氢燃料电池汽车的新工艺很有前途

2019-04-15 16:11:49
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普渡大学的化学工程师发明了一种储存和产生氢气以在汽车中运行燃料电池的新工艺。

这个过程,名为hydrothermolysis,使用一种叫做氨硼烷的粉状化学品,它是所有固体材料中氢含量最高的化学品之一,Arvind Varma,R. Games Slayter化学工程杰出教授和化学工程学院院长。

“这是第一个在不使用催化剂的情况下在燃料电池工作温度附近提供极高氢气产率值的工艺,使其成为氢动力汽车的前景,”他说。“我们有一个概念证明。”

这种新工艺结合了水解和热解两种氢气生成工艺,这些工艺本身对于车辆应用来说是不实用的。

研究结果于6月15日在费城举行的化学反应工程国际研讨会上发表。该研究也在美国化学工程师协会出版的AIChE期刊在线发表的一篇论文中有详细介绍,并将在即将出版的期刊上发表。

Varma说,氨硼烷含有19.6%的氢,重量百分比很高,这意味着需要相对少量的材料来储存大量的氢。

“关键是如何有效地释放这种化合物中的氢,这就是我们发现的,”他说。

该论文由前普渡大学博士生Moiz Diwan撰写,他现在是芝加哥Abbott实验室的高级研究工程师。普渡大学博士后研究员Hyun Tae Hwang; 博士生Ahmad Al-Kukhun; 和Varma。Purdue已就该技术提交了专利申请。

在水解中,水与氨硼烷结合,并且该方法需要催化剂以产生氢,而在热解中,材料必须被加热至超过170摄氏度,或高于330华氏度,以释放足够量的氢。

然而,将用于汽车的燃料电池在大约85摄氏度(185华氏度)下运行。氢燃料电池发电以运行电动机。

Varma表示,新工艺还承诺利用燃料电池的余热来运行氢气发生反应堆。

研究人员使用与燃料电池温度相同的反应堆容器进行了实验。该方法需要将反应器维持在小于200磅/平方英寸的压力下,远低于使用储存在罐中的压缩氢气的当前氢动力测试车辆所需的5,000psi。

在一些实验中,研究人员使用含有一种称为氘的氢的水。使用含有氘代替氢的水使研究人员能够追踪水解反应产生的氢气量以及热解反应产生多少氢气,这对理解该过程至关重要。

在最佳条件下,来自水热解方法的氢气占该方法中使用的氨硼烷和水的总重量的约14%。Varma说,这显着高于科学文献中报道的其他实验系统的氢产率。

“这很重要,因为美国能源部已制定了2015年氢储存系统氢含量为5.5%的目标,这意味着可用的氢气应至少占系统总重量的5.5%,”他说。“如果你只是从材料中得到7%的氢气,那么一旦你考虑整个系统的总重量,包括反应器,管道,氨硼烷,你就不会达到5.5%的要求。水,阀门和其他所需设备。“

研究人员确定,使用新工艺,浓度为77%的氨硼烷是获得最大氢气产量的理想选择。

该研究由美国能源部资助,通过普渡大学探索公园的能源中心提供资助。

未来关于水热解的工作将探索将反应堆扩大到车辆在加油前行驶350英里所需的尺寸。还需要进一步的研究来开发回收技术,以将该过程中产生的废渣转化为氨硼烷。

该技术还可用于生产用于燃料电池的氢,以便为便携式电子设备中的电池充电,例如笔记本电脑,手机,个人数字助理,数码相机,手持式医疗诊断设备和除颤器。

“对于小型应用,例如便携式电子产品,回收利用并不重要,但在汽车实用之前需要进行回收,”Varma说。

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