CN103730674B - 一种液流电池用低温液相燃料重整器 - Google Patents

一种液流电池用低温液相燃料重整器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液流电池用低温液相燃料重整器，将催化剂溶液和燃料溶液混合，然后将混合溶液输送至重整器的反应室在温度在20～200℃、压力为0.1～20MPa的条件下发生化学反应生成具有还原性质的低价态燃料溶液，从而完成燃料的转换，而小分子的燃料则氧化成为二氧化碳和水，具有还原性的低价态燃料溶液经过换热器换热后降温进入到液流燃料电池，在液流电池负极区域氧化到高化合价态后的重新进入换热器升温后重新进入反应室和燃料反应，形成完整的循环系统。

Description

一种液流电池用低温液相燃料重整器
本申请要求于2012年12月31日提交中国专利局、申请号为201210589197.8、发明名称为“一种具有两种输出形式的低温液相燃料重整器”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明属于新能源领域的燃料电池技术，涉及一种应用于液流燃料电池的低温液相燃料重整器。
背景技术
燃料电池能通过把燃料和氧化剂分别在电池的两侧电极上放电实现将燃料的化学能直接转变为电能，所以它的能量转化率很高，不受卡诺循环能量转换效率的限制，是传统热机效率的两倍以上。通过氢燃料电池实现能量的转换是一种高效、清洁的能源利用方式。但由于氢燃料电池使用的燃料氢气是一种易燃易爆的气体，在存贮和运输环节存在很多的问题。目前主要氢气存贮方式有高压氢气罐存贮，储氢合金存贮以及高温催化剂重整。其中高压氢气罐储氢在存储氢压缩过程中本身耗能大、储氢密度低和体积大的缺点；而储氢合金储氢存在储氢合金在反复储氢过程合金不断粉碎细化导致合金储氢失效等一系列问题，同时储氢合金储氢还存在合金本身重量大的缺陷；而高温催化剂重整则存在重整器产出的氢气存在一定浓度的一氧化碳气体，能够使燃料电池的催化剂中毒导致燃料电池不能正常工作。因而，目前燃料电池领域的发展因为燃料的原因受到极大的阻碍。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种能满足在低温液态条件下通过使用低温液相燃料重整器将小分子液态燃料在中低温液相中转化为还原性的催化剂溶液，然后将该还原性的溶液直接提供给液流燃料电池作为燃料，从而解决燃料电池燃料的存贮问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种低温液相燃料重整器，包括燃料反应室和换热器，所述燃料反应室中含有催化剂的溶液；将催化剂溶液和燃料溶液混合，然后将得到的混合溶液输送至所述燃料反应室在温度为20～200℃、压力为0.1～20MPa的条件下发生化学反应，生成具有还原性质的低价态燃料溶液，完成燃料的转换，所述燃料被氧化成为二氧化碳和水；所述具有还原性的低价态燃料溶液经过换热器换热后降温进入到液流燃料电池，在燃料电池负极区域氧化得到高化合价态的催化剂溶液，所述高化合价态的催化剂溶液重新进入换热器升温后重新进入所述燃料反应室中与燃料反应，形成完整的循环系统；整个重整器的工作都在系统控制器的控制下进行工作。
优选的：所述的催化剂溶液为由溶解于酸性溶液中的多酸形成的溶液，所述多酸为同多酸、杂多酸和掺杂多酸中的一种或几种；所述同多酸为钨酸或者钼酸；所述杂多酸中的阴离子具有通式（I）所示的化学式：
[XaMbO40]n-（I）；
X=P、Si、Ge或As；M=W或Mo；a:b=1:6、1:9或1:12；n为2～10；
所述掺杂多酸中的掺杂元素为Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al、Ti、Sn、Ta、Nb和Zr元素中的一种或者几种的组合物。
优选的：所述的多酸为由多酸分子和有机分子结合成的超分子化合物，所述超分子化合物具有式（II）或（III）所示化学式：
