ES2343751T3 - Generador de hidrogeno y pila de combustible que utiliza dicho generador. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para generar hidrógeno mediante hidrólisis de un hidruro, que comprende - un reactor (28, 38) que contiene el hidruro (22, 32) en forma sólida, en el estado dividido o no, y que comprende por lo menos un orificio (27, 37) destinado a la evacuación del hidrógeno producido; - unos medios de liberación del agua (24, 34) necesaria para la reacción de hidrólisis, - por lo menos una envolvente (23, 33) apropiada para aislar el hidruro (22, 32) del agua (24, 34) necesaria para la reacción de hidrólisis, estando dicha envolvente (23, 33) constituida por un material consumible; caracterizado porque dicha envolvente (23, 33), soluble o dispersable, rodea y recubre el agua (24, 34) o el hidruro (22, 32) y está constituida por un material que se consume por los productos de la reacción de hidrólisis, de manera que el lugar de puesta en contacto entre el agua (24, 34) y el hidruro (22, 32), susceptible de servir de sitio a dicha reacción de hidrólisis, se desplaza al seno de dicho reactor (28, 38) a medida que se consume dicho material.
Description
Generador de hidrógeno y pila de combustible que
utiliza dicho generador.
La presente invención se refiere a la
utilización de dispositivos para generar hidrógeno, en particular
para generar hidrógeno gaseoso. De manera conocida, dicha
producción se puede realizar mediante una reacción de hidrólisis de
un borohidruro.
La presente invención encuentra en particular
aplicación como generador para las pilas de combustible de tipo
PEMFC (por "Proton Exchange Membrane Fuel Cells"). Más
particularmente en el marco de esta aplicación, la presente
invención se refiere a las pilas de combustible destinadas a la
alimentación eléctrica de aparatos eléctricos o electrónicos
portátiles, es decir, aparatos que necesitan una potencia eléctrica
baja. La presente invención puede sin embargo encontrar aplicación
para alimentar con hidrógeno unas pilas de combustible de potencias
superiores.
\vskip1.000000\baselineskip
Las pilas de combustible representan una fuente
de energía no contaminante y alternativa a la combustión de
hidrocarburos, en particular para los automóviles. Una pila de
combustible es una pila en la que la electricidad se genera
mediante la oxidación de un combustible reductor, por ejemplo el
hidrógeno, sobre un electrodo, acoplado con la reducción de un
oxidante, tal como el oxígeno del aire, sobre el otro electrodo. Es
posible acelerar la reacción de oxidación del hidrógeno por medio
de un catalizador que contiene generalmente un elemento
metálico.
Sin embargo, en el caso de las pilas de
combustible que utilizan hidrógeno, producto extremadamente
inflamable, uno de los principales obstáculos reside en la
producción y/o el almacenamiento de este combustible. Es la razón
por la cual las elecciones tecnológicas se orientan actualmente
hacia unos combustibles líquidos directamente oxidados en el ánodo
de la pila o hacia unos combustibles, líquidos o sólidos,
susceptibles de generar hidrógeno "a petición", es decir,
gracias a los cuales la cantidad de hidrógeno generada equivale a la
cantidad de hidrógeno consumida por la pila.
Uno de los modos conocidos de producción de
hidrógeno consiste en hidrolizar unos borohidruros que se presentan
en forma sólida, tal como el borohidruro o tetrahidroborato de sodio
NaBH_{4}, puesto en disolución y puesto en contacto con una
materia catalítica en el estado sólido. La reacción de hidrólisis
del borohidruro de sodio se lleva a cabo bajo algunas condiciones
según el esquema de reacción siguiente:
M(BH_{4})_{n} +
2nH_{2}O \rightarrow
M[B(OH)_{4}]_{n} +
4nH_{2}
en la que M representa un elemento
alcalino o alcalinotérreo, y n es un número entero positivo igual al
número de electrones de valencia del elemento M. Este elemento M
puede por ejemplo ser sodio (Na), en cuyo caso el número n es igual
a 1, lo que conduce al esquema de reacción
siguiente:
NaBH_{4} +
2H_{2}O \rightarrow NaB(OH)_{4} +
4H_{2}
Sin embargo, el elemento M podría esta
constituido por potasio (K), litio (Li) u otro elemento
apropiado.
