固态氢燃料及其制造方法和使用方法技术

一种固态氢燃料，为一固态压结块体，制造时均匀混合至少一种氢化物粉体和至少一种放氢催化剂粉体，取出混合后的粉末再压结成块体。使用固态氢燃料时，使固态氢燃料与水混合，产生氢气。其中，氢化物粉体与水进行一放氢反应，放氢催化剂粉体则用以催化该放氢反应，以生成氢气。固态氢化物的氢气生成量较高，且可有效将氢气释放完毕。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种，且特别是有关于一种 可轻易使用且能有效释放氢气并突破传统液态氢燃料限制的固态氢燃料及其使用方法。
技术介绍
燃料电池是一种能将化学能转变成电能的装置，只要能持续地供给燃料及氧化剂 予燃料电池，便能不断地得到电能。对于氢燃料电池而言，其燃料为氢气，氧化剂为氧气。然 而，氢气是一种具危险性的易燃气体且存放的条件严苛。故在传统上，通常是以氢化物的水 溶液或是含有氢气的储氢材料当作氢源，再从中提取氢气以供予燃料电池来使用。以下概略地介绍一种传统上用于氢燃料电池中的制氢系统及其运作方式，此制氢 系统是使用硼氢化钠(NaBH4)水溶液作为氢源。请参照图1，其绘示一种传统制氢系统的示 意图。传统的制氢系统110用以从硼氢化钠水溶液中提取氢气以供予燃料电池100来使用。 此制氢系统110包括有燃料箱111、回收箱112、泵113、催化剂床114、气液分离室115、压力 传感器116以及控制器117。在图1中，控制器117与压力传感器116及泵113耦接。其中，泵113是将硼氢化 钠(NaBH4)水溶液(液态燃料)输送至催化剂床114，待放出氢气后，再将硼酸钠(NaBO2)水 溶液抽离催化剂床114，其化学反应式(1)如下催化剂NaBH4+2H20_^ 4H2+NaB02+Heat^ (1)当传统的制氢系统110开始运作时，控制器117会根据压力传感器116从气液分 离室115中感测到的氢气压力，来操控泵113的运作，进而控制氢气的生成量。若感测到氢 气压力不足时，泵113会将燃料箱111中的硼氢化钠水溶液与燃料电池100的生成水输送 到催化剂床114，以由催化剂床114的催化作用来加速硼氢化钠的水解反应，使氢气能够快 速地产生。之后，在气液分离室115中，硼氢化钠水解后的产物，硼酸钠水溶液会被输送至 回收箱112中贮存，氢气则会被输送至燃料电池100中的阳极进行电化学反应，以持续地产 生直流电与生成水。然而，如化学反应式(1)所示，硼氢化钠(NaBH4)/硼酸钠(NaBO2)的析 出会造成管路阻塞，使泵113无法将液态燃料持续打入催化剂床114而造成放氢停止。再者，由于传统上是使用液态的硼氢化钠水溶液作为氢源，并从中提取氢气。所 以，氢气的生成量会受限于硼氢化钠于水的溶解度。举例来说，固态的硼氢化钠于水解反应 中，其氢气的理论生成量可达到10. 8wt%。但若将硼氢化钠制备成硼氢化钠水溶液，则须考 虑硼氢化钠于水的溶解度。在室温下硼氢化钠于水的溶解度约为0. 55g NaBH4/lg H2O,导致 其氢气的理论生成量剩下约7. 5wt%。另外，为了避免如前所述硼酸钠的析出而造成管路阻 塞，同时须考虑硼酸钠于水的溶解度。在室温下硼酸钠于水的溶解度约为0. 28g NaBO2/Ig H2O,所以在实际操作上可生成氢气的理论值只剩4. 6wt%。再者，传统液态氢燃料更有无法在短时间内将氢气释放完毕的问题。图2A绘示一种传统液态氢燃料的使用方法的简单示意图。图2B绘示使用传统液态氢燃料的放氢曲线 图。