基于乙醇燃料的混合動力汽車新型高效可行系統(tǒng)

雖然乙醇可以直接作為質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的燃料，但由于其在陽極存在較低的氧化動力學(xué)特性及陰極的滲透特性導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率顯著降低。同時,在以燃料電池作為驅(qū)動能源的汽車中,動力系統(tǒng)包括將乙醇轉(zhuǎn)換為氫氣的蒸氣重整器,其產(chǎn)生的氫氣中含有CO，這將會限制乙醇在PEMFC中的應(yīng)用。針對使用PEMFC的電動汽車，提出了一種新型系統(tǒng)，其含有1個乙醇脫氫催化反應(yīng)器,用來制取氫氣,進而燃料電池進行發(fā)電。同時，該系統(tǒng)有助于解決氫氣生產(chǎn)、輸送和存儲的相關(guān)問題。該系統(tǒng)反應(yīng)器生成的液體副產(chǎn)品可被用作內(nèi)燃機燃料,或者通過催化再生技術(shù)提取更多的氫氣。

乙醇水蒸氣重整制氫技術(shù)（SRE）是比較完善的技術(shù),在高溫環(huán)境下反應(yīng)，以減少在催化劑上的焦炭沉積和提高氫氣產(chǎn)量。然而，熱力學(xué)上出現(xiàn)的逆水汽變換（WGS）過程將會產(chǎn)生CO，為此確定了一種活躍的催化劑，由乙醇直接制取得到乙酸乙酯和氫氣，在250℃的情況下,通過銅基催化劑的耦合脫氫過程,乙醇80%以上可以轉(zhuǎn)換為乙酸乙酯，2C 2H 5OH→CH 3COOC 2H 5+2H 2。

由于在反應(yīng)過程中,沒有C-C鍵斷裂,所以乙醇脫氫過程不會生成CO和CO 2，通過優(yōu)化Cu/ZrO 2催化劑表面特性可以使乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸乙酯而抑制乙醛的生成。脫氫催化反應(yīng)器裝置所需的熱能由混合動力汽車燃燒廢氣中的熱量提供。催化劑中Cu/ZrO 2的配比關(guān)系利用等體積浸漬方法由甲醇催化反應(yīng)的催化劑得到。在催化劑的作用下，催化反應(yīng)主要形成了乙酸乙酯、乙醛、甲基乙基酮、醛、丙酮等產(chǎn)物。接觸時間越長或W/F（W是催化劑質(zhì)量，F(xiàn)是催化反應(yīng)器中乙醇的流量）越大，乙醇的轉(zhuǎn)化率越高。試驗結(jié)果表明,使用由乙醇脫氫反應(yīng)器生成富氫氣體的PEMFC能量密度可以與使用純氫作為燃料的PEMFC相比。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2015年第294期

作者：Andre G. Sato et al

編譯：何云廷