[(C19H18N3)2H][PMo12O40]（II）；(ppy)4H6[SiW12O40]（III）。
优选的：所述的重整器中酸性溶液为非氧化性有机酸和非氧化性无机酸中的一种或几种；
所述酸性溶液中氢离子的摩尔浓度为10-4～101mol/L。
优选的：所述酸性溶液为硫酸、磷酸、柠檬酸和盐酸中的一种或几种的混合溶液。
优选的：所述重整器中的燃料为甲醇、甲醛和甲酸中的一种或者几种组成的混合物。
优选的：所述催化剂溶液与燃料溶液发生化学反应的温度为50～180℃；
所述催化剂溶液和燃料溶液发生反应的压力为0.5～18MPa。
优选的：所述系统控制器为包括压力传感器、温度传感器、安全阀、催化剂溶液浓度测试传感器、酸度测试传感器、反应室辅助加热系统、微型电动调节阀、微型泵和反应容器组成的一个有机成套系统。
优选的：所述辅助加热系统中设置有燃料；
所述燃料和空气在所述辅助加热系统内部燃烧产生热量。
优选的：所述的换热器包括多组换热管；
所述换热器将所述燃料反应室输出的高温的具有还原性质的低价态燃料溶液降温后给液流燃料电池使用，将所述液流燃料电池输出的低温高化合价态的催化剂溶液预热后加注到燃料反应室，起到提高整个重整器系统能量效率的目的；所述换热器还将燃料电池工作的时候释放的热量吸收给重整器系统使用，保持燃料电池工作过程中的恒温性，使燃料电池系统工作在最佳状态下。
优选的，所述换热器同时拥有多组换热管在同一换热器内部，换热器还负责将燃料电池工作的时候释放的热量吸收给重整器系统使用，同时持燃料电池工作过程中的恒温性，使燃料电池系统工作在最佳状态下。
本发明的积极效果是：该重整器的启动温度低，能在低温下80℃左右就开始具有燃料的重整反应，随着反应温度的提高其单位时间重整速度变快。相对于其他重整器高达200～800℃的工作温度具有明显的优势；该重整器同时能够有效的利用燃料电池工作过程中产生的热量，提高了整个燃料电池的效率；该重整器重整直接将燃料转化成液态可以直接在液流燃料电池中使用的低化合价态的燃料，避开了氢氧燃料电池中的铂金催化剂，因而能够大大降低燃料电池的成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的液流电池用低温液相燃料重整器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明提供的技术方案进行进一步说明。
本发明提供了一种低温液相燃料重整器，它属于新能源技术中的燃料电池，涉及一种应用于质子交换膜燃料电池和液流燃料电池用燃料重整转换的重整器，该重整器可以输出具有还原性的燃料溶液供液流燃料电池使用，能满足在低温液态条件下通过使用低温液相燃料重整器将类似甲醇、甲醛和甲酸等容易运输存贮的小分子液态燃料在中低温液相中转化来得到燃料电池使用的燃料，从而解决燃料电池燃料的存贮问题。
本发明提供了一种低温液相燃料重整器，包括燃料反应室、第一进料口与所述燃料反应室出料口相连的换热器和系统控制器，所述燃料反应室中含有催化剂的溶液；所述系统控制器控制整个重整器的工作；在所述系统控制器的控制下，所述催化剂溶液和燃料溶液混合，然后将得到的混合溶液输送至所述燃料反应室，所述催化剂溶液和燃料溶液发生化学反应，生成具有还原性质的低价态燃料溶液，完成燃料的转换，所述燃料被氧化成为二氧化碳和水；所述具有还原性的低价态燃料溶液经过换热器换热后降温进入流体燃料电池作为流体燃料电池的燃料。
参见图1，图1为本发明实施例提供的低温液相燃料重整器的结构示意图，其中1为燃料储罐，2为第一液流泵，3为温度表，4为压力表，5为图表，6为第二液流泵，7为高温具有还原性质的低价态燃料溶液，8为换热器，9为低温具有还原性质的低价态燃料溶液。
本发明提供的低温液相燃料重整器包括燃料反应室。所述燃料反应室设置有燃料输入的第一进料口，在本发明的实施例中，所述燃料反应室的侧壁上还设置有第二进料口，用于由液流燃料电池输出经换热器预热后的具有还原性质的燃料溶液输入的第二进料口。所述燃料反应室用于将燃料溶液和催化剂溶液混合进行反应，得到具有还原性质的燃料溶液、二氧化碳和水。在本发明中，所述燃料反应室反应得到的是高温的具有还原性质的燃料溶液。本发明对所述燃料反应室的尺寸和材质没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的燃料反应室的尺寸、材质和形状即可，如可采用不锈钢制备得到￠100×150mm的小型压力容器，作为燃料反应室。
