專(zhuān)利名稱(chēng)：電池、組成及方法
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背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及電池，具體而言是涉及具有包括了多個(gè)薄膜金屬層的陰極的電池。
作為更早的背景，人們已經(jīng)提出了包括多層薄膜的各種形式的電解電池。例如，Miley等人采用由多層薄膜覆蓋的扁平不銹鋼板作為電解電池的電極。在G.Miley、H.Hora、E.Batyrbekov以及R.Zich的“Electrlytic Cell with Multilayer Thin-Film Electrodes”，Trans.Fusion Tech.，26卷，No.4T，第2部分，第313-330頁(yè)(1994)中描述了這種試驗(yàn)。在早期的工作中，采用的是兩種不同材料(例如鈦/鈀)的交互薄膜層(100-1000埃)。還有人提出采用填充層電解槽，其中用幾種不同材料的微米厚層覆蓋小塑料球。參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利4943355、5036031、5318675和5372688。還有一種電解電池采用各種形式的涂覆電極。例如，題為“Method For Preparing Low VoltageHydrogen Cathodes”的美國(guó)專(zhuān)利4414064描述了第一金屬(例如鎳)、可濾去的第二金屬或金屬氧化物(例如鎢)及不可濾去的第三金屬(例如鉍)的共沉積。
鑒于這些現(xiàn)有的成果，電池的設(shè)計(jì)仍需要再提高和/或可選擇，其包括薄膜(例如50-1000埃厚的層)電極結(jié)構(gòu)。本發(fā)明就是基于這種需要。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明提供了一種電極部件，該部件包括基底、陰極和陽(yáng)極，此陰陽(yáng)極精確地定位在基底上從而在陰陽(yáng)極之間具有縫隙。優(yōu)選的陰極包括多個(gè)薄金屬層，希望其具有至少兩種不同金屬的交互層。薄金屬層至少由擴(kuò)散阻擋層部分地密封，此擴(kuò)散阻擋層相對(duì)地不可透過(guò)原子氫類(lèi)物質(zhì)，例如氫離子或其同位素(例如氕核或氘核)。具有填充電極縫隙并接觸電極表面的電解質(zhì)(例如，水電解質(zhì)、選擇性地包括重水)的電極部件工作時(shí)引起陰極中離子的電遷移(例如氕核或氘核)并且在陰極中產(chǎn)生一個(gè)富集這些離子的區(qū)域。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種在導(dǎo)電元件中獲得富有氫或其同位素離子的區(qū)域的方法。本發(fā)明的方法包括通過(guò)離子的電遷移使該元件區(qū)域富集離子。在優(yōu)選方式中，該元件或它的至少一部分涂覆有防止離子滲透的擴(kuò)散阻擋層。另外，理想的元件包括多個(gè)金屬層，例如，包括兩種或多種不同金屬的層，優(yōu)選它們以交互的方式設(shè)置。這種元件可以在其中采用液體電解質(zhì)的所謂“濕化學(xué)”電池中用作陰極，或者在其中不需要液體電解質(zhì)的干電池中用作元件，例如，在此所描述的某種部件。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種電池的設(shè)置，它包括導(dǎo)電元件，該元件包括金屬和到導(dǎo)電元件的陽(yáng)極和陰極的接頭，此金屬在氫或其同位素(例如氕核和氘核)的離子中是可溶的。還提供并設(shè)置離子的固態(tài)源，將離子輸送到導(dǎo)電元件中。例如，這種固態(tài)源可以包括以氣態(tài)的形式釋放氫或氘的金屬氫化物或相應(yīng)的氘化物以及用于分離氣態(tài)氫化物或氘化物以便提供氕或氘的催化劑。催化劑可以層疊到導(dǎo)電元件的上面，金屬氫化物可以層疊到催化劑的上面。在此方式中，由金屬氫化物(例如通過(guò)加熱)釋放的氣體立即與催化劑接觸以提供氕核或氘核，當(dāng)電壓降施加到元件時(shí)氕核或氘核可以遷移到導(dǎo)電元件中并沿著導(dǎo)電元件遷移。優(yōu)選結(jié)構(gòu)包括一個(gè)阻擋層，它沿著至少一部分導(dǎo)電元件設(shè)置，以防止氕核或氘核的滲入。此實(shí)施例的電池結(jié)構(gòu)可以方便地與各種幾何裝置結(jié)合，例如此進(jìn)一步描述的柱形電池裝置。
