CN114348961A - 产生氢的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于产生氢的固体燃料、系统和方法。所述固体燃料包含硼氢化钠、装载有催化剂的纤维和粘合剂,其中,装载有催化剂的纤维和粘合剂形成内部放置硼氢化钠的支架结构。所述系统包含燃料盒,所述燃料盒含有用于产生氢气的本发明的固体燃料、用于容纳燃料盒而配置的反应器、用于储水的箱、泵和液体导管以及用于调节水流的控制器,所述泵和液体导管用于将水从箱运输至容纳于反应器中的燃料盒,以引起包含于燃料盒中的固体燃料的水解反应。
Description
发明领域
本发明涉及用于产生氢气的固体燃料、系统和方法。更具体而言,本发明涉及具有支架结构的固体燃料、用于产生氢气的系统以及用于产生氢气的方法。
发明背景
与重型且以大体积方式存储的氢来源相比,例如与压缩氢气瓶、低温液态氢罐和金属氢化物储氢罐相比,现场产生氢的即时氢气产生器(hydrogen-on-demand generator)作为可靠的氢来源呈现如下优势:高氢含量、高便携性和灵活性。
在用于现场制氢的不同技术(例如重整器和电解槽)中,金属或化学储氢材料的水解更具吸引力,原因在于,在制氢过程中通常不需要大量的电力输入或热输入。
例如,硼氢化钠的水解被广泛研究,原因在于,与各种存储的氢源的1.6-5重量%的低氢含量相比,硼氢化钠具有高的理论氢含量(10.8重量%)。
硼氢化钠是热稳定且吸湿的白色结晶固体,其通过下述水解反应在催化剂的协助下释放氢:
NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2
基于该原理,已经开发了各种氢产生系统用于从水性硼氢化钠溶液中制备氢气。这种系统通常包含用于储存硼氢化钠溶液的燃料箱、用于储存副产物(由该工艺产生的偏硼酸钠(NaBO2)溶液)的存储箱、泵、反应器和分离器。但是,这些均具有显著的缺点。
首先,非均相催化剂的受限的耐久性导致氢产生器的成本更高。其次,作为水解副产物的偏硼酸钠在水中具有相对较小的溶解度,在25℃时仅为28g/100g水。已报道硼氢化钠在起始溶液中的最佳浓度约为15重量%(25℃时硼氢化钠在水中的溶解度约为35重量%),否则偏硼酸钠将会从溶液中沉淀,从而阻碍催化剂与反应物的反应并阻塞反应器和管道。结果,氢产生量通常限制在3.2重量%,考虑到理论值为10.8重量%,认为该值相当不充分。
研究者作出了更多的尝试以探寻使用高浓度硼氢化钠作为起始溶液的方法;关于直接将固体硼氢化钠用于水解反应,作出的尝试相对更少。尽管直接使用固体硼氢化钠似乎在氢产生量上更具优越性,但是主要的障碍在于副产物偏硼酸钠的结晶,其具有粘性且粘性增强,从而堵塞催化剂和未反应燃料的表面。这反而减少反应物之间的接触,堵塞管道和反应器。该现象中断连续的氢产生。
因此,需要设计固体硼氢化钠燃料和相关的氢产生器,它们能将副产物偏硼酸钠限制在某一区域内,从而确保流畅且连续的操作,同时确保反应器的整个空间中的均匀反应。与使用水性硼氢化钠燃料的系统相比,氢产生量应当显著提高。
因此,需要提供用于产生氢气的替代性燃料、系统和方法,其力求解决以上所述的各种问题的至少一部分,或至少提供替代性方案。
发明内容
根据本发明的第一方面,本发明提供了一种用于产生氢的固体燃料。所述固体燃料包含硼氢化钠、装载有催化剂的纤维和粘合剂,其中,装载有催化剂的纤维和粘合剂形成内部放置硼氢化钠的支架结构。
根据本发明的一个实施方式,装载有催化剂的纤维包含碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维或其任意组合。
