CN108242552A - 一种燃料电池氢气循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了燃料电池氢气循环系统，包括氢气罐、减压阀、进气电池阀、燃料电池堆、排气电磁阀和氢气循环装置、所述的氢气罐依次通过减压阀、进气电池阀、到燃料电池堆的氢气入口，燃料电池堆的氢气出口连接排气电磁阀，其特征在于，所述燃料电池氢气循环系统还包括一个氢气再生罐，所述氢气再生罐入口连接排气电磁阀，出口连接氢气循环装置的入口，氢气循环装置的出口连接至进气电池阀，所述氢气再生罐内装有硼氢化钠粉末。该系统利用阳极尾气携带出来的水制氢，提高了储氢重量比，可以使燃料电池工作更长的时间，另外与采用阴极产水制氢相比，避免了氢氧混合发生燃烧或爆炸，提高了安全性。

Description

一种燃料电池氢气循环系统
技术领域
本发明属于燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池氢气循环系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)质量轻，供电供热可靠，无震动，噪声小，并能生产饮用水，所有这些优点均是其它能源不可比拟的。而如何高密度地储存和快速得到纯净氢气是PEMFC技术普及应用的一个瓶颈。目前氢气储存方法主要是物理高压储氢和化学储氢。高压钢瓶储氢，即使在非常高的压力下，氢气本身质量不到系统质量的2％。气瓶质量问题和气体泄漏问题也是不可忽视的安全问题。化学储氢主要有金属氢化物储氢和硼氢化物储氢两种方式。金属氢化物必须装在耐压力的容器中才能使用，因此储氢密度也比较低，大约为0.65％。而且每次用完后必须充高纯氢气，在不可抗拒的天灾和人祸条件下充氢是不现实的。硼氢化钠供氢系统则完全不同，只要储存一定量的硼氢化钠作为备用燃料，就可以连续长期供电。而且硼氢化钠储氢密度高，自身含氢量达到10.6％，约为常规金属氢化物的5倍。硼氢化钠在空气中较稳定，溶于水形成液态储氢材料，没有自燃、爆炸的危险。通过催化水解反应硼氢化钠能在常温及低温下迅速放出全部氢气，启动时间短，最低放氢温度可达－40℃。与传统化学氢化物的改质相比(甲烷、甲醇等)，硼氢化钠产氢流程简单，系统简单，产氢速度可调，可采用装卸燃料盒或更换溶液的方法，大大延长了燃料电池的工作时间。在野外，可以使用海水、河水、溪水、雪水等水源作为硼氢化钠水解产氢的原料，在极端情况下甚至可以使用尿液作为水源。所以硼氢化钠是一种特别适合于野外、极度恶劣的环境下为燃料电池供氢的理想储氢介质。
CN101330152设计出一种固体硼氢化钠供氢系统，采用固体硼氢化钠制氢，同时充分利用燃料电池发电所产生的水分。该系统由两个燃料容器A和B以及储氢罐组成。容器B中装有固体硼氢化钠与氢氧化钠的混合物，能吸收燃料电池尾气中的水分而溶解形成溶液；容器A用以储存硼氢化钠溶液；储氢罐中装有可在常温工作的储氢材料。通过控制阀门V12可将容器A中的氢气放空或导入储氢罐内被储氢材料吸收，从而造成容器A的负压，通过控制阀门V11使容器B中的硼氢化钠溶液顺利流入容器A内储存，由此可为接下来的氢气发生步骤延续不断地提供原料硼氢化钠溶液。该系统能够克服过量的水所导致的硼氢化钠供氢系统效率下降的问题，能够方便、快捷、可控的对燃料电池提供氢源。
在采用硼氢化钠制氢时，需要更高加入水作为反应物，这在一定程度上降低了储氢系统的储氢质量比，由10％降低至7％。现有技术中采用燃料电池阴极产生的水分离后用于制氢，这种系统控制较为复杂，附加部件较多，而且阴极中的氧气如果分离不彻底，容易氢气发生器产生的氢气混合发生燃烧或爆炸。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种储氢重量比高，可以使燃料电池工作的时间更长，避免氢氧混合发生燃烧或爆炸，安全性高的一种燃料电池氢气循环系统。
本发明包括如下技术方案：
一种燃料电池氢气循环系统，包括氢气罐、减压阀、进气电池阀、燃料电池堆、排氢电磁阀和氢气循环装置、所述的氢气罐依次通过减压阀、进气电池阀、到燃料电池堆的氢气入口，燃料电池堆的氢气出口连接排氢电磁阀，其特征在于，所述燃料电池氢气循环系统还包括一个氢气再生罐，所述氢气再生罐入口连接排氢电磁阀，出口连接氢气循环装置的入口，氢气循环装置的出口连接至进气电池阀，所述氢气再生罐内装有硼氢化钠粉末
本发明还可以采用如下技术措施：
优选地，所述氢气罐为高压氢气罐。
优选地，所述氢气罐为储氢合金罐。
优选地，所述氢循环装置为氢循环泵。
优选地，所述氢循环装置为引射器。
本发明实现的原理是：
