專利名稱：供氫裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種供氫裝置，特別是關于供氫裝置于燃料電池的應用。
背景技術：
近來對于許多可攜式能源的需求如可攜式計算機、隨身聽、相機、隨身聽等各種數(shù) 字裝置，都需要一種便宜、長時效供電、體積小、重量輕，且可用于各種環(huán)境的電池。雖然公 知燃料電池具有經(jīng)濟而長效的特點，但受到氫燃料供應限制，而無法廣泛使用于各類可攜 式產(chǎn)品。所以，解決氫燃料供應問題將是未來小型可攜式氫能源發(fā)電系統(tǒng)的趨勢。氫燃料 的供應須符合便宜、方便、體積小、重量輕、及供氫速率穩(wěn)定等原則。以化學儲氫材料做為氫 來源，最大的優(yōu)點是儲氫密度高，目前國際的趨勢是往固態(tài)氫材料上發(fā)展。在使用固態(tài)氫燃 料(催化劑加硼氫化鈉)時需要加水使其反應以產(chǎn)生氫氣如式1所示，會遭遇兩個極大的 問題一是如何維持供氫速率穩(wěn)定？目前國際上皆是利用復雜的機械設計來達到維持供氫 速率穩(wěn)定。如此一來，便會使得放氫裝置體積大增，并增加成本。 為解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)進行材料方面的設計，在水解過程中可 自行維持穩(wěn)定的放氫速率，不需要額外且復雜的機構設計(參見中國臺灣專利申請?zhí)柕?98108205號)。另一方面，以固態(tài)氫燃料(催化劑加硼氫化鈉)加水產(chǎn)生氫氣的作法會遭 遇另一問題只能單一方向使用，無法上下左右搖晃時使用。因為當上下左右搖晃時，液態(tài) 水會被氫氣帶往燃料電池，造成燃料電池性能下降及無法攜帶使用。目前國際上所采用的 解決方案是利用疏水性氣液分離膜來達到透氣擋水的目的，但其缺點為價格昂貴，造成成 本增加。此外氣液分離膜并無法完全擋住液態(tài)水，氫氣產(chǎn)生時所造成的壓力亦會將少量的 水擠出帶往燃料電池并降低其效率。綜上所述，目前亟需一完全固態(tài)的供氫組件以應用于 燃料電池。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種供氫裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的供氫裝置，包括吸水性材料，用以吸附水、醇類或 上述的組合；以及固態(tài)氫燃料，直接接觸吸水性材料以放氫。


圖1是本發(fā)明一實施例中，固態(tài)放氫的示意圖；圖2是本發(fā)明一實施例中，固態(tài)氫燃料與吸水性材料的組合示意圖；圖3是本發(fā)明一實施例中，固態(tài)放氫的示意圖；圖4是本發(fā)明一實施例中，供氫裝置的放氫速率與時間的關系圖；以及
圖5是本發(fā)明一實施例中，供氫裝置的放氫速率與時間的關系圖。附圖中主要組件符號說明10、20 供氫裝置；11、21 容器；13 水膠狀固體；15 固態(tài)氫燃料；23 片狀吸水性材料；25 片狀固態(tài)氫燃料；27 棒狀物。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種供氫裝置，包括吸水性材料，用以吸附水、醇類、或上述的組合；以 及固態(tài)氫燃料，直接接觸吸水性材料以放氫。吸水性材料可為吸水性高分子如聚丙烯酸酯、 聚乙烯醇、醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚環(huán)氧乙烷、淀粉接枝共聚物、或橡膠共混物。少量的 吸水性高分子可大量吸附水，舉例來說，lg的聚丙烯酸鈉可吸附25g以上的水。本發(fā)明的固態(tài)氫燃料的組成含有固體催化劑、固體氫化物、及疏水性高分子彈性 體。