根据本发明的第二方面,本发明提供了一种制备用于产生氢的固体燃料的工艺。该工艺包括预混催化剂和纤维以得到装载有催化剂的纤维,混合装载有催化剂的纤维和硼氢化钠以得到第一混合物,研磨第一混合物,向第一混合物中添加粘合剂以得到第二混合物,加热第二混合物,以及冷却所述加热的混合物以得到具有支架结构的固体燃料。
根据本发明的一个实施方式,通过将纤维浸入含有催化剂的溶液中来预混催化剂和纤维。然后在纤维从溶液分离之前,以预定的时长回流含有纤维的溶液。干燥所述纤维以得到装载有催化剂的纤维。
根据本发明的第三方面,本发明提供了一种产生氢的系统。所述系统包含燃料盒,所述燃料盒含有用于产生氢气的固体燃料,用于容纳燃料盒而配置的反应器,用于储水的箱,泵和液体导管,以及用于调节水流的控制器,所述泵和液体导管用于将水从箱运输至容纳于反应器中的燃料盒以引起包含于燃料盒中的固体燃料的水解反应,其中,所述固体燃料包含硼氢化钠、装载有催化剂的纤维和粘合剂,装载有催化剂的纤维和粘合剂形成内部放置硼氢化钠的支架结构。
根据本发明的一个实施方式,所述反应器具有用于在氢气从反应器释放前收集和缓冲氢气的腔室,所述氢气产生自燃料盒。
根据本发明的一个实施方式,所述反应器包括:用于接收燃料盒的具有开放末端和封闭末端的箱,用于紧固在箱的开放末端的盖体,以及位于盖体中心的倒勾接头。
根据本发明的一个实施方式,所述燃料盒包括:用于容纳固体燃料的主体,安装在主体的一端的第一盖和安装在主体的另一端的第二盖,安装在主体内部的具有多个孔的配水器,以及用于将配水器与安装在主体一端的第一盖连接的连接器。
根据本发明的一个方面,所述燃料盒包含包裹在燃料盒的外周表面的疏水性半渗透材料,其中配置所述半渗透材料以使氢气穿过材料的同时防止水或固体材料穿过所述材料。根据本发明的另一个实施方式,所述燃料盒的主体由具有多个微孔的疏水性材料制成。
根据本发明的一个实施方式,当反应器的盖体紧固在箱的开放末端时,所述反应器的倒勾接头与燃料盒和配水器的连接器衔接,以形成完整的水流通道。
根据本发明的第四方面,本发明提供了一种氢燃料盒。所述氢燃料盒包括:容纳用于产生氢的固体燃料的主体,安装在主体的一端的第一盖和安装在主体的另一端的第二盖,安装在主体内部的具有多个孔的配水器,以及用于将配水器与安装在主体一端的第一盖连接的连接器,其中,所述固体燃料包含硼氢化钠、装载有催化剂的纤维和粘合剂,装载有催化剂的纤维和粘合剂形成内部放置硼氢化钠的支架结构。
根据本发明的一个实施方式,所述配水器与位于第一盖中心的连接器连接。
根据本发明的第五方面,本发明提供了一种产生氢的方法。所述方法包括:在氢气产生器中装载含有固体燃料的燃料盒;向容纳于氢产生器中的水箱供水;将水从水箱运输至安装于燃料盒内的配水器,藉此通过配水器上的多个孔分配水,使其与固体燃料反应以产生氢气;在释放氢气以使用之前将氢气收集在反应器中,其中,所述固体燃料包含硼氢化钠、装载有催化剂的纤维和粘合剂,装载有催化剂的纤维和粘合剂形成内部放置硼氢化钠的支架结构。
附图说明
现将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施方式,附图中:
图1是根据本发明的一个实施方式的具有支架结构的固体燃料的示意图。
图2是根据本发明的一个实施方式的固体燃料的微结构的图像。
图3A是根据本发明的一个实施方式的燃料盒的侧视图。
图3B是包裹有半渗透材料的完整的燃料盒的侧视图。
图4A是根据本发明的一个实施方式的开放配置的反应器的侧视图。
图4B是根据本发明的一个实施方式的闭合配置的反应器的侧视图。
图5是根据本发明的一个实施方式的具有电子控制器的氢产生器的示意图。
图6是本发明的一个实施方式的随时间的氢气流速的图。
发明详述
以下给出的详细描述结合附图作为本发明当前的优选实施方式的描述,而不表示本发明仅能通过以下方式实施。应理解,意在包含在本发明范围内的不同实施方式可实现相同或等同的功能。
