[发明专利]制氢系统和方法

说明书

本发明的系统能够安全地产生连续受控的氢气流。本发明的这种无源自给氢气系统在例如紧急电源支持、推进应用、电池充电或给便携式器件供电方面非常有用。此外，本发明还涉及一种采用碱金属、碱土金属、碱金属氢化物或碱土金属氢化物制氢的化学方法，以从水获得初级副产物。然后，将这些初级副产物与金属反应物反应以得到额外的氢气。

技术领域

本发明涉及一种制氢系统和方法。

本发明的系统能够安全地产生连续受控的氢气流。本发明的这种无源自给氢气系统在例如紧急电源支持、推进应用、电池充电或给便携式器件供电方面非常有用。

本发明还涉及一种采用碱金属、碱土金属、碱金属氢化物或碱土金属氢化物以用水制氢的化学方法。然后将初级副产物与金属反应物反应，以得到额外的氢气。

背景技术

在各种替代方案中，从减少污染物和温室气体排放方面来说，氢燃料提供最高的潜在收益，但到目前为止，制氢效率仍然非常低。

无源系统可以基于不同的化学方法。化学水分离方法是这种制氢方法的其中一种选择。最近，如EP2394953所述，采用液态的碱金属、碱土金属和合金在该领域中取得了一些进展。

EP2394953描述了液化碱金属、碱土金属或任意这些金属的合金与水之间的反应，以及描述了一种在制氢后回收这些金属或合金的改进方法。

专利申请US20140363370描述了一种利用碱金属氢氧化物和金属以用水制氢的方法，其包含以下步骤：将碱金属氢氧化物和金属元素供应体放置在密封箱内，从而在碱金属氢氧化物上方形成反应空间；加热到碱金属氢氧化物的熔点以上温度，以形成熔融盐，喷出大量含金属和供应蒸汽的颗粒。在该专利申请中，必须在非常高温下加热直到碱金属氢氧化物的熔点，因此，这种方法的成本非常高。

最后，专利申请WO2010076802涉及提高铝与水的反应性以得到氢气。该发明的申请人披露，可用少量锂或氢化锂处理铝以使铝活化，明显形成铝锂固体溶液。然后，即使在室温、中性或接近中性pH且未向水中加入任何化学试剂的情况下，该活化的铝基组合物也能够自发地与水反应。

为了提高氢产量，进行了许多尝试，但是，所有这些尝试在工业应用上受到限制。

因此，从现有技术可以得出，对制氢方法的开发仍然有非常感兴趣。

发明内容

发明人发现了一种通过与水自发反应而低成本制氢并具有高纯度和高效率的系统和方法。

本发明的系统能够安全地产生连续受控的氢气流。该系统包括：支持主反应物和助反应物的结构材料；调节剂材料和扩散剂材料。

结构材料被用于不同的目的。第一功能是分配主反应物，以使其与水显示特殊的接触界面。第二功能是确保与不同反应物的适当接触。第三功能是提供保护、形式和形状，从而在运输和使用期间安全处置。第四功能是将热量从反应表面传输到调节剂材料。

可以根据重量、体积和坚固性规格要求来设计结构材料。该结构可以是分层式、壳式、框架式、颗粒床式、管式、块状结构、蜂窝式、夹层式、柱式或任何其它使用要求的形状。

本发明方法的反应是剧烈放热反应。由于调节剂是能够减少初级反应和次级反应以及副产物影响的材料，从而使方法可以进行。本文使用的“调节剂材料”被定义为减慢该方法速度的材料。

调节剂根据每个反应的质量作用定律，通过去除结构材料的热量或反过来替代初级反应和次级反应，从而降低初级反应的速率。

扩散剂材料是能够以受控方式输送水的材料，从而确保与主反应物表面的适当接触，从反应表面渗透氢气，以确保所需的氢气纯度。

因此，本发明的第一方面是：

一种用水制氢的系统，包括：