EA201401288A1 20150630

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea201401288a*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Предложена электрохимическая энергетическая система, которая генерирует электродвижущую силу (EMF) благодаря каталитической реакции перехода водорода в низкоэнергетическое (гидрино) состояние, обеспечивающей прямое преобразование высвобождающейся при реакции гидрино энергии в электричество, при этом такая система содержит по меньшей мере два компонента, выбираемые из H ₂ O катализатора или источника H ₂ O катализатора; атомарного водорода или источника атомарного водорода; реагентов для образования катализатора H ₂ O или источника катализатора H ₂ O и атомарного водорода или источника атомарного водорода; и одного или нескольких реагентов для инициации катализа атомарного водорода. Данная электрохимическая энергетическая система для образования гидрино и получения электричества может, кроме того, содержать катодный отсек, содержащий катод, анодный отсек, содержащий анод, при необходимости солевой мостик, реагенты, которые составляют реагенты гидрино во время работы ячейки с раздельными электронным потоком и ионным массопереносом, источник кислорода и источник водорода. Вследствие окислительно-восстановительных реакций на электродах производящая гидрино реакционная смесь образуется при миграции электронов через внешнюю цепь и ионном массопереносе по отдельному пути, такому как через электролит, для замыкания электрической цепи. Кроме того, обеспечиваются источник питания и гидридный реактор, который питает энергией энергетическую систему, содержащую (i) ячейку реакции для катализа атомарного водорода с образованием гидрино, (ii) химическую топливную смесь, содержащую по меньшей мере два компонента, выбираемые из катализатора H ₂ O или источника катализатора H ₂ O; атомарного водорода или источника атомарного водорода; реагентов для образования катализатора H ₂ O или источника катализатора H ₂ O и атомарного водорода или источника атомарного водорода; одного или нескольких реагентов для инициирования катализа атомарного водорода; и субстрата для обеспечения возможности катализа, (iii) тепловых систем для смены направления реакции обмена с целью термической регенерации топлива из продуктов реакции, (iv) теплопоглотителя, который принимает теплоту от вырабатывающих энергию реакций, и (v) системы преобразования энергии.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1412050
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СШТ
Перекрестные ссылки на родственные заявки
Для данной заявки испрашивается приоритет по предварительным патентным заявкам США №№ 61/649 606, поданной 21 мая 2012 г.; 61/671 348, поданной 13 июля 2012 г.; 61/693 462, поданной 27 августа 2012 г.; 61/708 869, поданный 2 октября 2012 г.; 61/718 959, поданной 26 октября 2012 г.; 61/783 698, поданной 14 марта 2013 г.; и 61/821 594, поданной 10 мая 2013, во всей их полноте включенных в описание посредством ссылки.
Краткое изложение раскрываемых воплощений
Настоящее раскрытие касается электрохимической энергоустановки, которая производит электрическое напряжение и/или электричество и/или тепловую энергию, содержащей сосуд, при этом данный сосуд содержит по меньшей мере один катод, по меньшей мере один анод, по меньшей мере одну биполярную пластину и реагенты, которые составляют реагенты для образования гидрино во время работы ячейки с раздельным потоком электронов и ионным массопереносом, реагенты, содержащие по меньшей мере два компонента, выбираемые из: а) по меньшей мере одного источника НгО; Ь) источника кислорода, с) по меньшей мере одного источника получения катализатора или катализатора, содержащего по меньшей мере один компонент, выбранной из группы: пН, О, Ог, ОН, ОН" и образующейся НгО, где п является целым числом; и d) по меньшей мере одного источника атомарного водорода или атомарный водород; один или несколько реагентов для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и атомарного водорода; и один или несколько реагентов для инициализации катализа атомарного водорода. В п воплощении комбинация катода, анода, реагентов и биполярной пластины обеспечивает распространение катализа атомарного водорода с образованием гидрино, что поддерживает химический потенциал или напряжение между каждым катодом и соответствующим анодом. И, кроме того, данная установка содержит электролитическую систему. В одном воплощении электрохимическая энергетическая установка содержит по меньшей мере один из элементов: пористый электрод, газодиффузионный электрод и проницаемый для водорода анод, в которой по меньшей мере один из кислорода и НгО подается на катод и Н2 подается на анод. Электрохимическая энергетическая установка может содержать по меньшей мере один из гидридированного анода и закрытой емкости с водородом, имеющей по меньшей мере одну поверхность, содержащую проницаемый для
водорода анод. Электрохимическая энергетическая установка может содержать сдвоенные проницаемые для водорода аноды с противостоящими им катодами, составляющие блок из пакета ячеек, которые являются электрически связанными по меньшей мере одним из последовательного и параллельного способов. В одном воплощении электрохимическая энергетическая установка, кроме того, содержит по меньшей мере одну систему газоснабжения, содержащую нагнетательный трубопровод, линию газоснабжения и газопроводящие каналы, связанные с электродом. В одном воплощении катод электрохимической энергетической установки содержит по меньшей мере одно из капиллярной системы и радиальных газопроводящих каналов с кольцевой перфорацией, пористого электрода и пористого слой для транспортировки по меньшей мере одного из НгО и Ог к центру ячейки относительно периферии. Проницаемый для водорода анод может содержать по меньшей мере одно из Со пленочного литья, N1 пленочного литья, Мо пленочного литья, Мо, сплава Mo, MoNi, MoCu, TZM, Н242, Ni, Co, сплава Ni, NiCo и другие переходные и внутренние переходные металлы и сплавы, а также СиСо. Давление водорода, прикладываемое к проницаемому аноду, может поддерживаться в диапазоне по меньшей мере от около 1 торр до 500 атм, от 10 торр до 100 атм и от 100 торр до 5 атм, а скорость проницаемости водорода может находиться в диапазоне по меньшей мере приблизительно от 1 х 10"13 моль-с'^см"2 до 1 х 10"4 моль-с'^см"2, от 1 х 10'12 моль-с^-см"2 до 1 х 10"5 моль-с'^см"2, от 1 х 10-11 моль-с'^см"2 до 1 х 10'6 моль-с"!'см"2, от 1 х 10"10 моль-с^-см"2 до 1 х 10"7 моль-с'^см"2 и от 1 х 10"9 моль-с'^см"2 до 1 х 10"8 моль-с'^см"2. В одном воплощении проницаемый для водорода анод содержит высоко проницаемую перегородку, покрытую материалом, эффективно содействующим катализу атомарного водорода для образования гидрино. Материал для нанесения покрытия на проницаемый для водорода анод может содержать по меньшей мере один из Мо, сплава Мо, MoNi, MoCu, M0C0, МоВ, МоС, MoSi, MoCuB, MoNiB, MoSiB, Co, CoCu, CoNi и Ni, а также проницаемый для H материал может содержать по меньшей мере одно из №(Нг), У(Нг), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2), Ta(H2), нержавеющей стали (SS) и 430 SS (H2). В одном воплощении электролитическая система электрохимической энергетической установки в периодическом режиме осуществляет электролиз НгО для обеспечения источника атомарного водорода или самого атомарного водорода и разряжает ячейку с тем, чтобы добиться выигрыша в чистом энергетическом балансе цикла. В одном воплощении реагенты электрохимической энергетической установки содержат по меньшей мере один электролит, выбранный из по меньшей мере одного расплавленного гидроксида; по меньшей мере одной эвтектической смеси солей; по меньшей мере одной
смеси расплавленного гидроксида и по меньшей мере одного другого соединения; по меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и соли; по меньшей мере одной расплавленной смеси гидроксида и галогенидной соли; электролитической добавки, содержащей твердое топливо настоящего раскрытия; по меньшей мере одной смеси гидроксида щелочного металла и галогенида щелочного металла; по меньшей мере одного щелочноземельного, переходного металла, или добавки гидроксида Bi; добавки, содержащей по меньшей мере одно из Ni(OH)2, Со(ОН)2, Си(ОН)2, Са(ОН)г и Bi(OH)3; LiOH-LiBr, LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, LiOH-LiX-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-Nal, NaOH-NaX и KOH-KX, где X представляет галогенид), по меньшей мере одной матрицы и по меньшей мере одной добавки. Добавка может содержать соединение, которое является источником общего иона для по меньшей мере одного продукта анодной коррозии, при этом эффект соответствующего общего иона по меньшей мере частично препятствует корродированию анода. Источник общего иона может предупреждать образование по меньшей мере одного из СоО, NiO и М0О2. В одном воплощении добавка содержит по меньшей мере одно из соединений, содержащих катион металла анода, и аниона, гидроксида, галогенида, оксида, сульфата, фосфата, нитрата, карбоната, хромата, перхлората и перйодата, и соединений, содержащих матрицу и оксид, оксид магния-кобальта, оксид магния-никеля, оксид меди-магния, CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, М0О2, Ti02, Zr02, Si02, AI2O3, NiO, FeO или Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, P203, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02 и Cr03, В одном воплощении электролит является водным и щелочным, и по меньшей мере одно из рН электролита и напряжения ячейки контролируются для достижения устойчивости анода. Напряжение на ячейке в течение процесса периодического электролиза и разряда может поддерживаться выше электрического потенциала, не допускающего существенного окисления анода.
Настоящее раскрытие, кроме того, касается генерирующей тепловую энергию энергетической установки, содержащей по меньшей мере один сосуд, выдерживающий давление по меньшей мере в одну атмосферу, либо выше атмосферного либо ниже атмосферного, по меньшей мере один нагреватель, реагенты, которые представляют реагенты для образования гидрино, содержащие: а) источник катализатора или катализатор, содержащий образующуюся Н2О; Ь) источник атомарного водорода или атомарный водород; с) реагенты, содержащие гидроксидное соединение и галогенидное соединение для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и самого атомарного водорода; и один или
несколько реагентов для инициации катализа атомарного водорода, при котором реакция протекает при по меньшей мере одном из перемешивания и нагревания реагентов. По меньшей мере одно из гидроксидного соединения и галогенидного соединения содержит по меньшей мере одно из щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов и Al, Ga, In, Sn, Pb, Bi, Cd, Си, Co, Mo и Ni, Sb, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, а также Zn. В одном воплощении реагенты, кроме того, содержат источник НгО, которая взаимодействует с продуктами для регенерации реагентов.
Настоящее раскрытие касается электрохимической энергоустановки, которая производит по меньшей мере одно из электрической и тепловой энергии, содержащей сосуд, закрытый для атмосферы, при этом данный сосуд содержит по меньшей мере один катод, по меньшей мере один анод, по меньшей мере одну биполярную пластину и реагенты, которые образуют реагенты для образования гидрино во время работы ячейки с раздельным потоком электронов и ионным массопереносом, реагенты, содержащие по меньшей мере два компонента, выбираемые из: а) по меньшей мере одного источника Н2О; Ь) по меньшей мере одного источника катализатора или самого катализатора, содержащего по меньшей мере одно из группы, выбранной из пН, ОН, ОН", образующейся Н2О, H2S или MNH2, где п является целым числом и М - щелочным металлом; и с) по меньшей мере одного источника атомарного водорода или самого атомарного водорода, одного или нескольких реагентов для образования по меньшей мере одного из источников катализатора, самого катализатора, источника атомарного водорода и самого атомарного водорода; одного или нескольких реагентов для инициации катализа атомарного водорода; и подложки, в которой комбинация катода, анода, реагентов и биполярной пластины поддерживает химический потенциал между каждым катодом и соответствующим анодом для обеспечения возможности прохождения катализа атомарного водорода, и системы, содержащий, кроме того, электролитическую систему. В одном воплощении электролитическая система электрохимической энергетической установки в периодическом режиме осуществляет электролиз Н20 для обеспечения источника атомарного водорода или самого атомарного водорода и разряжает ячейку с тем, чтобы добиться выигрыша в чистом энергетическом балансе цикла. Реагенты могут содержать по меньшей мере один электролит, выбираемый из по меньшей мере одного расплавленного гидроксида; по меньшей мере одной эвтектической смеси солей; по меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и по меньшей мере одного другого соединения; по меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и соли; по
меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и галогенидной соли; по меньшей мере одной смеси гидроксида щелочного металла и галогенида щелочного металла; LiOH-LiBr, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-Nal, NaOH-NaX и KOH-KX, где X представляет галогенид), по меньшей мере одной матрицы и по меньшей мере одной добавки. Электрохимическая энергетическая установка может, кроме того, содержать нагреватель. Температура ячейки электрохимической энергетической установки, превышающая температуру плавления электролита, может находиться по меньшей мере в одном диапазоне, выбираемом из от около 0 до 1500°С более высокого, чем температура плавления, от около 0 до 1000°С более высокого, чем температура плавления, от около О до 500°С более высокого, чем температура плавления, от 0 до около 250°С более высокого, чем температура плавления, и от около 0 до 100°С более высокого, чем температура плавления. В воплощениях матрица электрохимической энергетической установки содержит по меньшей мере одно из соединений оксианиона, алюмината, вольфрамата, цирконата, титаната, сульфата, фосфата, карбоната, нитрата, хромата и манганата, оксидов, нитридов, боридов, халькогенидов, силицидов, фосфидов и карбидов, металлов, оксидов металлов, неметаллов и оксидов неметаллов; оксидов щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и щелочноземельных металлов и Al, Ga, В, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В и других элементов, которые образуют оксиды или оксианионы; по меньшей мере один оксид, такой как оксид щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и редкоземельного металла и Al, Ga, В, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В и других элементов, которые образуют оксиды и один оксианион, и, кроме того, содержат по меньшей мере один катион из группы щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов и катионы Al, Ga, В, Sn и Pb; LiAlCb, MgO, ПгТЮз или SrTiC> 3; оксид материалов анода и соединений электролита; по меньшей мере один из катионов и оксидов электролита; оксид электролита МОН (М = щелочной металл); оксид электролита, содержащего элемент, металл, сплав или смесь из группы Мо, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и M', в которой M' представляет щелочноземельный металл; М0О2, ТЮ2, Zr02, SiC"2, AI2O3, NiO, FeO или Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MnO, Mn304, Mn203, Mn02, Mn207, НГО2, Co203, CoO, C03O4, C02O3 и MgO; оксид материала катода и при необходимости оксид электролита; Ы2М0О3 или 1Л2М0О4, 1Л2ТЮ3, Li2Zr03, ЫгвЮз, 1ЛАЮ2, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, Li2Nb03, Li2P04, Li2Se03, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04,
ЫгСгСч, 1Л2СГ2О7, Li2Mn04, 1л2НГОз, LiCo02 и М'О, где М' представляет щелочноземельный металл, и MgO; оксид элемента анода или элемента той же самой группы О2М0О4, М0О2, Li2W04, Li2Cr04 и Li2Cr207 с Мо анодом, и добавка содержит по меньшей мере одно из S, Li2S, оксидов, Мо02, ТЮ2, Zr02, Si02, А120з, NiO, FeO или Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, P203, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, СГ3О4, Cr203, Cr02, Cr03, MgO, Li2Ti03, LiA102, Li2Mo03 или Li2Mo04, Li2Zr03, Li2Si03, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, Li2Nb03, Li2Se03, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr20y, Li2Mn03 или LiCo02, MnO и Ce02) Во время работы электрохимической энергетической установки может происходить по меньшей мере одна из следующих реакций: а) по меньшей мере одно из Н и Н2 образуется при разряде на аноде в процессе электролиза Н20; Ь) по меньшей мере одно из О и 02 образуется при разряде на катоде в процессе электролиза Н20; с) в ходе взаимодействия реакционной смеси образуется водородный катализатор; d) во время разряда образуется гидрино с выработкой по меньшей мере одного из электроэнергии и тепловой энергии; е) ОН" окисляется и реагирует с Н, чтобы образовать появляющуюся Н20, которая служит в качестве катализатора гидрино; f) ОН" окисляется в ионы кислорода и Н; g) по меньшей мере один из ионов кислорода, самого кислорода и Н20 восстанавливаются при разряде на катоде; h) Н и образующийся катализатор Н20 реагируют, чтобы образовать гидрино; и i) гидрино образуется во время разряда с выработкой по меньшей мере одного из электроэнергии и тепловой энергии. В одном воплощении электрохимической энергетической установки по меньшей мере одна реакция оксидации ОН" и восстановления по меньшей мере одного из ионов кислорода, самого кислород и Н20 протекают во время разряда ячейки, чтобы произвести энергию, которая превышает энергию в течение фазы электролиза периодического электролиза. В динамике по времени ток разряда может превысить ток в динамике по времени, протекающий в течение фазы импульсного электролиза. В одном воплощении реакция на анодном полуэлементе может быть
ОН" + 2Н в Н20 + е" + Н(1/4)
при этом реакция первого Н с ОН", приводящая к образованию катализатора Н20 и е", протекает согласованно с осуществляемым с помощью Н20 катализом второго Н в гидрино. В воплощениях реакция разряда на анодном полуэлементе имеет напряжение по меньшей мере около 1,2 вольта (с термодинамической корректировкой для рабочей температуры относительно стандартного водородного электрода) и напряжение по меньшей мере в одном из диапазонов от около 1,5 В до 0,75 В, от 1,3 В до 0,9 В и от 1,25 В
до 1,1 В относительно стандартного водородного электрода при 25°С, и реакции на катодном полуэлементе имеют напряжение по меньшей мере около О В (с термодинамической корректировкой для рабочей температуры) и напряжение по меньшей мере в одном из диапазонов от около -0,5 В до +0,5 В, от -0,2 В до +0,2 В и от -0,1 В до +0,1 В относительно стандартного водородного электрода при 25°С.
В одном воплощении электрохимической энергетической установки настоящего раскрытие катод содержит NiO, анод содержит по меньшей мере одно из Ni, Мо, сплава Н242 и углерода, а биметаллическое соединение содержит по меньшей мере одно из сплава хастеллой, Ni, Мо и Н242, отличных от металла, представленного в аноде. Электрохимическая энергетическая установка может содержать по меньшей мере один комплект ячеек, в котором биполярная пластина содержит биметаллическое соединение, разделяющее анод и катод. В одном воплощении ячейка снабжается НгО, при этом давление пара Н20 находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из от около 0,001 торр до 100 атм, от около 0,001 торр до 0,1 торр, от около 0,1 торр до 1 торр, от около 1 торр до 10 торр, от около 10 торр до 100 торр, от около 100 торр до 1000 торр и от около 1000 торр до 100 атм, а остальное давление, необходимое для достижения по меньшей мере атмосферного давления, обеспечивается подачей инертного газа, содержащего по меньшей мере одно из инертного газа и N2j В одном воплощении электрохимическая энергетическая установка может содержать генератор водяного пара, предназначенный для снабжения системы Н20. В одном воплощении ячейка периодически переключается между фазами заряда и разряда, при этом (i) фаза заряда содержит по меньшей мере электролиз воды на электродах с противоположной полярностью напряжения и (ii) фаза разряда содержит по меньшей мере образование катализатора Н20 на одном или обоих электродах; при этом (i) функция каждого электрода каждой ячейки в качестве катода или анода переключается на обратную между фазами заряда и разряда, (ii) полярность тока переключается между фазами заряда и разряда и при этом заряд содержит по меньшей мере одно применение прикладываемого тока и напряжения. В воплощениях по меньшей мере одно из прикладываемого тока и напряжения имеет форму волны с циклом в диапазоне от около 0,001% до около 95%; пиковым напряжением на ячейку в диапазоне от около 0,1 В до 10 В; пиковым значением плотности мощности от около 0,001 Вт/см2 до 1000 Вт/см2 и средней мощностью в пределах диапазона от около 0,0001 Вт/см2 до 100 Вт/см2, при этом прикладываемые ток и напряжение, кроме того, содержат по меньшей мере одно из постоянного напряжения, постоянного тока и по меньшей мере одно из переменного тока и волнообразного
напряжения, при этом волнообразный сигнал имеет частоты в диапазоне от около 1 до около 1000 Гц. Волнообразный сигнал импульсного цикла может содержать по меньшей мере одно из постоянного тока, мощности, напряжения и сопротивления, и переменного тока, мощности, напряжения и сопротивления для по меньшей мере одного из фаз электролиза и разряда импульсного цикла. В воплощениях параметры по меньшей мере одной фазы цикла содержат частоту импульсной фазы в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от около 0,001 Гц до 10 МГц, от около 0,01 Гц до 100 кГц и от около 0,01 Гц до 10 кГц; напряжение на ячейку в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от около 0,1 В до 100 В, от около 0,3 В до 5 В, от около 0,5 В до 2 В и от около 0,5 В до 1,5 В; ток через электродную зону, способную образовывать гидрино, в по
2 2
меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от около 1 мкА-см" до 10 А-см", от около 0,1 мА-см"2 до 5 А-см"2 и от около 1 мА-см"2 до 1 А-см'2; мощность на электродную зону, способную образовывать гидрино, в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от
2 2 2 2 2
около 1 мкВт-см" до 10 Вт-см", от около 0,1 мВт-см' до 5 Вт-см" и от около 1 мВт-см" до 1 Вт-см"2; постоянный ток через электродную зону, способную образовывать гидрино, в диапазоне от около 1 мкА-см'2 до 1 А-см"2; постоянную мощность на электродную зону,
2 2
способную образовывать гидрино, в диапазоне от около 1 мВт-см" до 1 Вт-см" ; временной интервал в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от около 10"4 с до 10 000 с, от 10"3 с до 1000 с, от 10"2 с до 100 с и от 10"1 с до 10 с; сопротивление ячейки в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от около 1 мОм до 100 МОм, от около 1 Ом до 1 МОм и от 10 Ом до 1 кОм; электропроводность подходящей нагрузки на электродной зоне, способной образовывать гидрино, в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от около 10"5 до 1000 Ом"1-см"2, от 10"4 до 100 Ом"1-см"2, от 10"3 до 10 Ом" ^см"2 и от 10"2 до 1 Ом"1-см"2, и по меньшей мере одно из тока разряда, напряжения, мощности или временного интервала является большим, чем соответствующий параметр фазы электролиза, чтобы приводить к по меньшей мере одному из выигрыша в мощности или энергии на протяжении цикла. Напряжение во время разряда может поддерживаться более высоким, чем то, которое защищает анод от чрезмерного корродирования.
В одном воплощении электрохимической энергетической установки реакция образования катализатора имеет вид
02 + 5Н+ + 5е" в 2Н20 + Н(1/р); реакция на противоположном полуэлементе дает
Н2 в 2Н+ + 2е"; и суммарная реакция имеет вид
3/2Н2 + 1/202 в Н20 + Н(1/р).
Во время работы электрохимической энергетической установки из водорода может образовываться по меньшей мере один из следующих продуктов: а) водородный продукт с рамановским пиком при целом кратном от 0,23 до 0,25 см"1 плюс матрица сдвига в диапазоне от 0 до 2000 см"1; Ь) водородный продукт с инфракрасным пиком при целом кратном от 0,23док 0,25 см"1 плюс матрица сдвига в диапазоне от 0 до 2000 см"1; с) водородный продукт с полученным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией пиком при энергии в диапазоне от 475 до 525 эВ или 257±25 эВ, 509±25 эВ, 506±25 эВ, 305±25 эВ, 490±25 эВ, 400±25 эВ или 468±25 эВ, плюс матрица сдвига в диапазоне от 0 до 10 эВ; d) водородный продукт, который вызывает сильнопольньш MAS NMR (ЯМР с вращением образца под магическим углом) матричный сдвиг; е) водородный продукт, который имеет сильнопольньш сдвиг при MAS NMR или жидкостной ЯМР спектроскопии более -5 ч./млн. относительно TMS; f) водородный продукт с по меньшей мере двумя пиками на электронно-лучевых спектрах испускания в диапазоне 200 - 300 нм, имеющими расстояние при целом кратном от 0,23 до 0,3 см"1 плюс сдвиг матрицы в диапазоне от 0 до 5000 см"1; и g) водородный продукт с по меньшей мере двумя пиками на УФ флуоресцентных спектрах испускания в диапазоне 200 - 300 нм, имеющими расстояние при целом кратном от 0,23 до 0,3 см"1 плюс сдвиг матрицы в диапазоне от 0 до 5000 см"1.
Настоящее раскрытие, кроме того, касается электрохимической энергетической установки, содержащей водородный анод с проницаемым для водорода электродом; расплавленный солевой электролит, содержащий гидроксид; и по меньшей мере одно из 02 и НгО катода. В воплощениях температура ячейки, которая поддерживает по меньшей мере одно из расплавленного состояния электролита и мембраны в проницаемом для водорода состоянии, находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от около 25 до 2000°С, от около 100 до 1000°С, от около 200 до 750°С и от около 250 до 500°С, превышающая температуру плавления электролита температура ячейки находится в по меньшей мере одном диапазоне, значения температуры которого от около 0 до 1500°С более высокие, чем температура плавления, от 0 до 1000°С более высокие, чем температура плавления, от 0 до 500°С более высокие, чем температура плавления, от 0 до 250°С более высокие, чем температура плавления и от 0 до 100°С более высокие, чем температура плавления; толщина мембраны находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от около 0,0001 до 0,25 см, от 0,001 до 0,1 см и от 0,005 до 0,05 см; давление водорода поддерживается в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от около 1 торр до 500 атм, от 10 торр до 100 атм и от 100 торр до 5 атм; скорость
проницаемости водорода находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из от
11 А II 11 11 С
около 1 X 10 моль-с" -см" до 1 X 10 моль-с" -см", от 1 X 10" моль-с" -см' до 1 X 10" моль-с-1-см-2, от 1 X 10"11 моль-с^-см"2 до 1 X 10"6 моль-с"1-см"2, 1 X Ю-10 моль-с'1-см"2 до 1 X 10"7 моль-с"1-см"2 и 1 X 10"9 моль-с"1-см"2 до 1 X 10"8 моль-с"1-см"2' В одном воплощении электрохимическая энергетическая установка содержит водородный анод, содержащий барботирующий водород электрод; расплавленный солевой электролит, содержащий гидроксид; и по меньшей мере одно из 02 и Н20 катода. В воплощениях температура ячейки, при которой поддерживается расплавленное состояние электролита, находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном из включающих температуры от около 0 до 1500°С более высокие, чем температура плавления электролита, от 0 до 1000°С более высокие, чем температура плавления электролита, от 0 до 500°С более высокие, чем температура плавления электролита, от 0 до 250°С более высокие, чем температура плавления электролита, и от 0 до 100°С более высокие, чем температура плавления электролита; скорость потока водорода через геометрический участок пробулькивания Н2 или барботирующий электрод находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбранном
1*2 11 А 11 11 11 С
из от около 1X10" моль-с" -см" до 1 X 10 моль-с" -см" , 1 X 10" моль-с" -см до 1 X 10" моль-с"1-см"2, 1 X 10"11 моль-с"1-см"2 до 1 X 10"6 моль-с^-см"2, 1 X 10"10 моль-с"1-см'2 до 1 X 10"7 моль-с^-см"2 и 1 X 10"9 моль-с^-см"2 до 1 X 10"8 моль-с^-см"2; скорость реакции на противоположном электроде соответствует или превышает скорость на электроде, с которой протекает реакция водорода; скорость восстановления по меньшей мере одного из Н20 и 02 достаточна для поддержания скорости реакции Н или Н2, и, противоположный электрод имеет площадь поверхности и материал, достаточные для поддержания достаточной скорости.
Настоящее раскрытие, кроме того, касается генерирующей тепловую энергию энергетической установки, содержащей по меньшей мере один сосуд, выдерживающий давление по меньшей мере в одну атмосферу, выше атмосферного и ниже атмосферного; по меньшей мере один нагреватель, реагенты, которые представляют реагенты гидрино, содержащие: а) источник катализатора или катализатор, содержащий образующуюся Н20; Ь) источник атомарного водорода или атомарный водород; с) реагенты для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и самого атомарного водорода; и один или несколько реагентов для инициации катализа атомарного водорода, при котором реакция протекает при по меньшей мере одном из перемешивания и нагревания реагентов. В воплощениях реакции энергетической установки для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, самого
катализатора, источника атомарного водорода и самого атомарного водород содержат по меньшей мере одно реакцию, выбранную из реакции дегидратации; реакция горения; реакция кислоты или основания Льюиса и кислоты или основания Бренстеда-Лоури; реакции оксида и основания; реакции ангидрида кислоты и основания; реакции кислоты и основания; реакции основания и активного металла; окислительно-восстановительной реакции; реакции разложения; реакции замещения и реакции замещения галогенида, О, S, Se, Те, NH3 с соединением, имеющим по меньшей мере одну ОН; реакция восстановления водородом соединения, содержащего О, и источник Н является по меньшей мере одним из приводящих к образованию Н при взаимодействии реагентов, водородом из гидридного или газового источника и из диссоциатора.
Настоящее раскрытие, кроме того, касается батареи или системы топливного элемента, производящей электродвижущую силу (EMF) благодаря каталитической реакции водорода в низкоэнергетическое (гидрино) состояние, обеспечивающей прямое преобразование энергии, высвобождающейся из реакции гидрино, в электричество, при этом такая система содержит:
реагенты, которые составляют реагенты гидрино во время работы ячейки с раздельным потоком электронов и ионным массопереносом,
катодный отсек, содержащий катод,
анодный отсек, содержащий анод, и
источник водорода.
Другое воплощение настоящего раскрытия касается батареи или системы топливных элементов, производящей электродвижущую силу (EMF) благодаря каталитической реакции перехода водорода в низкоэнергетическое (гидрино) состояние, обеспечивающей прямое преобразование высвобождающейся при реакции гидрино энергии в электричество, при этом такая система содержит по меньшей мере два компонента, выбираемых из: катализатора или источника катализатора; атомарного водорода или источника атомарного водорода; реагентов для получения катализатора или источника катализатора и атомарного водорода или источника атомарного водорода; один или несколько реагентов для инициации катализа атомарного водорода; и субстрата для обеспечения возможности проведения катализа, при этом батарея или система топливных элементов для образования гидрино может, кроме того, содержать катодный отсек, содержащий катод, анодный отсек, содержащий анод, при необходимости солевой мостик, реагенты, которые составляют реагенты гидрино во время работы ячейки с раздельными электронным потоком и ионным массопереносом и источник водорода.
В одном воплощении настоящего раскрытия реакционных смесей и реакций для
инициации реакции гидрино, такие как обменные реакции настоящего раскрытия, представляют собой основу топливного элемента, в котором вырабатывается электроэнергия вследствие реакции водорода с образованием гидрино. Вследствие окислительно-восстановительных реакций на электродах производящая гидрино реакционная смесь образуется при миграции электронов через внешнюю цепь и ионном массопереносе по отдельному пути для замыкания электрической цепи. Представленные суммой реакций на полуэлементах суммарные реакции и соответствующие реакционные смеси, приводящие к получению гидрино, могут включать типы реакций, производящих тепловую энергию и обеспечивающих химическое получение гидрино согласно настоящему раскрытию.
В одном воплощении настоящего раскрытия различные реагенты или одинаковые реагенты, находящиеся при различных условиях или состояниях, таких как по меньшей мере одно из различной температуры, давления и концентрации, обеспечиваются в различных отсеках ячейки, которые связаны отдельными каналами для прохождения электронов и ионов с тем, чтобы создать между отсеками замкнутую электрическую цепь. Достигаемые потенциал и электрическая мощность между электродами отдельных камер или термодинамическая эффективность системы обеспечиваются благодаря зависимости реакции гидрино от массового потока от одной камеры к другой. Массовый поток обеспечивает по меньшей мере одно из образования реакционной смеси, которая вступает во взаимодействия с образованием гидрино, и условий, допускающих протекание реакции гидрино с существенными скоростями. В идеальном случае реакции гидрино не происходит или она не протекает с заметной скоростью при отсутствии электронного потока и ионного массопереноса.
В еще одном воплощении ячейка производит по меньшей мере одно из выигрыша в электрической и тепловой энергии по сравнению с мощностью, расходуемой на электролиз между электродами.
В одном воплощении реагенты для образования гидрино составляют по меньшей мере одно из термически рекуперируемых или электролитически рекуперируемых.
Одно воплощение данного раскрытия касается электрохимической энергетической установки, которая генерирует электродвижущую силу (EMF) и тепловую энергию, содержащую катод, анод и реагенты, которые составляют реагенты гидрино в процессе работы ячейки с раздельными электронным потоком и ионным массопереносом, содержащие по меньшей мере два компонента, выбираемые из: а) источника катализатора или самого катализатора, содержащего по меньшей мере одно из группы пН, ОН, ОН",
Н2О, H2S, или MNH2, в котором п является целым числом и М щелочным металлом; Ь) источника атомарного водорода или самого атомарного водорода; с) реагентов для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, самого катализатора, источника атомарного водорода и самого атомарного водорода; одного или нескольких реагентов для инициации катализа атомарного водорода; и субстрата. В электрохимической энергетической установке могут наблюдаться по меньшей мере одно из следующих условий: а) атомарный водород и водородный катализатор образуются в результате реакции реакционной смеси; Ь) один реагент, который вследствие этого подвергается реакции, активизирует катализ; и с) реакция, вызывающая каталитическую реакцию, содержит реакцию, выбираемую из: (i) экзотермических реакций; (ii) сопряженных реакций; (ш) свободнорадикальных реакций; (iv) окислительно-восстановительных реакций; (v) обменных реакций и (vi) каталитических реакций, протекающих при содействии газопоглотителей, субстратов или матричных материалов. В одном воплощении по меньшей мере одно из а) различных реагентов или Ь) одинаковых реагентов, находящихся под различными условиями или состояниями, обеспечиваются в различных отсеках ячейки, которые связаны раздельными каналами для прохождения электронов и ионов с тем, чтобы создать между отсеками замкнутую электрическую цепь. По меньшей мере одно из внутреннего массового потока и внешнего электронного потока может обеспечивать наличие по меньшей мере одного из следующих условий: а) образование реакционной смеси, которая вступает во взаимодействие с образованием гидрино; и Ь) создание условий, допускающих протекание реакции гидрино с существенными скоростями. В одном воплощении реагенты для образования гидрино являются по меньшей мере одним из термически или электролитически рекуперируемых. По меньшей мере одно из вырабатываемой электрической и тепловой энергии может превосходить необходимую для восстановления реагентов из продуктов.
Другие воплощения данного раскрытия касаются электрохимической энергетической установки, которая генерирует электродвижущую силу (EMF) и тепловую энергию, содержащую катод, анод и реагенты, которые составляют реагенты гидрино в процессе работы ячейки с раздельными электронным потоком и ионным массопереносом, содержащие по меньшей мере два компонента, выбираемые из: а) источника катализатора или самого катализатора, содержащего по меньшей мере одно соединение кислорода,
выбираемые из 02, 03, 0+ъ ,°3 ,0, 0+, Н20, Н30+, ОН, ОН+, ОН', НООН, ООН", О', О2', °*
О2'
и 2 , которое подвергается окислительной реакции с соединением Н для образования по меньшей мере одного из ОН и Н2О, при этом соединения Н содержит по меньшей мере
одно из Н2, Н, Н4, Н20, Н30+, ОН, ОН+, ОН", НООН и ООН"; Ь) источника атомарного водорода или самого атомарного водорода; с) реагентов для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, самого катализатора, источника атомарного водорода и самого атомарного водорода; и одного или нескольких реагентов для инициализации катализа атомарного водорода; и субстрата. Источник соединений О может содержать по меньшей мере одно соединение или смесь соединений, содержащих 0,02, воздух, оксиды, NiO, СоО, оксиды щелочных металлов, Li20, Na20, К20, оксиды щелочноземельных металлов, MgO, CaO, SrO и ВаО, оксиды из группы оксидов Си, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn и W, пероксиды, пероксиды щелочных металлов, супероксиды, супероксиды щелочных или щелочноземельных металлов, гидроксиды, гидроксиды щелочных, щелочноземельных, переходных металлов, внутренних переходных металлов и металлов III, IV или V группы, оксигидроксиды, АЮ(ОН), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH) (a-MnO(OH) граутит и y-MnO(OH) манганит), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), Nii/2Coi/20(OH) и №1/зСошМп1/зО(ОН). Источник соединений Н может содержать по меньшей мере одно соединение или смесь соединений, содержащих Н, гидрид металла, ЬаМбНб, гидроксид, оксигидроксид, Н2, источник Н2, Н2 и проницаемую для водорода мембрану, Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2) и нержавеющую сталь (SS), такую как 430 SS (Н2).
В другом воплощении электрохимическая энергетическая установка содержит водородный анод; расплавленный солевой электролит, содержащий гидроксид, и по меньшей мере одно из 02 и Н20 катода. Водородный анод может содержать по меньшей мере одно из проницаемого для водорода электрода, такого как по меньшей мере одно из Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2) и 430 SS(H2), пористого электрода, пригодного для барботирования Н2, и гидрида, такой как гидрид, выбираемый из R-Ni, LaNi5H6, La2CoiNi9H6, ZrCr2H3j8, Ьа№з)55Мпо,4А1о,зСоо,75, ZrMno,5Cro,2Vo,iNiij2, и других сплавов, способных к аккумулированию водорода, типа АВ5 (LaCePrNdNiCoMnAl) или АВ2 (VTiZrNiCrCoMnAlSn), где обозначение "АВХ" обращается к отношению элементов типа A (LaCePrNd или TiZr) к элементам типа В (VNiCrCoMnAlSn), ABs-тип: MmNi3;2Coi;oMno;6Alo,iiMoo,o9 (Mm = мишметалл: 25 масс.% La, 50 масс.% Се, 7 масс.% Рг, 18 масс.% Nd), АВ2-тип: сплавы Tio.siZro^VojoNii.isCro,!^ сплавы на основе магния, сплавы Mgi^Alo.iNio.sCoo.iMno.i, Mgo,72Sco,28(Pdo,oi2 + Rho.on) и Mgg0Ti20, Mg8oV20, Lao,8Ndo,2Ni2> 4Co2;5Sio,i, LaNi5-xMx (M= Mn, Al), (M= Al, Si, Cu), (M= Sn), (M= Al, Mn, Си) и LaNi4Co, MmNi3i55Mn0> 44Alo,3Coos75, Ьа№3,55Мпо,44А1о,зСоо,75, MgCu2, MgZn2, MgNi2, AB
соединения, TiFe, TiCo и TiNi, ABn соединения (n = 5, 2 или 1), AB3.4 соединения, ABX (A = La, Ce, Mn, Mg; В = Ni, Mn, Co, Al), ZrFe2, Zro,5Cso,5Fe2, Zro,8Sc0,2Fe2, YNi5, LaNi5, LaNU.sCocs, (Ce, La, Nd, Pr)Nis, сплав никель-мишметалл, Tio^sZro.ccVo^Feo.ogCro.osMni^, La2CoiNi9, FeNi и TiMn2; Расплавленная соль может содержать гидроксид с по меньшей мере одной другой солью, такой как выбираемая из одного или нескольких других гидроксидов, галогенидов, нитратов, сульфатов, карбонатов и фосфатов. Расплавленная соль может содержать по меньшей мере одну смесь солей, выбираемую из CsN03-CsOH, CsOH-KOH, CsOH-LiOH, CsOH-NaOH, CsOH-RbOH, K2C03-KOH, KBr-KOH, KC1-KOH, KF-KOH, KI-KOH, KNO3-KOH, KOH-K2SO4, KOH-LiOH, KOH-NaOH, KOH-RbOH, Li2C03-LiOH, LiBr-LiOH, LiCl-LiOH, LiF-LiOH, Lil-LiOH, LiN03-LiOH, LiOH-NaOH, LiOH-RbOH, Na2C03-NaOH, NaBr-NaOH, NaCl-NaOH, NaF-NaOH, Nal-NaOH, NaN03-NaOH, NaOH-Na2S04, NaOH-RbOH, RbCl-RbOH, RbN03-RbOH, LiOH-LiX, NaOH-NaX, KOH-KX, RbOH-RbX, CsOH-CsX, Mg(OH)2-MgX2, Ca(OH)2-CaX2, Sr(OH)2-SrX2 или Ba(OH)2-BaX2, где X =F, CI, Br или I, и LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Mg(OH)2, Са(ОН)г, Sr(OH)2 или Ba(OH)2, и одно или несколько из AIX3, VX2, ZrX2, ТОСз, МпХг, ZnX2, CrX2, SnX2, InX3, CuX2, NiX2, PbX2, SbX3, BiX3, СоХ2, CdX2, GeX3, AuX3, IrX3, FeX3, HgX2, M0X4, OSX4, PdX2, ReX3, RhX3, RuX3, SeX2, AgX2, TcXi, TeXi, T1X и WX4, где X =F, CI, Br или I. Расплавленная соль может содержать катион, который является обычным по отношению к анионам смеси солевого электролита; или же анион является обычным по отношению к катионам, а гидроксид устойчив по отношению к другим солям смеси.
В еще одном воплощении данного раскрытия электрохимическая энергетическая установка содержит по меньшей мере одно из [М"(Н2)/МОН-М'галогенид/М"'] и [М"(Н2)/М (ОН)2-М'галогенид/М'"], где М является щелочным или щелочноземельным металлом, М' является металлом, имеющим гидроксиды и оксиды, которые являются по меньшей мере одним из менее устойчивых, чем таковые щелочных или щелочноземельных металлов, или имеют низкую реакционную способность по отношению к воде, М" является проницаемым для водорода металлом и М'" является проводником. В одном воплощении М' является металлом, таким как выбираемый из Си, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, In и Pb. В качестве варианта, M и M' могут быть металлами, такими как независимым образом выбираемые из Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl и W. Другие модельные системы содержат [М' (Н2)/МОН М"Х/М"'], где М, М', М" и М'" являются катионами металлов или металлами, X
является анионом, таким как выбираемый из гидроксидов, галогенидов, нитратов, сульфатов, карбонатов и фосфатов, и М' является проницаемым для Нг. В одном воплощении водородный анод содержит металл, такой как по меньшей мере один, выбираемый из V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl и W, который вступает в реакцию с электролитом во время разряда. В другом воплощении электрохимическая энергетическая установка содержит источник водорода; водородный анод, способный к образованию по меньшей мере одного из ОН, ОН' и катализатора НгО и к снабжению Н; источник по меньшей мере одного из Ог и НгО; катод, способный к восстановлению по меньшей мере одного из Н2О или Ог; щелочной электролит; дополнительную система, пригодная для сбора и обеспечения рециркуляции по меньшей мере одного из пара НгО, N2 и Ог, и систему для сбора и рециркуляции Нг.
Настоящее раскрытие, кроме того, касается электрохимической энергетической установки, содержащей анод, который содержит по меньшей мере одно из металла, такого, как выбираемый из V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl и W, и гидрида металла, такого как выбираемый из R-Ni, LaNisHe, I^CoiNigHe, ггСггНз^, ЬаМз^МподАЬ.зСоолз, ZrMno^Cro^Vo.iNii^ и другие сплавы, способные к накоплению водорода, такие как выбираемый из типа АВ5 (LaCePrNdNiCoMnAl) или типа АВ2 (VTiZrNiCrCoMnAlSn), где "АВ*" обозначает отношение элементов типа A (LaCePrNd или TiZr) к элементам типа В (VNiCrCoMnAlSn), типа АВ5, МтМздСо^оМпо.бАЬ.цМоо.оэ (Mm = мишметалл: 25 масс.% La, 50 масс.% Се, 7 масс.% Рг, 18 масс.% Nd), типа АВг: МтМздСо^оМпо.бАЬ.пМоо.оэ (Mm = мишметалл: 25 масс.% La, 50 масс.% Се, 7 масс.% Рг, 18 масс.% Nd), АВг-тип: сплавы TicsiZro^Vo.voNiijgCro.n, сплавы на основе магния, сплавы Mgi^Alo.iNio^Coo.iMnci, Mg0j72Sco,28(Pd0> oi2 + Rho.on) и Mg8oTi2o, Mg80V2o, Lao;8Ndo> 2Ni2)4Co2> 5Si0> i, LaNi5.xMx (M= Mn, Al), (M= Al, Si, Cu), (M= Sn), (M= Al, Mn, Cu) и LaNi4Co, МтМз^Мпо.^АЬ.зСоо^, LaNi3> 55Mnoj44Aloj3Coo,75, MgCu2, MgZn2, MgNi2, AB соединения, TiFe, TiCo и TiNi, ABn соединения (n = 5, 2, или 1), АВз-4 соединения, ABX (A = La, Ce, Mn, Mg; В = Ni, Mn, Co, Al), ZrFe2, Zro,5Cso,5Fe2, Zro,8Sco,2Fe2, YNi5, LaNi5, LaNi^sCoo.s, (Ce, La, Nd, Pr)Ni5, сплав никель-мишметалл, Tioj98Zroio2Vo,43Feo,o9Crojo5Mni;5, La2CoiNig, FeNi и TiMn2; сепаратор; водный щелочной электролит; по меньшей мере одно из восстановительного катода для Ог и Н2О и по меньшей мере одно из воздуха и Ог. Электрохимическая система может, кроме того, содержать электролитическую систему, которая периодически заряжает и разряжает ячейку таким образом, чтобы обеспечить выигрыш в общем энергетическом
балансе. В качестве варианта, электрохимическая энергетическая установка может содержать или дополнительно содержать гидрогенизирующую систему, которая восстанавливает энергетическую систему, регидридируя гидрид анода.
Еще одно воплощение содержит электрохимическую энергетическую установку, которая генерирует электродвижущую силу (EMF) и теплую энергию, содержащую анод из расплавленного щелочного металла; твердый электролит их бета-оксида алюминия (BASE) и катод из расплавленный соли, содержащей гидроксид. Катод из расплавленный соли может содержать эвтектическую смесь, такую как одна из представленных в Таблице 4, и источник водорода, такой как проницаемая для водорода мембрана и газообразный Нг. Катализатор или источник катализатора могут выбираться из ОН, ОН", Н2О, NaH, Li, К, Rb+, и Cs. Катод из расплавленной соли может содержать гидроксид щелочного металла. Система может, кроме того, содержать водородный реактор и сепаратор гидроксида металла, при этом катод из щелочного металла и катод из гидроксида щелочного металла регенерируются посредством гидрогенизации образующегося оксида и разделения полученного щелочного металла и гидроксида металла.
Другое воплощение электрохимической энергетической установки содержит анод, содержащий источник водорода, такой как выбираемый из проницаемой для водорода мембраны и газообразного Н2, и гидрид, содержащий, кроме того, расплавленный гидроксид; твердый электролит из бета-оксида алюминия (BASE) и катод, содержащий по меньшей мере одно из расплавленного элемента и расплавленной галогенидной соли, или смеси. Подходящие катоды содержат расплавленный элементный катод, содержащий одно из In, Ga, Те, Pb, Sn, Cd, Hg, P, S, I, Se, Bi и As. В качестве варианта, катод может быть расплавленным солевым катодом, содержащим NaX (X - галогенид) и одно или несколько из группы NaX, AgX, А1Х3, AsX3, AuX, АиХз, BaX2, ВеХ2, BiX3, СаХг, CdX3, СеХ3, СоХ2, CrX2, CsX, СиХ, СиХ2, ЕиХ3, FeX2, FeX3, GaX3, GdX3, GeX4, H1X4, HgX, HgX2, InX, InX2, InX3, IrX, IrX2, KX, KAgX2, KAIX4, K3A1X6, LaX3, LiX, MgX2, MnX2, M0X4, M0X5, MoX6, NaADQ, Na3AlX6, NbX5, NdX3, NiX2, OsX3, OSX4, PbX2, PdX2, PrX3, PtX2, PtX4, PuX3, RbX, ReX3, RhX, RhX3, RuX3, SbX3, SbX5, ScX3, SiX4, SnX2, SnX4, SrX2, ТПХ4, TiX2, TiX3, T1X, UX3, UX4, VX4, WXe, YX3, ZnX2 и ZrX,,
Другое воплощение электрохимической энергетической установки, генерирующей электродвижущую силу (EMF) и тепловую энергию, содержит анод, содержащий Li; электролит, содержащий органический растворитель, и по меньшей мере одно из неорганического Li электролита и LiPFe; сепаратор олефина и катод, содержащий по меньшей мере одно из оксигидроксида, АЮ(ОН), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH),
MnO(OH) (a-MnO(OH) граутит и y-MnO(OH) манганит), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), МшСошОСОН) и МшСощОСОН) и МшСошМпшОСОН).
В еще одном воплощении электрохимическая энергетическая установка содержит анод, содержащий по меньшей мере одно из Li, литиевого сплава, Li3Mg и соединения системы Li-N-H; расплавленный солевой электролит и водородный катод, содержащий по меньшей мере одно из газообразного Нг и пористого катода, Нг и проницаемую для водорода мембрану и одно из гидрида металла, щелочного, щелочноземельного, переходного металла, внутренний переходного металла и редкоземельного гидрида.
Настоящее раскрытие, кроме того, касается электрохимической энергетической установки, содержащей по меньшей мере одно из ячеек а) - h), содержащих
a) (i) анод, содержащий проницаемый для водорода металл и газообразный водород, такой как выбираемый из Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Fe(H2), Nb(H2) или такого гидрида металла, как выбираемый из LaNisHe, TiMn2Hx и La2Nic> CoH6 (х является целым числом); (ii) расплавленный электролит, такой как выбираемый из МОН или М(ОН)2, или МОН, или М(ОН)2 с М'Х или М'Х2, где М и М' являются металлами, такими как независимым образом выбираемые из Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr и Ba, и X является анионом, таким как выбираемый из гидроксидов, галогенидов, сульфатов и карбонатов, и (iii) катод, содержащий металл, который может быть таким же, как и металл анода, и содержащим, кроме того, воздух или 02;
b) (i) анод, содержащий по меньшей мере один металл, такой как выбираемый из R-Ni, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, In и Pb; (ii) электролит, содержащий водный гидроксид щелочного металла, с концентрацией в диапазоне от около 10 М до насыщенной; (iii) сепаратор олефина и (iv) углеродный катод, содержащий, кроме того, воздух или 02;
c) (i) анод, содержащий расплавленный NaOH и проницаемую для водорода мембрану, такую как Ni, и газообразный водород; (ii) электролит, содержащий твердый электролит из бета-оксида алюминия (BASE), и (iii) катод, содержащий расплавленную эвтектическую смесь солей, такую как NaCl-MgCl2, NaCl-CaCl2 или МХ-М'Х2' (М -щелочной металл, М' - щелочноземельный металл, а X и X' являются галогенидом);
d) (i) анод, содержащий расплавленный Na; (ii) электролит, содержащий твердый электролит из бета-оксида алюминия (BASE), и (iii) катод, содержащий расплавленный NaOH;
e) (i) анод, содержащий гидрид, такой как LaNisHe; (ii) электролит, содержащий водный гидроксид щелочного металла, имеющий диапазон концентрации от около ЮМ
a)
до насыщенной; (iii) сепаратор олефина и (iv) углеродный катод, содержащий, кроме того, воздух или 02;
f) (i) анод, содержащий Li; (ii) сепаратор олефина; (ii) органический электролит, такой как содержащий LP30 и LiPF6, и (iv) катод, содержащий оксигидроксид, такой как СоО(ОН);
g) (i) анод, содержащий литиевый сплав такой как Li3Mg; (ii) расплавленный солевой электролит, такой как LiCl-KCl или МХ-М'Х' (М и М' являются щелочным металлом, X и X' являются галогенидом), и (iii) катод, содержащий гидрид металла, такой как выбираемый из СеН2, LaH2, ZrH2 и TiH2, и содержащий, кроме того, сажу; и
g) (i) анод, содержащий Li; (ii) расплавленный солевой электролит, такой как LiCl-KCl или МХ-М'Х' (М и М' являются щелочным металлом, X и X' являются галогенидом), и (iii) катод, содержащий гидрид металла, такой как выбираемый из СеНг, LaH2, ZrH2 и TiH2, и содержащий, кроме того, сажу.
Настоящее раскрытие, кроме того, касается электрохимической энергетической установки, содержащей по меньшей мере одну из ячеек [Ni(H2)/LiOH-LiBr/Ni], в которой водородный электрод, обозначаемый Ni(H2), содержит по меньшей мере одно из проницаемого, барботирующего и обеспечивающего импульсный электролиз источника водорода; [PtTi/H2S04 (около 5 М aq) или Н3РО4 (около 14,5 М aqVPtTi] импульсный электролиз и [NaOH Ni(H2)/BASE/NaCl MgCl2], в которой водородный электрод, обозначаемый Ni(H2), содержит проницаемый источник водорода. В подходящих воплощениях водородный электрод содержит металл, такой как никель, который обрабатывается так, чтобы иметь защитное оксидное покрытие, такое как NiO. Оксидное покрытие может быть получено анодизацией или окислением в окислительной среде, такой как содержащая кислород.
Настоящее раскрытие, кроме того, касается электрохимической энергетической установки, содержащей по меньшей мере из одно ячеек а) - d), содержащих
a) (i) анод, содержащий водородный электрод, обозначаемый Ni(H2), содержащий по меньшей мере одно из проницаемого, барботирующего и обеспечивающего импульсный электролиз источника водорода; (ii) расплавленный электролит, такой как выбираемый из МОН, или М(ОН)2, или МОН, или М(ОН) 2 с М'Х или М'Х2, в котором М и М' являются металлами, такими как независимым образом выбираемые из Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr и Ba, и X является анионом, таким как выбираемый из гидроксидов, галогенидов, сульфатов и карбонатов, и (iii) катод, содержащий металл, который может быть таким же, как и металл анода, и содержащим, кроме того, воздух или 02;
b) (i) анод, содержащий водородный электрод, обозначаемый Ni(H2), содержит по меньшей мере одно из проницаемого, барботирующего и обеспечивающего импульсный электролиз источника водорода; (ii) расплавленный электролит, такой как LiOH-LiBr, NaOH-NaBr или NaOH-Nal, и (iii) катод, содержащий металл, который может быть таким же, как и металл анода, и содержащим, кроме того, воздух или Ог;
c) (i) анод, содержащий благородный металл, такой как Pt/Ti; (ii) водно-кислотный электролит, такой как H2S04 или Н3РО4, концентрация которого может быть в диапазоне от 1 до 10 М и от 5 до 15 М, соответственно, и (iii) катод, содержащий металл, который может быть таким же, как и металл анода, и содержащим, кроме того, воздух или Ог, и
с) (i) анод, содержащий расплавленный NaOH и водородный электрод, обозначаемый №(Нг) и содержащий проницаемый источник водорода; (ii) электролит, содержащий твердый электролит из бета-оксида алюминия (BASE), и (iii) катод, содержащий расплавленную эвтектическую смесь солей, такую как NaCl-MgCb, NaCl-СаС12 или МХ-М'Хг' (М - щелочной металл, М' - щелочноземельный металл, а X и X' являются галогенидом).
Кроме того, воплощения настоящего раскрытия касаются каталитических систем, таких как системы из электрохимических ячеек, содержащих водородный катализатор, способный вызывать преобразование атомарного Н, находящегося в состоянии п=1, в более низкоэнергетическое состояние, источник атомарного водорода и другие соединения, способные к инициации и развитию реакции образования более низкоэнергетического водорода. В некоторых воплощениях настоящее раскрытие касается реакционной смеси, содержащей по меньшей мере один источник атомарного водорода и по меньшей мере один катализатор или источник катализатора, обеспечивающего катализ водорода с образованием гидрино. Реагенты и реакции, раскрываемые здесь для твердого и жидкого топлива, являются также реагентами и реакциями гетерогенных топлив, содержащих смесь фаз. Реакционная смесь содержит по меньшей мере два компонента, выбираемых из катализатора водорода или источника катализатора водорода и атомарного водорода или источника атомарного водорода, в которой по меньшей мере одно из атомарного водорода и катализатора водорода может быть образовано реакцией реакционной смеси. В дополнительных воплощениях реакционная смесь, кроме того, содержит субстрат, который в некоторых воплощениях может быть электропроводящим, восстановитель и окислитель, где по меньшей мере один реагент посредством его вступления в реакцию активизирует катализ. Реагенты для любого, не являющегося гидрино, продукта быть регенерированы нагреванием.
Настоящее раскрытие также касается источника питания, содержащего: реакционную ячейку для катализа атомарного водорода; реакционную емкость; вакуумный насос;
источник атомарного водорода, соединенный с реакционной емкостью;
источник катализатора водорода, содержащий сыпучий материал, соединенный с реакционной емкостью;
источник по меньшей мере одного из источника атомарного водорода и источника катализатора водорода, содержащего реакционную смесь, содержащую по меньшей мере один реагент, содержащий элемент или элементы, которые образуют по меньшей мере одно из атомарного водорода и катализатора водорода, и по меньшей мере один другой элемент, при помощи которого из источника образуется по меньшей мере одно из атомарного водорода и катализатора водорода;
по меньшей мере один другой реагент, обуславливающий катализ; и
нагреватель для емкости,
посредством чего при катализе атомарного водорода высвобождается энергия в количестве более около 300 кДж на моль водорода.
Реакция образования гидрино может быть активизирована или инициирована и может развиваться посредством одной или нескольких химических реакций. Эти реакции могут быть выбраны, например, из (i) обменных реакций гидрида, (ii) галогенид-гидридных обменных реакций, (iii) экзотермических реакций, которые в некоторых воплощениях обеспечивают энергию активации для реакции гидрино, (iv) сопряженных реакций, которые в некоторых воплощениях обеспечивают по меньшей мере одно из источника катализатора или атомарного водорода для поддержания реакции гидрино, (v) свободнорадикальных реакций, которые в некоторых воплощениях выполняют функцию акцептирования электронов от катализатора в ходе реакции гидрино, (vi) окислительно-восстановительных реакций, которые в некоторых воплощениях выполняют функцию акцептирования электронов от катализатора в ходе реакции гидрино, (vi) других обменных реакций, таких как анионообменные, включая галогенидный, сульфидный, гидридньш, арсенидный, оксидный, фосфидный и нитридный обмен, которые в одном воплощении способствуют активации катализатора с переходом его в ионизированное состояние при акцептировании энергии от атомарного водорода с образованием гидрино, и (vii) реакций гидрино, протекающих при содействии газопоглотителей, субстратов или матричных материалов, которые могут обеспечивать по меньшей мере одно из (а)
химической среды для реакции гидрино, (Ь) действия по транспорту электронов для способствования функции катализатора Н, (с) преобразования в обратимую фазу или другое физическое изменение или изменение его электронного состояния и (d) связывания низкоэнергетического водородного продукт для увеличения по меньшей мере одного из глубины или скорости реакции гидрино. В некоторых воплощениях электропроводящий субстрат делает возможной активацию реакции.
В другом воплощении реакция образования гидрино содержит по меньшей мере одно из гидридного обмена и галогенидного обмена по меньшей мере между двумя соединениями, такими как два металла. По меньшей мере один металл может быть катализатором или источником катализатора для образования гидрино, таким как щелочной металл или гидрид щелочного металла. Гидридньш обмен может осуществляться по меньшей мере между двумя гидридами, по меньшей мере одним металлом и по меньшей мере одним гидридом, по меньшей мере двумя гидридами металла, по меньшей мере одним металлом и по меньшей мере одним гидридом металла и другими подобными комбинациями с включением или обменом между двумя или более соединениями. В одном воплощении в результате гидридного обмена образуется смешанный гидрид металла, такой как (Mi)x(M2)yHz, в котором х, у и z - целые числа, a Mi и М2 - металлы.
Другие воплощения настоящего раскрытия касаются реагентов, при этом катализатор активации реакции и/или развития реакции содержит реакцию катализатора или источника катализатора и источника водорода с материалом или соединением для образования интеркалированного соединения, при которой реагенты регенерируются при удалении интеркалированных соединений. В одном воплощении в качестве окислителя может выступать углерод, и такой углерод может регенерироваться из интеркалированного в щелочном металле углерода, например, нагреванием, применением вытесняющего агента, электролитическим способом или с помощью растворителя.
В дополнительных воплощениях настоящее раскрытие касается энергетической установки, содержащей:
(i) топливную химическую смесь, содержащую по меньшей мере два компонента, выбираемые из катализатора или источника катализатора; атомарного водорода или источника атомарного водорода; реагентов для получения катализатора или источника катализатора и атомарного водорода или источника атомарного водорода; один или несколько реагентов для инициации катализа атомарного водорода; и субстрата для обеспечения возможности проведения катализа,
(ii) по меньшей мере одну тепловую систему для обращения обменной реакции с тем, чтобы термически регенерировать топливо из продуктов реакции, содержащую некоторое количество реакционных емкостей,
при этом такие реакции регенерации, содержащие реакции, которые приводят к образованию исходной топливной химической смеси из смеси продуктов реакции, осуществляются в по меньшей мере одной из некоторого количества реакционных емкостей совместно с по меньшей мере одной другой реакционной емкостью, претерпевающей протекание реакций, обеспечивающих выработку энергии,
тепло из по меньшей мере одной производящей энергию емкости перетекает в по меньшей мере одну емкость, в который выполняется регенерация, для предоставления энергии для тепловой регенерации,
емкости помещаются в теплоноситель для обеспечения теплопередачи,
при этом по меньшей мере одна емкость содержит, кроме того, вакуумный насос и источник водорода и может, кроме того, содержать две камеры, имеющие разность температур, поддерживаемую между более горячей камерой и более холодной камерой таким образом, чтобы соединения предпочтительно аккумулировались в более холодной камере,
при этом в более холодной камере проводится реакция гидрида для получения по меньшей мере одного исходного реагента, который возвращается в более горячую камеру,
(iii) теплопоглотитель, который принимает тепло от вьгоабатьшающих энергию реакционных емкостей через теплоизолирующий барьер,
(iv) систему преобразования энергии, которая может содержать тепловой двигатель, такой как двигатель, работающий по циклу Ренкина или Брайтона, паровой двигатель, двигатель Стерлинга, при этом такая система преобразования энергии может содержать термоэлектрические или термоионные преобразователи энергии. В некоторых воплощениях теплопоглотитель может переносить энергию к системе преобразования энергии для выработки электричества.
В некоторых воплощениях система преобразования энергии принимает тепловой поток от теплопоглотителя и в некоторых воплощениях теплопоглотитель содержит парогенератор и паровые потоки к тепловому двигателю, такому как турбина, для выработки электричества.
В дополнительных воплощениях настоящее раскрытие касается энергетической установки, содержащей:
(i) топливную химическую смесь, содержащую по меньшей мере два компонента,
выбираемые из: катализатора или источника катализатора; атомарного водорода или
источника атомарного водорода; реагентов для получения катализатора или источника
катализатора и атомарного водорода или источника атомарного водорода; один или
несколько реагентов для инициации катализа атомарного водорода; и субстрата для
обеспечения возможности проведения катализа,
(ii) тепловую систему для обращения обменной реакции с целью термической регенерации топлива из продуктов реакции, содержащую по меньшей мере одну реакционную емкость, при этом реакции регенерации, содержащие реакции, приводящие к образованию исходной топливной химической смеси из смеси продуктов реакции, осуществляются в по меньшей мере одной реакционной емкости совместно с реакциями, приводящими к выработке энергии, теплота от генерирующих энергию реакций перетекает к реакциям регенерации для обеспечения термической регенерации энергией, по меньшей мере одна емкость изолируется в одной секции и находится в контакте с теплопроводящей средой в другой секции для достижения теплового градиента между более горячей и более холодной секциями емкости, соответственно, с тем, чтобы соединения предпочтительно аккумулировались в более холодной секции, по меньшей мере одна емкость содержит, кроме того, вакуумный насос и источник водорода, при этом в более холодной секции проводится реакция гидрида для получения по меньшей мере одного исходного реагента, который возвращается к более горячей секции,
(iii) теплопоглотитель, который принимает теплоту от производящих энергию реакций, поступающую через теплопроводящую среду и при необходимости через по меньшей мере один теплоизолирующий барьер, и
(iv) систему преобразования энергии, которая может содержать тепловой
двигатель, такой как двигатель, работающий по циклу Ренкина или Брайтона, паровой
двигатель, двигатель Стерлинга, при этом такая система преобразования энергии может
содержать термоэлектрические или термоионные преобразователи энергии и при этом
данная система преобразования принимает тепловой поток от теплопоглотителя.
В одном воплощении теплопоглотитель содержит парогенератор и паровые потоки к тепловому двигателю, такому как турбина, для выработки электричества. Краткое описание чертежей
Фиг. 1 является схематическим изображением батареи, топливного элемента и электролитической ячейки в соответствии с настоящим раскрытием.
Фиг. 2 является схематическим изображением биполярной пластины ячейки СШТ
в соответствии с настоящим раскрытием.
Фиг. ЗА представляет повторяющуюся единицу пакета ячеек СШТ, содержащей составной катод, проницаемый анод и подвод газа в соответствии с настоящим раскрытием.
Фиг. ЗВ является повторяющейся единицей пакета ячеек СШТ, содержащей анод, который может быть гидридированным и который поддерживает электрохимические реакции с противоположных сторон противоположных ячеек в соответствии с настоящим раскрытием.
Фиг. 4 является схематическим изображением пакета ячеек CIHT с центральным нагревателем в соответствии с настоящим раскрытием.
Фиг. 5 является схематическим изображением ячейки СШТ, содержащей аккумулирование НгО и Нг и системы рециркуляции в соответствии с настоящим раскрытием.
Подробное описание воплощений изобретения
Настоящее раскрытие касается каталитических систем высвобождения энергии из атомарного водорода с образованием более низкоэнергетических состояний, при которых электронная оболочка находится в более близком по отношению к ядру положении. Высвобождаемая энергия используется для выработки энергии и, помимо этого, новых типов и соединений водорода, являющихся желательными продуктами. Эти энергетические состояния предсказываются законами классической физики и требуют, чтобы катализатор принимал энергию от водорода, чтобы подвергнуться соответствующему высвобождающему энергию переходу.
Классическая физика представляет аналитические решения для водородного атома, иона гидрида, молекулярного иона водорода и молекулы водорода и предсказывает соответствующие соединения, имеющие дробные главные квантовые числа. С помощью уравнения Максвелла в виде краевой задачи была получена структура электрона, при которой электрон содержит ток источника изменяющихся во времени электромагнитных полей во время переходов с ограничением, определяющим, что в связанном п=1 состоянии электрон не может излучать энергию. Предсказанная в соответствии с таким решением реакция атома Н включает резонансный, безызлучательный перенос энергии от в ином случае устойчивого атомарного водорода к катализатору, способному к принятию энергии с образованием водорода в более низкоэнергетических состояниях, чем ранее можно было предположить. Более конкретно, классическая физика предсказывает, что атомарный водород может подвергнуться каталитической реакции с некоторыми атомами,
эксимерами, ионами и двухатомными гидриды, которые обеспечивают реакции с
суммарной энтальпией целого кратного потенциальной энергии атомарного водорода
Ек = 21,2эВ Eh тт
h ' , где Л - один хартри. Для катализа такого процесса необходимо
присутствие наряду с атомарным водородом определенных соединений (например, Не+,
Аг+, Sr+, К, Li, НС1 и NaH, ОН, SH, SeH, образующаяся Н20, пН (п = целое)),
идентифицируемых на основе их известных энергетических уровней электронов. Такая
реакция подразумевает безызлучательный перенос энергии с последующим 9'13,6эБ
излучением континуума или ^ 13,6а8 передаЧу к Н с образованием необычайно горячего,
находящегося в возбужденном состоянии Н и водородного атома, в более низком
энергетическом состоянии, чем нереагировавший атомарный водород, что соответствует
дробному главному квантовому числу. Таким образом, в формуле для основных
энергетических уровней водородного атома:
е2 13.598 eV
Е=-
п2Ъпе0ан п2 ^
л = 1,2,3,..
(2)
где, где йн - боровский радиус водородного атома (52,947 pm), е - величина заряда
электрона, и 0 - диэлектрическая постоянная в вакууме, дробные квантовые числа:
,111 1 п = 1,-,-,-
Р; где Р - является целым, (3) заменяет известный параметр п=целое в уравнении Ридберга для возбужденных состояний водорода и представляет находящиеся в низкоэнергетическом состоянии водородные атомы, названные "гидрино". Далее, подобно возбужденному состоянию, находящему аналитическое решение в уравнениях Максвелла, атом гидрино также содержит электрон, протон и фотон. Однако электрическое поле последних увеличивает связывание, соответствующее десорбции энергии, вместо того, чтобы с поглощением энергии ослаблять центральное поле, как в возбужденном состоянии, и являющееся следствием фотон-электронное взаимодействие гидрино является устойчивым, а не излучательным.
п =
Состояние водорода и = 1 и состояния водорода целое являются неизлучающим, но возможен переход между двумя неизлучающими состояниями, например из " = 1 в п = 1/2} через безызлучательный перенос энергии. Водород представляет особый случай стабильных состояний, отображаемых уравнениями (1) и (3),
при этом соответствующий радиус атома водорода или гидрино имеет вид
г = -
Р , (4)
1 то
где Р ~ -. Для сохранения энергии энергия должна переноситься от водородного атома к катализатора в единицах
т-21,2эВ т = 1,2,3,4,.... ^
и радиус переходит к т + Р. Реакции катализатора включают две стадии энерговыделения: безызлучательный перенос энергии к катализатору, сопровождаемый дополнительным энерговыделением при уменьшении радиуса до соответствующего устойчивого конечного состояния. Предполагается, что скорость катализа возрастает при
более близком соответствии общей энтальпии реакции m'zl> Z3° Было обнаружено, что катализаторы, имеющие общую энтальпию реакции в пределах ±Ю%, предпочтительно ±5% от т-21,2эВ ^ являюхся подходящими для большинства применений. В случае катализа атомов гидрино для снижения энергетических состояний энтальпия реакции т ¦ 21,2эВ (уравнение (5)) релятивистски корректируется с тем же коэффициентом, что и потенциальная энергия атома гидрино.
Таким образом, общая реакция имеет вид
¦27.2 eV+ Caf+ +Н
Cat{q+r)++re-+H*
(т + р)_
(т + р)
+ [(р + т)2-р2]Л3.6 eV-m-21.2eV
(т + р)
Catiq+r)+ + re -> Catq+ + m ¦ 27.2 eV и
(6)
(7) (8)
итоговая реакция
+ [(р + т)2-р2]Л3.6е?
(т + р)_
(т + р)
Ч г т
являются целыми.
(9)
имеет радиус водородного атома
(т + р)
(соответствующий 1 в знаменателе) и центральное поле, эквивалентные кратному
таковых протона, и
(т + р)
является соответствующим стабильным состоянием с
радиусом в (т + Р) от радиуса Н. Когда электрон подвергается действию радиального
(т + р)
ускорения от радиуса водородного атома к радиусу, составляющему v ^> этого расстояния, происходит высвобождение энергии в виде светового излучения с определенной длиной волны или в форме кинетической энергия третьего компонента. Излучение может быть в форме экстремально-ультрафиолетового континуума с
91.2
2 2 2 2 ПТП
граничными значениями при K/> + w) ~Р -2т]-1Ъ.6 eV ^ [(р + т) -р -2т] и продолжающегося в более длинноволновые области. В дополнение к радиации может происходить резонансный перенос кинетической энергии с образованием быстрого Н.
Последующее возбуждение этих быстрых атомов ^, вызываемое столкновениями с
фоновым Н2 и сопровождаемое эмиссией соответствующих быстрых атомов ^\ является источником расширенной бальмеровской эмиссии а. В качестве варианта, быстрый Н является прямым продуктом Н или гидрино, служащим в качестве катализатора, при этом принятие переносимой посредством резонанса энергии относится к потенциальной энергии, а не к энергии ионизации. Сохранение энергии обеспечивает протон с кинетической энергией, соответствующей половине потенциальной энергии в прежнем случае, и ион катализатора по существу в состоянии покоя в последнем случае. Рекомбинационное излучение быстрых протонов Н обуславливает расширенную бальмеровскую эмиссию а, что является диспропорциональным по отношению к запасам горячего водорода, соответствующим избыточному энергетическому балансу.
В настоящем раскрытии такие термины, как реакция гидрино, катализ Н, реакция катализа Н, относящийся к водороду катализ, реакция водорода с образованием гидрино и реакция образования гидрино, относятся к описываемой уравнениями (6-9)) реакции ограничиваемого уравнением (5) катализатора, протекающей с атомарным Н для достижения состояний водорода, имеющих энергетические уровни, задаваемые уравнениями (1) и (3). Такие соответствующие термины, как реагенты гидрино, реакционная смесь гидрино, каталитическая смесь, реагенты для образования гидрино, реагенты, которые приводят или образуют низкоэнергетическое состояние водорода или гидрино, также используются на равных основаниях в отношении реакционной смеси, в которой выполняется катализ Н, приводящий к состояниям Н или гидрино, обладающих энергетическими уровнями, задаваемыми уравнениями (1) и (3).
Каталитические низкоэнергетические переходы водорода в соответствии с настоящим раскрытием требуют катализатора, что может происходить в форме эндотермической химической реакции, кратной целому т потенциальной энергии некатализированного атомарного водорода, 27.2 eV} который принимает энергию от атомарного Н, чтобы вызвать такой переход. Эндотермическая каталитическая реакция может быть ионизацией одного или нескольких электронов от таких компонентов, как
атом или ион (например, > " = 3 для Li-> Li2+^} и МОжет, кроме того, содержать совмещенную реакцию расщепления связи с ионизацией одного или нескольких электронов от одного или нескольких партнеров по исходной связи (например, > я = 2 для NaH -> Na2+ + Я) Не+ отвечает критерию катализатора - химическому или физическому процессу с изменением энтальпии, равным кратному 27.2 eV} хак как он ионизируется при 54.417 eV ^ что соответствует 2-27.2 eV Целое число водородных атомов может также служить в качестве катализатора целого кратного 27.2 eV энтальпии. Водородные
Н(\1р) /? = 1,2,3,...137
атомы v *' * могут подвергнуться дальнейшим переходам в
низкоэнергетические состояния, задаваемые уравнениями (1) и (3), при этом переход
одного атома катализируется одним или несколькими дополнительными атомами Н,
которые резонансно и безызлучательно принимают fn-27.2eV с сопутствующим
реверсированием их потенциальной энергии. Полное общее уравнение для перехода
H(\lp) H(l/(p + m)) m-212eV
v г> в v //, индуцированного резонансным переходом т AI.ACV В
Н(\1рЛ
v г > представлено как
Я(1/р') + Н(\/р)-> Н + Н(1/(р + т)) + [2рт + т2 -^,2+1]-13.6 eV
Водородные атомы могут выступать в качестве катализатора для других с *я = 1} т = 2 и т = 3 для одного, двух и трех атомов, соответственно. Скорость для двухатомных катализаторов, 2Я 5 может быть высокой, когда чрезвычайно быстрый Н сталкивается с молекулой, образуя 2Н, при этом два атома резонансно и безызлучательно принимают 54.4 eV от третьего водородного атома партнеров по соударению. По тому же самому механизму столкновение двух горячих Н2 обеспечивает ЗН, выступающего в качестве катализатора 3-27.2 eV для четвертого. Наблюдаются согласующиеся с прогнозом континуумы EUV (экстремальный ультрафиолетовый диапазон) при 22,8 нм и 10,1 нм, экстраординарное (> 100 эВ) уширение спектральных линий Бальмера а,
высоковозбужденные состояния Н, конечный газ ^2 и большое энерговыделение.
Н (1/4) является предпочтительным состоянием гидрино, основанным на его мультипольности и правилах отбора для его образования. Таким образом, в случае образования Н(1/3) может происходить быстро катализируемый Н согласно уравнению (10) переход к Н(1/4). Аналогичным образом, Н(1/4) является предпочтительным состоянием для энергии катализатора, превышающей или равной 81,6 эВ, что соответствует т=3 в уравнении (5).