本發(fā)明提供改進(jìn)的和可選的電池設(shè)計(jì)、組成和應(yīng)用。在此通過(guò)對(duì)附加實(shí)施例的描述，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的優(yōu)選電極部件的透視圖。
圖2提供沿箭頭方向看到的沿線2-2截取的圖1中裝置的橫截面圖。
圖3提供沿箭頭方向看到的沿線3-3截取的圖1中裝置的橫截面圖。
圖4提供結(jié)合了圖1-3所示的多個(gè)電極部件的本發(fā)明電解電池裝置的透視圖。
圖5提供了沿著本發(fā)明的柱形電池裝置的軸向截取的該裝置的橫截面圖。
圖6提供了沿著垂直于本發(fā)明的柱形電池裝置的軸向截取的該裝置的橫截面圖。
圖7提供了圖5-6所示的裝置的操作圖。
圖8提供了結(jié)合圖5-7所示的裝置的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的示圖。
圖9-11示出由例1中描述的內(nèi)容得到的曲線數(shù)據(jù)。
優(yōu)選實(shí)施例的描述為了有助于理解本發(fā)明的原理，現(xiàn)參考其特定的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，相同的內(nèi)容采用特定的語(yǔ)言描述。然而應(yīng)理解，并不希望由此限制本發(fā)明的范圍，對(duì)于與本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，對(duì)在此描述的本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的修改和應(yīng)用是顯而易見(jiàn)的。
本發(fā)明提供了電池以及相關(guān)的組成和方法。利用濕或干化學(xué)方法可制得優(yōu)選的電池，此電池優(yōu)選包括具有多個(gè)薄金屬層的金屬元件。
現(xiàn)在參照顯示本發(fā)明優(yōu)選電極部件的圖1-3。電極部件10包括由適當(dāng)材料制成的基底11。由于基底優(yōu)選是不導(dǎo)電的，因此可以采用例如交聯(lián)聚合物、陶瓷或玻璃等材料，以及適當(dāng)?shù)慕饘俸?或金屬氧化物。
雖然基底11可以具有如卷繞或彎曲結(jié)構(gòu)的其它結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為結(jié)合了在其上面設(shè)置了電極金屬特別是陰極金屬(參見(jiàn)圖1A)的凹面，但是所示的基底11一般是平的。電極部件10通常包括以精確定位設(shè)置在基底上的陽(yáng)極12和陰極13。
陽(yáng)極12可以由包括例如金屬如箔的任何合適的導(dǎo)電材料制成。優(yōu)選的陰極13包括多個(gè)薄金屬層14和擴(kuò)散阻擋層15，薄金屬層14例如具有不大于約1000埃的厚度，例如從約50至1000埃。擴(kuò)散層15相對(duì)地防止了氫或其同位素的滲入。在這點(diǎn)上，例如，可以由鉻、硅、玻璃或類(lèi)似材料制成對(duì)于氫或氘具有低擴(kuò)散系數(shù)的擴(kuò)散阻擋層。這種層將阻止氫或其同位素的離子過(guò)多的向外擴(kuò)散。那么，就提高了獲得離子(例如氕核或氘核)濃縮或富集的區(qū)域的能力。一般認(rèn)為每主原子(鉑或鎳等)0.5氫/氘原子以上的值反映了有利的富集，更優(yōu)選為每主原子0.8氫/氘原子以上。
