CN1532970A - 氢气再利用的混和燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种氢气再利用的混和燃料电池，有由储存水溶液状态的BH4的燃料罐和配备了利用燃料罐提供的BH4和另外提供空气的电气化学反应来发电的反应堆的BFC发电装置，设置在BFC发电装置的燃料回收线上用于分离燃料中包含的氢气，可再利用的气液分离器；设置在BFC发电装置的侧面、配备有利用气液分离器提供的氢气和另外提供的空气的电气化学反应来发电的反应堆的高分子电解质燃料电池发电装置。本发明分离BFC发电装置的副反应中产生的氢气并将其作为高分子电解质燃料电池发电装置的燃料来使用，从而做到了废物再利用，并由此提高了整个机器的发电效率。

Description

氢气再利用的混和燃料电池

技术领域

本发明涉及一种利用从外部提供的燃料和空气的电气化学反应来发电的燃料电池，特别是关于以BH4作为燃料使用的反应堆发电时将副反应中产生的氢气利用于临近的另一个反应堆的发电中的氢气再利用的混和燃料电池。

背景技术

通常，燃料电池是直接将燃料的能量变成电能的装置，以往的燃料电池的结构简图1如图所示。

下面，对其进行简单的说明。

由图1可知，燃料电池1在整体上由具有发电功能的反应堆10和其侧面的储存燃料的燃料罐2构成，而燃料罐2和反应堆10的阳极上连接了燃料供应线3和燃料回收线4，并在燃料供应线3上设置了送出燃料的燃料泵5。

在所述反应堆10的阴极上设置了空气供应线6和空气排出线7，并在空气供应线6上设置了送出空气的空气泵8。

由以上的结构构成的以往的燃料电池在机器开始工作时燃料泵5利用燃料供应线3将储存于燃料罐2中的燃料送到反应堆10的阳极(燃料极)。与此同时，空气泵8通过空气供应线6将空气送到反应堆10的阴极(空气极)上。

如上所述的供应到反应堆10的燃料和空气在反应堆10中隔着高分子电解质膜流动，以使阳极上进行氢气的电化学氧化反应，在阴极上进行电化学还原反应。这时，由所产生的电离子的移动产生电流，并将这个电流集中到集电板(图中未示)上作为电源使用。

这时的反应方程式为：

阳极：       E0＝1.24V

阴极：             E0＝0.4V

总方程：           E0＝1.64V

在这里，为了增加BH₄ ^-溶液的稳定性而混入一定量的Na，这时会发生副反应： 的反应，而反应中产生的氢气会被废弃掉。

因此，如上所述的以往的燃料电池中没有再利用反应堆10阳极的副反应中产生的氢气而是进行了废弃，所以无法提高电池的发电效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种再次利用发电时副反应产生的氢气，以提高发电效率的氢气再利用的混和燃料电池。

本发明所采用的技术方案是：一种氢气再利用的混和燃料电池，包括有：由储存水溶液状态的BH4的燃料罐和配备了利用燃料罐提供的BH4和另外提供空气的电气化学反应来发电的反应堆的BFC发电装置，还设有设置在BFC发电装置的燃料回收线上用于分离燃料中包含的氢气，以便再利用的气液分离器；设置在BFC发电装置的侧面、配备有利用气液分离器提供的氢气和另外提供的空气的电气化学反应来发电的反应堆的高分子电解质燃料电池发电装置构成。

由以上的说明可知，本发明设计的氢气再利用的混和燃料电池在BFC发电装置的侧面设置了高分子电解质燃料电池发电装置，并在BFC发电装置的燃料回收线上设置了气液分离器，分离BFC发电装置的副反应中产生的氢气并将其作为高分子电解质燃料电池发电装置的燃料来使用，从而做到了废物再利用，并由此提高了整个机器的发电效率。

附图说明

图1是以往的燃料电池结构示意图；

图2是本发明设计的氢气再利用的混和燃料电池结构示意图；

图3是本发明设计的单位原电池结构的断面示意图。

其中：

101：BFC发电装置                     102：气液分离器

103：高分子电解质燃料电池发电装置    111：燃料罐

112：原电池                          113：反应堆

114：燃料供应线                      115：燃料回收线

116：燃料泵                          117：供气线

118：排气线                   119：空气泵

122：氢气供应线               123：氢气排出线

124：分支线                   125：连接线

具体实施方式

下面，结合附图给出具体实施例，进一步说明本发明是如何实现的。

图2表示本发明设计的氢气再利用的混和燃料电池的结构示意图。

如图2所示，本发明设计的氢气再利用的混和燃料电池包括：以水溶液状态的BH4和空气为燃料，利用它们之间的电化学反应来发电的BFC发电装置101、分离BFC发电装置101排出的燃料中包含的氢气的气液分离器102、设置在BFC发电装置101的侧面，利用气液分离器102提供的氢气和空气的电气化学反应来发电的高分子电解质燃料电池发电装置103构成。