В этом случае энергетический перенос к катализатору составляет 81,6 эВ, что приводит к образованию интермедиата Н*(1/4) по уравнению (7), а также целого в 27,2 эВ от распада интермедиата. Например, катализатор, имеющий энтальпию 108,8 эВ, может образовывать Н*(1/4), принимая 81,6 эВ, а также 27,2 эВ из энергии распада Н*(1/4) в 122,4 эВ. Остающаяся энергия распада в 95,2 эВ высвобождается в окружающую среду с образованием предпочтительного состояния Н(1/4), который затем вступает в реакцию с образованием Нг(1/4).
Поэтому подходящий катализатор может обеспечивать общую положительную энтальпию реакции в т-122,4 эВ. Таким образом, катализатор резонансно принимает безызлучательно передаваемую энергию от водородных атомов и высвобождает энергию в окружающую среду, обеспечивая воздействие на электронные переходы к дробным квантовым энергетическим уровням. Вследствие безызлучательного переноса энергии водородный атом становится нестабильным и излучает дополнительную энергию до достижения низкоэнергетического безызлучательного состояния, имеющего основной энергетический уровень, определяемый уравнениями (1) и (3). Таким образом, катализ высвобождает энергию из водородного атома с пропорциональным уменьшением размера
водородного атома r" ~ ГШн, где п задается уравнением (3). Например, катализ ^п ~ ^ в
Н(п -1/4) высвобождает 204 эВ, а радиус водорода уменьшается с а" до 4
Продукт катализа ^(^-Р) также может реагировать с электроном, образуя ион
Н-(\1р) " Н(1/р) й
v г' гидрида гидрино, или могут взаимодействовать два v > с образованием
соответствующего молекулярного гидрино
2 v *'. Более конкретно, продукт катализа
Н(1/р) _ " " Н-(\1р)
v г' может также реагировать с электроном, образуя новый гидридныи ион v ^'
с энергией связи в:
ti2*Js(s + l) 7rju0e2h2
1 + УФ + 1) P
1 + УФ + 1) P
J J
(И)
где p = целое > 1, s = 1/2, Й является приведенной постоянной Планка, ^° является
магнитной постоянной, е является массой электрона, ^е является приведенной массой
тетр
электрона, определяемой как
т" а , где р - масса протона, 0 является
r,-i(i+V^Ti))
боровским радиусом и ионный радиус равен ^ v '. Согласно уравнению
(11), расчетная энергия ионизации иона гидрида составляет 0,75418 эВ, а экспериментальная величина равна 6082,99±0,15 см"1 (0,75418 эВ). Энергии связи ионов гидрида гидрино могут быть измерены рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией (XPS).
Имеющие сдвиг в сторону сильного поля пики ЯМР являются прямым свидетельством существования низкоэнергетического состояния водорода со сниженным относительно обычного иона гидрида радиусом и имеющим повышенное диамагнитное экранирование протона. Такой сдвиг определяется суммой диамагнетических вкладов этих двух электронов и фотонным полем с интенсивностью р (уравнение Миллса GUTCP (7,87)):
^ = -Л, 7^-7======-М + ра2) = -(р29.9 + Р21.59Х 10-')ррт
В Птеа\\ + 4^Т)У (12)
где первый термин обращается к# с Р ' и р = целое > 1 для
Н~(\1р)
постоянная тонкой структуры. Предсказанные пики гидрида гидрино необычно сдвинуты в область сильного поля по сравнению с пиками обычного гидридного иона. В одном воплощении пики являются сильнопольно смещенными сигналами TMS. Сдвиг ЯМР относительно TMS может быть больше известного для по меньшей мере одного из обычных Н", Н, Нг или Н+, индивидуально или в составе соединения. Сдвиг может быть больше по меньшей мере одного из 0, -1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9, -10, -11, -12, -13, -14, -15, -16, -17, -18, -19, -20, -21, -22, -23, -24, -25, -26, -27, -28, -29, -30, -31, -32, -33, -34, -35, -36, -37, -38, -39 и -40 ч./млн. Диапазон абсолютного сдвига относительно голого протона, при том, что сдвиг TMS относительно голого протона составляет около -31,5, может быть
-(р29,9 + р 2,74) ч./млн. (уравнение (12)) в пределах диапазона около по меньшей мере одного из ±5 ч./млн., ±10 ч./млн., ±20 ч./млн., ±30 ч./млн., ±40 ч./млн., ±50 ч./млн., ±60 ч./млн., ±70 ч./млн., ±80 ч./млн., ±90 ч./млн. и ±100 ч./млн. Диапазон абсолютного сдвига относительно голого протона может быть -(р29,9 + р 1,5 9X10") ч./млн. (уравнение (12)) внутри диапазона около по меньшей мере одного из от около 0,1% до 99%, от 1% до 50% и от 1% до 10%. В другом воплощении присутствие компонентов гидрино, таких как атом гидрино, ион гидрида, или молекула в твердой матрице, такой как матрица гидроксида, такого как NaOH или КОН, заставляет матричные протоны смещаться в сторону сильного поля. Матричные протоны такие как протоны из NaOH или КОН могут обмениваться. В одном воплощении такой сдвиг может привести к локализации матричного пика в диапазоне от около -0,1 до -5 ч./млн. относительно TMS. Определение ЯМР может
содержать ядерную магнитно-резонансную спектроскопию с вращением
под
магическим углом (MAS ХН NMR).
Н(\/р) Н(\/р)
v г' может реагировать с протоном, а два v ^' могут вступать в реакцию
к н2(1/р)+ нМ/р)
для образования 24 ' и гу е> , соответственно. Характеристики молекулярного
иона водорода, молекулярного заряда, текущих плотностей распределения, длины связи и
энергии были определены решением оператора Лапласа в эллипсоидальных координатах с
ограничением по отсутствию испускания.
^ ^ ц &П &П % % (13)
Е + Полная энергия т молекулярного иона водорода, имеющего центральное поле Ре в
каждом фокусе молекулярной орбитали в форме вытянутого сфероида, определяется как
Ет=-р2
Ъже0аи
(41пЗ-1-21пЗ)
За,
[ Р )
= -/7216.13392 eV-p30.l 18755 eV
(14)
где Р является целым числом, с является скоростью света в вакууме и ^ - приведенная масса ядра. Полная энергия +Ре молекулы водорода, имеющей центральное поле +Ре в
каждом фокусе молекулярной орбитали в форме вытянутого сфероида, определяется как
%леоа0
2V2-V2+- 2
2Й^
4ле0агй
1+р\
тес2
ЕТ = -р2'
8ягг
8яЕ"
V2.
= -/31.351 eV-p30.326469 eV
(15)
ъ Еп - Нг(\1р)
Энергия диссоциации связи D водородной молекулы 24 '
разность между полной энергией соответствующих водородных атомов и т ED = E(2H(l/р))-Ет
представляет
(16)
где
Е(2Н (1/р)) = -р2 27.20 е V
(17)
"° определяется уравнениями (16-17) и (15): ED =-/27.20 eV-ET
= -/27.20 eV-(-p23\35\ eF-/0.326469 eV) = /4.151 eF + /0.326469
(18)
НгО-/ P) можех быть идентифицирован рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией (XPS), при этом продукт ионизации в дополнение к ионизированному электрону может быть представлен по меньшей мере одним из таких вариантов, как варианты, содержащие два протона и электрон, атом Н, атом гидрино, молекулярный ион, молекулярный ион
HMlpX
водорода и 2 v г > , при этом уровни энергии могут иметь сдвиги по матрице.
ЯМР газообразного продукта катализа обеспечивает доказательное испытание
теоретически предсказанного химического сдвига 2V . В целом предсказан сдвиг
ХН ЯМР резонанса ^2 ^ ^ ^ в область сильного поля по сравнению с ^2 из-за дробного радиуса в эллиптических координатах при том, что электроны оказываются значительно
ближе к ядрам. Предсказанный для 2V '
сдвиг
определяется суммой
диамагнетических вкладов двух электронов и фотонным полем с интенсивностью р (уравнение Миллса GUTCP (11,415-11,416)):
4-V21n
36anm,
0"'е
(l + poc2)
= -(p2S.0l + p2\A9X Ю-3)ppm
(19) (20)
где первьш термин относится
Я, р = 1 НЛ\1р) к 2 с и ир=целое> 1 для 1Х г'.
Экспериментальный абсолютный резонансный сдвиг газовой фазы 2 в -28,0 ч./млн. находится в превосходном согласии с предсказанным абсолютным газофазным сдвигом, составляющим -28,01 ч./млн. (уравнение (20)).
Предсказанные пики молекулярного гидрино экстраординарно сдвинуты в область сильного поля относительно обычного Нг. В одном воплощении пики являются сильнопольно смещенными сигналами TMS. Сдвиг ЯМР относительно TMS может быть больше известного для по меньшей мере одного из обычных Н", Н, Нг или индивидуально или в составе соединения. Сдвиг может быть больше по меньшей мере одного из 0, -1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9, -10, -11, -12, -13, -14, -15, -16, -17, -18, -19, -20, -21, -22, -23, -24, -25, -26, -27, -28, -29, -30, -31, -32, -33, -34, -35, -36, -37, -38, -39 и -40 ч./млн. Диапазон абсолютного сдвига относительно голого протона, при том, что сдвиг TMS относительно голого протона составляет около -31,5, может быть -(р28,01 + р22,56) ч./млн. (уравнение (20)) в пределах диапазона около по меньшей мере одного из ±5 ч./млн., ±10 ч./млн., ±20 ч./млн., ±30 ч./млн., ±40 ч./млн., ±50 ч./млн., ±60 ч./млн., ±70 ч./млн., ±80 ч./млн., ±90 ч./млн. и ±100 ч./млн. Диапазон абсолютного сдвига относительно голого протона может быть -(р28,01 + р 1,49 X 10 ) ч./млн. (уравнение (20)) внутри диапазона около по меньшей мере одного из от около 0,1% до 99%, от 1% до 50% и от 1% до 10%.
Колебательная энергия ^vib для ^ = 0 _ и = 1 перехода молекул Н2{\1 р) водородного типа равна
Вращательная энергия го' для J - J+i перехода молекул 2V ' водородного типа равна
Evib=p^.S\5902eV (21)
где Р является целым
Е , т 7 + 1 Я2(1/р)
(tm) 7ТТТ5Г J - "/ Т 1 ТТРПРУПТТЯ Mf> TT <"WTT z V '
^=?у+1-?у=у[/ + 1] = /(7 + 1)0.01509еГ
(22)
где Р является целым числом и I - моментом инерции. Колебательно-вращательное
испускание ^2(*^) наблюдалось в газах на возбужденных электронным пучком молекулах и захватывалось в твердой матрице.
Зависимость " вращательной энергии следует из обратной Р зависимости межъядерного расстояния и соответствующего воздействия на момент инерции I.
Предсказанное межъядерное расстояние 2е' ддя Н2{у/р) щЪНО
Р (23) По меньшей мере одно из вращательной энергии и колебательной энергии Н2(1/р) может быть измерено по меньшей мере одним из эмиссионной спектроскопии с электроннолучевым возбуждением, рамановской спектроскопии и инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием (FTIR). Нг(1/р) для измерений может захватываться в матрице, такой как по меньшей мере одна из матриц МОН, MX и М2СО3 (М = щелочь; X = галогенид). Катализаторы.
В качестве выполняющих катализаторную функцию прогнозируются Не+, Аг+, Sr+,
Li, К, NaH, nH (п = целое число) и НгО, поскольку они отвечают критерию катализатора -
химическому или физическому процессу с изменением энтальпии, равным кратному
потенциальной энергии атомарного водорода, 27,2 эВ. Более конкретно, каталитическая
система обеспечивается ионизацией t электронов от атома до такого континуума
энергетических уровней, чтобы сумма энергий ионизации t электронов составляла
приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом. Кроме того, могут происходить
дальнейшие каталитические переходы, такие как в случае, когда вначале образуется
111111
п = > -, -> -, -> -,
Н(1/2): 2 3 3 4 4 5 и хак далее. После начала катализа гидрино далее входит в автокаталитический процесс, именуемый диспропорционированием, при котором Н или Н(1/р) выступает в качестве катализатора для другого Н или Н(1/р') (р может равняться р').
Функцию катализаторов могут выполнять водород и гидрино. Водородные атомы
Н(\/р) р = 1,2,3,...137
v г> г могут подвергнуться переходам в низкоэнергетические
состояния, задаваемые уравнениями (1) и (3), при этом переход одного атома
для перехода m-212eV в Н(1/Р')
катализируется вторым, который резонансно и безызлучательно принимает > я-27.2 eV с сопутствующим реверсированием его потенциальной энергии. Полное общее уравнение Н(\1р) Н(Щт + р))
индуцированного резонансным переходом
, представлено уравнением (10). Таким образом, водородные атомы
могут выступать в качестве катализатора для других
с т = \} т = 2 и
т ¦
для одного,
двух и трех атомов, соответственно. Скорость для случаев двух- или трехатомного катализа может быть заметной только при высокой плотности Н ч Однако высокие плотности Н редкостью не являются. Высокая концентрация атомов водорода, позволяющая 2Н или ЗН выступать в качестве энергетического акцептора для третьего или четвертый, может быть достигнута при некоторых определенных условиях, таких как представлены на поверхности Солнца и звезд благодаря обеспечиваемой температурой и силой тяжести плотности, на металлических поверхностях, которые поддерживают многочисленные монослои, и в высоко диссоциированной плазме, особенно в сжатой водородной плазме. Помимо этого, трехчастичное взаимодействие Н легко достигается,
когда два Н атома возникают при столкновении горячего Н с 2. Такое может обычно происходить в плазме с высокой популяцией экстраординарно быстрого Н. Это подтверждается необычной интенсивностью атомной эмиссии Н. В таких случаях передача энергии может происходить от одного водородного атома к двум другим через мультипольную связь при достаточной близости, в типичном случае составляющей несколько ангстрем. Далее, реакция между тремя водородными атомами, при которой два атома резонансно и безызлучательно принимают 54.4 eV ох третьего водородного атома, таким образом, что 2Я служит в качестве катализатора, имеет вид
54.4 eV + 2Н + Я -> 2H}ast + 2е~ + Я *
2H}mt + 2е -+2Н + 54A eV
+ 54.4 eV
(24)
(25) (26)
С итоговой реакцией
Я-> Я
+ [32-12]-13.6
в которой
имеет радиус водородного атома и центральное поле,
-J является соответствующим
эквивалентные утроенному радиусу протона, и стабильным состоянием с радиусом 1/3 радиуса Н. Когда электрон подвергается действию радиального ускорения от радиуса водородного атома к радиусу, составляющему 1/3 этого расстояния, происходит высвобождение энергии в виде светового излучения с определенной длиной волны или в форме кинетической энергия третьего компонента.
В другой каталитической реакция атома Н t включающей прямой переход в
состояние
что
две горячих молекулы 2 сталкиваются и диссоциируют таким образом, что три атома Н служат в качестве катализатора 3-27.2 eV ддд четвертого. Далее, реакция между четырьмя водородньми атомами, при которой три атома резонансно и безызлучательно принимают 81.6 eF ох четвертого водородного атома таким образом, ЗЯ
+ 81.6 eV
служит в качестве катализатора, имеет вид
81.6 + ЗЯ + Я -> 3H+fast + Зе~+Н*
ЗЯ;ш,+Зе-^ЗЯ + 81.6еГ
(28)
(29) (30)
С итоговой реакцией
Я-"Я
+ [42-l2]-13.6eF
(31)
континууме из-за интермедиата области коротких длин волн при 122.4 eV (\0}\ нм) и продолжаться в более длинноволновую область. Эта полоса континуума была подтверждена экспериментально.
р = т + \
вследствие принятия
дает полосу
ан
m-ll.leV
В целом переход от Н к
континуума с ограничением области коротких длин волн и энергией задаваемой уравнением
Н-+Н
р=т+\\
= m2-\3.6eV
р=т+\
(32)
91.2
р=т+1
я-> я
(33)
и продолжающейся на большие длины волн, чем соответствующее ограничение. Континуумы эмиссионных серий водорода в 10,1 нм, 22,8 нм и 91,2 нм наблюдались экспериментально в межзвездной среде, на Солнце и звездах - белых карликах.
Потенциальная энергия НгО равна 81,6 эВ (уравнение (43)) [Mills GUT]. Кроме того, в соответствии с тем же самым механизмом, в качестве катализатора может служить возникающая молекула Н2О (не водород, связанный в твердом веществе, жидкости или в газообразном состоянии) (уравнения (44-47). Непрерывная полоса излучения при 10,1 нм и переходящая в более длинноволновую область для теоретически предсказанных переходов Н в низкоэнергетические, так называемые состояния "гидрино", наблюдалась только в результате пульсирующих самостягивающихся разрядов водорода сначала в BlackLight Power, Inc (BLP) и затем была воспроизведена в Harvard Center for Astrophysics (CfA). Непрерывное излучение в области 10 - 30 нм, которое соответствовало предсказанным переходам Н в состояние гидрино, наблюдалось только в результате пульсирующих самостягивающихся разрядов водорода с металлическими оксидами, являющихся термодинамически подходящими для подвергания Н восстановлению в форму катализатора НОН; тогда как, те, которые не являются благоприятными, не демонстрировали никакого континуума даже при том, что исследовавшиеся легкоплавкие металлы очень хорошо подходят для образования ионно-металлической плазмы с сильными коротковолновыми континуумами в более мощных источниках плазмы.
В качестве варианта, резонансный перенос кинетической энергии для образования быстрого Н может происходить в согласии с наблюдаемым экстраординарным уширением линий Бальмера а, соответствующим Н с высокой кинетической энергией. Перенос энергии к двум Н также вызывает накачку каталитически возбужденных состояний и непосредственную генерацию быстрого Н в соответствии с модельными уравнениями (24), (28) и (47) и посредством резонансной передачи кинетической энергии.
I. Гидрино.
Водородный атом, имеющий энергию связи, определяемую
Binding Energy = е\
О'Р) (34)
где Р является целым число более 1, предпочтительно от 2 до 137, представляет продукт реакции катализа Н настоящего раскрытия. Энергия связи атома, иона или молекулы, также известной в качестве энергии ионизации, является энергией,
требующейся для удаления одного электрона из атома, иона или молекулы. Водородный атом, имеющий энергию связи, задаваемую в уравнении (34), далее именуется "атомом
Ел.
гидрино" или "гидрино". Обозначение для гидрино радиуса Р , где н - радиус
обычного водородного атома и Р является целым числом, представляется как
Водородный атом с радиусом йн в дальнейшем упоминается как "обычный водородный атом" или "нормальный водородный атом". Обычный атомарный водород отличается энергией связи в 13,6 эВ.
Гидрино образуется при реакции обычного водородного атома с подходящим катализатором, имеющим общую энтальпию реакции
m-21.2eV (35)
где т является целым. Предполагается, что скорость катализа возрастает при более близком соответствии общей энтальпии реакции m-21.2eV Было обнаружено, что катализаторы, имеющие общую энтальпию реакции в пределах ±10%, предпочтительно ±5% ох т -27.2 eV f являются подходящими для большинства применений.
Такой катализ высвобождает энергию из водородного атома с пропорциональным
уменьшением размера водородного атома r" ~Шн. Например, катализ ^(п -1) в
Я(я-1/2) ВЬ1Свобождает 40,8 эВ, а радиус водорода уменьшается с а" до 2 Каталитическая система обеспечивается ионизацией t электронов от атома до такого континуума энергетических уровней, чтобы сумма энергий ионизации t электронов составляла приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом. В качестве источника мощности, энергия, выделяемая при катализе, значительно превышает энергию, прикладываемую к катализатору. Высвобождаемая энергия больше выделяющейся при обычных химических реакциях. Например, когда газообразные водород и кислорода подвергаются сжиганию с образованием воды
H2{g)+]-02(g)^H20 (/)
2 (36)
известная энтальпия образования воды составляет ^f кДж/моль или 1,48 эВ на
водородный атом. В отличие от этого, каждый (п~^) обычный водородный атом, подвергающийся катализу, в чистом виде высвобождает 40,8 эВ. Кроме того, возможно
111111 п = -> -, -> -, -> -,
прохождение дальнейших каталитических переходов: 2 3 3 4 4 5 и хак далее. Как только начинается катализ, гидрино вступает в дальнейший автокаталитический процесс, называемый диспропорционированием. Этот механизм подобен механизму неорганического ионного катализа. Однако катализ гидрино должен иметь более высокую скорость реакции, чем у неорганического ионного катализатора из-за лучшего соответствия энтальпии условию т-27,2 эВ.
Катализаторы водорода, способные к обеспечению общей энтальпии реакции приблизительно т-27,2 эВ (где т является целым числом) для образования гидрино (во время которого ионизируются ' электронов атома или иона), представлены в Таблице 1, Атомы или ионы, представленные в первом столбце, ионизируются с обеспечением общей энтальпии реакции т-27,2 эВ, показанной в десятом столбце, где т дается в одиннадцатом столбце. Электроны, которые участвуют в ионизации, показываются с ионизационным потенциалом (также называемым энергией ионизации или энергией
связи). Ионизационный потенциал п -ного электрона атома или иона определяется как "
и дается CRC. Это, например, ?/ + 5.39172 eV-> Li++e~ и Ы+ +75.6402 eV Li2+ +е~.
/Р = 5 39172
Первый ионизационный потенциал 1 " и второй ионизационный потенциал
Л> = 75.6402 eV - к
2 , отображается во втором и третьем столбцах, соответственно. Общая
энтальпия реакции для двойной ионизации Li равна 81,0319 эВ, что представлено в
десятом столбце, и ш=3 в уравнении (5), как показано в одиннадцатом столбце.
t н > П О ^ ON
Г"- 1П 00 г-н
(N ^1" О Г- CS CS ON 00 Tj-
СОСО^ОГ-~Г--|> 0*-нт-нг1-т}-'^-^ОЮ'ОЮ'-^1ПООт-I V(c) "-I гн гн > -' Г- О Ю OWimb'H'tt^(N|0\t4irtI4-MffiO\OfflOinr4rHOO NO NO CS ON *-' СП
CS CS CO CO in i
NO CO со
m m
"-i ON ON т-i ON ON
"3-
NO NO^
in"
oo о oo о
" h iri > л Г\ FN "\ #N СЧ
(S > ч M OO ^ t
> -i M t- o(c) oo
NO NO
c- r~
CS CS 00^ 00^
oo" oo"
NO NO
m си
СП CS OS in ON NO
NO NO
о о
ci л л
ON NO NO
r-~ r""
CN 00
со m ON ON
NO CO Г- Г- Ю1Л^-^
C\ С* *\ *N ГчППП
voNONONOt^r^r-^inmm
oo^ co^ CO ON ON
"t H H ^ ^
"П in in 1П in
m ю n - < и oocscs
-з- (c) "-lONr-ivovomm ONON
"N"\CtriC\f\0*\C\CNC*t\"\
(c)inor-"ON(c)coo(c)cocoin ¦4-
CS ON
н № 1Л in Ю " co^ ^ Tf
o" cs" cs" cs" cs" cs" t-~ oo" ND" NO" in-^-mininminco'^l-'^-
-и О
in cs m m ON-^-COCO
CO OO ON ON ООО"-I"-I
С* C\ О *N "N Ct f\ C\
00ON0N0OOfNir)C--O
cscococo-^-^-^cscscs
t-- Ti-
es rs rs m C~- 00 00 90 oo ^- Tj- t -1 ON ON T-I
о m н in in t-~t-"cocooooocS' <3-^t,inco ON ON m m о
т-^ CO CO C*^ C"^ NO OO 00 00 00 00 NO NO ON NO NO CO ON in in 00 00 CO CS NO NO NOCSO^OOOinVOTj-NO*-1"-iQ(c)*-*t-i N * (МЛ Ю r-i CO CO CS CS О CO "-I "-I
C4#\CiC*C4CtC*C\Cl"Nr\"N#4*\C> "N#\*N#\"\ri"4*"*NC\i\*\r\Ci
in00in"-iT-iC0,^N0in^^C^t^00 00Or^r^O00T-iTtrl-t^r-~'-H1^-NOVO
N.HHnHHHrHrHrHrHrHrHrtrH(SHH(SHN(N(NM(NHHHH
О OONONOCOCOTj-inrOCO CO CS CO ON ON "- < "-IOOOOTJ-^
-------- - ¦ - cs cs
ON ON
°" °" in NO c-^ f-"
00 m in _ .
> > 0(S"HMm'00,t* OOOOCOOOCOCSCOONON'-H'-100 00 T-iCNNOOCOOO^NO^CSCS'-i'-HONON^TtTj-ONinCSO> ONr^-r~'*00 ONCS^^> -|CS^vOcOOOOOOOCOCOCSONONON <-iinO> ONr-~r~"ONin COCONOcO <-iOOr^r^^ONONOOOONONOr^COCOONOOt^r-r-?н н " |^
r\ "\ C\ Г\ "N ct о c\ r\ n r> IN rs r\ C\ *\ "V Л ГЧ cs г Г I VI л л л с
inONr^TfNONONONOr^r^r-^r^t^r^t^r^ONONinONON^'-^'^-'^-inNO
о ь
о о
m in
О Г-- г-н in
Ov vo ON г- in wo
m p- -4- vo m о о
л г" л г" л л л
CN Ш Г~ Ш Г-- (N
VO CN vo CN m CN vo
¦xt ON NO CN 00 NO CO 1П ON ON 40 "-it^f^OONrtT-i^OO m ON CN CN
oo^rtinooocmio^oOHNoo-H't vo ON
XI T-i v N '-' XJ I XI i - w ^ - XI I- XI X| v - V I
ciooooooincNw-it-lOOcsincNinincNin
T-i CN
г-"
(c)
VO 00 CN CN
CN VO
m m CO Ю 1Л 1Л
in i^V" vo vo in
¦xt
¦xf
о in in
•xf
"xt
OO 00
m m oo r-"
С-"л Г-^ ON xT -xf
vo" vo" oo" f-T -xf r-T
CO CO CO "xt "xt "xt
oo"
ON 00
"xt
m "xt
1-х "xt
oo"
NO CN
о in
Г-" CN
OO 00 "xt ON ON CN
OOCO-ii-iNOxtVOOOON
ГЧ *S mr~-oO'-icoocN"-i cococNCNcNCNCNCNco
О t-~
О CO CN -xt vo i
~ о
ON 00
¦xt
CN 00 xT
CN со t- vo m
ininint-^ONC-^COVOt-100 00
ooooinoovoom-xtcN CN
t-i CN -i in 00 xt f~ f--
rt rt н гч VO CN
CN CO NO О
CN -
"xt
Ў-i NO VO
Ш ON 00 *(c) VO ON VO Г-- f" ONVOt-^
О NO CO ON ON CO OO OO -xt CO 00 VO 60
NOCO-xtOOONT-HT-icOCOVOxl-incO'^in cOCOCOOOOOCNCNininxl-vOt-lON-xtON
r~ooooNONcoininminininNomr-oo
3 TJ й w Ион гидрида гидрино настоящего раскрытие может быть получен в результате реакции донора электронов с гидрино, то есть водородным атомом, имеющим энергию
13.6 eV
п = -
связи около п , где Р и Р является целым числом более 1. Ион гидрида
Н~(п = 1/р) Н'П/р)
гидрино представлен 4 ' или v •г/ :
+ е~ -"#-(л = 1/р)
(37)
+ е-^> Н~(1/р)
(38)
Ион гидрида гидрино отличается от обычного иона гидрида, содержащего обычное водородное ядро и два электрона, имеющих энергию связи около 0,8 эВ. Последний далее упоминается "как обычный ион гидрида" или "нормальный ион гидрида". Ион гидрида гидрино содержит водородное ядро, включающее протай, дейтерий или тритий, и два неотличимых по энергии связи электрона согласно уравнениям (39) и (40).
Энергия связи иона гидрида гидрино может быть представлена следующей формулой:
Binding Energy =
h2Js(s + l) лц0е2п2
-i2
1 + УФ + 1)
•+-
1+УФ+1)
(39)
где P является целым число более единицы, s-l/2f п соответствует пи, Й является приведенной постоянной Планка, ^° является магнитной постоянной, т' является массой
е Р
= + тп 3 '
электрона, ^е является приведенной массой электрона, определяемой
где
т" а и а г-
р - масса протона, я является радиусом водородного атома, ° является боровским
радиусом и е - зарядом электрона. Радиусы задаются r2=r1=^(l + > /j(ff + l)); s = ^
(40)
H-(n = \lp)
Энергия связи иона гидрида гидрино " v" у> в качестве функции Р, где Р является целым числом, демонстрируется в Таблице 2.
Таблица 2
H-(n = l/p) ,
Представительная энергия связи иона v ' гидрида гидрино в качестве функции
Р, уравнение (39).
Ион гидрида. Г1 ( а° )а Энергия связи (eV)b Длина волны (нм)
[п =
1,8660
0,7542
1644
[п =
1/2)
0,9330
3,047
406,9
[п =
1/3)
0,6220
6,610
187,6
[п =
1/4)
0,4665
11,23
110,4
[п =
1/5)
0,3732
16,70
74,23
[п =
1/6)
0,3110
22,81
54,35
[п =
1/7)
0,2666
29,34
42,25
[п =
1/8)
0,2333
36,09
34,46
[п =
1/9)
0,2073
42,84
28,94
[п =
1/10)
0,1866
49,38
25,11
[п =
1/11)
0,1696
55,50
22,34
'п =
1/12)
0,1555
60,98
20,33
[п =
1/13)
0,1435
65,63
18,89
[п =
1/14)
0,1333
69,22
17,91
[п =
1/15)
0,1244
71,55
17,33
[п =
1/16)
0,1166
72,40
17,12
[п =
1/17)
0,1098
71,56
17,33
п =
1/18)
0,1037
68,83
18,01
п =
1/19)
0,0982
63,98
19,38
п =
1/20)
0,0933
56,81
21,82
'п =
1/21)
0,0889
47,11
26,32
п =
1/22)
0,0848
34,66
35,76
[п = ]
1/23)
0,0811
19,26
64,36
п = ]
1/24)
0,0778
0,6945
1785
а - уравнение (40) b - уравнение (39)
Согласно настоящему раскрытию обеспечивается ион гидрида гидрино (Н-), имеющий энергию связи, отвечающую уравнениям (39) и (40), превышающую связывание
обычного иона гидрида (около 0,75 эВ) для Р~^ вплоть до 23 и менее для Р~^ (Н-).
Для P~L - Р-^щ в уравнениях (39) и (40) энергия ионной связи гидрида составляет, соответственно, 3, 6,6,11,2,16,7,22,8,29,3, 36,1,42,8, 49,4, 55,5, 61,0, 65,6, 69,2, 71,6, 72,4, 71,6, 68,8, 64,0, 56,8, 47,1, 34,7, 19,3 и 0,69 эВ. Также здесь обеспечиваются примеры композиций, содержащих новый ион гидрида.
Также обеспечиваются примеры соединений, содержащих один или несколько ионов гидрида гидрино и один или несколько других элементов. Такое соединение именуется как "соединение гидрида гидрино".
Обычные водородные соединения отличаются следующими энергиями связи (а) ион гидрида - 0,754 эВ ("обычный ион гидрида"); (Ь) водородный атом ("обычный водородный атом") - 13,6 эВ; (с) двухатомная водородная молекула - 15,3 эВ ("обычная водородная молекула"); (d) водородный молекулярный ион - 16,3 эВ ("обычный
водородный молекулярный ион"); и (е) 3 - 22,6 эВ ("обычный трехатомный молекулярный ион"). Здесь в отношении форм водорода термины "нормальный" и "обычньш" являются синонимичными.
Согласно дальнейшему воплощению настоящего раскрытия обеспечивается соединение, содержащее по меньшей мере один водородный компонент с увеличенной
13.6 еУ
энергией связи, такой как (а) водородный атом, имеющий энергию связи около
13.6 еУ
Binding Energy = ¦
зад
диапазоне
1+УФ+1) р
энергию
12 \
, где р является целым числом от 2 до
связи около
1+УФ+1) р
0,9
такую как в до 1,1
Binding Energy = ¦
Й2л/ф + 1) лцйе2п2
1 + +
целым числом от
2 до 24; (с) Н+Л11Р). (D)
', где р является Щ(\1р)
тригидрино молекулярный ион
22.6
имеюпщй энергию связи около , такую как в диапазоне от около 0,9 до 1,1
22.6
.Р)
, где р является целым числом от 2 до 137; (е) дигидрино, имеюпщй энергию
, где р является
связи около ' , такую как в диапазоне от около 0,9 до 1,1 целым числом от 2 до 137; (f) дигидрино молекулярный ион с энергией связи около
, такой как в диапазоне от около 0,9 до 1,1 ч*~ у , где р является целым числом, предпочтительно целым числом от 2 до 137,
Согласно дальнейшему воплощению настоящего раскрытия обеспечивается соединение, содержащее по меньшей мере один водородный компонент с увеличенной энергией связи, такой как (а) дигидрино молекулярный ион, имеющий общую энергию около
Ет=-р
%пе0ан
(41пЗ-1-21пЗ)
1 + Р
1-й
3afi
I Р J
= -р216.13392 около
0,9
(41) до 1,1
Ет=-р2
%ле0ан
(41n3-l-21n3)
1-м
4пе"
{ р }
За,
{ р )
= -/16.13392 eV-p30.m755 eV
, где
является целым
~ - приведенная постоянная Планка, е является массой электрона, с является
скоростью света в вакууме, ^ - приведенная масса ядра, и (Ь) дигидрино молекула, имеющая общую энергию около
= -/31.351 eF-/0.326469 eV такую как в диапазоне
около
0,9
(42)
1,1
о"0
4ж"а,
%леоа0
1_\
2,/2-V2+^ 2
N/2 + 1
ЛЯ-1 -V2
Ет=-р2
[Р)
= -/31.351 е^-/0.326469 eV
, где у является
целым числом и а° - боровским радиусом.
Согласно одному воплощению настоящего раскрытия, в котором соединение содержит отрицательно заряженные водородные компоненты с увеличенной энергией связи, такое соединение содержит, кроме того, один или несколько катионов, таких как
Н+ Н+ протон, обычный 2 или обычный 3 .
Здесь обеспечивается способ приготовления соединений, содержащих по меньшей
мере один ион гидрида гидрино. Такие соединения далее именуются "соединениями
гидрида гидрино". Данный способ содержит реакцию атомарного водорода с
"•27 eV
катализатором, имеющим общую энтальпию реакции около 2 t где m является
целым числом больше 1, предпочтительно целым числом меньше 400, для получения
13.6 еУ
~-Т
атома водорода с увеличенной энергией связи, имеющим энергию связи около , где Р является целым числом, предпочтительно целым числом от 2 до 137, Следующим продукт катализа является энергия. Атом водорода с увеличенной энергией связи может быть введен в реакцию с источником электронов для получения гидридного иона с увеличенной энергией связи. Ион гидрида с увеличенной энергией связи может реагировать с одним или несколькими катионами с получением соединения, содержащего по меньшей мере один гидридный ион с увеличенной энергией связи. Новые водородные композиции могут содержать:
(a) по меньшей мере один нейтральный, положительно или отрицательно заряженный водородный компонент (в дальнейшем "водородные компоненты с увеличенной энергией связи"), имеющий энергию связи
(i) больше, чем энергия связи соответствующих обычных водородных компонентов, или
(ii) больше, чем энергия связи любых водородных компонентов, для которых соответствующие обычные водородные компоненты являются нестабильными или не наблюдаются, поскольку энергия связи обычных водородных компонентов меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды (нормальная температура и давление, STP) или является отрицательной; и
(b) по меньшей мере один другой элемент. Соединения настоящего раскрытия в дальнейшем упоминаются "как водородные компоненты с увеличенной энергией связи".
Под "другим элементом" в данном контексте подразумевается элемент, отличный от водородных компонентов с увеличенной энергией связи. Таким образом, другой
элемент может быть обычными водородными компонентами или любым элементом помимо водорода. В одной группе соединений другой элемент и водородные компоненты с увеличенной энергией связи являются нейтральными. В другой группе соединений другой элемент и водородные компоненты с увеличенной энергией связи заряжены таким образом, что другой элемент обеспечивает компенсирующий заряд для образования нейтрального соединения. Первая группа соединений отличается молекулярным и координационным связыванием; последняя группа отличается ионной связью.
Также обеспечиваются новые соединения и молекулярные ионы, содержащие
(a) по меньшей мере один нейтральный, положительно или отрицательно заряженный водородный компонент (в дальнейшем "водородные компоненты с увеличенной энергией связи"), имеющий общую энергию
(i) больше, чем общая энергия соответствующих обычных водородных компонентов, или
(ii) больше, чем общая энергия любых водородных компонентов, для которых соответствующие обычные водородные компоненты являются нестабильными или не наблюдаются, поскольку общая энергия обычных водородных компонентов меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды или является отрицательной; и
(b) по меньшей мере один другой элемент.
Общая энергия водородных компонентов является суммарной энергией, необходимой для удаления из данных водородных компонентов всех электронов. Водородные компоненты согласно настоящему раскрытию имеют общую энергию большую, чем общая энергия соответствующих обычных водородных компонентов. Водородные компоненты согласно настоящему раскрытию, имеющие увеличенную общую энергию, также упоминаются как "водородные компоненты с увеличенной энергией связи" даже при том, что некоторые воплощения водородных компонентов, имеющих увеличенную общую энергию, могут иметь энергию связи первого электрона меньше, чем энергия связи первого электрона соответствующих обычных водородных
компонентов. Например, ион гидрида по уравнениям (39) и (40) для Р = ^4 ^QQJ первую энергию связи меньше первой энергия связи обычного иона гидрида, в то время как общая
энергия иона гидрида по уравнениям (39) и (40) для Р = ^ существенно выше общей
энергии соответствующего обычного иона гидрида.
Здесь также обеспечиваются новые соединения и молекулярные ионы, содержащие (а) ряд нейтральных, положительно или отрицательно заряженных водородных
компонентов (в дальнейшем "водородные компоненты с увеличенной энергией связи"),
имеющих энергию связи
(i) больше, чем энергия связи соответствующих обычных водородных компонентов, или
(ii) больше, чем энергия связи любых водородных компонентов, для которых соответствующие обычные водородные компоненты являются нестабильными или не наблюдаются, поскольку энергия связи обычных водородных компонентов меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды или является отрицательной; и
(Ь) не обязательно один другой элемент. Соединения настоящего раскрытия в дальнейшем упоминаются "как водородные компоненты с увеличенной энергией связи".
Водородные компоненты с увеличенной энергией связи могут быть образованы реакцией одного или нескольких атомов гидрино с одним или несколькими электронами, атомом гидрино, соединением, содержащим по меньшей мере один из указанных водородных компонентов с увеличенной энергией связи, и по меньшей мере одним другим атомом, молекулой или ионом помимо водородных компонентов с увеличенной энергией связи.
Также обеспечиваются новые соединения и молекулярные ионы, содержащие
(a) ряд нейтральных, положительно или отрицательно заряженных водородных компонентов (в дальнейшем "водородные компоненты с увеличенной энергией связи"), имеющих общую энергию
(i) больше, чем общая энергия обычного молекулярного водорода, или
(ii) больше, чем общая энергия связи любых водородных компонентов, для которых соответствующие обычные водородные компоненты являются нестабильными или не наблюдаются, поскольку общая энергия обычных водородных компонентов меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды или является отрицательной; и
(b) не обязательно один другой элемент. Соединения настоящего раскрытия в дальнейшем упоминаются "как водородные компоненты с увеличенной энергией связи".
В одном воплощении обеспечивается соединение, содержащее по меньшей мере один водородный компонент с увеличенной энергией связи, выбираемый из (а) иона гидрида, имеющего энергию связи согласно уравнениям (39) и (40), более высокую, чем
связывание обычного иона гидрида (около 0,8 эВ) для Р = 2 вплоть до 23, и меньшую для
Р ~ ("ион гидрида с увеличенной энергией связи" или "ион гидрида гидрино"); (Ь) водородного атома, имеющего энергию связи больше энергии связи обычного водородного атома (около 13,6 эВ) ("атом водорода с увеличенной энергией связи" или "гидрино"); (с) водородной молекулы, имеющей первую энергию связи более около 15,3
эВ ("молекула водорода с увеличенной энергией связи" или "дигидрино"); и (d) водородного молекулярного иона, имеющего энергию связи более около 16,3 эВ ("водородный молекулярный ион с увеличенной энергией связи" или "дигидрино молекулярный ион"). В данном раскрытии водородные компоненты и соединения с увеличенной энергией связи также упоминаются как низкоэнергетические водородные компоненты и соединения. Гидрино содержат водородные компоненты с увеличенной энергией связи или, эквивалентно, низкоэнергетические водородные компоненты. D. Дополнительные катализаторы МН-типа и реакции.
В целом катализаторы водорода типа МН (металл-галогенидные) для получения гидрино, обеспечиваемого расщеплением М-Н связи плюс ионизация * электронов атома М до такого континуума энергетических уровней, чтобы сумма энергии связи и энергии ионизации f электронов составляла приблизительно т-27,2 эВ (т является целым числом), представлены в Таблице ЗА. Каждый МН катализатор представляется в первом столбце, а соответствующая энергия связи М-Н дается в столбце два. Атом М из соединений МН, представленных в первом столбце, ионизируется, чтобы обеспечить общую энтальпию реакции т-27,2 эВ с добавлением энергии связи в столбце два. Энтальпия катализатора дается в восьмом столбце, при этом т отображена в девятом столбце. Электроны, которые участвуют в ионизации, показываются с ионизационным потенциалом (также называемым энергией ионизации или энергией связи). Например, энергия связи NaH ^ 1,9245 эВ, дается в столбце два. Ионизационный потенциал п-ного
электрона атома или иона определяется как " и дается CRC. Это, например,
Na + 5.l3meV^> Na++e- и Na+ +47.2864 eV -> Na2+ +е\ Первый ионизационный
Щ =5.13908 eV " . Щ = 47.2864 eV
потенциал 1 и второй ионизационный потенциал 2 ,
отображается во втором и третьем столбцах, соответственно. Общая энтальпия реакции для расщепления связи МаЯ и двойной ионизации Na составляет 54,35 эВ, как это отображено в восьмом столбце, ит = 2 в уравнении (35), что видно из девятого столбца. Энергия связи ВаН равна 1,98991 эВ, а1Рь 1Р2 и 1Р3 составляют 5,2117 эВ, 10,00390 эВ и 37,3 эВ, соответственно. Общая энтальпия реакции для расщепления связи ВаН и тройной ионизации Ва составляет 54,5 эВ, как это отображено в восьмом столбце, и т=2 в уравнении (35), что видно из девятого столбца. Энергия связи SrH равна 1,70 эВ, alPi, IP2, IP3, IP4 и 1Р5 составляют 5,69484 эВ, 11,03013 эВ, 42,89 эВ, 57 эВ и 71,6 эВ, соответственно. Общая энтальпия реакции для расщепления связи SrH и ионизации Sr в Sr5+ составляет 190 эВ, как это отображено в восьмом столбце, и т=7 в уравнении (35),
что видно из девятого столбца.
Таблица ЗА
В других воплощениях катализаторы водорода МН" типа для получения гидрино, обеспечиваемого переносом электрона к акцептору А, расщеплением связи М-Н плюс ионизацией t электронов атома М до такого континуума энергетических уровней, чтобы суммарная энергия электронного перехода, содержащая разницу сродства к электрону (ЕА) МН и А, энергию связи М-Н и энергию ионизации * электронов от М, составляла приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом, представлены в Таблице ЗВ. Каждое из МН" катализатора, акцептора А, сродства к электрону МН, сродства к электрону А и энергии связи М-Н представляются в первом, втором, третьем и четвертом столбцах, соответственно. Электроны соответствующего атома М из МН, которые участвуют в ионизации, даются с ионизационным потенциалом (также именуемым энергией ионизации или энергией связи) в следующих столбцах и данные по энтальпии
Катализаторы водорода типа МН, пригодные для обеспечения общей энтальпии реакции приблизительно т'27-2 eV т • 27.2 eV Энергия дана в эВ.
катализатора и соответствующему целому числу т представляются в последнем столбце. Например, сродство к электрону ОН и Н составляет 1,82765 эВ и 0,7542 эВ, соответственно, таким образом, энергия переноса электронов равняется 1,07345 эВ, как отображено в пятом столбце. Энергия связи О, равная 4,4556 эВ, показана в столбце шесть. Ионизационный потенциал п-ного электрона атома или иона обозначается с
помощью 1Р". Это, например, О + 13.61806 eV 0+ +е~ и (Г+35.11730 eV^02++e\ Первый ионизационный потенциал IP1=13,61806 эВ и второй ионизационный потенциал IP =35 11730 eV
IF'2=35,117730 эВ 2 , отображаются во седьмом и восьмом столбцах,
соответственно. Общая энтальпия реакции переноса электронов, реакции расщепления связи ОН и двойной ионизации О составляет 54,27 эВ, как это отображено в
одиннадцатом столбце, и т = 2 в уравнении (35), что видно из девятого столбца. В других воплощениях катализатор Н для образования гидрино обеспечивается такой ионизацией отрицательно заряженного иона, чтобы сумма его ЕА плюс энергия ионизации одного или нескольких электронов составляла приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом. В качестве варианта, первый электрон отрицательного иона может быть перенесен к акцептору, что сопровождается ионизацией по меньшей мере одного или нескольких электронов, так, чтобы суммарная энергия переноса электронов плюс энергия ионизации одного или нескольких электронов составляла приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом. Акцептор электронов может быть Н.
PQ cn ев
CD ^'
CN (> CN
oo" (N
CN "xt
(--CN
CN xt
CN i i н
oo" CN
¦xt ON
о in
CN" xt
¦xt о
CN 00
o" cn
m xt cn
О cn
in cn
NO О
oo cn
xt 00
¦xt
00 1-i
00 ON
cn чо_ г""
"-i "-i •-i CN
T-I
oo"
00 00
Г-"
ON СП CN
m ON"
in m •xt
¦xt"
xt СП 00
cn m
CN"
¦xt
CN"
ON cn
CN СП
О Я
в m cn
o 00 CN CN
m o"
CN cn oo
CN СП
CN cn
"xt
г--
т-I 1-1 О
CN ¦xt
m о
•xt
о" CN
¦xt
m r--
T-I
CN CN
Я о О
t/Э
В других воплощениях катализаторы водорода МН* типа для получения гидрино, обеспечиваемого переносом электрона от донора А, который может быть отрицательно заряженным, расщеплением связи М-Н и ионизацией ( электронов атома М до такого континуума энергетических уровней, чтобы суммарная энергия электронного перехода, содержащая разницу энергии ионизации МН и А, энергию связи М-Н и энергию ионизации t электронов от М, составляла приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом. В одном воплощении такие компоненты, как атом, ион, или молекула, служат в качестве катализатора, обеспечивающего подвергание молекулярного водорода переходу в молекулярное гидрино Нг(1/р) (р является целым числом). Аналогично со случаем Н, данный катализатор принимает энергию от Нг, которая в этом случае может составлять около т-48,6 эВ, где т является целым числом, как указывается в Mills GUTCP. Подходящие примеры катализаторов, образующих Нг(1/р) прямым катализом Нг, представлены О, В и Cd, которые во время реакции катализа образуют 02+, V4+ и Cd5+, что соответствует т=1,т = 2ит = 4, соответственно. Энергия может высвобождаться в виде теплоты или света, или как электричество, когда такие реакции содержат реакцию на полуэлементе.
В одном воплощении катализатор содержит любые компоненты, такие как атом, положительно или отрицательно заряженный ион, положительно или отрицательно заряженный молекулярный ион, молекула, эксимер, соединение или их любая комбинация в основном или возбужденном состоянии, которые являются способными принимать энергию т-27,2 эВ, т = 1, 2, 3, 4,.. (уравнение (5)). Предполагается, что скорость катализа возрастает при более близком соответствии общей энтальпии реакции т-27,2 эВ. Было обнаружено, что катализаторы, имеющие общую энтальпию реакции в пределах ±10%, предпочтительно ±5% от 27,2 эВ, являются подходящими для большинства применений. В случае катализа атомов гидрино для снижения энергетических состояний энтальпия реакции т-27,2 эВ (уравнение (5)) релятивистски корректируется с тем же коэффициентом, что и потенциальная энергия атома гидрино. В одном воплощении катализатор резонансно и безызлучательно принимает энергию от атомарного водорода. В одном воплощении принятая энергия уменьшает величину потенциальной энергии катализатора примерно до количества, перенесенного от атомарного водорода. Ионы или электроны высокой энергии могут являться следствием сохранения кинетической энергии первоначально связанных электронов. По меньшей мере один атом Н выступает в качестве катализатора для по меньшей мере одного другого, при том, что 27,2 эВ потенциальной энергии акцептора погашаются передачей 27,2 эВ от донорного атома Н, подвергающегося катализу. Кинетическая энергия выступающего в качестве акцептора
катализатора Н может быть сохранена в быстрых протонах или электронах. Помимо этого, промежуточное состояние (уравнение (7)), образующееся в катализируемом Н, распадается с выбросом энергетического континуума в форме радиации или индуцирования кинетической энергии в третьем компоненте. Эти высвобождения энергии могут привести к протеканию тока в ячейке СШТ.
В одном воплощении по меньшей мере одно из молекулы, или положительно, или отрицательно заряженного молекулярного иона выступает в качестве катализатора, который принимает около т-27,2 эВ от атомарного Н с уменьшением величины потенциальной энергии молекулы, или положительно, или отрицательно заряженного молекулярного иона до около т-27,2 эВ. Например, потенциальная энергия Н2О по данным Mills GUTCP составляет
V =
-2е2
. а + \а2-Ь2 ", т.
In -у=-- = -81.8715 eV
Ъле0у1а2-Ь2 а-4а2-Ь
(43)
Молекула, которая принимает т-27,2 эВ от атомарного Н с уменьшением величины потенциальной энергии этой молекулы на такую же величину, может служить в качестве катализатора. Например, реакция катализа (т =3) в отношении потенциальной энергии Н20:
81.6 eV + Н20 + Н[ан] -> 2Щт + О' + е + Я'
+ 81.6 eV
2H}asl + О' + е -> Н20+81.6 е V
(44)
(45) (46)
С итоговой реакцией
Н[ан]^Н
+ 81.6еГ+122.4еК
(47)
в которой
имеет радиус водородного атома и центральное поле, эквивалентные
учетверенному радиусу протона, и
- является соответствующим стабильным
состоянием с радиусом 1/4 радиуса Н. Когда электрон подвергается действию радиального ускорения от радиуса водородного атома к радиусу, составляющему 1/4 этого расстояния, происходит высвобождение энергии в виде светового излучения с определенной длиной волны или в форме кинетической энергия третьего компонента. Исходя из 10% изменения
энергии в теплоте парообразования при переходе от льда при 0°С к воде при 100°С, среднее количество связей Н, приходящееся на молекулу воды в кипящей воде, составляет 3,6, Таким образом, в одном воплощении НгО должна образовываться химически в виде изолированных молекул с подходящей энергией активации с тем, чтобы служить в качестве катализатора образования гидрино. В одном воплощении катализатор Н20 представлен образующейся Н20.
В одном воплощении в качестве катализатора может выступать по меньшей мере одно из пН, О, пО, 02, ОН и Н20 (п = целое число). Продуктом выступающих в качестве катализатора Н и ОН может быть Н(1/5), при этом энтальпия катализатора составляет около 108,8 эВ. Продуктом реакции функционирующих в качестве катализатора Н и Н20 может быть Н(1/4). Образующийся гидрино может далее вступать в реакции со снижением своего энергетического состояния. Продуктом выступающих в качестве катализатора Н(1/4) и Н может быть Н(1/5), при этом энтальпия катализатора составляет около 27,2 эВ. Продуктом выступающих в качестве катализатора Н(1/4) и ОН может быть Н(1/6), при этом энтальпия катализатора составляет около 54,4 эВ. Продуктом выступающих в качестве катализатора Н(1/5) и Н может быть Н(1/6), при этом энтальпия катализатора составляет около 27,2 эВ.
Помимо этого, в качестве катализатора может работать ОН, так как потенциальная энергия ОН равняется
ГЗ^ -2е2 , а + х/о1^2
\4)%яе^а2-Ъ2 а-4а2-Ъ2
= -40.92709 eV
(48)
Разность в энергии между состояниями Нр = 1ир = 2 составляет 40,8 эВ. Таким образом, ОН может принять от Н около 40,8 эВ, чтобы служить в качестве катализатора, образующего Н(1/2).
Аналогично Н20, потенциальная энергия амидной функциональной группы NH2, представленная в Mills GUTCP, составляет -78,77719 эВ. Согласно CRC, АН реакции NH2 с образованием KNH2, рассчитываемой по каждой соответствующей АН/, равна (-128,9 -184,9) кДж/моль = -313,8 кДж/моль (3,25 эВ). Согласно CRC, АН реакции NH2 с образованием NaNH2, рассчитываемой по каждой соответствующей АН/, равна (-123,8 -184,9) кДж/моль = -308,7 кДж/моль (3,20 эВ). Согласно CRC, АН реакции NH2 с образованием LiNH2, рассчитываемой по каждой соответствующей АН/, равна (-179,5 -184,9) кДж/моль = -364,4 кДж/моль (3,78 эВ). Таким образом, общая энтальпия, которая может быть принята щелочными амидами MNH2 (М = К, Na, Li), выполняющими функцию катализаторов Н для образования гидрино, составляет около 82,03 эВ, 81,98 эВ и
82,56 эВ (m=3 в уравнении (5)), соответственно, отвечая сумме потенциальной энергии амидной группы и энергии образования амида из амидной группы. Образующийся гидрино, такой как молекулярное гидрино, может вызвать направленный в область сильного поля матричный сдвиг, наблюдаемый такими средствами, как MAS NMR.
Аналогично НгО, потенциальная энергия функциональной группы H2S, представленная в Mills GUTCP, составляет -72,81 эВ. Исключение этой потенциальной энергии также исключает энергию, связанную с гибридизацией Зр оболочки. Эта энергия гибридизации, составляющая 7,49 эВ, задается соотношением радиуса орбитали гидрида и радиуса орбитали исходного атома, умноженного на общую энергию оболочки. Помимо этого, в энергию катализатора включаются изменения энергии S3p оболочки из-за образования двух S-H связей по 1,10 эВ. Таким образом, общая энтальпия H2S катализатора равна 81,40 эВ (т=3 в уравнение (5)). H2S катализатор может быть получен из MHS (М = щелочной металл) реакцией
2MHS в M2S + H2S (49)
Эта обратимая реакция может образовывать H2S в каталитически активном состоянии в переходном к продукту H2S состоянии, которое может катализировать преобразование Н в гидрино. Реакционная смесь может содержать реагенты, которые образуют H2S и источник атомарного Н. Образующийся гидрино, такой как молекулярное гидрино, может вызвать направленный в область сильного поля матричный сдвиг, наблюдаемый такими средствами, как MAS NMR.
Кроме того, атомарный кислород представляет собой специфический атом с двумя неспаренными электронами на одном и том же радиусе, равном боровскому радиусу атомарного водорода. Когда в качестве катализатора выступает атомарный Н, принимаются 27,2 эВ энергии, таким образом, кинетическая энергия каждого ионизированного Н, служащего в качестве катализатора для другого, составляет 13,6 эВ. Аналогичным образом, каждый из двух электронов О может быть ионизирован кинетической энергией в количестве 13,6 эВ, передаваемой иону О, таким образом, что общая энтальпия расщепления связи О-Н в ОН с последующей ионизацией двух внешних неспаренных электронов равна 80,4 эВ, как показано в Таблице 3, В процессе ионизации ОН" в ОН может наступить состояние энергетического соответствия протеканию дальнейшей реакции в Н(1/4) и 02+ + 2е", при которой 204 эВ высвобождающейся энергии вносят вклад в электрическую энергию ячейки СШТ. Реакция имеет следующий вид:
WAeV+OH+H +2e~+H
.0"+3).
Oj,+2e"-> O + 80.4eK
(50) (51)
С итоговой реакцией
(Р + 3).
+ [0 + 3)2-/]-13.6еГ
(52)
где m = 3 в уравнении (5). Кинетическая энергия также может сохраняться в горячих электронах. Доказательством этого механизма является наблюдение инверсии популяции Н в плазме водяного пара. Образующийся гидрино, такой как молекулярное гидрино, может вызвать направленный в область сильного поля матричный сдвиг, наблюдаемый такими средствами, как MAS NMR. В данном раскрытии представляются результаты идентификации продукта в виде молекулярного гидрино и другими методами, такими как FTIR, рамановская и XPS-спектроскопия.
В одном воплощении, в котором кислород или содержащее кислород соединение участвуют в реакции окисления или восстановления, в качестве катализатора или источника катализатора может выступать 02. Энергия связи молекулы кислорода равна 5,165 эВ, а первая, вторая и третья энергия ионизации атома кислорода равны 13,61806 эВ,
О -" О + о2+
35,11730 эВ и 54,9355 эВ, соответственно. Реакции 2
О, -> 0 + 0
20-" 20 обеспечивают общую энтальпию, равную умноженной на около 2, 4 и 1, соответственно, и содержат каталитические реакции образования гидрино, протекающие вследствие приема этой энергии от Н с тем, чтобы вызвать образование гидрино. IX. Топливный элемент и батарея.
Одно воплощение топливного элемента и батареи 400 показано на фиг. 1. Реагенты для образования гидрино, содержащие твердое топливо или гетерогенный катализатор, содержат реагенты для соответствующих реакций полуэлемента. Ячейка индуцированного катализатором гидрино-перехода (catalyst-induced-hydrino-transition, CIHT) снабжена уникальными признаками катализируемого гидрино-перехода. Ячейка CIHT настоящего раскрытия представляет собой водородный топливный элемент, который производит электродвижущую силу (ЭДС) из катализируемой реакции перехода водорода в низкоэнергетические (гидрино) состояния. Таким образом, она действует как топливный элемент для прямого преобразования энергии, высвобождаемой при реакции гидрино, в
электричество.
Вследствие окислительно-восстановительных реакций на электродах производящая гидрино реакционная смесь образуется при миграции электронов через внешнюю цепь и ионном массопереносе по отдельному пути для замыкания электрической цепи. Представленные суммой реакций на полуэлементах итоговые реакции и соответствующие реакционные смеси, приводящие к получению гидрино, могут содержать типы реакций, рассматриваемые в настоящем раскрытии в качестве вырабатывающих тепловую энергию. Свободная энергия AG реакции гидрино является источником потенциала, который, в зависимости от окислительно-восстановительного химизма смеси для производящей гидрино реакции, может быть окислительным или восстановительным потенциалом. Этот потенциал может использоваться для генерации напряжения на топливном элементе. Потенциал V может быть выражен в терминах свободной энергии AG:
"F (53) где F - постоянная Фарадея. С учетом того, что свободная энергия перехода Н в Н(1/4) составляет около -20 МДж/моль, напряжение может сильно зависеть от других компонентов ячейки, таких как химические реагенты, электролит и электроды. В одном воплощении при том, что напряжение ограничивается окислительно-восстановительными потенциалами данных или других компонентов, такая энергия может быть очевидной из высоких величин токов и соответствующих вкладов в мощность, являющихся следствием образования гидрино. Как указывается уравнениями (6-9), энергия преобразования в гидрино может высвобождаться в виде непрерывного излучения. Более конкретно, энергия передается катализатору безызлучательно с образованием метастабильного интермедиата, который в плазменных системах распадается с эмиссией непрерывного излучения при электронных переходах с исходного на конечный радиус. В конденсированной среде, такой как ячейка СШТ, эта энергия может внутренним образом преобразовываться в электроны высокой энергии, что находит свое отображение в токе ячейки и мощностном вкладе при потенциалах, подобных химическому потенциалу реагентов ячейки. Таким образом, мощность может проявляться как более высокий ток при более низком напряжении, чем задается уравнением (53). Электрическое напряжение также будет ограничиваться кинетикой реакции; так, высокая кинетика образования гидрино благоприятна для повышения мощности вследствие увеличения по меньшей мере одного из тока и напряжения. Так как токообразующая реакция ячейки может управляться высокоэкзотермической реакцией Н с катализатором для образования гидрино, в одном воплощении свободная энергия реакций обычного окислительно-восстановительного
элемента, приводящих к образованию генерирующих гидрино реагентов, может быть любой возможной величиной. Подходящими диапазонами являются от около +1000 кДж/моль до -1000 кДж/моль, от около +1000 кДж/моль до -100 кДж/моль, от около +1000 кДж/моль до -10 кДж/моль и от около +1000 кДж/моль до 0 кДж/моль. Из-за отрицательной свободной энергии образования гидрино по меньшей мере одно из тока ячейки, напряжения и мощности выше тех, которые определяются свободной энергией реакций, не приводящих к образованию гидрино, что может вносить вклад в ток, напряжение и мощность. Это относится к напряжению разомкнутой цепи и к находящейся под нагрузкой. Таким образом, в одном воплощении ячейка СШТ отличается от любых известного уровня техники по меньшей мере одним из наличия напряжения, превышающего предсказываемое уравнением Нернста для не касающейся гидрино химии, включая корректировку напряжения вследствие напряжения поляризации при нахождении ячейки под нагрузкой, более высокого тока, чем обуславливается традиционной химией, и более высокой мощности, чем предполагаемая традиционной химией.
Обращаясь к фиг. 1, топливо или СШТ-ячейка 400 содержит катодное отделение 401 с катодом 405, анодное отделение 402 с анодом 410, солевой мостик 420, реагенты, которые составляют реагенты для образования гидрино во время работы ячейки с раздельными электронным потоком и ионным массопереносом и источник водорода. В основном воплощении ячейка СШТ представляет собой водородный топливный элемент, который производит электродвижущую силу (ЭДС) из катализируемой реакции перехода водорода в низкоэнергетические (гидрино) состояния. Таким образом, она действует как топливный элемент для прямого преобразования энергии, высвобождаемой при реакции гидрино, в электричество. В еще одном воплощении ячейка СШТ производит выигрыш по меньшей мере в электрической или тепловой энергии по сравнению с мощностью, расходуемой на электролиз между электродами 405 и 410, Ячейка потребляет водород при получении гидрино и требует добавок водорода; иным способом в одном воплощении реагенты для образования гидрино составляют по меньшей мере одно из термически или электролитически регенерируемых. Различные реагенты или одинаковые реагенты, находящиеся при различных условиях или состояниях, таких как по меньшей мере одно из различной температуры, давления и концентрации, обеспечиваются в различных отсеках ячейки, которые связаны разделенными каналами для прохождения электронов и ионов с тем, чтобы создать между отсеками замкнутую электрическую цепь. Достигаемые потенциал и электрическая мощность между электродами отдельных камер или термодинамическая эффективность системы обеспечиваются благодаря зависимости реакции гидрино от массового потока из одной камеры в другую. Массовый поток
обеспечивает по меньшей мере одно из образования реакционной смеси, которая вступает во взаимодействия с образованием гидрино, и условий, допускающих протекание реакции гидрино с существенными скоростями. Массовый поток, кроме того, требует, чтобы электроны и ионы транспортировались по раздельных соединяющим камеры каналам. Электроны могут явиться результатом по меньшей мере одного из ионизации катализатора во время реакции атомарного водорода с катализатором и реакции окисления или восстановления таких реагирующих компонентов, как атом, молекула, соединение или металл. Ионизация компонентов в камере, такой как анодное отделение 402, может происходить благодаря по меньшей мере одному из (1) благоприятного изменения свободной энергии при их окислении, восстановлении реагирующих компонентов в отдельной камере, такой как катодная 401, и реакции мигрирующего иона, которая уравновешивает заряд в отделениях до электронейтральности и (2) изменения свободной энергии благодаря образованию гидрино вследствие окисления компонентов, восстановлению компонентов в отдельной камере и реакции мигрирующего иона, которые приводят к реакции образования гидрино. Перемещение иона может происходить чрез солевой мостик 420, В другом воплощении окисление компонентов, восстановление компонентов в отдельной камере и реакция мигрирующего иона могут не быть самопроизвольными или же могут происходить с низкой скоростью. Прикладывается электролитический потенциал для того, чтобы вызвать реакцию, при котором массовый поток обеспечивает по меньшей мере одно из образования реакционной смеси, которая вступает во взаимодействия с образованием гидрино, и условий, допускающих протекание реакции гидрино с существенными скоростями. Электролитический потенциал может быть приложен через внешнюю цепь 425, Реагенты каждой полуячейки могут быть по меньшей мере одним из снабжаемых, поддерживаемых и регенерируемых посредством добавления реагентов или удаления продуктов через каналы 460 и 461 к источникам реагентов или емкостям для хранения продуктов и регенерации 430 и 431,
В одном воплощении по меньшей мере одно из атомарного водорода и катализатора водорода может быть образовано реакцией реакционной смеси и одного реагента, который вследствие подвергания его реакции обеспечивает активацию катализа. Реакции инициирования реакции гидрино могут быть по меньшей мере одной из экзотермических реакций, сопряженных реакций, свободнорадикальных реакций, окислительно-восстановительных реакций, обменных реакций и реакций, протекающих при содействии газопоглотителей, субстратов или матричных материалов. В одном воплощении реакция образования гидрино обеспечивает электрохимическую мощность. Реакционные смеси и реакции, инициирующие реакцию гидрино, такие как обменные
реакции настоящего раскрытия, представляют собой основу топливного элемента, в котором вырабатывается электроэнергия вследствие реакции водорода с образованием гидрино. Вследствие окислительно-восстановительных реакций на электродах производящая гидрино реакционная смесь образуется при миграции электронов через внешнюю цепь и ионном массопереносе по отдельному пути для замыкания электрической цепи. Представленные суммой реакций на полуэлементах суммарные реакции и соответствующие реакционные смеси, приводящие к получению гидрино, могут включать типы реакций, производящих тепловую энергию и обеспечивающих химическое получение гидрино согласно настоящему раскрытию. Таким образом, в идеальном случае реакции гидрино не происходит или она не протекает с заметной скоростью при отсутствии электронного потока и ионного массопереноса.
Ячейка содержит по меньшей мере источник катализатора или катализатор и источник водорода или водород. Подходящий катализатор или источник катализатора и источник водорода являются представленными в данном раскрытии, таким как НгО. В одном воплощении компоненты могут подвергаться восстановлению на катоде. Такие компоненты могут быть источником катализатора посредством по меньшей мере одного из восстановления и реакции на катоде. В одном воплощении окислитель подвергается реакции образования реагентов гидрино, которые далее взаимодействуют с образованием гидрино. В качестве варианта, конечные реагенты-акцепторы электронов содержат окислитель. Окислитель или реакционная смесь катодной ячейки могут располагаться в катодном отделении 401, имеющем катод 405, В качестве варианта, реакционная смесь катодной ячейки составляется в катодном отделении вследствие миграции ионов и электронов. В одном воплощении топливного элемента катодное отделение 401 функционирует в качестве катода. Во время работы положительный ион может мигрировать от анода к катодному отделению. В некоторых воплощениях это перемещение происходит через солевой мостик 420, В качестве варианта, анион может мигрировать от катода к анодному отделению через солевой мостик 420, Мигрирующий ион может быть по меньшей мере одним из иона катализатора или источника
"+ ". н-(1/Р)
катализатора, иона водорода, такого как ЕГ, Н или 4 ', и противоиона соединения, образованного реакцией катализатора или источника катализатора с окислителем или анионом окислителя. Каждая из реакций элементов может быть по меньшей мере одним из снабжаемых, поддерживаемых и регенерируемых посредством добавления реагентов или удаления продуктов через каналы 460 и 461 к источникам реагентов или емкостям для хранения продуктов и регенерации 430 и 431,
Электролитическая ячейка 400, показанная на фиг. 1, содержит катодное отделение 401 с катодом 405, анодное отделение 402 с анодом 410 и при необходимости сепаратор или солевой мостик 420, Мощность электролиза обеспечивается источником питания, которое подводится между контактами электродов. Источник питания может обеспечиваться системой электроснабжения или блоком накопления мощности, которьш может быть по меньшей мере второй ячейкой CIHT или конденсатором. Блок накопления мощности, такой как вторая ячейка СШТ или конденсатор, может заряжаться первой ячейкой СШТ, которая содержит источник питания. Электронная аппаратура управления может обеспечивать переключение между зарядкой и разрядом первой ячейки СШТ с помощью источника питания и способна управлять параметрами заряда и разряда, такими как напряжение, ток, мощность и нагрузка. Электролит может быть водным, расплавленной солью или их комбинацией, такими, как представлены в данном раскрытии. В одном воплощении электролитической ячейки напряжение электролиза является периодическим или пульсирующим. Электролит может быть расплавленной солью, такой как расплавленная эвтектическая смесь солей и гидроксидов, таких как щелочной или щелочноземельный гидроксид и галогенидная соль. Пример электролита представляет LiOH-LiBr. Электролит также может быть водным электролитом, которьш может быть основным, кислым или близким к нейтральному. Примером основного электролита является водный гидроксидный электролит, такой как водный гидроксид щелочного металла, например, КОН. Пример кислого электролита представляет водный раствор кислоты, такой как водная H2SO4 или НХ (X = галогенид).
В одном воплощении электролит может содержать основной водный раствор. Фаза зарядки периодического или импульсного цикла может содержать электролиз Н20 в Н2 и 02. Катодные и анодные реакции могут содержать реверсирование уравнения (90) и (92), соответственно, за исключением того, что образование гидрино необратимо. Катодная реакция разряда на полуэлементе может содержать восстановление по меньшей мере одного из Н20 и кислорода. Восстановление можно задаваться уравнением (92). Сверхпотенциал для реакции восстановления может привести к тому, что напряжение на полуэлементе становится близким к нулю. В одном воплощении восстановительный потенциал для восстановления 02 и Н20 в ОН" в водном щелочном растворе (уравнение (90)) составляет около 0,4 В относительно SHE и при 25°С. Сверхпотенциал для восстановления на электроде составляет около 0,4 В, так что реакция восстановления на полуэлементе происходит при около 0 В. Анодная реакция разряда на полуэлементе может содержать окисление ОН" и дальнейшую реакцию с Н для образования Н20 (уравнение (90)). Н20 может служить в качестве катализатора образования гидрино. В
одном воплощении восстановительный потенциал для окисления ОН" и дальнейшей реакции с Н для получения Н20 (уравнение (90)) составляет около 1,23 В относительно SHE и при 25°С. Сверхпотенциал для окисления на электроде является таким, что реакция окисления на полуэлементе происходит при около 1,23 В относительно условий STP.
Ячейка может включать твердую, расплавленную или жидкую ячейку. Последняя может содержать растворитель. Рабочими условиями можно управлять, чтобы достигнуть желательного состояния или свойств по меньшей мере одного реагента или компонента ячейки, например, свойств или состояний катодных реагентов ячейки, анодных реагентов ячейки, солевого мостика и отделений ячейки. Подходящими состояниями являются твердое, жидкое и газообразное, а подходящими свойствами - ионная и электронная проводимость, физические параметры, растворимость, скорость диффузии и реакционная способность. В случаях, когда один или несколько реагентов поддерживаются в расплавленном состоянии, температура камеры может контролироваться таким образом, чтобы она была выше температуры плавления реагента. Источником теплоты может быть катализ водорода в гидрино. В качестве варианта, реагенты окислителя и/или восстановителя расплавляются с помощью теплоты, обеспечиваемой внутренним сопротивлением топливного элемента или внешним нагревателем 450, который может быть печью. В одном воплощении ячейка CIHT окружена изоляцией, такой, как содержащая двухстеночный вакуумированный кожух, такой как кожух из листового металла, заполненный изоляцией против кондуктивных и радиационных потерь тепла, известных специалистам в данной области. Ячейка может, кроме того, содержать систему регулирования теплообмена, которая обеспечивает по мере необходимости запуск и поддержание тепла с тем, чтобы добавлять теплоту, вьщеляющуюся внутри в результате реакций, таких как протекающие во время работы реакции получения гидрино. Помимо этого, такие системы могут содержать систему теплоотвода для удаления в случае необходимости избыточной теплоты. Система теплоотвода может содержать известные в данной области системы, такие как содержащие теплообменник и циркуляционный насос для хладагента, в которых теплообмен может быть по меньшей мере одним из принудительной конвекции, радиации и проводимости. В одном воплощении конструкция представляет собой термодинамически эффективный аккумулятор тепла, такой как прямая цилиндрическая вытяжная труба, которая обеспечивает оптимальное для сохранения теплоты отношение объема к площади поверхности. В одном воплощении реагенты из по меньшей мере одного из катодного и анодного отделений являются по меньшей мере частично сольватированным растворителем.
Топливный элемент на фиг. 1 может, кроме того, содержать по меньшей мере одну
водородную систему 460, 461, 430 и 431, предназначенную для измерения, снабжения и управления водородом в по меньшей мере одном отделении. Система, кроме того, содержит насос 440 для перекачивания газов из одного отделения в другое. Водородная система может содержать насос, по меньшей мере один вентиль, один манометр и считыватель, а также систему управления для снабжения водородом по меньшей мере одного из катодного и анодного отделений. Водородная система может в одном воплощении возвращать водород или другой газ в оборот из одной камеры в другую с помощью насоса 440.
Продукты могут быть регенерированы в катодном или анодном отделениях. Продукты могут направляться к регенератору, в котором для восстановления исходных реагентов могут применяться любые способы регенерации настоящего раскрытия. Ячейка, в которой протекает реакция гидрино, может обеспечивать подачу теплоты туда, где проходит регенерация реагентов.
Электролит может содержать эвтектическую смесь солей из двух или более фторидов, таких как по меньшей мере два соединения из группы галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов. Примеры смесей солей включают LiF-MgF2, NaF-MgF2, KF-MgF2 и NaF-CaF2; Другие подходящие растворители представлены органическими хлоро-алюминатными расплавленными солями и системами, основанными на боргидридах металлов и алюмогидридах металлов. Дополнительные подходящие электролиты, которые могут быть расплавленными смесями, такими как расплавленные эвтектические смеси, представлены в Таблице 4.