在本发明的实施例中，所述燃料反应室可以包括燃料储罐1、第一液流泵2和化学反应室，所述燃料储罐1用于储存燃料溶液，即小分子有机物溶液；所述燃料溶液由所述燃料储罐通过液流泵2输送至化学反应室；具体的，在本发明的实施例中，所述化学反应室的侧壁设置有第一进料口、第二进料口和出料口，所述第一进料口与所述第二进料口设置在同侧，所述出料口与所述第一进料口和第二进料口相对；所述第一进料口用于燃料溶液的进料；所述第二进料口用于换热器输送来的具有还原性质的燃料溶液的进料；所述出料口与所述换热器的进料口相连，用于将反应得到的具有还原性质的燃料溶液输送至换热器进行降温。在本发明的实施例中，在所述化学反应室中还设置有温度计3、压力表4和图表5，所述温度计和图表浸于所述化学反应室中混合溶液的液面以下，用于测定所述化学反应室中化学反应的温度和压力，从而为所述催化剂溶液和燃料溶液的化学反应提供合适的温度和压力。在本发明中，催化剂溶液和燃料溶液在所述化学反应室中混合，得到的混合溶液在温度为20～200℃和压力为0.1～20MPa下发生化学反应，生成具有还原性质的低价态燃料溶液、二氧化碳和水。所述催化剂溶液和燃料溶液反应的温度优选为50～180℃，更优选为80～150℃，最优选为90～130℃；所述催化剂溶液和燃料溶液反应的压力优选为0.5～18MPa，更优选为0.5～5MPa，最优选为1～1.5MPa；所述催化剂溶液和燃料溶液反应的时间优选为5min～60min，更优选为10min～30min，最优选为10min～15min。
在本发明中，所述化学反应室中预先设置有催化剂溶液，在本发明的实施例中，所述催化剂溶液的加入量可以为所述化学反应室体积的二分之一至三分之二，本发明对此不作特殊的限制。
在本发明中，所述催化剂溶液为由溶解于酸性溶液中的多酸形成的溶液，所述多酸为同多酸、杂多酸和掺杂多酸中的一种或几种；所述同多酸为钨酸或钼酸；所述杂多酸中的阴离子具有通式（I）所示化学式：
[XaMbO40]n-（I）；
X=P、Si、Ge或As；M=W或Mo；a:b=1:6、1:9或1:12；n为2～10，具体的，n优选为2、3、4、5、6、8或10；
所述掺杂多酸中的掺杂元素为Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al、Ti、Sn、Ta、Nb和Zr元素中的一种或者几种的组合物。
在本发明中，所述多酸还优选为由多酸分子和有机分子结合成的超分子化合物，所述超分子化合物优选具有式（II）或（III）所示化学组成：
[(C19H18N3)2H][PMo12O40]（II）；(ppy)4H6[SiW12O40]（III）。
本发明对上述技术方案所述的多酸的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的多酸即可，如可以采用上述技术方案所述多酸的市售商品，也可以采用本领域技术人员熟知的制备方法自行制备上述技术方案所述多酸。在本发明中，所述催化剂溶液的制备方法优选包括以下步骤：
将多酸和酸性溶液混合，加热保温，得到催化剂溶液。
本发明优选将多酸溶于酸性溶液中，将得到的混合溶液加热保温，得到催化剂溶液。在本发明中，当所述催化剂溶液为含有掺杂多酸的催化剂溶液时，优选将含有掺杂元素的原料与多酸溶于酸性溶液中，加热保温，得到含有掺杂多酸的催化剂溶液；在本发明中，所述含有掺杂元素的原料优选为含有上述技术方案所述掺杂元素的盐类化合物，如当所述掺杂元素为Fe时，所述含有掺杂元素的盐类化合物可以为硫酸亚铁。在本发明中，所述加热的温度优选为70℃～90℃，更优选为75℃～85℃，最优选为80℃；所述保温的时间优选为20min～50min，更优选为25min～40min，最优选为30min。
