本发明专利技术涉及直接燃料电池，具体涉及一种基于有机液态储氢材料的直接燃料电池，它包括燃料电池单体，燃料电池单体通过AC/DC转换电路与负载相连；其特征在于：燃料电池单体上的储氢材料出口由储氢材料输出管与储氢材料罐相连通，燃料电池单体上的储氢材料氢化物输入口由储氢材料氢化物输入管与储氢材料氢化物罐相连通，储氢材料氢化物输入管上设有储氢材料氢化物泵；燃料电池单体上的出水口由出水管与水罐相连通，燃料电池单体上的进气口与进氧气管相连通；水罐顶部有出气口；储氢材料罐内盛有储氢材料，所述储氢材料为多元混合液态不饱和杂环芳烃。本发明专利技术不但简化了装置(结构简单)，还大幅提高了安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及清洁能源与新能源领域中氢能利用技术。具体涉及一种基于液态储氢材料的直接燃料电池。即对特定液态储氢材料的氢化物，通过直接燃料电池将其转化为储氢材料，同时放出电能。
技术介绍
能源是现代社会赖以生存和发展的基础，能源的供给能力密切关系着国民经济的可持续发展，是国家安全保障的战略基础之一。由于经济的高速发展致使传统的不可再生的化石燃料等能源日趋告急，当今各国政府均寄希望于氢能、太阳能、风能等新兴能源。燃料电池是一种清洁环保的氢能利用技术。它利用燃料的燃烧反应，将化学能直接转化为电能，而不经过卡诺热机，从而具有较高的能量转化效率。燃料电池主要分为固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、碱性燃料 电池(AFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。其中质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池工作温度较低(< 150°C)，被称为低温燃料电池，具有较好的应用前景。目前，低温燃料电池的燃料主要为H2，也可为醇类小分子，如甲醇等。使用甲醇作为燃料的燃料电池被称为甲醇直接燃料电池(DMFC)，由于甲醇在常温下是液态，使得燃料电池的体积表新，与气体燃料相t匕，甲醇易于储备和运输，具有较高的能量转换效率。其工作原理如下阳极CH30H+H20— C02+6H++6e-阴极I.502+6H++6e_ — 3H20总反应CH3OH+1.502+H20 — C02+3H20从上述反应可以看出，甲醇直接燃料电池所使用燃料甲醇是消耗品，反应产物中仍然有少量CO2。目前研究较多的储氢材料包括物理吸附类材料和化学吸附类材料，其中有机液体储氢材料是一种具有潜力的储氢材料。以芳香化合物为例，I摩尔环己烷可以放出3摩尔氢气，同时生成I摩尔苯；而苯又可以通过催化加氢，重新将氢储存。同时有机液体储氢材料在常温下主要为液态，方便运输。目前人们对于有机液体储氢材料的研究还集中在使用贵金属催化剂如Pt、Pd、Ru等催化有机液体储氢材料放出氢气供燃料电池使用。本专利技术中所选用的芳香分子的种类及其物理状态、脱氢过程的温度条件及其能量损耗等均与已报道的研究分子有明显区别，下面对此作具体分析讨论。I)分子须在工作温度(< 150°C )下是不易挥发的液体，而不是固体。虽然对于某些固体可溶于一定的溶剂中，但溶剂会以降低其在电极表面的浓度，如菲、蒽等固体以及苯等易挥发的液体就不能作为其工作介质；2)氢化分子的脱氢温度不宜太高，如苯的氢化分子环己烷脱氢温度大于300°C，这已远远超出了电池的工作温度，不宜作工作介质；同时，若脱氢氢化温度高，电池阳极的极化严重从而增加脱氢放电中的能量损耗。如脱氢温度高，所需热量大的苯等芳环小分子就不宜作工作介质。另外如乙烯醇这样的不稳定分子也不能作为工作介质。基于以上因素，有必要研发新型的至少在工作温度下为液体，其氢化物脱氢温度也足够低的有机液体储氢材料，提供一种结构简单、新型的直接燃料电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于有机液态储氢材料的直接燃料电池，该直接燃料电池具有结构简单的特点。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是一种基于有机液态储氢材料的直接燃料电池，它包括燃料电池单体26，燃料电池单体26通过AC/DC转换电路与负载相连；其特征在于燃料电池单体26上的储氢材料出口 14由储氢材料输出管16与储氢材料罐17相连通，燃料电池单体26上的储氢材料氢化物输入口 13由储氢材料氢化物输入管20与储氢材料氢化物罐18相连通，储氢材料氢化物输入管20上设有储氢材料氢化物泵19 ;燃料电池单体26上的出水口 25由出水管24与水罐22相连通，燃料电池单体26上的进气口 21与进氧气管相连通；水罐22顶部有出气口 23 ;储氢材料罐17内盛有储氢材料，所述储氢材 料为多元混合液态不饱和杂环芳烃。