氫氣發(fa)生(sheng)器制(zhi)氫及(ji)應用(yong)技(ji)術(shu)研究(jiu)

人類(lei)社(she)會的(de)高(gao)速發展(zhan),使得對能源的(de)需(xu)求(qiu)量不斷(duan)增(zeng)長(chang),人類(lei)所(suo)使用的(de)壹(yi)次能源從(cong)化(hua)石燃料等能源向太(tai)陽(yang)能、風(feng)能等可再(zai)生(sheng)能源轉化已(yi)是(shi)大勢所(suo)趨。然(ran)而,這(zhe)些可(ke)再(zai)生(sheng)能源通(tong)常(chang)缺少(shao)轉(zhuan)化、儲存和恢(hui)復(fu)的(de)途徑(jing),而作(zuo)為(wei)二次能源的(de)氫能,恰恰為壹(yi)次能源、化學能和電能之(zhi)間的(de)轉化(hua)和存儲提(ti)供了(le)高(gao)效(xiao)的(de)途徑(jing)。
隨著(zhe)近年對氫(qing)能的(de)研究(jiu),氫能的(de)存儲和迅速釋放(fang)也(ye)成(cheng)為(wei)了(le)壹(yi)個(ge)明星(xing)課(ke)題(ti)。作(zuo)為(wei)化學儲氫(qing)的(de)壹(yi)種方式(shi),(Na BH4)以(yi)其(qi)高(gao)氫儲量、氫氣釋(shi)放便捷(jie)和相(xiang)對(dui)穩(wen)定(ding)的(de)化學(xue)性(xing)質(zhi),受(shou)到(dao)了(le)廣(guang)泛關(guan)註(zhu)。本(ben)文(wen)以(yi)Na BH4水(shui)解為(wei)理論基礎,制(zhi)備(bei)了(le)Na BH4水(shui)解所(suo)需(xu)催(cui)化劑(ji),設(she)計了(le)氫氣發(fa)生(sheng)及凈(jing)化(hua)系統(tong)並(bing)對其(qi)制(zhi)氫的(de)效(xiao)率與純度(du)進(jin)行了(le)考(kao)察(cha),終(zhong)將其應用於(yu)集成(cheng)的(de)燃料電池(chi)系統中(zhong),實(shi)現了(le)50-80W級燃料電池(chi)應用性(xing)設計。
本(ben)文(wen)從(cong)NaBH4水(shui)解原理出發,制(zhi)備(bei)了(le)用於(yu)Na BH4堿(jian)性(xing)溶液(ye)水(shui)解的(de)催(cui)化劑(ji),催(cui)化劑(ji)通(tong)過(guo)浸(jin)漬(zi)還(hai)原的(de)方法(fa)制(zhi)備(bei),以(yi)非(fei)晶(jing)態(tai)Co-B-P為有效(xiao)催(cui)化成(cheng)分,以(yi)泡沫鎳為搭載(zai)基(ji)體(ti)。本(ben)文(wen)還(hai)對不同負(fu)載(zai)量(liang)的(de)Co-B-P/泡沫鎳催(cui)化劑(ji)的(de)反應催(cui)化效(xiao)率進行(xing)了(le)初步(bu)測(ce)試,在對15wt%Na BH4溶液(ye)催(cui)化時(shi),負(fu)載(zai)率43%的(de)催(cui)化劑(ji)高(gao)催(cui)化速度(du)可(ke)達(da)每(mei)平方(fang)厘(li)米240ml/min(反應溫(wen)度(du)75℃)。此後,本(ben)文(wen)對(dui)氫氣發(fa)生(sheng)和凈化(hua)系統進行(xing)了(le)結構(gou)設計和性(xing)能考(kao)察(cha)。
結(jie)構上(shang),氫(qing)氣發(fa)生(sheng)器為(wei)內(nei)外腔可(ke)氣液(ye)分離式結(jie)構,凈化裝(zhuang)置為回(hui)流(liu)管(guan)-散(san)熱片(pian)-回流(liu)管(guan)-吸收劑(ji)四(si)級結(jie)構(gou)。性(xing)能上(shang),氫(qing)氣發(fa)生(sheng)器可(ke)裝(zhuang)載(zai)上(shang)述(shu)負(fu)載(zai)率43%的(de)催(cui)化劑(ji)66cm2,對(dui)流(liu)速不超過(guo)6ml/min的(de)15wt%Na BH4溶液(ye)催(cui)化轉(zhuan)化率在85%以(yi)上(shang),持(chi)續供氫(qing)速率1800ml/min,且(qie)反復使用40次負(fu)載(zai)率仍(reng)在35%以(yi)上(shang);凈(jing)化(hua)裝(zhuang)置的(de)散熱裝(zhuang)置可以(yi)對(dui)超(chao)過(guo)90%的(de)含堿(jian)蒸(zheng)氣冷(leng)凝,並(bing)依靠(kao)氫氣壓(ya)力(li)周期(qi)性(xing)回流(liu),吸收劑(ji)消(xiao)耗(hao)量高(gao)5g/小(xiao)時,氫(qing)氣中(zhong)堿(jian)性(xing)雜(za)質(zhi)去(qu)除,純凈氫(qing)氣可(ke)以(yi)供燃料電池(chi)系統長(chang)時間使用。
後,本(ben)文(wen)對(dui)小(xiao)型(xing)化(hua)燃料電池(chi)系統結(jie)構於(yu)控(kong)制(zhi)進行(xing)設計,並(bing)將上(shang)述(shu)氫(qing)氣發(fa)生(sheng)器應(ying)用(yong)其中(zhong),進(jin)行(xing)了(le)綜合性(xing)能測(ce)試。燃料電池(chi)適工作(zuo)壓(ya)強(qiang)為(wei)50-70k Pa,長(chang)時(shi)間按工作(zuo)溫(wen)度(du)不超過(guo)50℃。燃料電池(chi)系統凈(jing)重2.2kg,高(gao)輸出功率為82W,對(dui)應(ying)輸出電壓(ya)12V,能量密度(du)高(gao)可達(da)353Wh/kg,並(bing)在9小(xiao)時的(de)連續工作(zuo)中(zhong)性(xing)能無(wu)明顯(xian)衰(shuai)退,完(wan)成(cheng)了(le)50W以(yi)上(shang)的(de)燃料電池(chi)系統集成(cheng),具(ju)有實(shi)際應(ying)用價值。