Esta reacción de hidrólisis de un borohidruro
presenta la ventaja de utilizar unos reactivos y unos residuos que
son inofensivos, es decir, no tóxicos y no contaminantes, al
contrario, por ejemplo, de las reacciones utilizadas en las pilas
de tipo DMFC (por "Direct Methanol Fuell Cell") o FAFC
(por "Formic Acid Fuel Cell") que utilizan
respectivamente metanol o ácido fórmico como combustible.
Según este esquema de reacción, el borohidruro
de sodio, utilizado habitualmente, genera cuatro moles de hidrógeno
reaccionando con dos moles de agua.
Con el fin de mejorar el rendimiento de la
reacción de hidrólisis, algunos reactores de la técnica anterior
utilizan unos borohidruros en forma sólida, por ejemplo en el estado
dividido, es decir, en forma pulverulenta. El hidrógeno se genera
entonces mediante la puesta en contacto de borohidruro sólido con
una disolución acuosa que contiene preferentemente una materia
catalítica.
Sin embargo, este tipo de generador de hidrógeno
adolece de ciertos inconvenientes que complican su utilización.
Resulta así difícil controlar la reacción entre un borohidruro
sólido y una disolución acuosa y, por lo tanto, el caudal de
hidrógeno generado.
En efecto, esta reacción heterogénea, es decir,
que utiliza unos reactivos en el estado líquido y en el estado
sólido, es difícil de controlar, debido a que necesita unos
mecanismos de difusión del agua hacia el borohidruro.
Ahora bien, estos mecanismos de difusión
dependen mucho de la porosidad del medio reactivo y ésta varía
durante el progreso de la reacción de hidrólisis debido a la
formación de sub-productos más o menos compactos. De
esta manera, resulta delicado controlar la cinética de la reacción
de hidrólisis en el caso de los dispositivos descritos por los
documentos US-2002-182459,
WO-A-2005/102914, US nº 4.261.956,
US nº 4.261.955, que prevén la puesta en contacto de los reactivos
mediante difusión a través de una membrana porosa. Dicha membrana
está, en efecto, sujeta a obstrucción por los productos de reacción
compactos tal como el compuesto NaB(OH)_{4}.
Además, estos sub-productos de
reacción ocasionan frecuentemente la obstrucción de la canalización
de traída de agua al reactor que contiene el borohidruro sólido.
Por consiguiente, la cinética de la reacción es susceptible de
fluctuar en función de la importancia de esta obstrucción de la
llegada del agua. Para evitar la adición de equipos pesados y
costosos que solucionan este problema, es necesario optimizar la
generación de hidrógeno dominando lo mejor posible la reacción.
Por otro lado, los documentos WO02/30810 y
US2001/045364 describen unos generadores de hidrógeno en los que
las reacciones de hidrólisis están controladas de manera imprecisa,
debido a que los reactivos se ponen en contacto en numerosos
puntos, aunque todas las reacciones se inician y se desarrollan más
o menos simultáneamente a nivel de una gran superficie de
intercambio de reacción.
El objetivo de la presente invención es proponer
un generador de hidrógeno que no presenta los inconvenientes de la
técnica anterior. La presente invención tiene por lo tanto por
objeto un dispositivo para generar hidrógeno mediante hidrólisis de
un hidruro que permite controlar mejor la cinética de reacción, y
por lo tanto el caudal de hidrógeno generado, evitando los riesgos
de obstrucción de la llegada del agua.
La presente invención se refiere así a un
dispositivo para generar hidrógeno mediante hidrólisis de un
hidruro, que comprende:
- -
- un reactor que contiene hidruro en forma sólida, en el estado dividido o no, y que comprende por lo menos un orificio destinado a la evacuación del hidrógeno producido,
- -
- unos medios de liberación del agua necesaria para la reacción de hidrólisis,
- -
- por lo menos una envolvente apropiada para aislar el hidruro del agua necesaria para la reacción de hidrólisis, estando dicha envolvente constituida por un material consumible.
Según la invención, esta envolvente es apropiada
para poner en contacto el agua y el hidruro en un lugar susceptible
de servir de sitio para la reacción de hidrólisis y de desplazarse
al seno del reactor a medida que tiene lugar el consumo del
material constitutivo de la envolvente por los productos de la
reacción de hidrólisis.