本发明提供用于产生氢的固体燃料。所述固体燃料包含硼氢化钠、装载有催化剂的纤维和粘合剂。固体燃料的基本特征是硼氢化钠粒子,所述粒子设置在由装载有催化剂的纤维和粘合剂形成的支架结构中。
术语“装载有催化剂的纤维”是指预先装载了催化剂的纤维。可使用的合适的纤维包括但不限于,碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维或其任意组合。在本发明的优选实施方式中,使用碳纤维。可使用的催化剂的示例包括但不限于,氯化钴(II),氯化镍,或选自铂、铱和钌的贵金属。本发明中,纤维预先装载有催化剂以确保快的反应过程。
装载有催化剂的纤维可通过本领域已知的任何合适的方法进行制备。在本发明的一个示例性实施方式中,通过在相关的盐溶液中浸渍纤维来制备装载有催化剂的纤维,所述盐溶液例如有氯化钴(II)(CoCl2)、氯铂酸(H2PtCl6)或氯铱酸(H2IrCl6)。在取出纤维以干燥之前,纤维可在溶液中浸渍1-3小时。可采用其他例如灌注、溅射等方法来制备装载有催化剂的纤维,而不偏离本发明的范围。在本发明的一个实施方式中,催化剂的装载量为纤维的1-3重量%。
在一个优选实施方式中,各纤维的直径为1-20微米。各纤维的长度范围为20-200微米。
在本发明的一个实施方式中,通过混合硼氢化钠粉末与装载有催化剂的纤维来制备本发明的固体燃料。在添加粘合剂之前对混合物进行研磨。在以预定的时长加热之前,可进一步研磨混合物。之后,冷却混合物以使混合物固化为固体块。然后固体燃料可被进一步研磨成小颗粒,所述颗粒的尺寸范围是20-2000微米(μm),优选范围是100-500微米。然后将固体燃料存储在干燥环境中,所述干燥环境可以是即将填充于燃料盒的干燥的盒或封闭的容器。
可使用的粘合剂的示例包括但不限于,共聚酰胺(Co-PA)粉末、聚酯树脂、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丙醛、聚乙烯醇缩丁醛、苯氧基树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、纤维素酯、纤维素醚等。在一个优选实施方式中,粘合剂是共聚酰胺粉末。固体燃料中粘合剂的含量以固体燃料的总重量计优选为1-10重量%。
本发明中,装载有催化剂的纤维和粘合剂形成支架结构。这使得当硼氢化钠被添加于混合物时,硼氢化钠被限制在支架结构内。
图1示出了根据本发明的一个实施方式的具有支架结构的固体燃料的示意图。装载有催化剂12的纤维11在粘合剂(未示出)的协助下构建了支架结构。粘合剂具有热塑性,在高于特定温度时变得柔软或可成形,在冷却时恢复成固体状态,用于粘接纤维从而在热处理过程中形成支架结构。
硼氢化钠颗粒13被松散地装载于支架结构中。在支架结构中限制和固定硼氢化钠(包括在水解反应过程中产生的副产物偏硼酸钠)时,支架结构是必需的。
图2是示出了本发明的固体燃料的微结构的图像。硼氢化钠颗粒13松散地装载于支架结构中,所述支架结构由装载了催化剂的纤维11和粘合剂形成。在图2中未示出粘合剂,原因在于,制备固体燃料时粘合剂熔化并分布在整个结构中。
本发明的固体燃料可用作连续并可靠的氢源。可实现用于产生氢的未中断的水解反应,原因在于,硼氢化钠、特别是水解副产物偏硼酸钠,被限制并固定在固体燃料的支架结构中。作为结果,可避免由偏硼酸钠结晶引起的问题,所述问题例如有:氢流通道的堵塞、催化剂和/或未反应燃料的包覆。只要液体试剂(即水)、催化剂和未反应的硼氢化钠能够无任何障碍地相互接触,则能够实现持续和稳定的氢供给。
