[发明专利]一种具有两种输出形式的低温液相燃料重整器

说明书

技术领域

本发明属于新能源领域的燃料电池技术，涉及一种应用于质子交换膜燃料电池和液流燃料电池的具有两种输出形式的低温液相燃料重整器。

背景技术

燃料电池能通过把燃料和氧化剂分别在电池的两侧电极上放电实现将燃料的化学能直接转变为电能，所以它的能量转化率很高，不受卡诺循环能量转换效率的限制，是传统热机效率的两倍以上。通过氢燃料电池实现能量的转换是一种高效、清洁的能源利用方式。但由于氢燃料电池使用的燃料氢气是一种易燃易爆的气体，在存贮和运输环节存在很多的问题。目前主要氢气存贮方式有高压氢气罐存贮，储氢合金存贮以及高温催化剂重整。其中高压氢气罐储氢在存储氢压缩过程中本身耗能大、储氢密度低和体积大的缺点；而储氢合金储氢存在储氢合金在反复储氢过程合金不断粉碎细化导致合金储氢失效等一系列问题，同时储氢合金储氢还存在合金本身重量大的缺陷；而高温催化剂重整则存在重整器产出的氢气存在一定浓度的一氧化碳气体，能够使燃料电池的催化剂中毒导致燃料电池不能正常工作。因而，目前燃料电池领域的发展因为燃料的原因受到极大的阻碍。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种能满足在低温液态条件下通过使用低温液相燃料重整器将小分子液态燃料在中低温液相中转化来得到燃料电池使用的燃料，从而解决燃料电池燃料的存贮问题的具有两种输出形式的低温液相燃料重整器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有两种输出形式的低温液相燃料重整器，包括燃料反应室、换热器、电解室和含有催化剂的溶液，将催化剂溶液和小分子有机物溶液混合，然后将混合溶液输送至重整器的反应室在一定的温度和压力条件下发生化学反应生成具有还原性质的低价态燃料溶液，从而完成燃料的转换，而小分子的燃料则氧化成为二氧化碳和水，具有还原性的低价态燃料溶液经过换热器换热后降温进入电解室，然后在电解室中用低压电源以一定电压电解该具有还原性的溶液在阴极获得氢气，同时在阳极区域具有还原性的燃料溶液被重新氧化成高化合价态的催化剂溶液，氢气作为重整器的产物输出到燃料电池，高化合价态的催化剂溶液进入换热器升温后重新进入反应室和燃料反应，形成完整的循环系统；或不需要电解室直接将降温后的中间产物燃料溶液经过换热器降温后输出到流体燃料电池作为流体燃料电池的燃料；燃料电池拥有两种输出模式，一种是以高纯度的氢气为燃料输出模式，提供氢燃料电池使用，另外一种是输出具有还原性的燃料溶液，提供液流燃料电池使用；整个重整器的工作都在系统控制器的控制下进行工作。

所述的催化剂溶液是指由溶解于酸性溶液中的多酸形成的溶液，它是同多酸或者杂多酸；同多酸为钨酸或者钼酸，杂多酸则为通式为[XaMbO₄₀]^n- ,X=P,Si,Ge,As…,M=W,Mo,a:b=1:6 , 1:9,1:12 的一系列化合物，以及由Fe、Co、 Ni、Cr、Cu、Al、Ti、Sn、Ta、Nb、Zr元素中的一种或者几种组合对多酸进行掺杂的掺杂形成的化合物；催化剂溶液是上述多酸或者掺杂多酸当中的一种或几种混合而成。

所述的多酸是由多酸分子和有机分子结合成的超分子化合物，如[(C₁₉H₁₈N₃)₂H][PMo₁₂O₄₀],硅钨酸和有机分子PPY形成的(ppy)₄H₆[SiW₁₂O₄₀]超分子化合物。

所述的重整器中酸性溶液是由硫酸，磷酸，盐酸等非氧化性的有机或者无机酸中的一种或者其中的几种混合物配制而成，配制成的溶液中其氢离子浓度为10^-4～10¹mol/L。

所述重整器中的燃料是指甲醇、甲醛和/或甲酸中的一种或者几种组成的混合物。

所述反应室内一定温度和压力条件是指温度在20～200℃，压力为0.1～20MPa。

所述的低压电源是指由燃料电池输出功率的一小部分电能通过电源变换器得到提供给重整器的电解室。一定电压是指0.1～0.2V的低压电流。

所述的系统控制器是指带有压力传感器、温度传感器、安全阀、催化剂溶液浓度测试传感器、酸度测试传感器、反应室辅助加热系统、微型电动调节阀、微型泵，系统控制器和反应容器组成的一个有机成套系统。

所述辅助加热系统是利用燃料和空气在辅助加热系统内部燃烧产生的热量来工作。