Dicho de otra forma, un material consumible, es
decir soluble o dispersable, protege temporalmente el hidruro
separándolo del agua, desapareciendo este material consumible
durante la reacción. Por el término "envolvente" se designa
uno (o varios) materiales que envuelven y recubren uno de los
reactivos. Esta definición se desprende por lo tanto directamente
del sentido común del término "envolvente".
Según un primer modo de realización de la
invención, el reactor comprende además por lo menos un orificio que
coincide con el paso de una canalización formada por esta
envolvente, y destinada a encaminar el agua dentro del reactor.
En otras palabras, el tubo de traída de agua se
inserta en el reactor y se disuelve por los productos de la
reacción de hidrólisis a medida que tiene lugar el propio consumo
del hidruro; este tubo se acorta por lo tanto a medida que avanza
esta reacción.
Según un segundo modo de realización de la
invención, el reactor contiene la cantidad de agua necesaria para
la hidrólisis de la totalidad del hidruro que contiene. Esta agua se
separa de dicho hidruro mediante la envolvente realizada en
material consumible. Sin embargo, esta envolvente no contiene el
agua sino el hidruro, y además, está, antes de cualquier
utilización del dispositivo, recubierta mayoritariamente por una
funda realizada en un material dispersable, pero no soluble en el
agua. En otras palabras, la funda impermeabiliza la envolvente
sumergida y la protege contra una disolución prematura.
En la práctica, esta envolvente puede ser de
forma cilíndrica o cónica, de base circular o poligonal. Dichas
formas convienen para formar una llegada de agua con caudal
controlado y para prever la duración del consumo de la envolvente
que presenta una forma así determinada. Estas formas permiten por lo
tanto controlar precisamente el caudal de hidrógeno.
Según una forma de realización particular de la
invención, el generador de hidrógeno presenta una pluralidad de
envolventes, de geometrías parecidas o no, y repartidas en el
reactor. Estas permiten mejorar todavía más el control de la
reacción de hidrólisis multiplicando las llegadas de agua con caudal
controlado al seno del reactor.
Ventajosamente, el hidruro se selecciona de
entre el grupo constituido por el tetrahidroborato de sodio
(NaNH_{4}), el tetrahidroborato de magnesio
(Mg(BH_{4})_{2}) y el hidruro de litio (LiH).
Estos tres compuestos proporcionan unos residuos de reacciones no
contaminantes. Presentan una alta capacidad de generación de
hidrógeno. El tetrahidroborato de sodio NaBH_{4} es además el más
ventajoso, debido a que es fácil de producir y poco costoso.
El hidruro se puede seleccionar asimismo de
entre el grupo constituido por LiBH_{4},
Al(BH_{4})_{3}, Be(BH_{4})_{2},
MgH_{2}, CaH_{2}, Ca(AlH_{4})_{2},
Zr(BH_{4})_{3}, Ca(BH_{4})_{2},
NaAlH_{4}, KBH_{4}, LiAlH_{4}.
En la práctica, el material consumible que
constituye la envolvente de la invención puede estar constituido
por un material metálico que se corroe o por un material orgánico
que se degrada en presencia de un medio básico. De esta manera,
durante la hidrólisis del hidruro, este material se consume debido a
la generación concomitante de iones hidróxidos.
Este material orgánico se puede seleccionar de
entre las poliamidas, los policarbonatos, el PET
(polietilentereftalato), los poliésteres, el PVDF (polifluoruro de
vinilideno), el PBT (polibutilo tereftalato).
De manera ventajosa, este material puede ser un
material cuya disolución bajo la acción de dichos productos de
reacción produce asimismo hidrógeno. Esta segunda reacción de
producción de hidrógeno aumenta la cantidad total de hidrógeno
producido en el reactor, permitiendo así mejorar la relación entre
el hidrógeno producido y el peso del generador.
En la práctica, este material puede ser el
aluminio o una aleación de aluminio. En efecto, el aluminio se
corroe mediante los iones hidróxidos producidos por la reacción de
hidrólisis, lo que produce hidrógeno y alúmina según la reacción
siguiente:
2 Al + 6
OH^{-} \rightarrow Al_{2}O_{3} + 3
H_{2}
Además de la generación de hidrógeno
suplementario, esta reacción presenta la ventaja de disminuir el pH
consumiendo unos iones hidróxidos, los cuales ralentizarían la
reacción principal de hidrólisis del hidruro.