本发明优选将保温后的混合溶液过滤后，得到含有掺杂多酸的催化剂溶液。
在本发明中，所述酸性溶液可以为非氧化性有机酸和非氧化性无机酸中的一种或几种的混合溶液，本发明对此没有特殊的限制，所述酸性溶液中氢离子的摩尔浓度优选为10-4～101mol/L。在本发明的实施例中，所述酸性溶液可以为硫酸、磷酸、柠檬酸和盐酸中的一种或几种的混合物配制而成，配制成的溶液中氢离子的摩尔浓度优选为10-4～101mol/L，更优选为10-3～0mol/L，最优选为10-2～10-1mol/L。在本发明中，所述多酸在所述酸性溶液中的质量浓度优选为0.1g/mL～1g/mL，更优选为0.15g/mL～0.8g/mL，最优选为0.2g/mL～0.5g/mL。
在本发明中，所述燃料为小分子有机物，优选为甲醇、甲醛和甲酸中的一种或几种组成的混合物。在本发明中，所述燃料溶液的质量浓度优选为1%～100%，更优选为20%～80%；所述燃料与所述催化剂的质量比优选为1:100～100:1，更优选为1:10～10:1。
本发明提供的低温液相燃料重整器包括燃料重整反应室和换热器、所述换热器的第一进料口与所述燃料反应室的出料口相连，所述换热器的第一出料口与所述液流燃料电池的进料口相连，用于将所述燃料反应室得到的高温具有还原性的低价态燃料溶液输送至换热器中进行换热，得到低温具有还原性的低价态燃料溶液，输送到液流燃料电池中进行电解；所述换热器的第二进料口与所述液流燃料电池的出料口相连，所述换热器的第二出料口与所述燃料反应室的第二进料口相连，用于将所述液流燃料电池电解得到的高化合价态的催化剂溶液输送至换热器进行预热，并输送至所述燃料反应室中与燃料溶液进行化学反应。在本发明的实施例中，在所述换热器和所述燃料反应室之间设置有第二液流泵6，用于控制由所述燃料反应室流出的具有还原性性质的低价态燃料溶液流入换热器的流速。在本发明的实施例中，所述换热器包括多组换热管。在本发明中，所述换热器将所述燃料反应室输出的高温的具有还原性质的低价态燃料溶液降温后给液流燃料电池使用，将所述液流燃料电池输出的低温高化合价态的催化剂溶液预热后加注到燃料反应室，起到提高整个重整器系统能量效率的目的；所述换热器还将燃料电池工作的时候释放的热量吸收给重整器系统使用，保持燃料电池工作过程中的恒温性，使燃料电池系统工作在最佳状态下。
本发明对所述换热器的尺寸、形状和材质没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的换热器的尺寸、形状和材质即可，在本发明的实施例中，可采用不锈钢制备换热器外壳，本领域技术人员可根据实际需要设计不同尺寸和形状的换热器，本发明对此没有特殊的限制。
在本发明中，由所述换热器出料口输出的低温具有还原性质的低价态燃料溶液被输送至液流燃料电池系统，在本发明的实施例中，具体的，所述低温液相燃料重整器是和液流燃料电池进行连接的，所述液流电池的进料口与所述换热器的第一出料口相连，所述液流电池的出料口与所述换热器的第二进料口相连，所述换热器的第二出料口与所述燃料反应室的第二进料口相连，从而形成了完整的循环系统。在本发明中，所述液流电池优选包括阴极极板，阳极极板，隔膜，具有还原性质的低价态燃料溶液进口阀门、具有高化合价态的催化剂溶液出口阀门，设置在所述正极极板处的气体出口阀门，压力传感器和温度传感器。
在本发明中，所述液流燃料电池中的隔膜优选为离子交换膜，更优选为全氟磺酸树脂交换膜或者能通过氢离子的非全氟磺酸质子交换膜。本发明对所述离子交换膜的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的上述离子交换膜即可。本发明对所述电池隔膜的尺寸没有特殊的限制，本领域技术人员可根据所需液流电池的尺寸选择合适尺寸的电池隔膜。
