專利名稱：用于產(chǎn)生氫氣的裝置以及具有該裝置的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生氫氣的裝置以及具有該裝置的燃料 電5也發(fā)電系纟克。
背景技術(shù)：
燃料電池執(zhí)行通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料如氫氣、LNG、 LPG、曱 醇等和空氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電和熱的功能。雖然常規(guī)的發(fā)電技
術(shù)采用燃料燃燒、蒸汽發(fā)生、渦輪機驅(qū)動方法以及發(fā)電機驅(qū)動方法， ^旦燃料電池既沒有燃燒過程也沒有驅(qū)動裝置。因此，燃料電池是一 種新的高效、環(huán)境友好的發(fā)電技術(shù)。
研究用于小型便攜式電子裝置的燃料電池包括高分子電解質(zhì) 膜燃料電池(PEMFC),其使用氫氣作為燃料，以及直接液體燃料 電池，如直接甲醇燃料電池(DMFC),其使用液體燃料。在這里，高分子電解質(zhì)膜燃料電池，其使用氫氣作為燃料，具有高功率密度 但需要分開的裝置來供給氫氣。
產(chǎn)生氫氣作為用于高分子電解質(zhì)膜燃料電池的燃料的方法使 用鋁氧化反應(yīng)、金屬硼氫化物的水解或金屬電極反應(yīng)，其中金屬電 極反應(yīng)方法可以有效地控制氫氣產(chǎn)生。利用導(dǎo)線將由鎂電極電離成
Mg2+離子而獲得的電子連接于另 一金屬體，由此進行水分解反應(yīng)產(chǎn)
生氫氣，該金屬電才及反應(yīng)方法可以借助于連4妄導(dǎo)線的連4妄/斷開、所 用電才及之間的間隙以及電4及尺寸來4空制氫氣的發(fā)生。
然而，取決于如上所述的產(chǎn)生氫氣的方法，氫氣發(fā)生可以引起 電解質(zhì)卩容液反向地流動到燃沖牛電池堆并引起電解槽#1翻轉(zhuǎn)以致電 解質(zhì);容'液可以泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于產(chǎn)生氫氣的裝置以及一種燃料電池發(fā)
電系統(tǒng)，當(dāng)產(chǎn)生氫氣時其可以防止電解質(zhì)滋:'液反向;也流動，以及當(dāng) 電解沖曹移動時可以防止電解質(zhì)〉容液泄漏到外部。
本發(fā)明的一個方面的特點在于產(chǎn)生氫氣的裝置。根據(jù)本發(fā)明的 一種實施方式的裝置可以包4舌電解槽，其中注入了電解質(zhì)溶液； 陽極，放置在電解槽內(nèi)并構(gòu)造成產(chǎn)生電子；陰極，放置在電解槽內(nèi) 并構(gòu)造成通過接受來自陽極的電子而產(chǎn)生氫氣；以及膠凝劑，容納
的流動性'
膠凝劑可以由包括高吸濕性樹脂的材料制成,膠凝劑可以由這樣一種材料制成，該材料包括選自由聚丙烯酸 鈉、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯馬來酸酐共聚物、交聯(lián)羧曱基纖維素、 聚乙烯醇共聚物、交聯(lián)聚環(huán)氧乙烷以及聚丙烯腈的淀粉接枝共聚物 組成的組中的任意 一種。
可以將膠凝劑涂布在選自由電解槽、陽極以及陰極組成的組中 的4壬^可一個的表面上。
陽才及和陰才及的至少之一可以包4舌在其中形成的通孔以致電解 質(zhì);容液可以#皮均勻》真充在電解沖曹內(nèi)。
本發(fā)明的另 一個方面的特點在于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)
明的一種實施方式的系統(tǒng)可以包括電解槽，其中注入了電解質(zhì)溶 液；陽極，放置在電解槽內(nèi)并構(gòu)造成產(chǎn)生電子；陰極，放置在電解 槽內(nèi)并構(gòu)造成通過接受來自陽極的電子而產(chǎn)生氫氣；膠凝劑，容納
的流動性；以及燃料電池，構(gòu)造成通過轉(zhuǎn)化產(chǎn)生自陰極的氫氣的化 學(xué)能而產(chǎn)生電能。
月交凝劑可以由包括高吸濕性樹脂的材沖牛制成。
膠凝劑可以由這樣一種材料制成，該材料包括選自由聚丙烯酸 鈉、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯馬來酸酐共聚物、交聯(lián)羧甲基纖維素、 聚乙烯醇共聚物、交聯(lián)聚環(huán)氧乙烷以及聚丙烯腈的淀粉接枝共聚物 組成的組中的任意一種。
可以將膠凝劑涂布在選自由電解槽、陽極以及陰極組成的組中 的^壬^可一個的表面上。陽才及和陰極至少之一可以包括在其中形成的通孔以致電解質(zhì) 〉容液可以#皮均勻^真充在電解沖曹內(nèi)。


圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的一個方面的用于產(chǎn)生氫氣的裝置的一 種實施方式的示意圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的一 種實施方式的示意圖。
具體實施例方式
將參照附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生氫氣的裝置以及 燃沖牛電池發(fā)電系統(tǒng)的一種實施方式。在參照附圖的描述中，相同的 標(biāo)記數(shù)字將被指定纟會相同或相應(yīng)的元件，并且將略去其重復(fù)描述。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個方面的用于產(chǎn)生氫氣的裝置的一 種實施方式的示意圖。圖1示出的是用于產(chǎn)生氫氣的裝置100、陽 才及IIO、陰才及120、通孑L1 12和122、電解才曹130、電解質(zhì)〉容、液135、 控制器140以及膠凝劑170。
根據(jù)本發(fā)明的該實施方式，通過在電解槽130內(nèi)容納膠凝劑 170來使該電解質(zhì)溶液135凝膠化，以致可以降低電解質(zhì)溶液135 的流動性。因此，提供了用于產(chǎn)生氫氣的裝置100,其可以防止當(dāng) 產(chǎn)生氫氣時電解質(zhì)溶液135伴隨氫氣的反向流動，以及可以防止當(dāng) 電解槽130移動時隨著電解槽130凈皮翻轉(zhuǎn)或傾斜而電解質(zhì)纟容液135 泄漏到外部。電解槽130可以容納通過分解反應(yīng)釋放氮氣的電解質(zhì)溶液
135。陽極110和陰極120位于電解槽130內(nèi)，以便容納在電解槽 130內(nèi)的電解質(zhì)溶液135可以產(chǎn)生氫氣發(fā)生反應(yīng)。
LiCl、 KC1、 NaCl、 KN03、 NaN03、 CaCl2、 MgCl2、 K2S04、 Na2S04、 MgS04、 AgCl等可以用于電解質(zhì)溶液135。電解質(zhì)溶液 135可以包括氮離子。還可以通過膠凝劑170來使該電解質(zhì)溶液135 凝膠化。將在下文提供膠凝劑170的描述中描述此問題。
陽才及110是活4生電才及，4立于電解槽130內(nèi)并可以產(chǎn)生電子。陽 才及110可以由例如4美(Mg)制成。由于陽才及110和氫氣的電離傾向之 間的差異，通過在電解質(zhì)溶液135中釋放電子，陽極110可以被氧 化成4美離子(Mg2+)。
在這里，產(chǎn)生的電子可以^皮壽爭移到陰4及120。因此，通過產(chǎn)生 電子，陽極110 ^皮消耗并構(gòu)造成在一定時期內(nèi)被取代。陽極110可 以由比下文描述的陰極120具有相對更高電離傾向的金屬制成。
陰極120是非活性電極。由于陰極(不同于陽極110)不可能 被消耗，所以可以使用比陽極110具有更薄厚度的陰極。陰極120 位于電解槽130內(nèi)并可以4昔助于產(chǎn)生自陽4及110的電子來產(chǎn)生氫
陰才及120可以由例如不4秀鋼制成，并且可以與電子起反應(yīng)而產(chǎn) 生氫氣。即，在陰極120的化學(xué)反應(yīng)中，電解質(zhì)溶液135接受自陽 極110轉(zhuǎn)移的電子并在陰極120處被分解成氫氣。在以下化學(xué)反應(yīng) 式(l)中描述陽極和陰極的反應(yīng)。陽極110: Mg^Mg2+ + 2e-
陰極120: 2H2 O + 2e. + H2 + 2(OH)、總反應(yīng)Mg + 2H20 ^ Mg(OH)2 + H2 .........(1)
同時，陽極110或陰極120、或它們兩者可以具有在其中形成 的通孔112和122,以便:故注入電解槽130的電解質(zhì)溶液135可以 被均勻填充在電解槽130內(nèi)。
即，因為電解質(zhì)溶液135能夠在將電解質(zhì)〉容液135注入電解槽 130內(nèi)時經(jīng)由通孔112和122而通過陽才及110和陰才及120之間的空 間而移動，所以可以用電解質(zhì)溶液135有效和均勻地填充電解槽130 的內(nèi)部，即使并沒有將電解質(zhì)溶液135直接注入陽極110和陰極120 之間的空間或即使陽極110和陰極120之間的空間小而窄。
因為如上所述^真充的電解質(zhì)溶'液135可以在注入電解質(zhì);容液的 同時被凝膠化以致下文描述的膠凝劑170降低了電解質(zhì)溶液的流動 性，所以當(dāng)產(chǎn)生氫氣時，可以防止電解質(zhì);容液135 4半隨著氫氣而損 失，以及當(dāng)用于產(chǎn)生氫氣的裝置移動時，可以防止氫氣隨著電解槽 130纟皮翻轉(zhuǎn)而泄漏到外部。
