氫氣發生器制氫及應用技術研究

人類社會的高速發展,使得對能源的需求量不斷增長,人類所使用的一次能源從化石燃料等能源向太陽能✘▩•、風能等可再生能源轉化已是大勢所趨·↟•◕。然而,這些可再生能源通常缺少轉化✘▩•、儲存和恢復的途徑,而作為二次能源的氫能,恰恰為一次能源✘▩•、化學能和電能之間的轉化和儲存提供了高效的途徑·↟•◕。
隨著近年對氫能的研究,氫能的儲存和迅速釋放也成為了一個明星課題·↟•◕。作為化學儲氫的一種方式,(Na BH4)以其高氫儲量✘▩•、氫氣釋放便捷和相對穩定的化學性質,受到了廣泛關注·↟•◕。本文以Na BH4水解為理論基礎,製備了Na BH4水解所需催化劑,設計了氫氣發生及淨化系統並對其制氫的效率與純度進行了考察,終將其應用於整合的燃料電池系統中,實現了50-80W級燃料電池應用性設計·↟•◕。
本文從NaBH4水解原理出發,製備了用於Na BH4鹼性溶液水解的催化劑,催化劑透過浸漬還原的方法制備,以非晶態Co-B-P為有效催化成分,以泡沫鎳為搭載基體·↟•◕。本文還對不同負載量的Co-B-P/泡沫鎳催化劑的反應催化效率進行了初步測試,在對15wt%Na BH4溶液催化時,負載率43%的催化劑高催化速度可達每平方釐米240ml/min(反應溫度75℃)·↟•◕。此後,本文對氫氣發生和淨化系統進行了結構設計和效能考察·↟•◕。
結構上,氫氣發生器為內外腔可氣液分離式結構,淨化裝置為迴流管-散熱片-迴流管-吸收劑四級結構·↟•◕。效能上,氫氣發生器可裝載上述負載率43%的催化劑66cm2,對流速不超過6ml/min的15wt%Na BH4溶液催化轉化率在85%以上,持續供氫速率1800ml/min,且反覆使用40次負載率仍在35%以上;淨化裝置的散熱裝置可以對超過90%的含鹼蒸氣冷凝,並依靠氫氣壓力週期性迴流,吸收劑消耗量高5g/小時,氫氣中鹼性雜質去除,純淨氫氣可以供燃料電池系統長時間使用·↟•◕。
後,本文對小型化燃料電池系統結構於控制進行設計,並將上述氫氣發生器應用其中,進行了綜合性能測試·↟•◕。燃料電池適工作壓強為50-70k Pa,長時間按工作溫度不超過50℃·↟•◕。燃料電池系統淨重2.2kg,高輸出功率為82W,對應輸出電壓12V,能量密度高可達353Wh/kg,並在9小時的連續工作中效能無明顯衰退,完成了50W以上的燃料電池系統整合,具有實際應用價值·↟•◕。