[发明专利]一种基于化学制氢反应的燃料电池系统

说明书

本发明提供一种基于化学制氢反应的燃料电池系统，包括反应器模块、电堆模块和控制模块，其中，所述反应器模块，用于将水加入金属氢化物中进行水解反应来产生氢气，为电堆模块供应氢气源；所述电堆模块，分别接收来自反应器模块的氢气源和外部的氧气源，进行氧化还原反应后产生功率用于向外界供电；所述控制模块，用于实时控制所述反应器中的水解反应和所述电堆模块中的氧化还原反应，以保证所述燃料电池系统快速启动和稳定工作。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种基于化学制氢反应的燃料电池系统和其工作方法。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，具有能量密度、能量转化效率高,操作方便,对环境污染小等优点，与太阳能，风能等共同被视为未来清洁能源的重要组成部分，是现今新能源领域的研究热点。

现有技术提出了一种氢化锂水解制氢技术，具体地，随着燃料电池这一环境友好的发电方式在技术上的不断突破,金属氢化物制氢技术也得到了迅速发展。金属氢化物在储氢容量上具有其他材料无法比拟的优势,且通过简单的水解反应即可放出氢气。以氢化锂水解制氢技术为例，目前使用氢化锂水解制氢的最常见做法即直接将水与惰化后的氢化锂多晶粉末混合，氢化锂水解产物有氢气，氢氧化锂和氢氧化锂水合物等，产出气体仅包含目标产物与水蒸气，氢气纯度高，因此几乎无需处理即可供给质子交换膜燃料电池使用。该技术具有储氢密度高、操作简单、速度快、对环境友好等特点,是一种高效的氢燃料来源。虽然氢化锂水解制氢技术有操作简单的特点，但氢化锂与水反应速率极快，放出氢气和大量的热，极易发生燃烧和爆炸，存在一定的安全隐患。从另一方面说，极高的反应速率造成产氢量与产氢速率难以控制，易对反应腔和燃料电池堆造成损坏。采用排气装置可以减小这种问题带来的影响，但同时造成氢气的大量浪费，同时增大了安全隐患。

现有技术还提出了质子交换膜燃料电池((Proton Exchange Membrane FuelCell,PnVIFC)，作为一种真正的绿色环保能源，其极高的理论比能量(对氢空气体系而言，其理论比能量高达32940Wh/kg，远远大于现有其它任何一种化学电源)被认为是未来交通工具、分布式电站及各类电子产品等最主要的供能电源之一。质子交换膜燃料电池单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时可看作一种直流电源，其阳极为电源负极，阴极为电源正极。

目前，大型质子交换膜燃料电池在技术上已基本成熟，妨碍其商品化的主要障碍是价格因素；而微型质子交换膜燃料电池的研发则始于最近10年之内。所使用材料、加工工艺、控制技术等均处于摸索阶段，随着各种移动电子产品的尺寸不断缩小且功能不断增多，留给化学电源的空间越来越少，现有的锂离子、镍氢电池等二次化学电源的比能量不足已经成为上述电子产品发展的瓶颈，因此对燃料电池轻量化，微型化的要求日益增强。传统质子交换膜燃料电池的重量约为数十至数百千克，而为满足移动电子产品的需求，质子交换膜燃料电池必须缩小至与小型锂电池相近的尺寸与重量。

目前，质子交换膜燃料电池由于反应温度低，启动快，能量转化效率高等特点受到广泛关注。但作为其燃料使用的氢由于密度低，易与金属反应等特点而难以储存和运输，这限制了质子交换膜燃料电池的发展。因此安全、高效的储氢和供氢系统对整个于燃料电池系统，是必须解决的关键问题之一。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种基于化学制氢的微型燃料电池系统，能够有效解决现有技术中提到的问题。

本发明的一种基于化学制氢反应的燃料电池系统，包括反应器模块、电堆模块和控制模块，其中，所述反应器模块，用于将水加入金属氢化物中进行水解反应来产生氢气，为电堆模块供应氢气源；所述电堆模块，分别接收来自反应器模块的氢气源和外部的氧气源，进行氧化还原反应后产生功率用于向外界供电；所述控制模块，用于实时控制所述反应器模块中的水解反应和所述电堆模块中的氧化还原反应，以保证所述燃料电池系统快速启动和稳定工作。