Según una forma de realización particular de la
invención, se introduce un catalizador en el reactor, en forma de
una sal disuelta en agua o en forma de partículas sólidas repartidas
en el hidruro. Este catalizador permite aumentar el rendimiento de
la reacción y su adición directamente en uno de los reactivos
presentes evita su introducción específica en el reactor,
simplificando así la utilización del generador.
En particular, el elemento constitutivo de este
catalizador se puede seleccionar de entre el grupo constituido por
el rutenio (Ru), el platino (Pt), el cobalto (Co), el paladio (Pd),
el níquel (Ni), el hierro (Fe), el oro (Au), la plata (Ag), el
manganeso (Mn), el renio (Re), el rodio (Rh), el titanio (Ti), el
vanadio (V) y el cerio (Ce). Cuando uno o varios de estos metales
se utilizan para formar las partículas de catalizador, es posible
alcanzar buenos rendimientos de reacción de génesis de hidrógeno
mediante hidrólisis de un hidruro.
Según una forma de realización práctica de la
invención, las cantidades de hidruro y de agua en el seno del
reactor se seleccionan y la envolvente característica de la
invención se dimensiona de manera que produzcan un caudal de
hidrógeno determinado.
La presente invención se refiere asimismo a una
pila de combustible que comprende un electrolito, un ánodo y un
cátodo, cuyo oxidante es oxígeno (O_{2}) y el reductor hidrógeno
(H_{2}) producido mediante hidrólisis. Según la invención, esta
pila comprende un dispositivo para generar hidrógeno mediante
hidrólisis de un hidruro, tal como se ha descrito
anteriormente.
La invención se pondrá más claramente de
manifiesto a partir de la descripción de los modos de realización
particulares siguientes. El objetivo de la invención no está
limitado sin embargo a estos modos de realización particulares y
son posibles otros modos de realización de la invención.
La figura 1 es una representación esquemática de
un sistema que comprende una pila de combustible destinada a
alimentar un aparato electrónico portátil.
Las figuras 2a, 2b y 2c son unas
representaciones esquemáticas de diferentes estados de un
dispositivo de acuerdo con una primera forma de realización de la
invención.
La figura 3 es una representación esquemática de
un dispositivo de acuerdo con una segunda forma de realización de
la invención.
La figura 1 ilustra por lo tanto una
representación esquemática de un sistema que comprende una pila de
combustible 1 -objeto de la invención- destinada a alimentar un
aparato electrónico portátil, en este caso un teléfono portátil 2.
La alimentación se realiza por medio de una batería 3 denominada
tampón, apropiada para estabilizar la corriente eléctrica
suministrada al teléfono portátil 2. La pila de combustible 1
comprende de manera clásica un electrolito, un ánodo y un cátodo.
Ésta utiliza oxígeno gaseoso (O_{2}) como oxidante y, como
reductor, hidrógeno gaseoso (H_{2}) producido por medio de un
generador 5 de acuerdo con la presente invención. La pila así
descrita puede alimentar en particular unos aparatos de bajas
potencias, es decir, típicamente comprendidas entre 1 W y 100
W.
En el ejemplo de la figura 1, el generador 5
comprende una reserva de los combustibles 4' que se acaba de
conectar, por medio de una conexión rápida que presenta dos piezas
complementarias 6 y 7, en un alojamiento adecuado 4 previsto a
nivel de la pila 1.
Las figuras 2a a 2c ilustran una primera forma
de realización de la invención. De acuerdo con ésta, este generador
comprende un reactor 28, cuyo cuerpo aloja el sitio de la reacción
de producción de hidrógeno. Este cuerpo de reactor 28 presenta un
orificio 27 destinado a permitir la evacuación del hidrógeno gaseoso
producido. En este orificio 27, se puede montar un conducto de
transporte del hidrógeno hasta la pila de combustible 1.
El cuerpo de reactor 28 contiene borohidruro de
sodio 22 en forma sólida en el estado de polvo aglomerado. El
borohidruro de sodio NaBH_{4} ocupa en este caso la mayor parte
del volumen del cuerpo de reactor 28, dejando libre el orificio 27
para la evacuación del hidrógeno producido por la reacción de
hidrólisis.
