硼化合物燃料電池的氫氣排除裝置的製作方法
2023-10-19 09:04:12 2
專利名稱：硼化合物燃料電池的氫氣排除裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於燃料電池與處理殘物裝置的結合，更詳細是關於排除燃料中的氫氣來提高燃料電池發電效率的硼化合物燃料電池的氫氣排除裝置。
背景技術：
燃料電池是把燃料內的能量直接轉換成電能的裝置，有關的技術已經公開。這些燃料電池通常把正極和負極設置在高分子電解質的兩側。正極(氧化電極或者燃料極)上進行燃料中的氫的電化學氧化反應，負極(還原電極或者空氣極)上進行氧化劑中的氧的電化學還原反應。這時電子移動發電。
供給到這些燃料電池中的氫氣是液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、甲醇(CH3OH)、汽油等碳化氫系列(CH系列)，燃料在重整器裡經過脫磺過程→重整反應→氫氣淨化提取過程，並將提煉出的氫(H2)以氣態的形式使用。或者燃料電池中的氫氣是將固態BH4-以液態的形式提供，並直接用做燃料的硼化合物燃料電池(BFC)方式。
上述BFC方式的燃料電池有如下優點。燃料電池不使用重整器，而採用直接向電池堆的正極上供給液態的BH4-的方式進行重整反應。因此不需要重整器，所以能簡化全部過程。
但是，使用BH4-燃料的現有BFC方式燃料電池有如下問題。電池堆的流路裡同時存在液態的燃料和氣態的H2，所以壓力增大。由於壓力變大，須加大供給燃料的燃料泵的容量。因此不僅增加製造成本，而且電池的體積也變大。
發明內容
為了解決電池堆內部的氣態H2增加了不必要的壓力問題，因此，本發明提供一種硼化合物燃料電池的氫氣排除裝置。
為了達到上述目的，本發明提供如下特點的硼化合物燃料電池的氫氣排除裝置。包括把儲存在燃料罐裡的硼化合物供給到電池堆的正極，把空氣供給到電池堆的負極，在供給硼化合物和空氣的化學反應中得到電力的燃料電池中，具備排除燃料中氫氣的氣液分離器。
所述的裝置，其硼化合物是液態的BH4-。
所述的裝置，其氣液分離器是由在內側具備一定大小的空間部，並在兩側具備燃料入口和燃料出口的筒體狀機體，和形成在筒體狀機體上面並向外部排出氫氣的氫氣排出管構成。
所述的裝置，其氣液分離器是在燃料回收管上設置的。
這樣設計的硼化合物燃料電池的氫氣排除裝置，是在燃料回收管上設置排除氫氣的氣液分離器，所以在電池堆裡進行完反應的BH4-、BO2、2HO2混合液經燃料回收管回收的時候，在氣液分離器裡分離出BH4-、BO2、2HO2混合液中的氫氣。因此，向電池堆裡供給回收到燃料罐裡的燃料的時候，只供給排除完氫氣的液體燃料，所以能夠防止出現因氫氣加大電池內部壓力的現象。
圖1是本發明的簡略結構示意圖。
圖2是本發明的存儲器的單個電池結構的剖面示意圖。
圖3是本發明氣液分離器的剖面主視圖。
圖中主要部分符號的說明10電池堆12正極13負極 20燃料罐100氣液分離器 101空間部101a燃料入口101b燃料出口102機體 103氫氣排出管P泵具體實施方式
以下參照附圖及實施例對本發明詳細說明。
如圖1所示，燃料電池(1)在產生電力的電池堆(10)的一側具備儲存液態BH4-的燃料罐(20)，燃料罐(20)和電池堆(10)的正極上連接燃料供應管(30)和燃料回收管(40)，並且上述燃料供應管(30)上設置抽吸燃料的燃料泵(50)。
上述電池堆(10)的負極上連接空氣供應管(60)和空氣排出管(70)，並且空氣供應管(60)上設置抽吸空氣的氣泵(80)。
上述燃料回收管(40)上設置排除從電池堆(10)裡排出的燃料中氫氣的氣液分離器(100)。
上述電池堆(10)是由產生電化學反應的單個電池形成，或者層疊多個單個電池用螺絲組裝形成。
如圖2所示，單個電池由膜-電極集合(14)、雙極板(15)、集電板(16)、(17)構成。膜-電極集合(14)是擴散氣體的正極(12)和負極(13)結合在電解質膜(11)的兩側形成。雙極板(15)緊貼在上述膜-電極集合(14)的兩側，並且在正極(12)和負極(13)上形成燃料氣體及含氧氣的流路。集電板(16)、(17)設置在雙極板(15)的兩側形成正極(12)和負極(13)的集電極。