除了形成支架结构的作用,纤维还作为催化剂载体起重要作用,其大幅提高催化剂和硼氢化钠之间的接触面积。这增加催化效率,并且还降低催化剂成本,因为可采用更低的催化剂装载水平而不影响水解反应的速度。
图3A示出了用于存储本发明的固体燃料的燃料盒的示例性实施方式。燃料盒30包含主体31、第一末端和相对的末端。在本发明的一个实施方式中,燃料盒的第一末端和相对的末端是开放的端部。各个末端均具有用于衔接盖34、35的边缘32、33。盖34、35可分别以任意合适的方式与各边缘32、33以可分离的方式连接。在一个实施方式中,盖34、35分别通过螺纹紧固于各边缘32、33。在本发明的另一个实施方式中,燃料盒30仅有一个末端是用于衔接盖的开放的端部,而相对的末端是封闭端部。
如图3A所示,盖34包括基本位于盖中心的用于定位倒钩连接器37的小孔36。倒钩连接器37包括位于一侧的喷嘴38和位于相对一侧的接口39。
燃料盒30在主体31上具有多个贯穿孔42,以使氢气能够穿过。贯穿孔42可以任意方式设置。在一个示例性实施方式中,贯穿孔42设置成对齐的网格。在其他实施方式中,贯穿孔42可以随机方式设置。所有的贯穿孔42可以是相同的尺寸或是不同的尺寸。优选各个贯穿孔42的直径范围是0.05-2mm。
燃料盒30的主体31可由任意类型的能够承受不高于200℃的温度的材料制成。这是因为燃料盒30的主体31内发生的水解反应是放热反应。合适的材料包括但不限于:金属薄层、聚合物或复合物。燃料盒30的主体31优选由铝箔或不锈钢箔制成,更优选厚度为0.1-2mm。在本发明的一个实施方式中,燃料盒30的主体31是圆柱形状的,但是并不限于该形状。在不偏离本发明的范围的情况下,可采用本领域中任意已知的合适的形状,例如椭圆形、矩形棱柱等。
燃料盒30还包括配水器40。配水器40安装在燃料盒30的主体31内,在纵向长度上贯穿主体31。配水器40具有第一远端和第二远端。第一远端的配置方式是与倒钩连接器37的喷嘴38可分离地进行连接。在本发明的一个实施方式中,第二远端是封闭的端部,且安装在靠近燃料盒30的相对的末端的位置。在另一个实施方式中,第二远端是开放的端部。在该实施方式中,配水器40应当具有与燃料盒30的主体31相同的足够的长度,从而在配水器40安装于燃料盒30内部时,盖35能够以合理且紧密的方式覆盖配水器40的第二远端的开放端部。在本发明的另一个实施方式中,配水器40的第二远端与盖35形成一个整体部件。这意味着配水器40从盖35延伸,形成整体单元。
配水器40具有多个沿配水器的纵向表面隔开的孔41,以在燃料盒30的主体31内分配水。孔41可以任意方式设置。在一个示例性实施方式中,孔41设置成对齐的网格。在其他实施方式中,孔41可以随机方式设置。孔41可以是相同的尺寸或是不同的尺寸。各个孔41的直径范围较好是50μm-500μm,优选为约100μm。在本发明的一个实施方式中,配水器40是空心管。在不偏离本发明的范围的情况下可使用其他配置。
配水器40可由与燃料盒30相同的材料制成,或可由任意类型的能够承受不高于200℃的温度的材料制成。合适的材料包括但不限于:金属、聚合物或复合物的薄层。优选配水器由铝箔或不锈钢箔制成。
现参照图3B,其示出了即将用于填充燃料的燃料盒30的侧视图。将倒钩连接器37放入盖34的小孔36。配水器40可分离地连接于倒钩连接器37的喷嘴38,盖34紧固在燃料盒30的边缘32。具有支架结构的固体燃料可通过靠近边缘32的开放侧或靠近边缘33的一侧填充于燃料盒30的主体31。固体燃料填充入燃料盒30后,立即将盖紧固于边缘。