Es posible asimismo, sin apartarse por ello del
marco de la invención, utilizar un borohidruro de otro elemento
alcalino o alcalinotérreo, tal como el magnesio (Mg) (fórmula
Mg(BH_{4})_{2}). Estos compuestos permiten
alcanzar un rendimiento elevado para la reacción de génesis de
hidrógeno. Además, el uso de estos borohidruros no necesita ninguna
medida de seguridad particular, puesto que son inofensivos, es
decir, que no contaminan y que no son tóxicos.
Para aumentar el rendimiento de la reacción de
hidrólisis, se introduce un catalizador en el reactor 28 en forma
de una sal disuelta en el agua de la reacción. Es posible asimismo
introducir el catalizador en forma de partículas sólidas repartidas
en el hidruro 22. La adición del catalizador directamente en uno de
los reactivos presentes evita la introducción separada de éste en
el reactor, simplificando así la utilización del generador.
Este catalizador se puede seleccionar de entre
el grupo constituido por el rutenio (Ru), el platino (Pt), el
cobalto (Co), el paladio (Pd), el níquel (Ni), el hierro (Fe), el
oro (Au), la plata (Ag), el manganeso (Mn), el renio (Re), el rodio
(Rh), el titanio (Ti), el vanadio (V) y el cerio (Ce).
Por otro lado, el dispositivo objeto de la
invención comprende unos medios de liberación del agua 24 necesaria
para la reacción de hidrólisis, permitiendo estos medios llevar el
agua 24 al seno del reactor 28. En el ejemplo de la figura 2, estos
medios están constituidos por un conducto 21 de traída de agua 24
controlado por una válvula no representada. Este conducto 21
desemboca, por medio de un orificio 29 practicado en una pared del
reactor 28, a una canalización 23, de la que una de las funciones es
encaminar el agua 24 hasta el sitio de la reacción de
hidrólisis.
Esta canalización 23 está formada por una
envolvente cilíndrica de base circular. Esta envolvente cilíndrica
permite aislar el agua 24 transportada desde el hidruro 22 contenido
en el reactor 28, salvo a nivel del sitio previsto para la reacción
de hidrólisis. En efecto, por definición, la envolvente o
canalización 23 rodea, recubre y "protege" uno de los
reactivos, en este caso el agua 24. La canalización 23 presenta por
lo tanto una forma hueca para contener y rodear el hidruro 22.
En este caso, la envolvente que forma la
canalización 23 está realizada en aluminio. Este metal es conocido
por corroerse en medio básico, medio justamente obtenido por la
reacción de hidrólisis del hidruro. En efecto, la reacción de
hidrólisis produce unos iones hidróxidos (OH^{-}). Así, el pH que
resulta de dicha reacción de hidrólisis puede alcanzar
aproximadamente el valor de 11.
Ahora bien, cuando el aluminio se corroe y se
disuelve bajo la acción de los iones hidróxidos, esto produce
alúmina pero también hidrógeno, según la reacción siguiente:
2 Al + 6
OH^{-} \rightarrow Al_{2}O_{3} + 3
H_{2}
Por consiguiente, esta reacción
"secundaria" de producción de hidrógeno aumenta la cantidad
total de hidrógeno producido en el reactor y mejora de igual manera
la relación entre el hidrógeno producido y el peso del generador,
de alguna forma el "rendimiento másico" de la reacción.
Además, esta reacción presenta la ventaja de
disminuir el pH a nivel del sitio de la reacción consumiendo unos
iones hidróxidos, los cuales ralentizarían la reacción principal de
hidrólisis del hidruro. Este consumo de iones hidróxidos en la
corrosión del aluminio evita por lo tanto las fluctuaciones en la
producción de hidrógeno debidas a la disminución del pH.
A nivel de la estructura del generador, esta
corrosión del aluminio tiene por consecuencia el consumo progresivo
de la envolvente que forma la canalización 23. Así, según una
característica de la invención, esta envolvente libera el agua 24
necesaria para la hidrólisis de manera localizada y progresiva.