控制器140電連接于陽極110和陰極120,并且可以控制陽極 110和陰極120之間的電流?？刂破?4(M妻受由外部裝置如燃料電 池等所需要的氫氣量。如果量4交大，則可以增加乂人陽才及110流動到 陰極120的電子的量。如果量4艮小，則可以減少從陽極110流動到 陰極120的電子的量。
例如，由可變電阻器構(gòu)成的控制器140能夠通過改變可變電阻 器的電阻值來控制在陽極110和陰極120之間流動的電子的量，或 由通/斷開關(guān)構(gòu)成的控制器140能夠通過控制通/斷定時來控制在陽 才及110和陰4及120之間流動的電子的量。為了降低電解質(zhì)溶液135的流動性，膠凝劑170被容納在電解 槽130內(nèi)并且電解質(zhì)溶液135可以被凝膠化。換言之，通過使用膠 凝劑170來使該電解質(zhì)溶液135凝膠化。因此，注入到電解槽130 內(nèi)的電解質(zhì)溶液135的液態(tài)被變?yōu)榫哂薪档偷牧鲃有缘哪z態(tài)，以 致電解質(zhì)溶液可以保持一 定形狀。
由于通過使用膠凝劑170來使該電解質(zhì)溶液135凝膠化，所以 當(dāng)產(chǎn)生氬氣時，可以防止電解質(zhì)溶液135伴隨著氫氣而泄放，以侵_ 可以降低氫氣的濕度。同時，氫氣可以另外產(chǎn)生自得到保存而沒有 -陂泄;汶的電解質(zhì)溶液135。因此，可以增加所產(chǎn)生氫氣的總量。
此外，甚至當(dāng)改變電解槽130的方向時，例如，當(dāng)用于產(chǎn)生氫 氣的裝置移動時電解槽130被翻轉(zhuǎn)或傾斜，由于凝膠化的電解質(zhì)溶 液135的j氐流動性，電解質(zhì)-容液135可以#皮1呆持而沒有泄漏到外部。
膠凝劑170可以由包括高吸濕性樹脂的材料制成。結(jié)果，因為 具有高吸濕性樹脂的力交凝劑170有力地吸收大量的電解質(zhì)溶液135， 所以電解質(zhì)溶液135和"交凝劑170可以整個地處于具有^f氐流動性的 凝膠態(tài)。
在這里，聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯馬來酸肝共聚 物、交聯(lián)羧甲基纖維素、聚乙烯醇共聚物、交聯(lián)聚環(huán)氧乙烷以及聚 丙烯腈的淀粉4妄沖支共聚物或它們的至少兩種的任4可組合可以用作 月交凝劑170。因此，如上所述，月交凝劑170吸收大量的電解質(zhì)溶液 135,以致電解質(zhì)溶液135和膠凝劑170可以整個地處于凝膠態(tài)。
此外，可以將月交凝劑170涂布在電解槽130、陽極110以及陰 才及120或它們的至少兩者的表面上。因jt匕，擴大了用于與電解質(zhì)〉容 液135起反應(yīng)的表面積，乂人而更有效地凝力交化該電解質(zhì)溶液135。接著，將描述才艮據(jù)本發(fā)明的另 一個方面的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的 一種實施方式。
圖2是示出4艮據(jù)本發(fā)明的另 一個方面的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的一 種實施方式的示意圖。在圖2中，示出的是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)200、 用于產(chǎn)生氛氣的裝置260、陽才及210、陰才及220、通孑匕212禾口222、 電解槽230、電解質(zhì)溶液235、控制器240、膠凝劑270以及燃料電 池250。
根據(jù)本發(fā)明的該實施方式，膠凝劑270被容納在電解槽230內(nèi) 并且電解質(zhì)溶液235被凝膠化，以致降低電解質(zhì)溶液235的流動性， 從而產(chǎn)生氬氣時，可以防止電解質(zhì)溶液235伴隨著氫氣而反向地流 動，以及當(dāng)電解槽230移動時，可以防止電解質(zhì)溶液235隨著電解 槽230被翻轉(zhuǎn)或傾斜而泄漏到外部。因此，提供了能夠更有效地產(chǎn) 生電能的一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)200。
在本發(fā)明的該實施方式中，因為用于產(chǎn)生氫氣的裝置260、陽 極210、陰極220、通孑L212和222、電解槽230、電解質(zhì)溶液235、 控制器240以及膠凝劑270的構(gòu)造和運作與上述實施方式相同或?qū)?應(yīng)，所以將省略其描述。在下文將描述與上述實施方式的差異，即 燃料電池250。