所述BFC发电装置101包括：保存水溶液状态的BH4的燃料罐111、由多个原电池112积层形成的反应堆113、连接在反应堆113阳极一侧的燃料供应线114和连接在反应堆113阳极另一侧的燃料回收线115、设置在所述燃料供应线114上送出燃料的燃料泵116、连接在反应堆113阴极一侧的供气线117和连接在反应堆113阴极另一侧的排气线118及设置在空气供应线117上的空气泵119构成。

所述高分子电解质燃料电池发电装置103包括：与BFC发电装置101的反应堆113的侧面相贴的反应堆121、一端连接在反应堆121阳极一侧的同时另一端连接在气液分离器102的氢气供应线122、连接在所述反应堆121阳极另一侧的氢气排出线123、一端连接在所述反应堆121的阴极一侧而另一端连接在所述空气供应线117上的分支线124、一端连接在阴极另一侧而另一端连接在空气排出线118上的连接线125构成。

所述BFC发电装置101或高分子电解质燃料电池发电装置103的反应堆113，121可以形成将单个原电池连续积层的形态或单个原电池的形态。

下面参照图3对单个原电池的结构进行说明。由图3可知，单个原电池包括：为了向电解质膜131的两侧扩散气体而接合阳极132和阴极133形成的膜—电极组合体134、紧贴于膜—电极组合体134的两侧设置的在阳极132和阴极133中形成燃料气体及含氧气体流动通道的隔离板135、设置在隔离板135两侧的作为阳极132和阴极133的集电极使用的集电板136，137构成。

所述膜—电极组合体134的电解质膜131采用高分子材料制成，商品化的电解质膜131代表性的有杜邦公司的Nafion膜，其主要是起氢离子的载体作用的同时防止氧气和氢气的接触。阳极132和阴极133是支持白金(Pt)催化剂层的支持体，由复写纸或炭精布接合于电解质膜131两侧构成。

所述隔离板135由高密度材料的石墨板构成，内部形成了可以使流体流动的多个槽135a。

所述集电板136，137要采用导电性和耐腐蚀性良好且不与氢发生反应的材料，具体可以采用钛，不锈钢，铜等材料。

如上构成的本发明设计的氢气再利用混合燃料电池的BFC发电装置103中，燃料罐111通过燃料供应线114给反应堆113的阳极132提供水溶液状态的BH4，而空气由空气供应线117供应到给反应堆113的阴极133时中间隔着膜—电极组合体134发生电化学离子反应并由此产生电流，将产生的电流集中到集电板136，137上作为电源使用。

所述BFC发电装置101的反应方程为：

阳极：  

阴极：  

总方程：

在这里，为了增加BFC发电装置101中使用的BH4水溶液的稳定性而混入一定量的Na，这时会发生副反应： 的副反应，而反应中产生的氢气与参加反应后的燃料一同排出到反应堆113的外部。

而且，所述反应堆113排出的参加反应后的燃料会经过燃料回收线115上设置的气液分离器102，使氢气在这里经过反应将被分离出来。

同时，由气液分离器102分离的氢气通过氢气供应线122供应到高分子电解质燃料电池发电装置103的反应堆121的阳极133中，与此同时，空气通过分支线124供应到阴极134中。由此，隔着膜—电组合体134进行电化学反应，产生电流。

在高分子电解质燃料电池发电装置103的反应原理为：

阳极：  

阴极：       E0＝1.23V

总方程：          E0＝1.23V

将如上产生的电流集中到集电板136，137上作为电源使用。即，如上所述的将BFC发电装置101中产生的氢气作为高分子电解质燃料电池的燃料来使用，从而做到了废物再利用，并由此提高了发电效率。

Claims (2)

1.一种氢气再利用的混和燃料电池，包括有：由储存水溶液状态的BH4的燃料罐(111)和配备了利用燃料罐(111)提供的BH4和另外提供空气的电气化学反应来发电的反应堆的BFC发电装置(101)，其特征在于，还设有设置在BFC发电装置(101)的燃料回收线(115)上用于分离燃料中包含的氢气，以便再利用的气液分离器(102)；设置在BFC发电装置(101)的侧面、配备有利用气液分离器(102)提供的氢气和另外提供的空气的电气化学反应来发电的反应堆的高分子电解质燃料电池发电装置(103)构成。

2.根据权利要求1所述的氢气再利用的混和燃料电池，其特征在于，所述气液分离器(102)和高分子电解质燃料电池发电装置(103)的阳极是通过氢气供应线(122)连接。