固體氫化物可為金屬硼氫化物如NaBH4、LiBH4、Ca(BH4)2、Mg(BH4)2、KBH4、或A1 (BH4) 3、 金屬氫化物如LiH、NaH、或CaH2、硼氮氫化物如氨硼烷、乙硼烷、二氨乙硼烷、H2B (NH3)2BH4、 聚氨基硼烷、環(huán)硼氮烷、嗎啉硼烷、硼烷-四氫呋喃、或上述任意的組合。固體催化劑是含有 RU、C0、Ni、CU、Fe、或上述任意組合的催化劑。疏水性高分子彈性體包括硅膠、橡膠、或硅橡 膠。將固體催化劑及固體氫化物高速球磨后，再加入疏水性高分子彈性基材，便形成可撓性 的固態(tài)氫燃料，其詳細成份配比及作法可參考中國臺灣專利申請?zhí)柕?8108205號。如圖1所示，將吸水性高分子置入供氫裝置10的容器11中并加入適量水或醇類 如甲醇或乙醇，即可形成水膠狀固體13。即使將容器11傾斜或搖晃，水膠狀固體13中的液 體亦不會流出容器。將上述固態(tài)氫燃料15置于水膠狀固體13上后，固態(tài)氫燃料15會將水 膠狀固體13所含的液體(水或醇類)吸出并反應形成氫氣。即使將供氫裝置10倒置或側 放，供氫裝置10內未與固態(tài)氫燃料15反應的液體仍會被吸水性高分子所吸附，因此不會流 出容器11。由于上述特性，本發(fā)明的供氫裝置10可進一步連接至燃料電池，且避免公知技 術中供氫裝置的液體流入燃料電池所導致的問題。上述吸水性高分子的吸水量可達本身重量的數(shù)百倍，并可阻止液體流出。不過吸 水性高分子的吸水速率慢，需要較久的時間才能形成水膠狀固體。為彌補吸水速率慢的缺 陷，本發(fā)明的另一實施例的吸水性材料還包括一吸水性棉質材料。吸水性棉質材料的吸水 速度快，但吸水量少且無法完全將水鎖住。為了兼具吸水性棉質材料吸水速率快，以及吸水 性高分子吸附量大且吸附的液體不會流出的優(yōu)點，可將適量的吸水性高分子添加至吸水棉 質材料的表面，形成一片狀吸水性材料23，如圖2所示。接著將固態(tài)氫燃料裁切為片狀。由于固態(tài)氫燃料內含有疏水性高分子彈性體，因 此片狀固態(tài)氫燃料25為可撓性。將片狀的固態(tài)氫燃料25迭合至片狀吸水性材料23后，卷 成棒狀物27如圖2所示。上述棒狀物27可收納于防水袋中，收納期限端視防水袋的防水 效果。
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如圖3所示，將上述棒狀物27置入供氫裝置20的容器21中，并加入適量液體如 水或醇類(甲醇、乙醇、或上述的混合物)至容器21，使吸水性材料23吸水。固態(tài)氫燃料 25會將吸水性材料23所含的液體吸出并反應形成氫氣。即使將供氫裝置20倒置或側放， 供氫裝置20內未與固態(tài)氫燃料25反應的液體仍會被吸水性材料23所吸附，因此不會流出 容器21。由于上述特性，本發(fā)明的供氫裝置20可進一步連接至燃料電池，且避免公知技術 中供氫裝置的液體流入燃料電池所導致的問題。為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，以下特舉數(shù)實施例 并配合附圖作詳細說明。實施例1取lg吸水性高分子聚丙烯酸鈉置于容器中，加入25g水。靜待10分鐘后，形成不 流動的水膠。參考中國臺灣專利申請?zhí)柕?8108205號的方法，取固體氫化物(NaBH4)、催化劑 (Co2+/IR-120)高速球磨后，再加入硅橡膠形成可撓性固態(tài)氫燃料。接著以造粒機使上述固 態(tài)氫燃料形成錠狀，平均每錠固態(tài)氫燃料含有l(wèi)g固體氫化物、0. lg催化劑、及0. lg硅橡膠。將兩錠固態(tài)氫燃料置于上述水膠后，固態(tài)氫燃料將吸水并反應形成氫氣。經(jīng)量測 后，放氫速率與時間的關系圖如圖4所示。實施例2取0. 5g的聚丙烯酸鈉平均散布于吸水性棉質材料(5cm*13cm*0. 05cm,購自雅妮 國際股份公司的超薄化妝棉KK-II)，形成片狀吸水性材料。