Таблица 4
CsBr-NaBr
CsBr-RbBr
CsCl-CsF
CsCl-CsI
CsCl-CsN03
CsCl-KCl
CsCl-LaC13
CsCl-LiCl
CsCl-MgC12
CsCl-NaCl
CsCl-RbCl
CsCl-SrC12
CsF-CsI
CsF-CsN03
CsF-KF
CsF-LiF
CsF-NaF
CsF-RbF
CsI-KI
CsI-LiI
Csl-Nal
Csl-Rbl
CsN03-CsOH
CsN03-KN03
CsN03-LiN03
CsN03-NaN03
CsN03-RbN03
CsOH-KOH
CsOH-LiOH
CsOH-NaOH
CsOH-RbOH
FeC12-FeC13
FeC12-KCl
FeC12-LiCl
FeC12-MgC12
FeC12-MnC12
FeC12-NaCl
FeC12-NiC12
FeC13-LiCl
FeC13-MgC12
FeC13-MnC12
FeC13-NiC12
K2C03-K2S04
K2C03-KF
K2C03-KN03
К2СОЗ-КОН
К2СОЗ-ШСОЗ
K2C03-Na2C03
K2S04-Li2S04
K2S04-Na2S04
KAlC14-NaAlC14 KAlC14-NaCl
KBr-KCl
KBr-KF
KBr-KI
KBr-KN03
КБг-КОН
KBr-LiBr
KBr-NaBr
KBr-RbBr
КС1-К2СОЗ
KC1-K2S04
KC1-KF
KC1-KI
KC1-KN03
KC1-KOH
KCl-LiCl
KCl-LiF
KCl-MgC12
KCl-MnC12
KCl-NaAlC14
KCl-NaCl
KCl-NiC12
KCl-PbC12
KCl-RbCl
KCl-SrC12
KCl-ZnC12
KF-K2S04
KF-KI
KF-KN03
KF-KOH
KF-LiF
KF-MgF2
KF-NaF
KF-RbF
KFeC13-NaCl
KI-KN03
KI-KOH
KI-LiI
KI-Nal
KI-Rbl
KMgC13-LiCl
KMgC13-NaCl
KMnC13-NaCl
KN03-K2S04
KN03-KOH
KN03-LiN03
KN03-NaN03
KN03-RbN03
KOH-K2S04
KOH-LiOH
KOH-NaOH
KOH-RbOH
LaC13-KCl
LaC13-LiCl
LaC13-NaCl
LaC13-RbCl
Li2C03-Li2S04
Li2C03-LiF
Li2C03-LiN03
Li2C03-LiOH
Li2C03-Na2C03
Li2S04-Na2S04
LiAlC14-NaAlC14
LiBr-LiCl
LiBr-LiF
LiBr-LiI
LiBr-LiN03
LiBr-LiOH
LiBr-NaBr
LiBr-RbBr
LiCl-Li2C03
LiCl-Li2S04
LiCl-LiF
LiCl-LiI
LiCl-LiN03
LiCl-LiOH
LiCl-MgC12
LiCl-MnC12
LiCl-NaCl
LiCl-NiC12
LiCl-RbCl
LiCl-SrC12
LiF-Li2S04
LiF-LiI
LiF-LiN03
LiF-LiOH
LiF-MgF2
LiF-NaCl
LiF-NaF
LiF-RbF
Lil-LiOH
Lil-Nal
Lil-Rbl
LiN03-Li2S04
LiN03-LiOH
LiN03-NaN03
LiN03-RbN03
LiOH-Li2S04
LiOH-NaOH
LiOH-RbOH
MgC12-MgF2
MgC12-MgO
MgC12-MnC12
MgC12-NaCl
MgC12-NiC12
MgC12-RbCl
MgC12-SrC12
MgC12-ZnC12
MgF2-MgO
MgF2-NaF
MnC12-NaCl
MnC12-NiC12
Na2C03-Na2S04
Na2C03-NaF
Na2C03-NaN03
Na2C03-NaOH
NaBr-NaCl
NaBr-NaF
NaBr-Nal
NaBr-NaN03
NaBr-NaOH
NaBr-RbBr
NaCl-Na2C03
NaCl-Na2S04
NaCl-NaN03
NaCl-SrC12
NaF-NaOH
NaOH-Na2S04 NaOH-RbOH RbBr-RbN03 RbCl-RbF RbF-Rbl RbN03-RbOH
NaN03-Na2S04 NaN03-NaOH RbBr-RbCl RbBr-RbF RbCl-Rbl RbCl-RbOH CaC12-CaH2
Расплавленный солевой электролит, такой как по меньшей мере одна из модельных солевых смесей, представленных в Таблице 4, является ионным Н" проводником. В воплощениях раскрытия подразумевается, что источник Н", такой как гидрид щелочного металла, такой как LiH, NaH или КН, добавляется к расплавленному солевому электролиту для улучшения ионной Н' электропроводности. В других воплощениях расплавленный электролит может быть ионным проводником, проводимость которого обеспечивается ионами щелочного металла, или протонным проводником. В других воплощениях электролит содержит гидроксид. Катализатор может быть НгО, которая может образовываться из гидроксида.
Реакционная смесь может содержать (1) катализатор или источник катализатора и источник водорода, такой как Н2О и по меньшей мере один Н, (2) расплавленную соль, такую как эвтектическая смесь солей, которая может служить в качестве электролита, который может иметь высокую ионную проводимость и может селективно позволять проходить гидроксидному иону, которая содержит по меньшей мере один катион из группы Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr и Ba и по меньшей мере один галогенид из группы F, CI, Вг и I, (3) при необходимости субстрат, который может быть электрически проводящим, такой как карбид, например, TiC, и (4) при необходимости восстановитель и реагент гидридного обмена, такой как щелочноземельный металл или щелочноземельный гидрид.
Реагенты могут содержать по меньшей мере один субстрат, которьш может также служить в качестве диссоциатора водорода. Субстрат может содержать углерод, карбид или борид. Подходящие углерод, карбиды и бориды представлены сажей, TiC, Ti3SiC2, TiCN, SiC, YC2, TaC, Mo2C, WC, C, HfC, Cr3C2, ZrC, VC, NbC, B4C, CrB2, ZrB2, GdB2, MgB2 и TiB2j Подходящими субстратами, которые могут также выполнять функцию диссоциаторов водорода, являются Pd/C, Pt/C Pd/MgO, P0VAI2O3, Pt/MgO и Pt/AkOs,
Ячейка может быть по меньшей мере одной из электролизируемых и разряжаемых в периодическом режиме. Катод и анодом электролиза может быть анод и катод ячейки СШТ, роли которых меняются на противоположные при переключении СШТ в
электролитическую ячейку и обратно после регенерации ячейки. Обратный ток или напряжение могут прикладываться в виде импульсов. Импульсная переполюсовка и колебательный сигнал волны могут находиться в любой полосе частот, при любом пиковом напряжении, пиковой мощности, максимальном токе, рабочем цикле и напряжении смещения. Импульсная перемена полярности может быть постоянным током или же прикладываемое напряжение может быть переменным или иметь форму волны. Подвод может быть импульсным с желательной частотой и сигнал в форме волны может иметь желательную частоту. Подходящие частоты пульсаций находятся в пределах диапазона от около 1 до около 1000 Гц, а рабочий цикл может быть от около 0,001% до около 95%, но также может находиться и внутри более узких диапазонов с коэффициентом двух приращений внутри этого диапазона. В одном воплощении ячейка поддерживается при оптимальном повышении частоты в целях минимизации энергии, потребляемой для создания монослоя Н, которьш преобразуется в гидрино в течение фазы разряда. Пиковое напряжение на ячейке может находиться внутри диапазона по меньшей мере от около 0,1 В до 10 В, но может быть и внутри более узких диапазонов с коэффициентом двух приращений внутри этого диапазона. В другом воплощении прикладывается импульс высокого напряжения, который может находиться в диапазоне от около 10 В до 100 кВ на ячейку, но может быть и внутри более узких диапазонов с порядком величины приращений внутри этого диапазона. Сигнал в форме волны может иметь частоту внутри диапазона по меньшей мере от около 0,1 Гц до около 100 МГц, от около 100 МГц до 10 ГГц и около 10 ГГц до 100 ГГц, но может быть и внутри более узких диапазонов с порядком величины приращений внутри этого диапазона. Рабочий цикл может находиться в по меньшей мере одном из диапазонов от около 0,001%) до около 95% и от около 0,1% до около 10%, но может быть и внутри более узких диапазонов с порядком величины приращений внутри этого диапазона. Пиковая плотность мощности импульсов может быть в диапазоне от около 0,001 Вт/см до 1000 Вт/см , но может находиться и внутри более узких диапазонов с порядком величины приращений внутри этого диапазона. Средняя плотность мощности импульсов может быть в диапазоне от около 0,0001 Вт/см до 100 Вт/см , но может находиться и внутри более узких диапазонов с порядком величины приращений внутри этого диапазона. В одном воплощении частота импульсов заряда-разряда может быть увеличена для уменьшения сопротивления переноса заряда.
В одном воплощении реагенты, которые могут быть короткоживущими, производятся во время электролиза, которьш приводит к образованию гидрино и соответствующей электрической энергии во время фазы разряда ячейки СШТ
повторяющего цикла заряда и разряда. Мощность электролиза может быть применена для оптимизации энергии, получаемой от образования гидрино, относительно потребляемой энергии. Электролитические параметры напряжения, формы волны, рабочего цикла, частоты и другие подобные условия могут быть приспособлены для увеличения приращения электрической энергии, получаемой от ячейки.
В одном воплощении водородный электрод и необязательно кислородный электрод заменяются узлом биполярной пластины 507, как показано на фиг. 2, Конструкция ячейки может быть основана на планарной геометрически квадратной конфигурации, в которой ячейки могут укладываться стопкой для увеличения напряжения. Каждая ячейка может образовывать повторяющуюся единицу, содержащую коллектор анодного тока, пористый анод, матрицу электролита, пористый катод и коллектор катодного тока. Одна ячейка может быть отделена от следующей сепаратором, который может содержать биполярную пластину, вьшолняющую функцию как газового сепаратора, так и токосъемника. Пластина может иметь конфигурацию поперечного протекания газа или внутреннего расположения каналов. Как показано на фиг. 2, внутренние соединения или биполярные пластины 507 отделяют анод 501 от ближайшего катода 502 в пакете 500 из ячеек CIHT, содержащем множество индивидуальных ячеек СШТ. Анод или Нг пластина 504 могут быть складчатыми или содержать каналы 505, которые разносят водород, поступающий через порты 503. Пластина 504 с каналами 505 заменяет проницаемую для водорода мембрану или катод импульсного электролиза (отводной анод) других воплощений. Порты могут получать водород через нагнетательный трубопровод, проходящий вдоль портов 503, который, в свою очередь, снабжается из источника водорода, такого как накопительный резервуар. Пластина 504 может, кроме того, идеально равномерно распределять водород для барботажа или разбрызгивания в активных областях, в которых протекают электрохимические реакции. Биполярная пластина может, кроме того, содержать кислородную пластину биполярной пластины, имеющую структуру, подобную пластине Н2, и предназначенную для распределения кислорода по активным областям, в которую кислород поступает через нагнетательный трубопровод для кислорода по кислородным портам 506, Эти складчатые или снабженные каналами пластины являются электропроводящими и связаны с анодными и катодными токосъемниками в активных областях, поддерживая электрический контакт. В одном воплощении все соединения или биполярные пластины составляют газораспределительную сеть, делающую возможным разделению анодного и катодного газов. Вытяжением электролита/матрицы, такой как плитка из 1лОН-1лВг/1л2ТЮз или MgO, запрессованная между двумя отдельными пластинами, могут быть образованы гидравлические затворы. Такие затворы могут
предотвращать утечку газообразных реагентов. Электролит может содержать прессованную гранулу данного раскрытия. Давление для получения гранулы электролита, такого как содержащий гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, например, LiOH, и галогенид, такой как галогенид щелочного металла, например, LiBr, и матрицу, такую как MgO, находится в диапазоне около 1 - 500 тонн на квадратный дюйм. Пакет может, кроме того, содержать соединительные стержни, которые удерживает прижимные пластины на концах пакета, предназначенные для приложения к ячейкам давления с целью поддержания желательного контакта между электролитом, таким как гранулированный электролит, и электродами. В одном воплощении, в котором электролит или компонент, такой как гидроксид, такой как LiOH, мигрируют вследствие, например, испарения, электролит может быть собран и возвращен в оборот. Мигрирующие компоненты могут собираться в структуре, такой как улавливающая структура или впитывающая структура, которая абсорбирует электролит, а рециркуляция может быть обеспечена термически, посредством нагревания улавливающей или впитывающей структуры с тем, чтобы вызвать обратную миграцию.
Система ячейки CIHT может содержать модифицированный стандартный топливный элемент, такой как модифицированный элемент щелочного или содержащего расплавленный карбонатный электролит типа. В одном воплощении ячейка CIHT содержит пакет биполярных пластин, такой, как показан на фиг. 2, в котором по меньшей мере один из кислорода и НгО подается к катоду, а Нг поступает к аноду. Газы могут обеспечиваться диффузией через пористый или диффузионный электрод, а Н2 может также обеспечиваться прониканием через подходящий проницаемый для водорода электрод. Проницаемый для водорода электрод может содержать по меньшей мере одно из Мо, сплава Мо, такого как MoNi, MoCu, МоСо, TZM и Н242, Ni, Со, сплава Ni, такого как NiCo, и других переходных и внутренних переходных металлов и сплавов, таких как СиСо. Применение Нг обеспечивается в количестве, достаточном, для сдерживания анодной коррозии при поддержании выигрыша в электрической энергии. Проницаемый анод может применяться при повышенных плотностях тока с пропорциональным увеличением скорости проникания водорода. Скорость проникания водорода может регулироваться по меньшей мере одним из увеличения давления водорода на мембрану, увеличения температуры ячейки, уменьшения толщины мембраны и изменения композиции мембраны, а именно, массовой процентной доли металлов сплава, такого как сплав Мо. В одном воплощении внутренняя часть проницаемого анода, такого как анод из Мо или MoCu, покрывается диссоциатором водорода, таким как благородный металл, такой как Pt или Pd, для увеличения количества атомарного Н с тем, чтобы увеличить
скорость проникания. Давление водорода может поддерживаться в диапазоне по меньшей мере от около 1 торр до 500 атм, от 10 торр до 100 атм или от 100 торр до 5 атм. Скорость проникания водорода может находиться в диапазоне по меньшей мере приблизительно от
1 О 1 ^ А 11 1*1 11 С 1
1x10" моль-с" -см" до 1 х 10 моль-с" -см", от 1 х 10" моль-с" -см" до 1 х 10" моль-с" -см" 2, от 1 х 10"11 моль-с"1-см"2 до 1 х 10"6 моль-с"1-см"2, от 1 х 10"10 моль-с"1-см"2 до 1 х 10"7 моль-с"1-см"2 или от 1 х 10"9 моль-с"1-см"2 до 1 х 10"8 моль-с"1-см"2. Потребляемый при проникании водород может иметь соответствующую теоретическую мощность, обеспечиваемую образованием НгО, которая значительно ниже мощности ячейки СШТ, обеспечиваемой образованием гидрино. Поэтому данная система снабжения водородом, такая как включающая нагнетательные трубопроводы, линии газоснабжения и газопроводящие каналы, а также проницаемые аноды, может быть пропорционально более компактной, чем таковая стандартного водородно-кислородного топливного элемента. В одном воплощении анод захватывает газовый пограничный слой Н2 из источника, такого как по меньшей мере одно из протекающего in situ электролиза, проникания и барботажа. Матрица, такая как MgO, может способствовать захвату газа Нг на аноде. В одном воплощении активная поверхность анода направлена вниз, поэтому Нг захватывается при вертикальном распространении. В одном воплощении давление проникания водорода может быть ниже атмосферного для предотвращения расширения или физического искривления анода. Проницаемый для водорода анод может содержать высокопроницаемую мембрану, покрытую материалом, способным содействовать реакции гидрино, таким как Мо или сплав Мо, такой как MoNi, MoCu, M0C0, Со, CoCu, CoNi. Примеры проницаемых для Н материалов представлены М(Нг)> У(Нг), Т1(Нг), №(Нг), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2), Ta(H2) и нержавеющей сталью (SS), такой как 430 SS (Н2). Электролит может содержать расплавленную соль, такую как одна из солей раскрытия, например, LiOH-LiBr. Скорость проникания может быть высокой, такой, как соответствующая нахождению в диапазоне от около 1% до 50% мощности разряда. В одном воплощении оксидный поверхностный слой проницаемого для Н материала, такого как бета-Ti и V, удаляется с помощью травления, такого как ионное травление газообразным аргоном, с последующим напылением тонкого слоя Pd (например, 2-3 микрона).
Ячейка может находиться под условиями импульсного электролиза с водородом, также поступающим к аноду диффузией, потоком или прониканием. Скорость поступления регулируется для поддержания избыточной выработки ячейкой СШТ электрической энергии при том, что добавление водорода защищает анод от коррозии. Для достижения желательной скорости потока водорода могут выбираться материал
анода, такой как композиция сплава Мо, толщина проницаемой мембраны, температура ячейки и внутреннее давление водорода, а также другие параметры, воздействующие на скорость проникания водорода. Скорость потока водорода, обеспечивающая защиту анода от коррозии, может быть невысокой по сравнению с требующейся для поддержания выработки электроэнергии, генерируемой ячейкой посредством стандартной реакции топливного элемента, преобразующей водород и кислород в воду. Кроме того, в одном воплощении снабжение водородом может включать водород, которьш проникает в обратном направлении во время фазы заряда импульсного электролиза. Таким образом, система газоснабжения анода, такая как нагнетательный трубопровод и газовый анод, может быть сделана пропорционально более компактной. Подача водорода к катоду может быть обеспечена от электролиза или НгО. Частота заряда-разряда импульсного электролиза ячейки СШТ может быть увеличена при поступлении на анод газообразного Нг. Такая частота может находиться в диапазоне от 0,1 Гц до 10 ООО Гц или в другом подходящем диапазоне раскрытия. В одном воплощении подаваемые в ячейку Н2 и 02 обеспечивают по меньшей мере часть запаса Н20 для импульсного электролиза. Электролит может содержать такое соединение, как оксид, например, Li20 или водопоглощающее соединение раскрытия, такое как по меньшей мере одно из KMgCb, MgCl2 и СаС12, которые обратимо связывают Н20 для поддержания желательной электролитической концентрации. Давление газа может быть любым желаемым для поддержания по меньшей мере одного из желательной выходной мощности от каждой ячейки, скорости проникания Н2, Н2-защиты анода, скорости восстановления кислорода на катоде. По меньшей мере одно из давления водорода и кислорода может находиться в диапазоне по меньшей мере от около 0,01 атм до 1000 атм, от 0,1 до 100 атм и от 1 до 10 атм.
В одном воплощении пар Н20, поставляемый к периферии ячеек, может диффундировать от периферии в слой электролита и поступать к катоду. В одном воплощении доставка Н20 к ячейке, например, к катоду, может обеспечиваться с применением капиллярной системы или радиальных газовых каналов с кольцевой перфораций для доставки Н20 в центр ячейки относительно периферии. В одном воплощении катод содержит радиальные газовые каналы с расположенными по окружности перфорационными отверстиями и окружающим внешним источником газообразного 02, таким как окружающая атмосфера, представленная, например, газообразным 02 или воздухом. В одном воплощении Н20 может подаваться к катоду по меньшей мере одним способом из поглощения электролитом с периферии и через стандартный газовый катод MCFC-типа (топливный элемент с расплавленным
карбонатом). С учетом сохранения НгО в процессе работы с некоторым потреблением, обеспечивающим вплоть до 50 МДж/моль НгО, потребности в снабжении НгО могут быть небольшими. В одном воплощении потребляемая вода дает гидрино и Ог. С учетом реакций разложении и рекомбинации НгО, проходящих на протяжении цикла ячейки с общим потреблением, обеспечивающим вплоть до 50 МДж/моль НгО, размер распределительной системы НгО, такой как система данного раскрытия, такой как система газоснабжения, такой как стандартный газовый катод MCFC, может быть относительно небольшой по сравнению с газовым катодом стандартного топливного элемента, такого как один из топливного элемента с протонообменной мембраной (PEMFC) или топливный элемент с расплавленным карбонатным электролитом (MCFC). Давление 02 может быть до некоторой степени статичным, так как оно генерируется in situ. В случае, когда источником ионов ионного тока в процессе разряда преимущественно является НгО, исходный запас Ог может быть на протяжении времени относительно постоянным. В одном воплощении материальный баланс преимущественно содержит преобразование НгО в гидрино и Ог, такое, при котором избыточный Ог удаляется и может находиться в связи с запасом Ог или вместилищем Ог. Преимущественно Н20 может поставляться в ячейку и может представлять основную часть массового потока в ячейку с истекающими из нее продуктами в виде кислорода и гидрино. При гидратации Н20 может стать частью электролита, и электролит может служить в качестве вместилища Н20, действующего посредством дегидратации гидрата Н20, а также такой реакции, как реакция 21ЛОН в Li20 + Н20. Кроме того, запас Н2 в проницаемой мембране может быть регенеративным на основе проходящего in situ электролиза Н20. В дополнение к электролизу, благодаря прикладываемой в течение фазы заряда импульсного цикла мощности, в качестве источника Н с энергией разложенияНгО, обеспечиваемой реакцией гидрино, может выступать Н20. Примерами реакций, которые в конечном тоге приводят к образованию гидрино и кислорода из Н20, являются реакции данного раскрытия. В одном воплощении запас Н может быть по меньшей мере одним из частично, по существу или полностью поддерживаемым разложением Н20 при реакции гидрино, в меньшей степени или полностью не нуждаясь в использовании зарядки электролиза. Таким образом, запас Н2 проницаемого для Н2 электрода может быть относительно постоянным на протяжении времени. В одном воплощении то же самое применимо и для случае гидридированного анода раскрытия. По меньшей мере одно из давления Н2 и 02 может поддаваться регулировке посредством управления электролизом, при котором давление по меньшей мере одного из Н2 и 02, может быть контролироваться электродом, таким как основьшающийся на уравнении Нернста для соответствующего газа. Для независимой
регистрации данных по каждому газу разность потенциалов может сниматься относительно подходящего электрода сравнения.
В одном воплощении внешняя граница анода герметизируется по отношению к меньшей мере одному из кислорода и НгО, диффундирующих из окружающей среды. В одном воплощении катод является пористым с тем, чтобы он поддерживал транспорт, например, транспорт находящихся в газообразном состоянии по меньшей мере одного из кислорода и НгО. В одном воплощении катод содержит по меньшей мере один слой. Такой составной катод может содержать слой, который поддерживает транспорт по меньшей мере одного из кислорода и Н2О. Транспорт может включать диффузию в газообразном состоянии. Такая диффузия может происходить из окружающего источника, такого как окружающая атмосфера из по меньшей мере одного из кислорода и Н20. Композиция атмосферы и давление могут быть любыми желательными, такими, как композиция атмосферы и давление данного раскрытия. В одном воплощении давление НгО ячейки поддерживается на повышенном уровне, таком, как превышающий атмосферное давление. Н20 может подаваться в ячейку с помощью насоса, преодолевающего внутреннее давление. В качестве варианта, внутренняя емкость НгО может заполняться ячейкой при низкой температуре; затем температура ячейки и температура емкости поднимаются для создания повышенного давления НгО. Кожух ячейка СШТ может быть герметичным и может быть способным поддерживать давление, превышающее окружающее.
Повторяющаяся единица пакета ячеек СШТ, содержащая проницаемый анод 5 и подвод 6 газа, показана на фиг. ЗА. По меньшей мере один из Н2О или О2 вводится в катод, которьш может включать пористый катод или составной катод. Составной катод может содержать некоторое количество слоев, таких как пористый слой 2 для транспорта газа и каталитический слой 3, такой как NiO, для восстановления кислорода. В одном воплощении катод, такой как составной катод, является пористым для облегчения транспорта по меньшей мере одного из НгО и Ог. Катод может, кроме того, содержать токосъемник 2, в котором соприкасающиеся катоды разделены электроизолятором 1. Ячейка, кроме того, содержит слой 4 электролита, который при необходимости содержит сепаратор, такой как матрица, например, из MgO. В другом воплощении проницаемый анод 5 и подвод 6 газа заменены анодом 7, который может быть гидридированным и может поддерживать электрохимические реакции с противоположных сторон противоположных ячеек, как показано на фиг. ЗВ.
В одном воплощении составной катод содержит транспортный слой, такой как обеспечивающий диффузию газообразных веществ слой и каталитический слой для
восстановления по меньшей мере одного из 02 и Н20. Каталитический слой находится в контакте с электролитом и может, кроме того, содержать материал, отличный от транспортного слоя, такой как NiO, легированный Pt, и другие катодные материалы раскрытия. Транспортный слой может быть более пористым, чем каталитический слой, для поддержания транспорта. Каталитический слой может иметь меньшее количество пор или поры меньшего размера для предупреждения чрезмерного просачивания электролита в катод и заполнения его. Из-за большей пористости транспортного слоя относительно каталитического слоя существует градиент давления от транспортного к каталитическому слою. Давление может вносить вклад в предотвращение промокания катода электролитом. Для достижения желательного перепада давления между слоями могут регулироваться внешнее давление атмосферы диффундирующего газа и относительная пористость различных слоев составного катода. Катодный слой может содержать компоненты субстрата, такие как бусины Ni, NiO или MgO, которые защищают электрод от чрезмерного сжатия под действием механического давления в пакете. В другом воплощении электролит содержит матрицу, которая предупреждает чрезмерное просачивание электролита в катод. Размер пор матрицы может быть отрегулирован таким образом, чтобы достичь уровня капиллярных сил, желательного для предотвращения просачивания в катод.
В одном воплощении запас Н2 и 02 ячейки СШТ может быть относительно статичным, и любой из газов может производиться внешним или внутренним электролизом. Н2 и 02 могут пополняться внутренним электролизом с исходным запасом и дополнительными газами, подаваемыми из внешнего источника. В одном воплощении запас кислорода может обеспечиваться соединением кислорода, которое может обратимо синтезироваться и распадаться для поддержания желательного давления 02 на катоде. Подходящие примеры соединений, которые являются источником кислорода, представлены оксидами, пероксидами, супероксидами и оксигидроксидами раскрытия. Н20 может обеспечиваться в виде газа или дегидратацией соединения со связанной Н20, такого как гидрат. Такой гидрат выбирается для достижения желательного давления Н20 при выбранной поддерживаемой температуре соединения, такой как температура ячейки или температура системы газоснабжения. Так как требующийся расход анодного Н2 и катодных 02 и Н20 может быть относительно низким по сравнению с расходом обычного топливного элемента, системы газоснабжения, такие как одна из газового катода и содержащей коллектор подачи водорода и канал к проницаемому для водорода мембранному аноду или барботирующему Н2 аноду, может быть относительно небольшой. В одном воплощении проницаемый для водорода анод становится
насыщенным водородом так, чтобы давление водорода на подаче водорода оставалось постоянным или могло быть увеличено. Внешним источником водорода может быть разложение НгО с приложением энергии, обеспечиваемой реакцией гидрино. Представительными реакциями являются реакции данного раскрытия. Гидрид может поддерживаться регулировкой формы волны импульсного электролиза и таких параметров волнообразного импульса электролиза, как напряжение заряда, продолжительность заряда и ток, а также эти же параметры цикла разряда. Состояние гидрида может контролироваться по напряжению на электроде, которое может сравниваться с эталонным напряжением. Напряжение может быть определено по уравнению Нернста. В другом воплощении анод, такой как проницаемый для водорода анод, может быть предварительно обработанным таким образом, чтобы находиться в насыщенном водородом состоянии, таком, что внешняя поставка водорода не была необходимой. В этом случае пакет ячеек может содержать такую конструкцию биполярной пластины, как конструкция данного раскрытия, в котором анод биполярной пластины, содержащей анод и катод, подвергается предварительной обработке гидридированием. Предварительная обработка может состоять в обеспечении проникания водорода. Предварительная обработка может осуществляться посредством работы ячейки СШТ с прониканием водорода до тех пор, пока водородный поток не становится статичным. В одном воплощении анод предварительно гидридируется электролизом НгО in situ или внешним электролизом НгО. Последний может проводиться в водно-щелочной электролитической ячейке, в которой катод является анодом СШТ. Противоэлектрод для гидридирования посредством внешнего электролиза может быть Ni. Анод также может быть гидридированным с помощью газа Щ
В одном воплощении проницаемый анод может содержать проницаемую для водорода мембрану, присоединенную к мембране с низкой проницаемостью по водороду. Более слабо проницаемый слой может служить в качестве токосъемника биполярной пластины, таким образом, что проницаемая мембрана обращена к электролиту, а мембрана с худшей проницаемостью соприкасается с катодом смежной ячейки пакета, чтобы обеспечить наличие биполярного электрода.
В одном воплощении сдвоенный проницаемый анод данного раскрытия может быть заменен на гидридированный анод, такой как гидридированный анод, полученный пленочным литьем Ni, NiCo, например, Ni (около 95 ат.% (атомные проценты)), Со(около 5 ат.%); Ni (около ат.%) Со (около 5 ат.%) Си (около 1 ат.%) и сплав Ni, Мо или Мо. Две поверхности гидридированного анода могут выполнять функцию анодов для сдвоенных ячеек с соответствующими катодами. Водород может генерироваться сдвоенными
ячейками на обеих поверхностях сдвоенного анода для поддержания гидридного состояния анода. Таким образом, такое воплощение, содержащее единственный гидридированный анод, может заменить проницаемый мембранный анод, имеющий анодные слои, разделенные внутренним вместилищем водорода, в котором внешняя поставка водорода с внутренней стороны последнего заменена на водород, образующийся в результате электролиза на противоположных поверхностях первого.
В одном воплощении проницаемый для водорода электрод, такой как анод, может содержать композит из по меньшей мере двух слоев различных материалов, таких как материалы, имеющие различную композицию или различную структуру. Примеры композитных анодов содержат проницаемый для водорода слой, такой как проницаемая для водорода мембрана, такой как металлическая фольга, которьш служит в качестве субстрата для поддержания по меньшей мере одного другого слоя, связанного с ним. Другой слой может иметь высокую площадь поверхности, такой, как слой, полученный распылением, напылением металла, осаждением из пара, пленочным литьем и отожженный слой. Другие способы, известные в данной области, такие как способы данного раскрытия, могут применяться для нанесения другого слоя, такого как слой металла или сплава, такого как слой Мо или сплава Мо, который может иметь высокую площадь поверхности. Наружный слой может обладать высокой скоростью катализа образования гидрино, такой как содержащий по меньшей мере одно из Ni, Со, Cu, NiCo, NiCoCu, Мо и сплава Мо, такой как слой данного раскрытия.
В другом воплощении анод содержит пористый материал, такой анод, как полученный спеканием или пленочным литьем металла, такого как содержащий Ni, Мо, NiCo, сплав Мо и другие металлы раскрытия, в котором защита от коррозии обеспечивается барботажем Н2. Водородный поток может регулироваться таким образом, чтобы достигался максимум выигрыша по электрической энергии. Скорость проникания водорода через единицу площади барботирующего или пробулькивающего Н2 электрода может находиться в диапазоне от около 1 X 10'13 моль-с"1-см"2 до 1 X 10"4 моль-с"1-см"2, от 1
10 10 ^ 10 11 10 ?
X 10" моль-с" -см' до 1 X 10" моль-с' -см , от 1 X 10" моль-с -см" до 1 X 10 моль-с" ^см"2, от 1 X 10"10 моль-с"1-см"2 до 1 X 10"7 моль-с'^см"2 или от 1 X 10"9 моль-с^-см"2 до 1 X 10" моль-с" -см"' Водород может быть равномерно подаваемым к пористому электроду прониканием через подстилающую проницаемую для водорода мембрану. В другом воплощении пористый электрод может быть отлитым заодно с водородным диффузором, таким как мелкоячеистое сито, заключенное в оболочку из пористого электрода и герметизированное по краям, в которое водород подается из находящейся под ячейкой камеры.
Применение НгО в виде по меньшей мере одного из газа, пара или жидкости делает возможной быструю подачу к катодной поверхности без необходимости в абсорбировании НгО на границе электролита с поступлением к катоду, обеспечиваемым по меньшей мере одним из диффузии и миграции в слое электролита. В одном воплощении мольная доля Ог, подаваемого к катоду, может превышать эту величину для воздуха и может находиться в диапазоне от 0,01% до 100%. Скорость восстановления кислорода на катоде может быть увеличена при использовании газа с более высокой по сравнению с воздухом концентрацией Ог, таким образом, система газоснабжения катода, такая как нагнетательные трубопроводы, газовые линии, каналы и через газовые катоды, может быть пропорционально более компактной. Снабжение кислородом может быть обеспечено электролизом НгО, при котором мощность электролиза может обеспечиваться ячейкой СШТ. В этом случае система может содержать водородно-кислородный сепаратор. Система катодного полуэлемента может быть сделала более компактной, например, в пять раз, в результате поставки к катоду не воздуха, имеющего 20% содержание Ог, а вплоть до чистого О2. Дальнейшее снижение масштаба может стать возможным благодаря отсутствию в ином случае необходимого удаления из воздуха N2, поскольку происходит обеднение по этому компоненту при падении парциального давления О2. Катод может включать катоды данного раскрытия, такие как NiO, который может содержать окисленный Ni или Ni, полученный пленочным литьем. Катод может содержать легирующую добавку, такую как по меньшей мере одно из Pt, Pd, Ir, Ru, Rh, Re и другие материалы износостойких анодов (DSAM), такие как используемые при хлор-щелочном электролизе. DSAM могут быть устойчивыми к образованию галогенидов металлов под эксплуатационными условиями ячейки СШТ. Легирующая добавка может находиться на поверхности катода и может содержаться в любых желаемых атомных концентрациях, например, в диапазоне от 0,001 до 20 ат.%". Проницаемый для водорода электрод может содержать по меньшей мере одно из Мо и сплава Мо, например, по меньшей мере одно из MoNi, MoCu, МоВ, МоС, MoSi, MoCuB, MoNiB, MoSiB и других, представленных в данном раскрытии. В одном воплощении проницаемая для водорода мембрана, такая как из Ni, покрыта материалом с большой площадью поверхности, таким как полученный пленочным литьем Мо, сплав Мо, Ni celmet, Со, CoCu пленочное литье на Ni celmet, CoCu пленочное литье, Ni пленочное литье или Ni-Co пленочное литье как 95/5 масс.%. В одном воплощении нанесение покрытия достигается нанесением на проницаемую для Н мембрану материала, получаемого пленочным литьем. Покрытие мембраны пленочным литьем может быть достигнутую сжатием компонентов. В одном воплощении субстратом для получаемых пленочным литьем анодных материалов, таких
как Со, является Со celmet или углеродная сетка.
В одном воплощении электролит содержит смесь LiOH и LiBr, смесь LiOH и NaOH или смесь LiOH, LiBr и NaOH, и при необходимости матрицу, такую как MgO, и, кроме того, содержит другую соль, которая увеличивает скорость восстановления кислорода, такую как по меньшей мере одно из МОН и М'ОН (М и М' могут быть выбраны из группы Na, К, Rb и Cs). В одном воплощении щелочной катион, который обеспечивает более высокую скорость восстановления кислорода, чем электролит, содержащий Li, такой как LiOH-LiBr, снабжается в виде по меньшей мере одного из такой соли, как MX (М может быть выбран из группы Na, К, Rb и Cs; X = галогенид, такой как бром), и матричного материала, такого как по меньшей мере одно из KAIO2, NaA102, NaxNi02 и КхМОг. В одном воплощении по меньшей мере одно из МОН и М'ОН образует слой вблизи положительного электрода. Более высокая мобильность Li+ может привести к наличию его более высокой концентрации вблизи отрицательного электрода. В одном воплощении атомный процент МОН и М'ОН регулируется так, чтобы максимизировать скорость восстановления кислорода, способствуя прохождению реакции по пути образования гидроксидного иона по сравнению с другими ионами кислорода, такими как пероксид и супероксид. В одном воплощении на катодной стороне происходит образование по меньшей мере одного из пероксидных ионов кислорода, иона пероксида Н, супероксидного и оксидного ионов. НгО электролита, содержащего LiOH, может реагировать с одним или несколькими ионами кислорода, такими как пероксид или супероксид, с образованием по меньшей мере одного из кислорода и ОН". В одном воплощении давлением НгО управляют таким образом, чтобы достичь протекания этой реакции. В одном воплощении система содержит герметичную конструкцию, чтобы поддерживать давления выше атмосферного. Давление может быть высоким для того, чтобы поддерживать по меньшей мере одно из жидкой НгО, высокого давления паров Н2О, пара и пересыщенного пара. Давление может быть любым желательным, таким, как в диапазоне по меньшей мере от около 1 атм до 500 атм, от около 2 атм до 100 атм и от около 2 атм до 10 атм. В одном воплощении катод содержит такую систему, как газовый нагнетательный трубопровод и каналы, такие как имеющиеся в биполярной пластине, показанной на фиг. 2, для подведения газа, такого как воздух, Ar-Ог или О2 к активной поверхности катода. Давление газа может быть выше атмосферного. Сжатый газ может выдувать впитавшийся электролит и увеличивать скорость восстановления Ог, увеличивая массовый поток.
В одном воплощении системы ячейки СШТ анод содержит проницаемую для водорода мембрану на двух сторонах, обращенных встречным образом к
соответствующим анодным полуэлементам. Проницаемый для водорода электрод может содержать по меньшей мере одно из Мо и сплава Мо, например, по меньшей мере одно из MoNi, MoCu, МоСо, МоВ, МоС, MoSi, MoCuB, MoNiB, MoSiB и других, представленных в данном раскрытии, таких как Со, CoCu, Ni и NiCo. Каждая ячейка содержит, кроме того, катодный полуэлемент и катод. Катод может содержать NiO или другие, представленные в данном раскрытии. Катод и анодные полуэлементы могут содержать единственный слой электролита, такой как смешанная расплавленная гидроксид-галогенидная соль, такая как LiOH-LiBr, и при необходимости матрицу, такую как MgO. Соответствующие катоды и аноды по меньшей мере двух таких ячеек, в зависимости от желаемого, соединены последовательно или параллельно. В одном воплощении каждая ячейки пакета ячеек может содержать такой двусторонний анод. В качестве варианта, по меньшей мере одна ячейка может иметь биполярную пластину. Система, кроме того, содержит поставку газа к по меньшей мере одному из катода и анода по меньшей мере одной ячейки. Система, кроме того, содержит поставку газообразного водорода, которая может иметь общую подачу к каждому двустороннему аноду. В одном воплощении катод является двусторонним и расположенным встык с каждым обращенным к нему соответствующим катодным полуэлементом. В одном воплощении сдвоенный катод может содержать изолятор, которьш электрически разделяет эти две стороны. В одном примере осуществления оксид щелочноземельного металла, такой как MgO, может служить в качестве электрического разделителя между катодными пластинами. Каждый катод может обеспечиваться подводом газа, содержащим по меньшей мере одно из источника кислорода и НгО. Каждый двусторонний катод может иметь общую подачу газа. Подача может быть такой, чтобы каждый двусторонний катод оставался электрически изолированным один от другого. Изолятор может содержать бусины, такие как бусины MgO, которые позволяют О2 диффундировать между электрически разделенными слоями. В одном воплощении поступающие при подаче газообразные примеси могут быть удалены с помощью газопоглотителя. В одном примере осуществления по меньшей мере одно из кислорода и НгО извлекаются из подаваемого к аноду газообразного водорода посредством газопоглотителя, который реагирует с примесью с образованием нелетучего соединения. Газопоглотитель может быть металлом, металлоидом или другим поддающимся окислению материалом, таким как щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный и редкоземельный металл и Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В, а также другие элементы, которые образуют оксиды или оксианионы. Каждый спаренный электрод может иметь впускную и выпускную линию для газа. По меньшей мере одна из впускной и выпускной газовой линии может иметь
расположенный последовательно газопоглотитель, предназначаемый для удаления загрязняющих примесей. Газы могут рециркулировать от и к электроду с потоком, проходящим по или через газопоглотитель для удаления загрязняющих примесей.
Из-за больших различий в растворимости в воде КОН и LiOH в одном воплощении ячейка СШТ содержит два слоя: один, содержащий преимущественно КОН на катоде, и другой, содержащий преимущественно осажденный LiOH на аноде. Электролит может, кроме того, содержать галогенид, такой как LiBr, с тем, чтобы образовывалась смесь с LiOH, имеющая более низкую температуру плавления. Ячейка может находиться под избыточным давлением, таким, чтобы достигалась температура плавления LiOH или смеси LiOH, такой как LiOH-LiBr. Примером электролита является эвтектическая смесь LiOH-LiBr, которая плавится при около 300°С. КОН обладает высокой скоростью восстановления кислорода, а электролит LiOH или LiOH-LiBr подходящим образом является не вызывающим коррозии, так что анод, такой как Ni, Мо или сплавы или Мо, оказьвзается устойчивым, особенно в случае применения на аноде водорода, например, такими способами, как проникание или барботирование. Таким образом, двухслойная ячейка является подходящей для продолжительного протекания сильного тока. Для поддержания в электролите Н20 ячейка может находиться под избыточным давлением в герметизированном сосуде. В одном примере осуществления температура ячейки равняется 300°С, а давление составляет около 85 атм. Подходящее мольное соотношение КОН-НгО находится в диапазоне от около 50-50% до 99-1%, таком как модельное соотношение 80-20 моль.%. В одном воплощении электролит, кроме того, содержит матрицу, такую как матрица данного раскрытия, такая как MgO. В одном воплощении электролит, содержащий КОН, кроме того, содержит MgO. Соотношение KOH-MgO может находиться в диапазоне от около 100 до 0,01, или в диапазоне от около 2 до 0,2, В одном воплощении электролит содержит два слоя, анодный слой LiOH или LiOH-LiBr с фиксирующей матрицей, такой как LiA102 или АЮг, и катодный слой, содержащий КОН. Катод ячейки КОН может содержать катализаторы четырехэлектронного восстановления, такие как представленные в настоящем раскрытии. Анод может содержать сплав, такой как сплав Мо, такой как сплав MoNi. Катод может содержать катализатор для деактивации иона пероксида, такой как Pt. Слой, содержащий КОН, может содержать гигроскопичное соединение для увеличения концентрации воды с тем, чтобы преобразовать ион пероксида в гидроксид. Подходящими гигроскопичными соединениями являются представленные в данном раскрытии, например, MgBr2,
В одном воплощении катод содержит соединение или материал для разложения кислородных радикалов на менее реакционноспособные компоненты, такие как ОН".
Катод может содержать соединение или материал для абсорбирования кислорода. Такое соединение или материал могут содержать углерод, или Pt, или Pd на таком субстрате, как углерод. НгО может подаваться к катоду барботированием. Н20 может вступать в реакции с активными разновидностями кислорода, такими как Ог, кислородные радикалы или ионы кислорода, для по меньшей мере образования менее реакционноспособных компонентов, таких как ОН". Ог может барботироваться через катод. Как НгО, так и кислород могут барботироваться через катод.
В одном воплощении Н20 поставляется в виде по меньшей мере одного из газа, пара или жидкости к барботирующему водород аноду. НгО может реагировать с кислородом, или кислородными радикалами, или ионами для образования ОН" и может проявлять защитные свойства по отношению к аноду, предотвращая коррозию.
В одном воплощении водосодержащая электролитическая ячейка СШТ, такая как содержащая электролит КОН, может поддерживаться при напряжении, достаточном для предупреждения коррозии анода, как указывается в данном раскрытии. Примерами содержащих воду ячеек СШТ являются [R-Ni, МоВ, МоС, MoSi, MoNi, МоСо, или MoCu/КОН, ИЛИ К2СО3/ Ni, NiO, NiAg, Ag, обработанный паром углерод (SC), МпОг, МпОг/С, МпгОз/С или МпООН]. В одном воплощении анод может содержать оксид, такой как оксид Мо, такой как по меньшей мере один из МоОг и МоОз,
В одном воплощении водно-щелочной электролитической ячейки для достижения устойчивости анода контролируются по меньшей мере одно из рН электролита и напряжения ячейки. Подходящими щелочными электролитами являются КОН, КгС03, К2НРО4, К3РО4 и K2SO4, при этом К может заменяться на другой щелочной или щелочноземельный металл. В одном воплощении рН может поддерживаться электролитом, содержащим буфер. Подходящие примеры буферов и диапазоны рН представлены карбонатом натрия / бикарбонатом натрия (9,2 - 10,8), тетраборатом натрия (Na2B4O7-10H2O или Na2[B405(OH)4]-8H20) / гидроксидом натрия (9,3 - 10,7), бикарбонатом натрия / гидроксидом натрия (9,60 - 11,0), однозамещенным ортофосфатом натрия / гидроксидом натрия (11,0 - 11,9), хлоридом калия / гидроксидом натрия (12,0 -13,0). Стабильное напряжение и рН могут быть определены с использованием диаграммы Пурбе. В одном воплощении рН может быть основным и может находиться в диапазоне по меньшей мере одного от около 7,1 до 14, от 7,1 до 13, от 7,1 до 12, от 7,1 до 11, от 7,1 до 10, от 7,1 до 9 и от 7,1 до 8, Молярность может быть любой желательной, такой, которая определяет желательное свойство, такое как рН или электропроводность. Молярность может находиться в диапазоне по меньшей мере одного от около 0,001 М до 30 М, от 0,01 М до 20 М и от 0,1 М до 20 М. Подходящие металлы, которые являются
устойчивыми в щелочном электролите при отрицательном потенциале, представлены Ag, As, Au, Bi, Cd, Cu, Fe, Hg, Mo, Ni, Os, Pb, Pd, Pt, Rh, Ru, Sb, Sn, Тс и Те, а также Co и такими сплавами, как CoCu или CoNi. Для защиты анода могут выполняться добавки продуктов коррозии. Такая добавка может давать эффект общего иона продукта коррозии. Например, к ячейке, содержащей анод CoCu, может добавляться по меньшей мере одно из соединений кобальта или меди, таких как галогениды, например, СиВгг или СоВгг, Напряжение и концентрация для добавки, обеспечивающей стабилизацию металла или металлических оксидов твердофазного анода в виде пассивированного электрода, могут быть определены из диаграммы Пурбе для потенциала-рН. В качестве примера, в диапазоне подходящих рН, таких, как ниже около И, материалы Мо или Со могут эксплуатироваться в области от 0,9 до 1 В с перенапряжением менее 0,1 В. Перенапряжение возрастает с током; так, в одном воплощении материалы с большой площадью поверхности являются лучше подходящими благодаря более низким плотности тока и перенапряжению.
Для использования высокой скорости восстановления кислорода электролита, содержащего КОН, и более низкой коррозии электролита, содержащего LiOH, в одном воплощении ячейка СШТ содержит двухслойный электролит с КОН на катоде и LiOH и необязательно другой солью, такой как LiBr, на аноде. Слои электролита могут иметь различные физические состояния. Ячейка может эксплуатироваться при пониженной предельной температуре, при которой верхний слой КОН является жидкостью, а нижний слой LiOH, такой как LiOH-LiBr, - твердым или полутвердым. В одном воплощении КОН может просачиваться в катод, и ячейка, кроме того, содержит электролит LiOH-LiBr на аноде. В одном воплощении ячейка содержит матрицу и катод с различающимися размерами пор, что селективно создает два слоя вследствие разности в капиллярных силах между электролитами, обуславливающей выбор разделения между матрицей и катодом. В другом воплощении к ячейке подаются раздельные потоки КОН и LiOH-LiBr с КОН на катоде и LiOH-LiBr на аноде. Электролит может, кроме того, содержать матрицу, такую как MgO.
В одном воплощении электролит может содержать водно-щелочной электролит, такой как КОН. Электролит может содержать более одного гидроксида, такого как LiOH и КОН, и может, кроме того, содержать другую соль, такую как LiBr. По меньшей мере два различных гидроксида могут быть разделены сепаратором, таким как ОН" обменная мембрана, такая как Fumapem (Fumatech, Германия). Один гидроксид, такой LiOH, может быть менее коррозионноактивным. Он может локализоваться в анодном отделении, ограничиваемом мембраной. Другой, такой как КОН, может обеспечивать возможность
высокой скорости восстановления кислорода. Он может локализоваться в соответствующем катодном отделении. Катод может содержать углерод, такой как по меньшей мере одно из обработанного паром углерода или одного или нескольких из NiO и NiO, импрегнированного Ag. Анод может содержать по меньшей мере одно из Мо, сплава Мо, Ni, переходного металла, сплава переходного металла, такого как CoCu, CoCu + другой металл, такой как Мо. Анод может содержать анод, полученный пленочным литьем. Катод может снабжаться Ог или источником Ог, таким как воздух. Катод может иметь участок, не погруженный в электролит.
В одном воплощении электролит может содержать твердое топливо, такое как Си(ОН)2 + СиВгг, которое может содержать электролит из эвтектической смеси солей. Так как Си(ОН)г при температуре ниже температуры плавления дегидратируется до НгО + СиО, может быть добавлен гидроксид щелочного металла. Например, к СиО ИЛИ Си(ОН)2 + СиВг2 добавляются КОН ИЛИ LiOH, при этом, например, КОН + СиО переходят в К2Си02.
В одном воплощении температура ячейки СШТ, содержащей расплавленный солевой электролит, такой как LiOH-LiBr, и при необходимости матрицу, такую как MgO, поддерживается повышенной с помощью резистивного нагревания. В одном воплощении ячейка содержит резистивный нагреватель. В одном воплощении резистивный нагреватель содержит по меньшей мере один нагревательный элемент, который располагается осесимметрично по отношению к краю пакета. В одном воплощении нагревательный элемент располагается по существу в центре каждого электрода пакета и проходит через эти электроды. Для предотвращения короткого замыкания между ячейками пакета нагревательный элемент может быть непроводящим. Нагревательный элемент может содержать не проводящее электричество покрытие, такое как керамическое покрытие, например, MgO. Питание резистивного нагревателя может обеспечиваться ячейкой СШТ. В одном воплощении температура на краю каждой ячейки поддерживается более низкой, чем в центре, так, чтобы электролит затвердевал на краю с тем, чтобы обеспечить так называемый гидравлический затвор. В одном воплощении электролит может иметь различную композицию на краю каждой ячейки и в глубине по отношению к краю. Электролит на краю может иметь по меньшей мере одно из более высокой температуры плавления и более высокой вязкости, чем в центре, с тем, чтобы на краю образовывался гидравлический затвор. Электролит на краю может содержать иное мольное отношение по меньшей мере одного компонента электролита, такого как соль и матрица, и может также содержать иные или дополнительные соли, матрицы, а также добавки. Матрица, которая может отличаться на краю, может содержать
щелочноземельный оксид.
В другом воплощении толщина слоя электролита такова, что электролит удерживается на месте капиллярными силами с по меньшей мере одним из электродов и добавляемой при необходимости матрицей, такой как MgO. Разделение электродов может поддерживаться инертным разделительным материалом, таким как MgO, например, бусинами MgO с размером, соответствующим желательному расстоянию между электродами. Расстояние между электродами может находиться в диапазоне по меньшей мере от около 1 мкм до 1 см, от около 5 мкм до 5 мм и от около 10 мкм до 1 мм. В одном воплощении матрица может содержать слоистую структуру из частиц матрицы, имеющих различные размеры. Такая слоистость может сделать возможным ограничение катодного материала, такого как NiO, катодной областью с избежанием закупорки активной области анода, при этом матрица имеет большую плотность или меньшую пористость, и меньшую плотность или более значительную пористость в различных областях, таких как катодная и анодная области, соответственно. В другом воплощении матрица является растворимой в электролите, и слоистость может включать различные плотности или вязкости.
Схематическое изображение пакета 200 ячеек СШТ с центральным нагревателем 201 показано на фиг. 4, Нагреватель 201 с силовыми выводами 202 и 203 является центральным по отношению к ячейкам пакета, каждая из которых содержит катод 205, анод 206 и электролит 207, при этом катод и анод могут, как показано, содержать биполярную пластину и могут, кроме того, содержать электропроводящий сепаратор или биметаллическое соединение между катодом и анодом. Пакет ячеек СШТ может, кроме того, содержать два контактных зажима, таких, как показанный (210), корпус 211, изоляционные слои, такие как 212-216, и электроизолирующую торцевую заглушку 230,
Электролит может содержать гранулы. В качестве варианта, электролит может содержаться в подходящем элементе конструкции, таком как непроводящее уплотнительное кольцо, такое как кольцо из MgO. В одном воплощении MgO элементу конструкции придана желательная форма, например, уплотнительного кольца, с использованием металлического Mg для получения кольца и окисления его до MgO. Для получения структуры типа сэндвича сверху и снизу в элемент могут быть вжаты электроды. Электролит может быть ограничен в образованной таким образом межэлектродной полости. В одном воплощении Mg заменяется другим металлом, способным к тому, чтобы быть окисленным, таким как А1 или редкоземельный металл. В одном воплощении соответствующий оксид является нерастворимым или имеет низкую растворимость в электролите. В одном альтернативном варианте элемента конструкции электролит удерживается на месте гидравлическим затвором электролита, содержащим
нерасплавленный электролит на краях ячейки, при этом в одном воплощении пакет нагревается от центра. Электроды могут быть механически обработаны таким образом, чтобы получить небольшой зазор на краю, способствующий обеспечению гидравлического затвора. По меньшей мере одно из размера пор по меньшей мере одного из электролита и матрицы может регулироваться, и доля матрицы может регулироваться так, чтобы обеспечивать желательное смачивание электродов посредством управления капиллярностью. В одном воплощении биполярной пластины анод и катод разделены сепаратором, который не дает электролиту вызывать короткое замыкание цепи между двумя соответствующими ячейками, при этом электролит может просачиваться в по меньшей мере один электрод. Сепаратор может содержать проводник, такой как металлический или графитовый лист. Сепаратор может также служить в качестве биметаллического соединения.
В одном воплощении металлы электродов противоположных сторон биполярной пластины являются различными, например, Ni на одной стороне и NiO на другой, при этом возможно наличие NiO с обеих сторон с большей массовой процентной долей на одной стороне. В качестве варианта, одна сторона может быть одним металлом, а другая сторона - другим металлом, например, Ni против сплава 242 или Мо. Различные металлы могут чередоваться по всему пакету. В другом воплощении биполярная пластина может содержать электропроводящий сепаратор между анодом и катодом. Такой сепаратор может содержать различающиеся материалы, например, металл, отличный от металла по меньшей мере одного из катода и анода. Сепаратор и по меньшей мере один электрод могут содержать биметаллический электрод. Биметаллическим может быть биметаллическое соединение. Биметаллическим может быть по меньшей мере один проводник, такой как металл или сплав, имеющий электролитическое покрытие на по меньшей мере одном другом проводнике, таком как второй металл или сплав. По меньшей мере одно из биметаллического электрода или соединения может привести к собственному напряжению, которое заставляет скорость реакции гидрино увеличиваться. В одном воплощении биметаллическими являются два проводника, например, металл, такой как Ni, и оксид, такой как оксид металла, который может, кроме того, содержать такое соединение, как оксид щелочного металла. Подходящим примером оксида щелочного металла является литированный оксид никеля. Увеличение может происходить из-за лучшего энергетического соответствия катализатора и Н, делающего возможным гидрино-переход. В другом воплощении электролиты на противоположных сторонах биполярной пластины различаются. Различия в электролитах могут включать по меньшей мере одно из различной композиции, имеющей по меньшей мере одну отличную
составную часть, и концентрации одинаковых составных частей электролита, которая может быть различной. Например, электролит может содержать матрицу, такую как MgO, на одной стороне и L1AIO2 на другой. В качестве варианта, электролит может содержать LiOH-LiBr на одной стороне и LiOH-LiCl на другой. Помимо этого, одна сторона может содержать некоторую массовую процентную долю NaOH. В одном воплощении различия между одной стороной электрода и другой приводят к тому, что химический потенциал, энергетический уровень Ферми или напряжение на электроде каждого полуэлемента начинают отличаться от этих параметров соответствующего электролита. В другом воплощении разделяющая среда или разделитель, такой как диэлектрический материал или изолятор, отделяют противоположные стороны биполярной пластины таким образом, что химический потенциал, энергетический уровень Ферми или напряжение на стороне электрода, контактирующей с электролитом, отличаются от этих параметров на стороне, контактирующей с разделяющей средой. В одном воплощении различия в химическом потенциале, энергетическом уровне Ферми или напряжении способствуют катализу водорода с образованием гидрино. В одном воплощении по меньшей мере одно из различных металлов электродов, биметаллических соединений, электролитов, матриц и условий, таких как гидратация и температура, чередуются по всему пакету. В одном воплощении катод имеет отличающийся материал, например, металл, отличающийся от металла анода. Материал катода, отличающийся от материала анода, может заменить необходимость в биметаллическом аноде биполярной пластины. В одном воплощении биметаллическая природа биполярной пластины для различения анода и катода удовлетворяется посредством применения однослойного анода с отличным от него материалом катода, таким как отличный металл. Подходящие примеры катодов содержат катоды, представленные в данном раскрытии.
В другом воплощении по меньшей мере один электрод содержит некоторое количество слоев, содержащих по меньшей мере два различных материала. Электроды могут содержать слои из различных материалов. Внутренние слои могут изменять электродный потенциал наружных слоев, находящихся в контакте с электролитом или имеющих усиленный контакт с электролитом. В качестве наружных слоев могут выбираться не поддающиеся коррозии. Подходящими устойчивыми материалами для наружных слоев являются Ni, благородные металлы и коррозионностойкие сплавы, такие, как материалы данного раскрытия. Подходящими материалами для внутреннего слоя или слоев, предназначенных для изменения электродного потенциала, являются Мо и Н242, а также переходные металлы, такие как V, Cr, Ti, Mn, Со, Си ИЛИ Zn, внутренние переходные металлы, такие как Zr, Ag, Cd, Hf, Та, W, редкоземельные металлы, такие как
La, или сплавы, такие как LaNis, или же другие металлы, или металлоиды, или сплавы, такие как Al, Sn, In и Pb, а также другие сплавы, такие как МоСо, MoCu, MoMn, MoNi и МоСг. Электрод может действовать в качестве анода или катода. Примерами многослойных, мультиметаллических электродов или слоистых электродов, которые могут выступать в качестве анода, являются прессованный Ni/Mo/Ni, прессованный Ni/H242/Ni и прессованный Ni/H242/Mo/Ni. В одном воплощении электрод может быть расплавленной солью, такой как смесь гидроксида и галогенидных солей, таких как соли и гидроксиды щелочных металлов, такие как соли и гидроксиды данного раскрытия, например, LiOH-LiBr, или же водным электролитом, таким как гидроксидный или карбонатный электролит или же другие электролиты данного раскрытия.
В одном воплощении слоистого электрода металл или металлы содержат по меньшей мере один из группы имеющих низкую реакционную способность по отношению к воде, такой как Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W и Zn. В одном воплощении расчетная свободная энергия реакции металла с НгО близка к нулю внутри диапазона от -500 до + 500 кДж/моль или предпочтительно внутри диапазона от -100 до + 100 кДж/моль.
Структуры, материалы и способы могут быть адаптированы из таковых, относящихся к топливным элементам с расплавленным карбонатом или щелочным топливных элементов, известных специалистам в данной области. Далее следуют примеры подходящих структур, материалов и способов. Сепаратором или токосъемником может быть покрытая Ni или Си нержавеющая сталь, такая как 310S/316L. Токосъемник может быть перфорированным. Толщина покрытия может составлять около 50 микрон, однако подходящими являются и другие толщины, такие как от 1 мкм до 1 мм. Другие примеры подходящих материалов представлены сплавами на основе железа, такими как 304L, 309S, 310S, 314, 316L, 347, 405, 430, 446, 17-4РН 18-18+, 18SR, А118-2, A126-1S, А129-4, А1439, Glass Seal 27, Ferralium 255, RA253mA, Nitronic 50, 20Cb3, 330, Crutemp-25, Crutemp-25 + La, Sanicro-33, 310 + Ce, IN800, IN840, A-286, и никелем, сплавами на основе кобальта, такими как IN600, IN601, IN671, IN690, IN706, IN718, Ш825, IN925, МА956, RA333, М200, Ni201, Ni270, Haynes 230, Haynes 625, Haynes 188, Haynes 556, Nichrome, Monel 400, и содержащими алюминий сплавами, такими как GE-2541, FeCrAl + Hf, Haynes 214, сплав FeCr, IJR (406), 85H, Kanthal AF и №зА1. Подходящим способом нанесения покрытия является плакирование, однако могут применяться и другие способы, такие как электролитическое никелирование, например, из сульфаминового электролита, или химическое нанесение покрытия №. По меньшей мере один электрод может содержать один или несколько этих материалов, таких как, в частности, стали и сплавы,
такие как коррозионностойкие сплавы. Анод может быть аккумулирующим водород материалом, таким как материалы данного раскрытия, например, мишметаллом, таким как Ml: обогащенный La мишметалл, такой как MlNia^sAlo^Mnn^ или Ml(NiCoMnCu)s, Ni, R-Ni, R-Ni + около 8 масс.% Vulcan XC-72, LaNis, Cu или Ni-Al, Ni-Cr, такой как содержащий около 10% Cr, Ce-Ni-Cr, такой как содержащий около 3/90/7 масс.%, Си-А1 или Cu-Ni-Al сплав. Анод может быть легированным оксидами, такими как МпО, СеОг и LiFeC-2, или может содержать эти или другие оксиды. Анод может содержать проводящий оксид или проводящее оксидное покрытие. Анод может содержать NiO или легированный щелочными ионами NiO, такой как литированный NiO. Катод может быть МО и может быть легированным с помощью LiFe02, Li2Mn03 или LiCo02, По меньшей мере одно из анода, катода и электролита может быть легированным оксидами раскрытия, такими как сложные оксиды стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония. Матрица может содержать инертный материал, такой как керамика. Материал матрицы может содержать соединение, содержащее компоненты, которые могут мигрировать, способствуя ионному транспорту. Подходящие примеры матричных материалов представляют оксианионные соединения, такие как алюминаты, вольфраматы, цирконаты, титанаты, а также другие материалы данного раскрытия, такие как сульфаты, фосфаты, карбонаты, нитрата, хроматы и манганаты, оксиды, нитриды, бориды, халькогениды, силициды, фосфиды и карбиды. Матричный материал может содержать металлы, оксиды металлов, неметаллы и оксиды неметаллов. Оксиды могут содержать по меньшей мере один из щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, а также Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В, и других элементов, которые образуют оксиды или оксианионы. Матрица может содержать по меньшей мере один из таких оксидов, как оксиды щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов и Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, В и других элементов, которые образуют оксиды, и один оксианион, и, кроме того, содержит по меньшей мере один катион, такой как катион щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и редкоземельного металла, а также Al, Ga, В, Sn и Pb. Подходящими примерами являются LiA102, MgO, Li2Ti03 или SrTi03j В одном воплощении матричное соединение может содержать оксид анодных материалов и соединения электролита, такой как по меньшей мере один из катиона и оксида электролита. В одном примере осуществления электролит содержит гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, такой как МОН (М = щелочной металл), например, LiOH, который может образовывать соответствующий оксид, такой как МгО, например, Li20, и электролит содержит элемент, металл, сплав или смесь, например, Мо,
Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, В, В, Nb, Se, Те, Вт, Cr, Mn, Hf, Co и M' (M' = щелочноземельный элемент), например, Mg, который может образовать соответствующий оксид, такой как Мо02, ТЮ2, Zr02, Si02, А1203, NiO, FeO или Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MnO, Mn304, Mn203, Mn02, МП2О7, НЮ2, Co203, CoO, Co304, Co203 и MgO, матрица содержит оксид катодного материала и при необходимости оксид электролита, такой как Li20, представляющий примеры подходящих матриц из Li2Mo03 или Li2Mo04, Li2Ti03, Li2Zr03, Li2Si03, LiA102, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, Li2Nb03, Li2Se03, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn04, Li2Hf03, LiCo02 и M'O (M' = щелочноземельный элемент), например, MgO. Матрица может содержать оксид элемента анода или элемента из той же группы. Например, в случае с Мо анодом матрица, включающая тот же элемент или элемент из той же группы, может быть представлена Li2Mo04, Мо02, Li2W04, Li2Cr04 и Li2Cr207, Матрица может обеспечивать субстрат. Матрица может быть пастообразной. Размер частиц может быть субмикронным, но в воплощениях подходящими являются и другие размеры, такие как от микронных до миллиметровых.
В одном воплощении на анодном полуэлементе протекает реакция ОН" + 2Н в Н20 + е + Н(1/р) (54) при этом реакция первого Н с ОН-, приводящая к образованию катализатора Н20 и е", протекает согласованно с осуществляемым с помощью Н20 катализом второго Н в гидрино. Тот Н, который реагирует с ОН", может быть из М-Н, где М - анодный материал, такой как металл. В одном воплощении катализатор принимает 3 X 27,2 эВ, соответствующие потенциальной энергии образования молекулы Н20 согласно уравнению (43) и отвечая m = 3 в уравнение (5), и приводит к образованию Н(1/4). Энергия, непрерывно высвобождаемая при переходе электрона второго Н в состояние гидрино, а также энергия, высвобождаемая из катализатора вслед за принятием от второго Н, может вызвать заряжание анода. Такая зарядка может содержать емкостную зарядку ионов электролита или окисление по меньшей мере одного из компонентов электролита или электродов. Таким образом, энергия, высвобождаемая при электрохимической реакции образования катализатора Н20 и совместной реакции катализа Н для образования гидрино, обеспечивает протекание тока по внешней цепи. Напряжение может быть напряжением кислородно-водородной реакции элемента, так как электролит содержит Н20 и компоненты, содержащие продукты окисления и восстановления водорода, кислорода и воды. Протекающие в ячейке реакции могут содержать по меньшей мере одну из представленных уравнениями (90-93). Прохождение ионов через электролит для
замыкания цепи может включать ионы электролита, такие как по меньшей мере один из Li+, ОН', оксидных и пероксидных ионов, а также Вг" в случае электролита, содержащего LiOH-LiBr, или ионы матрицы. Таким образом, в одном воплощении матрица служит в качестве проводящей ионы среды, проводимость в которой может быть обеспечена переносом зарядов или ионным транспортом. В другом воплощении матрица содержит по меньшей мере одно из смеси оксида или оксидов, гидроксида или гидроксидов, смешанных окислительных состояний металлов, ионов электролита и других ионов. Ионная проводимость может быть прыжковой ионной проводимостью. Транспорт может включать перенос зарядов или ионный транспорт компонентов, таких как отрицательно заряженные ионы, например, содержащих по меньшей мере одно из кислорода и водорода. Подходящие компоненты представлены по меньшей мере одной из
разновидностей кислорода, выбираемых из Ог, Оз, 3, 3 , О, 0+, Н2О, НзО+, ОН, ОН*,
ОН', НООН, ООН", О", О2", ^2 и ^2 , и разновидностей водорода, выбираемых из Н2, Н, Н*, Н20, Н30+, ОН, ОН*, ОН", НООН и ООН". В одном примере осуществления участвующие в транспорте компоненты являются находящимися в состоянии большей степени восстановления разновидностями, содержащими кислород, такой как О2",
образующийся на катоде из модельных разновидностей 02, 03, 3 , 3, О, 0+, Н20, Н30+,
ОН, ОН, ОН", НООН, ООН", О", ^2 . Находящиеся в повышенной степени
восстановления компоненты могут окисляться на аноде.
В одном не имеющем матрицы воплощении ионная проводимость может осуществляться через электролит во время разряда ячейки. Транспортируемые компоненты могут обеспечиваться, по меньшей мере частично, внешним по отношению к ячейке образом. Ячейка может быть открытой, такой как сообщающаяся с атмосферой. В одном примере осуществления по меньшей мере одно из внешнего кислорода и Н20 восстанавливается на катоде и восстановленные компоненты, такие как продукт восстановления по меньшей мере одного из внешнего кислорода и Н20, окисляются на аноде. Транспорт может осуществляться под действием энергии катализа Н в состояния гидрино. Ток, обуславливаемый внешним окислителем, таким как по меньшей мере одно из внешнего кислорода и Н20, регулируется в целях контроля коррозии, такой как коррозия анода. В одном воплощении анод является устойчивым или коррозионностойким по отношению к току, обеспечиваемому получаемыми из воздуха компонентами, такими как разновидности кислорода, например, ОН", НООН, ООН", О", Q- о2~
2 и 2 . Коррозионностойкий анод может быть анодом, представленным в данном
раскрытии. В качестве варианта, катод может содержать устойчивые компоненты, такие как оксид или сульфид, например, NiO или MoS. В одном воплощении приходящееся на каждую ячейку напряжение элемента во время импульсного электролиза и разряда поддерживается на уровне, превышающем потенциал, защищающий анод от существенного окисления, таком как около 0,8 В в случае Ni анод.
С точки зрения термодинамики такие компоненты, как отрицательно заряженный ион, могут быть ионизированы на аноде, равно как и компоненты, создаваемые восстановлением при разряде на катоде с рассеиваемой во внешней цепи энергией, когда ионная или электронная температура на аноде выше, чем на катоде. Не предусматривающий образования гидрино пример, включающий температурную разность полуэлементов, представляет ячейка [Na (Teroio)/BASE/Na (холод)]. Примерами ионов в соли LiOH-LiBr являются ОН" и Вг", которые могут быть окислены до ОН и Вг, соответственно, и восстановлены электронами, поступающими к катоду через внешнюю цепь. В качестве варианта, ионный ток могут нести компоненты, содержащие по меньшей мере одно из О и Н. Реакция гидрино обеспечивает энергетический эквивалент нагреванию при выработке поступающей в цепь мощности. В одном воплощении матрица служит в качестве сепаратора, предотвращающего возможность короткого замыкания катодных и анодных электродов или полуэлементов. Предотвращаемое короткое замыкание может подразумеваться в по меньшей мере одном из термодинамического и электрического смысла. Матрица может разделять реакции в полуэлементе, чтобы увеличить скорость, эффективность или степень прохождения реакции гидрино для создания электродвижущей силы (EMF) на аноде относительно катода в целях обеспечения тока по внешней цепи. В одном воплощении разделение реакций анодного и катодного полуэлементов вызывает лучшее соответствие энергии, принимаемой от второго Н катализатором НгО, при этом образование Н20 происходит в результате окисления ОН' и реакцией с первым Н, а реакция окисления для образования катализатора согласуется с реакцией катализа второго Н для образования гидрино, как указывается в уравнении (54). В одном воплощении матрица может связывать Н20 и может также служить в качестве источника Н20 для реакций импульсного электролиза. Связывание и снабжение Н20 может происходить при энергии, которая увеличивает скорость или степень прохождения реакции образования гидрино. Энергия связывания Н20 может привести к лучшему соответствию энергии, передаваемой от Н к катализатору, такому как Н20. Пример электролита, содержащего матрицу, которая выполняет функцию по меньшей мере одного из диэлектрика, сепаратора или по меньшей мере одного из связующего и вместилища для Н20, является смесь гидроксида щелочного металла и
галогенида щелочного металла, такая как LiOH-LiBr, и матричный материал раскрытия, который может содержать компоненты в любых желательных мольных соотношениях. Массовые процентные доли содержания галогенида щелочного металла и матричного материала могут быть сходными. Содержащий матрицу электролит при рабочей температуре ячейки, такой как в диапазоне от около 75°С до 700°С, может находиться в твердом или полутвердом состоянии. Примером электролита является LiOH-LiBr-MgO, имеющий массовые процентные доли содержания компонентов в диапазоне около 10 масс.%, 45 масс.% и 45 масс.%, соответственно, с каждым от ±1 до 30 масс.%.
В одном воплощении электролит содержит гидроксид, такой как расплавленный или водный гидроксид, и может, помимо этого, содержать галогенид. Электролит может содержать расплавленную гидроксид-галогенидную смесь, такую как содержащая по меньшей мере один катион щелочного металла, такого как Li. Электролит может содержать LiOH-LiBr и при необходимости матрицу, такую как MgO. Электролит может, кроме того, содержать по меньшей мере один компонент из реагентов твердого топлива данного раскрытия, такой как по меньшей мере один из гидроксидов или галогенидов металлов из группы обладающих низкой реакционной способностью по отношению к воде, таких как Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W и Zn.
Электрод может быть изготовлен с помощью таких способов, как пленочное литье, электрофоретическое осаждение, вальцевание на горячих валках или горячее прессование. Влагозащитная область биполярных пластин может содержать алюминий или алюминиевый сплав, которые могут иметь покрытие. Подходящими способами алюминирования являются окрашивание, термическое напыление, вакуумное осаждение, за которыми могут следовать термическая обработка со сплавлением и пакетная цементация. Примером результата нанесения диффузионного покрытия на нержавеющую сталь является структура, содержащая MAI-M3AI (М= железо, никель, плюс 5-15 моль.% хрома). В качестве варианта, в одном примере осуществления может быть термически напылен порошкообразный содержащий алюминий сплав, такой как FeCrAlY, Mai или M3AI (М = Ni, Fe).
В одном воплощении полученный пленочным литьем электрод, содержащий связующее вещество и материал электрода, может быть обработан для высвобождения или расщепления связующего вещества с целью получения конечного электрода или в качестве этапа образования конечного электрода. Такая обработка может содержать спекание. Обработка может производиться in situ. Данная обработка может высвобождать СО2. При реакции с электролитом, таким как гидроксид, СО2 может образовывать
карбонат. Данная реакция может быть обращена реакцией с НгО согласно реакции уравнения (60). СОг может быть удален. Удаление такими средствами, как откачка, может внести вклад в прохождение реакции преобразования карбоната в гидроксид до степени выполнения в пределах от около 40 до 100% или от 80 до 100%.
В одном воплощении, таком как при котором водород обеспечивается прониканием или импульсным электролизом, ячейка содержит матрицу для удержания электролита. Данная матрица может содержать соединение, которое впитывает электролит или делает его более вязким, такое как инертное соединение. Подходящие примеры матричных материалов представлены по меньшей мере одним из асбеста, А120з, MgO или других щелочноземельных оксидов, Li2Zr03, LiA102, 1Л2М0О4, ЫгТЮз или SrTi03> Электролит может фиксироваться в виде пасты. Матрица для удержания электролита в виде слоя, такого как тонкий слой, содержит этапы смешивания матричного материала с по меньшей мере одним другим материалом, таким как связующее вещество, зернистым материалом и растворителем, который в завершение сгорает при нагревании до высокой температуры и нагревании смеси для образования матрицы. Подходящими соединениями являются поливинилформаль (PVFO), этанольный растворитель и полиэтиленгликоль (PEG). Твердая матрица из щелочноземельных оксидов может быть образована прессованием смеси из МО и М(ОН)г (М = по меньшей мере одно из Mg, Са, Sr и Ва) и при необходимости горючего связующего вещества, такого как поливиниловый спирт, и нагреванием в атмосфере кислорода для выжигания связующего, например, поэтапным нагреванием при температурах между 1000°С и вплоть до 2000°С. Матрица может спекаться при высокой температуре. Твердая матрица может быть смочена электролитом, таким как LiOH-LiBr, выдерживанием ее в расплавленной соли. Размер пор и плотность матрицы может изменяться посредством варьирования величины частиц и соотношения матричного материала с по меньшей мере одним другим соединением. В одном воплощении электролит добавляется к матричному материалу. Размер пор и плотность могут контролироваться для такого регулирования капиллярных свойств матрицы по отношению к поверхностному натяжению электролита, чтобы электролит удерживался по существу в слое без избыточного промокания катода или анода. Размер пор матрица может находиться в диапазоне от около 10 нм до 10 мм, от около 100 нм до 100 мкм или около 1 мкм до 10 мкм. Матрица может содержать твердое вещество, такое как керамика. Подходящим примером твердой матрицы являются MgO, Zr02 или стабилизированный оксидом иттрия оксид циркония. Матрица может быть одним из твердооксидных топливных элементов, которые способны проводить оксидные ионы, таких как диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ) (часто 8% форма Y8SZ), диоксид
циркония, стабилизированный оксидом скандия (ScSZ) (обычно 9 моль.% Sc203 - 9ScSZ), и легированный гадолинием оксид церия (GDC). Матрица может содержать солевой мостик, который может проводить оксидные ионы. Типичными примерами оксидных проводников являются стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония (YSZ), легированный оксидом гадолиния оксид церия (CGO), галлат лантана и сложный оксид ванадия, меди и висмута, такой как BiCuVOx). Некоторые перовскитные материалы, такие как Lai.xSrxCoy03., также показывают смешанную оксидную и электронную электропроводность. Матрица может быть импрегнирована электролитом, таким как эвтектический солевой электролит, такой как гидроксид, например, гидроксид щелочного металла, и может, кроме того, содержать галогенид щелочного металла. Подходящим примером электролита является LiOH-LiBr, который может быть импрегнирован в твердой матрице MgO. Твердая матрица может, кроме того, содержать матрицу, состоящую из твердых частиц, таких как частицы MgO или другие матричных соединения данного раскрытия. В одном воплощении анод включает электрод импульсного электролиза или электрод, барботирующий или пробулькивающий водород, такой как пористый электрод, например, электрод из Ni мата. В одном воплощении по меньшей мере одно из электрода и электролита препятствует промоканию электролита. Электролит может содержать матрицу для стабилизирования электролита. Анод может быть представлен в виде мата, получаемого пленочным литьем порошка, такого как Ni порошок, или в виде другого анодного материала, известного в области расплавленных щелочных или карбонатных топливных элементов, имеющего большой размер пор с капиллярными силами, ниже пороговых для просачивания электролита, при этом электролит может содержать матричный материал, такой как MgO или Li2Ti03, Электрод может быть периодически промываемым для удаления просочившегося электролита. Эксплуатационные условия могут изменяться для предотвращения промокания. Например, может регулироваться температура для изменения вязкости электролита, поверхностное натяжение и капиллярность для предупреждения промокания электрода. Водородный поток, который может быть рециркулируемым, может изменяться для того, чтобы не допускать промокания электрода.
