论文部分内容阅读
氢氧燃料电池是一种将氢能转化为电能的电化学装置。目前,获得氢能的方式有很多种,但缺少一种经济方便,安全高效的供氢方式供给燃料电池使用。硼氢化钠水解制氢因其本身具有储氢率高、安全性高、反应易控制及可循环利用等优点而被广大学者关注。本论文以实现一种可利用硼氢化钠水解制氢供给燃料电池使用为目的,着重研究了高效催化剂的制备工艺,硼氢化钠的适宜制氢条件以及一种可自动控制氢气供给速率的反应装置。
本文采用置换镀的方法制备了泡沫镍载钌催化剂,研究了制备过程中RuCl3溶液浓度、pH值、浸渍时间对催化剂性能的影响,以及反应放热与体系温度之间的关系。研究表明,泡沫镍在浓度为0.025mol·L-1、pH值在5~7之间的RuCl3溶液中浸渍25小时后,制备出的泡沫镍载钌催化剂具有最高活性。实验还得出,在常温常压下,硼氢化钠溶液中硼氢化钠用量为15wt%,氢氧化钠用量为3wt%为溶液的最适宜制氢浓度。
采用制备的泡沫镍载钌催化剂在3wt% NaOH、15wt% NaBH4溶液中的平均制氢速率可达到3L·min-1·g-1。用该催化剂在20mL NaBH4碱性溶液中使用时,水解放出的热量可使反应体系温度达到80℃。并计算出该催化剂催化硼氢化钠水解的活化能为Ea=26.5kJ·mol-1。
采用在基体泡沫镍与钌之间增加钯层的方法,有效的增强了催化剂与基体间的结合力,使催化剂的使用寿命提高了近3倍,而且Pd作为过渡层,本身并未对催化剂的活性产生影响。
设计了一种可满足30W的氢氧燃料电池电堆工作一小时的硼氢化钠水解制氢装置,可实现随外界对氢气速率的需求而自动调节反应器内的产氢速率的目的,在装置中添加导气管消除使用过程中的氢气压力动态变化。另外,本文还对该装置用于氢氧燃料电池的安全性进行了分析,使用该制氢装置时,需控制好硼氢化钠溶液的使用量才能避免氢气的泄露。