在相关发明专利技术中，针对不同的应用实现了７０－１５０Ｗ功能性和便携式的直接硼氢化钠燃料电池（ＤＳＢＨＦＣ）的系统集成。该系统以此种方式集成：来自硼氢化钠燃料的氢和来自氧化剂过氧化氢的氧均不影响燃料电池的性能。７０－１５０Ｗ功率的系统包括四个不同的组。各个组具有两个各有七个电池的堆。因此，各个组具有共１４个电池。该系统共计有５６个电池。从储存容器泵送的燃料和氧化剂通过阳极管线和阴极管线配送到分配单元。在分配器中，针对各个堆分配给每个供应管线的阳极流和阴极流通过分配管线到达电池。堆中的燃料和氧化剂溶液通过收集管线到达收集单元。所述流从收集单元配送回供应容器。通过这种方式，实现了在用于各个７电池组的容器中的燃料和氧化剂的循环并且提高了性能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及功能性和便携式的70-150W直接硼氢化钠燃料电池的系统集成。
技术介绍
燃料电池是将反应的化学能直接转换为电能的电化学设备。燃料电池的物理结构包括与多孔阳极和多孔阴极接触的电解质层。在通常的燃料电池中，燃料被连续地供应至阳极(负电极)，而氧化剂(氧/空气)被连续地供应至阴极(正电极)。燃料电池可分为六种，例如聚合物电解质膜(PEM)燃料电池、直接甲醇燃料电池(DMFC)、碱性燃料电池 (AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)。燃料电池具有各种应用领域，例如便携式电子设备、车辆、电/热生产装置以及军事和民用机构。在这点上必须强调氢储存是严重的问题。为此，从硼矿物制造的硼氢化钠被认为是最重要的氢储存剂之一。对硼氢化钠的碱性水溶液进行催化分解来释放储存的氢。硼氢化钠可以储存高达 20% (按重量)的氢并且不易燃或者不易爆。可以很容易地对氢生产率进行控制。形成的氢一半来自于氢化物，另一半来自于水。催化剂和偏硼酸钠可以循环并重新利用。在这种燃料电池中，或者首先就地生产氢气并如此利用，或者可以直接将硼氢化钠用作燃料。特别在便携式燃料电池应用中，直接硼氢化钠燃料电池(DSBHFC)是直接甲醇燃料电池(DMFC) 的良好替代物。直接甲醇燃料电池与直接硼氢化钠燃料电池相比较时，对于直接甲醇燃料电池，电势、理论的比容量(specific capacity)和能量密度分别是1. 24V.5030A小时/ kg和6200W小时/kg，而对于直接硼氢化钠燃料电池，这些值分别是1. 64V、5667A小时/kg 和9285W小时/kg。此外，由于较差的阳极动力、甲醇的中毒效应和从阳极到阴极的交叉 (cross-over)，DMFC具有一些缺点。土耳其具有最高质量的世界上几乎70%的硼探明储量。直接硼氢化钠燃料电池包括电催化剂层(阳极和阴极)、电解质(膜)(膜和电极的组合称为MEA)、双极板、电流收集板、衬垫和其他连接元件。通过组合足够数量的电池来形成燃料电池堆以满足供电要求。燃料电池堆根据它们的应用、功率和电势要求具有不同的设计。这些设计是双极堆设计、伪双极堆设计和单极堆设计。并且，根据对供气和加湿的堆设计上的差别，各种类型可以分为子类。双极堆设计是PEM燃料电池中对于高功率(100W-1MW)需求最好的一种。 在双极堆设计中水和热管理有重要作用。伪双极堆设计适合于20-150W的功率水平，并且在这些堆中需要加湿。单极设计适合于低功率(1-50W)和高电势设备。加湿和温度控制在单极系统设计中很重要。依据应用的类型，伪双极堆设计和双极堆设计可以互换使用。单极设计更适合于诸如计算机的设备，这些设备具有大的组装表面面积。特别是在液体燃料电池系统中，反应中形成的产品和副产品在堆设计中极其重要。在形成气体产品和副产品的燃料电池中，由于连接类型极大地影响性能，因此板是串联还是并联连接非常重要。关于硼氢化钠燃料电池有各种专利。这些专利中的大部分涉及硼氢化钠的水解作用和由水解反应形成的氢的使用。Schlesinger等人在1953年发表的燃料电池领域的第一篇文章是关于由硼氢化钠生产氢。在专利US559640中，第一次提到了在其中使用了释放氢的一些氢化物(例如 NaBH4, KBH4, LiAlH4, KH和NaH)的碱性溶液的燃料电池。。在这种燃料电池中，不存在膜电解质。Amendola等人在1999年报道他们可以通过其中使用了阴离子交换膜的硼氢化钠燃料电池在70°C达到超过60mW/cm2的功率密度。专利US2004052722、US7045230、US7105033、US7083657、US68118334、US6339529、 US6932847、US6727012、US6683023、US6534033、US6946104、US654400、JP2004349029, JP200424似62、JP2006069869、JP200658753、JP2007012319、JP2006069869 涉及从硼氢化物生产氢和向燃料电池供应氢。