В одном воплощении по меньшей мере один слой компонента ячейки, такого как один из катода, анода и электролита, изготавливается пленочным литьем. Система пленочного литья может содержать стол для пленочного литья, шламовую коробку и ракель, при этом последний может, кроме того, содержать толщиномер для регулирования высоты и, таким образом, толщины отлитого слоя. Слой компонента ячейки может быть отлит на опорную пленку, например, из пластмассы, такой как майлар, которая может
быть удалена при следующей отливке. Суспензия может содержать материал слоя и подходящий растворитель. Катодная и анодная суспензия могут содержать по меньшей мере одно из NiO и Ni, и порошкообразного Ni, соответственно, суспендированного в растворителе для связующего вещества, таком как спирт, например, поливиниловый спирт, целлюлоза, или гидроксипропилметилцеллюлоза. Подходящий растворитель является Н2О, которая может, кроме того, содержать диспергирующий агент, такой как низкосернистый полиакрилат аммония или полиакриловый раствор. Полученная пленочным литьем пленка может быть высушена с помощью, например, вентилятора или компрессора. Высушенная пленка может быть затем подвергнута прессованию для сжатия пленки или увеличения плотности пленки. Прессование может быть обеспечено с помощью прессующего устройства, такого как каток или пресс. Прессование может выполняться с высоким давлением, таким как от около 0,01 до 200 тонн на квадратный дюйм, от около 0,01 до 200 МПа или от около 0,5 до 50 МПа. Далее пленка мажет быть подвергнута спеканию. Катод может спекаться в содержащей кислород атмосфере, такой как воздух. Диапазон температур может составлять от около 400 до 2000°С или от 600 до 800°С. Анод может спекаться в вакууме, инертной атмосфере или в атмосфере Нг. Диапазон температур может составлять от около 400 до 3000°С или от 1000 до 2 000°С.
Катод из NiO может быть литерованным. Мольная процентная доля Li в катоде может быть в диапазоне по меньшей мере от около 0,1% до 90%, от 1% до 75% и от 5% до 50%. В одном воплощении литерование повышает электропроводность. Литерование может быть обеспечено способами, известными специалистам в данной области, такими как взаимодействие с пленкой добавленного источника Li, такого как LizO или Li2C03> Добавление источника Li может выполняться добавлением источника к суспензии перед отливкой или после отливки. В одном воплощении реакция литерования достигается при повышенной температуре, такой, как обеспечивается на протяжении этапа спекания. Пример реакции литерования Li20 с NiO при нагревании на воздухе при повышенной температуре, такой как около 1200°С
(l/2)xLi20 + (l-x)NiO + (l/4)x02-*Li+xNЈ2xNi3x+0
Примеры реакций литерования LizC03 с NiO для образования твердого раствора
LLNI О " "
х 1~х , содержащих двухстадииныи процесс:
(х 12) Li2C032 -> (х/2) Li20 + {х/2) СОг
(х 12) Li20 + (1 - х) NiO -> ПхЩ_хО (5?) при котором разложение карбоната происходит при температурах выше около 640°С и
объемная диффузия оксида лития в оксид никеля происходит с высокой скоростью при температурах выше около 750°С. Пример реакция литирования Ы2СО3 с Ni при нагревании на воздухе при повышенной температуре, такой как в диапазоне от около 500 до 700°С, для образования твердого раствора Ni(Li)0:
(1 -х)Ni + (х/2)Li2CO} + (х14)02 -" LixNix_xO + (х/2)С02 ^
В одном воплощении по меньшей мере одно из прессующего давления, например, в диапазоне от около 0,01 до 200 МПа или от около 0,5 до 50 МПа, и выбора исходных материалов для электрода оказывает влияние на его пористость и средний диаметр пор. В одном воплощении параметры, воздействующие на пористость и средний диаметр пор электродного материала, такого как катодный материал, например, LixNii.xO, выбираются таким образом, что пористость находится в диапазоне по меньшей мере от около 20 до 90%, от 30 до 80% и от 40 до 80%". Эти параметры могут быть выбраны так, чтобы средний диаметр пор в микрометрах находился в диапазоне по меньшей мере от около
0,01 до 100, от 0,1 до 50 и от 0,1 до 15, В другом воплощении ^хЩ_хО образуется реакцией гидроксида никеля и гидроксида лития при повышенных температурах в окислительной среде, такой как воздух, в течение более 10 минут, например, от около 1 до 10 часов или около 2 часов при от около 500 до 1000°С или при около 700°С.
В одном воплощении анод содержит пластину Ni, поддерживаемую Ni губкой. Анод может быть приготовлен пленочным литьем листа Ni из суспензии на подложку из Ni губки. Приготовление суспензии может содержать этапы смешивания взятой в избытке воды с диспергирующим агентом, осаждения порошка, декантации избыточной воды, смешивания со связующим веществом или раствором, содержащим связующее вещество, таким как раствор целлюлозы, который может быть водным, дегазации суспензии и образования листа. Модельная, известная в данной области композиция суспензии содержит в 100 г около 35-45 г Ni + 35-45 г НгО, 1-3 г целлюлозы + 10-20 г НгО и 1 г диспергирующего агента. Способ пленочного литья может содержать по меньшей мере одно из ручного нанесения, вертикального пленочного литья и горизонтального пленочного литья. Материал затем может быть высушен и после этого спечен. Сушка может осуществляться при температуре в диапазоне от 25 до 150°С и спекание может проводиться в неокисляющей атмосфере, такой как вакуум, или инертный газ, или атмосфера Н2. Пример методики спекания представлен выдерживанием в течение от 1 до 60 минут в атмосфере из 100%" Н2 при температуре в диапазоне от около 800 до 1200°С.
В одном воплощении катодный материал NiO сделан проводящим. Электропроводность может быть улучшена литированием или добавлением проводящего
субстрата, такого как углерод, карбид, или нитрид, или других субстратов данного раскрытия. Углерод может быть неспекающимся с электролитом или стойким к окислению. Примеры химически стойкого проводящего углерода представлены нанотрубками и фуллеренами.
В одном воплощении электрический контакт между катодным материалом, таким как каталитический материал реакции восстановления кислорода, таким как NiO, и катодным токосъемником обеспечивается с помощью проводящей среды, такой как проводящий клей, припой или паста. Примерами материалов являются легкоплавкие металлы или сплавы, такие как Hg, Ga, Al, Sn, In, Zn и Pb. Например, Zn плавится при 419°C, a Sn плавится при 232°C, при температурах ниже температуры плавления электролита LiOH-LiBr. Проводящая среда может наноситься на заднюю строну катода. Токосъемник может находиться в контакте с проводящей средой. Токосъемник может быть размещен на проводящей среде таким образом, что последняя оказывается зажатой между катодным материалом и токосъемником.
В одном воплощении восстановление О2 происходит через пероксидный путь, включающий перенос двух электронов. Подходящими катодами, благоприятствующими пероксидному пути, являются графит и большинство других разновидностей углерода, золото, металлы с оксидным покрытием, такие как никель или кобальт, некоторые макроциклы переходных металлов и оксиды переходных металлов. В качестве катализатора восстановления О2 может функционировать оксид марганца, такой как МпОг. В качестве варианта, кислород четырьмя электронами может быть восстановлен непосредственно до ОН- или НгО. Преобладающим этот путь является для случая благородных металлов, таких как платина и металлы платиновой группы, некоторых оксидов переходных металлов, имеющих структуру перовскита или пирохлора, некоторых макроциклов переходных металлов, таких как фталоцианин железа, и серебра. В одном воплощении катод является коррозионностойким по отношению к щелочным электролитам, таким как водный или расплавленный гидроксид щелочного металла, например, LiOH, NaOH или КОН. Подходящие катоды содержат NiO.
Электрод может включать составной электрод для восстановления и выделения кислорода. Последний может использоваться для регенерации. Такой электрод может быть бифункциональным, способным к восстановлению и выделению кислорода, при этом активность обеспечивается отдельными соответствующими слоями катализатора, или же бифункциональным может быть электрокатализатор. Конструкции электрода и ячейки могут быть известными в данной области для металл-воздушных батарей, таких как Fe- или Zn-воздушные батареи, или их подходящей модификацией, известной
специалистам в данной области. Подходящая конструкция электрода содержит токосъемник, газово-диффузионный слой, который может содержать углерод и связующее вещество, и активный слой, который может быть бифункциональным катализатором. В качестве варианта, электрод может содержать слои восстановления Ог на одной стороне токосъемника и слои выделения О2 с другой стороны. Первый может содержать внешний слой газовой диффузии в контакте с источником кислорода и пористый, гидрофобный слой катализатора в контакте с токосъемником; тогда как последний может содержать пористый, гидрофильный слой катализатора в контакте с электролитом на одной стороне слоя и токосъемник с другой стороны.
Подходящие оксиды типа перовскита, которые могут выполнять функцию катализаторов по восстановлению кислорода из источника, могут иметь общую формулу АВОз и такие замещенные перовскиты могут иметь общую формулу Ai.xA'xBi-уВ'уОз, А может быть La, Nd; А' может быть стронцием, барием, кальцием; и В может быть никелем, кобальтом, марганцем, рутением. Другие подходящие катализаторы восстановления кислорода на катоде представлены катализатором перовскитного типа, таким как Lao,6Cao,4Co03, легированный металлическим оксидом ММОг (М = щелочной металл), ММ'Ог (М = щелочной металл, М.' = переходный металл), Lai.xCaxCo03, Lai. xSrxCo03 (0 < х < 0,5), или Lao,8Sr0,2Coi.yBy03 (В =Ni, Fe, Cu или Cr; 0 < у < 0,3), Lao,5Sro,5Co03, LaNi03, LaFexNii.x03, замещенным LaCoC> 3, Lai-xCaxM03, Lao.sCa^MnCb, Lai.xA'xCoi.yB'y03 (A' = Ca; B' = Mn, Fe, Co, Ni, Cu), Lao^Ca^Coo.sFeo^A, Lai.xA'xFei. уВ'уОз (A' = Sr, Ca, Ba, La; B' = Mn), Lao,8Sro,2Fei.yMny03, и оксидами перовскитного типа на основе Мп и некоторого переходного металла или лантаноида, или же шпинелью, такой как Со3С> 4 или МСогСч, пирохлором, таким как Pb2Ru2Pbi.xOi.y или РЬгЯигО^, другими оксидами, такими как Nao,8Pt304, металлоорганическими соединениями, такими как порфирин кобальта, или пиролизованными макроциклами с добавками Со. Подходящие оксиды типа пирохлора имеют общую формулу А2В2О7 или А2В2-ХАХ07.У (А = Pb/Bi, В =
Ru/Ir), такую как Pb2lr207.y, PbBiRu207.y, Pb2(PbxIr2.x)01~s и Nd3rr07) Подходящие шпинели представляют собой никель-кобальтовые оксиды, чистый или легированный литием оксид кобальта (С03О4), кобалтитные шпинели типа МхСОз.х04 (М = Со, Ni, Mn восстановление кислорода) и (М = Со, Li, Ni, Cu, Mn выделение кислорода). Катализатор восстановления кислорода может быть никелем, R-Ni, серебром, Ag-субстратом, таким как Ag-AbOs, благородным металлом, таким как Pt, Au, Ir, Rh или Ru, никель-кобальтовым оксидом, таким как МС02О4, и медь-кобальтовым оксидом, таким как СиСогО^ Катализатор восстановления или выделения кислорода может, кроме того, содержать проводящий
субстрат, такой как углерод, такой как сажа, углерод в виде графита, Ketjen черный или графитизированный Vulcan ХС 72, Модельными ячейками являются [Zn, Sn, Со, Sb, Те, W, Мо, Pb, Ge / КОН (водный насыщенный)/воздух + углерод + катализатор восстановления О2, такой как катализатор типа перовскита, такой как Ьао,бСао> 4СоОз, легированный оксидом металла, Ьа1.хСахСоОз, Lai.xSrxCo03 (0 < х < 0,5), или Lao.gSro^Coi. уВуОз (В =Ni, Fe, Си или Cr; (0 < у < 0,3), или шпинель, такая как С03О4 или №Сог04, пирохлор, такой как Pb2Ru2Pbi.xOi.y или РЬгЯигОб^, другие оксиды, такие как Nao.ePt^, или пиролизованные макроциклы с добавками Со]. В еще одном воплощении катод содержит водный катализатор восстановления.
Катод способен поддерживать восстановление по меньшей мере одного из Н2О и Ог. Катод может содержать проводник с большой площадью поверхности, такой как углерод, такой как сажа, активированный уголь и обработанный паром активированный уголь. Катод может содержать проводник, имеющий низкое перенапряжение, для восстановления по меньшей мере одного из 02 или НгО или выделения Нг, такой как Pt, Pd, Ir, Ru, Rh, Au или эти же металлы на проводящем субстрате, таком как углерод или титан, в качестве катода с НгО в качестве реагента катодного полуэлемента.
В одном воплощении анион может служить в качестве источника кислорода на
СО2' SO2' РОъ~
катоде. Подходящими анионами являются такие оксианионы, как 3 , 4 и 4 .
СО2'
Такой анион, как 3 , может образовывать основной раствор. Модельная катодная реакция является следующей: Катод
С°3 + 4е" + ЗН20 в С + 60Н- (59) Реакция может включать обратимую окислительно-восстановительную реакцию полуэлемента, такую как
С°3 + Н20 в С02 + 20Н" (60) Восстановление НгО в ОН" + Н может привести к катодной реакции образования гидрино, в которой НгО служит в качестве катализатора. В одном воплощении в качестве источника кислорода в ячейку могут добавляться СО2, SO2, РОг и другие подобные реагенты.
Ячейка может содержать пакет соединенных последовательно или параллельно ячеек, который может обладать емкостью, позволяющей компенсировать объемные изменения в электролите. Ячейка может, кроме того, содержать по меньшей мере одну из систем управления влажностью и СОг. Металлический электрод может быть помещен
посредине между кислородными электродами, чтобы удвоить площадь поверхности. Кислород может диффундировать из воздуха через пористый, ламинированный тефлоном воздушный электрод, содержащий кислородный диффузионный электрод. В одном воплощении электроны из катода реагируют с кислородом на каталитических участках смоченной части кислородного диффузионного электрода, чтобы образовать восстановленные разновидности воды и кислорода. В одном воплощении анод является погруженным, а катод содержит смоченный электролитом участок и участок, который находится в прямом контакте с источником О2, таким как воздух или Ог, В одном воплощении ток восстановления кислорода увеличивается при увеличении количества материала, подверженного действию воздуха для данной площади поверхности раздела электролита, посредством большего увеличения площади поверхности катода, подверженной действию воздуха. В одном воплощении катод является погруженным, а кислород обеспечивается электролизом. В одном воплощении катод главным образом погружен меньшим участком подвергаемой действию воздуха площади поверхности для увеличения обеспечиваемой электролизом в целях оптимизации эффективности ячейки в отношении образования гидрино с избежанием при этом чрезмерной коррозии, такой как коррозия анода. В одном воплощении ячейка обеспечивается смесью кислорода и инертного газа с добавлением паров НгО. Кислород может находиться в диапазоне от около 0,001 до 10 моль.% или около от 0,5 до 2 моль.%. Кислород может находиться в диапазоне от около 1 до 10 моль.% с Н2О в диапазоне от около 31 торр до 93 торр. В воплощениях ячейки СШТ, снабжаемой НгО, пары НгО находятся в диапазоне давлений по меньшей мере от около 0,001 торр до 100 атм, от около 0,001 торр до 0,1 торр, от около 0,1 торр до 1 торр, от около 1 торр до 10 торр, от около 10 торр до 100 торр, от около 100 торр до 1000 торр и от около 1000 торр до 100 атм. Остальное может быть инертным газом, таким как азот. В одном воплощении Ог составляет около 5 моль.%. В одном воплощении воздух является обработанным мембранной или криофильтрацией, или обработанным таким образом, чтобы достичь желательного соотношения газов, с помощью известных специалистам в данной области способов. Кислород из источника может подаваться такими способами, как барботирование содержащего кислород газа, такого как Ог или воздух, или импульсным электролизом. Электроды импульсного электролиза могут быть из различных материалов, таких как различные металлы или различные материалы данного раскрытия, такими как различные электроды, выбираемые из группы металлов, карбидов, боридов, нитридов и карбонитрилов. В одном воплощении, в котором катод является погруженным, кислород обеспечивается таким источником, как электролит, в котором парциальное давление Ог увеличивается при поддержании
повышенного давления Ог над электролитом. Повышенное давление может находиться в диапазоне от около 0,5 атм до 200 атм или около 1 атм до 10 атм. В одном воплощении электролит выбирается таким образом, чтобы иметь повышенную растворимость по кислороду. В качестве варианта, катодный материал выбирается таким образом, чтобы он обнаруживал сродство к кислороду.
В одном воплощении анод является частично погруженным, при этом для разряда на аноде имеется по меньшей мере один участок его поверхности, не погруженный в электролит. В одном воплощении по меньшей мере один электрод является частично погруженным. Каждый электрод находится в контакте с электролитом. В одном воплощении по меньшей мере один электрод имеет только один участок площади поверхности электрода, находящийся в контакте с электролитом. По меньшей мере некоторая площадь поверхности не находится в непосредственном контакте с электролитом. Не вошедшая в контакт площадь поверхности может находиться под воздействием атмосферы ячейки, или другого компонента ячейки, такого как сепаратор пластины или противоположная сторона биполярной пластины, у которой электрод включает одну сторону биполярной пластины. Состояние наличия не погруженного в электролит участка электрода обеспечивает различный химический потенциал, энергетический уровень Ферми или напряжение относительно этих параметров погруженного участка. Различные химический потенциал, энергетический уровень Ферми или напряжение могут способствовать протеканию реакции гидрино.
В одном воплощении разряд на катоде может иметь по меньшей мере один участок его поверхности, не погруженный в электролит, независимо от атмосферы ячейки или катодного газа. Катодный газ может быть по меньшей мере одним из подаваемого воздуха, кислорода и НгО и кислорода, вырабатываемого электролизом. Вода может содержать по меньшей мере одно из водорода, дейтерия и трития, например, по меньшей мере одно из Н20, HOD, D2O, Т2О, DOT и НОТ. Катодный газ может быть инертным газом, таким как N2, или таким инертным газом, как Аг. В этом случае кислород может быть получаемым вследствие электролиза. Частично непогруженный катод обеспечивает различные химический потенциал, фермиевский уровень или напряжение относительно разряда погруженного анода, даже если они оба изготовлены из одного и того же материала. Различные химический потенциал, энергетический уровень Ферми или напряжение способствуют реакции гидрино. Электролит с разрядом частично погруженного в него катода может содержать матрицу, такую как MgO, 1ЛАЮ2,1л2ТЮз, L1VO3, ТЮг, СеОг и другие, представленные в данном раскрытии. Содержащий матрицу электролит может быть твердым или полутвердым веществом при рабочей температуре
ячейки, которая может равняться или превышать температуру плавления электролита. Электролит может включать электролиты раскрытия, такие как расплавленная соль, такая как соль щелочного металла или эвтектическая смесь солей, такая как МОН-МХ, в которой М является щелочным металлом, а X - галогенидом. В одном воплощении, в котором по меньшей мере одно из водорода и кислорода может быть по меньшей мере частично произведено импульсным электролизом, водород и кислород находятся в близком к стехиометрическому соотношении относительно Н2О. В воплощениях такое соотношение составляет около 2 частей Нг на 1 часть О2 в пределах около ±300%, в пределах около ±100%, в пределах около ±50%, в пределах около ±25 или в пределах около ±10%. Газовый баланс ячейки может содержать водяной пар при давлении, которое оптимизирует мощность или достигает желательной мощности, и может, кроме того, содержать инертный газ, такой как благородный газ или N2, Давление водяного пара может поддерживаться в диапазоне от около 0,01 торр до 10 атм. В другом воплощении давление водяного пара поддерживается в диапазоне от около 31 торр до 93 торр. Общее давление может быть любым желательным, таким как выше или ниже атмосферного, например, от около 1 атм до 500 атм, от около 1 атм до 100 атм или от около 1 атм до 10 атм. В одном воплощении ячейка содержит по меньшей мере одно из канала или прохода для паров Н2О для того, чтобы проникать через пакет ячейки из источника с тем, чтобы входить в контакт по меньшей мере с электролитом. В одном воплощении НгО подается в пакет через структуру для впитывания, такую как структура теплопровода. Структура для впитывания может содержать непроводящий материал для того, чтобы не допускать короткого замыкания электродов. Материал впитывающей структуры может содержать оксид, такой как оксид металла или другое непроводящее соединение. Оксид или другое соединение могут быть гигроскопичными, такими как соединения раскрытия. В еще одном воплощении НгО под давлением в виде газообразной НгО или жидкой НгО может вводиться через трубопроводы или каналы в слои электролита. В одном воплощении слой электролита содержит впитьшающую или капиллярную структуру для обеспечения транспорта Н2О через слой электролита каждой ячейки пакета. Такая структура может содержать матрицу, помещенную или смешанную с электролитом, имеющим такую пористость и размер пор, чтобы достигать быстрого транспорта внутри слоя с тем, чтобы поддерживать концентрацию Н2О на оптимальном уровне, таком как эквивалентный парциальному давлению паров НгО в равновесии с электролитом в диапазоне от около 10 до 100 торр.
В одном воплощении реакция образования катализатора содержит реакцию образования НгО, которая служит в качестве катализатора для другого Н. Энергия может
высвобождаться в виде теплоты или света, или как электричество, когда такие реакции содержат реакцию на полуэлементе. В одном воплощении, в котором реагенты образуют НгО, которая выступает в качестве катализатора, реагенты могут содержать ОН-, который может быть окислен в НгО. Примеры реакций даются в раскрытии. Такая реакция может проходить в ячейке СШТ или в электролитической ячейке. Реакции катализатора может благоприятствовать НгО в переходном состоянии к продукту. Ячейка, кроме того, содержит источник атомарного Н. Источником Н может быть импульсный электролиз электролита, такого как содержащий по меньшей мере одно из гидроксида и НгО. Источник может быть гидридом, газообразным водородом, водородом, полученным в результате электролиза, гидроксидом или другими источниками, представленными в данном раскрытии. Например, анод может содержать металл, такой как Zn или Sn, при этом реакция на этом полуэлементе содержит окисление ОН" до воды и оксида металла. В присутствии образования НгО, при том, что НгО выступает в качестве катализатора получения гидрино, реакция также приводит к образованию атомарного Н. Анод может содержать гидрид, такой как LaNisHe, при этом реакция на полуэлементе содержит окисление ОН" до НгО с Н, обеспечиваемым гидридом. Реакция окисления происходит в присутствии Н из такого источника Н, как гидрид, который катализируется в гидрино с помощью образующейся НгО. Анод может содержать комбинацию металла и гидрида, при этом ОН" окисляется в НгО с образованием оксида или гидроксида металла и Н обеспечивается гидридом. В результате образования НгО, служащий в качестве катализатора, Н катализируется до гидрино. В другом воплощении окислитель, такой как СОг, или восстановитель, такой как Zn или А1 из R-Ni, могут реагировать с ОН" с образованием НгО и Н в качестве интермедиата, при этом часть Н во время реакции катализируется с помощью НгО в гидрино. В другом воплощении по меньшей мере одно из НгО и Н может образовываться в результате реакции восстановления по меньшей мере одного из компонентов, содержащих по меньшей мере одно из О и Н, таких как Нг, Н, Н*,
02, 03, 0+ъ , °3, О, 0+, Н20, Н30+, ОН, ОН", ОН", НООН, ООН", О", О2", °* и °% . Источником О может быть импульсный электролиз электролита, такого как содержащий по меньшей мере одно из гидроксида и Н20. В другом воплощении по меньшей мере одно из Н20 и Н может образовываться в результате реакции окисления, включающей по меньшей мере один из компонентов, содержащих по меньшей мере одно из О и Н, таких
как Н2, Н, Н+, 02, 03, °3+, °3 , О, 0+, Н20, Н30+, ОН, ОН*, ОН", НООН, ООН", О", О2", °* и
о2-
2 . Такая реакция может содержать реакцию, представленную в данном раскрытии. Реакция может проходить в ячейке СШТ или в электролитической ячейке. Реакции могут
быть такими, которые происходят в топливных элементах, таких как содержащие протонообменную мембрану, фосфорную кислоту, и в твердооксидных топливных элементах. Реакции могут проходить на аноде ячейки СШТ. Реакции могут протекать на катоде ячейки СШТ. Представительными катодными реакциями образования катализирующей Н20 и Н или образования промежуточных компонентов, которые могут образовывать катализирующую Н20 и Н на одном или обоих из катода и анода (противоположные реакции), которые могут проходить в водной или расплавленной среде с растворенной Н20, являются следующими
02+41^ + 46" в 2Н20
(61)
02 + 2Н+ + 2е" в Н202
(62)
02 + 2Н20 + 4е" в 40Н"
(63)
02 + Н+ + е" в Н02
(64)
02 + Н20 + 2е" в Н°2 + ОН"
(65)
02 + 2Н20 + 2е" в Н202 + 20Н"
(66)
02 + е" в °2
(67)
Я6> 2 +Н20 + 2е"в + ЗОН"
(68)
2Я°2 в20Н" + 02
(69)
Н202 + 2Н+ + 2е" в 2Н20
(70)
2Н202 в 2Н20 + 02
(71)
2Н20 + 2е- в Н2 + 20Н-
(72)
Н20 + Я°2 в Н2 + 02 + ОН"
(73)
02 + 20Н"в2Я°2
(74)
Я°2 +Н2ОвН2 + 02 + ОН"
(75)
Н20 в 2Н2 + 02
(76)
В другом воплощении катализатор или источник катализатора, такой как Н20 и О2- о1'
2 и 3 , может быть образован реакцией ОН" с 02. Примеры реакций:
1/202 + 20Н" в °2 +Н20 (77)
02 + 20Н"в °% +Н20 (78)
3/202 + 20Н"в2°2 +Н20 (79) В одном воплощении восстановленные разновидности кислорода являются источником НО, такого как ОН", которьш может быть окислен на аноде ячейки СШТ или
получен химически при реакциях твердого топлива. Реагенты ячейки, такие как анодные реагенты ячейки СШТ, кроме того, содержат Н2. Н2 реагирует с ОН, образуя Н и Н20 в активном состоянии, позволяющем Н20 выступать в качестве катализатора образования гидрино при реакции с Н. В качестве варианта, реагенты содержат источник Н, такой как гидрид или Н2, и диссоциатор, такой, что Н реагирует с ОН, образуя активный катализатор гидрино Н20, которая далее для образования гидрино взаимодействует с другим Н.
В одном воплощении ячейка содержит расплавленный солевой электролит, который содержит гидроксид. Электролит может содержать смесь солей. В одном воплощении смесь солей может содержать гидроксид металла и тот же самый металл с другим анионом данного раскрытия, таким как галогенид, нитрат, сульфат, карбонат и фосфат. Подходящими смесями солей являются CsN03-CsOH, CsOH-KOH, CsOH-LiOH, CsOH-NaOH, CsOH-RbOH, K2C03-KOH, KBr-KOH, KC1-KOH, KF-KOH, KI-KOH, KN03-KOH, KOH-K2S04, KOH-LiOH, KOH-NaOH, KOH-RbOH, Li2C03-LiOH, LiBr-LiOH, LiCl-LiOH, LiF-LiOH, Lil-LiOH, LiN03-LiOH, LiOH-NaOH, LiOH-RbOH, Na2C03-NaOH, NaBr-NaOH, NaCl-NaOH, NaF-NaOH, Nal-NaOH, NaN03-NaOH, NaOH-Na2S04, NaOH-RbOH, RbCl-RbOH и RbN03-RbOH. Смесь может быть эвтектической смесью. Ячейка может эксплуатироваться при температуре около точки плавления эвтектической смеси, но может функционировать и при более высоких температурах. Катализатор Н20 может быть образован окислением ОН" на аноде и реакцией с поступающим из источника Н. Источником Н может быть импульсный электролиза электролита, такого как содержащий по меньшей мере одно из гидроксида и Н20. Другой водородный источник содержит газообразный Н2, пропитьтающийся через металлическую мембрану, такую как из Ni, V, Ti, Nb, Pd, PdAg или Fe, что обозначается как Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2) или 430 SS(H2). Подходящие проницаемые для водорода электроды для щелочного электролита содержат Ni и сплавы, такие как LaNi5, благородные металлы, такие как Pt, Pd и Au, и никель или благородный металл, покрытый проницаемыми для водорода металлами, такими как V, Nb, Fe, сплав Fe-Mo, W, Мо, Rh, Zr, Be, Та, Rh, Ti, Th, Pd, Pd-покрытый Ag, Pd-покрытый V, Pd-покрытый Ti, редкоземельные элементы, другие тугоплавкие металлы, нержавеющая сталь (SS), такая как 430 SS, и другие такие металлы, известные специалистам в данной области. Модельная катодная реакция является следующей:
анод
1/2Н2 + ОН" в Н20 + е" или Н2 + ОН" в Н20 + е" + Н(1/р) (80) В одном воплощении источник по меньшей мере одного из кислорода и Н20
подается к ячейке и может выборочно снабжать катод. В одном воплощении Нг может выборочно подаваться к аноду, так, чтобы проходила анодная реакция, задаваемая уравнением (80). В одном воплощении по меньшей мере одно из Ог и НгО может подаваться к ячейке. В одном воплощении Ог или НгО могут добавляться к катодной полуячейке, так, чтобы проходили реакции
катод
М+ + е" + Н20 в МОН + 1/2Н2 М1" + 2е" + 1/202 в М20
Далее может быть добавлена Н20 для реакции М20+ Н20 в 2МОН
(81) (82)
(83)
В случае снабжения Ог полная равновесная реакция может быть сжиганием Нг, которьш восстанавливается отдельным электролизом НгО. В одном воплощении Нг подается на аноде, а НгО и при необходимости 02 поступают к катоду. Нг может быть выборочно вноситься прониканием через мембрану и НгО может выборочно вноситься барботажем пара. В одном воплощении над расплавленным электролитом поддерживается контролируемое давление пара НгО. Для отслеживания и контроля давления пара может использоваться датчик Н20. Такой датчик может быть оптическим, например, инфракрасным эмиссионно-спектроскопическим датчиком, или другими известными в данной области. Давление пара НгО может обеспечиваться при нагревании воды, содержащейся и транспортируемой инертным газом-носителем, таким как N2 или Аг, в котором температура содержащейся воды и скорость потока определяют давление пара, контролируемое датчиком. Ячейка может действовать непрерывно при удалении из ячейки пара и Нг, представляющих непрореагировавшие поставки и газы, которые образуются на аноде и катоде, соответственно, посредством отделения этих газов такими способами, как конденсация Н20 и повторное снабжение анода Н2 и катода Н20. В одном воплощении водяной пар снабжается водяным генератором, поддерживаемым в диапазоне температур около 20-100°С. В другом воплощении температура поддерживается в диапазоне от около 30 до 50°С. Давление водяного пара может поддерживаться в диапазоне от около 0,01 торр до 10 атм. В другом воплощении давление водяного пара поддерживается в диапазоне от около 31 торр до 93 торр.
Ячейки могут, кроме того, содержать источник кислорода, такой как воздух или газообразный 02, например, на катоде. Ячейки могут регенерироваться электролизом, добавлением Н2 или механически. В одном воплощении реакционная емкость может содержать материал, не поддающийся коррозии расплавленными гидроксидами, такой как никель или сплав монель. В одном воплощении по меньшей мере один из катода и анода
является литерованным, например, литерованным Ni электродом, таким как Ni, содержащий LiNiO. В воплощениях элементов с водно-щелочным или состоящим из расплава солей электролитом, которые разряжаются непрерывно или периодически с такой формой волны, которая представляет заряд в первый момент времени и разряд во второй момент, в которых ток может поддерживаться постоянным на протяжении по меньшей мере одного периода времени, анод может содержать гидрид, такой как гидрид никеля, LaNisHe или ЬагСоМдНб,
Подходящими расплавленными гидроксидными электролитами, которые при
О2'
восстановлении кислорода на катоде образуют пероксидные ионы, такие как 2 и НОО, являются LiOH и NaOH. Примеры реакций образования катализатора гидрино, такого как по меньшей мере один из ОН, НгО, Ог, пН и пО (п является целым числом), представлены катод
02 + 2е" в °2 (84)
02 + Н20 + 2е" в Н°2 + ОН" (85) анод
Н + Я°2 в Н20 + 1/202 + е" (86)
Н2 + Н°2 в Н20 + ОН + е" (87) В одном воплощении реагенты ячейки содержат пероксид или источник пероксида. Подходящими пероксидами являются Li202 и Na202. Пероксид или пероксидные ионы могут образовывать катализатор гидрино, такой как по меньшей мере одно из ОН и НгО. Модельные пути реакций даются уравнениями (61-79) и (80-83). Подходящими ячейками являются [№(Нг) / по меньшей мере одно из LiOH и NaOH и возможно другая соль, такая как LiX или NaX (X = галогенид), и пероксид или щелочной пероксид, такой как Li202 или Na202/Ni]. В одном воплощении электролит содержит по меньшей мере одно из смеси гидроксидов и других солей, которые благоприятствуют образованию одной или нескольких разновидностей кислорода посредством восстановления кислорода. Выбирается электролит для оптимизации восстановления кислорода до желательных продуктов восстановления кислорода, который, кроме того, оптимизирует зависимое образование катализатора и реакцию образования гидрино. В одном примере осуществления к эвтектической смеси LiOH-LiBr добавляются одно или несколько из NaOH или КОН для оптимизации получения электрической энергии от образования гидрино. В другом воплощении к катодным реагентам добавляется НгО или источник НгО с тем, чтобы вызвать преобразование высших оксидов, таких как пероксид и супероксид, в
гидроксид. Подходящей реакцией является восстановление О2 и НгО с образованием ОН" непосредственно или через промежуточные компоненты, такие как по меньшей мере одно из пероксидньгх, супероксидных и оксидных ионов, и НОО" и НООН.
В одном воплощении на катоде происходит восстановление кислорода до его разновидности, которая служит в качестве катализатора, или до разновидности, выступающей в качестве интермедиата, который далее вступает в реакцию образования катализатора. Такие разновидности или продукты дальнейших реакций могут быть по меньшей мере одним из компонентов, содержащих по меньшей мере одно из О и Н,
например, Н2, Н, Н+, 02, 03, °3+, °3 , О, 0+, Н20, Н30+, ОН, OFT*, ОН", НООН, ООН", О",
О2", 2 и 2 . В еще одном воплощении катодная реакция может быть согласованной с анодной реакцией. Катодная реакция с участием кислорода может приводить к образованию компонентов, которые обеспечивают энергетическое соответствие между Н и катализатором, оба из которых образуются на аноде, и при этом Н может реагировать с образованием гидрино. Примеры образующихся на катоде компонентов представлены О",
О2", °2, °2 , ОН", НОО", Н, Н2, О, ОН, Н20, 02, 03 и °3 . Анодная реакция может содержать окисление НО' в по меньшей мере одно из ОН, Н2О, О и Ог, при этом меньшей мере одно из ОН, НгО, О и Ог может действовать в качестве катализатора. В одном воплощении совместная реакция может содержать анодную реакцию ОН" в по меньшей мере одно из ОН и НгО (уравнения (90) и (91)), и катодная реакция может содержать
О2'
восстановление Ог до 2 (уравнение (84)). Подходящий электролит для
О2'
преимущественного образования 2 содержит по меньшей мере одно из LiOH и NaOH. В одном воплощении, кроме того, обеспечивается НгО для взаимодействия с по меньшей мере одним восстановленным кислородным компонентом. По меньшей мере один продукт может быть ОН". Источником по меньшей мере одного из кислорода и воды может быть воздух. Концентрация одного или нескольких из кислорода и НгО может контролироваться для управления по меньшей мере одним из генерируемых при образовании гидрино электрической и тепловой энергии. В одном воплощении выходная электрическая мощность ячейки оптимизирована. В одном воплощении С02 и СО удаляются из воздуха перед подачей в ячейку. Такое удаление может быть достигнуто при использовании сепаратора газа, известного специалистам в данной области. В одном воплощении для подавления образования карбоната из СО и СО2 гидроксидный электролит содержит добавку, такую как оксид. Подходящие добавки являются высококонцентрированными по воде оксидами Mg, Sb и Si, и оксианионами, такими как
пирофосфат и персульфат. Конкретные примеры представлены SiC> 2, MgO, SD2O3, Na2S20g и Na4P207; В одном воплощении, содержащем расплавленный электролит, такой как расплавленная основная соль щелочного металла, карбонат может быть удален реакцией с активным металлом, таким как щелочной металл. В одном воплощении, содержащем периодически заряжающуюся и разряжающуюся ячейку, ячейка закрыта для воздуха, что предохраняет от СО и СОг. В одном воплощении кислород от по меньшей мере одной реакции на полуэлементе поступает от электролиза, например, вследствие окисления по меньшей мере одного из НгО и ОН".
В одном воплощении расплавленный гидроксидный электролит и смеси, содержащие расплавленный гидроксид, содержат, кроме того, оксид, такой как оксид щелочного (М2О) или щелочноземельного (М'О) металла. Их концентрация может быть вплоть до насыщенной. Оксид может реагировать с гидроксидом или водой до достижения равновесной концентрации. Примеры реакций:
Li20 в Н20 в 21ЛОН
Li20 + 20Н" в 2LiO" + Н20
(88) (89)
Расплавленный гидроксидный электролит может, кроме того, содержать щелочной металл (М). В одном воплощении электролит содержит расплавленный гидроксид, при необходимости еще одну соль и по меньшей мере одно из М, МН, М2О, МОг или М2О2, где М - металл, такой как щелочной металл. В одном воплощении по меньшей мере одно из равновесий оксида, НгО, пероксида и супероксида сдвигается.
В одном воплощении энергия реакции элемента для образования катализатора, такого как по меньшей мере одно из НгО, ОН, О2, пН и пО (п = целое число), эквивалентна энергии такой реакции, происходящей в вакууме. Реакция может протекать в газе или конденсированной фазе, такой как жидкая фаза или твердая фаза. Жидкость может быть водной средой или средой расплавленной соли, такой как электролит. Реакция образования катализатора может содержать реакцию на полуэлементе. В одном воплощении встречная реакция на полуэлементе по отношению к той, при которой образуется катализатор, может происходить при напряжении около О В относительно стандартного водородного электрода (SHE). Подходящие величины напряжения находятся в диапазонах от около -0,5 В до +0,5 В, от -0,2 В до +0,2 В и от -0,1 В до +0,1 В относительно SHE. Катализатор образующей катализатор реакции в полуэлементе может быть по меньшей мере одним из НгО, ОН, Ог, пН и пО (п = целое число). Реакция образования катализатора и встречная реакция в полуэлементе могут быть следующими:
анод
ОН" + Н2 в Н20 + е" + Н(1/р); Н2 + 20Н" в 2Н20 + 2е";
(90)
ОН" в ОН + е"; ОН в О + Н(1/р)
(91)
катод
02 + 2Н20 + 4е"в40Н"
(92)
Суммарная реакция может быть: 2Н2 + 1/202 в Н20 + 2Н(1/р)
(93)
где по меньшей мере одно из Н20, ОН, 02, пН и пО (п = целое число) может выступать в качестве катализатора. В случае расплавленного гидроксидно-солевого электролита парциальное давление поступающей в ячейку воды может регулироваться таким образом, чтобы содействовать протеканию реакции образования ОН" по сравнению с другими реакциями восстановления 02 и Н20, например, такими, при которых образуется по меньшей мере одно из пероксида, супероксида и оксида. В одном воплощении по меньшей мере одно из температуры, давления 02, давления Н20, давления Н2 и концентрации ОН" контролируются таким образом, чтобы благоприятствовать реакции образования катализатора в полуэлементе и встречной реакции, что приводит к оптимальному образованию гидрино. Одна или несколько соответствующих реакций могут быть представлены уравнениями (90-93). Примером подходящей ячейки является [Ni/LiOH-LiBr/NiO] или подобная ячейка раскрытия, в которой в ячейку подается Н20 и генерируется Н импульсным электролизом.
В одном воплощении реакция гидрино происходит на катоде из возникающего Н, образующегося в ходе реакции источника Н, такого как ОН", ООН" или Н20. В одном воплощении в качестве катализатора служит возникающая Н20, образующаяся в процессе катодной реакции. В одном воплощении гидрино также образуется в ходе катодной реакции раскрытия, такой как реакция уравнения (92).
В одном воплощении реакция, при которой образуется катализатор Н20, имеет напряжение около 1,2 В, термодинамически скорректированное для рабочей температуры. В одном воплощении напряжение реакции образования катализатора в полуэлементе при 25°С относительно SHE составляет около 1,2 В. Подходящие величины напряжения находятся в диапазонах от около 1,5 В до 0,75 В, от 1,3 В до 0,9 В и от 1,25 В до 1,1 В относительно SHE при 25°С. Ячейка может функционировать в диапазоне температур от около 200°С до 1000°С или в диапазоне от около 250°С до 600°С. Подходящими реакции являются такие, при которых образуется Н20, при этом Н20 может служить в качестве катализатора, как представлено уравнениями (90) и (92) и уравнениями (121) и (122). Подходящими электролитами для достижения желательных величин напряжения являются расплавленный щелочной или щелочноземельный гидроксид, который может, кроме того, содержать другую соль, такую как галогенид. Подходящие смеси
представлены эвтектическими смесями солей, такими как гидроксид щелочного металла и галогенид, такими как LiOH-LiBr, NaOH-NaBr и NaOH-Nal. Пример щелочноземельного гидроксида представлен Sr(OH)2, Анод может снабжаться водородом с помощью по меньшей мере одного из импульсного электролиза, проникания и барботажа. Подходящие кислые электролиты являются водно-кислотными электролитами, такими как водная H2SO4 или НХ (Х-галогенид) или кислая ионная жидкость.
В одном воплощении водно-щелочной ячейки приводящая к получению катализатора реакция может быть представлена уравнением (90), а встречная реакция в полуэлементе, имеющая восстановительный потенциал относительно SHE около 0 В, является по меньшей мере одной из
02 + Н20 + 2е в Н°2 + ОН' (94) 02 + 2Н20 + 2е'вНООН + 20Н' (95)
02 + е'в°2 (96)
В одном воплощении концентрация Ог или материал катода могут быть изменены с тем, чтобы обеспечить реакцию с желательным потенциалом. Подходящими модельными ячейками являются [МН/КОН (насыщенный водный) / SC, Pd, Pt, Au, Ag или другой катод восстановления кислорода + воздух] и подобные ячейки раскрытия, где МН - гидрид металла, такой как LaNisHx. В качестве варианта, анод может быть проводником, таким как Ni, и Н производится импульсным электролизом.
В одном воплощении реакция Ni + I/2O2 в NiO имеет примерно такое же напряжение, как и реакция Нг + 1/20г в НгО, при которой образуется гидрино; таким образом, реакция NiO может поддерживать образование гидрино. Температура ячейки может находится в диапазоне от 250°С до 1000°С. В других воплощениях анод содержит такой материал, как металл, которьш образует содержащее кислород соединение, такое как по меньшей мере одно из оксида, гидроксида, или оксигидроксида, таким образом, что напряжение ячейки при рабочей температуре ячейки оказывается около напряжения реакции Нг + 1/20г в НгО. Напряжение может соответствовать находящемуся в пределах ±0,001 от 0,5 В или около ±0,01 от 0,2 В. Кроме того, LiOH является источником НгО по реакции 2LiOH в Li20 + НгО, при которой Н может преобразовываться в гидрино. Дегидратация LiOH может быть катализируемой ионами кислорода от восстановления Ог, которьш в конечном счете реагирует с металлом анода, таким как Ni, чтобы образовать оксид, такой как NiO.
В одном воплощении электролитической ячейки, содержащей гидроксидный электролит, такой как водный или расплавленный гидроксид, или такую смесь, как
гидроксид щелочного металла, такой как LiOH, Нг производится на катоде и Ог производится на аноде в результате электролиза НгО. Гидроксид электролита может быть образован водным раствором основания, такого как карбонат, такой как М2СО3 (М = щелочной металл). Ячейка может эксплуатироваться при повышенной температуре, такой как в диапазоне от около 25°С до 300°С, но может работать и при более высоких температурах. Ячейка может находиться под избыточным давлением для того, чтобы функционировать при температуре вблизи точки кипения и выше. В одном воплощении по меньшей мере одна реакция окисления ОН* в Н20 в присутствии Н на катоде и восстановления по меньшей мере одного из Ог и НгО в ОН" на аноде происходит с образованием гидрино. В одном воплощении образующийся на аноде кислород с помощью НгО восстанавливается на аноде до ОН", а образующийся на катоде Нг реагирует с ОН" при его окислении на катоде в НгО таким образом, что на аноде и катоде проходят реакции ОН" согласно уравнениям (92) и (90), соответственно. Катализатор может быть представлен образующейся на катоде НгО, которая реагирует с Н, также образующимся на катоде. Катод может быть металлом, который образует гидрид, таким как благородный металл, такой как Pd, Pt, V, Та или Au, или переходным металлом или сплавом, таким как Ni или LaNis, Катод может выступать в качестве бифункционального электрода для восстановления НгО в Нг и окисления ОН" в НгО в присутствии Н. Анод может содержать проводник, такой как металл, такой как благородный металл, например, Pt, Pd или Au, или переходный металл, или сплав, такой как Ni или LaNis, который выступает в качестве бифункционального электрода для окисления водного электролит до Ог и восстановления по меньшей мере одного из Ог и НгО в ОН". Морфология электрода может увеличивать площадь его поверхности. Примеры электродов, таких как Ni, представлены проволокой, спеченным электродом, листом или матом из Ni. В одном воплощении содержащая расплавленную соль ячейка с щелочным электролитом, такая как содержащая по меньшей мере одно из гидроксида и карбоната, содержит анод, которьш содержит по меньшей мере одно из никеля, оксида никеля, кобальта, оксида кобальта и легированного хромом никеля, катод, который может быть никелевым, из NiO, кобальта, оксида кобальта, Ag, оксида серебра, такого как Ag202, легированного Ag никеля и литированного оксида никеля и может содержать электролитический субстрат, такой как MgO, Li2Ti03 или LiA102. Электрод, такой как анод, может содержать NiO и другое соединение, которое стабилизирует NiO, такое как MgO или БегОз, которые могут образовывать Nii.xMgxO и МБегО,}, соответственно. В одном воплощении электрод, такой как анод, такой как NiO, может стабилизироваться посредством увеличения основности с помощью такого источника, как источник О2". Подходящими для увеличения основности
электролита источниками являются MgO, CdO, ZnO, РегОз, NiO, Ы2О, М0О2, Si02, AI2O3, СГ2О3, Ti02, Zr02, WO2 и другие подобные оксиды, которые служат в качестве источника О2". К электроду может быть добавлено и другое соединение, или же он может содержать добавку электролита или матрицу. Вклад тока реакции гидрино имеет направление, противоположное направлению тока электролиза, и может привести к дополнительному выделению тепла в ячейке. В одном воплощении ток периодически меняется на обратный во время фаз заряда и разряда цикла. В другом воплощении по меньшей мере один газ может переходить между полуэлементами ячейками таким образом, что происходит по меньшей мере одна из реакций образования гидрино, представленных уравнениям (90) и (92). Расстояние между электродами может быть минимальным для того, чтобы способствовать переходу газа. Газы могут перемещаться в ячейке таким образом, что описываемая уравнением (92) реакция ОН" по меньшей мере частично происходит на катоде и описываемая уравнением (90) реакция ОН" по меньшей мере частично происходит на аноде. Катализатор может являться НгО, образующейся на аноде из проходящего Н, который реагирует с дополнительным Н, который переходит от катода ко аноду. Анод может быть металлом, образующим гидрид, таким как благородный металл, например, Pt, Pd или Au, или переходный металл, или сплав, такой как Ni или LaNis, который выступает в качестве бифункционального электрода для окисления водного электролита до Ог и окисления ОН" в НгО в присутствии проходящего водорода. Катод может быть металлом, который образует гидрид, таким как благородный металл, такой как Pd, Pt или Au, или переходным металлом или сплавом, таким как Ni или LaNis, Катод может выступать в качестве бифункционального электрода для восстановления НгО в Нг и может дополнительно восстанавливать по меньшей мере одно из проходящего Ог и НгО в ОН". Таким образом, катод может содержать по меньшей мере одно из кислорода и катализатора восстановления НгО. В результате пересекающихся реакций высвобождается по меньшей мере одно из электрической и тепловой энергии, при этом ток имеет такую же полярность, как и ток электролиза, но напряжение имеет противоположную полярность. Таким образом, в случаях, когда осуществляется протекание постоянного тока электролиза, в одном воплощении напряжение ячейки снижается и увеличивается температура ячейки. Модельная электролитическая ячейка представлена [Pt / LiOH от 0,1 М до насыщенного водного / Pd]. В других воплощениях оба электрода являются Ni или один Ni, а второй из отличающегося материала, такого как Pt, Pd, материал DSA, другой благородный металл, углерод, Ag, материал раскрытия или один или несколько из этих материалов или других материалов раскрытия на субстрате, таком как Pt/Ti, и электролит является водным (aq) КОН или К2СО3 в диапазоне концентраций от около 0,1 М до
насыщенной. Конкретными примерами являются [PtTi / К2СО3 или КОН от 0,1М до насыщенного водного / Ni].
В одном воплощении электролит содержит водный раствор. Такой раствор может содержать основной раствор. Электролит может содержать водный гидроксид или карбонат, такой как по меньшей мере одно из КОН и К2С03> По меньшей мере один электрод может быть выбран из группы имеющих низкую реакционную способность по отношению к воде, таких как Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W и Zn.
В одном воплощении по меньшей мере один электрод, такой как анод, содержит гидроксид, такой как гидроксид переходного, или внутреннего переходного элемента, или щелочноземельного металла, такой как Ni(OH)2, Со(ОН)2, Си(ОН)2, Са(ОН)2, Sr(OH)2 или гидроксид In, Sn, Pb, As, Sb или Bi, такой как Bi(OH)3> Модельные ячейки представлены [Ni(OH)2 Со/КОН (aq)/NiO], [Ni(OH)2 Со Cu/KOH (aq)/NiO], [Co(OH)2 Co/KOH (aq)/NiO], [Со(ОН)2 Со Си /КОН (aq)/NiO] и [Са(ОН)2 Со/КОН (aq)/NiO].
В одном воплощении водный электролит может содержать смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного галогенида, такую как смесь гидроксидов и галогенидов щелочных или щелочноземельных металлов, такую как водный LiOH-LiBr. Примером ячейки является водная ячейка СШТ [Ni или Pt/Ti/LiOH-LiBr (aq) / Ni].
В воплощениях добавляемая к ячейке или водному растворителю вода может содержать Н20, D20, Т20 или водные смеси и изотопные смеси. В одном воплощении температура контролируется с тем, чтобы управлять скоростью реакции гидрино и, следовательно, мощностью ячейки СШТ. Подходящий диапазон температур составляет от окружающей до 100°С. Температура может поддерживаться около > 100°С посредством герметизации ячейки для создания избыточного давления и подавления кипения.
В одном воплощении, таком как по меньшей мере одно, содержащее ячейку с водным или включающим расплавленную соль электролитом, ячейка заряжается при постоянном подаваемом на ячейку напряжении, которое соответствует отрицательному потенциалу ячейки для реакции Н2 и 02 в Н20. Потенциал заряда может включать потенциал электролиза Н20 с перенапряжением, а также термодинамические составляющие напряжения. Ячейка может также заряжаться при постоянном токе, мощности или нагрузке, или же при регулируемом напряжении, токе, мощности или нагрузке. Ячейка может быть затем разряжена при постоянном напряжении, токе, мощности или нагрузке. Постоянное напряжение может быть достигнуто с использованием нагрузки, поддерживающей желательное напряжение разряда. В других воплощениях разряд может происходить при регулируемом напряжении, токе, мощности
или нагрузке, которые могут управляться с помощью по меньшей мере одного из регуляторов напряжения, тока, мощности и нагрузки. Параметры напряжения и тока могут содержать наклон в любом направлении, таком как, например, от минимума к максимуму при заряде и от максимума к минимуму при разряде. В одном воплощении разряд происходит в условиях, при которых максимизируется скорость реакции гидрино посредством обеспечения соответствия восстановительных потенциалов полуэлемента тем, при которых достигается оптимизация. В одном воплощении разряд поддерживается при постоянном напряжении на ячейке, соответствующем потенциалу ячейки для реакции Нг и Ог в Н20. Соответствующий потенциал может содержать сверхнапряжение, а также термодинамические составляющие напряжения. В других воплощениях по меньшей мере одно из напряжения и тока является вариабельным для того, чтобы достигнуть такого напряжения разряда, которое заставляет каталитическую реакцию гидрино происходить с максимальной скоростью. Потенциал ячейки представляет собой разность восстановительных потенциалов полуэлементов, которые могут содержать сверхнапряжение, а также термодинамические составляющие напряжения. Частота и другие характеристики заряда-разряда могут быть отрегулированы таким образом, чтобы максимизировать скорость реакции катализа гидрино. В одном воплощении обусловлена форма волны цикла таким образом, чтобы соответствовать подходящей нагрузке, или же обеспечивается соответствие нагрузки форме волны. В одном воплощении частота заряда-разряда может быть стандартной, такой же, как частота электрической сети. Частота может составлять 50 Гц или же она может равняться 60 Гц. Форма волны может быть приведена в соответствие с переменным током, таким как переменный ток в 60 Гц или 50 Гц. Частота может подразумевать взаимное осуществление заряда двумя ячейками, которые не совпадают по фазе цикла заряда-разряда таким образом, что одна может заряжать другую и наоборот. В еще одном воплощении ток может быть выпрямленным. Ток может подаваться к нагрузке в течение разряда как прямой ток, который может быть почти постоянным током. Батарея из ячеек СШТ может быть рассчитана на обеспечение постоянного тока большей продолжительности, чем продолжительность цикла любой конкретной индивидуальной ячейки.
В одном воплощении ячейка производит по меньшей мере одно из водорода и кислорода из Н20. В одном воплощении Н2 и 02 могут образовываться при разряде на аноде и катоде, соответственно, в ходе импульсного электролиза. В качестве варианта, эти газы образуются из Н20 спонтанно, что может быть независимым от электролиза. Энергия для осуществления самопроизвольной выработки из Н20 по меньшей мере одного из Н2 и 02 представлена энергией образования гидрино. По меньшей мере один из газов Н2 и 02
является реагентом для образования по меньшей мере одного из катализатора и гидрино. Механизм может включать по меньшей мере одно из электрохимической и реакции ионизации. Катализатор, такой как Н2О, может быть образован во время разряда, который, кроме того, реагирует с Н для образования гидрино. Реакция образования НгО во время разряда может быть обратимой на любой стадии функционирования ячейки, так, чтобы Н образовывался при разряде на аноде прямым и, при необходимости, независимым от образуемого электролизом способом. Кроме того или в качестве варианта к электролизу НгО в Н2 и Ог при разряде на аноде и катоде, соответственно, образование Н может быть самопроизвольным благодаря энергии, которая высвобождается для образования гидрино, при этом обе реакции могут происходить одновременно. В одном воплощении напряжение ячейки является таким, что электролиз Н2О происходит спонтанно с образованием гидрино. Реакция гидрино может по меньшей мере частично сохранять или поддерживать такое напряжение ячейки, которое обеспечивает по меньшей мере одно из развития электролиза Н20 и распространения реакции образования гидрино. В одном воплощении напряжение ячейки составляет около 0,8 ±0,5 В. Модельная ячейка, содержащая [Ni/LiOH-LiBr с возможной матрицей, такой как MgO/Ni] и снабжением Н2О, может эксплуатироваться в диапазоне температур около 280-500°С с напряжением ячейки около 0,8 ±0,2 В. Напряжение может поддерживаться по меньшей мере одним из импульсного электролиза и самопроизвольного электролиза с образованием гидрино. Модельная форма волны ячейки импульсного электролиза может включать стадию заряда до 0,8 ±0,2 В и поддержание этого напряжения в течение заданного времени прохождения разряда ячейки. Форма волны ячейки может далее разрядить ячейку под такими условиями, как при в постоянном токе, до предельного напряжения, такого как 0,6 ±0,2 В или в течение ограничительного времени, такого как 4 ±3 с. Самопроизвольный электролиз Н2О может иметь одну или несколько промежуточных стадий, которые включают реакцию по меньшей мере одного из анодного материала, электролита и твердого вещества, жидкости и газа в ячейке. Например, НгО может реагировать с анодным металлом М с образованием МО и Н2. Модельные твердые вещества, жидкости и газы представлены твердой матрицей, такой как MgO, ЫАЮг, 1л2ТЮз, L1VO3, СеОг, ТЮ2 и другие, представленные в данном раскрытии, Н2О2, О2, СО2, SO2, N2O, NO и N02, В качестве варианта, электролит может быть по меньшей мере одним из окисленного и восстановленного, и НгО также является реагентом. Модельные реакции самопроизвольного электролиза НгО: разряд на аноде
20Н" в 2Н + °2 + е- (97) 2Н в 2Н(1/р) (98)
в которых катализатор Н20 образован, например, реакцией уравнения (90).
разряд на катоде
°2 + Н20 + е" в 1/202 + 20Н" (99)
Суммарная реакция может быть:
Н20 в 1/202 и 2Н(1/р) (100) Н20в1/202иН2 (101) Другие примеры реакций самопроизвольного электролиза Н20:
разряд на аноде
20Н" в Н + НОО" + е" (102) НвН(1/р) (103)
в которых катализатор Н20 образован, например, реакцией уравнения (90).
разряд на катоде
НОО" + 1/2Н20 + е" в 20Н" + 1/402 (104) Суммарная реакция может представляться уравнениями (100) и (101). разряд на аноде
ЗОН"в02 + Н20 + Н + Зе" (105) Н в Н(1/р) (106) в которых катализатор Н20 также образуется, например, реакцией по уравнению (90). разряд на катоде
3/402 + 3/2Н20 + Зе" в ЗОН" (107) Суммарная реакция может представляться уравнениями (100) и (101). Водород и кислород из уравнений (97), (99), (102), (104) и (105) могут реагировать с образованием Н20 и ОН" согласно уравнения (90) и (92), соответственно. Другие кислородные компоненты, такие как оксид, пероксид, супероксид и НОО", и представленные в данном раскрытии реакции, такие как согласно уравнениям (61-79), могут быть вовлечены в самопроизвольный электролиз Н20 с образованием источника по меньшей мере одного из Н, катализатора и гидрино. В одном воплощении Н может быть образован при разряде на аноде и катоде, при этом гидрино предпочтительно образуется на одном электроде, таком как анод, так как на нем образуется катализатор. Модельной является ячейка с разрядом на Ni аноде и разрядом на NiO катоде, в которой гидрино предпочтительно образуется на Ni электроде. В дополнение к приведенным выше реакциям, реакция разряда на катоде может быть восстановлением Н20 в ОН" и Н2, а реакция на аноде может быть окислением
ОН", как указывается в вышеприведенных реакциях, и может, кроме того, содержать реакцию образования металлического оксида или гидроксида анода. В качестве варианта, оксид, такой как металлический оксид, такой как МО, может быть восстановлен на катоде. Восстановление может также включать и другие реагенты, такие как Н20. Примерами реакций восстановления являются преобразование МО в М и отрицательно заряженные ионы, содержащие кислород, такой как оксид, пероксид и супероксид, и восстановление NiO и Н20 в М и гидроксид. Помимо этого, в одном воплощении катализатор, такой как Н20, образуется при разряде на аноде. Ячейка в одном воплощении может действовать в режиме непрерывного разряда, при котором самопроизвольного образования Н и далее гидрино достаточно для поддержания желательной получаемой от ячейки электрической мощности. Для поддержания электрической мощности к ячейке может подаваться Н20. В качестве варианта и в комбинации, ячейка может работать с импульсным электролизом согласно системам и способам данного раскрытия. Весь избыточный водород от импульсного или самопроизвольного электролиза может аккумулироваться для целей другого коммерческого применения. В одном воплощении избыточный ток, поддерживаемый энергией от реакции гидрино, может проявляться или распространяться как самопроизвольный электролиз воды, что иллюстрируется реакциями уравнений (97-107). В одном воплощении реакции гидрино, включающие преобразование Н20 в гидрино, электричество и кислород или в содержащие кислород соединения или компоненты, могут содержать гидролитические реакции.
В одном воплощении для поддержания реакций самопроизвольного электролиза осуществляется управление давлением водяного пара. Давление водяного пара или композиция реакционной смеси может поддерживаться для поддержания ионов, которые поддерживают самопроизвольный электролиз, таких как по меньшей мере один из ОН", оксида, пероксида, супероксида и НОО". Некоторые ионы предпочтительно поддерживаются для содействия электролизу воды, образованию катализатора и Н и образованию гидрино. В модельных реакциях уравнений (97-107) давление водяного пара поддерживается для поддержания равновесной концентрации иона супероксида для соответствующего пути протекания реакции образования гидрино. Давление водяного пара может контролироваться с помощью водяного пара или парового генератора, в котором емкость для воды поддерживается при самой низкой температуре системы. Система может содержать водяной генератор, линию подачи водяного пара к ячейке и ячейку. Давление водяного пара в равновесии или в равновесном состоянии с реагентами может находиться в диапазоне от около 1 мкторр до 100 атм, от около 1 ммторр до 1 атм, или от около 1 торр до 100 торр.
В одном воплощении по меньшей мере один анион электролита может обратимо окисляться и восстанавливаться для переноса по меньшей мере части избыточного тока, генерируемого энергией реакции гидрино. Анион может содержать галогенид, такой как по меньшей мере один из Г и Вг". По меньшей мере одно из 12 и Вг2 может образовываться при разряде на аноде и по меньшей мере один из Г или Вг" может образовываться при разряде на катоде. Электролит может содержать расплавленную соль, которая может содержать смесь, такую как смесь гидроксида и галогенида, такую как содержащую катион щелочного металла, например, LiOH и по меньшей мере одного из Lil и LiBr. Электролит может, кроме того, содержать матрицу, такую как MgO. Ячейка может быть по меньшей мере частично закрытой для сохранения газообразного галогена с тем, чтобы он мог подвергнуться восстановлению. Ячейка может, кроме того, снабжаться по меньшей мере одним из источника кислорода, например, 02, и источника водорода, например, Н20. Снабжение может быть непрерывным или периодическим. Реакция соединения электролита, такого как галогенид, с по меньшей мере одним из кислорода и Н20 в условиях эксплуатации ячейки может иметь напряжение около нуля вольт. Напряжение может быть около нуля вольт в диапазоне по меньшей мере одного из ±1 В, ±0,5 В, ±0,25 В, ±0,1 В и ±0,05 В. Реакция образования газообразного галогена может быть
2LiI + 1/202 в Li20 +12 (108)
В другом воплощении избыточный ионный ток, вызванный энергией реакции гидрино, переносится халькогенидом, таким как оксидные ионы или сульфидные ионы, как представлено в данном раскрытии.
В одном воплощении ячейка снабжается источником кислорода, таким как газообразный 02. Кислород может быть по существу сухим. Содержание Н20 может составлять по меньшей мере менее 10 моль.%, 5 моль.%, 3 моль.%, 2 моль.%, 1 моль.%", 0,1 моль.%, 0,01 моль.%, 0,001 моль.% и 0,0001 моль.%. Газообразный 02 может обеспечиваться вместе с инертным газом, таким как благородный газ, такой как аргон, или азот. Содержание 02 может быть по меньшей мере в диапазоне от около 0,01 до 99,9 моль.%, от около 0,1 до 80 моль.%, от около 1 до 60 моль.%", от около 1 до 50 моль.%, от около 1 до 30 моль.% и от около 1 до 20 моль.%. Источник Н для образования гидрино может быть из электролита, такого как содержащий гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, такой как LiOH. Электролит может становиться обезвоженным во время разряда. Обезвоженный электролит может быть повторно гидратирован при снабжении ячейки Н20 из такого источника, как один из источников данного раскрытия. Повторная гидратация может выполняться непрерывно или в периодическом режиме. Ячейка может быть охлаждена до более низкой температуры и снабжена Н20 для
повторного гидратирования электролита. После этого температура ячейки может быть поднята до уровня рабочей температуры. Ячейка может находиться в состоянии непрерывного разряда или заряда или разряжаться в периодическом режиме. Форма волны и другие параметры заряда и разряда могут быть параметрами из данного раскрытия.
В одном воплощении ячейка снабжается источником кислорода, таким как газообразный 02. Реакционная способность 02 сильно зависит от концентрации. В одном воплощении кислородные компоненты, генерируемые реакциями ячейки, такими как электролиз в ячейке и реакции разряда, такие как реакция гидрино, и соответствующие концентрации контролируются посредством регулирования количества кислорода, подаваемого в ячейку или образующегося в ячейке. В одном воплощении концентрация кислорода выбирается и контролируется таким образом, чтобы реакции гидрино развивались без повреждений анода. Содержание 02 может составлять по меньшей мере менее около 10 моль.%, 5 моль.%, 3 моль.%, 2 моль.%, 1 моль.%, 0,1 моль.%, 0,01 моль.%, 0,001 моль.% и 0,0001 моль.%.
Электролит может быть расплавленной солью или водным щелочным раствором, таким как водный гидроксидный или карбонатный электролит, таким как гидроксид или карбонат щелочного металла или их смеси в любых желательных соотношениях. Электролит, такой как водный электролит, может содержать смеси М2СОз, МОН, M2S04, М3РО4, MN03 (М = щелочной металл). Примерами таких электролитов являются КОН, К2СОз, NaOH, Na2C03, LiOH и Li2C03 или их смеси, которые могут находиться в диапазоне концентраций от около 0,01 М до насыщенной. В одном воплощении с электролизом при импульсном или периодическом приложении напряжения или тока по меньшей мере одно из катода и анода может содержать бифункциональный электрод. Электроды могут содержать различные материалы для достижения желательных реакций. Каждый катод и анод, которые могут быть селективными по желательным реакциям окисления или восстановления и могут быть одним из или комбинацией переходного металла или сплава, такого как Ni или LaNis, углерод, покрытый углеродом Ni, легированный благородным металлом углерод, такой как Pt/C или Pd/C, или легированный другим металлом углерод, такой как углерод, легированный Мо или Ni, Pt-Ni сплав, Pt-покрытый Ni, Ag, Pb и благородный металл или сплав, такой как Pt, Pd или Au. Другие устойчивые проводники с подходящей способностью к окислению и восстановлению представлены известными специалистам в данной области. Водородный электрод, такой как отрицательный электрод, может содержать катализатор спилловера водорода, такой как Pt или Pd/C, или другие субстраты с большой площадью поверхности,
легированные диссоциатором водорода. Водородный электрод может содержать металл или сплав, который обеспечивает низкое перенапряжение для выделения Нг, такой как сплав по меньшей мере двух из Ni, Fe, Со и Мо, такой как Niss^Fe^vMo^^Coi^ie или с другими подобными соотношениями. Электрод может быть карбидом, боридом или нитридом, таким как ZrC или TiC; сажа, AC, ZrC, TiC, TiN, Ti3SiC2, TiCN, SiC, YC2, TaC, Mo2C, WC, C, HfC, Cr3C2, ZrC, VC, NbC, B4C, CrB2, ZrB2, GdB2, MgB2 и TiB2, которые могут быть легированными проводником. Электроды могут содержать по меньшей мере один из бифункциональных и биметаллических катодов и анодов. Водородный электрод или анод может содержать Ni, такой как Ni celmet, мат из Ni волокон, порошок Ni, Мо, Мо сетка, мат из Мо волокна, порошок Мо или любую комбинацию этих или других материалов с большой площадью поверхности. Электрод может быть активирован посредством образования по меньшей мере одного оксидного покрытия и включения компонентов из электролита, таких как ион щелочного металла, такой как в случае образования модельного литированного оксида никеля. Оксидное покрытие может быть получено при работе электрода в по меньшей мере частично кислородной атмосфере и подверганием воздействию источника кислорода. Ячейка может быть периодически заряжаемой и разряжаемой с начальной загрузкой кислорода, который исчерпывается с течением времени. Истощение может быть восполнено с потоком инертного газа, такого как благородный газ или N2, Оксидное покрытие может быть образовано предварительной обработкой электрода, такого как анод, в подходящем окисляющем растворе. Модельный раствор, подходящий для образования оксидной пленки на Ni, является щелочным раствором пероксида, таким как 0,6 М К2СОз/3% Н202. Активация может изменить напряжение по меньшей мере одной реакции в полуэлементе таким образом, что реакция образования гидрино становится более благоприятной. Активация может содержать изменение напряжения реакции в полуэлементе, включающем электролит, при котором каталитическая реакция образования гидрино становится благоприятной, тогда как при отсутствии активации ее протекание неблагоприятно. В одном воплощении электролит является по меньшей мере одним из вовлекаемых в реакцию в полуэлементе ячейки, а также реагентом для образования по меньшей мере одного из катализатора и Н. Активация может включать приспособление энергии катализатора в ходе его образования из электролита для соответствия тому, что требуется для принятия энергии от водорода для получения гидрино. Примеры электролиты представляют гидроксиды щелочных металлов или смеси солей, такие как смесь гидроксида и другой соли, такой как галогенид. Примеры смесей электролита активированной ячейки могут содержать LiOH-LiBr, NaOH-NaBr, КОН-KBr и другие комбинации гидроксидов и галогенидов, таких как
щелочные. В качестве водородного электрода или анода могут служить и другие металлы данного раскрытия, содержащие оксидное покрытие, образованное для активирования электрода в целях образования гидрино. В другом воплощении активированным может быть электролит. Активация может выполняться подверганием воздействию кислорода или источника кислорода. Активация может содержать образование кислородных компонентов, такой как по меньшей мере одно из оксида, пероксида и супероксида. Электролит может содержать гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, и может, кроме того, содержать другую соль, такую как галогенид, такой как галогенид щелочного металла. Пример электролита, активированного воздействием кислорода при повышенной температуре, такой как в диапазоне от около 100°С до 1000°С, представляет КОН-КВг. Образование кислородных компонентов может изменить основность на благоприятствующую образованию гидрино. В еще одном воплощении по меньшей мере одно из реакции в полуэлементе и напряжения изменяется в результате активации для способствования образованию гидрино. В одном воплощении, чтобы вызвать активацию, в ячейку добавляется кислород или источник кислорода. Кислород может находиться в ничтожно малом количестве, таком как в диапазоне от 0,1 ч./млн. до 10 об.%, однако достаточном для поддержания оксидного покрытия на электроде, таком как анод, для стимулирования реакции гидрино. Механизм стимулирования может содержать по меньшей мере одно из обеспечения атомарного Н и регулирования напряжения реакции в полуэлементе по меньшей мере одного полуэлемента таким образом, чтобы соответствовать более благоприятному для протекания катализа Н с образованием гидрино. Кислород может влиять на напряжение полуэлемента, такое как по меньшей мере одно из реакции восстановления 02, такой как реакция 02 и Н20 в ОН", и реакции на аноде с образованием Н20. Эффект может быть прямым - через химию Н и О или косвенным - посредством изменения поверхности электрода с помощью образования оксидного покрытия. Оксидное покрытие может воздействовать на перенапряжение по меньшей мере одной реакции в полуэлементе таким образом, чтобы сделать реакцию образования гидрино более благоприятной.
В одном воплощении выполняется регенерация катода разряда посредством его взаимодействия с окислителем, таким как подаваемый к катоду кислород. Регенерация может выполняется периодически, когда это необходимо. Подходящими примерами катодных материалов являются катализаторы восстановления кислорода, такие как NiO, МО, легированный Ag, Ag, AgO и другие данного раскрытия. Окислитель, такой как кислород, может подаваться в ячейку. В этом случае анод разряда может быть защищен от окисления приложением к аноду достаточного для предотвращения его окисления
отрицательного напряжения. Анод может быть Ni или Ni сплавом, таким как Ni Сг, таким как 98/2%. Достаточное напряжение может быть превышающим предсказываемое примером Нернста, таким как превышающее 0,863 В для Ni анода, 1 атм 02 и при температуре ячейки 800 К. Окислитель, такой как кислород, может быть удален такими средствами, как откачка, и ячейка возвращена к нормальному режиму функционирования.
В одном воплощении источник кислорода, такой как газ Ог, вливается в ячейку. Кислород может обеспечивать по меньшей мере одно из увеличения потенциала разряда ячейки, повышения скорости восстановления кислорода, увеличения тока ячейки, и по меньшей мере частично потребляется во время разряда. Скорость потока Ог может регулироваться таким образом, чтобы поддерживать давление, которое поддерживает надлежащее напряжение ячейки, такое, которое является достаточно отрицательным на аноде, так, чтобы анод был защищен по меньшей мере от одного из окисления и коррозии. Надлежащее напряжение ячейки может быть около, равняться или превышать напряжение окисления анодного проводника, такого как металл или сплав, такой как Ni с Ог при давлении снабжения. Давление Ог может контролироваться подходящим датчиком кислорода, а скорость потока регулироваться таким образом, чтобы поддерживать надлежащее напряжение ячейки. В качестве варианта, параметры заряда и разряда, такие как пиковое и минимальное напряжение, частота импульсов заряда-разряда и токи заряда и разряда, могут регулироваться в дополнение или независимо от регулирования давления Ог, чтобы поддерживать защищающее анод напряжение. В одном воплощении объем ячейки может быть ограничен так, чтобы запас 02 мог быть по существу потреблен в течение разряда. Запас 02 может пополняться во время заряда или другой фазы цикла ячейки. В одном воплощении ограниченный объем ячейки является таким, чтобы давление 02 падало до такого уровня, при котором напряжение уравнения Нернста оказывается ниже напряжения разряда ячейки. 02 может распространяться в ограниченный объем во время заряда через управляемый вентиль. Парциальное давление 02 может контролироваться с помощью сенсорного устройства, такого как масс-спектрометр.
