一种水解制氢剂制造技术

本发明专利技术公开了一种水解制氢剂，至少包含硼氢化物、金属催化剂、酸催化剂；所述金属催化剂为CoCl2、Co-B、FeCl2、NiCl2、CuCl2中的一种或几种；所述酸催化剂为柠檬酸、草酸、磷酸中的一种或几种。本发明专利技术提出将金属催化剂和酸催化剂两种不同的催化剂进行混合，并按照一定配方比与硼氢化物反应，并在配方中加入吸水剂和膨松剂，使该催化剂呈现多孔状、比表面积大、催化活性强等特点，催化剂寿命也得到大大提高，同时产氢量和制氢速率也得到了综合提高。本发明专利技术解决了硼氢化物水解制氢速率和产量的问题。另外，本发明专利技术公开的制氢配方可以提高移动氢燃料电池的能量密度，在便携式制氢领域具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氢能及燃料电池领域，具体涉及一种水解制氢剂。
技术介绍
无人机可以在枯燥、肮脏和危险的环境下执行任务，除了在军事领域受到广泛重视以外，在灾害防御监控、电力通讯系统检修、海洋调查等民用领域都具有极其广泛的用途。较大型的无人机采用燃烧式发动机，使用传统燃油驱动；小型的无人机大多使用电力发动机，一般由锂离子电池来驱动。基于不同材料体系，目前的锂离子电池技术比能量有限，在150 Wh/kg到250 Wh/kg范围之间，无法满足现代无人机小型化、长航程的发展趋势需求，因此，研宄具有高比能量的电源具有重要意义。作为具有高比能量的电源系统，质子交换膜燃料电池在无人机上的应用越来越受到各国的重视。但燃料电池系统比能量主要受制于储氢系统，现有的高压储氢、液态储氢、固态合金储氢等技术虽各有优缺点，但都很难满足长航程无人机高比能量的要求。最前沿的燃料电池无人机采用硼氢化物水解供氢，这样的硼氢化物制氢-质子交换膜燃料电池(B-H-PEMFC)电源系统中，硼氢化钠水解制氢反应为: 根据上述反应，Ig似8比可以产氢0.211g，制氢量可以达到7.4 wt%o如果以燃料电池单体电压0.7V计算的话，B-H-PEMFC系统理论比能量可以达到2770 Wh/kg。可见，B-H-PEMFC系统具有非常高的比能量，实际无人机用B-H-PEMFC系统比能量可达500~1300Wh/kg,是锂离子电池的2.5到7倍。在实际硼氢化钠水解制氢体系中，通常采用NaBH4S液在催化剂的作用下水解产生氢气。这种制氢系统中，NaBH4溶液通过微型泵送至反应器水解，产物经气液分离，残液进入废液罐，氢气进入燃料电池发电。制氢系统中，为避免低溶解度的NaBO2.XH2O结晶析出对催化剂造成影响或破坏，不能使用浓度太高的NaBH4溶液，所以文献中推荐NaBH 4溶液的最佳浓度为15 wt%左右。但是，溶液中的过量水降低了系统比能量。为了提高比能量，降低水解反应中水的量尤其重要。因此，NaBH^体与少量水的反应研宄受到重视，包括水蒸汽或液体水。Prosini等利用多孔物质使水渗透到NaBH4固体中发生水解反应，发现水进入固体后即有氢气产生，水与NaBHd^摩尔比大约为6时，NaBH4反应完全。Liu等研宄表明，水与NaBH4的摩尔比低于为4时，采用CoCl 2作催化剂可使NaBH4转化率达到90%，制氢量可以达到6.7wt%，但经实验表明，当似8!14与少量水反应时速率比较慢。因此，研宄和开发一种快速制氢的硼氢化物水解制氢的催化剂方法成为该
亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种高制氢率、性能稳定和快速制氢的硼氢化物水解制氢的配方，克服现有的硼氢化物水解制氢产氢量低和反应速率慢的缺陷。本专利技术的技术方案为:一种水解制氢剂，至少包含硼氢化物、金属催化剂、酸催化剂；所述金属催化剂为CoCl2、Co-B, FeCl2, NiCl2, CuCl2*的一种或几种；所述酸催化剂为柠檬酸、草酸、磷酸中的一种或几种。进一步地，硼氢化物与金属催化剂的质量比为5?12: 1，硼氢化物与酸催化剂的质量比为5?12: 1最优选地，硼氢化钠:氯化钴:柠檬酸=0.25: 0.03: 0.04。进一步地，还包括吸水剂和膨松剂，硼氢化物与吸水剂和膨松剂的质量比为5?15: 1，其中吸水剂与膨松剂的质量比为I?5: 1进一步地，所述吸水剂为氯化钙、活性炭、脱脂棉或硅胶中的一种或几种。进一步地，所述膨松剂为活性炭。