使用传统液态氢燃料时，可将催化剂(catalyst) 14放入碱性的液态硼氢化钠(NaBH4) 水溶液11中，并利用催化剂14和水溶液11接触反应释放氢气。其中，以Ig硼氢化钠溶于 40g的水形成氢化钠水溶液，并以0. 2g螯合钴离子后的阳离子交换树脂(IR-120)作为催化 剂(Co2+/IR-120)，利用如图2A所示的传统液态氢燃料的使用方法，而得到图2B的放氢曲 线。然而，除了前述硼酸钠于水的溶解度的问题外，如图2B所示，使用传统液态氢燃 料的放氢曲线显示氢气释放速率在一开始放氢后急速下降，并且降至A点之后均长时间 维持低放氢速率，直至时间轴终端仍然呈现低速放氢状态。因此，传统液态氢燃料无法在短 时间内将氢气释放完毕。综上所述，使用液态燃料，由于溶解度的问题使氢气的理论生成量从10. 8衬％减 少到4. 6wt%，造成储氢量很大的损失，即使以更大容量的燃料箱及回收箱来弥补损失，其 庞大的体积也将造成燃料电池在应用上的负担。并且，使用硼氢化钠水溶液的类的液态氢 源亦会造成系统机构设计较为复杂，导致产品应用性也受到限制。再者，就传统利用催化剂 和硼氢化钠水溶液接触反应释放氢气的使用方法而言，也有无法在短时间内将氢气释放完 毕的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。固态氢燃料是利 用固态氢化物粉体与固态催化剂粉体均勻混合后透过压结而形成。此固态氢燃料与水混合 就能生成氢气，且放氢速率快，可应用于高功率的燃料电池，制成一压结块体后，更便于携 带且形式可多变，较易与系统及产品的机构设计搭配，进而提升使用者的使用意愿。再者， 与传统使用氢化物水溶液产生氢气的效果相较的下，固态氢化物的氢气生成量较传统液态 氢化物高，且可在短时间有效将氢气释放完毕。为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，提出一种固态氢燃料的制造方法，首先 将固态氢化物粉体和固态催化剂粉体混合均勻，取出混合后的粉末进行压结成块体，该压 结块体包括均勻混合的至少一氢化物粉体和至少一放氢催化剂粉体。或者是先研磨固态催 化剂使的成为粉体或有较小粒径、再与氢化物粉体均勻混合，又或者是先分别研磨固态催 化剂与氢化物粉体使其成为粉体或有较小粒径，再均勻混合，又或者是将固态催化剂与氢 化物粉体一起研磨并混合，取出混合后的粉末进行压结成块体，该压结块体包括均勻混合 的至少一氢化物粉体和至少一放氢催化剂粉体。上述「研磨」或是「研磨并混合」的制作 方法，可使用破碎机、粉碎机、研磨机或是球磨机，该机器可为颚型破碎机(Jaw Crusher), 偏心破碎机(Gyratory Crusher)、细破碎机有锥形破碎机(Cone Crusher)、转轮破碎机 (Rolls Crusher)、冲击破碎机(Impact Crusher)、剪断破碎机、复合切断式破碎机、球磨机 (Ball Mill)、棒磨机(Rod Mill)、晃动球磨(Shaker Mill)、振动磨机(Vibration Mill)或 是各式研磨机(Grinding Machine)。前述「均勻混合」的制作方法，可使用研磨机、球磨机 (Ball Mill)、棒磨机(Rod Mill)、晃动球磨(Shaker Mill)、振动磨机(Vibration Mill)、 各式研磨机(Grinding Machine)、各式混合机、水平圆筒型混合机、立式圆筒型混合机、双圆锥混合机、带有抄板的水平圆筒型混合机、六角型混合机、八角型混合机、荸荠型混合机、 单圆锥型混合机、带有内螺旋叶片和抄板的圆筒型混合机、V型混合机、立式螺旋混合机、单 轴卧式螺旋混合机、复轴式螺旋混合机、单锥行星螺旋混合机、双锥螺旋混合机、旋转圆板 型混合机、离心式混合机、各式搅拌机、螺旋式搅拌机、双叶打蛋机、双球搅拌机、或是各式 混练机。