В одном воплощении по меньшей мере одно из анодного и катодного материалов может быть отличным от по меньшей мере двух различных биполярных пластин пакета ячеек. Различные материалы вызывают разность в напряжении ячейки. Разность в напряжении ячейки одной ячейки относительно по меньшей мере одной другой ячейки, имеющей отличающуюся биполярную пластину, может защитить по меньшей мере один электрод ячейки от корродирования. Различающиеся материалы могут чередоваться по всему пакету с тем, чтобы предупреждать электродную коррозию по меньшей мере
одного из анода и катода. Чередующиеся анодные материалы могут содержать различные аноды, содержащие Мо и сплавы Мо, такие как по меньшей мере одно из MoNi, MoCu, МоВ, МоС, MoSi и других данного раскрытия.
Примерами электродов являются анод, содержащий одно из Ni, Ni-Al или Ni-Cr сплавов, такой как содержащий около 10% Сг, и катод, содержащий по меньшей мере одно из NiO, Ni, Со, СоО, Ag и Си. Катод Ag может быть представлен частицами Ag, диспергированными на углероде. Оптимальное содержание находится в диапазоне от около 20 до 30 масс.%. Анод может содержать металл, образующий оксид, при этом свободная энергия образования, приходящаяся на по меньшей мере один атом металла или атом кислорода, является такой же, как и энергия образования Н20 из Н2 и 02. Энергии могут соответствовать в пределах от около 10% до 300%, или от около 10% до 100%, или от около 10% до 50%. Примеры металлов представлены Ni, Мо, Cd, Sn, W и Pb. Другие подходящие анодные металлы или их сплавы являются по меньшей мере одним, выбираемым из группы Cu, Ni, CuNi, NiMo, СиМо, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl и Sn. В одном воплощении и катод, и анод находятся по существу в погруженном состоянии, так, чтобы большая часть, если не весь кислород, потребляемый во время разряда, генерировался бы в ходе электролиза импульсной электролитической ячейки. Примерами ячеек являются [по меньшей мере одно из Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl ИЛИ Sn /LiOH-LiBr/Ni/NiO импульсный электролиз]. В одном воплощении по меньшей мере один электрод, такой как анод, может быть намагниченным. Намагниченный электрод может содержать ферромагнитный металл, такой как Ni, Fe, Со или сплавы. В одном воплощении анод может содержать слои различных материалов, таких как проводники, таких как металлы. Анод может содержать биметаллический или мультиметаллический электрод. Один слой может устанавливать оптимальное напряжение для обеспечения энергии, благоприятной для развития реакции гидрино, а другой может нести ток. Примеры материалов для образования биметаллического электрода, такого как анод, представлены по меньшей мере двумя из Ni, Мо и сплава Н242, Катод также может содержать некоторое количество слоев, являясь мультиметаллическим, например, биметаллическим электродом, таким как состоящий из Ni и Ag или других комбинаций катодных материалов данного раскрытия.
Катод может содержать электрод восстановления кислорода, такой как оксид марганца, такой как Мп02/С, Мп2Оз/С или МпООН. Другими подходящими катодами восстановления 02 являются по меньшей мере один из Pt/C или Pt сплав/С, такой как PtRu/C, Lao> 5Sro,5Co03/C, СоТРР/С, Ьао.бСаодСоОз/С, Pt/CNT/C, Pr0> 8Cao,2Mn03, CoTMPP/C,
ЬаМпОз/С и МПС02О4/С. Так как анод разряда в течение импульсного цикла также служит в качестве катода электролиза, в дополнение к обычным электродам могут применяться материалы анода разряда, отличающиеся от используемых в стандартных щелочных топливных элементах. Кандидатами для этого являются другие переходные металлы, такие как Ti и V, внутренние переходные металлы и сплавы, такие как Nb, Hg и амальгамы, такие как AgHg, редкоземельные элементы и сплавы, такие как LaNis, и металлы или металлоиды и сплавы Групп III, IV, V и VI. В одном воплощении анод разряда содержит материал, который образует устойчивый гидрид. Подходящие анодные материалы содержат пористый материал, такой как порошок. Порошок может содержать стабилизаторы или ингибиторы потери активности. Потеря активности может являться следствием уменьшения площади поверхности под действием таких механизмов, как проявляющиеся при спекании. Подходящие стабилизаторы или ингибиторы являются сплавами, такими как Ni-Cr сплав, такой как содержащий от около 2 до 10 масс.% Сг, и диоксид циркония, такой как содержащий 20 масс.%) Zr02, добавленного, например, к пористому Ni или Со. Кроме того, подходящие анодные материалы содержат LiFesOs, ЬаСгОз, МпО и ТЮ2, легированный Nb или Та, керамику с осажденным Ni или Си, например, LiA102 или А120з и SrTiO^ Подходящие катодные материалы содержат NiO, СоО, MNi02, M2Ni02, MCo02, M2Co02, MFe02, M2Fe02, Li2Mn03, Mg-Li2Mn03, Mn-LiFe02, ЬаМпОз, SrTi03, LiCr02, LiA102, LaNi03, LaCo03, Zr-ZnO, MM'02, M2M'02, MM'Ox, M2M'Ox (x = целое число, M = щелочной, М' = переходный металл или другой металл, такой как А1) и М2М'Ох, легированный магнием, такой как LiFei.yMgyO (у> 0,03). В одном воплощении пористость электродов находится в диапазоне от около 20 до 95% или от около 50 до 75%. Диаметр пор может находиться в диапазоне от около 1 до 50 мкм или от около 3 до 10 мкм.
Подходящие катализаторы реакции восстановления кислорода (ORR) электродов, таких как катоды, содержат по меньшей мере одно из Ni, Ni-Al сплава, такого как около 515 ат.%) А1, сплава N13AI и Ni-Nb, Mn02, Ag, СоОх-МпОх смешанной валентности, тетраметоксифенилпорфирина металла, такого как (CoTMPP, FeTMPP-Cl/C), нитрида металла и смешанных оксидов переходных металлов, таких как шпинели, перовскиты и пирохлоры, такие как А2В2ОбО'. В одном воплощении модельные катализаторы ORR основаны на индивидуальных оксидах или смесях, или имеют структуру шпинели, перовскита или пирохлора, такую как NiO, NiO/Ni, NiO + по меньшей мере одно из Dy (например, около 1-10 масс.%), Со304, Ьа20з, MgO и Fe203, литерованного NiO, Ni на субстрате, таком как PTFE, Mn02, Ag, С03О4, La203, ЬаМОз, шпинели АВ204, где А = Мп, В = Со, NiCo204, ЬаМпОз и ЬаМОз, По меньшей мере один из анода и катода может быть
литерованным NiO, при этом упоминание в данном раскрытии электрода в виде обозначения Ni может по меньшей мере частично включать NiO и при необходимости
Li+Ni2+ NiuO
частично литерованный NiO ( * х~2х х х <0,5), или легированный литием NiO, а также Ni. Электрод, такой как катод ORR, может содержать Со-фталоцианины и подобные соединения, такие как Co-C-N и Fe-C-N, Pt или другие благородные металлы или сплавы, такие как Pt с Fe, Со или Ni, Pd, сплавы Pd, такие как Pd-Fe, Pd-Co, Pd-Co-Au и наночастицы Vd^Fe/C, Ru или соединения рутения, такие как кристаллические халькогениды в виде фаз Шевреля (например, МбХв, где М = высоковалентный переходный металл и X = S, Se, Те; (Мо, Ru^Seg), наноструктурные кластеры Ru и Ru-Se, хелатные соединения Ru-N, селениды Ru, такие как Mo4Ru2Ses и RuxSey, углерод и легированные углеродные нанотрубки и графен, такие как углеродные нанотрубки, легированные N. Электроды могут, кроме того, содержать сажу, связующие агенты, токосъемники и тефлоновые мембраны. Для получения однородного распределения катализатора по большей площади поверхности на углероде могут применяться золь-гелевые и методы с использованием обратных мицелл. Ячейка может, кроме того, содержать сепаратор, который может быть селективным в отношении ионного обмена. Ион может быть гидроксидным ионом щелочного элемента. В одном подходящем примере осуществления мембрана может содержать полиариленсульфон с боковыми группами четвертичного гуанидиния. Электрод может содержать составной электрод для восстановления и выделения кислорода. Последний может применяться, например, в импульсной электролитической ячейке. Такой электрод может быть бифункциональным, пригодным для восстановления и выделения кислорода, при этом активность обеспечивается отдельными соответствующими слоями катализатора, или же бифункциональным может быть электрокатализатор. Конструкции электрода и ячейки могут быть известными в данной области для металл-воздушных батарей, таких как Fe-или Zn-воздушные батареи, или их подходящей модификацией, известной специалистам в данной области. Подходящая конструкция электрода содержит токосъемник, газово-диффузионный слой, который может содержать углерод и связующее вещество, и активный слой, который может быть бифункциональным катализатором. В качестве варианта, электрод может содержать слои восстановления Ог на одной стороне токосъемника и слои выделения 02 с другой стороны. Первый может содержать внешний слой газовой диффузии в контакте с источником кислорода и пористый, гидрофобный слой катализатора в контакте с токосъемником; тогда как последний может содержать пористый, гидрофильный слой катализатора в контакте с электролитом на одной стороне
слоя и токосъемник с другой стороны. Бифункциональный воздушный электрод может содержать Lai.xAxFei.yMn03 (А = Sr или Са), Ьао.бСао^Соо.вВодОз (В = Mn, Fe, Со, Ni или Си), Ьао,бСао,4Со03. и Ьао,7Сао,зСоОз.. Дальнейшие примеры OR-катализаторов и бифункциональных катализирующих катодов представлены РсЮгЛМОз, карбидом, таким как смесь ТаС + WC + W2C + TiC, Ni с Со/Се покрытием, Мп02 + С + PTFE; изопропоксидом Мп + активированный С + 12% PTFE; 5% Мп02 +75% С (смесь 30% ЕС-600JD и 70% АВ-50) + 20% PTFE; 5% Мп02 (Мп3+/Мп4+) + 70% С (60% PWA + 40% газовой сажи) (PTFE-тефлон ЗОВ); GDL: 30% EC-600JD + 70% АВ-50; Мп02 + С (активированный уголь + ВР2000) + PTFE; распределение частиц Мп02 по размерам 20-26 мкм 30% Мп02 + 20% активированный уголь + 20% сажи + 30% PTFE; 20% Mn02 + 66% С + 14% PTFE; каталитический слой: 20% Мп02 + 70% активированного угля + 10% PTFE; GDL: 15% сажи + 85% PTFE; 11% гамма-Мп02 + 41% С (ВР2000) + 48% PTFE; Mn02 катод + PTFE + 2-20% абсорбирующего материала, такого как используемый в аноде гелеобразующий материал; Mn02; Ag/CNC; Ag на№ губке; AgW2C/C; AgMnC"4 + 510%) Mn02 + С + PTFE; катализатор на серебре Ренея + PTFE=5:1 (масс.%) (24 мг см"2); Ag20 + 10% LaNi03; 5% Ag + 15% ВР2000 + 10% Daxad + 60% тефлона RPM T-30; 50% (20% CoTMPP/C) + 50% (15% CoO*+ 5% МпСУС); 2,5% MnO* + 7,5% СоСУС; 4% CoTMPP + 15% ВР2000 + 60% тефлона RTM T-30; Mn02 и/или AgN03 (Pt, Co304); 10% CoTMPP/C + нафион + FEP + покрытое FEP волокно PTFE; CoTMPP + МпСУС; 60% MTLIN/C + PTFE; №Со2Сч шпинель; Мп^Соз-^ + PTFE (0 < x < 1) шпинель; перовскит; ЬаМпОз; LaCo03; LaNiOs; LaCr03; ЬаРеОз; Lao.sSro^FeOs; Lao,6Sro,4Feo,6Coo,403; Lao^Sro^Feo.eMno^OsjLaNiOs; LaCoSrCb; РЬ2М2.ХРЬ*07-У; Ni, Co, гидроксид Fe + сажа + PTFE; Ag + Pt + Mn02 + С + PTFE 10% Pt/C; железо-воздушный топливный элемент (подобный ZAFC) с щелочным электролитом: CuS04, NiW04, WC + 20% Со; WS2 + WC или WC + 1-20% Co; WS + С + PTFE; WC + Ag + С PTFE (FEP); 30 частей Ag + 30 частей WC (покрытых 12% Co) + 32 частей PTFE + 90 частей сажи; 3% (5-10%) Ag (ORR) + ~[7% (10%-15% FeW04) + 7% (10%-15%) WC + -12% (10%-15%) Co (OER) + -54% C] + -22% PTFE, Ag с содержанием 2 мг см"2; [ORR-Ag] + [OER-C0WO4 + WC + WS2 + NiS + 1015% Co] + PTFE; ORR катализатор [(0,3-2%) CoTMMP + (4-10%) LaNii^Co* + (1-4%) Ag + (18-32%) Co*0, + OER катализатор (1-20%) WC + (1-20%) Co + (1-7%) FeW04 + (1-7%) NiS] + AB-50 + PTFE; каталитический слой: 63,5% XC500 + 15% PTFE + 13% MnS04 + 8,5% La203; 15% PTFE + 69% XC500 + 8% Mn02 + 8% La203; 58% XC500 + 15% PTFE + 19% AgN03 + 8% MnS04; GDL: 65% С + 35% PTFE; OER электрод 30% Ag + 70% LaNi03; Lai-^Fei-^MiijCb (A=Sr, Ca); Lao,6Cao,4Coo,8Feo,203, и другие подобные воплощения, имеющие эти или подобные композиции и соотношения композиций, известные
специалистам в данной области. В еще одном воплощении катод может содержать оксид, гидроксид или оксигидроксид, который может, кроме того, содержать металл анода. В подходящих примерах катод содержит оксигидроксид Мо, W, Hf или Та, а соответствующий анод содержит металл или сплав металлических Мо, W, Hf или Та, соответственно.
Электрод, такой как анод, может содержать Ni в виде мата, фольги, порошка или проволоки, чистый или легированный другим металлом, таким как по меньшей мере один из благородного металла, переходного металла, внутреннего переходного металла, такой как Мо, редкоземельные металлы и металлы Групп III, IV, V или VI, такие как Pt, Ru, Rh, Pd, Ag, La, Hf, сплавы Hf, например, Hf и по меньшей мере один из Zr, Fe, Ti, Nb, Та, Ni и W, Re, Ir, Au, Co, Mn, Cu Zn, Al, Sn, Pb, Bi и Те. Анод может содержать по меньшей мере одно из металла, металлического сплава, смеси металлов и соединения, которое может содержать по меньшей мере один металл. Смесь может содержать домены индивидуальных металлов, которые могут, кроме того, включать границы зерен на пересечениях различных металлических доменов. Домены могут также содержать сплавы металлов. Домены могут также содержать по меньшей мере одно соединение, которое может содержать по меньшей мере один металл. Домены могут находиться в электрическом контакте друг с другом. В одном воплощении размер доменов оптимизируется для максимизации скорости реакции гидрино. Оптимизация может также содержать образование анода, который является коррозионностойким. В одном воплощении размер доменов минимизируется. В одном воплощении размер домена является таким, что его радиус находится в диапазоне по меньшей мере одного из от около 1 нм до 1 см, от около 10 нм до 5 мм, от около 100 нм до 1 мм, от около 100 нм до 500 мкм и от около 1 мкм до 50 мкм.
Смесь может содержать по меньшей мере одно из: (i) по меньшей мере одного металла, (ii) по меньшей мере одного сплава, при этом каждый содержит по меньшей мере два металла, и (iii) по меньшей мере одного соединения, при том, что каждый может содержать по меньшей мере один металл. Металлический компонент одного или нескольких металлов, сплавов и соединений может быть подобным или отличающимся. Примеры сплавов, смесей и соединений могут выбираться из группы Мо и по меньшей мере одного другого элемента, содержащего проводник или образующего проводящий сплав с Мо, такой как МоВ, MoN, MoSi, МоР, МоС и Мо, и по меньшей мере одного переходного металла, такой как MoNi, MoCu и МоСо, NiBi, NiCd, NiNb, NiCr, NiCo, NiCu, MoNi, HfNi, TaNi, WNi, VNi, ZrNi, CdNi, NbNi и TiNi, Sn или сплав либо смесь Sn, например, SnAg, SnAl, SnAs, SnAu, SnBa, SnBe, SnBi, SnCa, SnCd, SnCd, SnCe, SnCo,
SnCr, SnCu, SnFe, SnGa, SnGe, SnHf, SnHg, Snln, SnK, SnLa, SnLi, SnMg, SnMn, SnNa, SnNb, SnNd, SnNi, SnP, SnPb, SnPd, SnPr, SnPt, SnS, SnSb, SnSe, SnSi, SnSr, SnTe, SnTi, SnU, SnV, SnYb, SnZn и SnZr, Al или сплав либо смесь, например, AlAs, AlAu, А1В, AlBa, AlBe, AIBi, AICa, AlCd, AlCe, AICo, AlCr, AlCs, AlCu, AlDy, AlEr, AlFe, AlGa, AlGd, AlGe, AlHf, AlHg, AlHo, Alln, A1K, AlLa, AlLi, AlMg, AIMn, AlMo, AINa, AINb, AINd, AINi, AlPb, AlPd, AlPr, AlPt, AlPu, AIRe, AlRu, AlSb, AISc, AlSe, AISi, AISm, AlSn, AlSr, AlTa, AlTe, AlTh, AITi, AlTiMo, A1T1, A1U, A1V, A1W, A1Y, AlYb, AlZn и AlZr, Hf или сплав либо смесь, например, Hf и по меньшей мере одного из Zr, Fe, Ti, Nb, Та, Ni и W, например, HfAl, HfB, HfBe, HfC, HfCo, HfCr, HfCu, HfFe, HfGe, Hflr, HfMn, HfMo, HfNb, HfNi, НЮ, HfRe, HfSn, HfTa, HfTh, HfTi, HfU, HfW, HfZr и Hfln, Mo, сплав Mo, смесь Mo или соединение, такое как MoSi2, TZM (Mo (-99%), Ti (-0,5%), Zr (-0,08%)), MoB, MoAl, MoGa, Moln, MoC, MoSi, MoGe, MoSn, MoPb, MoN, MoP, MoAs, MoSb, MoBi, MoS, MoSe, MoTe, MoCu, MoCo, MoCr, MoFe, MoGe, MoHf, Molr, MoOs, MoNb, MoNi, MoPd, MoPt, MoRe, MoRh, MoRu, MoS, MoSi, MoTa, MoTh, MoTi, MoU, MoV, MoW, нитрид молибдена, NiCrMoTaNb и MoY, Cr, сплав Cr, смесь Cr, W, W сплав или смесь, например, WA1, WB, WC, WCo, WCr, WFe, WHf, WMo, WNb, WNi, WOs, WPb, WPd, WPt, WRe, WRh, WSi, WTa, WTi, WV и WZr, Та и Та сплав или смесь, например, TaAl, ТаВ, ТаС, ТаСо, TaCr, TaFe, TaHf, ТаМо, TaNb, TaNi, TaPd и TaRh, сплав или смесь ванадия, например, VB, VCu, VFe, VGa, VLa, VMn, VMo, VNb, VNi, VPd, VPt, VRe, VRh, VSi, VTa, VTi, VU, VW, VY и VZr, сплав или смесь металла, образующего при температуре ячейки нестабильный оксид, такой как сплав или смесь Ag или Hg, например, AgMo, AgNi, HgMo, HgNi или AgHg. Дальнейшие примеры сплавов или смесей представляют MoTiAl, MoVAl, NiZrMo, NiMgMo, NiAlMo, NiCuMo, NiMoSi, NiCrSi, сплавы инконель, такие как 625 (21% Cr, 9% Мо, 4% сплава Nb-Ni), инконель 622, С-276 и 686, сплавы хастеллой, хастеллой С22, сплавы Ni-Cr-Mo-W, 56aNi-22Cr-13Mo-3W-3Fe-2,5*Co-0,50*Mn-0,35*V-0,08*Si-0,010*C (а- остальное; * - максимально), углеродистая сталь, сплав 20, 242 или 556 (например, Hayes Int.), сплавы или смеси Mg, например, MgMo, MgAg, MgAl, MgBi, MgCd, MgAICo, MgCu, MgFe, MgGa, MgGd, MgHg, Mgln, MgLa, MgMn, MgNi, MgPb, MgPr, MgSb, MgSc, MgSi, MgTi, MgY, MgZn и MgZr, TiAl, CU6C04, сплавы или смеси ВМо, сплавы или смеси Са, сплавы или смеси La, такие как LaTiAl, сплавы или смеси MoAg; сплавы или смеси MoSi и MoCr; SnZrMo, сплавы или смеси CrNiMo, MnNiMo, MoTi, MoPb, ТаС, сплавы или смеси MoS, сплавы или смеси, содержащие по меньшей мере одно из Ti, Nb, Fe, Мо и TZM. Электрод, такой как анод, может содержать углерод или его сплав либо смесь, например, СоС, CrC, CuC, FeC, GeC, HfC, IrC, LaC, LiC, MnC, MoC, NbC, NiC, ReC, SiC, TaC, TiC, VC, WC, YC и ZrC. Дополнительными модельными
сплавами или смесями являются МоМп, MoSi-переходный металл, например, MoCuSi, MoCoSi и MoNiSi, MoSiC, переходный металл-SiC, YSiC, LaSiC, ZrSiC, HfSiC, NbSiC, TaSiC, WSiC, MoNiC, NiMoFe, MoCoC, MoCuC, LaNiC, MoHfNi, NiZrHf, MoTiNi, TiNbMo, CoCuC, CoCuSi, NiZrTa, NiMoTa, NiMoW, NiMoNb, CrMoW, VNbTa, TiZrHf, LaNiMo, LaNiHf, LaNiTa, LaNiMo, LaNiW, LaNiNb, LaNiCr, LaNiV, LaNiTi, LaNiZr, LaNiSc, LaNiY, NiZrW, NiZrNb, переходный металл-Zr-Mo, такой как MoTiZr, MoSi, MoC, Ni-TZM, MoZrNi, LaNi5Mo, LaNi5Hf, LaNi5Ta, LaNi5Mo, LaNi5W, LaNi5Nb, LaNi5Cr, LaNisV, LaNi5Ti, LaNisZr, LaNisSc, LaNisY и LaNisC. Пропорции могут быть любыми желательными, такими как около 50-50 масс.% для случая биметаллических соотношений и 33-33-33 масс.% для триметаллических соотношений. В одном содержащем Мо воплощении Мо находится в выражаемом в ат.% большинстве относительно любого другого компонента. По меньшей мере один электрод, такой как анод, может содержать сплав молибдена, содержащий молибден и по меньшей мере одно из меди, никеля, кремния, бора и углерода, такой как борид молибдена, такой как М02В5, силицид молибдена, такой как MoSi2, силикоборид молибдена, такой как MosSiB2, борокарбид молибдена, такой как MoBi4C, и карбид кремния-молибдена, такой как MoSiC. В одном воплощении анодный сплав содержит первичный металл, благоприятствующий образованию гидрино, и по меньшей мере один другой проводник. Например, анод может содержать Мо и по меньшей мере один другой элемент, содержащий проводник или образующий проводящий сплав. Модельными сплавами являются МоВ, MoN, MoSi, МоР, МоС и MoSiB. Соотношения проводников могут быть любыми желательными. Соединение может содержать халькогенид, такой как халькогенид металла, такой как оксид, сульфид, селенид или теллурид. Сплав может содержать халькогенид, например, сплав металл-S, такой как MoS. Соединение может, кроме того, содержать по меньшей мере одно из гидроксида и оксигидроксида. Примерами соединений, содержащих по меньшей мере одно из оксида, оксигидроксида и гидроксида, являются соединения Мо, W и переходных металлов, таких как по меньшей мере один из Ni, Fe, Си и Со. Модельными ячейками являются [NiMo, МоСо, MoCu, MoSi, МоС, Ni-TZM, MoZrNi, RuMo, RhMo, OsMo/LiOH-LiBr-MgO/NiO или СогОз-СиО-МО импульсный электролиз + 02]. Модельные ячейки, содержащие R-Ni анод разряда, представлены [R-Ni/K2C03 0,6 М aq/нафион или целгард/углерод или Ni импульсный электролиз]. В других воплощениях электродный металл или сплав могут содержать слой или покрытие, которые могут быть нанесены электролизом, например, электролитическим осаждением, или осаждением из пара или плазмы, таким как способы данного раскрытия.
В одном воплощении анод может содержать проводник, такой как металл, который
образует защитное оксидное покрытие для предотвращения дальнейшего окисления. Оксидное покрытие может быть устойчивым по меньшей мере к одному из 02 и Н20. Покрытие может быть стабильным в щелочном электролите, таком как электролиты данного раскрытия, например, в расплавленной смеси солей, такой как составленная из гидроксида и галогенида, например, щелочных металлов, таком как LiOH-LiBr, который может, кроме того, содержать матричный материал, такой как MgO. Ячейка может быть функционировать в режиме прямого разряда или в периодически заряжаемом, при котором время заряда меньше времени разряда. Ячейка может эксплуатироваться таким образом, чтобы количество Н, образующегося при электролизе в течение зарядки, было меньше того, которое вызывает неблагоприятное разложение оксидного покрытия. Примерами металлов анода, которые образуют защитное оксидное покрытие, являются переходные и внутренние переходные металлы и сплавы, такие как Cr, V, Ti, Мо, TZM, Hf и Та. Источником водорода может быть водород от дегидратации гидроксидного электролита, такого как LiOH, при этом соответствующая реакция для обеспечения Н20 в качестве источника Н представлена реакцией 2LiOH в Li20 + Н20. Ячейка может функционировать в условиях импульсного заряда-разряда или непрерывного разряда без снабжения Н20, при котором электролит может подвергаться повторной гидратации в периодическом режиме. По меньшей мере один эксплуатационный параметр, такой как температура ячейки, может быть изменен перед и после стадии повторной гидратации. Например, температура ячейки может быть снижена, выполнена подача Н20 и далее температура ячейки может быть восстановлена до исходной рабочей температуры. В одном воплощении ячейка может снабжаться источником кислорода, таким как 02. Примеры ячеек с Н от дегидратации LiOH, которые могут эксплуатироваться в режиме импульсного заряда-разряда или в состоянии непрерывного разряда, представлены [Ni-Mo или Co-Ni/LiOH-LiBr-MgO/NiO сухой воздух] и [Ni/LiOH-LiBr-MgO/NiO сухой воздух]. В качестве варианта, Н может обеспечиваться из подаваемой Н20, что иллюстрируется ячейкой [Ni/LiOH-LiBr-MgO/NiO Н20-аргон].
В одном воплощении электролит выбирается таким образом, чтобы анод, такой как аноды из данного раскрытия, такие как Ni и Мо, был устойчив к коррозии при рабочих параметрах ячейки, таких как температура, которая также может выбираться таким образом, чтобы поддерживать стабильность анода. Примерами электролитов являются электролиты из группы LiOH-Li2S04, LiOH-Li2S04-MgO, LiOH-Li3P04, LiOH-Li3P04-MgO, LiOH-Li2Se04, LiOH-Li2Se04-MgO, LiOH-Li3P04-MX, LiOH-Li3P04-MX-MgO, LiOH-Li2Se04-MX, LiOH-Li2Se04-MX-MgO (M = щелочной металл, X = галогенид), LiOH-LiI, LiOH-Lil-MgO, LiOH-Lil-LiBr, LiOH-Lil-LiBr-MgO, LiOH-LiCl-LiBr, LiOH-LiCl-
LiBr-MgO, M(OH)2-MX2, M(OH)2-MX2-MgO, M(OH)2, M(OH)2-MgO (M = щелочноземельньш металл). Примерами ячеек, которые могут функционировать в температурном диапазоне от около 290 до 500°С, являются [Mo/LiOH-LiS04/NiO Аг-1,5% 02 + Н20], [Mo/LiOH-Li2S04/NiO Аг-1,5% 02], [Mo/LiOH-Li2S04-MgO/NiO Аг-1,5% 02 + Н20], [Mo/LiOH-LiS04-MgO/NiO Аг-1,5% 02], [Mo/LiOH-Lil/NiO Аг-1,5% 02 + Н20], [Mo/LiOH-Lil/NiO Аг-1,5% 02], [Mo/LiOH-Lil-MgO/NiO Аг-1,5% 02 + Н20], [Mo/LiOH-Lil-MgO/NiO Аг-1,5% 02], [Mo/LiOH-Lil-LiBr/NiO Аг-1,5% 02 + Н20], [Mo/LiOH-Lil-LiBr/NiO Аг-1,5% 02], [Mo/LiOH-Lil-LiBr-MgO/NiO Аг-1,5% 02 + Н20], [Mo/LiOH-Lil-LiBr-MgO/NiO Аг-1,5% 02], [Mo/LiOH-LiCl-LiBr/NiO Аг-1,5% 02 + H20], [Mo/LiOH-LiCl-LiBr/NiO Аг-1,5% 02], [Mo/LiOH-LiCl-LiBr-MgO/NiO Аг-1,5% 02 + H20], [Mo/LiOH-LiCl-LiBr-MgO/NiO Ar-1,5% 02], [Mo/M(OH)2-MX2/NiO Ar-1,5% 02 + H20], [Mo/M(OH)2-MX2/NiO Ar-1,5% 02], [Mo/M(OH)2-MX2-MgO/NiO Ar-1,5% 02 + H20], [Mo/M(OH)2-MX2-MgO/NiO Ar-1,5% 02], [Mo/M(OH)2/NiO Ar-1,5% 02 + H20], [Mo/M(OH)2/NiO Ar-1,5% 02], [Mo/M(OH)2-MgO/NiO Ar-1,5% 02 + H20] и [Mo/M(OH)2-MgO/NiO Ar-1,5% 02] где M = щелочноземельньш или другой подходящий катион. В не имеющем Н20 воплощении ячейки электролит может быть повторно гидратируемым в периодическом режиме.
В случаях, когда электродный материал является растворимым в электролите, может быть добавлен ингибитор коррозии. Ингибитор может содержать соединение, такое как оксианион или галогенид, содержащий металл анода, такой как Мо, Вт, Hf, Та, и переходный металл, такой как Ti. Например, Мо анод с электролитом, содержащим LiOH, может окислиться с образованием Мо02, Li2Mo03 или Li2Mo04, которые растворимы в щелочах. Этот продукт может позволить достичь насыщения или добавляется к электролиту, чтобы достичь насыщения с тем, чтобы ингибировать коррозию. В одном воплощении концентрация Li2Mo03 или Li2Mo04 составляет от 0,1 до 10 масс.% или около от 0,5 до 3 масс.%. В качестве варианта, дополнительно ингибирует коррозию такая добавка, такая как борат лития, силикат лития, MgO, MoXn (X = галогенид, п = целое число), например, МоВг2 или МоВгз, MoS2, MoSe2, МоТе2, Bi3M'Mo2Oi2, где М' может содержать переходный металл, такой как Fe или Sc, М'Мо04, где М' может содержать щелочноземельный или переходный металл, такой как Mg, Ca, Sr, Ва, Mn, Fe, Co, Cu и Zn, или M'2Mo04, где M' является щелочным металлом. M'Mo04 или М'2Мо04 могут, кроме того, служить в качестве источника катализатора с образованием М(ОН)2 или М'ОН, соответственно, при котором ОН" может реагировать с Н, чтобы образовать катализатор Н20. Добавка может содержать полианион, такой как один из W или Мо, такой как поливольфраматный или полимолибдатный ион или соединение. В одном воплощении по
меньшей мере одно из анода, катода или компонента электролита могут содержать Мо или W бронзу. Такая бронза может содержать Мх"\Юз или МхМоОз (х <1), где М - катион металла, такого как щелочной или щелочноземельньш металл, например, Li. Бронза может содержать материал с большой площадью поверхности. Бронза может быть получена пленочным литьем. Пленочное литье может находиться на субстрате, таком как металлическая губка, такая как Ni, Мо или W металлическая губка, например, Ni celmet. Реагенты пленочного литья для получения бронзы могут нагреваться. Нагревание может проводиться в восстановительной газовой среде или может содержать восстановительную экзотермическую реакцию, известную в данной области. В примере способа образуется W бронза посредством восстановления смеси Li2W04 и W03 с Н2 при температуре красного каления. В качестве варианта, может быть получена вольфрамовая бронза с помощью некоторых восстановительных методик, таких как нагревание нормальных вольфраматов с металлическим вольфрамом. Мо бронза может быть образована аналогичным образом с заменой W на Мо и другими способами, известными специалистам в данной области. Примеры ячеек представляют [молибденовая или вольфрамовая бронза/LiOH-LiBr MgO разделитель/NiO + 02 + Н20], [Мо-молибденовая бронза/LiOH-LiBr MgO разделитель/NiO + 02 + Н20] и [W - вольфрамовая бронза/LiOH-LiBr MgO разделитель/NiO + 02 + Н20]. В одном воплощении добавка может сдвигать потенциал уравнения Нернста в строну благоприятствования образованию воды, а не окислению анодного металла. В другом воплощении добавка Мо02, Li2Mo03 или Li2Mo04 содержит матричный материал, при этом электрод, такой как анод, может содержать металл или проводник, отличный от Мо. Модельная ячейка представлена [Ni/LiOH-LiBr + Мо02, Li2Mo03 или Li2Mo04/Ni + воздух; импульсный электролиз]. В одном воплощении катод может содержать соединение, содержащее металл анода, такой как Мо. Модельная ячейка представляет [Mo/LiOH-LiBr /MoeSes или оксигидроксид молибдена; импульсный электролиз]. В одном воплощении катод и анод могут содержать источник одного и того же металла, сплава или элемента, который может мигрировать от одного электрода к другому. Анод и катод могут в периодическом режиме меняться в процессе импульсного заряда-разряда таким образом, что периодически анод разряда становится катодом разряда. Примером мигрирующих металлов, сплавов или элементов являются Cd, Ni, CdNi, Мо и MoNi. Так как Мо растворяется в основании, a Ni нет, одним примером осуществления, имеющего Мо матрицу, такую как матрица Li2Mo04 с Ni анодом, является [Ni/LiOH-LiBr (матрица Li2Mo04)/Ni-NiO, импульсный электролиз с обоими погруженными электродами]. В одном воплощении к электролиту может быть добавлено соединение, которое образует устойчивый сплав на аноде. Один пример представлен
растворимым соединением Ni, таким как №Вгг, которое образует устойчивый сплав MoNi с Мо анодом в содержащей Мо анод ячейке, такой как [Mo/LiOH-LiBr NiBr2/Ni-NiO импульсный электролиз].
В одном воплощении окисленный анод разряда может быть восстановлен приложением отрицательного потенциала для восстановления анода разряда. Чтобы вызвать регенерацию, электролиз может выполняться при более высоком отрицательном напряжении, чем обычно. Таким образом, для выполнения стадии регенерации анод разряда делается катодом электролиза. В ходе этой стадии может генерироваться водород, чтобы также внести свой вклад в восстановление избыточного оксида для того, чтобы анод мог быть восстановлен в функциональное состояние. Величина прикладываемого напряжения ячейки может находиться в диапазоне от около 0,5 В до 5 В, или от около 1 В до 2 В, или от около 1 В до 1,5 В. В одном примере осуществления ячейка, такая как [Mo/LiOH-LiBr-LiiMoCVNiO воздух], содержит Мо анод, при этом Мо нанесен на анод электролитическим осаждением посредством по меньшей мере периодического приложения напряжения, достаточного для того, чтобы вызвать электроосаждение. В одном воплощении диапазон напряжений заряда и разряда ячейки в процессе импульсного электролиза выбирается и контролируется так, чтобы препятствовать корродированию анода с нежелательной скоростью. Это напряжение может быть определено с помощью уравнения Нернста для реакций коррозии, при этом напряжение может поддерживаться более высоким, чем то, при котором скорости реакций коррозии оказываются заметными. В одном воплощении к электролитической поверхности анода присоединяется отрицательный вывод с тем, чтобы поддержать отрицательный потенциал на границе раздела электролита и анода.
В одном воплощении коррозия по меньшей мере одного электрода снижается или предотвращается посредством управления по меньшей мере одним из соответствующего потенциала полуэлемента и ячейки. Импульсный заряд и разряд и форма волны разряда может контролироваться таким образом, чтобы ослаблять или предотвращать окисление электрода, такого как анод. Форма волны может приспосабливаться, исходя из по меньшей мере одного из композиций электрода и электролита и концентраций или давлений компонентов, поступающих в ячейку или генерируемых в ячейке, таких как 02 и НгО. В одном воплощении продукт реакции по меньшей мере одного электрода с компонентами в ячейке, такими как по меньшей мере один из кислорода и электролита, добавляется в качестве добавки, подавляющей реакцию коррозии электрода. Подавление может обеспечиваться посредством уменьшения напряжения Нернста таким образом, чтобы его величина была меньше соответствующего напряжения полуэлемента или
ячейки. Примерами анодных компонентов и соответствующих добавок являются Мо или сплав Мо и М0О2, М0О3 или L12M0O4, Ti или А1, такой как, например, сплав AITi, и ТЮг, ЫгТЮз, AI2O3 или ЫАЮг, углерод или карбид, такой как М02С, и Ь1гСОз, борид, такой как МоВ, и В2О3 или Li2B40y, силицид, такой как MoSi2 и Si02 или ЫгБЮз, Коррозия может, кроме того, подавляться посредством контролирования по меньшей мере одного из давления кислорода и НгО и температуры ячейки, а также добавлением газа, такого как СОг или N2 в случае анода, содержащего, соответственно, карбид или нитрид. Температура ячейки может контролироваться таким образом, чтобы оптимизировать кинетику ячейки и по меньшей мере одно из напряжений полуэлемента и ячейки. Для подавления коррозии температура ячейки может снижаться. Температура может быть уменьшена посредством подбора электролита с более низкой температурой плавления. Например, температура плавления электролита LiOH-LiBr может быть снижена посредством добавления некоторого количества NaOH, КОН или RbOH. Альтернативный гидроксид также может повысить скорость восстановления кислорода.
В одном воплощении к ячейке может быть добавлен ингибитор коррозии. В одном воплощении к электролиту добавляется продукт анодной реакции окисления. Этот продукт может изменить потенциал Нернста так, чтобы подавить коррозию, при этом форма волны может быть приспособлена, чтобы соответствовать способствующему подавлению коррозии изменению потенциала. В одном воплощении может контролироваться форма волны для электролитического осаждения продукта коррозии во время импульсной фазы заряда. Форма волны может контролироваться для оптимизации чистого баланса электрической энергии, учитывающего энергию, потребляемую при электролизе продукта коррозии. Форма волны может быть оптимизирована относительно концентрации продукта коррозии, добавляемого или производимого in situ. Форма волны может включать временные интервалы и напряжения, оптимальные для электролитического осаждения ионов каждого составляющего анод металла из электролита на анод. Форма волны и концентрации добавок могут быть так отрегулированы, чтобы воспользоваться напряжением и кинетическими параметрами осаждаемых добавок или продуктов для сохранения желательной композиции электродного сплава. В одном воплощении с анодом, который окисляется с образованием более одного иона металлов, соотношения металлических ионов электролита регулируются таким образом, чтобы поддерживать тот, который дает по меньшей мере одно из самой высокой полезной мощности и наибольшей энергетической эффективности с соответствующей формой волны. Соответствующая желательная форма волны и композиция содержащего добавки электролита могут быть определены циклической
вольтамперометрией.
В одном воплощении электролит может содержать галоидное соединение анода. Катион соединения может обеспечивать общий ионный эффект подавления коррозии анода. Примером анода является переходный элемент, такой как Ni или Со, а галоидное соединение может быть №Вгг или СоВгг, соответственно. Электролит может быть водным или расплавленной солью, такими как представлены в данном раскрытии. В одном примере осуществления соединение, которое обеспечивает общий ион или вступает в реакции с образованием общего иона, представлено по меньшей мере одним из Li2SC"4, и Ы2РО4, и C0SO4, и СоРСм, Матрица может содержать общий ион продукта коррозии анода, такой как оксидный ион. Такой оксид может включать оксид, представленный в данном раскрытии. В одном примере осуществления MgO обеспечивает общий О "ион для подавления коррозии анода, такой как коррозия элемента переходной группы анода в оксид, такой как Со или Ni в СоО или NiO, соответственно. В другом воплощении матрица содержит соединение, содержащее оксид анода и другое соединение, такое как по меньшей мере одно матричное соединение данного раскрытия. Примерами соединений являются сложный оксид магния-кобальта, которая может служить в качестве матрицы и может предотвращать образование оксида кобальта из кобальта, содержащегося в аноде. Эта матрица может обеспечивать общие ионы Со и О2" для предупреждения коррозии анода. В еще одном воплощении Ni или Си заменяют Со. Анод может содержать NiCo. В одном воплощении источником общего оксидного иона является по меньшей мере одно из CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, Мо02, Ti02, Zr02, Si02, A1203, NiO, FeO ИЛИ Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V2O5, P203, P2O5, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, WO2, W03, Cr304, Сгг03, СгОг и Cr03> В одном воплощении источник общего иона предупреждает образование по меньшей мере одного из СоО, NiO и М0О2. Матрица, такая как по меньшей мере одна из матриц данного раскрытия, может быть растворимой в электролите, так, чтобы не осаждаться на по меньшей мере одном электроде.
В одном воплощении анод содержит Мо или сплав Мо, такой как Мо-переходный металл, например, TZM, Н242, MoNi, МоСо, MoCu, MoFe, FeMoCo, MoV, MoCr, MoMn, MoW и МоМ1М2, в которых Ml и M2 - переходные металлы. Другие воплощения анодов содержат другие сплавы Мо, содержащие дополнительные переходные металлы или другие металлы и соединения. В одном воплощении напряжение на ячейке в течение процесса периодического электролиза и разряда поддерживается выше электрического потенциала, не допускающего существенного окисления анода. В одном воплощении напряжение ячейки поддерживается в диапазоне, который препятствует образованию на аноде по меньшей мере одного из оксида и соединения, содержащего по меньшей мере
один элемент электролита. В одном воплощении ячейки СШТ, содержащем анод, содержащий Мо или сплав Мо, поддерживается диапазон напряжений предотвращающий образование по меньшей мере одного из Мо02, М0О3, 1л2МоОз и Li2Mo04 и других оксидов или соединений Мо. Это напряжение может быть определено с помощью уравнения Нернста для реакций коррозии, при этом напряжение может поддерживаться более высоким, чем то, при котором скорости реакций коррозии оказываются заметными. В примерах осуществления нижний предел напряжения находится около того, который отвечает образованию оксида или оксидного соединения, при этом стандартные потенциалы непосредственного образования или в виде суммы соответствующих реакций при 800 К соответствуют около Е° в пределах +/-0,5 В, +/-0,25 В или +/-0,1 В:
Мо + 02 в Мо02 (Е° = 1,14V)
(109)
Мо + 2Н20 в Мо02 + 2Н2 (Е° = 0,086V)
(ПО)
Мо + 1,502 в МоОз (Е° = 0,936V)
(111)
Мо + ЗН20 в МоОз + ЗН2 (Е° = -0,12V)
(112)
2LiOH + Li20 в Н20 (Е° = -0,133 V)
(113)
41ЛОН + Мо в Мо02 + 2Li20 + 2Н2 (Е° = -0,047V)
(114)
2LiOH + Мо + 02 в Мо03 + Li20 + Н2 (Е° = 0,8 IV)
(115)
2LiOH + Мо + 1,502 в МоОз + Li20 + Н20 (Е° = 0,89V)
(116)
Как известно специалистами в данной области, стандартные напряжения могут
быть изменены согласно уравнению Нернста для соответствующей реакции(-й) посредством изменений концентраций реагента и продукта, а также рабочей температуры. Например, нижнее предельное напряжение для ослабления коррозии, такое как по меньшей мере одно из Е° уравнений (109-116), может быть снижено добавлением по меньшей мере одного из Мо02, МоОз, 1л2МоОз, Li2Mo04, Li20 и Н2 и восстановлением 02. Предел напряжения для восстановления Мо02 может быть снижен посредством повышения температуры, при котором модельная температура ячейки превышает 300°С. Пример диапазона импульсного заряда-разряда при около 800 К с поддерживаемыми подходящими для избежания коррозии концентрациями реагента и продукта, согласно уравнению Нернста представлен по меньшей мере одним из находящихся в диапазоне от около 0,5 В до 2 В, от около 0,6 В до 1,5 В, от около 0,7 В до 1,3 В, от около 0,8 В до 1,2 В, от около 0,8 В до 1,1 В, от около 0,9 В до 1,1 В, от около 0,8 В до 1 В и от около 0,5 В до 2 В, от около 0,5 В до 1,5 В, от около 0,5 В до 1,3 В, от около 0,5 В до 1,2 В, от около 0,5 В до 1,1 В, от около 0,5 В до 1,1 В, от около 0,5 В до 1 В, от около 0,6 В до 2 В, от около 0,6 В до 1,5 В, от около 0,6 В до 1,3 В, от около 0,6 В до 1,2 В, от около 0,6 В до 1,1 В, от около 0,6 В до 1,1 В, от около 0,6 В до 1 В, от около 0,7 В до 2 В, от около 0,7 В до 1,5 В,
от около 0,7 В до 1,3 В, от около 0,7 В до 1,2 В, от около 0,7 В до 1,1 В, от около 0,7 В до 1,1 В, от около 0,7 В до 1 В, от около 0,8 В до 2 В, от около 0,8 В до 1,5 В, от около 0,8 В до 1,3 В, от около 0,8 В до 1,2 В, от около 0,8 В до 1,1 В, от около 0,8 В до 1,1 В, от около 0,8 В до 1 В, от около 0,9 В до 2 В, от около 0,9 В до 1,5 В, от около 0,9 В до 1,3 В, от около 0,9 В до 1,2 В, от около 0,9 В до 1,1 В, от около 0,9 В до 1,1 В, от около 0,9 В до 1 В, от около 1 В до 2 В, от около 1 В до 1,5 В, от около 1 В до 1,3 В, от около 1 В до 1,2 В, от около 1 В до 1,1 В, от около 1,1 В до 2 В, от около 1,1 В до 1,5 В, от около 1,1 В до 1,3 В и от около 1,1 В до 1,2 В. Диапазон напряжений будет изменяться при различных рабочих температурах. Например, из стандартных восстановительных потенциалов (М. S. Antleman, F. J. Harris, Encyclopedia of Chemical electrode Potentials ("Энциклопедия химических электродных потенциалов"), Plenum Press, NY, (1982)) для реакций в полуэлементе при STP, напряжение для восстановления молибдатного иона до Мо равно
1,45 В:
Мо042" + Н20 + бе" в 8 ОН" + Мо (Е° = -1,05 V) 2Н20 + 02 + 4е" в 40Н (Е° = 0,41V)
(117) (118)
В одном воплощении материал катода и концентрация или давление реагентов катодного полуэлемента и таких продуктов, как Ог, Н20 и гидроксид, контролируются таким образом, чтобы обеспечить напряжение катодного полуэлемента, которое с реакцией анодного полуэлемента и напряжением обеспечивает такое напряжение ячейки, которое по меньшей мере ослабляет коррозию анода. Материал катода может быть Ni или NiO и может, кроме того, содержать оксиды других металлов, таких как Cr, Mn, Со, Fe, V и Ag, а также другие переходные металлы, редкоземельные металлы, внутренние переходные металлы и металлоиды для того, чтобы регулировать напряжение катодного полуэлемента. Помимо этого, для управления вкладом в катодное напряжение может контролироваться по меньшей мере одно из степени легирования щелочным ионом, например, литерованием, окисления и площади поверхности.
В одном воплощении напряжение для реакции окисления анодного материала и водорода является по существу одинаковым. Примером анодного материала является Мо, для которого Ео образования оксида Мо составляет при 800 К около 1,1В, соответствуя Ео реакции превращения водорода и кислорода в Н20 при 800 К. Соответствие может находиться внутри +/-30%, +/-20%, +/-10%, +/-5% или +/-1%. Соответствие может контролироваться изменением концентрации по меньшей мере одного из реагентов и продуктов, а также температуры согласно уравнению Нернста. Соответствие может, кроме того, контролироваться легированием металла анода по меньшей мере одним другим металлом. Легирующая добавка может включать сплав. Примерами таких сплавов
являются сплавы Мо, такие как MoNi, МоСо, MoCu, MoFe, CoMoFe, TZM и H242, Сплав может содержать Мо или Мо и по меньшей мере один другой элемент, такой как по меньшей мере один переходный металл, такой как Fe и Со, и, кроме того, содержать по меньшей мере одно из серы и кислорода. В одном воплощении каждый компонент сплава может иметь напряжение, которое соответствует напряжению окисления водорода. Примером материала является анод, содержащий Мо и Fe, такой как сплав или смесь MoFe, при этом Ео образования обоих из М0О2 и РегОз при 800 К составляет около 1,1 В. В одном воплощении соответствие напряжений окисления электрода и окисления водорода относится к водной ячейке. Такая ячейка может иметь рабочую температуру ниже 100°С. Пример электрода для реакции гидрино представлен никелевым электродом, таким как Ni катод водной электролитической ячейки или анод ячейки СШТ, так как напряжение для окисления никеля при 298 К составляет около 1,1 В, приблизительно равняясь напряжению сгорания Нг при 298 К.
В одном воплощении ячейка действует при напряжении или внутри диапазона напряжений, позволяющего избегать восстановления защитного оксидного покрытия, такого как покрытие Мо электрода, такого как покрытие анода. В другом воплощении напряжение поддерживается внутри диапазона, контролирующего желательную толщину оксида. Диапазон напряжений поддерживается посредством управления формой волны заряда и разряда. Напряжение, кроме того, может поддерживаться выше того, при котором происходит чрезмерная коррозия. Чрезмерно толстое оксидное покрытие может образовываться при напряжении ниже желательного нижнего предела. В примерах осуществления верхний предел находится около того, который отвечает образованию оксида или оксидного соединения, при этом стандартные потенциалы непосредственного образования или в виде суммы соответствующих реакций при 800 К соответствуют около Е° в пределах +/-0,5 В, 0,25 В или 0,1 В реакций согласно уравнениям (109-116). Как известно специалистами в данной области, стандартные напряжения могут быть изменены согласно уравнению Нернста для соответствующей реакции(-й) посредством изменений концентраций реагента и продукта, а также рабочей температуры. Пример диапазона импульсного заряда-разряда с поддерживаемыми подходящими для избежания коррозии концентрациями реагента и продукта, согласно уравнению Нернста представлен по меньшей мере одним из находящихся в диапазоне от около 0,2 В до 1,3 В, от около 0,2 В до 1 В, от около 0,2 В до 0,9 В, от около 0,2 В до 0,8 В, от около 0,2 В до 0,75 В, от около 0,2 В до 0,7 В, от около 0,4 В до 1 В, от около 0,5 В до 1 В, от около 0,6 В до 1 В, от около 0,7 В до 1 В, от около 0,8 В до 1 В, от около 0,4 В до 0,9 В, от около 0,5 В до 0,9 В, от около 0,6 В до 0,9 В, от около 0,7 В до 0,9 В, от около 0,8 В до 0,9 В, от около 0,4 В до 0,8
В, от около 0,5 В до 0,8 В, от около 0,6 В до 0,8 В и от около 0,7 В до 0,8 В.
В одном воплощении по меньшей мере один электрод, такой как анод, может быть защищенным от коррозии. Защищенный от коррозии электрод, такой как анод, может содержать сплав, такой как сплав Ni, такой как NiCr, или Мо, такой как MoNi или МоС. Ячейка может содержать катализатор преобразования реакционноспособного продукта восстановления кислорода, такого как пероксид, или его ионы, или супероксид, в гидроксид с целью защиты по меньшей мере одного электрода, такого как анод, от коррозии. Подходящим катализатором является благородный металл, такой как Pt или Pd, который может находиться на субстрате, таком как AI2O3 или углерод. Другими подходящими катализаторами являются соединения Со или Fe. В качестве варианта, может применяться добавление НгО для преобразования пероксида или супероксида в гидроксид. Мо анод может быть помещен в катализатор или в катализаторе на носителе, чтобы образовать гидроксид, такой как Рг/А^Оз,
Коррозия анода под действием пероксида и других реакционноспособных соединений кислорода может быть избегнута при использовании коррозионностойкого сплава, такого как содержащий Ni, такого как NiMo. Пероксидная коррозия также может быть предотвращена при использовании погруженного катода или в ином случае ограничения давления 02 с помощью контролируемой газовой атмосферы или слоя твердого электролита, служащего в качестве барьера для диффузии воздуха. В одном воплощении, в котором наличие Ог в атмосфере ячейки ограничено или исключено, катод не погружен. Кинетика может поддерживаться при использовании смеси соли электролита, обладающей подходящей скоростью восстановления кислорода, с учетом тенденции скорости восстановления кислорода LiOH-NaOH "КОН. Скоростью можно также управлять с помощью температуры, при этом скорость уменьшается при более низкой температуре и наоборот. Концентрация пероксида может быть уменьшена при использовании катода, содержащего катализатор восстановления кислорода, которьш благоприятствует пути четырехэлектронного восстановления ОН" над путем двухэлектронного восстановления пероксида. Первому содействует более высокое давление НгО, так как вода является реагентом. Кроме того, вода реагирует с ионами пероксида и деактивирует их преобразованием в ОН". Помимо этого, возможно применение катализатора конверсии пероксида в гидроксид на аноде или катоде для защиты анода от пероксидной коррозии. В качестве катализатора такого преобразования может выступать Pt, такая как Рг/А^Оз, или соединения Fe, такие как галогенид железа, или соединения Со, такие как кобальт перовскитов. Анод также может быть защищен посредством обеспечения соединений для взаимодействия с реакционноспособными
интермедиатами кислорода или путем химического предохранения анода. Например, на аноде может быть обеспечен восстанавливающий реагент, такой как дополнительный водород, с помощью таких способов, как внесение Нг атмосферы или прониканием водорода. Другими примерами реагентов являются такие добавки, как, например, Мо02, который реагирует с пероксидом с образованием М0О4 ", или С02, который вступает в реакцию с образованием СО32" и 1/202. Подавление коррозии металла анода может быть достигнуто амальгамированием металла с Hg в количествах вплоть до 50%. Примером амальгамированного анода является AgHg.
В одном воплощении склонный к коррозии анод, такой как Мо или TZM, покрывается защитным слоем, таким как один из MoS2, MoSe2 или тефлона. В другом воплощении напряжение заряда импульсного цикла электролиза является достаточно высоким для того, чтобы вызвать растворение небольшого количества металла в анодном электролите или он добавляется к электролиту в виде соединения, такого как соль, предназначенная для электролитического осаждения на аноде. В случае, когда анод содержит Мо или сплав Мо, такой как MoNi или MoCu, добавляемая соль может быть молибдатным соединением, таким как 1л2МоОз или Li2Mo04, К ячейке могут добавляться соединения анодных металлов. Например, могут быть добавлены и подвергнуты электролитическому осаждению на аноде оксиды металлов анода. Образующиеся в результате коррозии анода оксиды также могут быть применены для вторичного нанесения покрытия. Электролит может содержать расплавленную эвтектическую смесь солей, которая может содержать гидроксид. Электролит может содержать такую расплавленную эвтектическую смесь солей, как смесь соли галогенида щелочного металла с добавленным к ней гидроксидом. Примером электролита является LiCl-KCl или LiCl-KCl-LiF, к которым добавлен LiOH. LiOH может быть компонентом, представляющим меньшую часть. Добавка может быть Li2Mo03 или Li2Mo04, Ее мольная процентная доля может быть любой желаемой или находящейся в диапазоне от около 0,1 до 20 моль.% или от около 1 до 3 моль.%. Электрод может быть Мо или другим металлом, таким как Ni с на нанесенным на него электролитическим осаждением Мо. Напряжение ячейки может быть в диапазоне от около 0,7 В до 3 В. Для выполнения повторного электролитического осаждения Мо напряжение ячейки может быть выше 0,8 В. Напряжение ячейки может быть в диапазоне от около 0,9 до 2 В или более около 1,14 В. В одном воплощении электролиз может выполняться при многоступенчатом напряжении, например, во-первых, для электролитического осаждения металла на аноде, и во-вторых, для генерирования водорода. В одном воплощении анодный металл образует растворимое соединение или комплексное соединение, такое как гидроксидное ионное комплексное соединение.
Металл может наноситься на анод электролитическим способом в течение фазы электролиза импульсного цикла. Подходящими комплексными соединениями являются Zn(OH)42", Sn(OH)42", Sn(OH)62", Pb(OH)42\ Cr(OH)4", А1(ОН)4" и Sb(OH)4", при том, что анод разряда содержит соответствующий металл. Подходящими примерами металлов, повторно осаждаемых из электролита, являются Cu, Ni, NiCu, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Те, Tl и Sn.
При реакции Mo с кислородом и водой образуется растворимый в воде . в
одном воплощении, таком как содержащее водный или содержащий расплавленные соли
электролит, для подавления образования оксидов Мо, таких как МоОА ^ КОНХрОЛИруехся меньшей мере одно из источника кислорода и НгО. Источник кислорода может быть гидроксидным ионом, активность которого может контролироваться обеспечением реагента, конкурирующего за гидроксидный ион при образовании альтернативного продукта. Реагент может быть ионом металла, такого как по меньшей мере один из Zn, Sn, Pb, Cr, Al и Sb. Реагент может быть таким соединением, как гидроксид. Гидроксид может образовывать комплексный ион, такой как гидроксидный комплексный ион. В одном примере осуществления эффективная концентрация или активность ОН" могут быть изменены добавлением гидроксида металла, такого как Zn(OH)2, которьш образует комплексное соединение, такое как Zn(OH)42". Подходящими комплексными соединениями являются Zn(OH)42", Sn(OH)42", Sn(OH)62", Pb(OH)42", Cr(OH)4", А1(ОН)4" и Sb(OH)4". Стабильность ионного комплексного соединения может обеспечиваться по меньшей мере одним из термодинамического или кинетического подавления образования оксида Мо или соединения, содержащего Мо, такого как Li2Mo04> Подходящими комплексными ионными гидроксидами являются Li2Zn(OH)4, Na2Zn(OH)4, Li2Sn(OH)4, Na2Sn(OH)4, Li2Pb(OH)4, Na2Pb(OH)4, LiSb(OH)4, NaSb(OH)4, LiAl(OH)4, NaAl(OH)4, LiCr(OH)4, NaCr(OH)4, Li2Sn(OH)6 и Na2Sn(OH)6, Дополнительные примеры подходящих гидроксидов представлены по меньшей мере одним из Со(ОН)г, Zn(OH)2, №(ОН)г, гидроксидами других переходных металлов, Cd(OH)2, Sn(OH)2 и Pb(OH).
Концентрация или активность реакционноспособной НгО может контролироваться добавлением реагента, которьш связывает НгО, такого как гигроскопичное соединение, такое как по меньшей мере одно из RMgCb, MgCb и СаСЬ, В одном воплощении компонент электролита, такой как галогенид щелочного металла, связывает НгО. Примером гигроскопичного компонента, который может служить в качестве соли электролита, является LiBr.
В одном воплощении анод защищен от коррозии водородной атмосферой. Водород
может обеспечиваться подачей газообразного водорода или прониканием водорода через мембрану, которая может, по меньшей мере частично, содержать анод. Водородную защиту можно также обеспечить концентрацией водорода, образующегося in situ, например, импульсным электролизом. Анод содержит по меньшей мере один тип связывающего Н центра, такого как металлические центры, и по меньшей мере один субстрат, при этом такой субстрат обеспечивает текучесть водорода, произведенного на поверхности соответствующего центра, для перемещения и предпочтительного связывания с центрами для увеличения эффективной концентрации атомов Н на этих центрах. Подходящие примеры центров представляют металлы, такие как анодные металлы и сплавы данного раскрытия, такие как Мо, Ni, Pd и Pt, и подходящими примерами субстратов являются субстраты данного раскрытия, такие как углерод, карбиды, нитриды и бориды. Пример ячейки представляет [углерод, Ni углерод, Мо углерод, NiMo углерод, PtC, PdC/LiOH-LiBr/обработанный паром углерод (SC), МО, PtNiO или AgNiO; воздушный катод или погруженный катод]. Ячейка может содержать материал матрицы электролита, такой как 1Л2М0О4, или мембранный разделитель, такой как тефлон. Примеры ячеек представляют [углеродный порошок, такой как графит, АС, сажа, стеклоуглерод, Vulcan ХС-72 + порошок Мо или Ni / LiOH-LiBr/обработанный паром углерод] и [углеродный порошок +порошок М0ЛЛ2М0О4 + LiOH-LiBr/NiO].
В одном воплощении электролит содержит гигроскопичное соединение, такое как соль, которая абсорбирует НгО из источника, такого как атмосфера. Такое соединение может поддерживать гидратированное состояние, чтобы служить в качестве электролита ячейки СШТ. Гидратированный электролит может обладать ионной проводимостью при температуре ниже температуры плавления сухой соли, такой как эвтектическая смесь, такая как LiOH-LiBr. Электролит может содержать смесь солей для поддержания суспензии, такую как смесь Li2C03, Li20, LiOH и LiBr. Могут быть добавлены и другие гигроскопичные добавки, такие как добавки из данного раскрытия, такие как KMgCb, MgCb, СаСЬ и КОН. Гидратированное соединение может служить в качестве электролита для импульсной электролитической ячейки. В качестве варианта, водородный электрод может содержать электрод, барботирующий водород. Ячейка может функционировать при низкой температуре, такой как в диапазоне температур от комнатной температуры до температуры плавления негидратированного электролита.
Кислород может образовываться на аноде и водород на катоде во время электролиза. Ог может обеспечиваться барботажем из такого источника, как газ Ог или воздух. Во время фазы разряда или отключения электролиза Ог и Н2О могут подвергнуться восстановлению на аноде электролиза для образования ОН" (уравнение
(92)), и ОН" может быть окислен и приведен в реакцию с Н для образования НгО, которая может служить в качестве катализатора образования гидрино на катоде электролиза (уравнение (90). Таким образом, ячейка может поддерживать постоянную полярность во время заряда и разряда с меняющейся полярностью тока в течение каждой фазы цикла. Выход может быть обусловлен мощностью или формой волны. В другом воплощении определяемая уравнением (90) реакция происходит обратимо на обоих электродах за исключением того, что необратимым является продукт в виде гидрино (Представленное в раскрытии обозначение импульсных ячеек заряда-разряда дается в состоянии разряда, таком как [анод разряда/электролит/катод разряда]. В одном воплощении это обозначение соответствует [отрицательный электрод/электролит/положительный электрод], но в других воплощениях полярность может быть противоположной. Ток может периодически меняться на обратный в течение фазы заряда и разряда импульсного цикла электролиза.) Примером ячейки является [Pt/LiOH от 0,1 М до насыщенного водного/Pd + импульсный заряд-разряд на воздухе]. В других воплощениях оба электрода являются Ni или один Ni, а второй из отличающегося материала, такого как Pt, Pd, материал DSA, другой благородный металл, углерод, Ag, материал раскрытия или один или несколько из этих материалов или других материалов раскрытия на субстрате, таком как Pt/Ti, и электролит является водным (aq) КОН или К2СО3 в диапазоне концентраций от около 0,1 М до насыщенной. Конкретными примерами являются [PtTi/КгСОз или КОН от 0,1М до насыщенного водного/№/+ импульсный заряд-разряд на воздухе]. В одном воплощении электролиз в водной среде может выполняться при постоянном напряжении ячейки, таком как от около 1 до 1,6 В или около 1,4 В на протяжении первого промежутка времени, такого как от около 1 до 10 с или 2 с, а разряд может выполняться при постоянном токе, таком как от около 0,01 до 10 мА/см2 или 0,2 мА/см2 на протяжении второго промежутка времени, такого как от около 1 до 100 с или около 10 с. В одном воплощении, таком как содержащее щелочной электролит, имеющем по меньшей мере один длительный период заряда или разряда, такой как > 5 с, анод разряда содержит материал, который в течение цикла электролиза образует гидрид, такой KaKLaNisHe или Pd.
В одном воплощении катод разряда может содержать другие катоды данного раскрытия, такие как по меньшей мере одно из гидрата, оксида, пероксида, супероксида, оксигидроксида и гидроксида. Катод может быть оксидом металла, который является нерастворимым в электролите, таком как расплавленный солевой электролит. Подходящими примерами оксидов металлов являются NiO, СоО, РЬОг, Ag202, AgO, Ru02, Mn02, MNi02, M2Ni02, MCo02, M2Co02, LiFe02, MFe02, M2Fe02, Li2Mn03, MTi03, M2Ti03, LiTi03, M3Ta04, M2W04, K2W04, Li3Ta04, M3V04, Li3V04, Mg-Li2Mn03, Mn-
LiFe02, LaMn03, SrTi03, LiCr02, LiA102, LaNi03, LaCo03, ZnO, MgO, M2Sn03, Li2Sn03, Zr-ZnO, MM'02, M2M'02, MM'Ox, M2M'Ox (x = целое число, M = щелочной металл, М' = переходный металл или другой металл, такой как А1), М2М'Ох, легированный магнием, такой как LiFei_yMgyO (у> 0,03), легированные перовскиты n-типа и родственные соединения, такие как СаТЮ3 и SrTi03, легированные Nb5+, и PbZr03, легированный Nb или Та5+, ферриты бария, железо-иттриевые гранаты, перовскиты р-типа, такие как соединения лантана и элементов VIII группы, металлы или соединения Ni, Cu, Со, Mn, Сг, Zn, Zr, Y, Al, U, Ti и Fe и соединения из группы V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl и W. Катодные материалы, такие как ММ'02, М2М'02, могут образовываться in situ из М' в присутствии окислительной окружающей среды, такой как воздух или атмосфера 02, и электролита, содержащего М, такого как LiOH, NaOH или КОН. Примеры подходящих оксигидроксидов металлов представлены АЮ(ОН), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH) (a-MnO(OH) граутит и y-MnO(OH) манганит), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), Ni^CoiaOCOH) и Nii/3Coi/3Mni/30(OH). Подходящими примерами гидроксидов являются гидроксиды Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl и W. Пример включающей оксигидроксид реакции катода разряда дается уравнением (119). Катод может перезаряжаться в течение фазы электролиза импульсного электролиза. Ячейка может включать импульсную электролитическую ячейку, проницаемую ячейку, электрохимическую разрядную ячейку с химической или электролитической регенерацией, барботирующую водород ячейку или их комбинации. В одном воплощении проницаемая ячейка может быть периодически разряжаемой. Катод:
СоООН + е" в СоО + ОН" (119) В другом воплощении газы могут переходить от по меньшей мере одного из анода к катоду и наоборот. Далее, во время разряда по меньшей мере одна из реакций в полуэлементе может переключаться (уравнение (92) так, чтобы на катоде электролиза происходило восстановление 02, а на аноде электролиза выполнялось окисление ОН" и реакция с Н (уравнение (90). В таком случае полярность тока остается постоянной, но с фазой цикла переключается полярность напряжения электродов или при том же направлении изменяется его величина. Расстояние между электродами может быть минимизировано для того, чтобы способствовать переходу газа. Электроды могут быть разделены мембраной, такой как пористая олефиновая мембрана, такая как целгард или совместимая с основаниями мембрана нафион. Цепь между электродами может содержать
диод для сохранения постоянной полярности тока. В воплощениях мощность от образования гидрино проявляется как по меньшей мере одно из преобладания электрической или тепловой энергии над энергией, рассеиваемой при электролизе.
Катализатор гидрино НгО, имеющая полученные от Н 81,6 эВ, может распадаться на H2 и 1/20г; вследствие этого элемент электролиза Н20 может происходить даже при отсутствии напряжения или тока электролиза. Это может наблюдаться как фарадеевская эффективность, превышающая 100%, и может быть источником газов Нг и Ог. Каждый из Ог и Н2 могут реагировать на соответствующем питающем электроде электролиза или, после перехода, на соответствующем противоэлектроде. В течение фазы разряда импульсного разряда поддерживающими гидрино реакциями кислорода и водорода могут быть определяемые уравнением (92) и уравнением (90), соответственно. В других воплощениях другие катализаторы ячейки или катализаторы, образующиеся в ходе работы ячейки, могут вызвать электролиз воды благодаря ионизации катализатора и выделению энергии в течение каталитической реакции образования гидрино.
В одном воплощении на катоде электролиза периодически заряжающейся и разряжающейся ячейки может развиться толстое непроводящее оксидное покрытие. Примером покрытия на Ni электрод является NiO. В одном воплощении такое покрытие может быть уменьшено приложением к ячейке подходящего восстановительного напряжения, такого как в диапазоне от около 1 В до 1,5 В в случае МО. Восстановление может быть применено и к аноду разряда. Электролиз может поддерживаться при постоянном напряжении или при подходящем напряжении в течение подходящего времени для надлежащего уменьшения оксидного покрытия так, чтобы электропроводность электрода была по существу восстановлена. Затем цикл заряда-разряда может быть возобновлен. В одном воплощении с высоким тока разряда образование оксидной пленки на аноде разряда предупреждается посредством выполнения заряда при максимальном предельном напряжении, которое может быть постоянным напряжением. Во время заряда может ограничиваться ток. В одном воплощении, в котором ограничиваются по меньшей мере напряжение и ток заряда, заряд может выполняться при постоянной мощности. Разряд может выполняться при постоянном токе, нагрузке, мощности или напряжении. В одном воплощении ячейка, такая как [Ni/LiOH-LiBr/Ni воздух, периодический заряд-разряд], заряжается в диапазоне напряжений ячейки от около 0,8 до 1,2 В, таком как постоянные 0,9 В. В качестве варианта, заряд может выполняться при ограничивающей или пиковой постоянной мощности в диапазоне от около 0,1 до 100 мВт- см"' Модельная плотность тока разряда может находиться в диапазоне от около 0,001 до 1000 мА-см"2, от 0,1 до 100 мА-см"2 и от 1
до 10 мА-см"2, В одном воплощении катодом и анод электролиза являются чередующимися для уменьшения образования любого чрезмерного оксидного покрытия. Такое чередование может быть периодическим. Такой период может отличаться от периодичности цикла заряда-разряда импульсного электролиза. В одном воплощении оба электрода могут быть способными к барботированию водорода, при котором водород поочередно подается к одному, а затем к другому для того, чтобы ослабить образование любого избыточного оксидного покрытия в процессе их функционирования в качестве кислородного электрода. В одном воплощении ячейки, такой как [Ni/LiOH-LiBr/Ni + импульсный заряд-разряд на воздухе], оксидное покрытие, такое как покрытие NiO, удаляется механически или химически известными в данной области способами. Удаление может быть периодическим с повторным использованием электрода. В другом воплощении водород подается в камеру проницаемого для водорода электрода, такого как анод. Температура ячейки может быть ниже температуры, при которой наблюдается значительная скорость проникания относительно мощности, генерируемой ячейкой. При этом слабый поток или присутствие водорода на аноде вследствие проникания могут защитить электрод от окисления, такого как окисление с образованием NiO. В другом воплощении электрод импульсной электролитической ячейки является пригодным и эксплуатируется в качестве проницаемого для водорода электрода, при этом водород в ячейке обеспечивается прониканием из такого источника, как газообразный водород; затем электрод переключается в режим электролиза. В одном воплощении переключаемый электрод служит в качества катода электролиза и анода разряда. Предварительная обработка может модифицировать электрод для обеспечения его желательными для режима импульсного электролиза качествами. В одном воплощении импульсный электролиз выполняется при одновременном снабжении электрода, такого как анод разряда, водородом с помощью таких способов, как проникание или барботаж. В качестве варианта, ячейка может обеспечиваться содержащей Нг атмосферой. Селективность желательной реакции водорода и реакции противоэлектрода, таких как реакции данного раскрытия, может быть достигнута через селективность соответствующих электродов. Например, селективность катодной реакции восстановления кислорода и анодной реакции водорода с ОН" для образования катализатора НгО обеспечивается соответствующей селективностью катода и анода, соответственно. Подаваемый к аноду водород может являться защитным агентом, поскольку обеспечивается благоприятствование реакции
№0 + Н2 в Ni + Н20 (120) В еще одном воплощении увеличивается рабочий цикл электролиза с тем, чтобы
производилось достаточно водорода для защиты анода разряда от коррозии. Параметры выбираются так, чтобы достичь такого приращения энергии, которое обеспечивает выигрыш в электрической мощности с одновременной выработкой водорода в количестве, достаточном для защиты против коррозии. Температура ячейки также может контролироваться для улучшения ситуации с коррозией при одновременном регулировании снабжения водородом, обеспечиваемого такими способами, как проникание и электролиз. Катод разряда, который является устойчивым к коррозии, может быть выбран так, чтобы он подходил для условий работы ячейки. Для температур ниже от около 350 до 450°С катод может содержать Ni. При более высоких температурах может применяться такой подходящий устойчивый катод, как содержащий оксид, такой как МО или СоО, или нанесенный на субстрат Ag, такой как Ag-АЬОз,
В одном воплощении водород обеспечивается функциями проникания по отношению к меньшей мере одному из изменения напряжения ячейки и регулирования скорости проникания с помощью механизма обратной связи, который может основываться на влиянии скорости проникания на напряжение ячейки. В одном воплощении напряжение ячейки приспосабливается посредством регулирования скорости проникания водорода. Скорость проникания может регулироваться с помощью по меньшей мере одного из управления температурой ячейки, градиента давления водорода через проницаемую для водорода мембрану, толщины мембраны, материала мембраны и регулировкой напряжения ячейки. В одном воплощении средства для регулирования напряжения ячейки в дополнение к управлению скоростью проникания содержат управление параметрами разряда и при необходимости заряда, такими как нагрузка и прикладываемое напряжение, а также токовые характеристики и параметры, при этом последние могут касаться воплощения импульсного электролиза. В одном воплощении напряжение ячейки поддерживается в диапазоне от около 0,5 до 1,5 В или от около 0,8 до 1,2 В. Диапазон напряжений контролируется для оптимизации выхода водорода, образующегося в течение фазы электролиза импульсного электролиза такого воплощения. В другом воплощении скорость проникания контролируется посредством управления нагрузкой. В одном воплощении скорость проникания увеличивается с уменьшением сопротивления нагрузки. В одном воплощении скорость проникания увеличивается с током разряда. Скорость проникания может регулироваться для оптимизации выигрыша в мощности от образования гидрино по сравнению с энергией образования Н2 из Н20.