通過轉(zhuǎn)化由陰極220產(chǎn)生的氫氣的化學(xué)能，燃料電池250可以 產(chǎn)生電能。由用于產(chǎn)生氫氣的裝置260產(chǎn)生的低濕度氫氣可以被轉(zhuǎn) 移到燃料電池250的燃料電極。因此，通過將由用于產(chǎn)生氫氣的裝 置260產(chǎn)生的氫氣的上述化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，可以產(chǎn)生直流電。
不同于上述實施方式的許多實施方式包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生氫氣的裝置，包括電解槽，其中注入了電解質(zhì)溶液；陽極，放置在所述電解槽內(nèi)并構(gòu)造成產(chǎn)生電子；陰極，放置在所述電解槽內(nèi)并構(gòu)造成通過接受來自所述陽極的電子而產(chǎn)生氫氣；以及膠凝劑，容納在所述電解槽內(nèi)并構(gòu)造成使所述電解質(zhì)溶液凝膠化，從而降低所述電解質(zhì)溶液的流動性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述膠凝劑由包括高吸濕 性樹脂的材料制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述膠凝劑由包括選自由 聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯馬來酸酐共聚物、交聯(lián) 羧甲基纖維素、聚乙烯醇共聚物、交聯(lián)聚環(huán)氧乙烷以及聚丙烯 腈的淀粉接枝共聚物組成的組中的任意一種的材料制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，將所述膠凝劑涂布在由所 述電解槽、所述陽極以及所述陰4及組成的組中的任何一個的表 面上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述陽極和所述陰極的至 少之一 包括在其中形成的通孔，以致所述電解質(zhì)溶液可以均勻 填充在所述電解槽內(nèi)。
6. —種燃泮+電池發(fā)電系統(tǒng)，包4舌電解槽，其中注入了電解質(zhì)、溶液；陽^f及，；改置在所述電解槽內(nèi)并構(gòu)造成產(chǎn)生電子；陰極，放置在所述電解槽內(nèi)并構(gòu)造成通過接受來自所述 陽才及的電子而產(chǎn)生氫氣；月交凝劑，容納在所述電解槽內(nèi)并構(gòu)造成"f吏所述電解質(zhì)〉容 液凝膠化，從而降低所述電解質(zhì)溶液的流動性；以及燃料電池，構(gòu)造成通過轉(zhuǎn)化產(chǎn)生自所述陰極的所述氫氣 的化學(xué)能來產(chǎn)生電能。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述膠凝劑由包括高吸濕 性樹脂的材料制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述膠凝劑由包括選自由 聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺共聚物、乙烯馬來酸酐共聚物、交聯(lián) 羧甲基纖維素、聚乙烯醇共聚物、交聯(lián)聚環(huán)氧乙烷以及聚丙烯 腈的淀粉接枝共聚物組成的組中的任何一種的材料制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，將所述膠凝劑涂布在由所 述電解槽、所述陽極以及所述陰才及組成的組中的任何一個的表面上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述陽極和所述陰極的至 少之一包括在其中形成的通孔，以致所述電解質(zhì)溶液可以被均 勻填充在所述電解槽內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于產(chǎn)生氫氣的裝置以及具有該裝置的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的裝置包括電解槽，其中注入了電解質(zhì)溶液；陽極，放置在電解槽內(nèi)并構(gòu)造成產(chǎn)生電子；陰極，放置在電解槽內(nèi)并構(gòu)造成通過接受來自陽極的電子而產(chǎn)生氫氣；以及膠凝劑，容納在電解槽內(nèi)并構(gòu)造成使電解質(zhì)溶液凝膠化從而降低電解質(zhì)溶液的流動性。
文檔編號C01B3/08GK101565166SQ20091013445
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者具甫性, 吉宰亨, 張宰赫, 蔡敬洙, 鄭昌烈 申請人:三星電機株式會社