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CN106684406B - 一种MgH2储氢材料反应腔及其燃料电池发电装置 - Google Patents

一种MgH2储氢材料反应腔及其燃料电池发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MgH2储氢材料反应腔及其燃料电池发电装置，上述MgH2储氢材料反应腔的内壁上设有第一阻隔层，并且，反应腔上设有用于通入水蒸汽且与第一阻隔层相抵的第一连接口和用于通出氢气且与第一阻隔层相抵的第二连接口，第一阻隔层构成的封闭区域内填充有粒径小于50um的MgH2粉末，第一阻隔层的厚度为1‑100mm。本发明提供的MgH2储氢材料反应腔中，通过阻隔层的设计，可有效阻挡MgH2粉末随氢气流出反应腔；同时，反应腔内装填的粒径小于50um的MgH2粉末和0.01‑30wt％的NaOH粉末，可有效缩短反应启动时间。

Description

一种MgH2储氢材料反应腔及其燃料电池发电装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种MgH2储氢材料反应腔及其燃料电池发电装置。
背景技术
氢气通过燃料电池可转化为电能。氢气的来源有两种，一种为储存在容器内，可为高压液态氢气储存方式；另一种为储存在材料里面，称作储氢材料。高压储氢方式有高压泄漏的危险，液态储氢方式有升温液态氢气沸腾的问题，储氢材料储氢方式被公认为最安全的储氢方法。储氢材料中提取氢气，供给燃料电池使用，便可发电。
氢化镁(MgH2)是一种已知的储氢材料，可与水反应产生氢气，并放出大量的热，其化学反应方程式为MgH2(S)+H2O(l)＝Mg(OH)2(S)+H2(g)↑，ΔH＝ -268kJ/mol。
上述的产氢方法叫做水解制氢。水解制氢法中，液态水从水箱内以打水泵打入反应腔与氢化镁接触反应产生氢气，再将氢气导入燃料电池即可发电，上述水解制氢法的缺点为液态水与氢化镁的反应速率低，使得氢气产生的速率低(或是氢气流量低)，而直接导致燃料电池的发电功率低。
为解决液态水与氢化镁反应速率低的问题，在反应中添加反应促进剂 (以催化反应方式或其他方式促进反应)的方法被提出来，例如在液态水中加入氯酸盐、NH4Cl、MgCl2、柠檬酸、LaH3。
添加水解反应促进剂除了直接提高使用材料的成本外，还有一个致命的缺点就是当燃料电池发电机(或是水解产氢设备)在搬运过程中因意外造成顷斜或顷倒时，液态水将顺着氢气出口流出到燃料电池，这流出的液态水杂质很多，可能是酸性或是碱性，甚至可能是带有MgH2或Mg(OH)2或MgO的悬浮液体，这杂质液体或悬浮液体，将覆盖燃料电池的膜电极，使氢气无法与膜电极接触，大幅降低燃料电池发电功率以至降低燃料电池寿命。
另外，酸性或碱性液体腐蚀管路以及管路上的阀门，更甚者，腐蚀性酸性或碱性液态水沿着管路通过燃料电池后，泄漏到外面，污染到使用者以及环境，伤害更大的是悬浮液体会阻塞氢气管路，造成氢气管路气压过大而爆裂，造成危险。
针对上述问题，有人提出气态-固态反应(gas-solid reaction)，也就是水蒸汽-氢化物水解反应法，上述方法中不存在液体，也不需要水解反应促进剂，可以解决上述液态水解产氢的问题。水蒸汽-氢化物水解反应法中，从水箱以打水泵将液态水打出，通过加热器，液态水汽化成水蒸汽，接着水蒸汽进入反应腔与氢化镁接触反应产生氢气，再将氢气导入燃料电池即可发电。
但现有的水蒸汽-氢化物水解反应法中大多存在水解反应速率低的技术问题。
发明内容
针对现有的燃料电池技术领域存在的上述问题，现提供一种旨在促进水蒸汽-氢化镁的水解反应、且可大幅缩短水蒸汽-氢化镁水解反应启动时间的 MgH2储氢材料反应腔及其燃料电池发电装置。
具体技术方案如下：
本发明的第一个方面是提供一种MgH2储氢材料反应腔，具有这样的特征，反应腔的内壁上设有第一阻隔层，并且，反应腔上设有用于通入水蒸汽且与第一阻隔层相抵的第一连接口和用于通出氢气且与第一阻隔层相抵的第二连接口，第一阻隔层构成的封闭区域内填充有粒径小于50um的MgH2粉末，第一阻隔层的厚度为1-100mm。
上述技术方案的有益效果为：利用水蒸汽-MgH2水解反应体系中粒径小于50um的MgH2粉末进行水解反应，以大幅提高氢气产生速率；阻隔层的设计在于大幅通透氢气的同时可有效阻挡MgH2粉末随氢气流出反应腔。
上述的MgH2储氢材料反应腔，还具有这样的特征，MgH2粉末中添加有0.01-30wt％的NaOH粉末。
上述技术方案的有益效果为：一方面利用NaOH遇水溶解放热，以快速提高系统温度，从而促进水蒸汽-MgH2反应，有效缩短反应启动时间；另一方面利用NaOH的强碱性溶解生成并包覆于MgH2表面的MgO、Mg(OH)2，以促进水蒸汽-MgH2反应的持续进行。
上述的MgH2储氢材料反应腔，还具有这样的特征，反应腔内还设有一通气管，通气管的一端贯穿第一阻隔层并与第一连接口连接，通气管的另一端延伸至第一阻隔层构成的封闭区域内，通气管延伸至第一阻隔层构成的封闭区域内的管壁上设有孔径为0.1-10mm的通气孔，并且，延伸至第一阻隔层构成的封闭区域内的部分通气管的外壁上设有第二阻隔层，第二阻隔层的厚度为0.1-20mm。