В одном воплощении наносится тонкослойное защитное покрытие NiO посредством отжига М электрод в окружающей окислительной среде, такой как атмосфера кислорода. Толщина покрытия контролируется так, чтобы обеспечивать
устойчивость к щелочному электролиту при сохранении высокой ионной проводимости. В одном воплощении к электролиту добавляются соединения для стабилизирования электродов, таких как анод. Такая добавка может образовать более устойчивое соединение Ni, такое как NiF2 или NiS04> В еще одном воплощении такие компоненты могут содержать металл для образования более устойчивого Ni сплава или оксидной добавки, такой как СеО, импрегнированной в NiO. Массовая процентная доля оксида церия может находиться в диапазоне от около 0,1 до 5% или от 0,3 да 1%: В другом воплощении добавляется такой компонент, как V2O5, для усиления выработки Н2 на катоде электролиза, при этом электролиз может быть периодическим, а электролит может быть расплавленной солью или водным. Добавка может быть оксидом, гидроксидом или оксигидроксидом, таким как представленные в данном раскрытии, такие как Fe203 или FeOOH. Примеры других подходящих добавок представлены АЮ(ОН), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH) (a-MnO(OH) граутит и y-MnO(OH) манганит), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), Ni1/2Co1/20(OH) и №1/зСо1/зМп1/зО(ОН). Добавка может по меньшей мере одно из увеличения мощности и защиты электрода, такого как анод. Например, такая добавка, как MgO или Fe203, может образовывать Nii.xMgxO и NiFe204, соответственно, и стабилизировать NiO электрода, такого как анод.
В одном воплощении катод разряда содержит катализатор восстановления кислорода раскрытия, такой как Ni, имеющий большую площадь поверхности, например, в виде сетки, содержащий, кроме того, по меньшей мере одно из МпхОу (х, и у - целые числа), NiO, СоО, Ag, Pt, Pd, Au, других благородных металлов и MNi02 (М = щелочной металл). Другие подходящие электроды восстановления кислорода представлены щелочноземельными рутенатами, легированным литием никелатом лантана, Ni-Co шпинелью, Pb-Ru пирохлором, Na-Pt бронзой и Ag/AgHg. Дополнительные катодные материалы содержат по меньшей мере одно из MNi02, M2Ni02, MCo02, M2Co02, LiFe02, MFe02, M2Fe02, Li2Mn03, MTi03, M2Ti03, LiTi03, M3Ta04, M2W04, K2W04, Li3Ta04, M3V04, Li3V04, Mg-Li2Mn03, Mn-LiFe02, LaMn03, SrTi03, LiCr02, LiA102, LaNi03, LaCo03, ZnO, MgO, M2Sn03, Li2Sn03, Zr-ZnO, MM'02, M2M'02, MM'Ox, M2M'Ox (x = целое число, M = щелочной металл, М' = переходный металл или другой металл, такой как А1), М2М'Ох, легированный магнием, такой как LiFei.yMgyO (у> 0,03), легированные перовскиты n-типа и родственные соединения, такие как СаТЮз и БгТЮз, легированные Nb5+, и PbZi-Оз, легированный Nb5+ или Та5+, ферриты бария, железо-иттриевые гранаты, перовскиты р-типа, такие как соединения лантана и элементов VIII группы, металлы или соединения Ni, Cu, Со, Mn, Cr, Zn, Zr, Y, Al, U, Ti и Fe. Катод может содержать допант из
пористого материала, такого как Ni, который может содержать наночастицы. Допант может быть катализатором восстановления кислорода данного раскрытия. Катод может содержать МО, который может быть стабилизированным. Подходящим способом стабилизации является инкапсулирование с таким материалом, как стабильный металл, такой как кобальт. Таким образом, катализатор восстановления кислорода может содержать инкапсулированный кобальтом МО. Катод восстановления кислорода прежде, чем использоваться в качестве катода, может подвергнуться тепловому, химическому, или электрохимическому модифицированию, такому как окисление химическими или термическими способами, или анодированием, или катодной поляризацией. Обработка может производиться in situ. Катод может эксплуатироваться при высоком токе, который затем снижается при выполнении предшествующей обработке стадии. Электрод, такой как катод, может содержать проводящую матрицу или защитное покрытие, такое как углеродное, карбидное, нитридное, карбонитридное, нитрильное или боридное, или может содержать эти материалы. В одном воплощении анод электролиза содержит катализатор, такой как золото-палладиевые наночастицы, который образует реакционноспособные кислородные компоненты, такие как НОО" или НООН, или соединение, содержащее кислород, такое как PdO, AgO, Ag20, Ag203 или HgO, которое в ходе фазы разряда, когда электрод выступает в качестве катода разряда, подвергается восстановлению с более высокой скоростью, чем Ог. Соединение может содержать оксид металла, который обратимо образуется в процессе заряда и разряда с обеспечением кислорода на фазе неэлектролизного разряда импульсного цикла. Такое соединение может иметь свободную энергию образования ниже энергии образования НгО. Реакция восстановления может задаваться уравнением (68). Соединительные провода, такие как катодный вывод, могут быть из материала, которьш является устойчивым к электролиту, такому как щелочной электролит, и к воздуху или Ог. Подходящий провод является проводом из благородного металла, таким как золотой провод, который может быть присоединен к катоду точечной сваркой. В одном воплощении, содержащем расплавленный электролит, содержащий КОН, таком как [Ni, Мо или М, или Мо сплав и при необходимости Н такими способами, как проникание или барботаж/КОН или КОН-КВг,/МО], токоподводящий провод содержит Au или М. В одном воплощении электролит, такой как расплавленный или водный электролит, такой как расплавленный или водный гидроксид или смеси, содержит добавленную НгО, что увеличивает диффузию ионов кислорода, образующихся на катоде, с целью увеличения скорости восстановления кислорода. Ячейка может находиться под избыточным давлением для того, чтобы функционировать при температуре вблизи точки кипения и выше. Водород и кислород могут генерироваться in situ с помощью
электролиза. Также под давлением к ячейке может быть добавлено по меньшей мере одно из НгО, кислорода и водорода. Давление ячейки может быть в диапазоне от около вакуумметрического до 500 атм или от около 2 до 100 атм. В еще одном воплощении скорость диффузии ионов кислорода, образующихся на катоде, увеличивается в расплавленном электролите, таком как содержащий оксианион, таком как щелочной электролит, такой как содержащий гидроксид, посредством применения по меньшей мере одной другой соли для создания смеси, которая способствует более высокой подвижности ионов кислорода. В одном воплощении электролит содержит смесь ионов металлов и анионов, таких как по меньшей мере один из щелочных, щелочноземельных и ионов других металлов, таких как переходные, внутренние переходные, редкоземельные и ионы металлов из групп III, IV, V и VI. Анион содержит по меньшей мере один из гидроксида, сульфата, карбоната, нитрата, фосфата, галогенида и других ионов данного раскрытия. В одном воплощении подвижность иона кислорода увеличивается при повышенном содержании Н2О в электролите. В одном воплощении подходящие электролиты являются гигроскопичными. Подходящими гигроскопичными солями являются бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, карналлит, такой как KMgCl3-6(H20), двойная соль цитрата железа и цитрата аммония, гидроксид калия и гидроксид натрия. В водных кислотных воплощениях гигроскопичные электролиты содержат концентрированные серную и фосфорную кислоты.
В других воплощениях электроды содержат проводник, который является достаточно устойчивым к электролиту и условиям работы ячейки. Подходящие электроды для щелочного элемента представлены Ni. Другие проводящие металлы, сплавы, соединения или элементы могут применяться с щелочными, кислыми или близкими к нейтральным электролитами, которые являются водными или расплавленными солевыми, такие как по меньшей мере один из С, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Те и щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов. Также подходящими являются нанесенные на подложку металлы и материалы, такие как износостойкие аноды и Pt/Ti, Ag-Al203, NiO-SiC> 2-Ab03 и Pt, Pd или другой металл или благородный металл, нанесенный на такую матрицу, как AI2O3, С или цеолит. Материалы, которые в результате реакции с электролитом или воздухом могут обычно образовывать непроводящее оксидное покрытие, могут быть подходящими для применения в условиях эксплуатации ячейки, таких как условия импульсного электролиза, при котором электрод может быть периодически восстанавливаемым. Пример электрода представляет Zr, которьш в периодическом режиме является катодом электролиза и анодом разряда. Материал электрода может быть диэлектриком, легированным проводником. Электроды,
такие как анод, могут содержать и другие элементы или соединения, такие как углерод, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN, или нитрил. Подходящими модельными материалами являются сажа, AC, ZrC, TiC, Ti3SiC2, TiCN, TiN, SiC, YC2, TaC, Mo2C, WC, C, HfC, Cr3C2, ZrC, VC, NbC, B4C, CrB2, ZrB2, GdB2, MgB2 и TiB2, Данный материал может содержать порошок.
В дополнение к образованию Н2(1/4) в качестве продукта катализатора НгО реакционная смесь, содержащая щелочной раствор с источником ОН" в виде расплавленного или водного гидроксидного электролита, может также образовывать по меньшей мере один другой продукт гидрино, такой как молекулярное гидрино Нг(1/2). Катализатор может содержать О или Н, при этом каждый имеет потенциальную энергию 27,2 эВ, что позволяет им служить в качестве катализатора, принимая около 27,2 эВ от атомарного Н для образования Н(1/2), которьш может реагировать далее с образованием Н2(1/2) и Н"(1/2). Помимо этого, в качестве катализатора может работать ОН, так как потенциальная энергия ОН составляет 40, эВ. ОН может образовываться из ОН" окислением на аноде. Примеры ячеек для образования Н2(1/4) и Н2(1/2) с помощью НгО и ОН, выполняющих функцию катализаторов Н для соответствующих состояний гидрино, представляют [Mo/LiOH-LiBr/NiO импульсный электролиз] и [Ni/LiOH-LiBr/NiO импульсный электролиз]. Продукты гидрино могут быть идентифицированы рамановской спектроскопией электролита или анодного газа.
В одном воплощении реакция образования катализатора может быть представлена
как
02 + 5Н4" + 5е в 2Н20 + Н(1/р) (121) Встречная реакция в полуэлементе может быть
Н2 в 2Н+ + 2е" (122) Суммарной реакцией может быть
3/2Н2 + 1/202 в Н20 + Н(1/р) (123) где по меньшей мере одно из Н20, ОН, 02, пН и пО (п = целое число) может выступать в качестве катализатора. Водород может образовываться на катоде в результате восстановления Н4", при этом часть водорода реагирует с катализатором с образованием гидрино. В качестве варианта, избыточный водород может подаваться на катод с тем, чтобы он там реагировал с катализатором для образования гидрино. В одном воплощении по меньшей мере одно из температуры, давления 02, давления Н20, давления Н2 и концентрации Н* контролируются таким образом, чтобы благоприятствовать реакции образования катализатора в полуэлементе и встречной реакции, что приводит к оптимальному образованию гидрино. В одном воплощении катодный потенциал
полуэлемента относительно SHE при 25 °С составляет около 1,23 В с пределами около ±0,5 В. В одном воплощении анодный потенциал полуэлемента относительно SHE составляет около 0 В с пределами около ±0,5 В. Подходящие примеры реакций в полуэлементах даются уравнениями (121) и (122), соответственно. Суммарная реакция образования гидрино может быть представлена уравнением (123). Подходящими примерами ячеек являются [Pt/C + Нг/нафион/Pt/C + воздух + источник Н, такой как Нг, или гидрид или другой сохраняющий Н материал данного раскрытия] и [Pt/C + H2/H2S04/Pt/C + воздух + источник Н, такой как Нг, или гидрид или другой сохраняющий Н материал данного раскрытия], сепаратор, такой как нафион, может применяться с кислым электролитом, таким как водная H2S04, Источником водорода может быть импульсный электролиз, включающий электролиз такого источника Н, как НгО.
Ячейка, содержащая протонпроводящий или кислый расплавленный либо кислый водный электролит, для поддержания представленной уравнением (123) реакции может включать ячейку периодического или импульсного электролиза. Реакции, такие как даны в уравнениях (121) и (122), могут протекать обратимо на соответствующем электроде или, после газового перехода, на соответствующем противоэлектроде.
В одном воплощении электролит может содержать кислый водный раствор. Фаза зарядки периодического или импульсного цикла может содержать электролиз НгО в Нг и Ог. Катодные и анодные реакции электролиза могут содержать реверсирование уравнения (122) и (121), соответственно, за исключением того, что образование гидрино необратимо. Катодная реакция разряда на полуэлементе может содержать восстановление по меньшей мере одного из кислорода, Н* и НгО. Восстановление можно задаваться уравнением (121). Катодными продуктами в течение разряда могут быть Н и НгО. НгО может служить в качестве катализатора образования гидрино. Сверхпотенциал для реакции восстановления может привести к тому, что напряжение на полуэлементе относительно SHE при 25°С становится около 1,23 В. Анодная реакция разряда на полуэлементе может содержать окисление Нг с образованием Н4" (уравнение (122)). В одном воплощении восстановительный потенциал для восстановления Н2 до Н* в водном кислом растворе (уравнение (122)) составляет около 0 В относительно SHE и при 25°С. Сверхпотенциал для окисления на электроде составляет около 0 В, так что реакция окисления на полу элементе происходит при около 0 В.
В других воплощениях катализатор может содержать компоненты, которые принимают гп27,2 эВ от атомарного водорода, такие как представленные в данном раскрытии, при этом катализатор может быть представлен компонентами полуэлемента или образован в течение фазы электролиза или разряда. Гидрино образуются в течение по
меньшей мере одной из фаз разряда и заряда. Что касается фазы разряда, потенциал полуэлемента реакции восстановления может быть около 1,23 В или находиться в диапазоне от около 0,6 до 1,4 В относительно SHE при 25 °С, а потенциал полуэлемента реакции окисления может быть около 0 В или находиться в диапазоне от около -0,5 до +0,5 В относительно SHE. Потенциал ячейки между катодом и анодом электролиза при отключенном электролизе или в фазе разряда может составлять около 1,2 В или находиться в диапазоне от около 0,3 до 2 В относительно SHE при 25°С. В воплощениях, имеющих повьппенную температуру, эти диапазоны комнатной температуры термодинамически скорректированы для рабочей температуры.
Н* и 02 могут образовываться на аноде, а водород на катоде во время электролиза. При отключенном электролизе или в фазе разряда Нг может быть окислен до Н* (уравнение (122)) на катоде электролиза, а Н+ и 02 могут подвергнуться восстановлению на аноде электролиза для образования Н и НгО (уравнение (121)), при этом последняя может служить в качестве катализатора образования гидрино на аноде электролиза. Таким образом, ячейка может поддерживать постоянную полярность во время заряда и разряда с меняющейся полярностью тока в течение каждой фазы цикла. Выход может быть обусловлен мощностью или формой волны. В другом воплощении определяемая уравнением (122) реакция происходит обратимо на обоих электродах за исключением того, что необратимым является продукт в виде гидрино Примерами ячеек являются [PtTi/H2S04 или H3P04 (aq)/Pt, импульсный электролиз] и [Pb/H2S04 (aq)/Pb или РЬО, импульсный электролиз]. Кислота может быть в любой желательной концентрации, такой как от около 0,1 М до насыщенной. Примерами концентраций являются 14,7 М Н3РО4 и 5 М H2S04>
В другом воплощении газы могут переходить от по меньшей мере одного из анода к катоду и наоборот. Далее, во время разряда по меньшей мере одна из реакций в полуэлементе может переключаться (уравнение (121)) так, чтобы на катоде электролиза происходило восстановление 02, а на аноде электролиза выполнялось окисление Н2 (уравнение (122)). В таком случае полярность тока остается постоянной, но с фазой цикла переключается полярность напряжения электродов. Расстояние между электродами может быть минимизировано для того, чтобы способствовать переходу газа. Электроды могут быть разделены мембраной, такой как протонообменная мембрана, такая как мембрана нафион. Цепь между электродами может содержать диод для сохранения постоянной полярности тока. В воплощениях мощность от образования гидрино проявляется как по меньшей мере одно из преобладания электрической или тепловой энергии над энергией, рассеиваемой при электролизе.
В одном воплощении водной импульсной электролитической ячейки Н* и кислород могут быть образованы на аноде электролиза, а ОН" и Н2 могут образовываться на катоде электролиза, как представлено модельными реакциями: анод электролиза:
Н20 в 1/202 + 2Н+ + 2е" (124) катод электролиза:
2Н20 + 2е" в Н2 в 20Н' (125) Реакция раствора может быть
2Н+ + 20Н" в 2Н20 (126) Суммарной реакцией может быть
Н20 в Н2 + 1/202 (127) В течение фазы разряда может быть образовано гидрино, при этом по меньшей мере одно из Н20, ОН, 02, пН и пО (п = целое число) могут выступать в качестве катализатора. Модельные реакции образования Н20, которая может выступать в качестве катализатора, и гидрино: катод
1/202+ 31^ + 36-в Н20 + Н(1/р) (128)
анод
Н2 + ОН" в Н20 + е" + Н(1/р) (129) Реакция раствора может быть
ЗН4" + ЗОН" в ЗН20 (130) Суммарной реакцией может быть
ЗН2 + 1/202 в Н20 + 4Н(1/р) (131) Показатель рН электролитического раствора может быть около нейтрального. Подходящие электролиты, которые являются близкими к нейтральным, представлены солями металлов и сильных кислот, такими как водные нитраты, сульфаты, галогениды, перхлораты, перйодаты, хроматы и другие соли данного раскрытия. Катион может быть аммонием, или металлом, или таким, как щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный, редкоземельный и металл из групп III, IV, V и VI. Концентрация может быть любой желательной, с такой растворимостью, как от 0,01 М до насыщенной.
Импульсная форма волны может быть такой, которая оптимизирует выход электричества относительно потребляемого электричества. Частота импульсного электролиза может быть в диапазоне от около 0,001 Гц до 10 МГц, от около 0,01 Гц до 100 кГц или от около 0,01 Гц до 10 кГц. Напряжение электролиза на ячейке может быть в диапазоне от около 0,1 В до 100 В, от около 0,3 В до 5 В, от около 0,5 В до 2 В или от
около 0,5 В до 1,5 В. Ток электролиза через площадь электрода, способную образовывать гидрино, может находиться в диапазоне от около 1 мкА-см"2 до 10 А-см"2, от около 0,1 мА-см"2 до 5 А-см"2 и от около 1 мА-см"2 до 1 А-см"2, Мощность электролиза через площадь электрода, способную образовывать гидрино, может находиться в диапазоне от около 1 мкВт-см"2 до 10 Вт-см"2, от около 0,1 мВт-см"2 до 5 Вт-см"2 и от около 1 мВт-см"2 до 1 Вт-см" ' Импульсная форма волны может быть при постоянном токе, мощности или напряжении для по меньшей мере одного из заряда и разряда. В одном примере осуществления постоянный ток через область электрода, способную образовывать гидрино, может быть в
2 2
диапазоне от около 1 мкА-см' до 1 А-см"; постоянная мощность через область электрода, способную образовывать гидрино, может быть в диапазоне от около 1 мВт-см'2 до 1 Вт-см" ; постоянное напряжение электролиза на ячейке может быть в диапазоне от около 1 В до 20 В и постоянное напряжение разряда на ячейке может быть в диапазоне от около 0,1 В до 20 В. Временной интервал электролиза может быть в диапазоне от около 10"4 с до 10 000 с, от 10" с до 1000 с или от 10' с до 100 с, или от 10 с до 10 с. Временной интервал разряда может быть в диапазоне от около 10"4 с до 10 000 с, от 10"3 с до 1000 с
9 1
или от 10" с до 100 с, или от 10' с до 10 с. Разряд может происходить при постоянном или переменном токе, напряжении и мощности, которые могут находиться в тех же диапазонах, в которых находятся эти параметры электролиза. Сопротивление разряда может быть постоянным или переменным. Ото может находиться в диапазоне от около 1 мОм до 100 МОм, от около 1 Ом до 1 МОм и от 10 Ом до 1 кОм. В одном воплощении по меньшей мере одно из тока разряда, напряжения, мощности или временного интервала является большим, чем эти параметры фазы электролиза, чтобы обеспечить выигрыш по меньшей мере одного из мощности или энергии цикла.
В одном воплощении по меньшей мере одно из времени заряда или разряда меньше времени диффузии компонентов or одного электрода к другому. В одном воплощении компоненты могут быть активными кислородными компонентами, такими как по меньшей мере одно из пероксида, иона пероксида, супероксида, НООН, НОО", О, 022" и О ". В одном воплощении по меньшей мере одно из времени заряда и разряда составляет менее около 100 с, 10 с, 1 с, 0,1 с, 0,01 с, 0,001 с, 0,0001 с, 0,01 мс, 1 мкс или 0,1 мкс. В одном воплощении частота цикла заряда-разряда выше той, которая позволяет активным компонентам, образующимся на катоде разряда, мигрировать и диффундировать к аноду разряда. Время заряда-разряда может быть меньше 1 с, например, таким, чтобы препятствовать миграции активных кислородных компонентов, таких как ион пероксида, с достижением и вступлением во взаимодействие с анодом, таким как анод из Мо или сплава Мо, или другим анодом данного раскрытия. Здесь по меньшей мере одно из
электролитического электрического поля и тока, который заставляет ионы мигрировать, переключает направление быстрее, чем время перемещения к аноду. Катод разряда, которьш образует реакционноспособные кислородные компоненты в течение заряда, может их разрушать во время разряда так, чтобы не давать им диффундировать и вызывать коррозию анода разряда. В одном воплощении модельная импульсная цепь заряда-разряда может быть производства Gamry Instruments, такой как модель EIS300, или ее модификацией, известной специалистам в данной области.
8 одном воплощении по меньшей мере одно из напряжения импульсного заряда или разряда, тока, мощности и нагрузки может быть постоянным или переменным. Данные параметры могут контролироваться для обеспечения выигрыша в электрической мощности или энергии. Напряжение электролиза на ячейке может равняться или немного превышать пороговое для протекания тока, таким как в диапазоне от около 0 до 0,5 В более высокое, чем пороговое. Диапазон подходящего напряжения электролиза на ячейке располагается от 0,25 В до 2 В или от 0,25 В до 1,7 В. Напряжение разряда на ячейке может быть в диапазоне, который поддерживает ток противоположной полярности по отношению к току электролиза. Напряжение разряда на ячейке может быть в диапазоне от около 0,01 В до максимального напряжения электролиза. Диапазон подходящего напряжения разряда на ячейке располагается от около 0,01 В до 2 В или от 0,01 В до 1,7 В. Принимая во внимание площадь электрода, способную образовывать гидрино, ток разряда
9 9 9 9
может находиться в диапазоне от около 1 мкА-см" до 1 А-см", от 0,01 мА-см" до 20 А-см" или от 0,01 мА-см'2 до 10 А-см'2' Нагрузка разряда может быть в диапазоне от около 1 мкОм до 1 МОм. Подходящая нагрузка может поддерживать ток в диапазоне от около 1 мкА-см"2 до 1 А-см"2, от 0,01 мА-см"2 до 20 А-см"2 или от 0,01 мА-см"2 до 10 А-см"2, Электропроводность подходящей нагрузки на электродной области, способной образовывать гидрино, находится в диапазоне от около 10"5 до 1000 Ом"1-см"2, от 10"4 до
19 "Я 19 9 19
100 Ом" -см", от 10" до 10 Ом" -см" или от 10" до 1 Ом" -см"' Мощность может быть определена из по меньшей мере одного подходящего напряжения, тока и сопротивления. Подходящая плотность мощности на площадь электрода, способную образовывать
9 9 9
гидрино, находится в диапазоне от около 1 мкВт-см" до 1 Вт-см", от 0,01 мВт-см' до 20
9 9 9
мВт-см" или от 0,01 мВт-см" до 10 мВт-см"' В одном воплощении модельная импульсная цепь заряда-разряда может быть производства Arbin Instruments, такой как модель ВТ2000, или ее модификацией, известной специалистам в данной области.
В одном воплощении расплавленного электролита температура ячейки поддерживается по меньшей мере при температуре плавления электролита и выше. Электролит может быть расплавленным гидроксидом, который может быть смесью с по
меньшей мере одним другим соединением, таким как соль, такая как соль галогенида. Подходящие модельные гидроксидные смеси электролитов представлены LiOH-LiBr, LiOH-LiX, LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, NaOH-NaBr, NaOH-Nal, NaOH-NaX, KOH-KX (X = галогенид). Соль может быть эвтектической смесью. Температура, превьппающая температуру плавления, может находиться в диапазоне от около 0 до выше 1500°С, от 0 до выше 1000°С, от 0 до выше 500°С, от 0 до выше 250°С или от 0 до выше 100°С. Температура ячейки может контролироваться во время работы ячейки для того, чтобы регулировать скорость реакции гидрино. Скорость реакции может контролироваться регулированием по меньшей мере одного из напряжений реакций на полуэлементе, которые являются зависимыми от температуры и композиции реагентов. В одном воплощении температура и композиция реагентов, такая как давление по меньшей мере одного из НгО, Ог и Нг, может контролироваться для регулирования напряжения полуэлемента с целью управления скоростью реакции гидрино. В одном воплощении, содержащем проницаемую для водорода мембрану, температура ячейки поддерживается повышенной, такой, которая позволяет достичь желательной скорости проникания. Материал мембраны, ее толщина и давление водорода также выбираются таким образом, чтобы достичь желательной скорости проникания. В одном воплощении температура ячейки находится в диапазоне от около 25 до 2 000°С, от 100 до 1000°С, от 200 до 750°С или от 250 до 500°С. Если ячейка содержит проницаемую мембрану и расплавленный солевой электролит, температура ячейки поддерживается выше температуры плавления электролита и на уровне, который позволяет достичь желательной скорости проникания. Так, в одном воплощении температура ячейки поддерживается по меньшей мере при температуре плавления соли и выше. Температура, превьппающая температуру плавления, может находиться в диапазоне от около 0 до выше 1500°С, от 0 до выше 1000°С, от 0 до выше 500°С, от 0 до выше 250°С или от 0 до выше 100°С. Толщина мембраны может находиться в диапазоне от около 0,0001 до 0,25 см, от 0,001 до 0,1 см или от 0,005 до 0,05 см. Давление водорода может поддерживаться в диапазоне от около 1 торр до 500 атм, от 10 торр до 100 атм или от 100 торр до 5 атм. Скорость проникания водорода может находиться в диапазоне от около 1 X 10"13 моль-с"1-см"2 до 1 X 10"4 моль-с"1-см'2, от 1 X 10"12 моль-с"1-см"2 до 1 X 10"5 моль-с^-см"2, от 1 X 10"11 моль-с"1-см"2 до 1 X 10"6 моль-с"1-см"2, от 1 X 10"10 моль-с'1-см"2 до 1 X 10"7 моль-с^-см'2 или от 1 X 10"9 моль-с"1-см"2 до 1 X 10"8 моль-с" ^см*2' Температура ячейки импульсной электролитической ячейки или ячейки, содержащей электрод, обеспечивающий пробулькивание или барботирование водорода, поддерживается выше температуры плавления электролита. В модельной ячейке, содержащей электролит LiOH-LiBr с эвтектической смесью около (43%-57%), такой как
ячейка [Ni/LiOH-LiBr/Ni + воздух; импульсный электролиз] или [Ni(H2)/LiOH-LiBr/Ni + воздух], в которой водородный электрод (обозначаемый Ni(H2)) включает электрод, обеспечивающий пробулькивание или барботирование Нг, эвтектическая температура плавления электролита составляет около 265°С. Ячейка может поддерживаться при этой температуре и выше. Скорость проникания водорода через единицу площади барботирующего или пробулькивающего Н2 электрода может находиться в диапазоне от
1 "3 10 Л 10 10 10 с
около 1 X 10 моль-с -см до 1 X 10 моль-с -см , от 1 X 10" моль-с" -см" до 1 X 10" моль-с"1-см"2, от 1 X 10"11 моль-с'1-см"2 до 1 X 10"6 моль-с'1-см"2, от 1 X 10"10 моль-с"1-см"2 до 1 X 10'7 моль-с"1-см"2 или от 1 X 10"9 моль-с"1-см"2 до 1 X 10"8 моль-с"1-см'2, В одном воплощении скорость реакции на противоэлектроде соответствует или превышает скорость, с которой происходит взаимодействие водорода на электроде. В одном воплощении скорость восстановления по меньшей мере одного из Н20 и 02 достаточна, чтобы поддерживать скорость реакции Н или Н2. Противоэлектрод имеет материал и площадь поверхности, достаточные для поддержания достаточной скорости.
Электроды и система электролита могут находиться в сосуде, закрытом для атмосферы. В случае импульсной электролитической ячейки, содержащей расплавленный гидроксидно-солевой электролит, парциальное давление поступающей в ячейку воды может регулироваться таким образом, чтобы содействовать протеканию реакции образования ОН" по сравнению с другими реакциями восстановления 02 и Н20, например, такими, при которых образуется по меньшей мере одно из пероксида, супероксида и оксида. В одном воплощении по меньшей мере одно из температуры, давления 02, давления Н20, давления Н2 и концентрации ОН" контролируются таким образом, чтобы благоприятствовать реакции образования катализатора в полуэлементе и встречной реакции, что приводит к оптимальному образованию гидрино. Одна или несколько соответствующих реакций могут быть представлены уравнениями (90-93). Ячейка может быть закрыта для воздуха. В одном воплощении кислород от по меньшей мере одной реакции на полуэлементе поступает от электролиза, например, вследствие окисления по меньшей мере одного из Н20 и ОН". Подходящие модельные ячейки, которые подвергаются периодическому или импульсному электролизу, представлены [Ni(H2)/LiOH-LiBr/Ni], [Ni(H2)/NaOH-NaBr/Ni], [Ni(H2)/NaOH-NaI/Ni], [Ni(H2)/Sr(OH)2/Ni] и подобными ячейками данного раскрытия, в которых присутствует некоторое количество Н20 и импульсный электролиз может быть источником водорода вместо или в дополнение к прониканию Н. Н20 может быть обратно добавляемой для замены любой потребляемой при образовании гидрино. Также могут быть удалены избытки кислорода. Давление водяного пара может быть контролируемым генератором, присоединенным к ячейке.
Генератор пара НгО может иметь температуру ниже температуры ячейки для того, чтобы управлять давлением пара НгО. В одном воплощении генератор водяного пара может содержать пульверизатор или распылитель, например, ультразвуковой. Пар НгО может доставляться потоком, таким как поток инертного газа, такого как благородный газ или N2) Поток может содержать газ-носитель. НгО может доставляться посредством уноса в газе-носителе. Газ-носитель может пробулькиваться через столб НгО, чтобы обеспечить содержание паров НгО в газе-носителе. Композиция газа-носителя, высота столба НгО, температура столба, давление газа, размер впуска для газа, присутствие диффузора и количество и размеры любых отверстий приспосабливаются таким образом, чтобы достичь желательных степени насыщения газа-носителя НгО и скорости поступления НгО в ячейку. Газ может запускаться в повторный оборот. В качестве варианта, может контролироваться материальный баланс НгО, чтобы достичь желательной массовой процентной доли содержания НгО в электролите или реагентах полуэлемента. В одном воплощении потеря электролита вследствие улетучивания гидроксидов, таких LiOH, может быть уменьшена посредством снижения температуры ячейки, сохранения повышенного давления ячейки и эксплуатации ячейки в по меньшей мере частично закрытом состоянии, при котором газы могут снабжаться импульсным электролизом и по линиями с селективно направляемым потоком. Генератор водяного пара или материальный баланс воды также могут управлять по меньшей мере одним из содержания воды и давления закрытой импульсной электролитической ячейки с кислым электролитом. Модельные реакции, включающие НгО, даются уравнениями (121-123).
В одном воплощении источником НгО для ячейки может являться дегидратация электролита, такого как гидроксид. Пример реакции гидроксида щелочного металла, такого как LiOH:
2LiOH в Li20 + Н20 (132) Реакция дегидратации может происходить, даже если она является эндотермической, с энергией, обеспечиваемой по меньшей мере одним из импульсного электролиза, реакции образования гидрино и нагревания. В одном воплощении анод CIHT или электролитической ячейки содержит материал, такой как металл, такой как Мо или сплав Мо, такой как Haynes 242, MoNi, MoCu или МоСо, который вступает в экзергоническую реакцию с НгО. Источником Н20 ячейки может быть реакция дегидратации, которая является эндотермической в ее суммарной реакции с анодом. Примером реакции является реакция электролита LiOH с Мо для образования оксида Мо, L12O и водорода. Далее ячейка может быть запущена в работу на период времени, подходящий для генерирования энергии без значительного разложения анода. Условия
функционирования ячейки, такие как рабочая температура, могут быть изменены таким образом, чтобы электролит мог регенерироваться без существенной реакции с анодом. Например, температура ячейки может быть понижена и к электролиту добавляется Н2О для его повторной гидратации. Регенерированная ячейка после этого может дальше функционировать в типичных рабочих условиях.
В одном воплощении электролит содержит гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, такой как LiOH, и, кроме того, содержит обезвоженную форму, такую как оксид, в виде смеси, в котором концентрация обезвоженной формы, такой как Li20, находится в пределах такого диапазона, чтобы анод был стабилизирован от окисления. В одном воплощении анод, такой как Мо анод, реагирует с гидратированной формой, такой как LiOH, и является устойчивым в присутствии обезвоженной формы, такой как LiOH. Диапазон концентраций этих двух форм является таким, что окислительный потенциал обеспечивает стабильность анода к окислению. Данный диапазон концентраций, кроме того, обеспечивает образование избыточной энергии во время работы ячейки, при которой источником Н может быть импульсный электролиз. В одном воплощении электролит может далее в процессе работы стать обезвоженным. Электролит может повторно гидратироваться непрерывным, или периодическим, или импульсным образом. В последнем случае добавление НгО может происходить при более низкой температуре, чем рабочая температура, для того, чтобы защитить анод, такой как Мо анод, от окисления в течение гидратации. После повторной гидратации ячейка может быть нагрета и запущена в действие при стандартной, более высокой рабочей температуре. Электролит может, кроме того, содержать смесь гидроксида, обезвоженной формы и по меньшей мере одной другой соли, такой как галогенид, такой как галогенид щелочного металла, например, LiBr.
В одном воплощении ячейки импульсной электролитической ячейки собраны в пакет. Каждая ячейка может содержать расплавленный электролит, такой как расплавленный гидроксид и при необходимости по меньшей мере одну другую соль, или расплавленный водный электролит, такой как водно-щелочной электролит. Катод каждой ячейки может содержать кислородный или воздушный электрод. В воплощениях источником кислорода ячейки является по меньшей мере одно из воздуха, внешнего кислорода и электролитически вырабатываемого кислорода. В одном воплощении катод может содержать по меньшей мере один участок, который подвергается действию источника кислорода, такого как воздух или газ Ог. Экспонируемый участок может продолжаться от пакета ячейки и электролита, чтобы позволить Ог или восстановленному Ог затекать в электролит по границе раздела катод-электролит. В другом воплощении
ячейка может быть закрытой, и водород и кислород могут быть вырабатываемыми электролитическим способом. Система может содержать нагреватель для поддержания пакета при желательной повышенной температуре. Такая температура может быть около или выше температуры плавления расплавленного электролита. В одном воплощении конструкция ячейки выполнена в виде рулета. В одном воплощении сепаратор или разделитель и электролит применяются между электродами, которые могут содержать листы, которые скатываются. Ячейка в форме рулета может быть закрытой. Ячейка может быть туго скрученной, с обеспечением кислорода посредством электролиза. В одном воплощении электрод восстановления кислорода, такой как катод, может быть полностью погруженным в электролит. Электроды импульсного электролиза, которые обеспечивают водород и кислород, могут быть из различных материалов, таких как различные металлы или различные материалы данного раскрытия, такими как различные электроды, выбираемые из группы металлов, углерода, карбидов, боридов, нитридов и карбонитрилов. Катодный материал может абсорбировать кислород во время электролиза и высвобождать его в течение фазы разряда импульсного цикла.
В одном воплощении напряжение реакции образования катализатора в полуэлементе при 25°С относительно SHE составляет около 1,2 В. Подходящие величины напряжения находятся в диапазонах от около 1,5 В до 0,75 В, от 1,3 В до 0,9 В и от 1,25 В до 1,1 В относительно SHE при 25°С. Подходящими реакциями являются приводящие к образованию НгО, такие как отображаемые уравнениями (90) и (121). В одном воплощении расчетное напряжение ячейки составляет около 0 В. Реакции ячейки могут содержать восстановление воды в ОН" и Нг на катоде и реакцию ОН" и 1/2Н2 в НгО на аноде. В одном воплощении реакция ячейки, имеющей расчетное напряжение ячейки около 0 В, происходит с по меньшей мере одной другой, имеющей расчетное напряжение ячейки, превышающее около 0 В. В одном примере осуществления реакции ячейки могут содержать восстановление воды до ОН' и Н2 на катоде и реакцию ОН" и 1/2Н2 в Н20 на аноде, имеющие расчетное напряжение ячейки около 0 В, а также результирующую реакцию ячейки образования воды (уравнение (93)), имеющую расчетное напряжение ячейки больше, чем 0 В.
В другом воплощении площадь поверхности по меньшей мере одного электрода увеличена посредством нанесения покрытия, такого как черное металлическое покрытие, нанесенное методом осаждения из пара, таким как непрерывное осаждение из паровой фазы (CVD), напыление, плазменное осаждение, осаждение атомных слоев (ALD), физическое осаждение из паровой фазы (PVD), такое как плазменной струей, катодное электродуговое напыление, электронно-лучевое физическое осаждение из паровой фазы,
осаждение из паровой фазы, импульсное лазерное напыление и осаждение методом распыления, химическое осаждение из паровой среды (CVD), металлоорганическая газофазная эпитаксия (MOVDE) и химическое осаждение из паровой фазы методом разложения металлоорганических соединений (MOCVD). Другие подходящие способы содержат распыление, нанесение кистью, нанесение спиральным валиковым скребком, трафаретную печать, методом центрифугирования, мокрый перенос копии и пленочное литье. В других воплощениях слой электролита может быть нанесенным этими или другими известными в данной области способами.
В одном воплощении кислородные компоненты, такие как по меньшей мере одно
из 02, 03, °+ъ, °3 , О, 0+, Н20, Н30+, ОН, ОН+, ОН", НООН, ООН", О", О2", °* и °2 5 могух подвергнуться окислительной реакции с Н компонентами, такими как по меньшей мере одно из Н2, Н, FT, Н20, НзО+, ОН, ОН*, ОН", НООН и ООН", для образования по меньшей мере одного из ОН и Н20, которые действуют в качества катализатора образования гидрино. Источником Н компонентов может быть по меньшей мере одно такое соединение, как гидрид, такой как LaNisH, гидроксид или оксигидроксидное соединение, Н2 или источник Н2, проницаемая для водорода мембрана, такая как Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Fe(H2) или Nb(H2), также таким источником может являться импульсный электролиз электролита. Кислородные компоненты могут быть обеспечены реакцией восстановления Н20 или 02 на катоде. Также таким источником кислорода может являться импульсный электролиз электролита. Источником 02 или компонентов О может быть воздух. В качестве варианта, компоненты О могут подаваться в ячейку. Подходящими источниками
компонентов О, таких как ОН", НООН, ООН", О", О2*, ^2 и ^2 , являются оксиды, пероксиды, такие как оксиды и пероксиды щелочных металлов, супероксиды, такие как супероксиды щелочных и щелочноземельных металлов, гидроксиды и оксигидроксиды, такие как представленные в данном раскрытии. Примерами оксидов являются оксиды переходных металлов, такие как NiO и СоО, и Sn, такой как SnO, щелочных металлов, такие как Li20, Na20 и К20, и щелочноземельных металлов, такие как MgO, CaO, SrO и ВаО. Источник оксида, такого как NiO или СоО, может добавляться к расплавленному солевому электролиту. Кроме того, примерами оксидов являются выбираемые из группы оксидов Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn и W. Примерами ячеек являются [Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Fe(H2) или Nb(H2) или гидрид, такой как Ьа№5Нб/электролит с эвтектической смесью солей, содержащий гидроксид щелочного металла, такой как LiOH-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaX (X = галогенид или нитрат) или LiOH-Li2X либо NaOH-Na2X (X = сульфат или карбонат) и
Li20, Na20, K20, MgO, CaO, SrO или BaO, или оксид Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn или W, пероксид, такой как пероксиды щелочных металлов, или супероксид такой как супероксиды щелочных и щелочноземельных металлов/Ni или другой металл, который может быть таким же, как и металл анода]. В других воплощениях проницаемый для Н электрод содержит электрод импульсного электролиза, который служит в качестве анода во время разряда. В одном воплощении ОН" может быть окислен и приведен во взаимодействие с Н на аноде для образования Н20, которая может служить в качестве катализатора образования из Н гидрино. Н может быть из такого источника, как гидрид, такой как LaNisH6, или Н2, который может проникать через мембрану, такую как Ni, Ti, V, Nb, Pd, PdAg или Fe, из такого водородного источника, как питающий резервуар 640, протекая по линии 642 и через регулятор 644 (фиг. 5). Таким источник может быть водная электролитическая ячейка 640 с сепаратором Н2 и 02, снабжающим по существу чистым H2j Н20 может восстанавливаться до Н2 и ОН" на катоде. Образование Н2 может обеспечиваться импульсным электролизом электролита, такого как расплавленный электролит. В одном воплощении, показанном на фиг. 5, ячейка СШТ содержит Н20 и системы сбора и рециркуляции Н2. Ячейка СШТ 650 содержит емкость 651, катод 652, анод 653, нагрузку 654, электролит 655 и систему 657 сбора пара Н20 из ячейки СШТ, такого как образующийся на аноде. Система сбора Н20 содержит первую камеру 658, соединенную с ячейкой, чтобы получать пар Н20 через канал 659 подачи пара из ячейки в камеру 658 сбора Н20. Система сбора содержит по меньшей мере один абсорбер Н20 и Н20 конденсатор 660, Собранная вода может возвращаться к ячейке СШТ в виде пара Н20 или жидкой воды через канал 661 с помощью насоса 663 или под действием давления, создаваемого при нагревании собранной воды нагревателем 665, Поток воды и давление пара могут контролироваться в камере вентилями 666, 667 и 668 и отслеживаться измерительным устройством 669, Вода может быть возвращена к катоду 652, который может быть пористым по отношению к возвратной Н20. Ячейка СШТ, кроме того, содержит систему 671 для сбора в ячейке СШТ Н2. Система сбора Н2 содержит вторую камеру 672, содержащую Н2 газопоглотитель 673, в котором непрореагировавший Н2 из анодного источника и Н2, образованный на катоде, могут быть собраны в газопоглотителе Н2. Н2 с водой, по меньшей мере частично удаленной системой сбора Н20, перетекает из первой камеры во вторую через газовый канал 675, В одном воплощении между камерами имеется селективная по Н2 мембрана, препятствующая попаданию Н20 во вторую камеру и ее взаимодействию с газопоглотителем. Газопоглотитель может содержать переходный металл, щелочной металл, щелочноземельный металл, внутренний переходный металл,
редкоземельные металлы, комбинации металлов, сплавы и сохраняющие водород материалы, такие как раскрываемые в данном раскрытии. Собранный Н2 может быть возвращен в ячейку СШТ через канал 676 с помощью насоса 678 или под действием давления, создаваемого нагреванием газопоглотителя или собранного Н2 нагревателем 680, Поток и давление Н2 могут контролироваться в камере вентилями 681 и 682 и отслеживаться измерительным устройством 684, Газопоглотитель может собирать водород при открытом вентиле 681 и закрытом вентиле 682, при том, что нагреватель поддерживает его при одной температуре, подходящей для ресорбции Н2. Далее вентиль 681 может быть закрыт, а температура увеличена до температуры, вызывающей высвобождение водорода до достижения желательного давления, измеряемого с помощью измерительного устройства 684, Вентиль 682 может быть открыт, чтобы позволить находящемуся под избыточным давлением водороду затекать в ячейку. Поток может проходить к аноду 653, имеющему проницаемые для Н2 стенки. Вентиль 682 может быть закрыт, температура нагревателя 680 снижена, а вентиль 681 открыт для сбора Н2 газопоглотителем 673 в повторном цикле. В одном воплощении подача энергии к нагревателю, вентилям и измерительным приборам может обеспечиваться ячейкой СШТ. В одном воплощении разность температур между системами сбора и ячейками может использоваться для достижения желательных давлений при введении в ячейку Н2 или Н20. Например, Н2 может находиться при первой температуре и давлении в герметизированной камере, которая погружается в горячую соль, чтобы достичь второго, более высокого давления при более высокой температуре соли. В одном воплощении ячейка СШТ содержит множество проницаемых для водорода анодов, которые могут снабжаться водородом через общий газовый коллектор.
В другом воплощении показанной на фиг. 5 системы обеспечивается источник снабжения катода 652 кислородом, такой как по меньшей мере одно из воздуха, 02, оксида, Н20, НООН, гидроксида и оксигидроксида. Также может быть обеспечен источник снабжения кислородом ячейки через селективный вентиль или мембрану 646, которых может быть несколько, при этом мембрана является проницаемой для 02, такой как тефлоновая мембрана. Кроме того, система 657 содержит сепаратор Н2 и других газов ячейки, таких как по меньшей мере одно из азота, водяного пара и кислорода, при этом система 671 собирает неиспользованный водород и возвращает его к ячейке, например, через проницаемый для Н2 анод 653, Система 657 может конденсировать воду. Система 667 может в дополнение или при необходимости содержать селективную проницаемую для Н2 мембрану и вентиль 668, которые могут находиться на выходе из системы 657 и которые удерживают 02, N2 и, возможно, воду и позволяют Н2 селективно проходить к
системе 671, В одном воплощении давление пара воды контролируется на одном или нескольких из катода 651 и ячейки для управления выходной мощностью ячейки.
В одном воплощении проницаемый для Нг электрод заменен барботирующим Н2 анодом 653, Н2 может быть рециклирован без удаления Н20 с помощью по меньшей мере одного насоса, такого как 678, Если кислород подается к ячейке, например, через селективный вентиль или мембрану 646 или на пористый 02 катод 652, тогда он может извлекаться из Н2 системой 657, Модельный пористый электрод для снабжения по меньшей мере одним из Н2, Н20, воздуха и 02 посредством барботажа содержит прочно присоединенный узел из пористого Ni корпуса (Celmet #6, Sumitomo Electric Industries, Ltd.) внутри внешней трубки из оксида алюминия. Если ячейка снабжается воздухом, тогда при необходимости из рециркулируемого газа Н2 удаляется N2) Любой потребляемый на образование гидрино или вышедший из системы Н2 может быть замещен. Н2 может замещаться в результате электролиза Н20. Энергия для электролиза может обеспечиваться ячейкой СШТ.
Скорость проникания водорода или скорость потока к проницаемым и барботирующим анодам, соответственно, контролируется в целях оптимизации выигрыша в мощности вследствие реакции гидрино по сравнению с обычной реакцией образования воды из водорода и кислорода. С учетом площади активной поверхности, такой как ограничиваемая физическими габаритами внешней поверхности, подвергаемой действию
12 2
электролита, подходящие скорости потока находятся в диапазонах от около 10" до 10"
9 1 11 ft 91 1П 7 91
моль-см" -с" , от около 10' до 10" моль-см" -с", от около 10" до 10" моль-см" -с' и от около 10"9 до 10"8 моль-см"2^"1' Скорость восстановления на катоде по меньшей мере одного из 02, Н20 и смеси 02 и Н20, такой как содержащаяся в воздухе, может быть любой желательной скоростью для поддержания реакции ячейки при данной скорости проникания водорода или потока на аноде. Подходящие скорости восстановления, выраженные в виде тока в отнесении к эффективной поверхности, находятся в диапазонах
9 9 9
от около 0,001 до 1000 мА-см", от около 0,1 до 100 мА-см" и от около 0,5 до 10 мА-см"' В одном воплощении катодный газ может содержать смесь 02, Н20 и N2j Их мольные доли могут быть любыми желаемыми. Подходящими мольными долями являются такие, как в воздухе (02 -20%, N2 -80%, Н20 -0,5-3%), однако содержание любого данного компонента может быть изменено в диапазоне от около 0,1 до 99 моль.%. В других воплощениях мольные процентные доли 02/N2/H20 находятся в диапазоне от около 1 до 99%, от 1 до 99% и от 0,0001 до 99%, соответственно, с общим суммарным содержанием около 100%. Также могут присутствовать и другие газы, такие как Аг. В одном воплощении входящий в ячейку газ очищается от С02.
В одном воплощении в качестве катализатора может выступать по меньшей мере одно из пН, О, пО, ОН и Н20 (п = целое число). Н может реагировать с источником кислорода, чтобы образовать по меньшей мере одно из ОН и Н20. Источником кислорода может быть оксианион. Электролит может содержать соединение, содержащее оксианион. Примерами подходящих оксианионов являются по меньшей мере один из гидроксида, карбоната, нитрата, сульфата, фосфата, хромата, бихромата, перхлората и перйодата. В целом примерами подходящих соединений, которые выполняют функцию источника кислорода, индивидуально или в комбинации, являются MNO3, MNO, MN02, МОН, М2С03, МНСО3, M2S04, MHSO4, М3РО4, M2HP04, MH2P04, M2Mo04, MNb03, М2В407 (М тетраборат), MB02, M2W04, M2Cr04, М2Сг207, М2ТЮ3, MZr03, МА102, MCo02, MGa02, M2Ge03, MMn204, M4S1O4, M2Si03, MTa03, MV03, MI03, MFe02, MI04, MC104, MScOn, MTiOn, MVOn, MCrO", MCr2On, MMn2On, MFeO", MCoOn, MNiO", MNi2On, MCuOn, MZnOn, (M является щелочным металлом или аммонием и п=1,2,3, или 4; М может также быть другим катионом, таким как катион щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного или редкоземельного металла, или группой 13-16 катионов), и органическая основная соль, такая как ацетат М или карбоксилат М. Реакция образования по меньшей мере одного из ОН и Н20 в качестве катализатора получения гидрино может происходить в виде реакции окисления оксианиона. Такая реакция может, кроме того, включать реакцию с Н. Данные реакции могут происходить на аноде. Образование по меньшей мере одного из катализаторов ОН и Н20 в присутствии Н приводит к катализу Н катализатором в гидрино. Примеры общих реакций, в которых Е обозначает элемент, или соединение: анод
ОН- + НвН20 + е (133)
ш* +2НвН20+ +me (134)
znyux +HbH2q+ ^Vi4-i +me- (134)
катод
Ш*~х + те + 1/202 в ьи* (136)
-^Vr4-i +(т+1)е+Н20+1/202+ > х +ОК (137) 02 + 2Н20 + 4е" в 40Н" (138) В одном конкретном примере подходящие реакции образования катализатора Н20, СО2'
в которых 3 служит в качестве источника кислорода, представлены анод
С0* + 2H в Н20 + С02 + 2е" (139) катод
С02 + 1/202 + 2е" в С°3 (140) В качестве варианта, водород может реагировать с анодом, который может содержать металл М', такой как Ni или Со, чтобы образовать соответствующий гидрид, который далее вступает во взаимодействие согласно такому механизму, как анод
2М + Н2в2МН (141)
МН+СОз вОН" + С02 + е" (142) 2МН + ОН" в 2М + Н20 + е" + Н(1/р) (143) МН + 1/2Н2 + ОН" в М + Н20 + е" + Н(1/р) (144) Подобные реакции могут происходить и с другими оксианионами. В других воплощениях другой оксианион и соответствующее окисленное соединение, такое как газ, СО2'
заменяют 3 и С02, соответственно. Примерами анионов и газов или соединений
SO NO' РО
являются
4 , 3 и 4 , а также S02, N02 и P20s, соответственно. Ячейка может снабжаться являющимся продуктом газом или соединением, таким как С02, S02 или N02, В качестве варианта, газ или соединение, такое как С02 S02 или N02, могут рециклироваться в ячейке. Ячейка может содержать такое средство, как полупроницаемая мембрана, для сохранения газа или соединения при поддержании ячейки в открытом состоянии, таком как открытое по отношению к воздуху и при необходимости по меньшей мере к одному из добавленных 02 и Н20. Ячейка может также содержать линии снабжения этими газами, например, 02 и Н20. На данных линиях могут иметься вентили, которые поддерживают направленный поток в целях предотвращения утечки продукта окисления оксианиона. В одном воплощении продукт окисления является таким элементом или соединением, как S или Р. Данный продукт может подвергнуться восстановлению для образования такого соответствующего соединения, как сульфид или фосфид. В качестве варианта, продукт реагирует с поступающим в ячейку кислородом для образования оксианиона, такого как оксианион, представляющий исходный реагент, такой SO2' РОъ~
как 4 или 4 . Ячейка может быть закрытой или полузакрытой в случае импульсного электролиза, при котором кислород и водород производятся in situ. Далее в периодическом режиме могут добавляться подпиточные газы для поддержания электролита и источника водорода для образования гидрино. Газы, такие как С02, S02 или N02, могут повторно использоваться во внутреннем цикле.
В другом воплощении в целях образования гидрино для по меньшей мере одного из получения низкоэнергетических водородных компонентов и соединений и производства энергии реакционная смесь содержит источник атомарного водорода и источник катализатора, содержащий по меньшей мере одно из Н и О, такой, как представленный в данном раскрытии, например, НгО катализатор. Атомарный водород может быть получен диссоциацией газообразного Нг. Диссоциатор водорода может быть одним из представленных в данном раскрытии, таким как R-Ni, или благородный металл, или переходный металл на субстрате, такой как Ni, или Pt, или Pd на углероде или А1203> В качестве варианта, атомарный Н может быть полученным при проникании Н через мембрану, такую как представленные в данном раскрытии. В одном воплощении ячейка содержит мембрану, такую как керамическая мембрана, чтобы сделать возможной селективную диффузию Нг с предотвращением диффузии других компонентов, такой как диффузия Н20.
Электролит может содержать водный раствор или расплавленную соль. Электролит, такой как по меньшей мере одно из гидроксида, карбоната, нитрата, сульфата, фосфата, хромата, бихромата, перхлората и перйодата, а также их смесей, может содержать эвтектическую смесь, такую как по меньшей мере одна из эвтектических смесей солей Таблицы 4, по меньшей мере одну из дальнейших смесей раскрытия или известную в данной области смесь. Ячейка может содержать источник водорода, воды и кислорода. Вода может содержать по меньшей мере одно из водорода, дейтерия и трития, например, по меньшей мере одно из Н20, HOD, D20, Т20, DOT и НОТ. Примеры эвтектических смесей солей представлены по меньшей мере двумя из галогенида щелочного металла, карбоната, нитрата, сульфата и гидроксида. Расплавленный электролит может, кроме того, содержать источник Н20, которая может быть поглощаемой из атмосферы или снабжаемой в виде жидкой воды или пара, поступающих к ячейке. Ячейка может включать открытую ячейку. Кислород может быть кислородом из атмосферы, кислородом, снабжаемым в виде газа или в результате импульсного электролиза Н20. Источник водорода может обеспечиваться в виде газа с помощью таких способов, как проникание, барботаж или пробулькивание, или импульсным электролизом источника водорода, таким как электролиз электролита, содержащего некоторое количество Н20. В одном воплощении рабочая температура ячейки ниже той, которая вызвала бы коррозию, например, коррозию электродов или емкости. Примерами ячеек являются Р^Н(Н2)/водный или эвтектический солевой электролит из одного или нескольких из MN03, MNO, MN02, МОН, M2C03, MHC03, M2S04, MHSO4, М3Р04, M2HP04, MH2P04, M2Mo04, MNb03, М2В407 (М тетраборат), MB02, M2W04, М2СЮ4,
M2Cr207, М2ТЮ3, MZr03, MA102, MCo02, MGa02, M2Ge03, MMn204, M4Si04, M2Si03, MTa03, MV03, MI03, MFe02, MI04, MC104, MScOn, MTiOn, MVOn, MCrOn, MCr2On, MMn2On, MFeOn, MCoOn, MNiOn, MNi2On, MCuOn, MZnO", (M является щелочным металлом или аммонием и п= 1,2,3 или 4)/Ni + воздух], при этом водородный электрод может быть проницаемым, барботирующим или электродом импульсного электролиза. Дополнительными примерами являются [Ni/LiOH-Li2S04/Ni + воздушный импульсный заряд-разряд], [Ni/LiOH-Li2S04 (aq)/Ni + воздушный импульсный заряд-разряд], [Ni или РхТШЬЦОН (aq)/Ni или PtTi + воздушный импульсный заряд-разряд], [Ni/Sr(OH)2 или Ва(ОН)2 (aq)/Ni + воздушный импульсный заряд-разряд], [PtTi или Ni/K2C03 (aqYNi или PtTi + воздушный импульсный заряд-разряд] и [PtTi или Pd/LiOH (aq)/Pd или PtTi + воздушный импульсный заряд-разряд].
В одном воплощении ячейки СШТ, которая вырабатывает по меньшей мере одно из тепловой и электрической энергии при образовании гидрино, реакция Н является регенерационной за исключением того, что одна порция запаса Н при каждом цикле повторяющейся реакции превращается в гидрино. Примеры реакций водорода и карбоната из электролита, такого как К2С03, которьш может быть гидратированным расплавленным или водным электролитом:
С°3 + Н20 в 20Н- + С02 (145)
анод
ОН" + 1/2Н2 в Н20 + е (146)
катод
С02 + Н20 + 2е" в С0* + н2 (147) Анодная реакция может также задаваться уравнением (139), включающим СО2'
окисление 3 до Н20, служащей в качестве катализатора. В итоге часть Н преобразуется в Н(1/р), при этом по меньшей мере одно из пН, О, пО, ОН и Н20 (п = целое число) может служить в качестве катализатора. Источником водорода может быть по меньшей мере одно из проникания, барботирования или пробулькивания, а также импульсный электролиз. Реакция может происходить совместным образом при отсутствии электродов, например, в одном вырабатывающем тепловую энергию воплощении. Одно конкретное термическое воплощение содержит находящуюся под давлением водорода камеру и проницаемую для водорода мембрану, которая посредством проникания снабжает водородом вторую реакционную камеру, которая содержит карбонат, такой как карбонат щелочного металла, например, К2С03,
В одном воплощении ячейка СШТ содержит систему совместного производства
теплоты и электроэнергии, в котором электричество и тепловая энергия вырабатываются для нагрузки. По меньшей мере одна из электрической и тепловой нагрузки может быть по меньшей мере одной из внутренних и внешних. Например, по меньшей мере часть тепловой или электрической энергии, произведенной при образовании гидрино, может поддерживать температуру ячейки, такую как температура расплавленной соли ячейки СШТ, содержащей расплавленный солевой электролит или расплавленные реагенты. Электрическая энергия может по меньшей мере частично обеспечивать энергией электролиз для регенерации исходных реагентов ячейки из продуктов. В одном воплощении электролит, такой как водный или расплавленный солевой электролит, может перекачиваться через или по теплообменнику, которьш извлекает теплоту и в конечном счете передает ее к нагрузке.
В некоторых воплощениях энергия, химические вещества, раскрываемые здесь системы батарей и топливных элементов регенерируют реагенты и поддерживают реакцию образования низкоэнергетического водорода за исключением лишь нуждающегося в замещении водорода, расходуемого на образование гидрино, при этом потребляемое водородное топливо может быть получено из электролиза воды. Такой топливный элемент может использоваться для широкого спектра применений, таких как выработка электрической энергии для питания общего назначения, совместного производства электрической и тепловой энергии, обеспечения энергией подвижного состава, силовых судовых установок и в авиации. В последнем случае ячейка СШТ может заряжать батарею, используемую в качестве накопителя энергии для электрического транспортного средства.
Мощность может контролироваться посредством управлении реагентами и условиями реакций анодного и катодного полуэлементов. Подходящими контролируемыми параметрами являются давление водорода и рабочая температура. Топливный элемент может быть элементом из множества составленных в пакет ячеек. Элементы топливного элемента могут быть уложены штабелем и могут быть последовательно связаны соединительным проводником в каждом соединении. Соединительный проводник может быть металлическим или керамическим. Подходящие соединительные проводники представлены электропроводящими металлами, керамикой и металлокерамическими композитными материалами.
В одном воплощении ячейка периодически меняет полярность на обратную посредством возможного приложения напряжения для того, чтобы обеспечить удаление по меньшей мере одного из продуктов окислительно-восстановительной реакции и продуктов гидрино и исключать ингибирование продуктами. Такие продукты могут быть
также удалены физическими и термическими способами, такими как ультразвук и нагревание, соответственно. В одном воплощении электролит может удаляться, обрабатываться с помощью, например, нагревания для извлечения гидрино, и заменяться. Электролит, такой как расплавленный солевой или водный электролит, может быть текучим и обработка может происходить в периодическом режиме или в потоке.
В одном воплощении ячейка содержит систему мониторинга и контроля, которая может применяться для ограничения несанкционированных или не обеспеченных лицензией действий. Такая система может содержать контрольное устройство, способное к дистанционной пересылке данных. Система может быть пригодна к телеметрии. Система может быть пригодна к приведению в отключенное состояние. Система может быть пригодна к дистанционному отключению.
XI. Химический реактор.
Настоящее раскрытие также касается других реакторов для получения водородных компонентов с увеличенной энергией связи и соединений настоящего раскрытия, таких как молекулы дигидрино и соединения гидрида гидрино. Кроме того, продуктами такого катализа являются энергия и при необходимости плазма и свет в зависимости от типа ячейки. Такой реактор в дальнейшем упоминается как "водородный реактор" или "водородная ячейка". Водородный реактор содержит ячейку для получения гидрино. Ячейка для получения гидрино может принимать форму химического реактора или газового топливного элемента, такого как газоразрядная ячейка, ячейка плазменного факела или микроволновая энергетическая ячейка и электрохимический элемент. Примеры осуществления ячейки для получения гидрино могут принимать форму жидкотопливной ячейки, твердотопливной ячейки, гетерогенного топливного элемента и ячейки СШТ. Каждая из этих ячеек содержит (!) источник атомарного водорода; (ii) по меньшей мере один катализатор, выбранный из твердого катализатора, расплавленного катализатора, жидкого катализатора, газообразного катализатора или их смеси для получения гидрино; и (iii) емкость для реакции водорода и катализатора при получении гидрино. В данном контексте и как предусматривается настоящим раскрытием, термин
"водород", если не указывается иного, включает не только протий ('-^), но также и
дейтерий (2#), и тритий (3#). В случае применения в качестве реагента реакции гидрино дейтерия можно ожидать получения относительно незначительных количеств продуктов гетерогенных топлив и твердых топлив в виде трития или гелия. Модельные химические реакционные смеси и реакторы могут содержать ячейку СШТ или воплощения термоэлемента данного раскрытия. Дополнительные примеры осуществления даются в
данном разделе химических реакторов. В раскрытии даются примеры реакционных смесей, содержащих в качестве катализатора НгО, образующуюся в ходе реакции смеси. Другие катализаторы, такие как представленные в таблицах 1 и 3, могут служить для получения водородных компонентов и соединений с увеличенной энергией связи. Примером катализатора М-Н типа из Таблицы ЗА является NaH. Реакции и условия из этих модельных вариантов пригодны к регулированию по таким параметрам, как реагенты, массовые процентные доли содержания этих реагентов, давление Нг и температура реакции. Подходящими реагентами, условиями и диапазонами параметров являются представленные в данном раскрытии. В одном воплощении эти реакционные смеси, кроме того, содержат источник кислорода, такой как продукты окисления нержавеющей стали реактора, который реагируют с Нг и другими присутствующими реагентами с образованием катализатора Н20 и гидрино, что вызывает матричный сдвиг в область сильного поля, такой как и для любых гидроксидов, образующихся в процессе таких реакций.
В одном воплощении реакция твердого топлива образует Н20 и Н в качестве продуктов или интермедиатов реакции. Н20 может служить в качестве катализатора образования гидрино. Реагенты содержат по меньшей мере один окислитель и один восстановитель, а реакция содержит по меньшей мере одну окислительно-восстановительную реакцию. Восстановитель может содержать металл, такой как щелочной металл. Реакционная смесь может, кроме того, содержать источник водорода и источник Н20 и может при необходимости содержать субстрат, такой как углерод, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN, или нитрил. Субстрат может содержать металлический порошок. В одном воплощении водородный субстрат содержит Мо или сплав Мо, такой как представлен в данном раскрытии, такой как MoNi, MoCu и МоСо. В одном воплощении окисление субстрата избегается с помощью таких способов, как выбор других, не вызывающих окисления субстрата компонентов реакционной смеси, выбор не приводящих к окислению температуры и условий реакции и поддержание восстановительной газовой среды, такой как атмосфера Н2, как это известно специалистам в данной области. Источник Н может быть выбран из группы щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных, редкоземельных гидридов и гидридов данного раскрытия. Источником водорода может быть газообразный водород, который может, кроме того, содержать диссоциатор, такой как представленные в данном раскрытии, такой как благородный металл на субстрате, таком как углерод или оксид алюминия и другие из данного раскрытия. Источник воды может содержать соединение, которое дегидратирует, такое как гидроксид или гидроксидное комплексное соединение,
такое как таковые Al, Zn, Sn, Cr, Sb и Pb. Источник воды может содержать источник водорода и источник кислорода. Источник кислорода может содержать соединение, содержащее кислород. Примерами таких соединений или молекул являются Ог, щелочной или щелочноземельный оксид, пероксид или супероксид, ТеОг, Se02, РОг, Р2О5, SO2, SO3, M2SO4, MHSO4, С02, M2S208, MMn04, М2Мп204, МхНуР04 (х, у = целое число), РОВг2, MCIO4, MNO3, NO, N2O, NO2, N2O3, CI2O7 и Ог (М = щелочной металл; заменить М могут щелочноземельный или другой катион). Другие модельные реагенты содержат реактивы, выбранные из группы Li, LiH, L1NO3, LiNO, LiN02, Li2NH, LiNH2, LiX, NH3, L1BH4, L1AIH4, Li3AlH6, LiOH, Li2S, LiHS, LiFeSi, Li2C03, LiHC03, Li2S04, LiHS04, Li3P04, Li2HP04, LiH2P04, Li2Mo04, LiNb03, Li2B407 (тетраборат лития), LiB02, Li2W04, L1AICI4, LiGaCl4, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Ti03, LiZr03, LiA102, LiCo02, LiGa02, Li2Ge03, LiMn204, Li4Si04, Li2Si03, LiTa03, LiCuCl4, LiPdCl4, LiV03, LiI03, LiFe02, LiI04,LiC104, LiScOn, LiTiOn, LiVOn, LiCrOn, LiCr2On, LiMn2On, LiFeOn, LiCoO", LiNiOn, LiNi2On, LiCuOn и LiZnOn, где n=l, 2, 3 или 4, оксианиона, оксианиона сильной кислоты, окислителя, молекулярного окислителя, такого как V2O3, I2O5, Mn02, Re207, СгОз, Ru02, AgO, PdO, Pd02, PtO, РЮ2 и NH4X, в котором X - нитрат или другой подходящий анион, представленный в CRC, и восстановителя. Другой щелочной металл или другой катион могут заменить Li. Дополнительные источники кислорода могут быть выбраны от МС0О2, MGa02, M2Ge03, MMn204, IvLtSiO^ M2Si03, MTa03, MV03, MI03, MFe02, MI04, MC104, MScOn, MTiO", MVOn, MCrOn, MCr20", MMn2On, MFeOn, MCoOn, MNiO", MNi2On, MCuO" и MZnOn, где M является щелочным металлом и n=l, 2, 3 или 4, оксианиона, оксианиона сильной кислоты, окислителя, молекулярного окислителя, такого как V203, I2O5, Мп02, Re207, СгОз, Ru02, AgO, PdO, Pd02, PtO, Pt02, I204, I205, I209, S02, S03, C02, N20, NO, N02, N203, N204, N205, C120, СЮ2, C1203, C1206, C1207, P02, P203 и P205> Реагенты могут находиться в любом желательном соотношении, которое позволяет получить гидрино. Модельная реакционная смесь состоит из 0,33 г LiH, 1,7 г LiN03 и смеси из 1 г MgH2 и 4 г порошка активированного С. Другой пример реакционной смеси представляет смесь из черного пороха, такого как KNO3 (75 масс.%), древесный уголь из мягкой древесины (который может иметь примерную формулу С7Н4О) (15 масс.%) и S (10 масс.%); KNO3 (70,5 масс.%) и древесный уголь из мягкой древесины (29,5 масс. %) или эти соотношения внутри диапазона около ±1-30 масс.%. Источником водорода может быть древесный уголь, имеющий приблизительную формулу С7Н40.
Реагенты и реакция регенерации и системы могут содержать таковые из данного раскрытия, или из предшествующих патентных заявок США данного заявителя, таких как "Реактор катализатора водорода", PCT/US08/61455, поданная РСТ 24/04/2008; "Реактор
гетерогенного катализатора водорода", PCT/US09/052072, поданная РСТ 29/07/2009; "Энергетическая система гетерогенного катализатора водорода", PCT/US10/27828, поданная РСТ 18/03/2010; "Энергетическая система электрохимического катализатора водорода", PCT/US11/28889, поданная РСТ 17/03/2011 и "Энергетическая система электрохимического катализатора водорода на основе НгО", PCT/US 12/31369, поданная 30/03/2012 ("Предыдущие заявки Mills"), включенных здесь во всей их полноте посредством ссылки.
Реагенты для образования катализатора Н20 могут содержать источник О, такой как разновидности О, и источник Н. Источник компонентов О может содержать по меньшей мере одно из 02, воздуха и соединения или смеси соединений, содержащих О. Соединение, содержащее кислород, может содержать окислитель. Соединение, содержащее кислород, может содержать по меньшей мере одно из оксида, оксигидроксида, гидроксида, пероксида и супероксида. Подходящие примеры оксидов металлов представлены оксидами щелочных металлов, такими как Li20, Na20 и К20, щелочноземельными оксидами, такими как MgO, CaO, SrO и ВаО, оксидами переходных металлов, такими как МО, М20з, FeO, Fe203 и СоО, и внутренних переходных металлов, а также оксидами редкоземельных металлов и оксидами других металлов и металлоидов, такими как оксиды Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, и смесями этих и других элементов, содержащими кислород. Оксиды могут содержать оксидный анион, такой как анионы данного раскрытия, такой как анион оксида металла, и катион, такой как катион щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и редкоземельного металлов, а также других металлов и металлоидов, такие как катионы А1, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, такие как ММ'2хОзх+1 или ММ'2х04 (М = щелочноземельньш, М' = переходный металл, такой как Fe, или, М или Mn, х = целое число), М2М'2хОзх+1 или М2М'2х04 (М = щелочной металл, М' = переходный металл, такой как Fe или М или Mn, х = целое число). Примеры подходящих оксигидроксидов металлов представлены АЮ(ОН), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH) (a-MnO(OH) граутит и y-MnO(OH) манганит), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), М1/2СошО(ОН) и МшСо1/зМп1/зО(ОН). Подходящими примерами гидроксидов являются гидроксиды металлов, таких как щелочные, щелочноземельные, переходные, внутренние переходные и редкоземельные металлы, и гидроксиды других металлов и металлоидов, такие как гидроксиды Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, а также смеси. Подходящими комплексными ионными гидроксидами являются Li2Zn(OH)4, Na2Zn(OH)4, Li2Sn(OH)4, Na2Sn(OH)4, Li2Pb(OH)4, Na2Pb(OH)4, LiSb(OH)4, NaSb(OH)4, LiAl(OH)4, NaAl(OH)4, LiCr(OH)4, NaCr(OH)4, Li2Sn(OH)6 и Na2Sn(OH)6> Дополнительные
примеры подходящих гидроксидов представлены по меньшей мере одним из Со(ОН)2, Zn(OH)2, Ni(OH)2, гидроксидами других переходных металлов, Cd(OH)2, Sn(OH)2 и Pb(OH). Подходящие примеры пероксидов представляют Н2О2, пероксиды органических соединений и пероксиды металлов, такие как М2О2, где М является щелочным металлом, такие как Ы2Ог, Na202, К2О2, другие ионные пероксиды, такие как пероксиды щелочноземельных металлов, такие как пероксиды Ca, Sr или Ва, пероксиды других электроположительных металлов, такие как пероксиды лантанидов, и ковапентные пероксиды металлов, такие как пероксиды Zn, Cd и Hg. Подходящие примеры супероксидов представлены супероксидами металлов МОг, где М является щелочным металлом, такие как NaC <2, КО2, RbCh и CsCh, и супероксиды щелочноземельных металлов.
Реакционная смесь может содержать гидроксид, такой как гидроксид щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и редкоземельного металлов и Al, Ga, В, Sn, Pb, а также других элементов, которые образуют гидроксиды, и источник кислорода, такой как соединение, содержащее по меньшей мере один оксианион, такой как карбонат, такой как содержащий щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный и редкоземельный металлы, а также Al, Ga, В, Sn, Pb и другие данного раскрытия. Другими подходящими соединениями, содержащими кислород, являются по меньшей мере одно оксианионное соединение из группы алюмината, вольфрамата, цирконата, титаната, сульфата, фосфата, карбоната, нитрата, хромата, бихромата и манганата, оксида, оксигидроксида, пероксида, супероксида, силиката, титаната, вольфрамата и другие данного раскрытия. Пример реакции гидроксида и карбоната представлен уравнением
Са(ОН)2 + Li2C03 в СаО + Н20 + Li20 + С02 (148)
В других воплощениях источник кислорода является газообразным или легко образующим газ, таким как NO2, NO, N2O, СО2, Р2О3, Р2О5 и SO2. Восстановленный оксидный продукт образования катализатора НгО, такой как С, N, NH3, Р, или S, может быть преобразован обратно в оксид сжиганием с кислородом или его источником, как представлено в "Предыдущих заявках Mills". Ячейка может вырабатывать избыточную теплоту, которая может быть использована для тепловых применений, или же теплота может быть преобразована в электричество с помощью системы Ренкина или Брайтона. В качестве варианта, ячейка может применяться для синтеза низкоэнергетических разновидностей водорода, таких как молекулярное гидрино и ионы гидрида гидрино, и соответствующих соединений.
