專利名稱：一種電化學合成硼氫化物的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種電化學合成裝置，具體的講涉及一種電化學合成硼氫化物的裝置， 屬于燃料電池氫源領域。
技術(shù)背景當今，燃料電池備受各國重視，被認為是21世紀首選的高效、清潔的發(fā)電裝置，目前， 限制燃料電池發(fā)展的主要問題是氫的儲存，常用的儲氫方式儲氫能量較低。硼氫化物是一種 高儲氫含量的材料，既能催化水解釋放氫氣作為高容量、高純氫源材料，又可直接通過電化 學方式作為高容量負極材料。近來，美國的chryler group和日本的H-Gene Tech. Alliance正在開發(fā)以堿金屬硼氫化 合物為燃料的新型燃料電池，其原理為NaBH4十2m(:) 訓)A; i 02十4//2硼氫化物是在1942年由Schlesinger等人首次合成的。由于它在含硼高能燃料、造紙及 紡織工業(yè)等領域有著廣泛的應用，使之在50年代末期先后在歐、美等國投入工業(yè)化生產(chǎn)。目前，工業(yè)上合成硼氫化物主要采用傳統(tǒng)的合成方法包括硼酸酯法(亦稱Schlesinger 法)及硼砂法(亦稱Bayer法)，硼酸酯法是用氣相硼酸三甲酯與氫化鈉反應生成硼氫化物 ，由于反應時放熱較多，控溫比較困難；而硼砂法需在較高的壓力下才能獲得較高的轉(zhuǎn)化率近幾年，國外還開發(fā)了通過加入還原劑方法制備硼氫化物的工藝，此類反應一般需要在 高溫下進行，另外，還需要保持一定的高壓。美國學者Cooper在US3734842中公開了一種電解法合成硼氫化物的工藝，其不需要加入 還原劑，降低了生產(chǎn)成本。但是由于該工藝使用貴金屬催化劑，使得電流效率降低，而傳統(tǒng) 的電解槽結(jié)構(gòu)不利于反應物與電極內(nèi)部的接觸，因而電流效率較低，為此，公開號為 CN1584122的中國專利提出了一種三電解槽系統(tǒng)，即將所述電解槽分成三個相互隔離的室 陽極室、陰極A室和陰極B室，陽極室與陰極A室通過陽離子交換膜隔開，陰極A室和陰極B室 通過多孔陰極隔開，該裝置雖然在一定程度上提高了電流效率，但是造價昂貴，并且占地面 積較大。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、電流效率較高、占地面積小并 且連續(xù)循環(huán)的新型電化學合成硼氫化物的裝置。
其具體技術(shù)方案如下 一種電化學合成硼氫化物的裝置，包括陰極室和陽極室構(gòu)成的電 解池，所述的陰極室和陽極室通過多孔陶瓷片隔開，其中陰極和陽極分別位于陰極室和陽極 室的內(nèi)部，其特征在于所述的陽極室上部設有氧氣出口，陰極室上部設有MB02和MA102的 加料口以及氫氣出口，陰極室的側(cè)面設有氫氣進口，所述的陰極可以分為上下兩部分，其中 所述的陰極下半部分為多孔泡沫式結(jié)構(gòu)，上半部分為實體結(jié)構(gòu)，所述氫氣進口通過管道直接 與陰極內(nèi)部相連接，殘余氫氣通過所述氫氣出口導出，通過管道和增壓泵后進入連接氫氣進 口與陰極內(nèi)部的管道中。多孔泡沫式陰極結(jié)構(gòu)有利于氣體的擴散，增大了反應面積，并且陰 極室的氫氣進口直接連接到陰極內(nèi)部，可以使殘余氫氣經(jīng)陰極內(nèi)部從所述陰極與電解質(zhì)的界 面逸出。
所述的陰極也可以是平板式，在陰極室中設有若干陰極板，所述陰極板底部通過管道與 氫氣進口相連接，氫氣在若干陰極板之間擴散，增大了反應面積，從而加快了反應速度。 所述的電解池材料可以是石英玻璃或氧化鋁陶瓷。 所述的陰極材料可以是鋁、鐵或石墨。 所述的陽極材料可以是石墨。
所述的多孔陶瓷片可由多孔氧化鋁、多孔二氧化硅或多孔氧化鎂陶瓷中的一種制成，用 于抑制陽極室與陰極室中的液體相混合，也可以作為氣體隔離層，防止陰極室和陽極室中產(chǎn) 生的氣體互相擴散。
