脉冲注入控制双层硼氢化钠水解催化反应器：便携式燃料电池系统的动态氢源解决方案

本文针对便携式燃料电池系统提出了一种采用脉冲燃料注入控制的双层硼氢化钠（NaBH4）水解催化反应器。该设计通过创新结构（双层反应室）与主动控制策略（脉冲注入）相结合，突破了传统NaBH4制氢系统响应慢、压力易失衡的技术瓶颈，实现了10秒快速启动、30秒系统稳定，为便携式氢氧燃料电池（PEMFC）提供了一种低复杂度、快速响应、速率可控的动态氢源方案。

　　

Highlight

Proposal

NaBH₄水解的制氢反应为：

NaBH₄ + 2H₂O →^催化剂 NaBO₂ + 4H₂↑

在催化剂存在下，水解速率同时取决于反应物浓度和温度。此外，由于反应本身是放热过程，容易发生自加速，这使得反应速率的控制极具挑战性。

为确保系统氢气压力的稳定性和安全性，反应器必须同时优化...

Synthesis of catalyst

在此设计中，催化剂不仅需要提供催化活性，还需作为反应混合物的定向流动通道。因此，催化剂的多孔渗透性及其在高温强碱环境下的耐腐蚀稳定性成为关键设计点。B. G. Gang等人和T. H. Oh等人曾提出，使用泡沫镍负载的Co-P催化剂可以实现更好的流体渗透性和稳定性，为...提供了参考。

Physical processes and basic assumptions

所提出的反应器结构将反应集中在更短的时间和更小的空间内，但这种设计对内部气体流速的变化表现出更高的敏感性。因此，需要更精确地评估短时间内燃料供应内部气体压力的波动。为实现此目标，通过选取旋转...构建了一个包含化学传质、流体流速和温度变化的二维反应流模型。

Catalyst characterization and catalyst production capability

合成的催化剂以Co-P-B颗粒为活性位点，负载在泡沫镍的三维多孔骨架上，这有利于高效的传质和反应流动。催化剂的表征和催化性能结果如图5所示。

进行了扫描电子显微镜（SEM）观察催化剂的形貌。图5(a)显示了泡沫镍基底的孔结构，图5(b)显示了负载在其上的催化剂颗粒。Co-P-B...

Conclusion

为应对便携式发电应用中硼氢化钠水解制氢的体积敏感性和产氢速率匹配挑战，本研究旨在缩短制氢反应的响应时间并提高产氢速率的调控能力。主要贡献如下：

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  1. 1.
     提出了一种双层反应器结构，由内桶形反应室和外废燃料...