В одном воплощении в целях образования гидрино для по меньшей мере одного из
получения низкоэнергетических разновидностей водорода и соединений и производства энергии реакционная смесь содержит источник атомарного водорода и источник катализатора, содержащий по меньшей мере одно из Н и О, такой, как представленный в данном раскрытии, например, НгО катализатор. Реакционная смесь может, кроме того, содержать кислоту, такую как H2S03, H2S04, H2C03, HN02, HN03, НС104, Н3Р03 и Н3Р04, или источник кислоты, такой как ангидрид кислоты или безводная кислота. Последний может содержать по меньшей мере одно из группы S02, S03, С02, N02, N203, N2Os, Cl207, P02, P203 и P205, Реакционная смесь может содержать по меньшей мере одно из основания и основного оксида, такого как М20 (М = щелочной металл), М'О (М' = щелочноземельный металл), ZnO или другой оксид переходного металла, CdO, СоО, SnO, AgO, HgO или А1203) Дальнейшие примеры ангидридов содержат металлы, такие как устойчивые к Н20, например, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, In и Pb. Ангидрид может быть оксидом щелочного металла или щелочноземельного металла, и гидратированное соединение может содержать гидроксид. Реакционная смесь может содержать оксигидроксид, такой как FeOOH, NiOOH или СоООН. Реакционная смесь может содержать по меньшей мере одно из Н20 и источника Н20. Н20 может образовываться обратимым образом в результате реакций гидратации и дегидратации в присутствии атомарного водорода. Примеры реакций образования катализаторной Н20:
Mg(OH)2 в MgO + Н20 21ЛОН в Li20 + Н20 Н2С03 в С02 + Н20 2FeOOH в Fe203 + Н20
(149) (150) (151) (152)
В одном воплощении катализатор Н20 образуется дегидратацией по меньшей мере одного соединения, содержащего фосфат, такого как фосфатные, гидрофосфатные и дигидрофосфатные соли таких катионов, как катионы, включающие металлы, такие как щелочные, щелочноземельные, переходные, внутренние переходные и редкоземельные металлы, а также другие металлы и металлоиды, такие как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те и смеси, для образования конденсированного фосфата, такого как по меньшей
нагревание
nNaH2P04 > (NaP03)n (метафосфат) + nH20 (154)
Реагенты реакции дегидратации могут содержать R-Ni, который может содержать по меньшей мере одно из А1(ОН)з и АЬОз, Реагенты могут, кроме того, содержать металл М, такой как металлы данного раскрытия, такой как щелочной металл, гидрид металла МН, гидроксид металла, такой как гидроксиды данного раскрытия, такой как гидроксид щелочного металла, и источник водорода, такой как Н2, а также собственный водород.
Примерами реакций являются следующие:
2А1(ОН)з + вА1203 + ЗН20 (155)
А1203 + 2NaOH B2NaA102 + Н20 (156)
ЗМН + А1(ОН)3 + вМ3А1 + ЗН20 (157)
MoCu + 2МОН + 402 вМ2Мо04 + CuO + Н20 (М = Li, Na, К, Rb, Cs) (158)
Продукт реакции может содержать сплав. R-Ni может быть регенерирован повторной гидратацией. Реакционная смесь и реакция дегидратации с образованием катализатора Н20 могут содержать и включать оксигидроксид, такой как оксигидроксиды данного раскрытия, как это представлено модельной реакцией
ЗСо(ОН)2 в 2СоООН + Со + 2Н20 (159) Атомарный водород может быть получен диссоциацией газообразного Н2. Диссоциатор водорода может быть одним из представленных в данном раскрытии, таким как R-Ni, или благородный металл, или переходный металл на субстрате, такой как Ni, или Pt, или Pd на углероде или А120з, В качестве варианта, атомарный Н может быть полученным при проникании Н через мембрану, такую как представленные в данном раскрытии. В одном воплощении ячейка содержит мембрану, такую как керамическая мембрана, чтобы сделать возможной селективную диффузию Н2 с предотвращением диффузии Н20. В одном воплощении по меньшей мере одно из Н2 и атомарного Н обеспечиваются в ячейку электролизом электролита, содержащего источник водорода, такой как водный или расплавленный электролит, содержащий Н20. В одном воплощении катализатор Н20 образуется обратимой дегидратацией кислоты или основания в форму ангидрида. В одном воплощении реакция образования катализатора Н20 и гидрино продвигаются изменением по меньшей мере одного из рН или активности ячейки, температуры и давления, при этом давление может изменяться посредством изменения температуры. Как известно специалистам в данной области, активность таких компонентов, как кислота, основание или ангидрид, может быть изменена добавлением соли. В одном воплощении реакционная смесь может содержать такой материал, как углерод, которьш может абсорбировать или быть источником такого газа, как Н2 или газообразный кислотный ангидрид, для реакции образования гидрино. Реагенты могут
находиться при любых желательных концентрациях и соотношениях. Реакционная смесь может быть расплавленной или содержать водную суспензию.
В другом воплощении источником катализатора НгО является реакция между кислотой и основанием, такая как реакция между по меньшей мере одной галогенводородной кислотой, серной, азотной или азотистой и основанием. Другие подходящие кислотные реагенты представлены водными растворами H2S04, НС1, НХ (X-галогенид), Н3РО4, НС104, HN03, HNO, HN02, H2S, H2C03, H2Mo04, HNb03, H2B407 (тетрабората М), HB02, H2W04, H2Cr04, H2Cr207, H2Ti03, HZr03, МА102, HMn204, Ш03, НЮ4, НСЮ4 или органической кислоты, такой как муравьиная или уксусная кислота. Подходящими модельными основаниями являются гидроксид, оксигидроксид или оксид, содержащий щелочной, щелочноземельньш, переходный, внутренний переходный или редкоземельный металл, или Al, Ga, В, Sn или Pb.
... В одном воплощении реагенты могут содержать кислоту или основание, которые реагирует с основным или кислотным ангидридом, соответственно, образуя катализатор Н20 и соединение из катиона основания и аниона кислотного ангидрида или из катиона основного оксида и аниона кислоты, соответственно. Модельная реакция кислотного ангидрида Si02 с основанием NaOH
4NaOH + Si02 в Na4Si04 + 2Н20 (160)
при этом реакция дегидратации соответствующей кислоты:
H4Si04 в 2Н20 + Si02 (161)
Другие примеры подходящих ангидридов могут содержать элемент, металл, сплав или смесь, такие, как представленные группой из Мо, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и Mg. Соответствующий оксид может содержать по меньшей мере одно из Мо02, ТЮ2, Zr02, Si02, А1203, NiO, Ni203, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MnO, Mn304, Mn203, Mn02, Mn207, НЮ2, Co203, СоО, Co304, Co203 и MgO. В одном примере осуществления основание содержит гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, такой как МОН (М = щелочной металл), такой как LiOH, который может образовывать соответствующий основной оксид, такой как М20, такой как Li20, и Н20. Основной оксид может взаимодействовать с безводным оксидом с образованием конечного оксида. В модельной реакции LiOH с безводным оксидом с высвобождением Н20 образующееся в качестве продукта оксидное соединение может содержать Li2Mo03 или Li2Mo04, Li2Ti03, Li2Zr03, Li2Si03, LiA102, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, Li2Nb03, Li2Se03, Li3P04, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn04, Li2Hf03, LiCo02 и MgO. Другие подходящие примеры оксидов представляют по меньшей
мере один из группы As203, As205, Sb203, Sb204, Sb205, Bi203, S02, S03, C02, N02, N203, N205, Cl207, P02, P203 и P2Os, а также другие подобные оксиды, известные специалистам в данной области. Другой пример дается уравнением (152). Подходящие реакции
металлических оксидов:
21ЛОН + №0 в Li2Ni02 + Н20 (162)
3LiOH + NiO в LiNi02 + Н20 + Li20 + 1/2Н2 (163)
4LiOH + Ni203 в 2Li2Ni02 + 2Н20 + 1/202 (164)
21Л0Н + Ni203 в 2LiNi02 + Н20 (165)
Другие переходные металлы, такие как Fe, Cr и Ti, внутренний переходный и редкоземельные металлы и другие металлы или металлоиды, такие как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, могут заменять Ni, а другой щелочной металл, такой как Li, Na, Rb и Cs, может заменять К. В одном воплощении оксид может содержать Мо, при этом в течение реакции образования Н20 появляющийся катализатор Н20 и Н могут образовывать то, что далее реагирует с образованием гидрино. Примеры реакций твердого топлива и возможные окислительно-восстановительные механизмы:
ЗМо02 + АЫОН -> 2Li2Mo04 +Мо + 2Н20
(166)
2Мо02 + ALiOH -> 2Li2Mo04 + 2Я2
(167)
02--И/202+2е-
(168)
2Н20+2е~ ^> 20Н~+Н2
(169)
2Н20 + 2е 20Н~ +Н+Н(\1А)
(170)
МоА+ + 4е~ -> Мо
(171)
Реакция может, кроме того, содержать источник водорода, такой как газообразный
водород и диссоциатор, такой как Pd/Al203> Водород может быть любым из протия, дейтерия или трития, или их комбинацией. Реакция образования катализатора Н20 может содержать реакцию двух гидроксидов с образованием воды. Катионы гидроксидов могут иметь различные степени окисления, такие как таковые из реакции гидроксида щелочного металла с переходным металлом или щелочноземельным гидроксидом. Реакционная смесь и реакция могут, кроме того, содержать и включать Н2 из источника, как представлено в модельной реакции
LiOH + 2Со(ОН)2 + 1/2Н2 в LiCo02 + ЗН20 + Со (172) Реакционная смесь и реакция могут, кроме того, содержать и включать металл М,
такой как щелочной или щелочноземельный металл, как представлено в модельной
реакции
М + LiOH + Со(ОН)2 в LiCo02 + Н20 + МН (173)
В одном воплощении реакционная смесь содержит оксид металла и гидроксид,
который может служить в качестве источника Н, и при необходимости другой источник
Н, при этом металл оксида металла, такой как Fe, может быть поливалентным и
подвергаться окислительно-восстановительной реакции в течение реакции образования
Н20, выступающей в качестве катализатора для реакции с Н, приводящей к образованию
гидрино. Примером является FeO, при котором Fe2+ может подвергнуться окислению в
Fe3+ в ходе реакции образования катализатора. Модельная реакция является следующей:
FeO + 3LiOH в Н20 + LiFe02 + Н(1/р) + Li20 (174)
В одном воплощении по меньшей мере один реагент, такой как оксид, гидроксид или оксигидроксид металла, выступает в качестве окислителя, при этом атом металла, такого как Fe, Ni, Мо или Мп, может находиться в степени окисления, более высокой, чем другая возможная степень окисления. Реакция образования катализатора и гидрино может заставить атом подвергнуться восстановлению до по меньшей мере одной более низкой степени окисления. Примерами реакций оксидов, гидроксидов и оксигидроксидов металлов для образования катализатора Н20 являются:
2КОН + NiO в K2Ni02 + Н20
(175)
ЗКОН + NiO в KNi02 + Н20 + К20 + 1/2Н2
(176)
2КОН + Ni203 в 2KNi02 + Н20
(177)
4КОН + Ni203 в 2K2Ni02 + 2Н20 + 1/202
(178)
2КОН + Ni(OH)2 в K2Ni02 + 2Н20
(179)
2LiOH + Мо03 в Li2Mo04 + Н20
(180)
ЗКОН + Ni(OH)2 в KNi02 + 2Н20 + К20 + 1/2Н2
(181)
2КОН + 2№ООН в K2Ni02 + 2Н20 + NiO + 1/202
(182)
КОН + NiOOH в KNi02 + Н20
(183)
2NaOH + Fe203 в 2NaFe02 + Н20
(184)
Другие переходные металлы, такие как Ni, Fe, Cr и Ti, внутренний переходный и
редкоземельные металлы и другие металлы или металлоиды, такие как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, могут заменять Ni или Fe, а другой щелочной металл, такой как Li, Na, К, Rb и Cs, может заменять К или Na. В одном воплощении реакционная смесь содержит по меньшей мере один оксид и гидроксид металлов, которые являются устойчивыми к Н20, например, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. Помимо этого, реакционная смесь содержит источник водорода, такой как газ Н2, и при необходимости диссоциатор, такой как благородный металл на субстрате.
Модельная реакция основного оксида NiO с кислотой НС1: 2НС1 + МОвН20+№С12
при этом реакция дегидратации соответствующего основания:
№(ОН)2вН20 + №0
(186)
Реагенты могут содержать по меньшей мере одну кислоту или основание Льюиса и кислоту или основание Брэнстеда-Лоури. Реакционная смесь и реакция могут, кроме того, содержать и включать соединение, содержащее кислород, при этом кислота реагирует с соединением, содержащим кислород, с образованием воды, как представлено в модельной реакции:
2НХ + РОХ3вН20 + РХ5
(187)
(X = галогенид). Подходящими являются соединения, подобные РОХз, такие как с Р, замещенным S. Другие подходящие примеры ангидридов могут содержать оксид элемента, металла, сплава или смеси, который является растворимым в кислоте, такой как гидроксид, оксигидроксид или оксид, содержащий щелочной, щелочноземельньш, переходный, внутренний переходный или редкоземельный металл, или Al, Ga, In, Sn или Pb, такой как представленный группой из Мо, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и Mg. Соответствующий оксид может содержать Мо02, Ti02, Zr02, Si02, A1203, NiO, Ni203, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MnO, Mn304, Mn203, Mn02, Mn207, НГО2, Со2Оз, СоО, Соз04, Со2Оз и MgO. Другие примеры подходящих оксидов представлены оксидами из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, In и Pb. В одном примере осуществления кислота содержит галогенводородную кислоту, а продуктом является Н20 и галогенид металла из оксида. Реакционная смесь, кроме того, содержит источник водорода, такой как газ Н2, и диссоциатор, такой как Pt/C, при этом Н и катализатор Н20 взаимодействуют для образования гидрино.
В одном воплощении твердое топливо содержит источник Н2, такой как проницаемая мембрана или газообразный Н2, и диссоциатор, такой как Pt/C, а также источник катализатора Н20, содержащий оксид или гидроксид, который восстанавливается до Н20. Металл оксида или гидроксида может образовывать гидрид металла, которьш служит в качестве источника Н. Примеры реакций гидроксида щелочного металла и оксида, таких как LiOH nLi20:
LiOH + Н2 в Н20 + LiH
Li20 + Н2 в LiOH + LiH
(188) (189)
Реакционная смесь может содержать оксиды или гидроксиды металлов, которые
подвергаются восстановлению водородом до НгО, такие как оксиды или гидроксиды Си, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, In и Pb, и источник водорода, такой как газ Нг, и диссоциатор, такой как Pt/C.
В еще одном воплощении реакционная смесь содержит источникНг, такой как газ Нг, и диссоциатор, такой как Pt/C, а также пероксид, такой как НгОг, который распадается до катализатора НгО и других продуктов, содержащих кислород, такой как Ог. Некоторая часть Н2 и продукта разложения, такого как 02, могут реагировать, чтобы также образовать катализатор НгО.
В одном воплощении реакция образования в качестве катализатора НгО содержит органическую реакцию дегидратации, такую как реакцию спирта, такого как многоатомный спирт, такого как сахар, до альдегида и Н20. В одном воплощении реакция дегидратации включает высвобождение Н20 из предельного спирта для образования альдегида. Предельный спирт может содержать сахар или его производное, которые высвобождают Н20, которая может служить в качестве катализатора. Подходящими примеры спиртов являются мезоэритрит, галактит или дульцит и поливиниловый спирт (PVA). Модельная реакционная смесь содержит сахар + диссоциатор водорода, такой как Ро7А12Оз + Н2. В качестве варианта, реакция содержит дегидратацию соли металла, такой как имеющая по меньшей мере одну молекулу гидратационной воды. В одном воплощении дегидратация включает потерю Н20, служащей в качестве катализатора, из гидратов, таких как аквоионы и гидраты солей, такие как Ва12 2Н20 и EuBr2 nH20.
В одном воплощении реакция образования катализатора Н20 содержит восстановление водородом содержащего кислород соединения, такого как СО, оксианион, такой как MNO3 (М = щелочной металл), оксид металла, такой как NiO, №20з, Fe203 или SnO, гидроксид, такой как Со(ОН)2, оксигидроксиды, такие как FeOOH, СоООН и NiOOH и соединения, оксианионы, оксиды, гидроксиды, оксигидроксиды, пероксиды, супероксиды и другие композиции изобретения, содержащие кислород, такие как представленные в данном раскрытии, которые являются восстанавливаемыми водородом до Н20. Примерами соединений, содержащих кислород или оксианион, являются SOCl2, Na2S203, NaMn04, POBr3, K2S208, CO, C02, NO, N02, P205, N205, N20, S02,12Os, NaC102, NaCIO, K2S04 и KHS04> Источником водорода для водородного восстановления может быть по меньшей мере одно из газа Н2 и гидрида, такого как гидрид металла, такого как представлен в данном раскрытии. Реакционная смесь может, кроме того, содержать восстановитель, который может образовывать соединение или ион, содержащий кислород. Катион оксианиона может образовывать в качестве продукта соединение, содержащее
другой анион, такой как галогенид, другой халькогенид, фосфид, другой оксианион, нитрид, силицид, арсенид или другой анион данного раскрытия. Примерами реакций являются следующие:
4NaN03(c) + 5MgH2(c) в 5MgO(c) + 4NaOH(c) + ЗН20(1) + 2N2(g)
(190)
P205(c) + 6NaH(c) в 2Na3P04(c) + 3H20(g)
(191)
NaC104(c) + 2MgH2(c) в 2MgO(c) + NaCl(c) + 2H20(1)
(192)
KHS04 + 4H2 в KHS + 4H20
(193)
K2S04 + 4H2 в 2KOH + 2H20 + H2S
(194)
LiN03 + 4H2 в LiNH2 + 3H20
(195)
Ge02 + 2H2 в Ge + 2H20
(196)
C02 + H2BC + 2H20
(197)
Pb02 + 2H2 в 2H20 + Pb
(198)
V205 + 5H2 в 2V + 5H20
(199)
Co(OH)2 + H2 в Co + 2H20
(200)
Fe203 + 3H2 в 2Fe + 3H20
(201)
3Fe203 + H2 в 2Fe304 + H20
(202)
Fe203 + H2 в 2FeO + H20
(203)
Ni203 + 3H2 в 2Ni + 3H20
(204)
3Ni203 + H2 в 2Ni304 + H20
(205)
Ni203 + H2 в 2NiO + H20
(206)
3FeOOH + 1/2H2 в Fe304 + 2H20
(207)
3NiOOH + 1/2H2 в Ni304 + 2H20
(208)
ЗСоООН + 1/2H2 в Co304 + 2H20
(209)
FeOOH + 1/2H2 в FeO + H20
(210)
NiOOH + 1/2H2 в NiO + H20
(211)
CoOOH + 1/2H2 в СоО + H20
(212)
SnO + H2 в Sn + H20
(213)
Реакционная смесь может содержать анион или источник аниона и кислород или
источник кислорода, такой как соединение, содержащее кислород, при этом реакция образования катализатора Н20 содержит реакцию обмена кислорода и аниона при необходимости с Н2 из источника, реагирующего с кислородом для образования Н20. Примерами реакций являются следующие:
2NaOH + Н2 + S в Na2S + 2Н20 (214) 2NaOH + Н2 + Те в Na2Te + 2Н20 (215) 2NaOH + H2 + SeBNa2Se + 2H20 (216)
LiOH + NH3 в LiNH2 + H20 (217)
В другом воплощении реакционной смеси для твердотопливной или ячейки CIHT реакция гидрино содержит реакцию обмена между халькогенидами, такими как один из реагентов, содержащих О и S. Модельный халькогенидный реагент, такой как тетраэдрический тетратиомолибдат аммония, содержит анион ([M0S4] "). Модельная реакция образования возникающего катализатора Н20 и при необходимости возникающего Н содержит реакцию молибдата [М0О4] " с сероводородом в присутствии аммиака:
[NH4]2[Mo04] + 4H2S в [NH4]2[MoS4] + 4Н20 (218) В одном воплощении реакционная смесь содержит источник водорода, соединение, содержащее кислород, и по меньшей мере один элемент, способный к образованию сплава с по меньшей мере одним другим элементом реакционной смеси. Реакция образования катализатора Н20 может содержать реакцию обмена кислорода между содержащим кислород соединением и элементом, способным к образованию сплава с катионом кислородного соединения, при которой кислород реагирует с водородом из источника для
образования Н20. Примерами реакций являются следующие:
NaOH + 1/2Н2 + Pd в NaPb + Н20 (219)
NaOH + 1/2Н2 + Bi в NaBi + Н20 (220)
NaOH + 1/2Н2 + 2Cd в Cd2Na + Н20 (221)
NaOH + 1/2Н2 + 4Ga в Ga4Na + Н20 (222)
NaOH + 1/2Н2 + Sn в NaSn + Н20 (223)
NaAlHt + А1(ОН)3 + 5Ni в NaA102 + Ni5Al + Н20 + 5/2Н2 (224)
В одном воплощении реакционная смесь содержит соединение, содержащее кислород, такое как оксигидроксид, и восстановитель, такой как металл, который образует оксид. Реакция образования катализатора Н20 может содержать реакцию оксигидроксида с металлом для образования оксида металла и Н20. Примерами реакций являются
следующие:
2MnOOH + SnB2MnO + SnO + H20 (225)
4MnOOH + Sn в 4MnO + Sn02 + 2Н20 (226)
2MnOOH + ZnB2MnO + ZnO + H20 (227)
В одном воплощении реакционная смесь содержит соединение, содержащее кислород, такое как гидроксид, источник водорода и по меньшей мере одно другое соединение, содержащее другой анион, такой как галогенид или другой элемент. Реакция образования катализатора Н20 может содержать реакцию гидроксида с другим соединением или элементом, при которой анион или элемент обмениваются с
гидроксидом для образования другого соединения аниона или элемента и в результате реакции гидроксида с Нг образуется НгО. Анион может содержать галогенид. Примерами реакций являются следующие:
2NaOH + NiCl2 + Н2 в 2NaCl + 2Н20 + Ni (228)
2NaOH + L- + Н2 в 2NaI+ 2Н20 (229)
2NaOH + XeF2 + Н2 в 2NaF+ 2Н20 + Хе (230)
BiX3 (Х=галогенид) + 4Bi(OH)3 в 3BiOX + Bi203 + 6Н20 (231)
Гидроксид и галоидные соединения могут быть выбраны такие, чтобы реакция образования Н20 и другого галогенида была термически обратимой. В одном воплощении общая реакция обмена является следующей:
NaOH + 1/2Н2 + 1/уМхС1у = NaCl + 6Н20 + х/уМ (232) при этом модельными соединениями МХС1У являются А1С13, ВеС12, HfCL), KAgCl2, MnCl2, NaAlCL,, ScCl3, TiCl2, TiCl3, UC13, UCL,, ZrCl4, EuCl3, GdCl3, MgCl2, NdCl3 и YC13> При повышенной температуре, такой как в диапазоне от около 100°С до 2000°С, реакция уравнения (232) имеет по меньшей мере одно из энтальпии и свободной энергии около 0 кДж и является обратимой. Обеспечивающая обратимость температура вычисляется по соответствующим термодинамическим параметрам каждой реакции. Представительными являются диапазоны температур для NaCl-ScCl3 при около 800-900К, NaCl-TiCl2 при около 300-400К, NaCl-UCl3 при около 600-800К, NaCl-UCl4 при около 250-300К, NaCl-ZrCL, при около 250-300К, NaCl-MgCl2 при около 900-1300К, NaCl-EuCl3 при около 900-1000K,NaCl-NdCl3 при около > 1000К HNaCl-YCl3 при около > 1000К.
В одном воплощении реакционная смесь содержит оксид, такой как оксид такого металла, как щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный металл, оксиды редкоземельных металлов и оксиды других металлов и металлоидов, такие как оксиды Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, пероксид, такой как М202, где М является щелочным металлом, такой как Li202, Na202 и К2О2, и супероксид, такой как МОг, где М является щелочным металлом, такой как Na02, К02, Rb02 и Cs02, супероксиды щелочноземельных металлов и источник водорода. Ионные пероксиды могут, кроме того, содержать пероксиды Ca, Sr или Ва. Реакция образования катализатора Н20 может содержать восстановление водородом оксида, пероксида или супероксида с образованием Н20. Примерами реакций являются следующие:
Na20 + 2Н2 в 2NaH + Н20 (233) Li202 + Н2 в Li20 + Н20 (234) К02 + 3/2Н2 в КОН + Н20 (235) В одном воплощении реакционная смесь содержит источник водорода, такой как
по меньшей мере одно из Нг, гидрида, такого как по меньшей мере один из гидридов щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов и таковых из данного раскрытия, и источника водорода или другого соединения, содержащего горючий водород, такого как амид металла, и источник кислорода, такой как Ог. Реакция образования катализатора H20 может содержать окисление Нг, гидрида или водородного соединения, такой как амид металла, для образования НгО. Примерами
реакций являются следующие:
2NaH + 02BNa20 + H20 (236)
Н2 + 1/202 в Н20 (237)
LiNH2 + 202 в LiN03 + Н20 (23 8)
2LiNH2 + 3/202B2LiOH + H20 + N2 (239)
В одном воплощении реакционная смесь содержит источник водорода и источник кислорода. Реакция образования катализатора НгО может содержать разложение по меньшей мере одного из источника водорода и источника кислорода для образования НгО. Примерами реакций являются следующие:
NH4NO3 в N20 + 2Н20 (240)
NH4NO3 в N2 + 1/202 + 2Н20 (241)
Н202 в 1/202 + Н20 (242)
Н202 + Н2 в 2Н20 (243)
Реакционные смеси, раскрываемые здесь в данном разделе "Химический реактор", кроме того, содержат источник водорода для образования гидрино. Такой источник может быть источником атомарного водорода, таким как диссоциатор водорода и газ Нг или гидрид металла, таким как диссоциаторы и гидриды металла данного раскрытия. Источником водорода для обеспечения атомарного водород может быть соединение, содержащее водород, такое как гидроксид или оксигидроксид. Н, который вступает во взаимодействия для образования гидрино, может быть возникающим Н, образованным реакцией одного или нескольких реагентов, в которых по меньшей мере одно содержит источник водорода, такой как реакция гидроксида и оксида. Такая реакция может также образовывать катализатор НгО. Такое же соединение могут содержать оксид и гидроксид. Например, возможна дигидратация оксигидроксида, такого как FeOOH, для обеспечения катализатора НгО, а также для обеспечения во время дегидратации возникающего Н для реакции гидрино:
4FeOOH в Н20 + Fe203 + 2FeO + 02 + 2Н(1/4) (244) при которой возникающий Н, образующийся во время реакции, вступает в реакцию преобразования в гидрино. Другими модельными реакциями являются реакции
гидроксида и оксигидроксида или оксида, таких как NaOH + FeOOH или РегОз, для образования оксида щелочного металла, такого как NaFe02 + Н2О, при которых возникающий Н, образованный во время реакции, может образовать гидрино, при этом НгО выступает в качестве катализатора. Гидроксидный ион при образовании НгО и оксидного иона и восстанавливается, и окисляется. Оксидный ион может реагировать с Н2О для образования ОН-. Тот же самый путь может быть получен с реакцией обмена гидроксид-галогенид, такой как следующая:
2М(ОН)2 + 2М'Х2 -> Н20 + 2МХ2 +2М'0+\/202+ 2Я(1 /4)
при котором модельные металлы М и М' являются щелочноземельными и переходными металлами, соответственно, такими как Си(ОН)г + СиВгг ИЛИ Со(ОН)г + СиВг2, В одном воплощении избыточный объем Н2О выводится из реакционной смеси так, чтобы он не ингибировал образование и функцию возникающего НОН-катализатора гидрино. В одном воплощении реагенты перед реакцией могут осушаться. По меньшей мере одно из Н2О и Нг могут добавляться для регенерирования реагентов, а избыточный объем НгО может удаляться до повторного запуска реакции. В одном воплощении М и М' могут выбираться из группы щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, элементов групп 13, 14, 15 и 16 и других катионов гидроксидов или галогенидов, таких как катионы данного раскрытия. Модельная реакция образования по меньшей мере одного из катализатора НОН, возникающего Н и гидрино
4МОН+4М'Х -> Н20 + 2М\ О + М20 + 2МХ+Х2 + 2Я(1 / 4)
В одном воплощении реакционная смесь содержит по меньшей мере одно из гидроксида и галоидного соединения, таких как представленные в данном раскрытии. В одном воплощении галогенид может предназначаться для того, чтобы способствовать по меньшей мере одному из образования и поддержания по меньшей мере одного из возникающего катализатора НОН и Н. В одном воплощении смесь может предназначаться для снижения температуры плавления реакционной смеси.
Кислотно-основная реакция представляет еще один подход к катализатору НгО. При этом тепловая химическая реакция подобна электрохимической реакции образования гидрино. Примерами смесей галогенидов и гидроксидов являются таковые Bi, Cd, Cu, Со, Мо и Cd и смеси гидроксидов и галогенидов металлов, обладающих низкой реакционной способностью по отношению к воде из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W и Zn. В одном воплощении реакционная смесь, кроме того, содержит НгО, которая может выступать в качестве источника по
меньшей мере одного из Н и катализатора, такого как возникающая НгО. Вода может быть в форме гидрата, которьш распадается или в ином случае вступает во взаимодействие во время реакции.
В одном воплощении твердое топливо содержит реакционную смесь из Н2О и неорганического соединения, которая образует возникающий Н и возникающую НгО. Неорганическое соединение может содержать галогенид, такой как галогенид металла, которьш реагирует с Н2О. Продукт реакции может быть по меньшей мере одним из гидроксида, оксигидроксида, оксида, оксигалогенида, гидроксигалогенида и гидрата. Другие продукты могут содержать анионы, содержащие кислород и галоген, такие как
хо- хо- хо- и хо;
(X = галоген). Продукт также может быть по меньшей мере одним
из восстановленного катиона и газообразного галогена. Галогенид может быть галогенидом металла, такого как один из щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и редкоземельного металлов и Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В, а также других элементов, которые образуют оксиды или оксианионы. Металл или элемент могут, помимо этого, быть такими, которые образуют по меньшей мере одно из гидроксида, оксигидроксида, оксида, оксигалогенида, гидроксигалогенида, гидрата, и такими, которые образуют соединение, имеющее анион,
содержащий кислород и галоген, такой как ХО ^02 ^ ХОъ и ХОА ^ _ галоген) Примерами подходящих металлов и элементов являются по меньшей мере один из щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и редкоземельного металлов и Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В. Модельная реакция является следующей:
5МХ2 + 7Н20 в МХОН + М(ОН)2 + МО + М203 + 11Н(1/4) + 9/2Х2
(247)
где М является металлом, таким как переходный металл, такой как Си, и X - галогеном, таким как О.
Реакционная смесь может, кроме того, содержать субстрат, такой как электропроводящий субстрат с большой площадью поверхности. Подходящие примеры субстратов являются таковыми из данного раскрытия, такими как металлический порошок, такой как из Ni или R-Ni, металлическое сито, такое как из Ni, углерод, карбиды, такие как TiC и WC, и бориды. Субстрат может содержать диссоциатор, такой как Pd/C или Pd/C. Реагенты могут находиться при любых желательных мольных соотношениях. В одном воплощении стехиометрия является такой, чтобы благоприятствовать выполнению реакции образования катализатора НгО и обеспечить Н для образования гидрино. Температура реакции может находиться в любом желательном
диапазоне, таком как в диапазоне от около температуры окружающей среды до 1500°С. Диапазон давлений может быть любым желательным, таким как диапазон от около 0,01 торр до 500 атм. Реакции являются по меньшей мере регенеративными и обратимыми с использованием способов, описанных здесь и в предшествующих патентных заявках США данного заявителя, таких как "Реактор катализатора водорода", PCT/US08/61455, поданная РСТ 24/04/2008; "Реактор гетерогенного катализатора водорода", PCT/US09/052072, поданная РСТ 29/07/2009; "Энергетическая система гетерогенного катализатора водорода", PCT/US 10/27828, поданная РСТ 18/03/2010; "Энергетическая система электрохимического катализатора водорода", PCT/US 11/28889, поданная РСТ 17/03/2011 и "Энергетическая система электрохимического катализатора водорода на основе НгО", PCT/US 12/31369, поданная 30/03/2012, включенных здесь во всей их полноте посредством ссылки. Как известно специалистам в данной области, реакции, при которых образуется НгО, могут стать обратимыми при таком изменении реакционных условий, например, температуры и давления, которые делают возможным протекание обратной реакции, потребляющей НгО. Например, может быть увеличено давление НгО при обратной реакции для реформирования реагентов из продуктов повторной гидратацией. В других случаях восстановленный водородом продукт может быть регенерирован окислением, например, реакцией с по меньшей мере одним из кислорода и НгО. В одном воплощении из зоны реакции может извлекаться продукт обратной реакции, так, чтобы проходила обратная или реакция регенерации. Обратная реакция может стать предпочтительной даже при отсутствии благоприятствующий ей факторов равновесной термодинамики при удалении по меньшей мере одного продукта обратной реакции. В одном примере осуществления регенерированный реагент (продукт обратной или реакции регенерации) содержит гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла. Этот гидроксид может извлекаться такими способами, как сольватация или возгонка. В последнем случае гидроксид щелочного металла в неизменяемом состоянии возгоняется при температуре в диапазоне около 350-400°С. Такие реакции могут поддерживаться в системах энергетических установок из предшествующих патентных заявок США данного автора. Тепловая энергия от производящей мощность ячейки может обеспечивать теплоту для по меньшей мере одной другой ячейки, подвергающейся регенерации, как раскрыто ранее. В качестве варианта, равновесие реакций образования катализатора Н20 и обратной реакции регенерации может быть сдвинуто изменением температуры водяного экрана, предусмотренного конструкцией системы, которая благодаря хладагенту имеет температурный градиент в выбранной области ячейки, как раскрыто ранее.
В одном воплощении возможно выполнение реакция регенерации гидроксида и
смеси галогенидного соединения, такой как Си(ОН)2 + CuBr2, добавлением по меньшей мере одного из Нг и НгО. Продукты, такие как галогениды и оксиды, могут быть выделены возгонкой галогенида. В одном воплощении Н20 может добавляться к реакционной смеси под условиями нагревания для того, чтобы вызывать образование из продуктов реакции галогенида и гидроксида, таких как CuBr2 и Си(ОН)2> В одном воплощении регенерация может достигаться проведением этапа термоциклирования. В одном воплощении галогенид, такой как CuBr2, является растворимым в воде, тогда как гидроксид, такой как Си(ОН)2, нерастворим. Регенерированные соединения могут выделяться с помощью фильтрации или осаждения. Химические реактивы могут быть высушенными с использованием тепловой энергии, получаемой от реакции. Теплота может рекуперироваться или отводиться водяным паром. Рекуперация может выполняться с помощью теплообменника или непосредственным применением пара для нагревания или выработки электричества с помощью, например, турбины и генератора. В одном воплощении регенерация Си(ОН)2 из СиО достигается при помощи расщепляющего Н20 катализатора. Подходящими катализаторами являются благородные металлы на субстрате, такие как Р1/А120з и СиА102, получаемый спеканием СиО и А120з, фосфат кобальта, борат кобальта, метилборат кобальта, борат никеля, Ru02, ЬаМпОз, БгТЮз, ТЮ2 и W03j Модельным способом получения Н20-расщепляющего катализатора является контролируемый электролиз раствора Со2+ и Ni2+ в 0,1 М электролите с фосфатом-боратом калия, рН 9,2, при напряжении 0,92 и 1,15 В (по отношению к стандартному водородному электроду), соответственно. Примеры термически обратимых
твердотопливных циклов представляют
Т 100 2CuBr2 + Са(ОН)2 -> 2СиО + 2СаВг2 + Н20 (248)
Т 730 СаВг2 + 2Н20 -> Са(ОН)2 + 2НВг (249)
Т 100 СиО + 2НВг -> СиВг2 + Н20 (250)
Т 100 2СиВг2 + Си(ОН)2 -> 2СиО + 2СаВг2 + Н20 (251)
Т 730 СиВг2 + 2Н20 -" Си(ОН)2 + 2НВг (252)
Т 100 СиО + 2НВг -> СиВг2 + Н20 (253)
В одном воплощении реакционная смесь твердого топлива с по меньшей мере одним Н2 в качестве реагента и Н20 в качестве продукта и одним или несколькими из Н2 или Н20 в качестве по меньшей мере одного из реагента и продукта выбирается так, чтобы максимальная расчетная свободная энергия любой стандартной реакции была около нуля в пределах диапазона от -500 до +500 кДж/моль лимитирующего реактива или предпочтительно внутри диапазона от -100 до +100 кДж/моль лимитирующего реактива. Смесь реагентов и продуктов может поддерживаться при одном или нескольких из
близкой к оптимальной температуры, при которой свободная энергия находится около нуля, и близкой к оптимальной температуры, при которой реакция является обратимой, с целью обеспечения регенерации или стабильной мощности с продолжительностью, по меньшей мере более длительной, чем время реакции при отсутствии поддержания смеси и температуры. Температура может находиться внутри диапазона около +/-500°С или около +/-100°С от оптимума. Примерами смесей и температур реакции являются стехиометрическая смесь РегОз, Н2 и НгО при 800 К и стехиометрические Sn, SnO, Н2 и Н20 при 800 К.
В одном воплощении продукт по меньшей мере одной из химической и реакции ячейки СШТ образования гидрино является соединением, содержащим гидрино или низкоэнергетические водородные компоненты, такие как Н2(1/р) в комплексе с неорганическим соединением. Такое соединение может содержать оксианионное соединение, такое как щелочной или щелочноземельньш карбонат или гидроксид, или другие подобные соединения данного раскрытия. В одном воплощении продукт содержит
" МгСО,-Н2(1/4) МОН-НЛ\14)
по меньшей мере одно из комплексных соединении 2 3 2 4 'и zv >
(М = щелочной или другой катион раскрытия). Продукт, может быть идентифицирован
ToF-SIMS (время-пролетная масс-спектроскопия вторичных ионов) в виде серии ионов в
М{М7СОъ-Я, (1/4))+ ч М(КОН • Я, (1 / 4))+
положительной части спектра, содержащих v 4 //л)и v v "п,
соответственно, где п является целым числом и целое число р> 1 может быть заменено на
4, В одном воплощении соединение, содержащее кремний и кислород, такое как S1O2 или
кварц, может служить в качестве газопоглотителя для Нг(1/4). Газопоглотитель Нг(1/4)
может содержать переходный металл, щелочной металл, щелочноземельный металл,
внутренний переходный металл, редкоземельный метал, комбинации металлов, сплавы,
такие как сплавы Мо, и сохраняющие водород материалы, такие как раскрываемые в
данном раскрытии.
Соединения настоящего изобретения предпочтительно имеют чистоту более 0,1 атомного процента. Более предпочтительно чистота соединений превышает 1 атомный процент. Еще более предпочтительно чистота соединений превышает 10 атомных процентов. Наиболее предпочтительно чистота соединений превышает 50 атомных процентов. В другом воплощении чистота соединений превышает 90 атомных процентов. В еще одном воплощении чистота соединений превышает 95 атомных процентов.
Применения этих соединений включают использование в батареях, топливных элементах, режущих материалах, в легковесных высокопрочных конструкционных материалах и искусственных волокнах, катодах для термоионных генераторов, в качестве
фотолюминесцентньгх соединений, в коррозионностойких покрытиях, термостойких покрытиях, люминофорах для освещения, в оптических покрытиях, оптических фильтрах, в средах для лазеров дальней ультрафиолетовой области, в волоконно-оптических кабелях, магнитах и компьютерных магнитных носителях данных, в реактивах для травления, маскирующих агентах, в допантах при изготовлении полупроводников, топливах, взрывчатых веществах и пропеллентах. Увеличенная энергия связи водородных соединения является полезной для способов химической обработки и рафинирования. Увеличенная энергии связи иона водорода используется в отрицательно заряженном ионе электролита высоковольтной электролитической ячейки.
В одном воплощении гидрино образуется при нагревании источника катализатора и источника водорода, такого как твердое топливо данного раскрытия. Нагревание может быть по меньшей мере одним из термального нагревания и ударного нагревания. Опытным путем с помощью рамановской спектроскопии было подтверждено, что гидрино образуются при размоле в шаровой мельнице твердого топлива, такого как смесь гидроксида и галогенида, такой как смесь, содержащая щелочные металлы, такие как Li. Например, пик обращенного комбинационного рассеяния от измельченных в шаровой мельнице LiOH + Lil и LiOH + LiF наблюдается при 2308 см-1' Таким образом, подходящий пример смеси представлен LiOH + Lil или LiF. В одном воплощении по меньшей мере одно из термического и ударного нагревания достигается при взрыве. В этом случае обеспечивается дополнительная энергетически эффективная реакция образования гидрино.
В одном воплощении Н2(1/р) может служить в качестве MRI (ядерно-магнитньш резонанс) парамагнитного контрастного агента, так как 1 квантовое число является отличным от нуля.
Ненулевое 1 квантовое число, делающее возможным осцилляторное правило отбора величины Дт = +1, является разрешительным относительно Нг(1/р) молекулярного лазера.
В одном воплощении, так как Н2(Т/р) является парамагнетиком, он имеет более высокую температуру ожижения, чем Н2. Объемный газ гидрино может быть собран способами криоразделения.
ХП._Экспериментальная часть.
А. Результаты испытаний модельной ячейки CIHT.
Ячейки СШТ с расплавами солей, содержащие анод, расплавленный эвтектический солевой электролит и катод, содержащиеся в тигле из инертного оксида алюминия, были собраны под атмосферными условиями и нагревались в закрытом сосуде, снабжаемом НгО посредством барботажа газа-носителя аргона через резервуар Н20 или с помощью
водяного генератора, который поддерживался в модельном диапазоне температур от 30 до 50°С (от 31 торр до 93 торр Н2О). Электролит содержал расплавленную соль, такую как LiOH-LiBr и при ,необходимости матрицу, такую, как MgO. Ячейка эксплуатировалась в условиях импульсного электролиза, при котором из НгО на аноде разряда образовывался водород, а на катоде разряда кислород. Во время разряда направления реакций и тока менялись на противоположные, чтобы образовать возникающий НгО-катализатор и гидрино с тем, чтобы обеспечить избыточный ток и энергию, такую, чтобы достигался избыток по общему электроэнергетическому балансу. В другом варианте ячейка этого типа функционировала в частично открытом для воздуха состоянии. Другой тип содержал водный электролит, такой как насыщенный КОН, и различные катоды и аноды, которые эксплуатировались под условиями импульсного электролиза в открытом для воздуха состоянии. Результаты для модельных ячеек, определяемых как [анод/электролит/катод], таких как [Ni/LiOH-LiBr-MgO/NiO (закрытая или воздух)] и [(порошок Со сажа /КОН (насыщенный водный) / Ni (воздух)], даются ниже.
50813SCS4-528 - ячейка Нург - Со ТСА - l+l(SKO) катод с/~0,1 г порошка
обработанного паром активированного угля
Нург ячейка - С№6/литированный NiO катод c/SAC порошком
Со ТСА/LiOH+LiBr+MgO/1 слой CNi6 (Китай)/1 слой литерованного NiO (042513МС181) с /~0,1 г порошка обработанного паром активированного угля - с горизонтальными полосами
Анод: Со ТСА (050213МС188) внешний диаметр 2,0" OD, размещенный сверху и снизу 1,5" Ni проницаемого диска на 0,01" SS трубке (13,953 г)
Катод: 1 слой СМ6 (Китай) cellmet/1 слой литерованного NiO (042513МС181) с/~0,1 г порошка обработанного паром активированного угля (SAC) - с горизонтальными полосами
7,5 г LiOH + 37,5 г LiBr + 12 г MgO с/2-1/16" керамическими разделителями
Кумулятивное чистое приращение @ 0,6 В-Т 1,88 X
Кумулятивная общая энергия @ 0,6V-T 4,20 Вт-ч
Кумулятивная энергия разряда @ 0,6 В-Т 8,98 Вт-ч
Н2 проникание расч. до 0,6 В-Т: 1,61 Вт-ч
Н2 скорость ср. до 0,6V-T: 2,90 нмоль/см2/с
Чистое приращение - Н2 расч. @ 0,6 В-Т: 2,6 Вт-ч
Мощность ячейки @ 0,6 В осн.: 119,3 мВт
Среднее IR до 0,6 В-Т 88,1 мОм
Плотность тока через площадь (анод): 9,9 мА/см
Плотность тока через площадь (катод): 9,9 мА/см2
Объемная плотность тока (анод): 30,8 мА/см
Объемная плотность тока (катод): 9,9^мА/см3 ...
Локализация: MSTAT -10
Напряжение холостого хода: 1,0105 В
Время работы ячейки до 0,6 В-Т: 116,8 час
Общее работы ячейки: 119,9 час
Тип ячейки: проницаемая
Тип атмосферы воздух 20,9% 02
Скорость потока: нет данных нет данных
Увлажнение: нет данных RT °С
Газопоглотитель: нет данных @ Top HandM
Программа заряда: 0,2 с 200 мА
Программа разряда: 0,4 с /0,6 В 200 мА
Теплота (IB, OB, ОМ/воспринятая): 407 4/8/2013
Дата завершения / Причина: на полу 0,6 В13,04,2013
Модификаторы ячейки: НТ ТС
Приращение @ 0,6 В пол (116,84 час) = 1,878х, чистая энергия = 4,199Вт-ч Н2 проник, расч. @ 116,84час =1,61 Вт-ч, скорость = 2,9 нмоль/см2/с
Ячейка [082212JT1-43] Стат. при 156,5 час Последний мгновенное приращение: 1,80 X Последнее кумулятивное чистое приращение: 1,80 X Последняя кумулятивная энергия разряда: 10,328 Вт-ч Последняя кумулятивная энергия заряда: 5,739 Вт-ч Последняя кумулятивная чистая энергия: 4,588 Вт-ч Средняя мощность ячейки: 102,7 мВт Мощность ячейки в конце: 96,6 мВт Продолжительная мощность ячейки: 30 мВт Плотность мощности по площади (анод): 5,75 мВт/см2 Локализация: BLPB-11
Диапазон напряжений при 72 час: 1,09-1,04 В, стабильно на протяжении 156,5 час Последнее время выполнения: 156,5 час
Тип ячейки Нг проникание, барботаж, 800 торр Ni ТТС (Ni 255 порошок) толщина 0,015" дисковая мембрана с Ni сварным швом к соответствующей части; с приваренной по центру 1/8" линией газоснабжения из нержавеющей стали; чистая площадь верхней
поверхности диска около 19 см2
Н2 скорость проникания: 4,4 X 10"9 моль Н2/см2/с
Тип атмосферы воздух 20,9% 02
Увлажнение: Нет
Программа заряда: 2 с, 100 мА
Программа разряда: 4 с, 100 мА
Остановка программы, когда напряжение достигает 90 В
121912JG1-1337: Cu-компания (ТСА, Н2 npoHHK.)/LiBr-LiOH/Li20-NiO (воздух) Анод: диаметр 3" Си-Co ТСА (3 части) покрытие Ni (0,01") прониц. диском диаметром 2" Катод: Li20-NiO, рулон диаметром 3" и высотой 1,5". Электролит: 50 г LiOH, 250 г LiBr Температура ячейки: 420С, Н2: 945 торр
Заряд/разряд: 0,2 с/0,4 с, 600 мА, нижний предел напряжения: 0,65 В приращение =1,58
121812JH-505: Cu-Co (TCA)/LiBr-LiOH-MgO/NiO (воздух) Анод: Си-Co ТСА диметр 1,5" (2 части) Катод: NiO, рулон диаметром 1,5" и высотой 1,5". Электролит: 15 г LiOH, 75 г LiBr Температура ячейки: 420С
Заряд/разряд: 0,2 с/0,4 с, 600 мА, нижний предел напряжения: 0,70 В приращение =1,78
102212GC1-1267# (проницаемая ячейка , высокочастотная, цилиндрический катод) (В-3#) Пленочное литье (84% Со + 16% Си нанесение пленочным литьем на носитель Ni celmet CN6C) покрытие из Ni сетки, защищенной сварным Ni диском / LiOH-LiBr / цилиндр NiO (открыт на воздух) Заряд 60 мА 0,2 с; разряд 60 мА 0,4 с до напр.> = 0,7 В; А: Пленочное литье Ni сетка - Ni диск (d: 1,5', 23,97 г всего); С: МО цилиндр (d: 2,0'; h: 2,7'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т уст. = 445°С, Т действ. 420°С Замечание: Исходное напряжение холостого хода было 1,0189 В. Плотность мощности 4,52 мВт/см2,
Анод 072612ТСА, 3 части с покрытием, 10,51 г, всего 23,97 г. Начальное давление Н2 805,4 торр.
(10/25/2012): 2 дн. + 13 час; V-OCH = 0,875 В; Мгновенное приращение: 1,89х; Внутреннее сопротивление: 173 мОм; Всего: 0,98 Вт-час.
(10/26/2012): 3 дн. + 5 час; V-OCH = 0,874 В; Мгновенное приращение: 1,89х; Внутреннее сопротивление: 173 мОм. Всего: 1,24 Вт-час. Законченный и собранный образец спустя
четыре дня. Общая энергия: 2,64 Вт-час / 1,40 Вт-час = 1,89х.
23,96 г оставлено, потеря 0,01 г (образован NiO, энергия: 0,0083 Ватт-час); энергетический вклад Н2 был 0,64 Ватт-час из расчета скорости проникания; дополнительная энергия = 1,24 Ватт-час - 0,64 Ватт-час - 0,0083 Ватт-час = 0,59 Ватт-час. Отсутствие видимой коррозии.
102212GC2-1268# (проницаемая ячейка , высокочастотная, цилиндрический катод) (В-5#) Пленочное литье (84% Со + 16%" Си нанесение пленочным литьем на носитель Ni celmet CN6C) покрытие из Ni сетки, защищенной сварным Ni диском / LiOH-LiBr-MgO / цилиндр NiO (открыт на воздух) Заряд 60 мА 0,2 с; разряд 60 мА 0,4 с до напр.> = 0,7 В; А: Пленочное литье Ni сетка - Ni диск (d: 1,5', 25,34 г всего); С: NiO цилиндр (d: 2,0'; h: 2,7'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr + 35 g MgO; Т уст. = 480°С, Т действ. 420°С Замечание: Исходное напряжение холостого хода было 0,981 В. Плотность мощности 4,47 мВт/см2,
Анод 072612ТСА, 3 части с покрытием, 10,40 г, всего 25,34 г. Начальное давление Н2 806,4 торр.
(10/25/2012): 2 дн. + 13 час; V-OCH = 0,823 В; Мгновенное приращение: 1,90х; Внутреннее сопротивление: 160 мОм; Всего: 0,93 Вт-час.
(10/26/2012): 3 дн. + 5 час; V-OCH = 0,821 В; Мгновенное приращение: 1,89х; Внутреннее сопротивление: 160 мОм. Всего: 1,18 Вт-час. Законченный и собранный образец спустя четыре дня. Общая энергия: 2,51 Вт-час / 1,33 Вт-час = 1,89х. 25,58 г оставлено, увеличение 0,24 г из-за остаточного нерастворимого MgO; энергетический вклад Н2 был 0,53 Вт-час от вычисления скорости проникания; дополнительная энергия =1,18 Вт-час -0,53 Вт-час = 0,65 Вт-час. Отсутствие видимой коррозии.
090712GC2-1224# (проницаемая ячейка , цилиндрический катод, давление Н2: 900 торр) (В-19#) Сварной Ni диск / LiOH-LiBr / цилиндр МО (открытый на воздух) Заряд 50 мА в течение 0,2 с; разряд 50 мА в течение 0,4 с до V> = 0,7 В; А: сварной Ni диск (d: 1,75', 33,76 г всего); С: МО цилиндр (d: 2,25'; h: 3'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т уст. = °С, Т действ. 430°С. Исходное напряжение холостого хода было 1,092 В. Плотность мощности 3,20 мВт/см2, Изменение тока до 100 мА. (9/18/2012): 8 дн. + 21 час; V-OCH = 0,796 В; Мгновенное приращение: 1,57х; Внутреннее сопротивление: 358 мОм; Чистая энергия: 4,16 Вт-час. (9/19/2012): 9 дн. + 17 час; V-OCH = 0,741 В; Мгновенное приращение: 1,53х; Внутреннее сопротивление: 320 мОм; Чистая энергия: 4,54 Вт-час. Остановлено, взвешено и возобновлено при тех же рабочих параметрах и характеристиках: Общая энергия: 12,36 Вт-час (разряд) / 7,51 Вт-час (заряд) = 1,65х. Масса: 33,76 г (перед); 33,68 г (после). Результаты ячейки 1224 показали, что М
проницаемый анод может быть стабилизирован прониканием Нг при около 1,25 Е-8 моль/с см2 (2,5 мВт/см2).
092412SCS1-118 Испытательная повторно сваренная (точечная газовольфрамовая сварка) Мо пластина 80 мА/см Мо (100) с/повторно сваренным Ni / LiOH+LiBr/NiO Анод: Мо (100) с/повторно сваренным Ni квадратом 1 см (2,457 г) Катод: Ni6-NiO рулон, высота 2" х внешний диаметр 1,5" (27,353 г) 15 LiOH + 75 г LiBr с ~2 мм кольцевым разделителем Локализация: АгЫпЗ -1 напряжение холостого хода: 1,1047 В Программа заряда: 1 с 80 мА Программа разряда: 2 с / 0,7 В, 80 мА
092412SCS3-120 Исследуемый сплав, изготовленный в НТТВ (стенд для испытания средств новейшей технологии) MoNi 50:50 40 мА/см2 MoNi(50-50) НТТВ/ LiOH+LiBr/NiO Анод: MoNi(50-50) НТТВ 1 см2 квадрат (2,724 г) Катод: Ni6-NiO рулон, высота 2" х внешний диаметр 1,5" (32,602 г) 15 LiOH + 75 г LiBr с ~2 мм кольцевым разделителем напряжение холостого хода: 996 мВ Программа заряда: 1 с 25 мА Программа разряда: 2 с / 0,8 В, 25 мА
Наименование ячейки: 082812JT1-45 (Регенерированная электроосаждением Мо). Анод: Две части из промышленно выпускаемой MoCu 5/5 ат.% фольги толщиной 02" (Ametek) диаметром 1,5" были сварены с использованием Ni прокладки толщиной 02", имевшей внутренний диаметр 1". Верхняя фольга MoCu имела в центре отверстие диаметром 25" с вваренной 25" Ni трубой с внешним диаметром 8". Катод: Рулон диаметром 1,5" и высотой 2" из оксидированного Ni Celmet толщиной 5 мм с 468" отверстием в центре. Электролит: 15 г LiOH и 75 г LiBr были взвешены и помещены в тигель из оксида алюминия, а затем нагреты до 430°С. Сборка: Анод был проверен на утечки вакуумированием до 0,2 торр с помощью устройства для проникания водорода. После проверки герметичности анод был закрыт, чтобы оставаться под вакуумом, в то время как питающая емкость для водорода была дозаправлена водородом до 998,1 торр. Анод был затем заполнен и зафиксировано давление в 971,2 торр. Далее анод был помещен в электролит и оставлен на время, в течение которого давление в емкости немного увеличилось до 973,1 торр. Это было взято в качестве стартовой величины для
давления ячейки. Эти три давления и расчетный объем всего узла были использованы для выполнения вычислений количества водорода, проходящего через анодную диафрагму.
Испытание: первоначально ячейка была проверена, как показано в нижеследующей таблице.
Программа
Ток (мА)
Диапазон V
Мощность (мВт)
Запуск ячейки
0,2/0,4 с форма волны на
0,97-1,05
9,739380027
протяжении ночи
1/2 с форма волны
0,97-1,07
8,665770006
2/4 с форма волны
0,98-1,07
9,147375413
4/8 с форма волны
0,94-1,06
9,930217731
8/16 с форма волны
0,96-1,13
9,235660367
8/16 с форма волны
0,96-1,13
7,574133052
0,2/0,4 с волна
0,98-1,02
8,735350286
0,2/0,4 с волна
100
0,86-0,94
10,61981618
0,2/0,4 с волна
100
0,86-0,94
9,447974398
1/2 с форма волны
100
0,82-0,95
10,73913996
2/4 с форма волны
100
0,8-0,96
9,967456047
4/8 с форма волны
100
0,77-0,97
9,636824934
0,2/0,4 с волна
150
0,785-0,916
11,35858601
0,2/0,4 с волна
150
0,7-0,91
9,821537121
0,2/0,4 с волна
0,84-0,88
3,724325199
Окно напряжений 0,85-1,0 В
0,85-1,0
-0,458776059
Окно напряжений 0,88-0,93 В
0,88-0,93
-0,181787636
К этому моменту ячейка имела чистую энергию 3,11 Вт-час. Из-за недостаточного приращения было добавлено 0,5 г М0О2 для регенерации ячейки. Для выполнения этого ячейка была на мгновение извлечена из ванны с электролитом, в то время как в электролит добавлялся М0О2. Агрегат ячейки был после этого помещен обратно в ванну и, соответственно программе испытаний, к ячейке приложены 1,2 В. Потребовался исходный ток -300 мА, который, однако, асимптотически снизился до 58 мА, что продолжалось на протяжении 6 часов. После обработки М0О2 была применен режим программы 0,2/0,4 с 50мА. Дни и диапазоны напряжений показаны ниже:
День Диапазон
0 0,9-0,96
1 0,9-0,96
2 0,84-0,91
3 0,84-0,915
4 0,85-0,89
7 0,85-0,89
На 7-й день ячейка имела новую чистую энергию 2,46 Вт-час, а средняя мощность от водорода составила 1,96 мВт. Ячейка функционировала в режиме между 0,824 и 0,867 В при 50 мА, действовавших с формой волны 0,2/0,4 с и дала чистую энергию в 36 Вт на протяжении 36 часов. До тех пор, пока на 28-й день давление водорода не выровнялось и ячейке больше требовалось внешнего Нг.
092412GC1-1241# (проницаемая ячейка, высокочастотная, цилиндрический катод) (В-8#) Сварной Мо-Мо диск / LiOH-LiBr-MgO / цилиндр NiO (открытый на воздух) Заряд 50 мА в течение 0,2 с; разряд 50 мА в течение 0,4 с до V> = 0,7 В; А: сварной Мо-Мо диск (d: 1,5 см, 9,67 г всего); С: NiO цилиндр (d: 2,25'; h: 3'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr + 35 g MgO; Т уст. = 490°С, Т действ. 420°С
Я И о
я н о
о о а о
о см
и о я я
в о
о я я
NO 00
о я
Рч 3 т
Он Он о4
н о о я
я я
Рн Он
о я о 8
я я
сЗ. Он Он сю
н 0Q
1/4
in cs" со
091912GC2-1238# (Высокая частота, малый квадратный катод) (А-15#) Квадрат из Мо-Cu фольги / LiOH-LiBr / NiO цилиндр (открытый на воздух) Заряд 80 мА в течение 0,2 с; разряд 80 мА в течение 0,4 с до V> = 0,7 В; А: Мо-Cu (50:50; 1 см2, 2,39 г включая провода); С: NiO цилиндр (d: 1,5'; h: 2'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т уст. = 485°С, Т действ. 420°С.
Замечание: Исходное напряжение холостого хода было 0,896 В. Плотность мощности 60,0 мВт/см2,
(9/20/2012): 22 дн. V-OCH = 0,699 В; Мгновенное приращение: 1,63х; Внутреннее сопротивление: 323 мОм. (9/21/2012): 1 дн. + 14 час; V-OCH = 0,698 В; Мгновенное приращение: 1,53х; Внутреннее сопротивление: 316 мОм.
091712GC2-1234# (Н2 проницаемая ячейка, покрытый Ni-Co пленочным литьем, высокая частота, цилиндрический катод) (В-12#) Ni диск (090512ТСА) / LiOH-LiBr / NiO цилиндр (открытый на воздух) Заряд 50 мА в течение 0,2 с; разряд 50 мА в течение 0,4 с до V> = 0,7 В; A: Ni проницаемый электрод с Ni сеткой, прикрепленной на внешней поверхности и покрытой пленочным литьем (покрытие из 95% Ni + 5% Со), d: 1,5', 31,60 г всего); С: NiO цилиндр (d: 2,25'; h: 3'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т уст. = 450°С, Т действ. 420°С.
Замечание: Исходное напряжение холостого хода было 1,10 В. Плотность мощности 4,08 мВт/см2,
Сравнение с проницаемой ячейкой: 090712GC2-1224#. (9/20/2012): 2 дн. + 13 час; V-OCH = 0,934 В; Мгновенное приращение: 1,92х; Внутреннее сопротивление: 57 мОм; Чистая энергия: 0,90 Вт-час. (9/21/2012): 3 дн. + 5 час; V-OCH = 0,994 В; Мгновенное приращение: 1,91х; Внутреннее сопротивление: 128 мОм; Чистая энергия: 1,15 Вт-час. Изменение тока до 100 мА.
Ячейка [082212JT1-43] Стат. при 72 час Последнее мгновенное приращение: 1,82 X Последнее кумулятивное чистое приращение: 1,82 X Последняя кумулятивная энергия разряда: 1,9850 Вт-ч Последняя кумулятивная энергия заряда: 1,0907 Вт-ч Последняя кумулятивная чистая энергия: 0,8943 Вт-ч Мощность ячейки: 48,95 мВт
Плотность мощности по площади (анод): 16,3 мВт/см2 Локализация: Arbinl6 -7
Диапазон напряжений при 72 час: 1,09-0,97 В, стабильно на протяжении 72 час
Последнее время выполнения: 72 час
Тип ячейки Н2, проникание, 785 торр MoCu (50:50) толщиной 0.02" (промышленно выпускаемый компанией Ametek материал) дисковая мембрана с Ni сварным швом к соответствующей части; с приваренной по центру 1/4" линией газоснабжения из нержавеющей стали; чистая площадь верхней поверхности диска около 3 см2 Нг скорость проникания: 2,5 X Ю-8 моль Нг/с (~4 мВт максимальная расчетная для образования НгО) Тип атмосферы воздух 20,9% 02 Увлажнение: DIН20 RT°C Программа заряда: 0,2 с, 50 мА Программа разряда: 0,4 с или до 0,7 В, 50 мА Ячейка [082412JT1-44] Стат. при 1 час Последнее мгновенное приращение: 1,83 X Последнее кумулятивное чистое приращение: 1,83 X Последняя кумулятивная энергия разряда: 1,3935 Вт-ч Последняя кумулятивная энергия заряда: 0,7604 Вт-ч Последняя кумулятивная чистая энергия: 0,6331 Вт-ч Мощность ячейки: 92,3 мВт
Плотность мощности по площади (анод): 30,7 мВт/см2 Локализация: Arbinl6 -8
Диапазон напряжений в 1 день: 0 957-0 889 В, по существу стабильно на протяжении 24 час
Последнее время выполнения: 1 день
Тип ячейки Нг, проникание, 785 торр MoCu (50:50) толщиной 0.02" (промышленно
выпускаемый компанией Ametek материал) дисковая мембрана с Ni сварным швом к
соответствующей части; с приваренной по центру 1/4" линией газоснабжения из
нержавеющей стали; чистая площадь верхней поверхности диска около 3 см2
Нг скорость проникания: 3 X Ю- моль Н2/с (~5 мВт максимальная расчетная для
образования НгО)
Тип атмосферы воздух 20,9% 02
Увлажнение: DI Н20 RT°C
Программа заряда: 0,2 с, 100 мА
Программа разряда: 0,4 с или до 0,7 В, 100 мА
071812GC2-1141# (Высокая удельная мощность, цилиндрический катод) (А-21#)
Мо-С (50:50) сплав куском / LiOH-LiBr / NiO цилиндр (открытый по воздуху) Заряд 80 мА в течение 2 с; разряд 80 мА в течение 4 с до V> = 0,6 В; A: Mo-Ni-C (d: 1,0 см, 3,27 г включая провода); С: NiO цилиндр (d: 1,5'; h: 2'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т уст. = 520°С, Т действ. 450°С; Замечание: исходное напряжение холостого хода было 1,134 В. Анод: Сплав Мо-С. (7/25/2012): 6 д. + 12 час; Всего: 6,4736 Вт-час / 3,7698 Вт-час = 1,72х. Чистая энергия: 2,7038 Вт-час.
072612GC1-1158# (Высокая удельная мощность, цилиндрический катод) (А-10#) Mo-Si (60:40) сплав / LiOH-LiBr / NiO цилиндр (открытый по воздуху) Заряд 50 мА в течение 2 с; разряд 50 мА в течение 4 с до V> = 0,6 В; A: Mo-Si (d: 1,0 см, 2,25 г включая провода); С: NiO цилиндр (d: 1,5'; h: 2'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т уст. = 460°С, Т действ. 430°С. Замечание: исходное напряжение холостого хода было 1,14 В. (8/03/2012): 6 дн. + 2 час; V-OCH = 0,600 В; Мгновенное приращение: 1,47х; Внутреннее сопротивление: 738 мОм. Общая энергия: 3,87 Вт-час / 2,42 Вт-час = 1,60х. Чистая энергия: 1,45 Вт-час.
072412GC1-1151# (Высокая плотность мощности, цилиндрический катод) (А-14#) Сплав Мо-В (50:50) / LiOH-LiBr / NiO цилиндр (открытый на воздух) Заряд 50 мА в течение 2 с; разряд 50 мА в течение 4 с до V> = 0,6 В; А: Мо-В (d: 0,8 см, 1,64 г включая провода); С: МО цилиндр (d: 1,5'; h: 2'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т уст. = 500°С, Т действ. 450°С. Замечание: исходное напряжение холостого хода было 1,39 В. Очень маленький анод, более высокая удельная мощность (108,8 мВт/см ). (7/26/2012): 2 дн. + 3 час; V-OCH = 1,021 В; Мгновенное приращение: 1,87х; Внутреннее сопротивление: 279 мОм. (7/27/2012): 3 дн. + 1 час; V-OCH = 1,001 В; Мгновенное приращение: 1,88х; внутреннее сопротивление: 740 мОм. Остановка из-за отключения питания: Энергия разряда 4,14 Вт-час, энергия Заряда 2,24 Вт-час, Чистая энергия 1,9 Вт-час, Приращение 1,85Х
070612JL1-41 Фланцевая ячейка: МоМ 50-50/ LiOH+LiBr/ МО
Анод: МоМ 50-50 приблизительно 5 мм х 3/8" внешний диаметр (3,681 г, с/ 5,75" М проводом)
Катод: СМ6-МО рулон, высота 2" х внешний диаметр 1,5" (20 г с М проводом) 15 г LiOH+ 75 г LiBr
Последнее кумулятивное чистое приращение: 1,8 X Последнее кумулятивное чистое приращение: 2,749Вт-ч Последняя кумулятивная энергия разряда: 6,259Вт-ч
Мощность ячейки: 47,95 мВт
0,83 мВт/см3
день:час:мин
Газопоглотитель: Программа тока: Программа заряда: Программа разряда:
Плотность мощности по площади (анод): 67,30мВт/см Плотность мощности по площади (катод): 4,21 мВт/см Плотность мощности по объему (анод): 134,60 мВт/см Плотность мощности по объему (катод): Локализация: Arbinl6 -11 напряжение холостого хода: 1,218 мВ Последнее время выполнения: 6:01:23 Поток (сухой воздух): 1 пузырек/8 с Барботирование на выпускной линии: Да DI Н20 Темп.: RT °С (~6" расст.)
КОН:КС1#1 @ Top BallM 80 мА 2 с 4 с
Тепловой профиль (IB, OB, ОМ/воспринятая): 460/нет данных/нет данных 7/6/2012 - ~3 Вт-ч чист.
071612SCS2-16 Фланцевая ячейка: MoCu (50-50)/ LiOH+LiBr / NiO
Анод: MoCu 50-50 круг с внешним диаметром ~0,4" (2,991 г, c/Ni проводом) Катод: Ni6-NiO рулон, высота 1,5" х внешний диаметр 1,5" (30,046 г с Ni проводом) 15 LiOH + 75 г LiBr (проверка) 5 мм кольцевой разделитель Последнее кумулятивное чистое приращение: 1,8 X Последняя кумулятивная чистая энергия: 0,906Вт-ч Последняя кумулятивная энергия разряда: 1,992Вт-ч (Т: 1,4) Чистая энергия в сравнении со 100% МА батареей 62,58% (MoCu) Валовая энергия в сравнении со 100% МА батареей 137,68 % (MoCu) Мощность ячейки: 74 мВт
Плотность мощности по площади (анод): 42,04мВт/см2 Плотность мощности по площади (анод): 4,67 мВт/см
Плотность мощности по объему (анод): Плотность мощности по объему (катод): Локализация: MSTAT -9 напряжение холостого хода: 1,018В
210,19 мВт/см3 0,92 мВт/см3
Последнее время выполнения: 2:00:00 день:час:мин
Вид газа: 2%02:Аг
Поток: 1 пузырек/5,5 с
Барботирование на выпускной линии: Да
DI Н20 Темп.: RT °С (~6" расст.)
Газопоглотитель: КОН#8 @ Top BallM
Программа заряда: 2 с 80 мА
Программа разряда: 4 с 80 мА
Теплота (IB, OB, ОМ/воспринятая): 405/нет данных/нет данных II16/2012 Поток составлял 3,5 SCCM в 2% 02:Аг, соответствуя максимальной расчетной для реакции металл-воздух электроэнергии 14,8 мВт; тогда как наблюдаемая мощность была выше, 74 мВт.
072612Ш138-120мА: NiCo (пленочное литье) / LiBr-LiOH/NiO (воздух) Анод: пленочное литье NiCo (95-5 ат.%, 1,5" х 1,5", толщина 2,5 мм, 16,92 г, 062212ТСА); Катод: рулон NiOx (внешний диаметр 1,5" высота 2", 43,0 г, 071112ТСС); Электролит: 15 г LiOH-75 г LiBr; Темп, ячейки: ~430°С (печь 495°С).
Заряд 120 мА в течение 2 с; разряд 120 мА до V> = 0,6 В; в ином случае разряд в течение 4 с;
(повтор 071712JH130-100 мА, с более высоким током разряда) 1D, приращение=1,85
Работа ячейки была прервана отключением электропитания нагревателя. Подача
мощности возобновлена позже.
3D, приращение=1,8
6D, приращение=1,82
11D, приращение=1,71
Накопленная чистая энергия: 6,218 Вт-час.
070612JL1-41 Фланцевая ячейка: MoNi 50-50/ LiOH+LiBr/NiO
Анод: MoNi 50-50 приблизительно 5 мм х 3/8" внешний диаметр (3,681 г, с/ 5,75" Ni проводом)
Катод: CNi6-NiO рулон, высота 2" х внешний диаметр 1,5" (20 г с Ni проводом) 15 г LiOH+ 75 г LiBr
Последнее кумулятивное чистое приращение: 1,8 X Последнее кумулятивное чистое приращение: 2,749 Вт-ч
Последняя кумулятивная энергия разряда: 6,259 Вт-ч Мощность ячейки: 47,95 мВт
Плотность мощности по площади (анод): 67,30 мВт/см2
Плотность мощности по площади (катод): 4,21 мВт/см
напряжение холостого хода: 1,218 мВ
Последнее время выло л нения: 6:01:23 день:час:мин
Поток (сухой воздух): 1 пузырек/8 с
DI Н20 Темп.: RT °С (~6М расст.)
Программа тока: 80 мА
Программа заряда: 2 с
Программа разряда: 4 с
Тепловой профиль 460°С
070512YA1-2 Открытая ячейка: СиМо 50-50/ LiOH+LiBr/ NiO
Анод: Си Ni 50-50 приблизительно 5 мм х 3/8" внешний диаметр (4,86 г, с 7" Ni проводом) Катод: CNi6-NiO рулон, высота 2" х внешний диаметр 1,5" (23,99 г с Ni проводом) 15 г LiOH+ 75 г LiBr
Последнее кумулятивное чистое приращение: 1,7 X Последнее кумулятивное чистое приращение: 2,274 Вт-ч Последняя кумулятивная энергия разряда: 5,340 Вт-ч Мощность ячейки: 37,33 мВт
Плотность мощности по площади (анод): 52,39 мВт/см2
Плотность мощности по площади (катод): 3,27 мВт/см
напряжение холостого хода: 1,08 В
Последнее время выполнения: 5:01:24 день:час:мин
Открыто на воздух нет данных пузырек/с
Программа тока: 80 мА
Программа времени заряда: 2 с
Программа времени разряда: 4 с
Тепловой профиль 405°С
070612SCS1-7; Открытая на воздух ячейка СиМо (20/80)/ LiOH+LiBr / NiO
Анод: СиМо (20/80) круг с внешним диаметром -0,4" (3,631 г, с Ni проводом) Катод: Ni6-NiO рулон, высота 1,5" х внешний диаметр 1,5" (25,468 г с Ni проводом)
15 LiOH + 75 г LiBr; 5 мм кольцевой разделитель Последнее мгновенное приращение: 1,8 X Последнее кумулятивное чистое приращение: 1,8 X Последнее кумулятивное чистое приращение: 1,813 Вт-ч Последняя кумулятивная энергия разряда: 4,089 Вт-ч Мощность ячейки: 50,31 мВт
Плотность мощности по площади (анод): 62,05 мВт/см2
Плотность мощности по площади (катод): 4,41 мВт/см
напряжение холостого хода: 1,033 В
Последнее время выполнения: 2:20:01 день:час:мин
Поток (2% 02:Аг): 1 без барботера
DI Н20 Темп.: RT °С (~6" расст.)
Программа тока: 80 мА
Программа времени заряда: 2 с
Программа времени разряда: 4 с
Тепловой профиль 420°С
071012GC3-1123# (Высокая плотность мощности, цилиндрический катод) (А-16#) Сплав Mo-Ni / LiOH-LiBr / NiO цилиндр (открытый на воздух) Заряд 80 мА в течение 2 с; разряд 80 мА в течение 4 с до V> = 0,7 В; A: Mo-Ni (d: 1,2 см, 50:50, 3,58 г включая провода); С: NiO цилиндр (d: 1,5'; h: 2'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т = 440°С Замечание: исходное напряжение холостого хода было 1,15 В.
(7/11/2012): 1 дн. V-OCH = 0,898 В; Мгновенное приращение: 1,85х; Внутреннее сопротивление: 306 мОм.
(7/12/2012): 2 дн. + 2 час; V-OCH = 0,843 В; Мгновенное приращение: 1,85х; Внутреннее сопротивление: 308 мОм.
070912GC1-1118# (Высокая плотность мощности, цилиндрический катод) (В-13#) Mo-Ni сплавленно-спеченная смесь / LiOH-LiBr / NiO цилиндр (открытый на воздух) Заряд 80 мА до V = 1,0 В, разряд 80 мА до V > = 0,8 В, в ином случае разряд в течение 4 с ; А: Мо-Cu (d: 1,2 см, 50:50, 3,60 г включая провода); С: NiO цилиндр (d: 1,5'; h: 2'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т = 440°С
Замечание: исходное напряжение холостого хода было 1,0733 В. Поддерживалось. (7/11/2012): 2 дн. V-OCH = 0,866 В; Мгновенное приращение: 1,47х. 1,47х. (7/12/2012): 3 дн. V-OCH = 0,862 В; Мгновенное приращение: 1,30х.
071012GC1-1121# (Высокая плотность мощности, цилиндрический катод) (А-21#)
Mo-Co сплав / LiOH-LiBr / NiO цилиндр (открытый на воздух) Заряд 80 мА в течение 2 с; разряд 80 мА в течение 4 с до V> = 0,7 В; A: Mo-Co (d: 1,2 см, 80:20, 3,09 г включая провода); С: NiO цилиндр (d: 1,5'; h: 2'); Электролит: 20 г LiOH + 100 г LiBr; Т = 430°С Замечание: исходное напряжение холостого хода было 1,20 В.
(7/11/2012): 1 дн. + 2 час; V-OCH = 0,783 В; Мгновенное приращение: 1,68х; Внутреннее сопротивление: 736 мОм.
(7/12/2012): 2 дн. + 3 час; V-OCH = 0,747 В; Мгновенное приращение: 1,67х; Внутреннее сопротивление: 738 мОм.