在本发明中，所述液流燃料电池的正极为空气扩散电极，优选为由粘接剂、炭黑、催化剂和集流网形成的疏水多孔的气体交换电极；在本发明中，所述粘接剂优选为聚四氟乙烯、偏四氟乙烯和全氟磺酸树脂中的一种或者几种；所述的组成正极的催化剂优选为金属、合金、金属氧化物和掺杂金属氧化物中的一种或几种；所述金属优选为Co、Ni、Mn、Ir、Ru、Au、Pt、W、Mo或Ag金属；所述合金优选为Co、Ni、Mn、Ir、Ru、Au、Pt、W、Mo和Ag金属中的一种或者几种组成的合金；所述金属氧化物优选为MnO2、LaMnO3、LaNinO3或LaCoO3；所述掺杂金属氧化物中的掺杂元素优选为Ca、Sr、Ce和Pb元素中的一种或几种。在本发明中，所述粘结剂、炭黑和催化剂的质量比优选为（0.5～10）:（80～90）:（0.1～5），更优选为（1～5）:（85～95）:（0.1～1）。
本发明对所述正极的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的电极的制备方法，以上述技术方案所述的粘结剂、炭黑、催化剂和集流网制备得到正极即可。本发明优选将所述粘结剂、炭黑和催化剂混合，得到浆料；将所述浆料涂覆在集流网上，得到液流电池的正极。本发明对所述涂覆的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的涂覆的技术方案即可，如可以采用喷涂的方法；在本发明中，所述涂覆在所述集流网上浆料的厚度优选为0.01～0.5mm，更优选为0.1～0.3mm。本发明将所述浆料涂覆在所述集流网上后，本发明优选将得到的涂覆有浆料的集流网进行压制并进行干燥，所述压制的压力优选为0.1MPa～10MPa，更优选为0.2～2MPa，得到液流电池的正极，本发明对所述干燥的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的干燥的技术方案即可，如可采用烘干的方法，所述干燥的温度优选为70℃～300℃，更优选为100℃～280℃，最优选为250℃。
本发明对所述液流燃料电池的尺寸、形状和材质没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的液流燃料电池的尺寸、形状和材质即可，在本发明的实施例中，可采用PP材料制备液流燃料电池外壳，本领域技术人员可根据需要设计不同尺寸和形状的液流燃料电池，本发明对此没有特殊的限制。
在本发明中，由所述燃料反应室输出的高温具有还原性质的低价态燃料溶液7经换热器降温后，得到低温具有还原性质的低价态燃料溶液9，所述低温具有还原性质的低价态燃料溶液由液流燃料电池的进料口输送至液流燃料电池中进行放电反应，反应后氧化至高价的多酸溶液返回到所述换热器的第二进料口输送回换热器中进行预热，得到的高温且具有氧化态的高化合价的催化剂溶液由所述换热器的第二出料口输出至燃料反应室中，由所述燃料反应室的第二进料口进入燃料反应室，与由第一进料口输送来的燃料溶液在所述燃料反应室进行反应，生成高温的具有还原态的低价态催化剂溶液。
本发明提供的低温液相燃料重整器包括系统控制器，所述系统控制器控制这燃料反应室、换热器和液流燃料电池的工作，在本发明中，所述系统控制器优选为包括压力传感器、温度传感器、安全阀、催化剂溶液浓度测试传感器、酸度测试传感器、燃料反应室辅助加热系统、微型电动调节阀、微型泵和反应容器的一个有机成套系统。在本发明中，所述燃料反应室辅助加热系统包括燃料，在所述辅助加热系统中，所述燃料和空气在辅助加热系统内部燃烧，产生热量来为辅助加热系统的工作提供能量；所述辅助加热系统是利用燃料和空气在辅助加热系统内部燃烧产生的热量来工作。在本发明的实施例中，所述压力传感器可以为压力表4，所述温度传感器可以为温度表3。
本发明提供的低温液相燃料重整器输出具有低温还原性的低价态燃料溶液，提供给液流燃料电池使用。该重整器的启动温度低，能在低温下80℃左右就开始具有燃料的重整反应，随着反应温度的提高其单位时间重整速度变快。相对于其他重整器高达200～800℃的工作温度具有明显的优势；该重整器同时能够有效的利用燃料电池工作过程中产生的热量，提高了整个燃料电池的效率；该重整器能为液流燃料电池提供燃料的重整，使得燃料电池能够避开使用铂金催化剂，因而能够大幅度的降低燃料电池的成本。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的低温液相燃料重整器进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