在本发明的一个实施方式中,燃料盒30还具有包裹在燃料盒30的主体31的外周表面上的半渗透材料43。半渗透材料43应当是多孔且疏水性的,从而使氢气能够穿透,但水、蒸汽或固体材料不能穿过。当使用燃料盒30时,水被转移至接口39,穿过喷嘴38并进入配水器40。当水移动经过配水器40的纵向主体时,其通过多个孔41喷雾而出,进入燃料盒30的主体31。在配水器40的周围形成雾且在燃料盒30的主体31内产生氢气。燃料盒30的主体31内产生的氢气穿过多个贯穿孔42(图3A中示出)和半渗透材料43以被收集,而由配水器40分配进入燃料盒的水和/或反应中产生的蒸汽被限制在燃料盒30的主体31之内,以发生连续的反应。在不偏离本发明的范围的情况下可使用任意合适的呈现半渗透性的半渗透材料。在本发明的一个实施方式中,半渗透材料是透气膜。优选半渗透材料是一种特氟隆膜,更优选半渗透材料是聚四氟乙烯(PTFE)膜。在另一个实施方式中,主体31的壁自身制作成半渗透的。换言之,所述壁由疏水性材料制成且其上具有微孔。例如,可通过3D打印将所述壁形成在疏水材料上。在该实施方式中,贯穿孔42和/或半渗透材料43可被省略。
填充有固体燃料的燃料盒在使用前可存储在干燥的盒中或密封于防潮袋或容器中。燃料盒是一次性的,并且在具有氢供给需求时可在现场将燃料盒安装于氢产生器中。
在本发明的另一个方面中,提供了用于产生氢的系统。本发明的系统的一个示例性实施方式示于图5。所述系统是氢产生器50,通常包含用于储水的水箱51、用于从水箱51输送水的泵52、控制器53和反应器54。反应器54是系统的重要部分,其中反应器中安装有燃料盒30且水解反应在反应器中发生。
图4A是本发明的开放配置的反应器54的侧视示意图,图4B示出了闭合配置的反应器54的侧视示意图。
根据图4A,反应器54包含中空箱55和盖体56。箱55具有一个有边缘57的开放末端和一个封闭末端58。在封闭末端58的大致中心位置具有用于输导氢的出口59。
具有喷嘴61和接口62的倒勾接头60安装在盖体56的大致中心位置。燃料盒30插入中空箱55后,盖体56紧固在箱55的边缘57,而喷嘴61与燃料盒30的接口39(图3A和图3B中示出)连接。倒勾接头60、燃料盒的倒钩连接器37和配水器40形成用于输送水的连续的管道。
在本发明的一个实施方式中,反应器54的长度基本与燃料盒30的长度相同。反应器54的直径大于燃料盒30的直径,以在反应器54内提供充足的空间,藉此在氢气通过出口59从反应器54释放之前,于水解反应过程中在反应器54内形成足够的压力。可对反应器54和出口59的直径,以及反应器54和燃料盒30的直径之比进行设计,以和氢生产量匹配。
在本发明的另一个实施方式中,反应器54的长度大于燃料盒30,从而当燃料盒30插入反应器54时,存在限定腔室63的空间。水解反应过程中产生的氢气在气体通过出口59释放之前,可收集并缓冲于腔室63中。在氢气通过出口59释放以进行使用之前,腔室63作为氢气收集器起作用。腔室63还作为缓冲箱起作用,其收集并积累产生的氢气,然后在反应器54内维持一定的压力,从而稳定氢供给。
反应器54的形状可与燃料盒30相同或不同。反应器54可由与燃料盒30相同或不同的材料制成。合适的材料包括但不限于:铝、不锈钢、聚碳酸酯或聚氯乙烯等。
再次参照图5,本发明的系统还可包含其他补充部件,例如压力传感器70、温度传感器71和安全阀72。另外,系统还可含有附着在反应器54侧壁上的冷却剂73,以及过滤器74和压力调节器75,以调节氢气的流速。过滤器74从氢流中限制并移除水蒸气成分。
在本发明的一个实施方式中,压力传感器70和温度传感器71与反应器54连接以收集数据。然后收集的数据可传输至控制器53来控制泵52、冷却剂73和调节器75,以确保稳定的氢气产生。安全阀72作为备用装置,以在有需要时释放反应器54中的压力。在本发明的一个实施方式中,本发明的系统是便携式的。