參考中國臺灣專利申請?zhí)柕?8108205號的方法，取固體氫化物(NaBH4)、催化劑 (Co2+/IR-120)高速球磨后，再加入硅橡膠形成可撓性固態(tài)氫燃料。接著將上述固態(tài)氫燃料 壓片后裁切，形成片狀固態(tài)氫燃料(4cm*llcm*0. 1cm)。將片狀吸水性材料及片狀固態(tài)氫燃料迭合后卷成棒狀，并將棒狀物置于容器中。 將20g水加入容器后，吸水性材料迅速吸水。靜置五分鐘后將多余的水倒出后量測固態(tài)氫 燃料的放氫速率，如圖5所示。在實施例1及2中，即使倒置或側放容器，均無水自容器中流出，且不影響放氫速 率。由上述可知，本發(fā)明不需多余的薄膜即可避免供氫裝置的液體流入燃料電池。雖然本發(fā)明已以數(shù)個較佳實施例描述如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領域技 術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作任意的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范 圍應當以申請的權利要求范圍所界定的內容為準。
權利要求
一種供氫裝置，包括一吸水性材料，用以吸附水、醇類或上述的組合；以及一固態(tài)氫燃料，直接接觸該吸水性材料以放氫。
2.依據(jù)權利要求1所述的供氫裝置，其中，該吸水性材料為一高分子，該高分子包括 聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚環(huán)氧乙烷、淀粉接枝共聚物或橡膠共混 物。
3.依據(jù)權利要求2所述的供氫裝置，其中，該吸水性材料為該高分子與一棉質材料的組合。
4.依據(jù)權利要求1所述的供氫裝置，其中，該醇類包括甲醇、乙醇或上述任意組合。
5.依據(jù)權利要求1所述的供氫裝置，其中，該固態(tài)氫燃料包括固體氫化物、固體催化劑 及疏水性高分子彈性體。
6.依據(jù)權利要求5所述的供氫裝置，其中，該固體氫化物包括金屬硼氫化物、金屬氫化 物、硼氮氫化物或上述任意組合。
7.依據(jù)權利要求6所述的供氫裝置，其中，該金屬硼氫化物包括妝8114、1^114、01(8114)2、 Mg(BH4)2,KBH4^Al(BH4)3o
8.依據(jù)權利要求6所述的供氫裝置，其中，該金屬氫化物包括LiH、NaH或CaH2。
9.依據(jù)權利要求6所述的供氫裝置，其中，該硼氮氫化物包括氨硼烷、乙硼烷、二氨乙 硼烷、H2B(nh3)2BH4、聚氨基硼烷、環(huán)硼氮烷、嗎啉硼烷或硼烷-四氫呋喃。
10.依據(jù)權利要求5所述的供氫裝置，其中，該固體催化劑包括Ru、Co、Ni、Cu或Fe。
11.依據(jù)權利要求5所述的供氫裝置，其中，該疏水性高分子彈性體包括硅膠、橡膠或 硅橡膠。
12.依據(jù)權利要求1所述的供氫裝置，應用于一燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明利用吸水性高分子使水形成不流動的狀態(tài)，可進一步搭配吸水性棉質材料以加速吸水。上述吸水性材料搭配固態(tài)氫燃料可形成穩(wěn)定的供氫裝置，即使將供氫裝置倒置或側放均不會造成液態(tài)水流入燃料電池并阻塞MEA膜，進而使燃料電池性能下降甚至無法發(fā)電。
文檔編號C01B3/06GK101877411SQ20091013784
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權日2009年4月29日
發(fā)明者太原麗子, 曹芳海, 洪劍長, 蔡幸芬, 薛展立, 許雅意, 谷杰人, 鄭名山, 陳政嚴 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院