所述的多元混合液态不饱和杂环芳烃具体为多个液态不饱和杂环芳烃分子(如咔唑、N-甲基咔唑、N-乙基咔唑、吲哚、喹啉等)中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。所述的液态不饱和杂环芳烃分子中的杂环可以是所有环均为杂环，也可是部分杂 环，杂原子总数量范围为I到20个；杂环和芳环总数量为I至20 ;液态不饱和杂环芳烃分子中的单个环中碳原子个数为4至10个。杂环中的杂原子为氮、氧、硫等中的任意一种或任意二种以上。液态不饱和杂环芳烃分子为咔唑、N-甲基咔唑、N-乙基咔唑、吲哚或喹啉等。工作介质本专利技术的储氢材料(即工作介质)是环中含氮、氧、硫等杂原子的多元混合液态不饱和杂环芳烃(环数为I到20)。在芳环上含有不同侧基形成系列稠杂/芳环芳烃的混合物液体储氢材料。其中的稠杂/芳环芳烃环数小于8时，其存在形式为单有机分子；环数为8 15时，其形式为低聚体；环数超过15时，其形式为共轭高分子。研究表明稠环芳烃环数越多，其氢化分子脱氢温度愈低，相应的脱氢所耗能也愈少，但其熔点却愈高。另外，若环中还含有杂原子，则稠环芳烃氢化物的脱氢温度也会进一步降低，但其熔点也会进一步升高。若以多元混合液态不饱和杂环芳烃作为储氢材料，将上述直接电解加氢反应(I)的电解池和脱氢放电反应(2)的R-直接燃料耦合即可构成一种基于氢能的储能供能一体化系统。该系统工作介质(多元混合液态不饱和杂环芳烃)可循环利用，零排放、环境友好，可不受地域和环境的限制，因而可满足各类供电系统的“削峰填谷”之急需。本专利技术中的多元混合液态不饱和杂环芳烃在50至280°C的温度范围内，即可实现可逆储放氢，储氢容量可达8. Owt%。我们认为燃料电池可以按如下电化学反应实现芳香环氢化分子+O2 —芳香环分子+H2O (I)上述放电脱氢反应(I)的原理如图I所示，芳香环氢化分子直接在电池的阳极发生不完全氧化脱氢放电生成芳香环分子和质子，其中质子通过电解质扩散到阴极，在阴极上与氧气发生反应生成水。由此直接将储存于氢化芳香环分子中的氢能转化成了电能，而不经过释放氢气的过程。其产物主要为芳香环分子和水，芳香换分子又可重新进行氢化。芳香环分子及其氢化分子分别起到了储氢材料和直接提供氢源的作用。由此可知反应(I)所构成的电池为可循环的氢化储氢材料直接燃料电池。为简明起见称其为R-直接燃料电池(Reversible-直接燃料电池)，以区别于现有的有机物被完全氧化的直接燃料电池。本专利技术的原理R-直接燃料电池为一新型的直接燃料电池，其原理 如图I所示，电池反应为储氢材料氢化物分子+O2 —储氢材料分子+H20。电池装置结构如图2所示，当燃料电池工作时，储氢材料氢化物罐(储罐由活动隔板分隔成储氢材料罐和储氢材料氢化物罐)中的储氢材料氢化物被泵入电池阳极并直接阳极发生脱氢放电反应，生成储氢材料分子及质子，储氢材料分子流出电极进入储氢材料罐，而质子通过电解质扩散到阴极，在阴极上与氧气发生反应生成水。该系统可采用膜电极方式构成电堆。电堆中的每个单体包含流场板、密封件、膜电极(如图4所示)。本专利技术的有益效果是由于不需先释放氢气，不但简化了装置，还大幅提高了安全性，该直接燃料电池具有结构简单的特点。同时，由于R-直接燃料在外电路处于断路时不会自动脱氢造成浪费，方便随时调整电池堆中单电池使用数目，改变电池的输出功率，以适应电动汽车随机变速的需本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于有机液态储氢材料的直接燃料电池，它包括燃料电池单体(26)，燃料电池单体(26)通过AC/DC转换电路与负载相连；其特征在于：燃料电池单体(26)上的储氢材料出口(14)由储氢材料输出管(16)与储氢材料罐(17)相连通，燃料电池单体(26)上的储氢材料氢化物输入口(13)由储氢材料氢化物输入管(20)与储氢材料氢化物罐(18)相连通，储氢材料氢化物输入管(20)上设有储氢材料氢化物泵(19)；燃料电池单体(26)上的出水口(25)由出水管(24)与水罐(22)相连通，燃料电池单体(26)上的进气口(21)与进氧气管相连通；水罐(22)顶部有出气口(23)；储氢材料罐(17)内盛有储氢材料，所述储氢材料为多元混合液态不饱和杂环芳烃。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程寒松，倪刚，杨明，韩超群，韩波，王圣平，吴金平，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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