[发明专利]用于运行燃料电池的通过氢化聚硅烷的氢生成

说明书

相关申请

本申请要求2010年7月23日递交的德国专利申请102010032075.7的优先权，该德国专利申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及航空器中的氢产生。本发明具体涉及用于对在航空器中的燃料电池产生氢的燃料电池供给装置、燃料电池供给装置在航空器中的应用、具有燃料电池供给装置的航空器以及为航空器中的燃料电池生产氢的方法。

背景技术

已知燃料电池是用来发电流的高效技术。燃料电池中采用气体能量载体，例如氢或蒸发的液体燃料，通过电化学方法能直接将化学能转化为电能。如果采用氢-氧燃料电池，其可用于产生水以及发电。

氢本身是无毒的并能迅速蒸发。需要极度冷却(-235℃)以在低温储罐中以液体形式贮存氢。由于氢不作为天然原料出现，因而主要由含氢化合物，如烃，通过化学方法来生产氢。然而，某些燃料电池，例如聚合物电解质(PEM：质子交换膜)燃料电池或碱性燃料电池，需要非常高纯的氢。即使氢中的非常小量的其他气体或其他杂质也会损害燃料电池的效率。通常用于例如烃或者醇的重整方法无法获得必要纯度等级的过程氢气。因此，在例如天然气的重整方法中，对于重整需要显著的技术花费，所以这种PEM燃料电池的供给技术在实践中仅适合于固定装置。

为了在交通工具上如在车辆或航空器上使用，如DE 10 2005 051 583中所描述的，已知燃料电池包括氢气电极并为了运行需要氢气进料。在机动车上的氢供给可例如采用比如压力容器或低温储罐的常规的贮存装置。然而，特别是对于航空来说，比如低温储罐或压力容器的常规的贮存装置的使用，由于安全以及容量二者的原因而在航空器中受到限制。此外，化学转换器有可能被使用，例如蒸汽重整、部分氧化和自热重整。但是上述化学转换器需要辅助材料，如水或氧，或二者都需要。更具体地说，尤其是，PEM型燃料电池需要高纯度的过程氢气，并因此除重整之外还需要其他的气体纯化工艺，例如以除去一氧化碳(CO)。

此外，DE10059625中描述了一种用于生产增长的长链并最终是高级硅烷的方法，所述高级硅烷能作为不自燃的燃料。根据WO2008/000241，通过不需氧或空气的热解，硅烷可用作既可用于纯化硅又可用于提供用于燃料电池的运行的氢的能量载体。

发明内容

本发明要解决的问题是提供用于航空器中的燃料电池的简单并且安全的氢供给。

该问题由独立权利要求的主题解决，其中进一步的实施方案描述于其从属权利要求中。以下描述的实施方案涉及燃料电池供给装置、该供给装置在航空器中的应用、该氢供给装置作为应急系统的应用、具有该供给装置的航空器以及用于燃料电池的氢供给方法。

根据本发明实施方案的一个实例，提供一种用于为航空器中的燃料电池生成氢的燃料电池供给装置。该燃料电池供给装置具有反应腔，所述反应腔被设计为用于使氢化聚硅烷或其混合物与水反应。进一步地，提供用于将至少一种反应物进料到所述反应腔中的进料装置，以及用于将在所述反应中形成的氢从所述反应腔排出并将该氢进料到燃料电池中的排出装置。

以这种方式，结合在氢化聚硅烷中的氢可分裂出来用于燃料电池的运行。氢化聚硅烷是一种无毒的物质，主要由硅和氢组成。当氢以相应的纯度等级由氢化聚硅烷生产出来时，无须进一步的纯化，使得其例如可以直接用于PEM燃料电池。本发明的全文中，术语“聚硅烷”通常指具有实验式Si_nH_2n或Si_nH_2n+2的化合物，其中n大于6(n＞6)。“氢化聚硅烷”，以下也以缩写HPS表示，理解为在标准条件下以固体形式存在的聚硅烷。在本发明的意义上，聚硅烷指定为固体形式，它是作为单独的化合物的固体，或者是作为几种聚硅烷的混合物的固体。在本发明上下文中所说的标准条件是一个物理大气压的压力(p＝1大气压)和20摄氏度的温度(T＝20℃)。这些氢化聚硅烷或HPS及其混合物可例如根据DE2006043929A1来生产，其中Si链或Si骨架具有在分子中n＞10或n＞12的Si原子数。具有至少11个硅原子的Si链长的HPS，换句话说由十一硅烷开始的HPS，不再是可自燃的，并例如可为微黄白色的固体粉末形式。

采用固体形式的HPS，能够简单并且安全地处理该储氢材料。HPS可很好地储存，并且根据材料的不同形式(粉末、丸状、颗粒状、珠状、立方体)可获得不同的堆积密度。这样，HPS可以以固体形式储存，并仅在输送到反应腔时分散在液体中或可以与溶剂一起移动。进一步地，也可以将HPS直接用相应的固体进料器进料到反应腔中。