根据本专利技术的第二方面，提出一种固态氢燃料，包括均勻混合的至少一种氢化物 粉体和至少一种放氢催化剂粉体，且该氢化物粉体和该放氢催化剂粉体为一固态压结块 体。 根据本专利技术的第三方面，提出一种固态氢燃料的使用方法，此固态氢燃料包括均 勻混合的至少一种氢化物粉体和至少一种放氢催化剂粉体。欲放氢使用时，只需将上述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态氢燃料，包括：至少一种氢化物粉体，可与水进行一放氢反应，以生成氢气；和至少一种放氢催化剂粉体，与该氢化物粉体均匀混合，以催化该放氢反应。

【技术特征摘要】
CN 2009-4-17 200910132093.2一种固态氢燃料，包括至少一种氢化物粉体，可与水进行一放氢反应，以生成氢气；和至少一种放氢催化剂粉体，与该氢化物粉体均匀混合，以催化该放氢反应。2.如权利要求1所述的固态氢燃料，其中，均勻混合的该氢化物粉体和该放氢催化剂 粉体为一固态压结块体。3.如权利要求1所述的固态氢燃料，其中，该氢化物粉体为硼氢化钠。4.如权利要求1所述的固态氢燃料，其中，包括一第一氢化物粉体、一第二氢化物粉体 和至少该放氢催化剂粉体，该第二氢化物粉体与该第一氢化物粉体及该放氢催化剂粉体均 勻混合，该第一、二氢化物粉体分别与水进行一第一、二放氢反应，以生成氢气。5.如权利要求4所述的固态氢燃料，其中，该第二氢化物粉体占该固态氢燃料总重的 0. 001wt%M 50wt%o6.如权利要求4所述的固态氢燃料，其中，该第一氢化物粉体为硼氢化钠，该第二氢化 物粉体选自于氢化铝锂、氢化铝钠、氢化铝镁、氢化铝钙、硼氢化锂、硼氢化钾、硼氢化铍、硼 氢化镁、硼氢化钙、氢化锂、氢化钠、氢化镁以及氢化钙所组成的群组。7.如权利要求1所述的固态氢燃料，其中，该放氢催化剂粉体占该固态氢燃料总重的 0. 000^^%至 50wt%。8.如权利要求1所述的固态氢燃料，其中，该放氢催化剂粉体为复数个金属纳米粒子， 该些金属纳米粒子选自于由钌、钴、镍、铁、锰以及铜所组成的群组中的至少一种金属、或两 种以上金属纳米粒子搭配。9.如权利要求1所述的固态氢燃料，其中，该放氢催化剂粉体包括复数个催化剂载体 及复数个金属纳米粒子，该些金属纳米粒子披覆于该些催化剂载体的表面，且该些金属纳 米粒子选自于由钌、钴、镍、铁、锰以及铜所组成的群组中的至少一种金属或两种以上金属 纳米粒子搭配。10.如权利要求9所述的固态氢燃料，其中，该放氢催化剂粉体的平均粒径范围约为 lnm 至 10mmo11.如权利要求1所述的固态氢燃料，其中，该放氢催化剂粉体包括复数个催化剂载体 及复数个金属离子，该些金属离子螯合于该些催化剂载体的表面，且该些金属离子选自于 由钌、钴、镍、铁、锰以及铜所组成的群组中的至少一种金属离子或两种以上金属离子搭配。12.如权利要求11所述的固态氢燃料，其中，该放氢催化剂粉体的平均粒径范围约为 lnm 至 10mmo13.一种固态氢燃料的制造方法，包括提供至少一固态氢化物粉体和至少一固态放氢催化剂粉体，其中，该固态氢化物粉体 可与水进行一放氢反应，以生成氢气，而该固态放氢催化剂粉体可催化该放氢反应；和均勻混合该固态氢化物粉体和该固态放氢催化剂粉体。14.如权利要求13所述的制造方法，其中，包括将均勻混合的该固态氢化物粉体和该 固态放氢催化剂粉体压结成一固态压结块体。