电池组。优选地，当临时储存空间的压力过度增加时排放的全部氢气都可以再次利用，使得氢利用的效率得以提高。

本发明已经参考其优选实施方式进行了说明。但是，本领域技术人员将会认识到，可以在不偏离本发明原理和精神的前提下对这些实施方式进行多种变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同方式限定。

Claims

1.一种氢发生装置，其包括：

包括氢出口的外壳；

电池模块，所述电池模块包括堆积的单元电池，该单元电池在电极之间具有电解质，所述电解质具有化学氢化物和催化剂；

将所述单元电池的电极并联电连接的配线；和

在所述配线处形成的开关，以断开和接通每个单元电池的正极和负极之间的电路，

其中当所述开关接通时，在每个单元电池中，通过所述化学氢化物与作为水源的所述电解质的水解反应产生氢，并且

通过所述氢出口提供所产生的氢。

2.根据权利要求1所述的氢发生装置，其中所述化学氢化物是选自MgH₂、NaBH₄、LiBH₄、NaAlH₄、CaH₂和LiH中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的氢发生装置，其中所述催化剂是选自MgCl₂、NaCl、KCl、LiCl和CaCl₂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的氢发生装置，其中所述化学氢化物是MgH₂，并且所述催化剂是MgCl₂。

5.根据权利要求1所述的氢发生装置，其进一步包括在所述外壳中的所述氢出口中的临时储存空间，所述临时储存空间能够储存每个单元电池中产生的氢。

6.根据权利要求1所述的氢发生装置，其进一步包括设置在所述电池模块的一侧上的透氢膜，并且所述透氢膜选择性地仅使氢气渗透到每个单元电池的所述氢出口。

7.根据权利要求1所述的氢发生装置，其进一步包括将用于水解的水提供到装有所述电解质的每个单元电池中的供水装置。

8.根据权利要求7所述的氢发生装置，其中所述供水装置包括将提供给每个单元电池的水存储在所述外壳中的储水空间，

所述储水空间连接有供水管，用于从所述外壳的外部提供水，并且，

透水膜被设置在供水段中，以设置在所述储水空间和所述电池模块之间。

9.根据权利要求8所述的氢发生装置，其中所述供水管将所述储水空间与燃料电池组连接，以便从所述燃料电池组向所述储水空间提供水。

10.根据权利要求8所述的氢发生装置，其中所述供水管中安装有止回阀，以防止水的逆向流动。

11.根据权利要求1所述的氢发生装置，其中所述外壳包括主体外壳和可被打开的盖外壳，以容易地除去副产物。

12.根据权利要求11所述的氢发生装置，其中所述主体外壳和所述盖外壳形成为螺钉组合。

13.根据权利要求1所述的氢发生装置，其进一步包括储氢容器，所述储氢容器与所述外壳的氢出口连接，从所述氢出口接收每个单元电池中产生的氢并将其储存，并且通过另外的出口供应所储存的氢。

14.根据权利要求13所述的氢发生装置，其中在所述外壳和所述储氢容器之间的管线中设置有止回阀。

15.一种氢发生装置，其包括：

包括氢出口的外壳；

将所述单元电池的电极并联电连接的配线；和

在所述配线处形成的开关，以断开和接通每个单元电池的正极和负极之间的电路。

16.根据权利要求15所述的氢发生装置，其中当所述开关接通时，在每个单元电池中，通过所述化学氢化物与作为水源的所述电解质的水解反应产生氢，并且通过所述氢出口提供所产生的氢。

17.一种机动车辆，其包括根据权利要求1或15所述的氢发生装置。