[发明专利]一种液流电池用低温液相燃料重整器

说明书

本申请要求于2012年12月31日提交中国专利局、申请号为201210589197.8、发明名称为“一种具有两种输出形式的低温液相燃料重整器”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明属于新能源领域的燃料电池技术，涉及一种应用于液流燃料电池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为还原性的催化剂溶液，然后将该还原性的溶液直接提供给液流燃料电池作为燃料，从而解决燃料电池燃料的存贮问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种低温液相燃料重整器，包括燃料反应室和换热器，所述燃料反应室中含有催化剂的溶液；将催化剂溶液和燃料溶液混合，然后将得到的混合溶液输送至所述燃料反应室在温度为20～200℃、压力为0.1～20MPa的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，完成燃料的转换，所述燃料被氧化成为二氧化碳和水；所述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到液流燃料电池，在燃料电池负极区域氧化得到高化合价态的催化剂溶液，所述高化合价态的催化剂溶液重新进入换热器升温后重新进入所述燃料反应室中与燃料反应，形成完整的循环系统；整个重整器的工作都在系统控制器的控制下进行工作。

优选的：所述的催化剂溶液为由溶解于酸性溶液中的多酸形成的溶液，所述多酸为同多酸、杂多酸和掺杂多酸中的一种或几种；所述同多酸为钨酸或者钼酸；所述杂多酸中的阴离子具有通式（I）所示的化学式：

[X_aM_bO₄₀]^n-  （I）；

X=P、Si、Ge或As；M=W或Mo；a:b=1:6、1:9或1:12；n为2～10；

所述掺杂多酸中的掺杂元素为Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al、Ti、Sn、Ta、Nb和Zr元素中的一种或者几种的组合物。

优选的：所述的多酸为由多酸分子和有机分子结合成的超分子化合物，所述超分子化合物具有式（II）或（III）所示化学式：

[(C₁₉H₁₈N₃)₂H][PMo₁₂O₄₀]（II）；(ppy)₄H₆[SiW₁₂O₄₀]（III）。

优选的：所述的重整器中酸性溶液为非氧化性有机酸和非氧化性无机酸中的一种或几种；

所述酸性溶液中氢离子的摩尔浓度为10^-4～10¹mol/L。

优选的：所述酸性溶液为硫酸、磷酸、柠檬酸和盐酸中的一种或几种的混合溶液。

优选的：所述重整器中的燃料为甲醇、甲醛和甲酸中的一种或者几种组成的混合物。

优选的：所述催化剂溶液与燃料溶液发生化学反应的温度为50～180℃；

所述催化剂溶液和燃料溶液发生反应的压力为0.5～18MPa。

优选的：所述系统控制器为包括压力传感器、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、微型泵和反应容器组成的一个有机成套系统。

优选的：所述辅助加热系统中设置有燃料；