專利名稱：氫氣再利用的混和燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用從外部提供的燃料和空氣的電氣化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的燃料電池，特別是關(guān)于以BH4作為燃料使用的反應(yīng)堆發(fā)電時(shí)將副反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣利用于臨近的另一個(gè)反應(yīng)堆的發(fā)電中的氫氣再利用的混和燃料電池。
背景技術(shù)：
通常，燃料電池是直接將燃料的能量變成電能的裝置，以往的燃料電池的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1如圖所示。
下面，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。
由圖1可知，燃料電池1在整體上由具有發(fā)電功能的反應(yīng)堆10和其側(cè)面的儲(chǔ)存燃料的燃料罐2構(gòu)成，而燃料罐2和反應(yīng)堆10的陽(yáng)極上連接了燃料供應(yīng)線3和燃料回收線4，并在燃料供應(yīng)線3上設(shè)置了送出燃料的燃料泵5。
在所述反應(yīng)堆10的陰極上設(shè)置了空氣供應(yīng)線6和空氣排出線7，并在空氣供應(yīng)線6上設(shè)置了送出空氣的空氣泵8。
由以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的以往的燃料電池在機(jī)器開始工作時(shí)燃料泵5利用燃料供應(yīng)線3將儲(chǔ)存于燃料罐2中的燃料送到反應(yīng)堆10的陽(yáng)極(燃料極)。與此同時(shí)，空氣泵8通過(guò)空氣供應(yīng)線6將空氣送到反應(yīng)堆10的陰極(空氣極)上。
如上所述的供應(yīng)到反應(yīng)堆10的燃料和空氣在反應(yīng)堆10中隔著高分子電解質(zhì)膜流動(dòng)，以使陽(yáng)極上進(jìn)行氫氣的電化學(xué)氧化反應(yīng)，在陰極上進(jìn)行電化學(xué)還原反應(yīng)。這時(shí)，由所產(chǎn)生的電離子的移動(dòng)產(chǎn)生電流，并將這個(gè)電流集中到集電板(圖中未示)上作為電源使用。
這時(shí)的反應(yīng)方程式為陽(yáng)極E0＝1.24V陰極E0＝0.4V總方程E0＝1.64V
在這里，為了增加BH4-溶液的穩(wěn)定性而混入一定量的Na，這時(shí)會(huì)發(fā)生副反應(yīng)的反應(yīng)，而反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣會(huì)被廢棄掉。
因此，如上所述的以往的燃料電池中沒有再利用反應(yīng)堆10陽(yáng)極的副反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣而是進(jìn)行了廢棄，所以無(wú)法提高電池的發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種再次利用發(fā)電時(shí)副反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣，以提高發(fā)電效率的氫氣再利用的混和燃料電池。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種氫氣再利用的混和燃料電池，包括有由儲(chǔ)存水溶液狀態(tài)的BH4的燃料罐和配備了利用燃料罐提供的BH4和另外提供空氣的電氣化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的反應(yīng)堆的BFC發(fā)電裝置，還設(shè)有設(shè)置在BFC發(fā)電裝置的燃料回收線上用于分離燃料中包含的氫氣，以便再利用的氣液分離器；設(shè)置在BFC發(fā)電裝置的側(cè)面、配備有利用氣液分離器提供的氫氣和另外提供的空氣的電氣化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的反應(yīng)堆的高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置構(gòu)成。
由以上的說(shuō)明可知，本發(fā)明設(shè)計(jì)的氫氣再利用的混和燃料電池在BFC發(fā)電裝置的側(cè)面設(shè)置了高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置，并在BFC發(fā)電裝置的燃料回收線上設(shè)置了氣液分離器，分離BFC發(fā)電裝置的副反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣并將其作為高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置的燃料來(lái)使用，從而做到了廢物再利用，并由此提高了整個(gè)機(jī)器的發(fā)電效率。