En primer lugar, esta liberación de agua 24 está
"localizada" puesto que interviene sólo en el extremo 26 de la
canalización 23, cuya posición en el seno del reactor varía a medida
que se consume el aluminio descrito anteriormente. En otras
palabras, el adjetivo "localizada" designa una superficie de
intercambio de reacción relativamente restringido, con respecto en
particular a la longitud de la cubierta 23.
En la práctica, la localización de la liberación
del agua 24 varía en el seno del reactor 28, pero, debido al
consumo de la canalización, la liberación del agua 24 está siempre
localizada en la zona en la que se desarrolla la reacción de
hidrólisis, es decir, a medida que se consume el hidruro. Por
consiguiente, y a diferencia de los dispositivos de la técnica
anterior, la canalización 23 no se puede obstruir por los productos
25 que proceden de la reacción de hidrólisis, que tienen una
consistencia a veces compacta.
A continuación, esta liberación de agua 24 es
progresiva puesto que resulta del consumo progresivo de la
envolvente por los productos de la reacción de hidrólisis. La
envolvente se consume así a medida que se producen iones hidróxidos
por la reacción de hidrólisis. Por consiguiente, su extremo 26 se
desplaza progresivamente con el sitio de la reacción hacia unas
zonas en las que el hidruro 22 no se ha hidrolizado todavía.
La envolvente 23 está dimensionada para hacer
corresponder su propio consumo por corrosión con la hidrólisis del
hidruro. A título de ejemplo, conviene prever una duración de 3
horas aproximadamente para corroer a la mitad las paredes de 50
\mum de espesor de un tubo de aluminio.
La figura 3 ilustra un modo de realización
alternativo de la invención, en el que el agua ya no es traída
desde el exterior del reactor 38, sino que está directamente
contenida en el reactor 38. Como en el primer modo de realización,
el agua se aísla del hidruro 32 mediante una envolvente 33, salvo
localmente a nivel del sitio previsto para el inicio de la reacción
de hidrólisis. Sin embargo, salvo esta parte no cubierta, el
hidruro 32 está en este caso contenido en esta envolvente 33, al
contrario del modo de realización ilustrado por las figuras 2a a
2c.
Como en el modo de realización anterior, la
envolvente aislante está realizada en aluminio. Ésta se corroe
progresivamente y de manera localizada al igual que la que forma la
canalización 23 a medida que tiene lugar la reacción de hidrólisis.
En esta forma de realización, esta canalización 33 adopta la forma
de un serpentín, con el fin de localizar de la manera más eficaz el
lugar del sitio de la reacción de hidrólisis, a medida que tiene
lugar su progresión. La reacción de corrosión del aluminio que forma
el serpentín presenta las mismas características y ventajas que las
descritas en relación con el modo de realización anterior.
Para localizar esta reacción en el lugar
deseado, en este caso a nivel de uno de los extremos 36 del
serpentín, se deposita una funda 39 sobre la mayor parte de la
envolvente 33 en aluminio. Esta funda 39 está constituida por una
capa realizada en un material pasivo frente al agua. Se entiende por
la expresión "pasiva" una materia que no reacciona y que
permanece íntegra en contacto con el agua; la funda es por lo tanto
insoluble en el agua. Esta funda 39 "protege" así la
envolvente 33 contra la corrosión a nivel de los lugares en los que
se deposita, impermeabilizándola. Por consiguiente, al principio de
la reacción, la envolvente 33 se corroe de manera localizada de
forma limitada a nivel del extremo 36 en el que no está cubierta por
la funda 39 y en el que no cubre el hidruro 32. La envolvente 33
sumergida está por lo tanto "protegida" contra una disolución
prematura, es decir, más rápida de lo pre-
visto.
visto.
La envolvente 33 está por lo tanto recubierta de
forma mayoritaria por la funda 39, y el conjunto que constituyen
está sumergido en el agua. Cuando la envolvente 33 entra en contacto
con el agua 34, en este caso a nivel de su extremo 36, la reacción
de hidrólisis se desarrolla tal como se ha descrito
anteriormente.
Al contrario del primer modo de realización
descrito, en el que la llegada de agua está controlada, en esta
forma de realización, el agua se introduce en su totalidad, lo que
induce el inicio de la reacción de hidrólisis.