质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极所生成的水通过质子交换膜扩散至阳极，被氢气尾气携带出电堆，进入氢气再生罐，与再生罐内的硼氢化钠粉末，发生水解反应(NaBH4+2H2O→4H2+NaBO2)，水再生为氢气。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.本发明利用阳极尾气携带出来的水制氢，提高了储氢重量比，在同样的部件重量下，延长了燃料电池的工作时间，
2.本发明与采用阴极产水制氢相比，避免了氢氧混合发生燃烧或爆炸，提高了安全性。
附图说明
图1是本发明提出的燃料电池氢气循环系统示意图：
1为氢气罐，2为减压阀，3为进气电池阀，4为燃料电池堆，5为排氢电磁阀，6为氢气再生罐，7为氢气循环装置。
具体实施方式
为进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例1
如图1所示，用于5KW燃料电池的氢气循环系统，该系统包括高压氢气罐1、减压阀2、进气电池阀3、燃料电池堆4、排氢电磁阀5和氢气循环泵7、所述的氢气罐1依次通过减压阀2、进气电池阀3、到燃料电池堆4的氢气入口，燃料电池堆4的氢气出口连接排氢电磁阀5，其特征在于，所述燃料电池氢气循环系统还包括一个氢气再生罐6，所述氢气再生罐6入口连接排氢电磁阀5，出口连接氢气循环泵7的入口，氢气循环泵7的出口连接至进气电池阀3，所述氢气再生罐内装有硼氢化钠粉末。
氢气从氢气罐1出来后经减压阀2减压，再经过进气电池阀3进入燃料电池堆4，在电堆内部发生化学反应放电，电堆阴极所生成的水通过质子交换膜扩散至阳极，被氢气尾气携带出电堆，进入氢气再生罐6，与再生罐内的硼氢化钠粉末，发生水解反应(NaBH4+2H2O→4H2+NaBO2)，水再生为氢气，与尾气中氢气混合，在氢气循环泵7的作用下进入电堆入口。
实施例2
如图1所示，用于5KW燃料电池的氢气循环系统，该系统包括储氢合金氢气罐1、减压阀2、进气电池阀3、燃料电池堆4、排氢电磁阀5和引射器7、所述的氢气罐1依次通过减压阀2、进气电池阀3、到燃料电池堆4的氢气入口，燃料电池堆4的氢气出口连接排氢电磁阀5，其特征在于，所述燃料电池氢气循环系统还包括一个氢气再生罐6，所述氢气再生罐6入口连接排氢电磁阀5，出口连接引射器7的入口，引射器7的出口连接至进气电池阀3，所述氢气再生罐内装有硼氢化钠粉末。
氢气从储氢合金氢气罐1出来后经减压阀2减压，再经过进气电池阀3进入燃料电池堆4，在电堆内部发生化学反应放电，电堆阴极所生成的水通过质子交换膜扩散至阳极，被氢气尾气携带出电堆，进入氢气再生罐6，与再生罐内的硼氢化钠粉末，发生水解反应(NaBH4+2H2O→4H2+NaBO2)，水再生为氢气，与尾气中氢气混合，在氢气循环泵7的作用下进入电堆入口。
这种燃料电池氢气循环系统，提高了储氢重量比，在同样的部件重量下，延长了燃料电池的工作时间，可用于无人机等小型燃料电池供氢系统。除上述应用外，以硼氢化钠水解制氢的燃料电池电源可应用于航天器、卫星、火箭、鱼雷、便携导弹发射器等。该系统因其高容量、高性能显示出强大的市场竞争力。除此之外，硼氢化钠粉末易携带、易运输，适合为特殊场合(高山、海上、水下、地下等)的燃料电池电源供给氢气。因此，硼氢化钠供氢的燃料电池电源不仅可代替现有的干电池和部分二次电池，还具备取代小型发电机电源的潜力。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种燃料电池氢气循环系统，包括氢气罐(1)、减压阀(2)、进气电池阀(3)、燃料电池堆(4)、排气电磁阀(5)和氢气循环装置(7)、所述的氢气罐(1)依次通过减压阀(2)、进气电池阀(3)、到燃料电池堆(4)的氢气入口，燃料电池堆(4)的氢气出口连接排气电磁阀(5)，其特征在于，所述燃料电池氢气循环系统还包括一个氢气再生罐(6)，所述氢气再生罐(6)入口连接排气电磁阀(5)，出口连接氢气循环装置(7)的入口，氢气循环装置(7)的出口连接至进气电池阀(3)，所述氢气再生罐内装有硼氢化钠粉末。
2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于：所述氢气罐为高压氢气罐。
3.根据权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于：所述氢气罐为储氢合金罐。
4.根据权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于：所述氢循环装置为氢循环泵。
5.根据权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于：所述氢循环装置为引射器。
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