本专利技术与现有技术相比具有如下优点: 本专利技术的配方可以达到很高的单位质量产氢密度，单位质量产氢量最高可达700mL/g。本专利技术的配方在水量充足的情况下可以达到90%以上的制氢转化率。本专利技术的配方在供水量低于反应剂量比时反应速度也很快，如图1所示，加水量为0.25ml时在3min左右产氢量达到350mL/g。本专利技术的配方采用金属催化剂和酸催化剂混合物作为催化剂制氢，与传统的贵金属Pt催化剂相比成本降低。本专利技术的配方作为氢燃料电池的移动氢源可以降低制氢配方重量，由于只携带了固体粉末，并没有配成浓度较低硼氢化物溶液，进而提高燃料电池的系统能量密度。本专利技术的配方为固体混合物，和硼氢化物液体混合物相比，便于携带移动。本专利技术的配方为固体混合物，不需要携带低浓度的硼氢化物溶液，故可以省去携带多余水的体积空间，进而提高燃料电池的体积能量密度。本专利技术的配方中加入了吸水剂，可以将燃料电池阴极侧产生的水吸附到阳极侧，利于硼氢化物水解制氢。【附图说明】图1、图2和图3为实验例I中不同配比的单位质量产氢图； 图4为实施例2的单位质量产氢图； 图5为对比实验I的单位质量产氢图； 图6为对比实验2的单位质量产氢图。【具体实施方式】实验例I 将0.25g硼氢化钠粉末、0.05g氯化钴、不同质量的梓檬酸的混合粉末在50mL圆底烧瓶中充分混合后，在用ImL的注射针将0.25mL、0.5mL、0.75mL的蒸馏水加入圆底烧瓶中进行反应，所产生的氢气用导气管引出通过胶管引到积满水倒扣到大烧杯的IL量筒中，从而记录一定时间间隔所收集到所产生氢气的量。反应是在室温为18°C，NaBH4用量0.25g，进水方式选择一次性注入的条件下进行的。单位质量产氢量Vm (mL/g)和时间t (min)如附图1~图3所示(图例中用W代表加水量，N代表柠檬酸，C代表氯化钴)。实验例2 将0.25g硼氢化钠粉末、0.03g氯化钴、不同质量的梓檬酸的混合粉末在50mL圆底烧瓶中充分混合后，在用ImL的注射针将0.5mL蒸馏水加入圆底烧瓶中进行反应，所产生的氢气用导气管引出通过胶管引到积满水倒扣到大烧杯的IL量筒中，从而记录一定时间间隔所收集到所产生氢气的量。反应是在室温为18°C，NaBH4用量0.25g，进水方式选择一次性注入的条件下进行的。单位质量产氢量Vm (mL/g)和时间t (min)如附图4所示(图例中用W代表加水量，N代表柠檬酸，C代表氯化钴)。从上述两个实验例中，得到的最优配比为硼氢化钠:氯化钴:柠檬酸=0.25:0.03: 0.04，单位质量产氢量约70011117^。对比实验I 将0.25g硼氢化钠粉末和0.05g、0.1Og,0.15g、0.20g和0.25g柠檬酸粉末均匀混合后，在用ImL的注射针将0.5mL蒸馏水加入圆底烧瓶中进行反应，所产生的氢气用导气管引出通过胶管引到积满水倒扣到大烧杯的IL量筒中，从而记录一定时间间隔所收集到所产生氢气的量。反应是在室温为18°C，NaBH4用量0.25g，进水方式选择一次性注入的条件下进行的。单位质量产氢量Vm (mL/g)和时间t (min)如附图5所示(图例中用W代表加水量，N代表梓檬酸)。对比实验2 将0.25g硼氢化钠粉末分别和0.03g、0.04g、0.05g、0.06g、0.07g的氯化钴粉末均匀混合后，在用ImL的注射针将0.5mL蒸馏水加入圆底烧瓶中进行反应，所产生的氢气用导气管引出通过胶管引到积满水倒扣到大烧杯的IL量筒中，从而记录一定时间间隔所收集到所产生氢气的量。反应是在室温为18°C，NaBH4用量0.25g，进水方式选择一次性注入的条件下进行的。单位质量产氢量Vm (mL/g)和时间t 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水解制氢剂，其特征在于，至少包含硼氢化物、金属催化剂、酸催化剂；所述金属催化剂为CoCl2、Co‑B、FeCl2、NiCl2、CuCl2中的一种或几种；所述酸催化剂为柠檬酸、草酸、磷酸中的一种或几种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志祥，陈维荣，李奇，张雪霞，戴朝华，王勇，
申请(专利权)人：成都瑞顶特科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51