一種水制氫的方法及其水燃料電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種以水與NaxS2O4～5(X＝2～4)或SO2進行化學循環(huán)反應制備氫氣的方法及其一種制氫和發(fā)電的水燃料電池，與傳統(tǒng)水制氫的方法相比較，本發(fā)明的方法降低能耗90％以上，過程中不排放廢氣、廢水、廢渣，該水制氫的方法不涉及相應的氫氣儲運問題，也不存在建立相應的加氫站的問題，其與常規(guī)的氫內(nèi)燃機或氫燃料鍋爐或氫氧燃料電池組合，非常適宜于氫動力車或氫能發(fā)電站的開發(fā)與應用。
【專利說明】一種水制氫的方法及其水燃料電池 一、

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種以水與NaxS204~ 5(X = 2?4)或S02進行化學循環(huán)反應制備氫氣 的方法及其一種制氫和發(fā)電的水燃料電池，與傳統(tǒng)水制氫的方法相比較，本發(fā)明的方法降 低能耗90%以上，過程中不排放廢氣、廢水、廢渣，該水制氫的方法不涉及相應的氫氣儲運 問題，也不存在建立相應的加氫站的問題，其與常規(guī)的氫內(nèi)燃機或氫燃料鍋爐或氫氧燃料 電池組合，非常適宜于氫動力車或氫能發(fā)電站的開發(fā)與應用。 二、

【背景技術(shù)】
[0002] 氫氣具有可儲存、可輸送、熱值高且燃燒后只產(chǎn)生水等優(yōu)點，被認為是一種理想的 能源載體，是未來替代化石能源的最重要的物質(zhì)之一。研究和開發(fā)各種制備氫氣的技術(shù)路 線及其方法，早已成為各國政府以及相關(guān)主導企業(yè)十分重視且大量投入的開發(fā)項目。目前， 傳統(tǒng)又比較實用的制備氫氣的技術(shù)路線有水電解法、甲醇水蒸汽重整法、天然氣水蒸氣重 整法、煤制氫氣法等，其中最有發(fā)展前途的應該屬于以水為原料制備氫氣的技術(shù)路線，因為 這是一條水--氫氣--水的大循環(huán)路線，人類可以由此獲得取之不盡的綠色能源。但是， 常規(guī)的水制氫方法需要消耗巨大的常規(guī)能源，使氫能身價太高，故制備氫氣的成本問題已 經(jīng)成為將氫氣作為一種能源大規(guī)模工業(yè)化、商業(yè)化開發(fā)的最致命的障礙，現(xiàn)實的問題是雖 然已有許多成熟的將水制備成為氫氣的方法，然而將氫氣作為一種燃料燃燒的成本仍然遠 高于煤、天然氣等燃料的成本，這個問題一天不解決，在市場經(jīng)濟的時代，氫氣就一天不能 作為一種普通燃料被普及使用，也就一天不能替代煤和天然氣等化石燃料，因此，早有人論 述，即使在今后30年內(nèi)，氫動力汽車也是很難普及應用，關(guān)于普及建立大型氫發(fā)電廠則更 是難上加難。
[0003] 水電解制氫必須消耗大量的電能；甲醇和天然氣重整或裂解制氫必須消耗大量的 熱能；熱循環(huán)化學法的水制氫也必須消耗大量的熱能，鋁/水法制氫的技術(shù)路線雖然消耗 熱能很低，但必須消耗等當量的鋁單質(zhì)，而鋁的價格是普通煤的15倍，等等，致使迄今為止 很難尋求一條水制氫的成本相對低廉的技術(shù)路線。其實，大氫氣田就在我們的腳下，而我們 總以為在那遙遠的大漠中。例如，保險粉，學名為連二亞硫酸鈉，已有近百年的生產(chǎn)歷史，化 工詞典上也早有經(jīng)典的敘述：即以S0 2和NaOH為原料制備的保險粉（Na2S204)與水劇烈反 應并燃燒。我們也早已知，一個能與水劇烈反應的物質(zhì)往往容易分解水為氫氣，且一般都 不需要輸入能量而是自發(fā)的放熱反應。例如鈉和鋁與水反應，硼氫化鈉與水反應等等，正因 為如此，人們早已開發(fā)出硼氫化鈉與水反應的制氫法（成本仍然很高），以及熱化學碘硫循 環(huán)制氫法（耗熱能很大），熱化學循環(huán)水制氫等方法，卻沒有文獻報道本發(fā)明的"Na 2S204或 S〇2與水循環(huán)反應制氫法"，由下述可知，該制氫法的制備成本與傳統(tǒng)方法相比較，至少降低 了 90%以上，而且不排放廢氣、廢水、廢漁，這是因為用S02與NaOH制備保險粉的技術(shù)已經(jīng) 相當成熟，加上本發(fā)明人又作了進一步的改進，使Na 2S204*S02與水循環(huán)反應的總收率超過 98%，這就是所謂的大氫氣田就在腳下之說。
[0004] 本發(fā)明人在近期仔細研究了無氧條件下Na2S20 4(保險粉）與水反應的機理，并通 過試驗證明了該反應機理為如下所述的化學方程式（式1):
[0005]

【權(quán)利要求】
1. 一種利用Naxs204~ 5分解水制氫的方法，其特征是如下所述的化學方程式的化學循 環(huán)反應：
式3中S表示硫、碳或氮元素，Na表示鈉、鉀、鋰、氫元素 ，X = 2?4。
2. -種水制氫的方法，包括以下次序的幾個步驟： 選用間隙或連續(xù)的工作方式，用泵將NaxS204~5水溶液或懸浮液輸入反應器1，控制反 應器1溫度為20?280°C，壓力0?0. IMPa，從反應器1出來的H2和S02經(jīng)過降溫后，將此 S02和H2混合氣輸入反應器2,同時收集從反應器2溢出的H2，將從反應器1流出的NaOH水 溶液用泵輸入反應器2或儲罐1，控制反應器2溫度20?40°C，壓力0?0. IMPa，從外部向 反應器1或反應器2輸入計算量的水，并且將從反應器2流出的NaxS20 4~ 5水溶液循環(huán)輸入 反應器1或儲罐2,如此不斷地循環(huán)往復，不斷地收集氫氣和補充水， 上述S02中S表示硫或碳或氮，NaOH中Na表示鈉、鉀、鋰、氫，X = 2?4。
3. -種以水為原料制備氫氣的燃料電池 其特征是電解液中含有NaxS204~5化合物，其中S表示硫或碳或氮元素，Na表示鈉或鉀 或鋰或氫，X = 2?4。
4. 一種以水為原料發(fā)電的燃料電池，其特征是電解液中含有NaxS20 4~5化合物，其中S 表示硫或碳或氮，Na表示鈉或鉀或鋰或氫，X = 2?4。 5. NaxS204~5化合物作為一種燃料或催化劑在燃料電池中的應用，其中S表示硫、碳或 氮元素，Na表示鈉、鉀、鋰、氫元素 ，X = 2?4。
【文檔編號】H01M8/04GK104140078SQ201310185474
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】李堅 申請人:李堅