070512GC2-1113# (Средняя плотность мощность, цилиндрический катод) (А-10#) Мо-Со (1:1) / LiOH-LiBr-MgO / NiO цилиндр. (Влажный Аг + 1,5% 02), Заряд 20 мА до В = 1,0 В; разряд 20 мА до V> = 0,8 В, в ином случае разряд 4 с; А: Сплав Mo-Co (d: 0,9 см, 2,97 г включая провода); С: NiO цилиндр (d: 1,5'; h: 2'); Электролит: 12 г LiOH + 60 г LiBr; + 21 г MgO; Т = 420°С
Замечание: исходное напряжение холостого хода было 1,0983 В. (7/11/2012): 5 дн. + 5 час; V-OCH = 0,865 В; Мгновенное приращение: 1,20х. (7/12/2012): 6 дн. + 4 час; V-OCH = 0,866 В; Мгновенное приращение: 1,19х. 032012
1. Высокотемпературный расплавленный электролит - Закрытая SS ячейка с потоком Аг через барботер с водой -10 Вт масштабирование
- 032012GZC1-1023: Мо/210 г LiOH + 1,05 кг LiBr + 420 г MgO в одном слое /NiO (10 слоев)
- Анод: Мо фольга; Катод: предварительно оксидированный CNi6C
- Туст.=420°С, Тдейств.=420°С.
- заряд до 8V, разряд в течение 4 с, если V> 6V
010412XY2-1344 Закрытый фланец, пастообразный электролит Ni/LiOH-LiBr-MgO/NiO. (проверка ячейки по Henry)
- Анод: пористый Ni C6NC (внешний диаметр 1,5", 11 см , 5,0751 г, вкл. провод), погруженный в электролит.
- катод: предварительно оксидированный пористый Ni C6NC (1,5*1,5"), сверху электролита.
-Электролит: 15,0 г LiOH + 75,0 г LiBr + 30,0 г MgO. Температура 450°С.
Поток через площадь (предувлажнение).
213
Приращение энергии, %
со "1 щ" vo оС ON оГ in о" vo Ч 1 ~1 *Ч °°" "1 Ч 1 ^ °°" ^ 1 "1 П ^ ^
rHh"M'H^№OVOm^M^O(NMm^OOONO'-i(Nl\OhOO№ONOlO
Энергия разряда, Вт-час
^rOCOt^r^^t^^nr^OCN^CN^OU4VOO"-*C^^CN^CNOOcO^COrO OOr4't't^HOhO-'4NmKTOhOOO\(S(fl't/l1OClOO\0'- <^'tin
Энергия заряда, Вт-час
i-i ГО о CN i ГО О ^t" Г-
ooooorovoro^tr^cs - ror~o> ro-^--* О О О <-i i C4rOr0^eOOrOOCJ> C^O> C> 0\^ONO\OSONONas00040r>
оооооооооо"-!'-icNr^t-~c^t> r-^r^r^r~r-~r^r--.r-~oooo oooooooooooooooooooooooooooooo
Плотность мощности, мВт/см
0,27
Время
oooooooooooooooo о о ОООЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙООО
" ^ ^ S ЕЁ а а F ^ ^CNlrOCSOOOOUO^r^CSCNCNCNroCNCNCN ^ ^ v
Разряд I, Т
5мАдо V=0,6 В, или 4 с, если V> 0,6 В в течение 4 с
Заряд I, Т
5мА до V=0,8 В
ЧО Г- 00 О -iCNCO^VOt-OOONOCNCNm
C*^ Г C"^ О •-i *- < "-н 00M00MC\O\O\O\
oooooooo oooooooo moooooomO'-ieo vomooo-^-r^ooo
I-lT-Hr-Ii-I y- < r-I CS N
oooooooo
CNCNCSCNCNCNCSCSfNCNCSCNCS 4
> л ю м" гч N m ^ oo " н
В. Проточная периодическая калориметрия.
Данные по балансу энергии и мощности реакционных смесей катализатора, перечисленных с правой стороны для каждого элемента в Таблице 5, были получены с помощью цилиндрических реакторов из нержавеющей стали объемом приблизительно 43 см (1" внутренний диаметр (ID), длина 5" и толщина стенки 0,060", имеющих внутренний глухой канал для термопары) и проточного калориметра, содержащего вакуумную камеру, содержащую ячейку и внешний водоохлаждающий змеевик, который отбирал 99+% высвобождаемой в ячейке энергии с ошибкой в пределах <Ы%. Регенерация энергии
определялась интегрированием общей отдаваемая мощности т по времени. Мощность задавалась как
Рт=тСрАТ (254)
где m представляла массовую скорость потока, р - удельную теплоемкостью воды и
Ы отвечала абсолютному изменению температуры между впускным и выпускным
отверстием. Реакция инициировалась приложением точно определенной мощности к
внешним нагревателям. Конкретно, на нагреватель подавалась мощность 200 Вт. В
течение этого периода нагревания реактивы достигали пороговой температуры реакции
гидрино, при этом начало реакции в типичном случае подтверждалось быстрым
повышением температуры ячейки. По достижении ячейкой температуры около 400-500°С
подводимая мощность устанавливалась на ноль. Спустя 18 минут программа отключала
подачу питания. Для увеличения интенсивности передачи тепла к хладагенту камера была
повторно герметизирована под давлением 1000 торр гелия и максимальное изменение
температуры воды (выходная минус входная) составило приблизительно 1,2°С. Агрегат
оставлялся для достижения полного равновесия в течение 24-часового периода, что
подтверждалось наблюдением полного равновесия в проточных тепловых датчиках.
В каждом испытании подводимая энергия и выходная мощность вычислялись
интегрированием соответствующей мощности. Тепловая энергия в потоке хладагента при
каждом приращении времени вычислялась с помощью уравнения (245) умножением
объемной скорости потока воды на плотность воды при 19°С (0,998 кг/литр), удельную
теплоемкость воды (4181 кДж/кг°С), скорректированную разность температур и
временной интервал. Для получения общего выхода энергии величины были
просуммированы по всему эксперименту. Общая энергия от ячейки т должна равняться
Е Е подводимой энергии и какой-либо чистой энергии m. Таким образом, чистая
энергия определяется как
Enel=ET-Em, (255)
Из энергетического баланса определяется любая избыточная теплота " относительно максимальной теоретической ^м
Еех = Епе, ~ Emt _ (256)
Результаты калибровочных испытаний показали степень связывания теплоты выше 98% от входа до выхода хладагента, а нулевые показания избыточной теплоты продемонстрировали, что с внесенными калибровочными поправками точность калориметра была в пределах ошибки менее 1%. Далее представляются эти результаты даются таким образом, что Ттах - максимальная температура ячейки, Ein - входная энергия и dE - измеренная выходная энергия, превьппающая входную энергию. Все расчетные величины энергии представлены отрицательными величинами в экзотермических случаях. Положительные выходные величины представляют более высокую выходную, чем потребляемую энергия. Реакции, при котором, продукты предшествующей реакции задействовались, как обозначено, входили в состав испытаний регенерации.
Таблица 5
040312JHWF5
513
9,3rNi(OH)2 + 23,3r CuBr2 +1 атм Аг
626
218
17,3
0,9
Inf
040412JHWF1
514
9,8гСи(ОН)2 + 13,4г CuC12 + 1 атм Аг
513
219,1
7,1
Inf
040412JHWF2
515
9,8 г Си(ОН)2 + 22,3 г CuBr2 + 1 атм Аг
630
217,1
18,5
Inf
040512JHWF1
518
9,8гСи(ОН)2 + 21,6г FeBr2 + 104 фунт/кв.дюйм Н2 (чистое 6 фунт/кв.дюйм)
569
216,9
-4,3
3,0
040512JHWF3
519
9,8гСи(ОН)2 + 21,9г NiBr2 + 104 фунт/кв.дюйм Н2 (чистое 6 фунт/кв.дюйм)
502
218
8,2
-3,7
2,2
040512JHWF4
520
9,8гСи(ОН)2 + 21,9г СоВг2 + 104 фунт/кв.дюйм Н2 (чистое 6 фунт/кв.дюйм)
571
218
16,9
-3,8
4,4
040512JHWF5
521
9,8гСи(ОН)2 + 13,0г NiC12+104 фунт/кв.дюйм Н2 (чистое 6 фунт/кв.дюйм)
590
218
10,4
3,5
040512JHWF6
522
9,8гСи(ОН)2 + 13,0г СоС12+ 104 фунт/кв.дюйм Н2 (чистое 6 фунт/кв.дюйм)
530
218,1
8,5
2,8
040612JHWF4
525
9,3 г Со(ОН)2 + 23,3 г CuBr2+104 фунт/кв.дюйм Н2 (чистое 6 фунт/кв.дюйм)
583
218
15,4
-1,9
8,1
040612JHWF5
526
9,3rNi(OH)2 + 23,3r CuBr2 + 104 фунт/кв.дюйм Н2 (чистое 6 фунт/кв.дюйм)
615
217,5
13,2
6,6
040912JHWF4
530
9,3 г Со(ОН)2 + 23,3 г CuBr2 + 1 атм Аг
615
218
15,5
-0,2
77,5
040912JHWF5
531
9,3rNi(OH)2 + 23,3r CuBr2 +1 атм Аг
599
218,1
13,9
-0,9
15,4
040912JHWF8
532
9,8 г Си(ОН)2 + 23,3 г CuBr2 + 1 атм Аг
672
218,1
21,6
-1,3
16,6
041012JHWF1
533
9,8гСи(ОН)2 + 13,4г CuC12 + 1 атм Аг
533
217,3
14,5
-1,3
11,2
041112JHWF5
544
9,8гСи(ОН)2+13,4г СиС12 +104
553
217,1
16,9
-3,7
4,6
фунт/кв.дюйм Н2 (чистое 6 фунт/кв.дюйм)
041112JHWF6
545
9,8 г Си(ОН)2 + 22,3 г CuBr2 + 104 фунт/кв.дюйм Н2 (чистое 6 фунт/кв.дюйм)
588
218,1
18,4
-3,7
5,0
041212JHWF6
552
9,8гСи(ОН)2 + 21,6г FeBr2 + 1 атм Аг
580
217,1
13,1
-1,6
8,2
041212JHWF8
553
9,8гСи(ОН)2 + 21,9г NiBr2 + 1 атм Аг
621
217,1
15,4
-0,9
17,1
041712JHWF8
573
20,0 г Си(ОН)2 + 26,8 г CuC12 + 1 атм Аг (2х)
516
218,1
-2,6
4,6
041912JHWF1
580
l/2of041712JHWF8 (20,0 г Си(ОН)2 + 26,8 rCuC12) + 2,0rPd/C + 104 фунт/кв.дюйм Н2
582
218,9
-2,7
2,6
041912JHWF4
582
9,3rNi(OH)2 + 19,0r SnC12 + 1 атм Аг
640
218
14,5
-3,7
3,9
041912JHWF5
583
9,3rNi(OH)2 + 27,9r SnBr2 + 1 атм Аг
597
218,1
9,3
042012JHWF5
589
9,8 г Си(ОН)2 + 13,4 г CuC12 + 2,0rPd/C + 104 фунт/кв.дюйм Н2
645
218
14,6
-6,9
2,1
042312JHWF3
594
20,0 г Си(ОН)2 + 26,8 г CuC12 + 1 атм Аг (2х)
462
218,1
14,3
-2,6
5,5
042312JHWF8
598
13,9rNi(OH)2 + 22,l г InC13 + 1 атм Аг
602
217,1
11,5
-4,7
2,4
042612JHWF1
611
l/2of042312JHWF3 (20,0 г Си(ОН)2 + 26,8 гСиС12) + 0,9гН2О
510
217,3
10,6
-0,3
35,3
042612JHWF2
612
l/2of042312JHWF3 (20,0 г Си(ОН)2 + 26,8 гСиС12)+ 1,8гН20
551
217,4
8,4
-0,7
12,0
050412JHWF4
638
7,5rCoO + l,8rPd/C+ 104 фунт/кв.дюйм Н2 (6 фунт/кв.дюйм, 1,1л)
628,5
218
6,3
-0,9
7,0
051412JHWF3
649
13,5rSnO + 9,8r Cu(OH)2 + 104 фунт/кв.дюйм Н2 (6 фунт/кв.дюйм, 1,1 л)
630
218,1
14,6
-3,4
4,3
051512JHWF4
654
16,0rFe2O3 + 9,8r Cu(OH)2 +104 фунт/кв.дюйм Н2 (6 фунт/кв.дюйм, 1,1 л)
550
217
8,7
-3,4
2,6
051812JHWF4
659
20 г Си(ОН)2 + 46,5 г CuBr2 + 1 атм Аг (х2)
651
217,2
-2,7
14,4
052112JHWF1
660
13,5rSnO + 9,8r Cu(OH)2 + 1 атм Аг
661
219
12,7
0,7
Inf
052912JHWF1
670
31,5rBiC13 + 9,8r Cu(OH)2 + 1 атм Аг
603
219
22,8
-1,5
15,2
053012JHWF1
674
9,8 г Cu(OH)2 + 23,2 г CuBr2 + 2 г активированного угля (АС) + 1 атм Аг
624
217
19,9
-1,3
15,3
060112JHWF1
678
26,0rBi(OH)3 + 20,2r CuC12 + 1 атм Аг
531
219
9,9
-1,3
7,6
060112JHWF4
680
26,0rBi(OH)3 + 19,5r СоС12 + 1 атм Аг
591
218
15,1
-0,9
16,8
060112JHWF5
681
26,0 г Bi(OH)3 + 19,5 г МС12 + 1 атм Аг
582
218,1
5,9
-0,5
11,8
060412JHWF1
682
17,3rBi(OH)3+21,9r NiBr2 + 1 атм Аг
653
217
25,4
-2,9
8,8
060412JHWF2
683
17,3rBi(OH)3 + 21,9r СоВг2 + 1 атм Аг
683
219
10,5
-2,1
5,0
060412JHWF4
684
17,3rBi(OH)3 + 9,9r CuCl + 1 атм Аг
638
218
8,9
-2,3
3,9
060412JHWF5
685
17,3rBi(OH)3 + 14,3r CuBr + 1 атм Аг
641
217,1
7,7
2,3
-3,3
060512JHWF1
686
14,6 г Cd(OH)2 + 23,3 г СнВг2 + 1 атм Аг
547
217
14,6
-6,4
2,3
060512JHWF2
687
14,6rCd(OH)2+13,0r СоС12 + 1 атм Аг
583
217
-5,8
1,6
060512JHWF4
688
14,6 г Cd(OH)2 + 13,0 г NiC12 + 1 атм Аг
575
217,1
10,8
-5,5
2,0
060512JHWF5
689
14,6rCd(OH)2 + 21,9r СоВг2 + 1 атм Аг
591
218
16,3
-7,4
2,2
060612JHWF1
690
21,0гВЮ13 + 9,Зг Со(ОН)2 + 1 атм Аг
553
219,3
9,9
-1,6
6,2
060612JHWF2
691
21,0rBiC13 + 9,3r Ni(OH)2 + 1 атм Аг
586
217,4
8,2
-1,9
4,3
060612JHWF4
692
21,0 гВЮ13 + 5,8 гМг (ОН)2 + 1 атм Аг
601
217
5,4
1,9
Inf
060612JHWF5
693
29,9 г BiBr3 + 9,8 г Cu(OH)2 + 1 атм Аг
611
218,2
23,5
-1,3
18,1
060712JHWF1
694
29,9 г BiBr3 + 9,3 г Со(ОН)2 + 1 атм Аг
544
217,4
14,9
-0,2
74,5
060712JHWF2
695
29,9 г BiBr3 + 9,3 г Ni(OH)2 + 1 атм Аг
592
217,4
10,1
-0,9
11,2
061112JHWF1
702
26,0rBi(OH)3 + 19,5r СоС12 + 2,0гАС+ 1 атм Аг
613
217,3
19,9
-0,9
22,1
061112JHWF2
703
9,3 г Со(ОН)2 + 23,3 г СиВг2 + 2,0 г АС + 1 атм Аг
589
217,3
12,4
-0,2
62,0
061112JHWF3
704
13,5rSnO + 9,8r Cu(OH)2 + 2,0rAC + l атм Аг
662
218,3
14,2
0,7
Inf
061112JHWF4
705
10,4rBiBr3 + 9,3r Со(ОН)2 + 2,0гАС + 1 атм Аг
571
218,1
6,4
-од
64,0
062512JHWF1
706
29,9 г BiBr3 + 9,8 г Си(ОН)2 + 2,0 г активированного угля + 1 атм Аг
592
217,1
14,3
-1,3
11,0
062512JHWF5
709
31,5гВЮ13 + 9,8г Си(ОН)2 + 2,0 г Activated Carbon + 1 атм Аг
631
217,1
15,5
-1,5
10,3
092612JHWF1
755
9,3 г Со(ОН)2 + 23,3 г CuBr2 + 100 фунт/кв.дюйм Н2
350
109,6
-9,3
-1,9
4,9
112112JHWF3
839
21,0rBiC13 + 9,3r Со(ОН)2 + 1 атм Аг
609,5
218
-10,9
-1,6
6,8
112612JHWF2
841
26,0rBi(OH)3 + 19,5r СоС12 + 2,0гАС+1 атм Аг
373
107,6
-11,8
-3,4
3,5
112612JHWF3
842
9,3 г Со(ОН)2 + 23,3 г CuBr2 + 2,0 г АС + 1 атм Аг
357
109
-9,1
-0,2
45,5
112712JHWF2
844
9,3 г Со(ОН)2 + 23,3 г CuBr2 + 1 атм Аг
382
109,5
-12,6
-0,2
63,0
112812JHWF3
848
18,6гСо(ОН)2 + 46,6г CuBr2 + 1 атм Аг
324
109
-15,5
-0,4
38,8
121212JHWF3
878
7,4 г Са(ОН)2 + 23,3 г CuBr2 + 2,5 г Pt/A1203 + 1 мл Н20 + 1 атм Аг
494
181
-9,6
-1,9
5,1
122712JHWF2
879
7,4 г Са(ОН)2 + 23,3 г CuBr2 + 1 атм Аг
593
242,1
-12,8
-1,9
6,7
010913JHWF3
880
11,1гСа(ОН)2 + 35,0г СиВг2+1 млН20+1 атм Аг
717
423,8
-22,8
-2,96
7,7
011013JHWF3
881
11,1 г Са(ОН)2 + 35,0 г CuBr2 + 1 атм Аг
294
151,3
-6,5
-2,96
2,2
011713JHWF3
882
11,1 г Са(ОН)2 + 35,0 г CuBr2+l млШО + 1 атм Аг
314
151,3
-15,5
-2,96
5,2
011813JHWF3
883
26,0rBi(OH)3 + 19,5r СоС12 + 1 атм Аг
364
182,5
-8,2
-0,86
9,5
С. Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC).
Твердые топлива были проверены на наличие избыточной энергии над максимальной расчетной с помощью дифференциального сканирующего калориметра с представительными результатами, показанными в Таблице 6.
D. Спектроскопическая идентификация молекулярного гидрино.
Законы классические физики предсказывают, что атомарный водород может подвергнуться каталитической реакции с некоторыми компонентами, включая самого себя и возникающую НгО, которые могут принимать энергию в количествах, кратных потенциальной энергии атомарного водорода т • 27,2 эВ, где т является целым числом. Предсказанная реакция включает резонансный, безызлучательный перенос энергии от в иных случаях устойчивого атомарного водорода к катализатору, способному к принятию энергии. Продуктом является Щ1/р), дробные ридберговские состояния атомарного водорода, названного "атомами гидрино", в котором п = 1/2, 1/3, 1/4, 1/р (р <137 является целым числом) заменяет известный параметр п = целое число в уравнении Ридберга для возбужденных состояний водорода. Каждое состояние гидрино также содержит электрон, протон и фотон, но полевой вклад фотона увеличивает связывание, а не уменьшает его, соответствуя десорбции, а не поглощению энергии. В отношении возбужденного и состояния гидрино зависимость между уравнением электрического поля и "захваченным фотоном" исходная функция плотности распределения заряда задается уравнением Максвелла в двух измерениях:
п.(Е1-Е2) = -^
е° (257)
Фотон, находящийся в состоянии электромагнитной волны, является совпадающим по фазе с электроном:
rpholon n,l,m ^Е г((+2)
8(Г-гп)
? = 0,1,2,. ..,л-1 or р-1
где квантовые числа
" = 1,2,3,4,... or /1 = 1,1/2,1/3,1/4,...1/р.
/я = -*,-/ + 1,...,0,...,+* (259)
Общее радиальное электрическое поле на электроне является суммой вкладов протона и фотона:
~-г:{в,Ф)
4я?п Г^
'(панУ
rtotal
4ле0г2
(260)
Дляг=шя и т=0 общее радиальное электрическое поле определяется 1 е
rtotal
п4яе0(пан) (261)
Так как атомарное и молекулярное гидрино, как и соответствующие возбужденные состояния, имеют ^ квантовых состояний, можно ожидать уникальных спектральных характеристик, таких как орбитально-ядерное расщепление, соответствующих типу возбужденного состояния колебательно-вращательных правил отбора и магнитных взаимодействий, которые отклоняются от параметров обычного невозбужденного атомарного и молекулярного водорода.
Непрерывное излучение в области 10 - 30 нм, которое соответствовало предсказанным переходам Н в состояние гидрино, наблюдалось только в результате пульсирующих самостягивающихся разрядов водорода с металлическими оксидами, являющихся термодинамически подходящими для подвергания Н восстановлению в форму катализатора НОН; тогда как, те, которые не являются благоприятными, не демонстрировали никакого континуума даже при том, что исследовавшиеся легкоплавкие металлы очень хорошо подходят для образования ионно-металлической плазмы с сильными коротковолновыми континуумами в более мощных источниках плазмы [R. L. Mills, R. Booker, Y. Lu, "Soft X-ray continuum radiation from low-energy pinch discharges of hydrogen," submitted; R. L. Mills, Y. Lu, "Time-resolved hydrino continuum transitions with cutoffs at 22,8 nm and 10,1 nm," Eur. Phys. J. D, Vol. 64, (2011), pp. 63, DOI: 10,1140/epjd/e2011-20246-5;. R. L. Mills, Y. Lu, "Hydrino continuum transitions with cutoffs at 22,8 nm and 10,1 nm," Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 35, (2010), pp. 8446-8456, doi: 10,1016/j.ijhydene.2010,05,098]. Аналогичным образом, в водородно-гелиевой
микроволновой плазме Н, подвергающийся катализу с Н (ш=1) в качестве катализатора, порождает совместный энергетический обмен общей энергией 40,8 эВ с возбуждением
9 11
перехода Не (Is ) в Не (Is 2р ) (58,5 нм, 21,21 эВ), приводящего к эмиссии широкого континуума с Л <63.3пт (> 19559 эВ). В независимых повторных экспериментах наблюдалась широкая 63,3 нм эмиссия этой природы и континуум излучения в во дородно-гелиевой микроволновой плазме, а также в водородной самостягивающейся плазме, соответственно [A. F. Н. van Gessel, диссертация EUV spectroscopy of hydrogen plasmas, April (2009), Технологический университет Эйндховена, факультет прикладной физики, группа элементарных процессов в газовых разрядах, EPG 09-02, стр. 61-70].
Был также подтвержден экстраординарно быстрый Н, образующийся под действием механизма, включающего рекомбинацию быстрого ионизированного Н, который служил в качестве катализатора гидрино, и резонансную передачу кинетической
энергии в течение стадии энергетического спада
"я "
+ интермедиата [К. Akhtar, J. Scharer, R. L. Mills, "Substantial Doppler broadening of atomic-hydrogen lines in DC и capacitively coupled RF plasmas," J. Phys. D, Applied Physics, Vol. 42, (2009), 42 135207 (2009) doi:10,1088/0022-3727/42/13/135207]. Открытие континуума высокоэнергетического излучения водорода при образовании им более устойчивой формы имеет значение для астрофизики, так как гидрино является кандидатом на идентичность с темным веществом, а соответствующее испускание является источником высокоэнергетического непрерывного астрономического и звездного излучения [R. L. Mills, Y. Lu, "Hydrino continuum transitions with cutoffs at 22,8 nm и 10,1 nm," Int. J. Hydrogen Energy, 35 (2010), pp. 8446-8456, doi: 10,1016/j.ijhydene.2010,05,098]. Согласно последним астрофизическим измерениям и оценкам, темное вещество составляет 98% массы вселенной и является вездесущим. Кроме того, показано, что темное вещество имеет внутригалактическую природу, обусловленную тем, что механика преобразования массивных гравитационных объектов из остатков от галактических столкновений требует наличия огромных количеств невидимой гравитационной субстанции [F. Bournaud, P. A. Due, Е. Brinks, М. Boquien, P. Amram, U. Lisenfeld, В. Koribalski, F. Walter, V. Charmandaris, "Missing mass in collisional debris from galaxies," Science, Vol. 316, (2007), pp. 1166-1169; B. G. Elmegreen, "Dark matter in galactic collisional debris," Science, Vol. 316, (2007), pp. 32-33], и это вывод оказывается противоречивым [М. J. Jee, A. Mahdavi, Н. Hoekstra, A. Babul, J. J. Dalcanton, P. Carroll, P. Capak, "A study of the dark core in A520 with the Hubble Space Telescope: The mystery deepens," Astrophysical J., Vol. 747, No. 96, (2012), pp. 96-103]. Таким образом,
можно ожидать, что темное вещество является вездесущим на Земле, что подтверждается анализом соединений, определенных в качестве выполняющих функцию газопоглотителей для сбора и аналитической идентификации представленного здесь гидрино.
Другими наблюдениями, которые подтверждают энергетику реакции гидрино, представлены аномальной продолжительностью послесвечения при образовании водородной плазмы под действием нагревания [Н. Conrads, R. L. Mills, Th. Wrubel, "Emission in the Deep Vacuum Ultraviolet from a Plasma Formed by Incandescently Heating Hydrogen Gas with Trace Amounts of Potassium Carbonate," Plasma Sources Science и Technology, Vol. 12, (2003), pp. 389-395], и инверсией линий H [R. L. Mills, P. C. Ray, R. M. Mayo, M. Nansteel, B. Dhandapani, J. Phillips, "Spectroscopic Study of Unique Line Broadening and Inversion in Low Pressure Microwave Generated Water Plasmas," J. Plasma Physics, Vol. 71, Part 6, (2005), 877-888; R. L. Mills, P. Ray, R. M. Mayo, "CW HI Laser Based on a Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts," IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 31, No. 2, (2003), pp. 236-247].
Система настоящего изобретения касается топливного элемента гидрино, названного ячейкой СШТ ("индуцированный катализатором гидрино-переход"), которая генерирует электродвижущую силу (EMF) благодаря каталитической реакции водорода в низкоэнергетическое (гидрино) состояние, обеспечивающей прямое преобразование энергии, высвобождающейся из реакции гидрино, в электричество. Каждая ячейка СШТ содержит катодное отделение, содержащее катод, анодное отделение, содержащее анод, и электролит, которьш также служит в качестве источника реагентов для образования гидрино. Вследствие окислительно-восстановительных реакций на электродах производящая гидрино реакционная смесь образуется при миграции электронов через внешнюю цепь и ионном массопереносе по отдельному внутреннему пути через элеткролит для замыкания электрической цепи. В одном типе электролитически регенеративной ячейки СШТ атомарный водород и кислород в периодическом режиме генерируются электролизом в ячейке НгО, а катализатор водорода и в дальнейшем гидрино образуются в результате реакции реакционной смеси во время разряда ячейки с чистым выигрышем в электрической мощности. Модельная СШТ содержит анод из никелевого мата или Мо, катод из оксида никеля и расплавленный эвтектический солевой электролит LiOH-LiBr с матрицей MgO. В ячейке расходуется вода, подаваемая к ячейке в виде пара или экстрагируемая из воздуха. Ячейка эксплуатируется под условиями
импульсного электролиза и разряда. Водород и кислород вырабатываются во время фазы электролиза на отрицательном и положительном электродах, соответственно, и служат в качестве источников Н и катализатора НгО. Шестью независимыми опытными учеными или научными группами было подтверждено, что ячейки СШТ производят вплоть до 1000 раз больше электричества, чем требуется для электролиза НгО в качестве источника водорода для образования гидрино. Эти ячейки и другие ячейки увеличенного масштаба служили в качестве электрода и образцов электролита при анализе получения теоретически предсказанного продукта молекулярного гидрино Нг(1/4).
Ячейки СШТ с расплавленным электролитом LiOH-LiBr-MgO и единственным комплектом электродов или пакет ячеек СШТ, имеющих биполярные пластинчатые электроды, служили в качестве источника молекулярного гидрино для аналитических
испытаний, таких как ядерная магнитно-резонансная спектроскопия с вращением ХН под
магическим углом (MAS lH NMR), эмиссионная спектроскопия с электроннолучевым возбуждением, рамановская спектроскопия, инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием (FTIR) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS). Катод и анод единственной ячейки содержали NiO и Ni celmet или Мо, соответственно. Биполярные электроды каждый содержали NiO катод, присоединенный к сепараторной пластине из металла, отличного от металла анода. Модельные пары металлов сепараторной пластины и анода были представлены сплавом 214-Ni, Ni-Mo, сплавами хастеллой-Мо и Mo-Ni celmet. Ячейки герметизировались в вакуумной камере и были закрыты за исключением потока пара НгО, захватываемого газообразным аргоном, или от генератора пара НгО. Электрические параметры ячеек, содержащих пакет из п ячеек, были подобны параметрам соответствующей единственной ячейки за исключением того, что напряжение такой ячейки было в п раз выше, чем у единственной ячейки. Образцы молекулярного гидрино содержали электролит, химические продукты и неорганические газопоглощающие соединения, такие как КС1, КОН и смесь КС1-КОН, помещенные в герметизированный контейнер закрытых ячеек СШТ, в котором гидрино, образовавшиеся во время процесса, захватывались в матрице соединения, которое, таким образом, служило в качестве газопоглотителя молекулярного гидрино. Исходные материалы, не подвергнутые действию источника гидрино, служили в качестве контроля.
Анализы методами MAS ХН NMR, ToF-SIMS, ESI-ToFMS, эмиссионной спектроскопии с электроннолучевым возбуждением, рамановской спектроскопии, фотолюминесцентной эмиссионной спектроскопии, FTIR и XPS были проведены на образцах продуктов реакции, содержащих электролит СШТ, электроды СШТ, продукты
твердого топлива и неорганические газопоглотительные соединения, такие как КС1, КОН и смесь КС1-КОН, помещенные в герметизированный контейнер закрытых ячеек CIHT или термических реакторов. Ожидалось, что характеристики молекулярных гидрино, соответствующие характеристикам темного вещества и темное вещество (Н2(1/р)) присутствуют в некоторых материалах, способных к их захватыванию. В согласии с ожиданиями, газопоглотитель КС1 содержал тот же самый изобилующий в природе Н2(1/4), который был значительно увеличен при подвергании воздействию источника Н2(1/4).
MAS NMR молекулярного гидрино, захваченного в протонной матрице, представляет способ использования уникальных особенностей молекулярного гидрино для его идентификации через его взаимодействие с такой матрицей. Уникальным касающимся спектра ЯМР фактором являются возможные квантовые состояния молекулярного гидрино. Подобно возбужденным состояниям Н2, молекулярное гидрино
H2i}lр) имеет состояния с ^-0,1"2,...,р-1 Даже квантовое состояние ^ = 0 имеет относительно большой квадрупольный момент и, помимо этого, состояния
соответствующего орбитального углового момента ^ * (r) приводят к магнитному моменту [Mills GUTCP], способному вызвать матричный сдвиг в область сильного поля. Этот эффект пользуется особенным благоприятствованием, когда матрица содержит способный к обмену Н, например, в случае матриц, имеющих гидратную воду, или твердой матрицы
Н2(1/р)
с щелочным гидроксидом, при которых локальное взаимодействие с 2V г' оказывает более широкое воздействие благодаря быстрому обмену. Газопоглотители ячейки СШТ, такие как содержащие КОН-КС1 и КС1 + К, в которых К реагирует с Н20 в ходе реакции гидрино с образованием КОН, показывали сдвиг активного компонента MAS NMR матрицы (КОН) от +4,4 ч./млн. до от около -4 до -5 ч./млн. после экспонирования в атмосфере герметизированной ячейки СШТ. КС1 + К и другие газопоглотители в реакторах с твердым топливом также показывали сдвинутый в область сильного поля эффект ЯМР. Например, спектр MAS NMR исходного КОН-КС1 (1:1) газопоглотителя, того же самого КОН-КС1 (1:1) газопоглотителя из масштабированного до 5 Вт пакета из 10 ячеек СШТ, содержащих [Mo/LiOH-LiBr-MgO/NiO] и производящих 1029 Вт-час при 137% выигрыше, и К + КС1 газопоглотителя из твердотопливной реакции FeOOH, показал, что известный слабопольный пик ОН матрицы смещается от около +4 ч./млн. к области сильного поля около -4 ч./млн. Молекулярное гидрино, произведенное ячейкой СШТ и твердыми топливами, сдвигало матрицу из положительной в существенно
сильнопольную область. Различные ^ квантовые числа, возможные для состояния р = 4, могут привести к различным сильнопольным матричным сдвигам, согласующимся с наблюдениями многочисленных таких пиков в области -4 ч./млн" MAS NMR пик КОН матрицы, сдвинутой в область сильного поля вследствие образования комплекса с молекулярным гидрино, может быть острым, когда сдвинутый в область сильного поля гидроксидный ион (ОН"), в согласии с предшествующими наблюдениями, действует как свободный ротор. Прямое наблюдение экстраординарного ЯМР сдвига Н2(1/4) возможно с помощью электронного луча или лазерным нагреванием матрицы твердого газопоглотителя так, чтобы перевести его из пара- в ЯМР-активную орто-форму, регистрируемую перед по существу 100% обратным преобразованием. MAS-NMR необходимо преодолеть недостаточность молекулярного вращения при температуре окружающей среды [Mills GUTCP], в ином случае неоднородность поля не удается уравновесить и пик становится неразличимо расширенным [Mills GUTCP].
Дополнительное доказательство поддерживает механизм сдвига на основе гидрино. Колебательно-вращательный спектр Н2(1/4) наблюдался эмиссионной спектроскопией с электроннолучевым возбуждением образцов, имеющих смещенные в область сильного поля спектральные пики MAS NMR. Кроме того, спектры ToF-SIMS положительно заряженных ионов показывали кластеры матричных соединений с ди-водородом в качестве части структуры, М:Н2 (М = КОН или К2СОз). Более конкретно, спектры положительно заряженных ионов предшествующих гидрино продуктов реакции, содержащих КОН и K2C03 [R. L. Mills, Е. Dayalan, P. Ray, В. Dhandapani, J. Не, "Highly stable novel inorganic hydrides from aqueous electrolysis and plasma electrolysis," Electrochimica Acta, Vol. 47, No. 24, (2002), pp. 3909-3926; R. L. Mills, B. Dhandapani, M. Nansteel, J. He, T. Shannon, A. Echezuria, "Synthesis и characterization of novel hydride compounds," Int. J. of Hydrogen Energy, Vol. 26, No. 4, (2001), pp. 339-367] или имеющих
эти соединения в качестве газопоглотителей в ячейках СШТ, показывали ^ (^2- КОН)п К+ (Н 'К со ^
и V 2 • 2 ъ)п> согласующиеся с Н2(1/р) в качестве комплекса в данной структуре. Типичный результат состоит в том, что положительный ToF-SIMS спектр газопоглотителя К2СОз-КС1 (30:70 масс.%) из масштабированного до 5 Вт пакета из 10 ячеек СШТ, содержащих [Mo/LiOH-LiBr-MgO/NiO] и дающих 1029 Вт-час со 137% приращением, имеет смещенные в область сильного поля спектральные пики MAS NMR. При отнесении пиков, имеющих номинальную массу m/e = М + 2, рассматривались и масса с высоким разрешением, и распространенность изотопов К и К, а также С1 и С1. Подобные кластеры М:Н2 наблюдались и с помощью ESI-ToFMS. Энергия взаимодействия Н2(1/р) и
матричного соединения должна быть при комнатной температуре выше энергий тепловых взаимодействий на около 0,025 эВ, поскольку ToF-SIMS и ESI-ToFMS кластеры были устойчивы и в некоторых случаях в MAS NMR смещалась вся матрица. От этого сильного взаимодействия с матрицей ожидается высокий активационный барьер к вращению. Образцы, имеющие сильнопольные сдвиги MAS NMR, также демонстрировали рамановские сдвиги матрицы около 0,05-0,075 эВ (400-600 см"1) для линейного ряда стоксовых пиков, в котором наклон между пиками соответствовал Нг(1/4) вращательным переходам в 0,241 эВ разности энергий с высокой корреляцией около 0,999 или лучше.
Имелась цель прямой идентификации молекулярного гидрино на основе его необычайно высокой колебательно-вращательной энергии с помощью методов рамановской спектроскопии и эмиссионной спектроскопии с электроннолучевым возбуждением. Другой отличительной особенностью является то, что правила отбора для молекулярного гидрино отличаются от таковых для обычного молекулярного водорода. Время существования Нг в возбужденном состояния очень коротко и колебательно-вращательные переходы, имеющие А/ = 0,±1 ^ происходят во время быстрых электронных переходов в Нг.Однако для Нг невозможно подвергнуться чистому колебательно-вращательному переходу, имея правило отбора А/ = ±1 ? хак как для сохранения во время
перехода углового момента требуется, чтобы ^ = 0 и = ±1, Напротив, такие переходы позволительны для молекулярного гидрино. Квантовые числа орбитального электрона
Р еи s [Mills GUTCP]. В случае состояния гидрино основное квантовое число
п- -
возбужденных состояний заменено на Р . Аналогичньм возбужденным состояниям Нг, молекулярное гидрино имеет состояния с ^-0Д"2,...,р-1^ ПрИ КОТОрЬГХ вытянутые
сфероидальные фотонные поля с 2^ Р)> Р~ " " "•••" имеют угловые компоненты квантового числа ^ со сферической гармоникой относительно большой полуоси [Mills GUTCP]. Переходы между этими вытянутыми сфероидальными гармоническими состояниями являются разрешающими из вращательных перескоков А/ = ±1 в течение чистого колебательного перехода без электронного перехода, наблюдаемого для возбужденных состояний Нг. Продолжительности существования этих угловых состояний достаточно велики, так что Нг(1/р) может уникально подвергнуться чистому колебательно-вращательному переходу с правилом отбора А/ = ±1
Испускающее колебательно-вращательное состояние молекулярного гидрино может быть возбуждено высокоэнергетическим электронным столкновением или сильным
электрическим полем лазера, при этом благодаря вращательной энергии
р2 (J + l)0.01509 eV ГЛ/Г11 ПТГГЛ,Ш Л
4 ' [Mills GUTCP] возбужденные вращательные состояния в качестве
статистической термодинамической заселенности при температурах окружающей среды
заполняться не могут, так как соответствующая тепловая энергия составляет менее 0,02
эВ. Таким образом, распределение заселенностей колебательно-вращательного состояния
отражает вероятность возбуждения от внешнего источника. Кроме того, ожидается, что
из-за в тридцать пять раз более высокой колебательной энергии Р 0-515 eV д0 сравнению с вращательной энергией, только первый уровень и = 1 будет возбуждаться внешним источником. Разрешенный изменением в ^ квантовом числе, снимающий возбуждение колебательный переход и = 1-"и = 0 С преобразованием вращательной энергии с повышением частоты (J'-J"= _1), преобразованием с понижением частоты (J'-J" = +l*) и безо всяких изменений (¦/'-¦/" = 0) приводит к ветвям Р, R и Q, соответственно. Предсказано, что пик Q-ветви, соответствующий чистому колебательному переходу и = 1 -> и = 0 • AJ = 0 ^ должен быть наиболее интенсивным при быстром снижении интенсивности для Р и R рядов пиков переходов более высокого порядка, при этом из-за свободной энергии внутреннего преобразования ожидается больше пиков более высокой интенсивности для ветви Р по сравнению с ветвью R. Ожидается, что влияние матрицы вызовет сдвиг колебательной энергии от энергии свободного вибратора, а вращательньш энергетический барьер матрицы, как ожидают, приведет к примерно такому же энергетическому сдвигу пиков каждой из ветвей Р и R, выражающемуся в отличной от нуля точке пересечения линейной зависимости расстояний между энергетическими уровнями рядов вращательных пиков.
Колебательно-вращательное испускание ^2 } захваченного в кристаллической решетке газопоглотителей, было возбуждено бомбардировкой 6 кэВ электроннолучевой
трубкой с током луча 10-20 Р^ в диапазоне давлений 5 X Ю-6 торр, и регистрировалось УФ-спектроскопией без окон. Пример разрешенного колебательно-вращательного спектра Н2(1/4) (так называемая 260 нм полоса) в УФ-прозрачной КС1 матрице, которая служила в качестве газопоглотителя в 5 Вт пакете ячеек CIHT, показал максимум пика при 258 нм с репрезентативными положениями пиков при 222,7, 233,9, 245,4, 258,0, 272,2 и 287,6 нм, имевших равную периодичность в 0,2491 эВ. Колебательная энергия двухатомных
молекул, таких как Нг(1/р), имеет вид ' Р , где к - константа взаимодействия и Р
приведенная масса, которая для Н2(1/р) равна 2 . в случае, когда молекула находится в кристаллической решетке с бесконечной относительно Н массой, приведенная масса для вибрации данного Н с другим, рассматриваемым в качестве имеющего бесконечную массу, соответствует приведенной массе одного, дающего сдвиг колебательной энергии с 1
коэффициентом . Локальное тепловое равновесие между фононами матричной решетки и молекулой с колебательно-вращательным возбуждением, как ожидают, приводит к отсечке энергии соответствующей спектральной серии в имеющей матричный сдвиг колебательной энергии с вращательной энергией, предположительно соответствующей энергии свободного ротора, отвечающей случаю Нг в кремниевой матрице. Учитывая, что колебательная и вращательная энергии Нг(1/р) соответствуют р2
для Н2, ^2°-515 eV и Р2°М509 eV [Mills GUTCP], соответственно, предсказывается, что колебательно-вращательная и вращательная энергии Нг(1/4) в кристаллической решетке будут иметь отсечку в 5,8 эВ и энергетический интервал в 0,24 эВ, соответственно. Вообще кривая энергии в зависимости от номера пика приводит к линии, задаваемой уравнением у =-0 249 эВ + 5,8 эВ при R2 = 0,999 или лучше с очень хорошим согласием с предсказанными величинами для Нг(1/4) переходов У = 1 -> ^ = 0 и Q(0), R(0), R(l), R(2), P(l), P(2), P(3) и P(4), где Q(0) определяется в качестве самого интенсивного пика ряда. Кроме того, в кристаллической решетке ожидается расширение колебательно-вращательных переходов Нг(1/4) относительно обычного Нг, так как включаемые энергии имеют экстраординарный характер, будучи в шестнадцать раз выше, и в значительной мере вовлекаются в фононные полосы решетки, приводя к резонансному уширению.
Другим примером является интенсивный 260 нм диапазон, содержащий пики Q(0), R(0), R(l), R(2), P(l), P(2), P(3) и P(4), наблюдаемые в газопоглотителе KC1 из герметизированного реактора реакции дымного пороха - KNO3 с древесным углем из мягкой древесины, имеющим формулу С7Н4О. Наблюдения с помощью спектрометра Jobin Yvon Horiba 1250 М показали, 260 нм диапазон электронного луча не имеет никакой структуры, кроме размытых максимумов с разрешением при 1,4 А. Помимо этого, было обнаружено отсутствие структуры при усиленном 0,25 А разрешении, а также при разрешении в 1,65 см"1 в фотолюминесцентных спектрах, исключающих возможность серий, содержащих неразрешенные колебательно-вращательные диапазоны обычной молекулы. Различные газопоглотительные матрицы, такие как КС1 против КОН, вызвали заметное различие в сдвиге положения центра ряда относительно Q(0) пика,
дополнительно исключая возможности причисления 260 нм диапазона к ряду колебательно-вращательных диапазонов обычных газообразных молекул. Скорее данные результаты поддерживают широкое вращательное испускание Нг(1/4) с о = 1-^и = 0 переходом в качестве источника. Более конкретно, такой наклон соответствует предсказанному интервалу вращательной энергии в 0,249 эВ (р = 4). Основываясь на наблюдении Нг(1/4) продукта, возможно, что высокая энергетика реакции гидрино (в 200 раз выше стандартной химической) является небольшой составной частью эффективности энергетических материалов, таких как дымный порох, так как реакция дымного пороха признана хорошо изученной.
Спектр испускания возбужденного электронным лучом газопоглотителя КОН, герметизированного в вакуумной камере, содержащей 65 мВт восьмислойный пакет СШТ, в котором каждая ячейка содержала [Mo/LiBr-LiOH-MgO/NiO], продемонстрировал характеристики широкого эмиссионного континуума, который соответствовал профилю 260 нм диапазона, приписываемого Нг(1/4) колебательно-вращательному излучению с максимальной интенсивностью 6000 пунктов при около 260 нм. Диапазон, который не наблюдался в исходном материале газопоглотителя, был в около десяти раз более интенсивным, чем наблюдаемый в типичном случае. Интенсивные пики, соответствующие 260 нм диапазону электронного луча, содержащего Р(1) - Р(6), были разрешены с помощью рамановской спектроскопии. Кроме того, рамановской спектроскопией были также подтверждены величины энергии и невысокий вращательный барьер для соответствующего чистого вращательного ряда.
Более конкретно, ставилась цель отыскания Н2(1/4) с помощью рамановской спектроскопии, при том, что в силу большой энергетической разности между орто- и пара-формами, последняя, как ожидалось, является доминирующей. Учитывая, что пара-является четной, типичное правило отбора для чистых вращательных перескоков представлено AJ = ±2 для даже целых чисел. Однако объединение орбитально-вращательного углового момента приводит к изменению ^ квантового числа с сохранением углового момента фотона, который возбуждает вращательный уровень, на котором резонансная энергия фотона сдвигается по частоте относительно перехода сверхтонкой орбитально-ядерной энергией в отсутствии изменения I квантового числа. Кроме того, для ^ * 0 ядра выстраиваются по межъядерной оси, как указывается в главе 12 из Mills GUT. Вращательное правило отбора для стоксовых спектров определено как начальное состояние минус конечное состояние t±J = J'-J" = -\^ правило отбора орбитального углового момента представлено А^ = ±1 и переход становится разрешенным
вследствие сохранения углового момента при возбуждениях соединения вращательного и орбитального углового моментов [Mills GUT]. При этом никакой зависимости интенсивности от ядерного спина не предполагается. С помощью 532 нм лазера Thermo Scientific DXR SmartRaman в макро-режиме наблюдался новый острый рамановский пик для газопоглотителя К + КС1 из твердого топлива FeOOH + Нг на 1950 см"1, что соответствует вращательной энергии свободного пространства Нг(1/4) (0,2414 эВ) до четырех значащих разрядов. Этот результат показывает, что Нг(1/4) является свободным ротором, соответствующим Нг в кремниевой матрице.
С помощью Thermo Scientific DXR SmartRaman с 780 нм диодными лазерами в макро-режиме на проницаемых для водорода MoCu анодах после производства избыточного электричества наблюдался абсорбционный пик шириной 40 см"1. Данный пик не наблюдался в первичный сплаве и интенсивность пика увеличивалась с увеличением избыточной энергии. Кроме того, его присутствие перед и после ультразвуковой обработки являлось признаком того, что единственными возможными элементами, подходящими для рассмотрения в качестве его источника, были Мо, Си, Н и О, что подтверждено SEM-EDS. Перестановки контрольных соединений пик не воспроизводили. КОН-КС1 с поглощенным из этой ячейки газом дал серию очень интенсивных фотолюминесцентных пиков, которые были отнесены к колебательно-вращательному излучению Нг(1/4). Так как никаких других элементов или соединений, демонстрирующих 40 см"1 линию поглощения при 1,33 эВ (энергия 780 нм лазера минус 2000 см"1) не известно, был рассмотрен Нг(1/4). Абсорбционный пик, начинающийся при 1950 см"1, до четырех значащих цифр соответствовал вращательной энергии H2(l/4) в свободном пространстве (0,2414 эВ). Поглощение было отнесено к обратному рамановскому эффекту
для вращательной энергия перехода H2(l/4) из ^' = 0 в J"[Mills GUTCP]. Этот результат показывает, что Н2(1/4) является свободным ротором, соответствующим Нг в кремниевой матрице.
Так как также было предсказано, что чистый вращательный переход Нг(1/4) будет FTIR-активным, был снят спектр поглотителя К + КС1 из твердого топлива FeOOH + Нг с помощью спектрометра Nicolet 730 FTIR с датчиком DTGS при разрешении 4 см"1. Соответствующий Р(1) пик отсутствовал в исходном материале, но наблюдался в спектре FTIR в виде сильного, острого пика на 1947 см"1. В этой области существует имеет пик метабората, однако пик 10В отсутствовал. Кроме того, рамановский спектр легированного метаборатом кристалла КВг, приобретенного в 1С Labs, никакого пика в области 1950 см'1 не показал.
В дополнение к электролитическим ячейкам с расплавом существует возможность получения катализатора НгО в водно-щелочных или карбонатных электролитических ячейках, в которых Н производится на катоде. Электродный переход Н, образованного на катоде восстановлением НгО в ОН" + Н, может приводить к реакции, описываемой уравнением (54). В качестве варианта, имеется несколько проходящих с участием карбоната реакций, которые могут вызвать образование катализатора НгО, например, включающих обратимую внутреннюю окислительно-восстановительную реакцию, такую как
СО]~ + нг° ~> С02 + 20н~ (262) а также таких реакций в полуэлементе, как
COl ~ + 2Я -> Н20+С02 + 2е ^63) С02 +1 / 202 + 2е~ -> COl~
Было выполнено XPS на Ni катоде электролитической ячейки с 0,6 М К2СО3 и Ni электродами и наблюдался пик при 496,4 эВ, которьш не мог быть отнесен ни к каким известным элементам. Единственно возможный Na был легко исключен, исходя из отсутствия каких-либо других соответствующих этому элементу пиков. С ионизированным электроном, сохраняющим А1 энергию обработки рентгеновским излучением в виде кинетической энергии, ожидается подобная столкновительной
комптоновская ионизация в обычные состояния Н, такие как 2, так как Нг(1/4) не поглощает и не испускает радиацию и ионизированное состояние для образования
Н2 (1 / 4) является бесконечно возбужденным состоянием. Учитывая, что общая энергия
Нг(1/4) составляет 522 эВ, связывание 2 в Ni решетке с энергией, сопоставимой с первой энергией ионизации Нг, при наблюдаемой энергии привело бы к пику [Mills GUTCP]. В зависимости от матрицы и конечных компонентов Н, в этой области возможны и другие сдвиги. Пики наблюдались на анодах CIHT, а также в продуктах твердого топлива.
С помощью Thermo Scientific DXR SmartRaman с 780 нм диодными лазерами в макро-режиме на проницаемых для водорода MoCu анодах после производства избыточного электричества наблюдался абсорбционный пик шириной 40 см"1. Данный пик не наблюдался в первичный сплаве и интенсивность пика увеличивалась с увеличением избыточной энергии и интенсивности лазера. Кроме того, его присутствие перед и после ультразвуковой обработки являлось признаком того, что единственными возможными
элементами, подходящими для рассмотрения в качестве его источника, были Мо, Си, Н и О, что подтверждено SEM-EDX. Перестановки контрольных соединений пик не воспроизводили. В отдельной серии экспериментов КОН-КС1 с поглощенным из этой ячейки газом дал ряд очень интенсивных фотолюминесцентньгх пиков, которые были отнесены к колебательно-вращательному излучению Н2(1/4). Так как никаких других элементов или соединений, демонстрирующих в ближней инфракрасной области 40 см"1 (0,005 эВ) линию поглощения с единственным максимумом при 1,33 эВ (энергия 780 нм лазер минус 2000 см"1) не известно, был рассмотрен Н2(1/4). Абсорбционный пик, начинающийся при 1950 см"1, до четырех значащих цифр совпадал с вращательной энергией Н2(1/4) в свободном пространстве (0,2414 эВ), а ширина 40 см"1 соответствовала энергетическому расщеплению орбитально-ядерного взаимодействия [Mills GUTCP].
Абсорбционный пик, соответствующий вращательной энергии Н2(1/4), является действительным пиком, не поддающимся объяснению никакими известными компонентами. Возбуждение вращения гидрино может вызвать поглотительный пик по двум механизмам. При первом стоксов свет поглощается решеткой благодаря сильному взаимодействию вращающегося гидрино в качестве включения в решетку. Это родственно резонансному уширению, наблюдаемому с 260 нм полосой электронного луча. Второй подразумевает известное обращенное комбинационное рассеяние. Здесь вызываемый лазером континуум поглощается и смещается к лазерной частоте, при этом континуум достаточно силен для того, чтобы поддерживать заселенность возбужденного вращательного состояния, разрешая антистоксовский энергетический вклад. Как правило, мощность лазера слишком высока для IRE, но молекулярное гидрино может оказаться особым случаем из-за его отличного от нуля квантового числа Ч- и соответствующих правил отбора. Таковы результаты обсуждения в контексте последнего механизма.
Поглощение было отнесено к обращенному комбинационному рассеянию (IRE) для вращательной энергия перехода Н2(1/4) из ^' = 1 в J" = 0 [Mills GUTCP]. Этот результат показывает, что Н2(1/4) является свободным ротором, соответствующим Н2 в кремниевой матрице. Кроме того, так как Н2(1/4) может образовывать комплексы с гидроксидом, что подтверждается MAS NMR и ToF-SIM, и наблюдается матричный сдвиг в спектрах испускания при электронно-лучевом возбуждении и в фотолюминесцентных спектрах из-за влияния окружающей среды в местах локализации Н2(1/4) в решетке, ожидается смещение IRE в различных матрицах, а также в зависимости от давления. Аналогичным образом, с давлением смещаются рамановские пики Н2, представленного в виде включений в матрице. Были рассмотрены несколько примеров рамановских спектров
металлов и неорганических соединений. Ti и Nb показали небольшой пик поглощения высотой около 20 пунктов, начинающийся при 1950 см"1, А1 продемонстрировал намного больший пик. Примеры неорганических соединений включали LiOH и LiOH-LiBr, которые показали пики при 2308 см"1 и 2608 см"1, соответственно. Особенно сильный абсорбционный пик наблюдался при 2447 см'1 от Са(ОН)г, который образует НгО. Последняя может выступать в качестве катализатора образования Нг(1/4) при дегидратации Са(ОН)г при 512°С или в результате реакции с СО2. Как сообщалось ранее, они относятся к твердотопливному типу реакций образования гидрино. И LiOH, и Са(ОН> 2, оба продемонстрировали IRE пик H2(l/4), a LiOH в промышленных масштабах получают из Са(ОН)г реакцией с Ы2СО3. Таким образом, была вызвана реакция смеси Са(ОН)г + Li2C03 размолом на шаровой мельнице и наблюдался очень интенсивный IRE пик Н2(1/4) с центром при 1997 см"1.
Об Н2(1/4) в качестве продукта твердотопливных реакций сообщалось ранее. Было показано, что высвобождающаяся согласно уравнениям (44-47) при образовании гидрино энергия приводит к высокой кинетической энергии Н". При использовании твердого топлива Li + LiNH2 + диссоциатор R11-AI2O3, которьш может образовывать Н и катализатор НОН разложением А1(ОН)з и реакцией Li с НгО и LiNH2, методом ToF-SIMS наблюдались ионы, поступающие ранее m/e = 1, что явилось подтверждением того, что выделение энергии по уравнению (47) является признаком высокой кинетической энергии Н". Другие ионы, такие как кислород (m/e = 16) не показывали никаких ранних пиков. Отношение между временем пролета Т, массой m и ускоряющим напряжением V представлено
(265)
где А является константой, зависящей от расстояния пролета иона. Из наблюдаемого при m/e = 0,968 раннего пика ToF-SIMS при ускоряющем напряжении 3 кВ кинетическая энергия, сообщаемая компонентам Н от реакции гидрино, составляет около 204 эВ, что соответствует реакции катализатора НОН, описываемой уравнениями (44-^47). Такой же ранний спектр наблюдался и при положительной моде, соответствующей Н1", но интенсивность была ниже.
Было выполнено XPS твердого топлива. XPS LiHBr, образованного реакцией Li, LiBr, L1NH2, диссоциатора R-Ni (содержащего около 2 масс.% А1(ОН)з), и 1 атм Нг, показал пики при 494,5 эВ и 495,6 эВ для спектров XPS на продуктах реакции двух различных испытаний, которые не могли быть отнесены ни к каким известным элементам.
Единственно возможные Na, Sn и Zn были отброшены на основании отсутствия каких-либо других соответствующих этим элементам пиков, так как наблюдались только пики Li, Вг, С и О. Данный пик соответствовал энергии теоретически разрешенной двойной ионизации молекулярного гидрино Н2(1/4). Молекулярное гидрино было, кроме того, подтверждено в качестве продукта с помощью рамановской и спектроскопии FTIR. Рамановский спектр твердотопливного продукта LiHBr показал пик поглощения Нг(1/4) обращенного комбинационного рассеяния с центром при 1988 см"1. Спектр FTIR LiHBr продукта твердого топлива показал новый резкий пик при 1987 см"1, который является близко согласующимся со свободной энергией ротора Н2(1/4). Кроме того, MAS NMR продемонстрировал сильный, сдвинутый в область сильного поля пик, совпадающий с предшествующими результатами.
Взаимосвязанное подтверждающее наблюдение идентификации гидрино состоит в том, что энергия молекулярного орбитально-ядерного взаимодействия H2(l/4), которое проявляется в расщеплении чистых вращательных рамановских переходов, согласуется с энергией спин-ядерного взаимодействия, предсказанной и наблюдаемой для соответствующего атомарного гидрино Н(1/4). Подобно случаю с 21 см (1,42 ГГц) линией обычного водорода, атомы гидрино были идентифицированы по их предсказанным 642 ГГц спин-ядерным сверхтонким переходам, наблюдаемым абсорбционной спектроскопией TeraHz криогенно охлажденного ниже 35К Нг. С помощью мультиотражательной абсорбционной ячейки с большой длиной пути (60 м), присоединенной к интерферометру Фурье-спектрометра, Wishnow [Е.Н. Wishnow, The Far-Infrared Absorption Spectrum of Low Temperature Hydrogen Gas, Ph.D. Thesis, University of British Columbia, Canada, (1993)] сделал запись спектра Нг при спектральном разрешении 0,24 см"1 по волновому числу, температуре и диапазону давлений 20-320 см'1, 21-38 К и 1-3 атмосферы, соответственно. Резкая линия на 21,4 см"1 наблюдалась при 25,5 К, но отсутствовала при 36 К. Волновое число этой линии совпадало с предсказанной на 21,4 см"1 сверхтонкой линией Н(1/4) и не могло быть приписано известным компонентам. Спектроскопия TeraHz может также применяться для идентификации орбитально-ядерных переходов Нг(1/4). Другая успешная взаимоподтверждающая методика поиска спектров гидрино включала применение спектрометра Рамана, при котором колебательно-вращательное испускание Нг(1/4), отвечавшее 260 нм полосе электронного луча, наблюдалось в виде флюоресценции второго порядка. Первый образец содержал газопоглотитель КОН из 65 мВт пакета СШТ с восьмью слоями, каждая ячейка которого содержала [Mo/LiBr-LiOH-MgO/NiO], который продемонстрировал интенсивное (6000
пунктов) испускание, возбужденное электронным лучом с 260 нм профилем полос. С помощью рамановского спектрометра Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis Raman с 325 нм HeCd лазером в режиме микроскопа с 40Х увеличением наблюдался ряд из расположенных через равные 1000 см"1 энергетические интервалы пиков на 8340, 9438, 10 467, 11 478, 12 457, 13 433 и 14 402 см"1 с пиком максимальной интенсивности на 12 457 см"1.Преобразование спектра Рамана во флуоресцентный или фотолюминесцентный спектр, которьш был затем восстановлен из свертки, показало, что данный рамановский спектр представляет собой наложение ряда равноотстоящих пиков и непрерывной эмиссионной полосы, имеющей максимальную интенсивность при длинах волн зеленой области спектра. Испускание в зеленой области наблюдалось при облучении образца лазером. Зеленое излучение, кроме того, наблюдалось в случае образца газопоглотителя КОН при возбуждении электронным лучом для порождения испускания в 260 нм диапазоне, относимого к колебательно-вращательным свойствам Н2(1/4), указывающим, что данные серии пиков являются отдельным спектральным признаком, обеспечиваемым зеленой флюоресценцией. Спектр флюоресценции второго порядка, рассчитанный по положениям рамановских пиков, содержит пики при 446, 469, 493, 518, 546, 577 и 611 нм. Периодичность в 1000 см"1 или 0,1234 эВ очень хорошо совпадает с вращательным спектром второго порядка Н2(1/4); таким образом, данный ряд пиков соответствует флюоресценции второго порядка 260 нм диапазона, первоначально наблюдаемой при возбуждении электронным лучом. Фактически, с учетом небольшого сокращения в экстремумах диапазона длин волн из-за матричного сдвига, деление на два длины волны расчетного спектра флюоресценции и поправка на переходы между матрицами приводит к перекрыванию рамановских спектров и спектров электронного луча, включая интенсивности пиков. С учетом максимальной интенсивности пика при 12 457 см"1, являющегося Q(0), Q(0), R(0), R(l), R(2), R(3), P(l) и P(2) отвечают, соответственно, 12 457, 11 478, 10 467, 9438, 8340, 13 433 и 14 402 см"1. Считалось, что возбуждение обеспечивалось высокоэнергетическим УФ и ЭУФ Не и Cd испусканием лазера, лазерная оптика которого была прозрачна на по меньшей мере 170 нм, а решетка (система Labram Aramis 2400 г/мм с фокусным расстоянием 460 мм с 1024 X 26 мкм2 пикселей CCD) является дисперсионной и обладает максимальной эффективностью в коротковолновой части спектрального диапазона, том же самом 260 нм диапазоне. Например, исходя из полученных при возбуждении электронным лучом данных, кадмий имеет очень интенсивную линию при 214,4 нм (5,8 эВ), которая соответствует колебательно-вращательной энергии возбуждения Н2(1/4) в матрице КС1. CCD является также наиболее
чувствительным при 500 нм, области второго порядка 260 нм диапазона с центром при 520 нм. Пир повторном сканировании с более высокими волновыми числами, наблюдались дополнительные элементы Р-ветви колебательно-вращательного ряда.
260 нм полоса второго порядка наблюдалась в виде флуоресцентного испускания дополнительных продуктов реакции и газопоглотителей, которые показали наличие содержания Н2(1/4) при использовании других аналитических методов. Когда K2CO3-KCI (1:1) применялся в качестве газопоглотителя для ячейки [многослойная-С№6 1,5"Х1,5" + CN18 1,5"Х1,5" + Мо 1"Х1" CNi8 + 1,5"Х1,5" + Ag ГХ1" + CNi8 1,5"Х1,5" + CNi6 l,5"Xl,5")/LiOH-LiBr-MgO/NiO] (ток заряда и разряда 50 мА; энергия разряда 2,65 Вт-час, 200% приращение), наблюдалась интенсивная 260 нм полоса электронного луча. Был снят спектр Рамана до 22 500 см"1 и наблюдалось расширение соответствующего возбужденного лазерным излучением спектра флюоресценции второго порядка, имеющего небольшой сдвиг из-за различной матрицы, до 17 000 см"1. Ряд содержал Q(0), R(0), R(l), R(2), R(3), P(l), P(2), P(3), P(4) и P(5) при 12 199, 11 207, 10 191, 9141, 8100, 13 183, 14 168, 15 121, 16 064 и 16 993 см"1, соответственно. Диапазон фотолюминесценции также коррелировал со смещенными в область сильного поля пиками ЯМР. Например, газопоглотитель КОН-КС1 (1:1) из масштабированного до 5 Вт пакета из 10 ячеек СШТ, содержащих [Mo/LiOH-LiBr-MgO/NiO], вырабатывающего 1029 Вт-час со 137% приращением, имеющего сдвинутые в область сильного поля матричные пики при -4,06, и-4,41 ч./млн., показал ряд пиков фотолюминесценции, соответствующих 260 нм диапазону электронного луча. Наблюдались Q(0), R(0), R(l), R(2), R(3), R(4), P(l), P(2), P(3), P(4), P(5) и P(6) при 12 199, 11 207, 10 191, 9141, 8100, 13 183, 14 168, 15 121, 16 064, 16 993 и 17 892 см"1, соответственно. Этот образец также интенсивно показывал М:Н2 (М = КОН или К2СО3) кластеры ToF-SIMS. Эквивалентный спектр фотолюминесценции также наблюдался от газопоглотителей в твердотопливных реакторах, таких как газопоглотитель с КС1 + К (для образования КОН in situ) в реакторе с твердым топливом FeOOH + Н2 + диссоциатор водорода в виде Ni сита.
В целом рамановские результаты, такие как наблюдение 0,241 эВ (1940 см"1) пика Рамана и расположенные с интервалами в 0,2414 эВ полосы рамановской фотолюминесценции, которые соответствовали 260 нм спектру электронного луча, являются надежным подтверждением наличия молекулярного гидрино, имеющего межъядерное расстояние, составляющее 1/4 такого расстояния для Н2. В последнем случае это доказательство является особенно обоснованным вследствие нахождения в области, не имеющей никаких известных пиков первого порядка или возможных отнесений к
матричным пикам при согласии с теоретическими предсказаниями с точностью четырех значащих цифр.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электрохимическая энергетическая система, которая производит по меньшей напряжение и/или электричество и/или тепловую энергию, содержащая емкость, при этом данная емкость содержит
по меньшей мере один катод;
по меньшей мере один анод;
по меньшей мере одну биполярную пластину и
реагенты, которые составляют реагенты для получения гидрино во время работы ячейки с раздельным потоком электронов и ионным массопереносом, при этом данные реагенты содержат по меньшей мере два компонента, выбираемые из
a) по меньшей мере одного источника НгО;
b) источника кислорода;
c) по меньшей мере одного катализатора или источника катализатора, содержащего по меньшей мере один компонент из группы, выбираемой из пН, О, Ог, ОН, ОН" и возникающей НгО, где п является целым числом; и
d) по меньшей мере одного из атомарного водорода или источника атомарного водорода,
один или несколько реагентов для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и атомарного водорода; и
один или несколько реагентов для инициирования катализа атомарного водорода
кроме того, данная система содержит электролитическую систему.
2. Электрохимическая энергетическая система по п.1, содержащая по меньшей мере один элемент, выбранный из пористого электрода, газодиффузионного электрода и проницаемого для водорода анода, в которой по меньшей мере кислород и/или Н20 подают на катод и Н2 подают на анод.
3. Электрохимическая энергетическая система по п. 2, содержащая по меньшей мере один гидридированньш анод и закрытую емкость с водородом, имеющую по меньшей мере одну поверхность, содержащую проницаемый для водорода анод.
4. Электрохимическая энергетическая система по п. 2, содержащая сдвоенные проницаемые для водорода аноды с противостоящими им катодами, составляющими блок
2.
из пакета ячеек, которые электрически связанны последовательным и/или параллельным образом.
5. Электрохимическая энергетическая система по п. 2, дополнительно содержащая по меньшей мере одну систему газоснабжения, содержащую нагнетательный трубопровод, линию газоснабжения и газопроводящие каналы, присоединенные к электроду.
6. Электрохимическая энергетической система по п. 2, в которой катод содержит по меньшей мере одну капиллярную систему и радиальные газопроводящие каналы с кольцевой перфорацией, пористый электрод и пористого слой для транспортировки по меньшей мере одного из НгО и Ог к центру ячейки относительно периферии.
7. Проницаемый для водорода анод, указанный в п. 2, содержащий по меньшей мере оодин из Со пленочного литья, Ni пленочного литья, Мо пленочного литья, Мо, сплава Мо, MoNi, MoCu, МоСо, TZM, Н242, Ni, Со, сплава Ni, NiCo и другие переходные и внутренние переходные металлы и сплавы, а также СиСо.
8. Проницаемый для водорода анод, указанный в п. 2, в котором давление поддерживают в диапазоне от около 1 торр до 500 атм, а скорость проникания водорода находится в диапазоне от около 1 х 10"13 моль-с'^см'2 до 1 х 10"4 моль-с'1-см"2.
9. Проницаемый для водорода анод, указанный в п. 2, содержащий высоко проницаемую мембрану с покрытием из материалов, эффективно содействующего катализу атомарного водорода для образования гидрино.
10. Проницаемый для водорода анод по п. 9, в котором по меньшей один из материалов покрытия содержит по меньшей мере один из Мо, сплава Мо, MoNi, MoCu, МоСо, МоВ, МоС, MoSi, MoCuB, MoNiB, MoSiB, Co, CoCu, CoNi и Ni, а проницаемый для H материал содержит по меньшей мере один из Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2), Ta(H2), нержавеющей стали (SS) и 430 SS (H2).
11. Электрохимическая энергетическая система по п. 1, в которой электролитическая система в периодическом режиме осуществляет электролиз Н20 для создания источника атомарного водорода или самого атомарного водорода и разряжает ячейку с тем, чтобы добиться выигрыша в чистом энергетическом балансе цикла.
12. Электрохимическая энергетическая система по п. 1, в котором реагенты содержат по меньшей мере один электролит, выбираемый из
по меньшей мере одного расплавленного гидроксида; по меньшей мере одной эвтектической смеси солей;
по меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и по меньшей мере одного другого соединения;
по меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и соли;
по меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и галогенидной соли;
по меньшей мере одной смеси гидроксида щелочного металла и галогенида щелочного металла;
по меньшей мере одной добавки гидроксида щелочноземельного или переходного металла или гидроксида Bi;
добавки, содержащей по меньшей мере один из Ni(OH)2, Со(ОН)2, Си(ОН)2, Са(ОН)2 и Bi(OH)3,
LiOH-LiBr, , LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, LiOH-LiX-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-Nal, NaOH-NaX, KOH-KX, где X представляет галогенид, по меньшей мере одной матрицы, и
по меньшей мере одной добавки, содержащей соединение, которое является источником общего иона для по меньшей мере одного продукта анодной коррозии, при этом общий ион предназначен для по меньшей мере частичного препятствия корродированию анода.
13. Электрохимическая энергетическая система по п. 12, в котором источник общего иона предупреждает образование по меньшей мере одного из СоО, NiO и Мо02.
14. Электрохимическая энергетическая система по п. 12, в которой добавка содержит по меньшей мере одно из соединений, содержащих катион металла анода, и анион гидроксида, галогенида, оксида, сульфата, фосфата, нитрата, карбоната, хромата, перхлората и периодата, и соединений, содержащих матрицу и оксид: оксид магния-кобальта, оксид магния-никеля, оксид меди-магния, СиО, СЮ4, ZnO, MgO, CaO, Мо02, Ti02, Zr02, Si02, A1203, NiO, FeO ИЛИ Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, P203, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, СЮ2и Cr03.
15. Электрохимическая энергетическая система по п. 12, в которой матрица содержит по меньшей мере одно из
оксианионных соединений: алюминат, вольфрамат, цирконат, титанат, сульфат, фосфат, карбонат, нитрат, хромат и манганат; оксидов, нитридов, боридов, халькогенидов, силицидов, фосфидов и карбидов, металлов, оксидов металлов, неметаллов и оксидов неметаллов;
оксидов щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, а также Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и
В, и других элементов, которые образуют оксиды или оксианионы;
по меньшей мере одного из таких оксидов, как оксиды щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов и Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, В и других элементов, которые образуют оксиды, и одного оксианиона, и, кроме того, содержит по меньшей мере один катион из группы катионов щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, а также катионов Al, Ga, В, Sn и Pb;
LiA102, MgO, Li2Ti03 или SrTi03;
оксидов анодных материалов и соединения электролита;
по меньшей мере одного катиона и оксида из электролита;
оксида из электролита МОН (М = щелочной металл);
оксида из электролита, содержащего элемент, металл, сплав или смесь элементов, выбранных из группы: Мо, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и M', где M' представляет щелочноземельньш металл;
Mo02, Ti02, Zr02, Si02, A1203, NiO, Ni203, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, P203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MnO, Mn304, Mn203, Mn02, Mn207, НГО2, Co203, СоО, Co304, Co203 и MgO;
оксида катодного материала и, при необходимости, оксида из электролита;
Li2Mo03 или Li2Mo04, Li2Ti03, Li2Zr03, Li2Si03, LiA102, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, Li2Nb03, Li2P04, Li2Se03, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn04, Li2Hf03, LiCo02 и M'O, где M' представляет щелочной металл, и MgO;
оксида элемента анода или элемента из той же группы, и
Li2Mo04, Мо02, Li2W04, Li2Cr04 и Li2Cr207 с Мо анодом, и
добавка содержит по меньшей мере один из S, Li2S, оксидов:: Мо02, ТЮ2, Zr02, Si02, А1203, NiO, FeO или Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, P203, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MgO, Li2Ti03, LiA102, Li2Mo03 или Li2Mo04, Li2Zr03, Li2Si03, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, Li2Nb03, Li2Se03, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn03 или LiCo02, MnO и Ce02.
16. Электрохимическая энергетическая система по п. 12, в которой электролит является водным и щелочным, и по меньшей рН электролита и/или напряжение ячейки контролируют для достижения устойчивости анода.
17. Электрохимическая энергетическая система по п. 11, в которой напряжение на ячейке во время периодического электролиза и разряда поддерживают выше
16.
потенциала, не допускающего существенного окисления анода.
18. Энергетическая система, которая производит тепловую энергию, содержащая:
по меньшей мере одну емкость, способную выдерживаить атмосферное давление и/или давление выше атмосферного и/или давление ниже атмосферного; по меньшей мере один нагреватель;
реагенты, которые составляют реагенты для получения гидрино, содержащие: а) катализатор или источник катализатора, содержащий возникающую НгО; d) атомарный водород или источника атомарного водорода; с) реагенты, содержащие гидроксидное соединение и галоидное соединение для образования по меньшей мере источника катализатора и/или катализатора и/или источника атомарного водорода и/или атомарного водорода; и
одного или нескольких реагентов для инициирования катализа атомарного водорода, причем реакция происходит при смешивании и/или нагревании реагентов.
19. Энергетическая система по п. 18, в которой по меньшей мере одно из гидроксидного соединения и галогенидного соединения содержит по меньшей мере один из щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов и Al, Ga, In, Sn, Pb, Bi, Cd, Cu, Co, Mo и Ni, Sb, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, а также Zn.
20. Энергетическая система по п. 19, в которой реагенты дополнительно содержат источник Н2О, которая взаимодействует с продуктами для регенерации реагентов.
19.
400
Фиг. 1
650
Фиг. 5
108
108
108
108
109
Ill
Ill
Ill
112
112
112
112
112
112
112
112
140
140
140
140
179
179
179
179
184
(185)
183
184
(185)
183
184
(185)
183
184
(185)
183
184
(185)
183
184
(185)
183
184
(185)
183
186
186
191
191
191
191
203
203
203
203
203
203
204
204
207
207
208
208
212
214
214
214
215
215
222
(258)
221
222
(258)
221
222
(258)
221
224
224
230
229
232
232
1/5
1/5
2/5
2/5
415
3/5
415
3/5