所述陰極室和陽極室中還包括熔融電解質(zhì)和助熔劑，其中所述熔融電解質(zhì)為M3A1F6， M7B30s中的一種或兩種，所述助熔劑為MA1F4 (SAF) 、 AlF;j或CaF2中的一種或幾種的混合物， 其中M為堿金屬陽離子。
電解反應時，封閉所述MB02和MA102的加料口，防止因反應劇烈，導致電解液外溢。 電化學合成硼氫化物的原理為在陰極上產(chǎn)生中間物質(zhì)一金屬鋁，然后鋁與氫氣及熔融 電解液中的3MB02 2M20發(fā)生氧化還原反應生成MBH4和MA102，區(qū)102則由陰極電化學反應重新 生成金屬鋁而構(gòu)成反應循環(huán)。陰極電化學反應產(chǎn)生的02—則在電場力的作用下由陰極向陽極 移動，在石墨陽極上將02—氧化成氧氣，由陽極室的氧氣出口導出。氧氣也會和陽極材料石 墨發(fā)生反應而生成二氧化碳02+C=C02，因而由所述陽極室氧氣出口導出的氣體中還包含有 C02。本實用新型的主要化學反應為 陰極電化學反應4MA102+12e=4Al+4M++802— 陽極電化學反應602—=302+12e
陰極化學反應4A1 + 6H2 + (3MB02 2M20)= 3MBH4 + 4MA102 綜合陰極反應6H2 + (3MB02 2M20)+12e= 3MBH4 + 4M++802—
所述MB02可以為KB02， NaB02， LiB02中的任意一種，所述MA102可以為KA102， NaA102， LiA102中的任意一種。
本實用新型的電解溫度范圍為40(TC-60(rC，電壓為1.8V-5V，電流效率大于50%。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型公開的電解池具有結(jié)構(gòu)簡單、電流效率較高、占地面積小 等優(yōu)點，并且反應過程中的H2和MA102連續(xù)循環(huán)，使得電解池內(nèi)部反應充分，不會形成死角 ，而陰極采用下半部分為多孔泡沫式結(jié)構(gòu)，上半部分為實體結(jié)構(gòu)，并且陰極室的氫氣進口直 接連接到陰極內(nèi)部，可以使殘余氫氣經(jīng)陰極內(nèi)部從所述陰極與電解質(zhì)的界面逸出，加速了氫 氣的擴散，增大了反應面積，提高了電流效率。因此，與傳統(tǒng)電解池相比，產(chǎn)率提高了50%


圖l是本實用新型的用于制備硼氫化物的電解池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。 實施例l
如圖1所示， 一種電解制備硼氫化鈉的裝置，包括陰極室2和陽極室3構(gòu)成的石英玻璃電 解池l，其中陰極室2和陽極室3通過多孔氧化鋁陶瓷片12隔開；所述的陰極室2的上部設有氫 氣出口5以及NaB02和NaA102的加料口6，陰極室側(cè)面設有氫氣入口4、所述的陽極室的上部設 有氧氣出口7;鋁陰極8和石墨陽極9分別位于陰極室2和陽極室3的內(nèi)部，以電解質(zhì)界面為限 ，將鋁陰極8分為上下兩部分，下半部分8a為多孔泡沫式結(jié)構(gòu)，上半部分8b為實體結(jié)構(gòu)，同 時向陰極室2和陽極室3中加入Na3AlF6和NaAlF4 (SAF) ， NaB02和NaA102溶液則通過加料口 6加入陰極室2，氫氣通過管道ll通入陰極內(nèi)部，并通過陰極上的孔擴散到表面，接通電源后 ，陰極表面產(chǎn)生A1層和02—，其中A1將與陰極表面的氫氣發(fā)生反應，從而生成硼氫化鈉。02— 則在電場的作用下由陰極向陽極移動，在陽極上通過電化學反應生成氧氣，通過陽極室的氧 氣出口7導出。殘余氫氣通過所述氫氣出口5導出，通過管道10和增壓泵13后進入管道11。氧 氣和陽極材料石墨發(fā)生反應而生成二氧化碳，由所述陽極室氧氣出口7導出。電解溫度為400°C，電壓為1.8V，電解1小時，電流效率達50%。 實施例2