在下述实施例中，采用图1所示的结构，构建低温液相燃料重整器。
实施例1
采用不锈钢加工成一个￠100×150mm的小型压力容器，设计压力为2MPa，分别在罐体上按照图示加工安装温度传感器，压力传感器，pH值传感器，辅助加热系统的加热管进料口，出料口以及对应的阀门，得到所需的燃料反应室；
采用不锈钢加工一个￠100×130mm的容器，里面排布两组毛细铜管做为换热器的热交换管，并安装对应的阀门得到所需的换热器；
将反应室，热交换器，控制器连接安装完毕并检查气密性，得到所需要的重整器。
多酸酸性转换液的配制，取纯水1L，向其中加入100g钼酸铵，搅拌溶解，向其中加入20mL分析纯H3PO4，然后将得到的溶液加热至80℃保温30分钟，降低温度冷却，过滤溶液得到所需要的多酸酸性转换溶液，将该溶液加入的到重整器燃料反应室体积的三分之二处；使用蠕动泵通过燃料加入口将甲醇加入到重整器中，加入量通过传感器控制；重整器工作时的加热由燃料电池电堆散热器提供；重整反应发生温度控制在150℃，反应时间为10分钟，反应器压力控制在1.5MPa。燃料反应室产生具有较强还原性质的深蓝色溶液，由燃料反应室的出料口流出至换热器，经过换热器降温后提供给液流电池使用，低化合价态的蓝色溶液在液流电池被氧化，同时在液流电池负极放电，氧化后的溶液重新进入反应室再生，不断循环。
本实施例制备得到的重整器适合大功率液流燃料电池使用，能在80℃左右就开始具有燃料的重整反应，具有较低的启动温度。
实施例2：
按附图说明的方案采用不锈钢加工成一个￠100×150mm的小型压力容器，设计压力为2MPa，分别在罐体上按照图示加工安装温度传感器，压力传感器，pH值传感器，辅助加热系统的加热管进料口，出料口以及对应的阀门，得到所需的燃料反应室。
按照图示采用不锈钢加工一个￠100×130mm的容器，里面排布两组毛细铜管作为换热器的热交换管，并安装对应的阀门得到所需的换热器。
将反应室，热交换器，控制器连接安装完毕并检查气密性，得到所需要的重整器。
多酸性转换液的配制，取高纯水1L，向其中加入80g钼酸铵、20g钨酸铵和1.0g硫酸亚铁搅拌溶解后，再向其中加入50g柠檬酸搅拌使之溶解，然后加入1:3稀释后的分析纯H2SO445mL，然后将混合溶液加热至80℃保温30分钟，然后降低温度冷却，过滤溶液得到所需要的多酸酸性转换溶液，将该溶液加入的到重整器燃料反应室体积的三分之二处。使用蠕动泵通过燃料加入口将甲醇加入到重整器中，加入量通过传感器控制。重整器工作时的加热由燃料电池电堆散热器提供。重整反应发生温度控制在160℃，反应时间为15分钟，反应器压力控制在2MPa。燃料反应室产生具有较强还原性质的深蓝色溶液，由燃料输出口流出，经过换热器降温后提供给液流燃料电池使用，低化合价态的蓝色溶液在液流燃料电池中被氧化，通知在液流电池负极放电，氧化后的溶液重新进入燃料反应室再生，不断循环。
本实施例制备得到的重整器适合大功率液流燃料电池使用，能在80℃左右就开始具有燃料的重整反应，具有较低的启动温度。
实施例3
采用不锈钢加工成一个￠100×150mm的小型压力容器，设计压力为2MPa，分别在罐体上按照图示加工安装温度传感器，压力传感器，pH传感器，辅助加热系统的加热管进料口，出料口以及对应的阀门，得到所需的燃料反应室。
按照图示采用不锈钢加工一个￠100×130mm的容器，里面排布两组毛细铜管作为换热器的热交换管，并安装对应的阀门得到所需的换热器。
将反应室，热交换器，控制器连接安装完毕并检查气密性，得到所需要的重整器。
