基于乙醇燃料的混合动力汽车新型高效可行系统

虽然乙醇可以直接作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）的燃料，但由于其在阳极存在较低的氧化动力学特性及阴极的渗透特性导致能量转换效率显著降低。同时,在以燃料电池作为驱动能源的汽车中,动力系统包括将乙醇转换为氢气的蒸气重整器,其产生的氢气中含有CO，这将会限制乙醇在PEMFC中的应用。针对使用PEMFC的电动汽车，提出了一种新型系统，其含有1个乙醇脱氢催化反应器,用来制取氢气,进而燃料电池进行发电。同时，该系统有助于解决氢气生产、输送和存储的相关问题。该系统反应器生成的液体副产品可被用作内燃机燃料,或者通过催化再生技术提取更多的氢气。

乙醇水蒸气重整制氢技术（SRE）是比较完善的技术,在高温环境下反应，以减少在催化剂上的焦炭沉积和提高氢气产量。然而，热力学上出现的逆水汽变换（WGS）过程将会产生CO，为此确定了一种活跃的催化剂，由乙醇直接制取得到乙酸乙酯和氢气，在250℃的情况下,通过铜基催化剂的耦合脱氢过程,乙醇80%以上可以转换为乙酸乙酯，2C 2H 5OH→CH 3COOC 2H 5+2H 2。

由于在反应过程中,没有C-C键断裂,所以乙醇脱氢过程不会生成CO和CO 2，通过优化Cu/ZrO 2催化剂表面特性可以使乙醇转化为乙酸乙酯而抑制乙醛的生成。脱氢催化反应器装置所需的热能由混合动力汽车燃烧废气中的热量提供。催化剂中Cu/ZrO 2的配比关系利用等体积浸渍方法由甲醇催化反应的催化剂得到。在催化剂的作用下，催化反应主要形成了乙酸乙酯、乙醛、甲基乙基酮、醛、丙酮等产物。接触时间越长或W/F（W是催化剂质量，F是催化反应器中乙醇的流量）越大，乙醇的转化率越高。试验结果表明,使用由乙醇脱氢反应器生成富氢气体的PEMFC能量密度可以与使用纯氢作为燃料的PEMFC相比。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2015年第294期

作者：Andre G. Sato et al

编译：何云廷