在专利KR2004008897中报道，直接硼氢化钠燃料电池包括阴离子聚合物隔板和与空气电极和燃料电极相耦接的PH值大于13的碱性电解质，10-40%的NaBH4水溶液被供应至燃料电极。在专利US200721258中提到直接液体供应燃料电池包括胶体电解质和液体燃料，并且液体燃料是金属氢化物和/或硼氢化合物。在燃料电池中，通常使用空气或氧作为氧化剂。除这些之外，也可以使用过氧化氢作为氧化剂。有各种关于在燃料电池中使用过氧化氢的专利。在专利US20050255341和 W02005107002中报道了在直接硼氢化钠燃料电池中使用过氧化氢作为氧化剂，并且在12V 和70°C达到了 350mW/cm2的功率密度，通过使用过氧化氢，该燃料电池可以用于海底应用中。具体实施例方式在本专利技术中，制造并操作70-150W的硼氢化钠燃料电池。在该系统中，碱性溶液中的硼氢化钠用作燃料，酸性溶液中的过氧化氢用作氧化剂。燃料和氧化剂被供应给燃料电池，接着过量的燃料和氧化剂返回至它们的容器和/或与新燃料混合，这通过它们的摩尔浓度来进行监测。在直接硼氢化钠燃料电池中，作为燃料的硼氢化钠，通过整体的氧化反应(3)转换为偏硼酸和水。阳极NaBH4+80!T — NaBA+6H20+8eT° =-1.24(1)阴极2A+4H20+8e- — 80Η ° = 0· 4(2)整体NaBH4+202— NaB&+2H20 E° =1.64(3)然而，利用与上述反应并行的反应，硼氢化钠根据反应(4)也转换为氢和偏硼酸。NaBH4+2H20 ^ 4H2+NaB02(4)当供应液体氧化剂时，在阳极发生下面的反应。阳极NaBH4+80!T — NaBA+6H20+8eT° =-1. 24V(1)但是，在阴极，发生液体氧化剂H2A的不同反应。4H202 — 4H20+202202+4H20+8e" — 80Η ° = 0. 4V 或者4H202+8e" — 80Η ° = 0. 87V 或者4H202+8H++8e" — 8H20 E° = 1. 78V整体:NaBH4+4H202— NaB02+6H20 E° = 2. IlV 或者 3. 02V在直接硼氢化钠燃料电池中，依据使用的催化剂在阳极产生氢，由于过氧化氢的分解在阴极产生氧。来自液相的燃料和氧化剂的氢气和氧气分别破坏了氢和氧的流态 (flow regime)，并阻碍了在阳极和阴极上燃料和氧化剂与催化剂的接触。本专利技术涉及燃料电池系统的集成，其中由硼氢化钠燃料形成的氢或由过氧化氢形成的氧均不会影响燃料电池的性能。70-150W系统有四个不同组形成(附图说明图1)。这四个不同组由两个各七个电池的堆组成，总计达14个电池。各个电池具有25cm2的有效表面面积。将来自燃料储存容器Qa)的燃料和来自氧化剂储存容器Ob)的氧化剂分别(通过3a和3b)泵送至6mm宽的阳极侧分配单元输入管线Ga)并泵送至阳极分配单元(5a)，以及从阴极侧分配单元输入管线Gb)泵送至阴极侧分配单元(5b)。在分配单元( 中，对于各个堆分配到本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种便携式燃料电池系统，该燃料电池系统包括多个模块和位于所述多个模块中的多个电池，用于提供不劣化的氧和氢的燃料电池的性能，所述氧由过氧化氢（ａｑ）形成，该燃料电池系统通过使用直接硼氢化钠和由硼氢化钠形成的过氧化氢（ａｑ）来生成能量，为了实施集成和操作，在开始时或者在操作期间最快地且容易地用新电池替换有问题的电池，并为使重量和体积最小化，所述燃料电池系统包括：ａ）独立的四个组（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ），各个组包括两个各由七个电池组成的堆，各个电池彼此串联电连接，在所述四个组中燃料和氧化剂仅供应给所述堆；ｂ）两个子堆共同使用一公共板（２１）。该公共板在各个组（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）的两个堆之间，其中各个堆由七个电池组成；ｃ）抗腐蚀电流收集器（１４），其与７电池堆的阳极和阴极紧邻设置；ｄ）泵（３ａ、３ｂ），所述泵通过阳极侧分配单元输入管线（４ａ）和阴极侧分配单元输入管线（４ｂ）从储存容器中配送燃料和氧化剂；ｅ）分配单元（５ａ）具有最少八个用于阳极输入流的分配点，收集单元（１０ａ）具有最少八个用于阳极输出流的收集点；ｆ）分配单元（５ｂ）具有最少八个用于阴极输入流的分配点，收集单元（１０ｂ）具有最少八个用于阴极输出流的收集点。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：法特玛·古尔·博亚词三，
申请(专利权)人：土耳其科学技术研究理事会，
类型：发明
国别省市：TR
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