15.如权利要求13所述的制造方法，其中，均勻混合该固态氢化物粉体和该固态放氢 催化剂粉体的步骤，可使用研磨机、球磨机、棒磨机、晃动球磨、振动磨机、各式研磨机、各式 混合机、水平圆筒型混合机、立式圆筒型混合机、双圆锥混合机、带有抄板的水平圆筒型混合机、六角型混合机、八角型混合机、荸荠型混合机、单圆锥型混合机、带有内螺旋叶片和抄 板的圆筒型混合机、V型混合机、立式螺旋混合机、单轴卧式螺旋混合机、复轴式螺旋混合 机、单锥行星螺旋混合机、双锥螺旋混合机、旋转圆板型混合机、离心式混合机、各式搅拌 机、螺旋式搅拌机、双叶打蛋机、双球搅拌机、或是各式混练机进行均勻混合。16.如权利要求13所述的制造方法，其中，先研磨该固态放氢催化剂粉体后，再均勻混 合该固态氢化物粉体和该固态放氢催化剂粉体。17.如权利要求13所述的制造方法，其中，在提供该固态氢化物粉体和该固态放氢催 化剂粉体后，将该氢化物粉体和该放氢催化剂粉体个别研磨，以致粉体化或产生较小粒径 后，再均勻混合。18.如权利要求13所述的制造方法，其中，以研磨方式均勻混合该固态氢化物粉体及 该固态放氢催化剂粉体。19.如权利要求18所述的制造方法，其中，在提供该固态氢化物粉体和该固态放氢催 化剂粉体后，将该氢化物粉体和该放氢催化剂固体混合后，同时研磨并混合。20.如权利要求19所述的制造方法，其中，同时研磨并混合的方法，可使用破碎机、粉 碎机、研磨机或是球磨机，该机器可为颚型破碎机、偏心破碎机、细破碎机有锥形破碎机、转 轮破碎机、冲击破碎机、剪断破碎机、复合切断式破碎机、球磨机、棒磨机、晃动球磨、振动磨 机或是各式研磨机。21.如权利要求13所述的制造方法，其中，该固态氢化物粉体为硼氢化钠。22.如权利要求13所述的制造方法，其中，包括提供一第一固态氢化物粉体、一第二固态氢化物粉体和至少该固态放氢催化剂粉体；和均勻混合该第一、二固态氢化物粉体和至少该固态放氢催化剂粉体。23.如权利要求22所述的制造方法，其中，包括将均勻混合的该第一、二固态氢化物粉 体和该固态放氢催化剂粉体压结成一固态压结块体。。24.如权利要求22所述的制造方法，其中，该第二固态氢化物粉体占总重量的 0. 001wt%M 50wt%o25.如权利要求22所述的制造方法，其中，该第一固态氢化物粉体为硼氢化钠，该第二 固态氢化物粉体选自于氢化铝锂、氢化铝钠、氢化铝镁、氢化铝钙、硼氢化锂、硼氢化钾、硼 氢化铍、硼氢化镁、硼氢化钙、氢化锂、氢化钠、氢化镁以及氢化钙所组成的群组。26.如权利要求13所述的制造方法，其中，该固态放氢催化剂粉体占总重量的 0. 000^^%至 50wt%。27.如权利要求13所述的制造方法，其中，该固态放氢催化剂粉体为复数个固态金属 纳米粒子，该些固态金属纳米粒子选自于由钌、钴、镍、铁、锰以及铜所组成的群组中的至少 一种金属、或两种以上固态金属纳米粒子搭配。28.如权利要求13所述的制造方法，其中，该固态放氢催化剂粉体包括复数个催化剂 载体及复数个金属纳米粒子，该些金属纳米粒子披覆于该些催化剂载体的表面，且该些金 属纳米粒子选自于由钌、钴、镍、铁、锰以及铜所组成的群组中的至少一种金属或两种以上 金属纳米粒子搭配。29.如权利要求28所述的制造方法，其中，该固态放氢催化剂粉体的平均粒径范围约为 lnm 至 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷杰人，蔡幸芬，许雅意，薛展立，郑名山，曹芳海，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]