上述技术方案的有益效果为：通过通气管利用反应腔内的反应热使液态水汽化为水蒸汽。
上述的MgH2储氢材料反应腔，还具有这样的特征，第一阻隔层和第二阻隔层均由陶瓷纤维棉或陶瓷纤维毯铺设形成。
上述技术方案的有益效果为：由陶瓷纤维棉或陶瓷纤维毯铺设形成的第一阻隔层和第二阻隔层可有效防止MgH2粉末随氢气流出,且防止反应热散失，维持反应腔内高温状态(400-1000摄氏度)，进而避免冷凝出液态水，以维持高的水解反应速率，进而也可利用反应腔内反应热，取代加热器将液态水汽化成水蒸汽。
上述的MgH2储氢材料反应腔，还具有这样的特征，通气管为不锈钢管或铜管。
上述技术方案的有益效果为：利用不锈钢管或铜管良好的导热性，以期利用反应腔内的反应热使液态水汽化为水蒸汽。
本发明的第二个方面是提供一种燃料电池发电装置，包括水箱、打水泵、燃料电池组，具有这样的特征，水箱的出水口和打水泵的入水口通过管路连接，打水泵的出水口与反应腔的第一连接口通过管路连接，反应腔的第二连接口与燃料电池组通过管路连接。
上述的燃料电池发电装置，还具有这样的特征，还包括加热器，加热器设于打水泵与反应腔之间的管路上，以用于加热制备获得水蒸汽。
上述方案的有益效果是：
本发明提供的MgH2储氢材料反应腔中，通过阻隔层的设计，可有效阻挡MgH2粉末随氢气流出反应腔；同时，反应腔内装填的粒径小于50um的 MgH2粉末和0.01-30wt％的NaOH粉末，可有效缩短反应启动时间。本发明提供的MgH2储氢材料反应腔及其使用的燃料电池发电装置，具有结构简单、功能实用的优点。
附图说明
图1为本发明的实施例中提供的MgH2储氢材料反应腔的结构示意图。
附图中：1、反应腔、2、第二连接口；3、第一连接口；4、MgH2粉末； 5、第一阻隔层；6、通气管；7、通气孔；8、第二阻隔层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图1为本发明的实施例中提供的燃料电池反应腔的结构示意图。如图1 所示，本发明的实施例中提供的燃料电池反应腔中，反应腔1为圆筒形，反应腔1的内壁上设有第一阻隔层5，并且，反应腔1上设有用于通入水蒸汽且与第一阻隔层5相抵的第一连接口3和用于通出氢气且与第一阻隔层5相抵的第二连接口2，第一阻隔层5构成的封闭区域内填充有粒径小于50um 的MgH2粉末4，MgH2粉末4中添加有0.01-30wt％的NaOH粉末，第一阻隔层5的厚度为1-100mm；反应腔1内还设有一通气管6，通气管6的一端贯穿第一阻隔层5并与第一连接口3连接，通气管6的另一端延伸至第一阻隔层5构成的封闭区域内，通气管6延伸至第一阻隔层5构成的封闭区域内的部分外壁上设有第二阻隔层8，并且，通气管6延伸至第一阻隔层5构成的封闭区域内的管壁上还设有通气孔7，本实施例中通气孔7的孔径为 0.1-3mm，第二阻隔层8的厚度为0.1-20mm。
具体的，通气管6为不锈钢管或铜管；第一阻隔层5和第二阻隔层8均由陶瓷纤维棉或陶瓷纤维毯铺设形成。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种MgH2储氢材料反应腔，应用于燃料电池发电装置中，其特征在于，所述反应腔的内壁上设有第一阻隔层，并且，所述反应腔上设有用于通入水蒸汽且与所述第一阻隔层相抵的第一连接口和用于通出氢气且与所述第一阻隔层相抵的第二连接口，所述第一阻隔层构成的封闭区域内填充有粒径小于50μm的MgH2粉末，所述第一阻隔层的厚度为1-100mm，所述反应腔内还设有一通气管，所述通气管的一端贯穿所述第一阻隔层并与所述第一连接口连接，所述通气管的另一端延伸至第一阻隔层构成的封闭区域内，所述通气管延伸至所述第一阻隔层构成的封闭区域内的管壁上设有通气孔，并且，所述通气管延伸至所述第一阻隔层构成的封闭区域内的部分外壁上设有第二阻隔层，所述第二阻隔层的厚度为0.1-20mm。
2.根据权利要求1所述的MgH2储氢材料反应腔，其特征在于，所述MgH2粉末中添加有0.01-30wt%的NaOH粉末。
3.根据权利要求1所述的MgH2储氢材料反应腔，其特征在于，所述通气管为不锈钢管或铜管。
4.根据权利要求1所述的MgH2储氢材料反应腔，其特征在于，所述第一阻隔层和所述第二阻隔层均由陶瓷纤维棉或陶瓷纤维毯铺设形成。
5.一种燃料电池发电装置，包括水箱、打水泵、燃料电池组，其特征在于，还包括如权利要求1-4任一项所述的MgH2储氢材料反应腔，所述水箱的出水口和所述打水泵的入水口通过管路连接，所述打水泵的出水口与所述反应腔的第一连接口通过管路连接，所述反应腔的第二连接口与所述燃料电池组通过管路连接。
6.根据权利要求5所述的燃料电池发电装置，其特征在于，还包括加热器，所述加热器设于所述打水泵与所述第一连接口之间的管路上。
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