酸性转换液的配置，取高纯水1L，向其中加入50g钨酸铵，10g硅酸钠搅拌均匀后，再向其中加入1:3分析纯H2SO460mL，然后将溶液加热至80℃，降低温度冷却，过滤溶液得到所需要的酸性转换溶液，将该溶液加入的到重整器燃料反应室体积的三分之二处。使用蠕动泵通过燃料加入口将甲醇加入到重整器中，加入量通过传感器控制。重整器工作时的加热由燃料电池电堆散热器提供。重整反应发生温度控制在100℃，反应时间30分钟，反应器压力控制在2MPa以下。燃料反应室产生具有较强还原性质的深蓝色溶液，由燃料反应室的出料口流出，经过换热器降温后进入提供给液流燃料电池使用，低化合价态的蓝色溶液在液流燃料电池被氧化同时在液流电池负极放电，氧化后的溶液重新进入反应室再生，不断循环。
本实施例制备得到的重整器适合大功率液流燃料电池使用，能在80℃左右就开始具有燃料的重整反应，具有较低的启动温度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种液流电池用低温液相燃料重整器，其特征是：包括燃料反应室和换热器，所述燃料反应室中含有催化剂的溶液；将催化剂溶液和燃料溶液混合，然后将得到的混合溶液输送至所述燃料反应室，在温度为20～200℃、压力为0.1～20MPa的条件下发生化学反应，生成具有还原性质的低价态燃料溶液，完成燃料的转换，所述燃料被氧化成为二氧化碳和水；所述具有还原性质的低价态燃料溶液经过换热器换热后降温进入到液流电池，在液流电池负极区域氧化得到高化合价态的催化剂溶液，所述高化合价态的催化剂溶液重新进入换热器升温后重新进入所述燃料反应室中与燃料反应，形成完整的循环系统；整个重整器的工作都在系统控制器的控制下进行工作；
所述的催化剂溶液为由溶解于酸性溶液中的多酸形成的溶液，所述多酸为同多酸、杂多酸和掺杂多酸中的一种或几种；所述同多酸为钨酸或者钼酸；所述杂多酸中的阴离子具有通式(I)所示的化学式：
[XaMbO40]n-(I)；
X＝P、Si、Ge或As；M＝W或Mo；a:b＝1:6、1:9或1:12；n为2～10；
所述掺杂多酸中的掺杂元素为Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al、Ti、Sn、Ta、Nb和Zr元素中的一种或者几种的组合物。
2.如权利要求1所述低温液相燃料重整器，其特征是：所述的多酸为由多酸分子和有机分子结合成的超分子化合物，所述超分子化合物具有式(II)或(III)所示化学式：
[(C19H18N3)2H][PMo12O40](II)；(ppy)4H6[SiW12O40](III)。
3.如权利要求1所述的低温液相燃料重整器，其特征是：所述的重整器中酸性溶液为非氧化性有机酸和非氧化性无机酸中的一种或几种；
所述酸性溶液中氢离子的摩尔浓度为10-4～101mol/L。
4.如权利要求3所述的低温液相燃料重整器，其特征是：所述酸性溶液为硫酸、磷酸、柠檬酸和盐酸中的一种或几种的混合溶液。
5.如权利要求1所述低温液相燃料重整器，其特征是：所述重整器中的燃料为甲醇、甲醛和甲酸中的一种或者几种组成的混合物。
6.如权利要求1所述的低温液相燃料重整器，其特征是：所述催化剂溶液与燃料溶液发生化学反应的温度为50～180℃；
所述催化剂溶液和燃料溶液发生反应的压力为0.5～18MPa。
7.如权利要求1所述低温液相燃料重整器，其特征是：所述系统控制器为包括压力传感器、温度传感器、安全阀、催化剂溶液浓度测试传感器、酸度测试传感器、反应室辅助加热系统、微型电动调节阀、微型泵和反应容器组成的一个有机成套系统。
8.如权利要求7所述低温液相燃料重整器，其特征是：所述辅助加热系统中设置有燃料；
所述燃料和空气在所述辅助加热系统内部燃烧产生热量。
9.如权利要求1所述的低温液相燃料重整器，其特征是：所述的换热器包括多组换热管；
所述换热器将所述燃料反应室输出的高温的具有还原性质的低价态燃料溶液降温后给液流电池使用，将所述液流电池输出的低温高化合价态的催化剂溶液预热后加注到燃料反应室，起到提高整个重整器系统能量效率的目的；所述换热器还将液流电池工作的时候释放的热量吸收给重整器系统使用，保持液流电池工作过程中的恒温性，使液流电池系统工作在最佳状态下。
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