圖1是以往的燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的氫氣再利用的混和燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的單位原電池結(jié)構(gòu)的斷面示意圖。
其中101BFC發(fā)電裝置 102氣液分離器103高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置111燃料罐112原電池 113反應(yīng)堆114燃料供應(yīng)線 115燃料回收線116燃料泵 117供氣線
118排氣線 119空氣泵122氫氣供應(yīng)線 123氫氣排出線124分支線 125連接線具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖給出具體實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明是如何實(shí)現(xiàn)的。
圖2表示本發(fā)明設(shè)計(jì)的氫氣再利用的混和燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的氫氣再利用的混和燃料電池包括以水溶液狀態(tài)的BH4和空氣為燃料，利用它們之間的電化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的BFC發(fā)電裝置101、分離BFC發(fā)電裝置101排出的燃料中包含的氫氣的氣液分離器102、設(shè)置在BFC發(fā)電裝置101的側(cè)面，利用氣液分離器102提供的氫氣和空氣的電氣化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置103構(gòu)成。
所述BFC發(fā)電裝置101包括保存水溶液狀態(tài)的BH4的燃料罐111、由多個(gè)原電池112積層形成的反應(yīng)堆113、連接在反應(yīng)堆113陽(yáng)極一側(cè)的燃料供應(yīng)線114和連接在反應(yīng)堆113陽(yáng)極另一側(cè)的燃料回收線115、設(shè)置在所述燃料供應(yīng)線114上送出燃料的燃料泵116、連接在反應(yīng)堆113陰極一側(cè)的供氣線117和連接在反應(yīng)堆113陰極另一側(cè)的排氣線118及設(shè)置在空氣供應(yīng)線117上的空氣泵119構(gòu)成。
所述高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置103包括與BFC發(fā)電裝置101的反應(yīng)堆113的側(cè)面相貼的反應(yīng)堆121、一端連接在反應(yīng)堆121陽(yáng)極一側(cè)的同時(shí)另一端連接在氣液分離器102的氫氣供應(yīng)線122、連接在所述反應(yīng)堆121陽(yáng)極另一側(cè)的氫氣排出線123、一端連接在所述反應(yīng)堆121的陰極一側(cè)而另一端連接在所述空氣供應(yīng)線117上的分支線124、一端連接在陰極另一側(cè)而另一端連接在空氣排出線118上的連接線125構(gòu)成。
所述BFC發(fā)電裝置101或高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置103的反應(yīng)堆113，121可以形成將單個(gè)原電池連續(xù)積層的形態(tài)或單個(gè)原電池的形態(tài)。
下面參照?qǐng)D3對(duì)單個(gè)原電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。由圖3可知，單個(gè)原電池包括為了向電解質(zhì)膜131的兩側(cè)擴(kuò)散氣體而接合陽(yáng)極132和陰極133形成的膜—電極組合體134、緊貼于膜—電極組合體134的兩側(cè)設(shè)置的在陽(yáng)極132和陰極133中形成燃料氣體及含氧氣體流動(dòng)通道的隔離板135、設(shè)置在隔離板135兩側(cè)的作為陽(yáng)極132和陰極133的集電極使用的集電板136，137構(gòu)成。
所述膜—電極組合體134的電解質(zhì)膜131采用高分子材料制成，商品化的電解質(zhì)膜131代表性的有杜邦公司的Nafion膜，其主要是起氫離子的載體作用的同時(shí)防止氧氣和氫氣的接觸。陽(yáng)極132和陰極133是支持白金(Pt)催化劑層的支持體，由復(fù)寫紙或炭精布接合于電解質(zhì)膜131兩側(cè)構(gòu)成。
所述隔離板135由高密度材料的石墨板構(gòu)成，內(nèi)部形成了可以使流體流動(dòng)的多個(gè)槽135a。
所述集電板136，137要采用導(dǎo)電性和耐腐蝕性良好且不與氫發(fā)生反應(yīng)的材料，具體可以采用鈦，不銹鋼，銅等材料。
