一种液态有机储氢材料供氢的磷酸燃料电池系统技术方案

本实用新型专利技术涉及燃料电池技术领域，公开一种液态有机储氢材料供氢的磷酸燃料电池，其包含磷酸燃料电池电堆、供氢系统、热管理系统、空气供给系统、控制系统等，且磷酸燃料电池的微孔层内附着有液态有机储氢材料脱氢所需要的催化剂。运行时，液态有机储氢材料直接流入磷酸燃料电池电堆内部，磷酸燃料电池工作温度达到脱氢反应温度，此时电池单元内的脱氢催化剂催化液态有机储氢材料发生脱氢反应，不断为燃料电池提供氢气。同时，利用液态有机储氢材料直接对电堆散热而不需要使用冷却水。本实用新型专利技术直接在电堆内部发生脱氢反应，不需要设置外部脱氢设备，减小系统体积，降低系统成本；充分利用液态有机储氢材料对燃料电池电堆散热，减少能量消耗。少能量消耗。少能量消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种液态有机储氢材料供氢的磷酸燃料电池系统


[0001]本技术属于燃料电池
，尤其涉及到一种液态有机储氢材料供氢的磷酸燃料电池系统。

技术介绍

[0002]环境和能源问题一直是人类关心的重要议题，随着能源短缺问题的严峻，国家大力推动绿色清洁能源的发展。燃料电池作为一种能量转化效率高、功率密度高、对环境友好的新型能量转化装置，成为人们研究的一个重要方向。
[0003]目前，氢气的储运方式主要有高压气态储氢、低温液态储氢、液态有机储氢和固态储氢四种方式。液态有机储氢是利用烯烃、炔烃、芳烃等不饱和液态有机物，通过加氢反应将氢气固定形成分子内结合有氢的液态化合物以实现储氢的功能。与其他几种储氢方式相比，液态有机储氢方式的体积储氢密度大、液态储氢纯度高、储氢过程安全高效。但是，有机液态储氢材料的脱氢过程反应温度通常要大于180℃，因此脱氢过程往往耗能较大，需要结合专门的脱氢装置来脱氢。如一篇公开号为CN104309496A的中国专利技术专利申请公开一种适合氢能源汽车的有机液态氢转换气态氢气的供储系统，其需要用到电子激发器来有机氢化物裂解。又如一篇公开号为CN109585878A的中国专利技术专利申请公开一种联合发电装置热能再利用装置，其需要用到两级预热器和外部热量的实现富氢有机液体的脱氢。