Esta reacción prosigue entonces de manera
controlada mediante la estructura elegida para el hidruro, sin
detenerse. Sin embargo, para evitar la obstrucción de la funda 39
por los productos compactos procedentes de esta reacción, la funda
39 está formada por una capa suficientemente delgada para hacerla
dispersable en el agua 34 en ausencia del soporte sólido que
constituye la envolvente 33. De esta manera, a medida que se corroe
la envolvente 33, la funda 39 pierde su armadura y, por lo tanto,
se dispersa en el agua en pequeñas partículas. Estas partículas no
se disuelven puesto que la materia que constituye la funda 39 es
insoluble en el agua, tal como se ha indicado anteriormente. El
grosor de la funda 39 representa por lo tanto un compromiso entre la
función de impermeabilización de la envolvente 33 y la dispersión
necesaria de la envolvente 39 en el líquido contenido en el reactor
38.
De esta forma, de acuerdo con la invención, el
agua 34 entra en contacto con el hidruro de manera localizada y
progresiva, resultando la progresión del consumo del material
constitutivo de esta envolvente 33 por los productos de la reacción
de hidrólisis.
Una vez iniciada la reacción de hidrólisis, ésta
se auto-gestiona por la desaparición de la
envolvente 33 y se detiene sólo cuando la envolvente o el hidruro
se han consumido completamente.
La envolvente 33 está formada en este caso por
un cilindro de base circular cuya generatriz está curvada, de
manera que forma una especie de "serpentín", aumentando así la
compacidad del dispositivo.
Por otra parte y como en el primer modo de
realización, es ventajoso introducir un catalizador en el agua 34 o
en el hidruro 32, de manera que se aumenta el rendimiento de la
reacción de hidrólisis.
En el ejemplo de las figuras 2a a 2c y 3, las
envolventes que forman la canalización 23 o el serpentín 33 están
en forma de cilindro de base circular, pero podrían asimismo ser
cónicas y/o de sección poligonal.
Además, aunque se ha representado una única
envolvente 23, 33 respectivamente en las figuras 2a a 2c y 3, el
dispositivo puede comprender varias, que presentan unas geometrías
parecidas o no y repartidas en el reactor. Esto permite mejorar
todavía más el control de la reacción multiplicando las llegadas de
agua controlables al seno del reactor. Asimismo, se podría prever
sumergir varios "serpentines" en el reactor 38.
Para estas envolventes 23, 33, la elección de su
número, de sus geometrías y de sus posiciones en un reactor
particular depende de la progresión de la reacción de hidrólisis
deseada, en función de la duración total de producción de hidrógeno
prevista para este generador. Asimismo, resulta ventajoso
seleccionar las cantidades de hidruro 22, 32 y de agua 24, 34,
puestas en presencia en el seno del reactor 28, 38 de manera que se
produzca el caudal de hidrógeno determinado durante un tiempo
deseado.
Así, para obtener un caudal regular de
hidrógeno, se puede prever realizar los serpentines en hidruro
alargados y de sección ortogonal de superficie constante. Tal como
se entiende fácilmente con la observación de las figuras, en
particular de la comparación entre las figuras 2b y 2c, la forma del
hidruro en su envolvente sirve de soporte al desplazamiento del
sitio de la reacción de hidrólisis. Es la razón por la cual esta
forma es ventajosamente alargada o "delgada", de manera que se
realiza una hidrólisis progresiva del hidruro.
Claims (15)
1. Dispositivo para generar hidrógeno mediante
hidrólisis de un hidruro, que comprende
- -
- un reactor (28, 38) que contiene el hidruro (22, 32) en forma sólida, en el estado dividido o no, y que comprende por lo menos un orificio (27, 37) destinado a la evacuación del hidrógeno producido;
- -
- unos medios de liberación del agua (24, 34) necesaria para la reacción de hidrólisis,
- -
- por lo menos una envolvente (23, 33) apropiada para aislar el hidruro (22, 32) del agua (24, 34) necesaria para la reacción de hidrólisis, estando dicha envolvente (23, 33) constituida por un material consumible;
caracterizado porque dicha envolvente
(23, 33), soluble o dispersable, rodea y recubre el agua (24, 34) o
el hidruro (22, 32) y está constituida por un material que se
consume por los productos de la reacción de hidrólisis, de manera
que el lugar de puesta en contacto entre el agua (24, 34) y el
hidruro (22, 32), susceptible de servir de sitio a dicha reacción
de hidrólisis, se desplaza al seno de dicho reactor (28, 38) a
medida que se consume dicho material.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo para generar hidrógeno según la
reivindicación 1, caracterizado porque el hidruro (22, 32)
se selecciona de entre el grupo constituido por el tetrahidroborato
de sodio NaBH_{4}, el tetrahidroborato de magnesio
(Mg(BH_{4})_{2}), el tetrahidroborato de litio
LiBH_{4}, el tetrahidroborato de aluminio
Al(BH_{4})_{3}, el tetrahidroborato de berilio
Be(BH_{4})_{2}, el tetrahidroborato de zirconio
Zr(NH_{4})_{3}, el tetrahidroborato de calcio
Ca(BH_{4})_{2}, el tetrahidroborato de potasio
KBH_{4}, y los hidruros LiH, MgH_{2}, CaH_{2},
Ca(AlH_{4})_{2}, NaAlH_{4}, LiAlH_{4}.