如上構(gòu)成的本發(fā)明設(shè)計(jì)的氫氣再利用混合燃料電池的BFC發(fā)電裝置103中，燃料罐111通過(guò)燃料供應(yīng)線114給反應(yīng)堆113的陽(yáng)極132提供水溶液狀態(tài)的BH4，而空氣由空氣供應(yīng)線117供應(yīng)到給反應(yīng)堆113的陰極133時(shí)中間隔著膜—電極組合體134發(fā)生電化學(xué)離子反應(yīng)并由此產(chǎn)生電流，將產(chǎn)生的電流集中到集電板136，137上作為電源使用。
所述BFC發(fā)電裝置101的反應(yīng)方程為陽(yáng)極陰極總方程在這里，為了增加BFC發(fā)電裝置101中使用的BH4水溶液的穩(wěn)定性而混入一定量的Na，這時(shí)會(huì)發(fā)生副反應(yīng)的副反應(yīng)，而反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣與參加反應(yīng)后的燃料一同排出到反應(yīng)堆113的外部。
而且，所述反應(yīng)堆113排出的參加反應(yīng)后的燃料會(huì)經(jīng)過(guò)燃料回收線115上設(shè)置的氣液分離器102，使氫氣在這里經(jīng)過(guò)反應(yīng)將被分離出來(lái)。
同時(shí)，由氣液分離器102分離的氫氣通過(guò)氫氣供應(yīng)線122供應(yīng)到高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置103的反應(yīng)堆121的陽(yáng)極133中，與此同時(shí)，空氣通過(guò)分支線124供應(yīng)到陰極134中。由此，隔著膜—電組合體134進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流。
在高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置103的反應(yīng)原理為陽(yáng)極
陰極E0＝1.23V總方程E0＝1.23V將如上產(chǎn)生的電流集中到集電板136，137上作為電源使用。即，如上所述的將BFC發(fā)電裝置101中產(chǎn)生的氫氣作為高分子電解質(zhì)燃料電池的燃料來(lái)使用，從而做到了廢物再利用，并由此提高了發(fā)電效率。
權(quán)利要求
1.一種氫氣再利用的混和燃料電池，包括有由儲(chǔ)存水溶液狀態(tài)的BH4的燃料罐(111)和配備了利用燃料罐(111)提供的BH4和另外提供空氣的電氣化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的反應(yīng)堆的BFC發(fā)電裝置(101)，其特征在于，還設(shè)有設(shè)置在BFC發(fā)電裝置(101)的燃料回收線(115)上用于分離燃料中包含的氫氣，以便再利用的氣液分離器(102)；設(shè)置在BFC發(fā)電裝置(101)的側(cè)面、配備有利用氣液分離器(102)提供的氫氣和另外提供的空氣的電氣化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的反應(yīng)堆的高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置(103)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣再利用的混和燃料電池，其特征在于，所述氣液分離器(102)和高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置(103)的陽(yáng)極是通過(guò)氫氣供應(yīng)線(122)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種氫氣再利用的混和燃料電池，有由儲(chǔ)存水溶液狀態(tài)的BH4的燃料罐和配備了利用燃料罐提供的BH4和另外提供空氣的電氣化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的反應(yīng)堆的BFC發(fā)電裝置，設(shè)置在BFC發(fā)電裝置的燃料回收線上用于分離燃料中包含的氫氣，可再利用的氣液分離器；設(shè)置在BFC發(fā)電裝置的側(cè)面、配備有利用氣液分離器提供的氫氣和另外提供的空氣的電氣化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的反應(yīng)堆的高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置。本發(fā)明分離BFC發(fā)電裝置的副反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣并將其作為高分子電解質(zhì)燃料電池發(fā)電裝置的燃料來(lái)使用，從而做到了廢物再利用，并由此提高了整個(gè)機(jī)器的發(fā)電效率。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1532970SQ0312085
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月25日
發(fā)明者趙太熙, 樸明碩, 李明浩, 黃龍俊, 金鐵煥, 許成根, 高承兌, 崔洪 申請(qǐng)人:樂(lè)金電子(天津)電器有限公司