技术实现思路

[0004]本技术的目的就是提供一种无需专门脱氢装置的液态有机储氢材料供氢的磷酸燃料电池系统。
[0005]为达到以上目的，本技术采用如下技术方案。
[0006]一种液态有机储氢材料供氢的磷酸燃料电池系统，其包括磷酸燃料电池电堆、液态有机储氢材料罐、散热器、空气供给装置和循环泵，所述液态有机储氢材料罐内存储有液态有机储氢材料，所述液态有机储氢材料罐通过循环管道与所述磷酸燃料电池电堆的液态有机储氢材料供给流道连接，所述散热器连接在所述循环管道上、并位于液态有机储氢材料供给流道的出口端与所述液态有机储氢材料罐之间，所述循环泵连接在所述循环管道上、为液态有机储氢材料的循环流动提供循环动力，所述空气供给装置通过空气供给管道为所述磷酸燃料电池电堆提供空气；在所述磷酸燃料电池电堆内设有脱氢催化剂。
[0007]更为优选的是，所述磷酸燃料电池电堆包括多个燃料电池单元，每个燃料电池单元包括磷酸电解质层，所述磷酸电解质层的两侧分别为阳极侧和阴极侧；在所述阳极侧设有依次排布的液态有机储氢材料供给流道层、第一气体扩散层、第一微孔层和阳极催化剂层，在所述阴极侧设有依次排布的空气供给流道层、第二气体扩散层、第二微孔层和阴极催化层，在所述第一微孔层内设有脱氢催化剂，所述阳极催化剂层和所述阴极催化层靠近所述磷酸电解质层设置。
[0008]更为优选的是，所述脱氢催化剂选自铂基催化剂和钯基催化剂，如氧化铝为载体
的铂催化剂，铂担载量为5%。
[0009]更为优选的是，在所述液态有机储氢材料罐上设有加氢口、排出口，在所述液态有机储氢材料罐内部设置氢含量监测传感器，用于实时监测液态有机储氢材料罐内部的氢含量。
[0010]当氢含量过低时，打开所述排出口的阀门，排出贫氢的液态有机储氢材料回收循环使用，新鲜的富氢液态有机储氢材料则通过所述加氢口注入。
[0011]更为优选的是，所述散热器的散热功率可调的散热器，在所述磷酸燃料电池电堆上设有温度检测装置用来监测磷酸燃料电池电堆内的温度变化；所述散热器和所述温度检测装置连接至燃料电池热管理系统。当磷酸燃料电池电堆内部温度低于第一预设值时，所述散热器处于关闭或低功率运行状态；当磷酸燃料电池电堆内部温度高于第二预设值时，所述散热器处于高功率运行状态。
[0012]更为优选的是，所述空气供给装置自带有流量控制装置、压力控制装置和湿度控制装置，用于控制进入所述磷酸燃料电池电堆的空气流量、压力、湿度。
[0013]更为优选的是，上述磷酸燃料电池系统还具有控制系统，该控制系统用于控制该磷酸燃料电池系统的所有组件。
[0014]更为优选的是，所述液态有机储氢材料为不饱和的烯烃、炔烃或芳香烃。
[0015]更为优选的是，所述液态有机储氢材料为不饱和的杂环芳烃。
[0016]更为优选的是，在所述循环管道和所述空气供给管道上设有阀门。
[0017]与现有技术相比，本技术具有如下有益效果。
[0018]1）磷酸燃料电池电堆以磷酸作为电解质，其工作温度在180
‑
210℃内；故在本技术中，直接在燃料电池单元内集成脱氢催化剂层，利用磷酸燃料电池电堆的工作温度作为催化脱氢反应温度，从而将液态有机储氢系统与磷酸燃料电池有机结合，充分利用燃料电池反应热，降低能耗，提高能量利用率，无需专门的脱氢装置，如固定床反应器等，减少磷酸燃料电池系统的设备，降低系统的生产成本，缩小设备体积。
[0019]2）液态有机储氢材料脱氢过程中通常需要加热才能达到反应所需温度，本技术中，充分利用了燃料电池电堆工作产生的热量为有机储氢材料加热，充分利用了反应余热，节约能耗。
[0020]3）本技术中，利用液态有机储氢材料带走磷酸燃料电池电堆中的多余热量，并将散热器布置于液态有机储氢材料流出管路上，故无需使用冷却水对系统散热，系统少了冷却水管路，减小设备体积。
附图说明
[0021]图1为本技术提供的磷酸燃料电池系统的结构示意图。
[0022]图2为燃料电池单元的结构示意图。
[0023]附图标记说明。
[0024]1：磷酸燃料电池电堆，2：液态有机储氢材料罐，3：散热器，4：空气供给装置，5：循环泵，6：循环管道，7、控制系统。
[0025]1‑
1：磷酸电解质层，1
‑
2：液态有机储氢材料供给流道层，1
‑
3：第一气体扩散层，1
‑
4：第一微孔层，1
‑
5：阳极催化剂层，1
‑
6：空气供给流道层，1
‑
7：第二气体扩散层，1
‑
8：第二
微孔层，1
‑
9：阴极催化层。
[0026]2‑
1：加氢口，2
‑
2：排出口，2
‑
3：氢含量监测传感器。
具体实施方式
[0027]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0028]下面结合附图，对本技术的具体实施方式作进一步的描述。
[0029]如图1所示，一种液态有机储氢材料供氢的磷酸燃料电池系统，包括磷酸燃料电池电堆1、液态有机储氢材料罐2、散热器3、空气供给装置4和循环泵5，所述液态有机储氢材料罐2通过循环管道6与磷酸燃料电池电堆1的液态有机储氢材料供给流道连接，所述散热器3连接在所述循环管道6上、并位于液态有机储氢材料供给流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态有机储氢材料供氢的磷酸燃料电池系统，其特征在于，包括磷酸燃料电池电堆、液态有机储氢材料罐、散热器、空气供给装置和循环泵，所述液态有机储氢材料罐内存储有液态有机储氢材料，所述液态有机储氢材料罐通过循环管道与所述磷酸燃料电池电堆的液态有机储氢材料供给流道连接，所述散热器连接在所述循环管道上、并位于液态有机储氢材料供给流道的出口端与所述液态有机储氢材料罐之间，所述循环泵连接在所述循环管道上、为液态有机储氢材料的循环流动提供循环动力，所述空气供给装置通过空气供给管道为所述磷酸燃料电池电堆提供空气；在所述磷酸燃料电池电堆内设有脱氢催化剂。2.如权利要求1所述的一种液态有机储氢材料供氢的磷酸燃料电池系统，其特征在于，所述磷酸燃料电池电堆包括多个燃料电池单元，每个燃料电池单元包括磷酸电解质层，所述磷酸电解质层的两侧分别为阳极侧和阴极侧；在所述阳极侧设有依次排布的液态有机储氢材料供给流道层、第一气体扩散层、第一微孔层和阳极催化剂层，在所述阴极侧设有依次排布的空气供给流道层、第二气体扩散层、第二微孔层和阴极催化层，在所述第一微孔层内设有所述脱氢催化剂，所述阳极催化剂层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐明，刘若璐，李洪伟，杨瀚舟，吴焯峰，龚聪文，黄亮，
申请(专利权)人：北京瀚锐氢能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：