上述膜-電極集合(14)的電解質膜(11)是由高分子材料形成的離子交換膜，其代表性的並已商品化的電解質膜(11)由杜邦公司(Duponlnc)生產的Nafion膜，並且，在電解質膜傳送氫離子的同時防止氧和氫接觸。
正極(12)和負極(13)是支撐鉑(Pt)催化層的支撐體，並且多孔性碳化紙或碳化布結合在電解質膜(11)兩側的結構。
雙極板(15)是由吸收並儲存BH4-、BO2、2HO2混合液中的氣態氫氣的氫氣儲存合金形成，並且雙極板的內側面上有一定深度的多個流路槽15a。所以BH4-、BO2、2HO2混合液和空氣各自沿著緊貼在正極(12)和負極(13)上形成的流路流動。
集電板(16)，(17)應該是導電性要能好、耐腐蝕性能強、並且不會弱化氫氣。具體是使用鈦、不鏽鋼、銅等能滿足上述要求的任何一種。
氣液分離器(100)是由在內側具備一定大小的空間部，並在兩側具備燃料流入口(101a)和燃料出口(101b)的筒體狀機體(102)，和形成在筒體狀機體(102)上面並向外部排出氫氣的氫氣排出管(103)構成。
以下，說明具備本發明的氫氣排除裝置的燃料電池的運作效果。
操作者如果開啟燃料電池(1)的開關，控制部(未圖示)根據預先設定的控制程序運行燃料泵(50)，通過燃料供應管(30)向電池堆(10)的正極裡供給燃料罐(20)裡的液態的BH4-。與此同時控制部運作氣泵(80)，通過空氣供應管(60)向電池堆(10)的負極(13)裡供給空氣。
如上所述，供給到電池堆(10)裡的液態的BH4-沿著流路槽(15a)裡的流路流動，並且在膜-電極集合(14)的正極(12)上全面擴散，並進行氫氣的電化學氧化。空氣沿著含氧氣體的流路槽(15a)流動，並且在膜-電極集合(14)的負極(13)上全面擴散，並進行氧氣的電化學還原。並且這時產生的電子發電。這時產生的電在集電板(16)，(17)上集聚成為使用的能源。
這時的反應式如下。
E0＝1.64V如同上述供給到電池堆(10)裡並沿著電池堆(10)內部的流路流動的液態BH4-中含有氣態H2。但是上述H2氣體經過燃料回收管(40)上的氣液分離器(100)的時候分離出來，之後經過氫氣排出管(103)向外部排出去。因此燃料罐(20)只回收排除完BH4-、BO2、2HO2混合液的氫氣的液態燃料，並且重新向電池堆(10)裡供給上述液態燃料。所以在沒有壓力增加的最佳狀態下供給燃料。
權利要求
1.一種硼化合物燃料電池的氫氣排除裝置，包括把儲存在燃料罐裡的硼化合物供給到電池堆的正極，把空氣供給到電池堆的負極，其特徵在於在供給硼化合物和空氣的化學反應中得到電力的燃料電池中，具備排除燃料中氫氣的氣液分離器。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵是上述硼化合物是液態的BH4-。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵是上述氣液分離器是由在內側具備一定大小的空間部，並在兩側具備燃料入口和燃料出口的筒體狀機體，和形成在筒體狀機體上面並向外部排出氫氣的氫氣排出管構成。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵是氣液分離器是在燃料回收管上設置的。
全文摘要
本發明公開了一種硼化合物燃料電池的氫氣排除裝置，屬於燃料電池與處理殘物裝置的結合。該裝置包括把儲存在燃料罐裡的硼化合物供給到電池堆的正極，把空氣供給到電池堆的負極，而在供給硼化合物和空氣的化學反應中得到電力的燃料電池中，在燃料回收管上設置具備排除燃料中氫氣的氣液分離器。所以能防止由氫氣引起電池內部的壓力變大的現象。
文檔編號H01M8/04GK1549381SQ0312985
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月20日 優先權日2003年5月20日
發明者曺泰熙, 樸明碩, 李明浩, 金鐵煥, 黃龍俊, 許成根, 高承兌, 泰熙 申請人:樂金電子(天津)電器有限公司