本发明的系统的一个示例性实施方式中,泵52通过液体管道76将水从水箱51输送至配水器40。水穿过接口62和喷嘴38并进入配水器40。水移动通过配水器40的同时,从多个孔41喷雾而出。在适当的压力下,配水器40的周围形成雾。一旦雾和容纳于燃料盒30中的固体燃料接触,燃料盒30中几乎立即发生水解反应。然后水解反应过程中产生的氢气穿过燃料盒30的多个孔42,穿过包裹在燃料盒30的外周表面的半渗透材料43并进入反应器54。在气体通过出口59释放以进行应用之前,产生的氢气在反应器54中累积。本发明中,从配水器40分配的水和/或由水解反应产生的蒸汽被疏水性半渗透材料43限制在燃料盒30内部。这使得燃料盒30内发生连续的反应,从而提高反应过程的效率。具有腔室63的实施方式中,在氢气通过出口59释放以进行应用之前,在腔室63内部形成压力。电子控制器53用于控制供给于配水器40的水的量,以控制系统产生的氢气的量。
在本发明的进一步的方面中,提供了用于产生氢的方法。该方法包括:在氢产生器50中装载含有固体燃料的燃料盒30;向容纳于氢产生器50中的水箱51供水;通过液体管道76将水从水箱51运输至安装于燃料盒30内的配水器,藉此通过配水器40上的多个孔41分配水,以到达固体燃料从而产生氢气。从其中产生的氢气在气体释放以进行使用之前,被收集在反应器54中。
在实践中,反应器54可与燃料电池系统整合,所述燃料电池系统优选但不限于本领域中熟知的质子交换膜(Proton Exchange Membrane,PEM)燃料电池系统,以形成发电系统,其中反应器54产生的氢气可被导入所述燃料电池系统。现今的PEM燃料电池系统通常包括多个串联的PEM燃料电池单元。各燃料电池单元包含一个阳极侧、质子交换膜和阴极侧。从反应器54释放的氢分子流入燃料电池单元的阳极侧,然后分裂为氢质子和电子。氢质子穿过质子交换膜并进入燃料电池单元的阴极侧,其中质子与氧原子和通过外部电路到达的电子结合而形成水。通过外部电路中电子的流动形成电流。只要反应器54内的固体燃料和水未耗尽,则所述发电系统可以是可靠的便携式或固定式电源。
本发明的固体燃料、系统和方法具有多个优势。如上所述,在本发明中可实现无中断的水解反应,原因在于,硼氢化钠和水解副产物偏硼酸钠均被限制并固定在固体燃料的支架结构中。燃料盒外周表面周围的半渗透材料将反应中产生的氢从反应物中分离,并协助将反应物和副产物限制在燃料盒内。这帮助避免由副产物偏硼酸钠结晶引起的问题,所述问题例如有:氢流通道的堵塞、催化剂和/或未反应燃料的包覆。可通过泵和控制器来控制转移至反应器的水的量。如此,系统中可实现快速响应,因为一旦水与硼氢化钠和分散良好的催化剂接触,几乎可立即产生氢。一旦水供给被切断,则能够在短时间内终止反应过程。
本发明的系统能够使水解反应有效率地发生,因为水通过多个孔41在配水器40的整个长度上分配,其与容纳于燃料盒的固体燃料几乎立即反应,这相应地使水解反应在燃料盒的整个长度上均一地进行。本发明的反应器不受取向影响,其可在任意位置运行,所述位置为垂直、水平或倾斜位置。无论反应器处于何种位置,均可实现恒定且稳定的氢产生。该特性对便携式应用特别重要,例如在机动车上。该系统还使用户能够通过控制供给于系统的水的量来控制系统产生的氢气的量。从而该系统具有按需产生氢气的优势。
本发明的燃料盒是一次性的,并且一旦氢流速或压力低于预先设置的范围,能够容易地用新燃料盒将其替换。燃料盒内产生的副产物偏硼酸钠可回收用于其他用途。
图6是根据本发明的一个实施方式的随时间的氢气流速的图线。直接使用反应器进行该测试。通过控制器53控制打开和关闭泵来间歇式地供给水。应当注意的是氢流速和水供给之间存在良好的响应。这表明本发明的系统能够满足如下要求:在需要时系统快速启动和快速关闭,以及按需求和所需的量生产氢气。
