能源是科技发展的动力源泉，是历次工业革命的基石，当今的人口不断增长、能源需求不断提高，然而主要开采和依赖的化石能源却是不可再生能源，终将面临枯竭，迫使人们寻找新的能源，因而风能、水能、太阳能、核能、氢能等能源方式逐渐被开发利用。其中，氢能以其可再生、无污染、效率高等特点占有一席重要地位。氢能具有以下优点：
1.燃烧热值高，能量密度大。其热值高达 1.4×108J/kg，大约是汽油与其他固体燃料的 2 至 3 倍，且利用效率也高于其他燃料。
2.对环境的污染小。氢能的利用过程中，其产物只有水，不产生氮、硫的氧化物等有害气体，也没有二氧化碳这样的温室气体，也没有核能的废料辐射，是真正的清洁能源。
3.氢能是可再生能源。作为一种二次能源，氢能可以从多种能源形式中转化而来，除了从煤、石油等化石能源中得来外，还可以从秸秆、谷物等生物质中得到，也可以从太阳能、风能中得以转化。
目前氢气的利用方式，大致分为燃烧转化为热能、机械能然后向其他能量转化，和利用质子交换膜燃料电池直接向电能转化两种方式[5]。其中，第一种方式一般要通过内燃机进行燃烧，而内燃机的能量效率受限于卡诺循环效率，能量利用率较低。燃料电池依据电化学原理，可以达到更高的能量利用率。虽然有着高效的利用方式，但氢能的利用受限于氢气存储这一瓶颈问题。
目前可用的储氢方式，一般包括压缩氢气、低温压缩液态氢气、氢气吸附剂、金属氢化物、金属有机骨架和碳基材料等方式，这些方法各具优劣。高压钢瓶物理储氢问题在于，氢气占系统比重很低，一般不超过 2%，拖累了燃料电池的高功率密度。化学储氢包括金属氢化物和硼氢化物等方式，其中的硼氢化物储氢以其高氢储存密度、相对稳定的化学性质等优势备受瞩目。以硼氢化钠为例，其储氢量为自身质量的 10.6%，这大约是普通金属氢化物的 5 倍，硼氢化钠在常温干燥的环境中比较稳定，其溶液作为燃料时产氢条件比较简单，且水中的氢元素也会被还原为氢气，进一步提升氢原子的利用率。因此，硼氢化钠水解制氢的反应具有进一步研究和应用的价值。
国内外研究现状
NaBH4水解催化剂研究:NaBH4 在常温、中性条件下，不需催化剂可以与水直接反应，生成氢气和偏硼酸钠。然而，这种自发的反应既不利于 NaBH4 溶液的储存，也不利于化学反应的控制，而且生成物偏硼酸钠水解呈碱性，会抑制 NaBH4 的继续反应，因此，一方面需要在 NaBH4 溶液中加入 NaOH 使溶液为强碱性（pH=14），另一方面需要催化剂控制水解反应，使得 NaBH4 溶液高效、稳定、有序进行。
基于 NaBH4水解的氢气发生器结构
NaBH4水解制氢的净化:NaBH4 水解理论上只生成氢气和偏硼酸钠，产气中没有其他气体杂质。在实际反应中，由于反应的剧烈放热，反应体系很高，往往可以达到 70-90℃。在这种条件下，伴随着迅速流出的氢气，很多含盐碱的水汽也被带出，而随氢气流出这部分溶液约占总溶液质量的 5%以上。水汽中的溶质成分使得气体呈碱性，会对呈酸性的质子交换膜燃料电池产生性能影响，而且其中含有 Na+，BO2-、BH4-等阴阳离子，可以能会对质子交换膜产生不可逆的破坏，减少燃料电池使用寿命。因此必须去除氢气中的杂质，以提高氢气纯度，延长换质子交换膜燃料电池使用寿命。
本文的研究内容主要包括以下三个方面
1. NaBH4 水解催化剂的制备。分析硼氢化钠水解反应机理和 Co-B-P 催化剂的制作机理，通过浸渍还原法制作泡沫镍担载的 Co-B-P 催化剂，考察担载效率和不同负载率所带来的催化效率、机械强度等方面的影响。对比得出合适的催化剂制备流程，得到催化效率高、担载强度高、反应启动速度快的催化剂，为氢气发生器结构设计打下基础，并对结构优化提供参考。
2. 氢气发生系统的设计。根据催化剂的性质和催化性能，设计结构合理的氢气发生器，以保证氢气发生器的气密性，结构的稳定性。以 50W 级 PEMFC 为应用目标，测试氢气需求，详细考察氢气发生器的产氢效率、使用损耗率等参数。评估其产生氢气的纯度，设计后续氢气除杂装置。对碱类杂质的去除效果和除杂剂的消耗进行测定，确保氢气纯度和整个氢气发生系统的可应用性。
3. 系统的集成与测试。从质子交换膜燃料电池的结构和装配入手，测试单片质子交换膜燃料电池的基本性能，并组装为所需求功率的氢氧电堆。根据氢气发生器和氢氧电堆各自特性，设计合理系统的控制逻辑。将氢气发生系统与氢氧电堆组合测试，对输出功率、测量各项性能指标，对整体系统进行集成和封装，分析系统的输出特性、能量密度和工作稳定特性。