阻擋層15覆蓋金屬層14的頂和側(cè)表面，覆蓋金屬層14的一部分。正如在示出的部件中所看到的，阻擋層15靠近陰極電接頭16覆蓋金屬層14長(zhǎng)度的大約60％至75％。在此方式中，暴露出金屬層14的一部分以與電解質(zhì)接觸，接近于陰極接頭16的金屬層14的另一部分由阻擋層15密封。電極部件10還包括陽(yáng)極用電接頭17。另外，電極部件10包括將陽(yáng)極12與陰極13分開(kāi)的縫隙18，這樣陰陽(yáng)極精確地定位在基底11的上面。在本發(fā)明的這種和其它部件中，電池優(yōu)選的這種設(shè)計(jì)和裝配，使得電流平行于或沿著薄膜層的平面流動(dòng)，例如，在矩形膜的情況下使電流沿著它們最大的長(zhǎng)度流動(dòng)。優(yōu)選電池的設(shè)計(jì)具有在薄膜14中提供至少1kA/cm2的電流密度的容量，優(yōu)選在薄膜中提供多于1kA/cm2的電流密度。所提供的高電流密度產(chǎn)生了一個(gè)提高離子例如氕核和氘核流動(dòng)的電場(chǎng)，在接近于這些層的負(fù)極接頭的位置獲得更高的離子密度。
現(xiàn)在參考圖2-3，金屬層14優(yōu)選包括金屬的交互類(lèi)型層，示為層19、20、21。雖然在所示部件中顯示了三個(gè)這樣的層，但是層數(shù)可以是任意的，例如可包括2至20層甚至更多。優(yōu)選地，金屬層14包括至少兩種不同類(lèi)型金屬的交互金屬層。示意性地，層19和21可以由其中的氫或其同位素相對(duì)可溶的金屬制成，例如包括鈀。而層20可以由不同類(lèi)型的金屬制成，理想地可以由在金屬層20和金屬層19、21之間構(gòu)成大的費(fèi)米能級(jí)差的一種金屬制成。
例如在國(guó)際公開(kāi)號(hào)為WO98/07898的申請(qǐng)中公開(kāi)了用于此目的適當(dāng)金屬，在此將其全部?jī)?nèi)容引作參考。為了方便起見(jiàn)，下文中將結(jié)合在此公開(kāi)文本中得知的內(nèi)容。
好的薄膜涂覆電極的設(shè)計(jì)通常包括具有費(fèi)米能級(jí)差以及氫和氘吸收性能的材料的選擇，如G.Miley，H.Hora，E.Batyrbekov和R.Zich，“Electolytic Cell with Multilayer Thin-Film Electrodes”Trans.Fusion Tech.，第26卷，No.4T，第二部分，第313-320頁(yè)(1994)中所述，再加上所選出材料的膨脹性的考慮。由于薄膜層在膨脹和剝落之前能夠承受相當(dāng)大的壓縮，因此在薄膜層中采用材料的膨脹配合不需要很完善。因此，在可以配對(duì)以實(shí)現(xiàn)大的費(fèi)米能級(jí)差、并仍提供氫和氘離子的良好可溶性和擴(kuò)散性的材料組合中，可以進(jìn)行相當(dāng)大范圍的材料選擇。下面，表I根據(jù)不同金屬的費(fèi)米能級(jí)將它們分組，是根據(jù)J.C.Slater的Introduction to Chemical Physics，1st ed.，McGraw-Hill，New York，New York，44(1939)中引用的“Fermi Energy Levels(in eV)”改寫(xiě)的。
表I 不同組金屬的費(fèi)米能級(jí)，eV

使高和低費(fèi)米能級(jí)材料成對(duì)，得到了最大的費(fèi)米能級(jí)差，例如Cs/Be給出ΔF＝7.4eV，其中ΔF表示費(fèi)米能級(jí)差。但是，從其它角度看，例如從制造的簡(jiǎn)便、擴(kuò)散性和可溶性方面來(lái)看，可能其它組合是理想的。因此，對(duì)這些不同因素進(jìn)行折衷，在工作中已經(jīng)采用了Pd/Ni(ΔF＝1.3eV)、Pt/Ni(ΔF＝1.5eV)、Pd/Fe(ΔF＝0.9eV)的交互層。這些選擇采用中間級(jí)3和高級(jí)金屬的組合。其它有利的選擇包括中間級(jí)3和中間級(jí)1的金屬，例如Pd/Zr和Pt/Th(ΔF分別等于1.6和2.4eV)。在任何情況下，優(yōu)選采用至少提供了約1eV的ΔF的材料對(duì)。
應(yīng)注意，類(lèi)似的考慮可擴(kuò)展到在薄膜層之間的界面、結(jié)構(gòu)基底、暴露到電解質(zhì)或薄膜以及阻擋層表面涂層的外表面。由此考慮在外表面及所有內(nèi)部界面上ΔF的方案是有利的設(shè)計(jì)。