尽管在直接测试反应器时观察到了波动的氢流速,但是由于存在缓冲腔室,能够从产生器中得到稳定的氢流速。在图6所示的实施方式中,实现了130ml/分钟左右的恒定的氢流速,直到2000秒为止。随着燃料的消耗,平均流速开始下降。可在此阶段替换燃料盒。在本发明的一个实施方式中,硼氢化钠的反应率约为81重量%。
虽然阐述和描述了本发明的优选实施方式,但显然本发明并不限于所描述的实施方式。多种改进、变动、变化、替换和等同物对本领域技术人员是显而易见的,而不偏离权利要求所描述的本发明的范围。
进一步,在整个说明书和权利要求书中,除非文中另有明确说明,词语“包括”、“包含”等应被认为具有包括性含义,而不是排他性或穷举性含义;也就是说,其含义是“包括但不限于”。
提供以下实施例以进一步说明和描述本发明的具体实施方式,且无意将本发明限制为其所描述的特定的步骤、条件或组分。
实施例
实施例1
本发明的固体燃料的制备
将100g硼氢化钠粉末和10g捣碎的装载有催化剂的碳纤维混合并研磨,然后添加8g的Co-PA粉末作为粘合剂。将混合物进一步研磨,加热至150℃并保持5-10分钟。然后使混合物在干燥的盒中冷却。冷却的同时,混合物固化成固体块。混合物完全冷却之后,将固体块研磨成小颗粒,尺寸范围为30-50目。然后将所得固体燃料存储在干燥的盒(或封闭的容器)中,以备填充于燃料盒。
实施例2
装载有催化剂的纤维的制备
将10g碳纤维浸入50ml的1%氯铂酸(H2PtCl6)溶液并回流2小时。从溶液中取出纤维,在蒸馏水和乙醇中清洗,然后在烘箱中于140℃将纤维干燥约2小时。装载有催化剂的纤维之后可用于实施例1所述的固体燃料的制备。
以上是本发明者认为是本发明的主题的描述,并且相信其他人基于以上公开能够并将会设计包括该发明的替代性系统。
Claims (10)
1.一种用于产生氢的固体燃料,所述固体燃料包含:
硼氢化钠颗粒、装载有催化剂的纤维和粘合剂,其中,硼氢化钠颗粒松散地装载在由装载有催化剂的纤维和粘合剂形成的支架结构中;以及
装载有催化剂的纤维制备方法是将选自氯化钴、氯化镍、氯铂酸或氯铱酸的催化剂,其通过一个工艺预先装载在纤维上,所述工艺包括将纤维浸渍在催化剂溶液中,并且回流;
其中用于预先装载催化剂的纤维选自碳、玻璃、陶瓷及其组合。
2.一种用于产生氢的固体燃料,所述固体燃料包含:
硼氢化钠颗粒、装载有催化剂的纤维和粘合剂,其中,硼氢化钠颗粒松散地装载在由装载有催化剂的纤维和粘合剂形成的支架结构中;以及
选自铂、铱和钌的贵金属粉的催化剂,其通过一个工艺预先装载在纤维上,所述工艺包括灌注和/或溅射;
其中用于预先装载催化剂的纤维选自碳、玻璃、陶瓷及其组合。
3.如权利要求1或2所述的固体燃料,其特征在于,所述装载有催化剂的纤维包含碳纤维。
4.如权利要求1或2所述的固体燃料,其特征在于,所述装载有催化剂的纤维包含玻璃纤维。
5.如权利要求1或2所述的固体燃料,其特征在于,所述装载有催化剂的纤维包含陶瓷纤维。
6.如权利要求3所述的固体燃料,其特征在于,所述碳纤维直径为1-20微米。
7.如权利要求3所述的固体燃料,其特征在于,所述碳纤维的长度为20-200微米。
8.如权利要求1或2所述的固体燃料,其特征在于,所述粘合剂选自共聚酰胺、聚酯树脂、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丙醛、聚乙烯醇缩丁醛、苯氧基树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、纤维素酯和纤维素醚。
9.如权利要求8所述的固体燃料,其特征在于,所述粘合剂是共聚酰胺聚合物。
10.如权利要求1或2所述的固体燃料,其特征在于,混合物中粘合剂的含量以固体燃料的总重量计为1-10%重量。
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