如圖1所示， 一種電解制備硼氫化鉀的裝置，包括陰極室2和陽極室3構(gòu)成的氧化鋁陶瓷 電解池l，其中陰極室2和陽極室3通過多孔二氧化硅陶瓷片12隔開；所述的陰極室2的上部設 有氫氣出口5以及KB02和KA102的加料口6，陰極室側(cè)面設有氫氣入口4、所述的陽極室的上部 設有氧氣出口7;鐵陰極8和石墨陽極9分別位于陰極室2和陽極室3的內(nèi)部，同時向陰極室2和 陽極室3中加入K3A1F6 、 K7B30W,aAlF4、 AlF;j和CaF2， KB02和KA102溶液則通過加料口6加入 陰極室2，氫氣通過管道ll通入陰極內(nèi)部，電解溫度為50(TC，電壓為2.0V，電解1小時，電 流效率達55%。其余同實施例l。
實施例3
如圖1所示， 一種電解制備硼氫化鋰的裝置，包括陰極室2和陽極室3構(gòu)成的氧化鋁陶瓷 電解池1 ，其中陰極室2和陽極室3通過多孔氧化鎂陶瓷片12隔開；所述的陰極室2的上部設有 氫氣出口5以及LiB02和LiA102的加料口6，陰極室側(cè)面設有氫氣入口4、所述的陽極室的上部 設有氧氣出口7;石墨陰極8和石墨陽極9分別位于陰極室2和陽極室3的內(nèi)部，同時向陰極室 2和陽極室3中加入Li7B30s和LiAlF4、 AlF;j和CaF2， LiB02和LiA102溶液則通過加料口6加入陰 極室2，氫氣通過管道ll通入陰極內(nèi)部，電解溫度為60(TC，電壓為3.6V，電解1小時，電流 效率達52%。其余同實施例l。
權(quán)利要求1.一種電化學合成硼氫化物的裝置，包括陰極室(2)和陽極室(3)構(gòu)成的電解池(1)，所述的陰極室(2)和陽極室(3)通過多孔陶瓷片(12)隔開，其中陰極(8)和陽極(9)分別位于陰極室(2)和陽極室(3)的內(nèi)部，其特征在于所述的陽極室(3)上部設有氧氣出口(7)，陰極室(2)上部設有MBO2和MAlO2的加料口(6)以及氫氣出口(5)，陰極室側(cè)面設有氫氣進口(4)，所述的陰極(8)可以分為上下兩部分，其中下半部分(8a)為多孔泡沫式結(jié)構(gòu)，上半部分(8b)為實體結(jié)構(gòu)，所述氫氣進口(4)通過管道(11)直接與陰極內(nèi)部相連接，殘余氫氣通過所述氫氣出口(5)導出，通過管道(10)和增壓泵(13)后進入管道(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學合成硼氫化物的裝置，其特征在于 所述的電解池材料為石英玻璃或氧化鋁陶瓷中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學合成硼氫化物的裝置，其特征在于 所述陰極室和陽極室中還包括熔融電解質(zhì)和助熔劑。
專利摘要本實用新型公開了一種電化學合成硼氫化物的裝置，包括陰極室和陽極室構(gòu)成的電解池，所述的陰極室和陽極室通過多孔陶瓷片隔開，其中陰極和陽極分別位于陰極室和陽極室的內(nèi)部，陰極室側(cè)面設有氫氣進口，所述的陰極可以分為上下兩部分，其中下半部分(8a)為多孔泡沫式結(jié)構(gòu)，上半部分(8b)為實體結(jié)構(gòu)，所述氫氣進口通過管道(11)直接與陰極內(nèi)部相連接，殘余氫氣通過氫氣出口(5)導出，通過管道(10)和增壓泵(13)后進入管道(11)。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、電流效率較高、占地面積小等優(yōu)點，并且陰極采用下半部分為多孔泡沫式結(jié)構(gòu)，加速了氫氣的擴散，增大了反應面積，提高了電流效率。
文檔編號C01B6/21GK201151743SQ20072020115
公開日2008年11月19日 申請日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者侯曉峰, 劉賓虹, 李洲鵬, 鋼 肖 申請人:漢能科技有限公司