3. Dispositivo para generar hidrógeno según una
de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el
material constitutivo de la envolvente (23, 33) es un material
metálico que se corroe en presencia de un medio básico.
4. Dispositivo para generar hidrógeno según una
de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el
material constitutivo de la envolvente (23, 33) es un material
orgánico que se degrada en presencia de un medio bási-
co.
co.
5. Dispositivo para generar hidrógeno según la
reivindicación 4, caracterizado porque el material orgánico
se selecciona de entre el grupo constituido por las poliamidas, los
policarbonatos, el PET (polietilentereftalato), los poliésteres, el
PVDF (polifluoruro de vinilideno), y el PBT (polibutilo
tereftalato).
6. Dispositivo para generar hidrógeno según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
material constitutivo de la envolvente (23, 33) es un material cuya
disolución bajo la acción de los productos de la reacción de
hidrólisis produce asimismo hidrógeno.
7. Dispositivo para generar hidrógeno según la
reivindicación 6, caracterizado porque dicho material es el
aluminio o una aleación de aluminio.
8. Dispositivo para generar hidrógeno según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
introduce un catalizador en el reactor (28, 38) en forma de una sal
disuelta en el agua (24, 34) o en forma de partículas sólidas
repartidas en el hidruro (22, 32).
9. Dispositivo para generar hidrógeno según la
reivindicación 8, caracterizado porque el elemento
constitutivo del catalizador se selecciona de entre el grupo
constituido por el cobalto (Co), el rutenio (Ru) y el platino (Pt),
el paladio (Pd), el níquel (Ni), el hierro (Fe), el oro (Au), la
plata (Ag), el manganeso (Mn), el renio (Re), el rodio (Rh), el
titanio (Ti), el vanadio (V) y el cerio (Ce).
10. Dispositivo para generar hidrógeno según una
de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el
reactor (28, 38) comprende además por lo menos un orificio (29) que
coincide con una canalización formada por la envolvente (23) de
manera que encamina el agua (24) al seno del reactor (28).
11. Dispositivo para generar hidrógeno según una
de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el
reactor (38) contiene agua (34), porque la envolvente (33) contiene
el hidruro (32), estando dicha envolvente (33), antes de cualquier
utilización del dispositivo, recubierta mayoritariamente por una
funda (39) realizada en un material dispersable pero no soluble en
el agua (34), estando el conjunto constituido por la funda (39) y
por la envolvente (33) sumergido en el agua (34).
12. Dispositivo para generar hidrógeno según una
de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la
envolvente (23, 33) está en forma de cilindro o de cono, de base
circular o poligonal.
13. Dispositivo para generar hidrógeno según una
de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la
envolvente (23, 33) presenta una forma alargada y hueca al igual
que una canalización.
14. Dispositivo para generar hidrógeno según una
de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque
comprende una pluralidad de envolventes (23, 33) que presentan unas
geometrías parecidas o no y repartidas en el reactor (28, 38).
15. Pila de combustible que comprende un
electrolito, un ánodo y un cátodo, cuyo oxidante es oxígeno
(O_{2}), y el reductor hidrógeno (H_{2}) producido por
hidrólisis, caracterizada porque comprende un dispositivo
(5) para generar hidrógeno mediante hidrólisis de un hidruro (22,
32) según una de las reivindicaciones anteriores.
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