除了考慮ΔF之外，所選擇的材料還優(yōu)選具有允許氫或氘(H/D)離子進(jìn)入到電極或元件中的能力，從而使電解作用易于通過(guò)各層擴(kuò)散，使得大量離子被吸收到所有層中。因而，所希望的材料對(duì)既提供了合理的高H/D擴(kuò)散系數(shù)(接近于鈀的擴(kuò)散系數(shù)或更高)，又提供了H/D溶解性，同樣接近于鈀的溶解性或者更高。
總之，用于交互薄膜涂層的最適宜的材料可以根據(jù)良好的ΔF、擴(kuò)散性、溶解性參數(shù)進(jìn)行選擇。
某些可以采用的材料的擴(kuò)散性和溶解性參數(shù)在表II中列出。典型地，由于與電解電流有關(guān)的歐姆加熱和各層中發(fā)生反應(yīng)的輸入熱量的結(jié)合使得薄膜層的溫度提高，因此在工作溫度下溶解性不會(huì)急劇降低。Pd、Ni、Fe和Ti組合是達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)的例子。例如，Ni和Ti具有接近于Pd的擴(kuò)散系數(shù)，因此Pd/Ni和Pd/Ti提供了可以用在本發(fā)明中的有利組合。
表II 用于各種材料的擴(kuò)散性D和溶解性C

J.O’M Bockris，M.A.Genshaw，and M，F(xiàn)ullenwider，electrochim.Acta，15，47(1970)；W.Beck，M.O’M Bockris，M.A.Genshaw，和P.K.Subramanyan，Met.Trans.，2，883(1971)；P.K.Subramanyan，Comprehensive Treatise of Electrochemistry，eds.J.O’M.
還存在其它好的材料組合。許多材料具有比Pd更高的溶解性，特別是在更高的溫度下。因此，從這一角度出發(fā)，以及從它們的擴(kuò)散性的角度出發(fā)，V、Ta、Zr、Ce和Th是用于與Pd配對(duì)的其它好的候選材料的實(shí)例。例如，Pd/Zr，Pt/Th和Be/Th(ΔF分別為1.6、2.4、5.5eV)。
選擇材料對(duì)還需要考慮最小自擴(kuò)散的出現(xiàn)，使得在界面上可適度保持明顯的材料邊界。通常，薄金屬膜易于彼此擴(kuò)散，使它們之間的穩(wěn)定性受到威脅。這種互相擴(kuò)散歸因于材料對(duì)中的兩種金屬都具有高擴(kuò)散系數(shù)。因此，通過(guò)Auger電子顯微鏡進(jìn)行測(cè)量，在工作中采用的Ni/Pd和Ti/Pd材料對(duì)具有所示的最小互相擴(kuò)散。這與在文獻(xiàn)中報(bào)道的其它結(jié)果相一致。已經(jīng)對(duì)Fe/Ti和Pd/Ti對(duì)的多層薄膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行了廣泛的研究。(P.Borgensen，R.E.Wistrom，和H.H.Johnson，J.Mater.Res.，4，821(1989).)試驗(yàn)包括對(duì)這些膜進(jìn)行照射和氫負(fù)荷時(shí)的互相擴(kuò)散的研究。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)相對(duì)于多種其它組合而言，F(xiàn)e/Ti和Pd/Ti對(duì)相對(duì)穩(wěn)定。
總之一旦根據(jù)ΔF、擴(kuò)散性、溶解性選出材料對(duì)，然后就可以考慮在各對(duì)之間互相擴(kuò)散的最小化。如果得不到擴(kuò)散系數(shù)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行樣品結(jié)構(gòu)的常規(guī)Auger電子顯微鏡觀測(cè)，測(cè)量界面附近的金屬輪廓，以確?；旧喜淮嬖诨ハ鄶U(kuò)散。
基于上述原因，以及對(duì)制造簡(jiǎn)易性的需要，對(duì)數(shù)據(jù)研究，通常采用Pd/Ni(ΔF＝1.3eV)或Pd/Ti(ΔF＝0.7eV)的交互層。例如Pd/Zr、Pt/Th、Be/Th(ΔF分別為1.6、2.4、和5.5eV)等組合是其它的有吸引力的組合。
例如在本發(fā)明的部件10或其它部件中，可以將包括薄膜14的陰極設(shè)置在彎曲的表面上，例如凹面，或者如WO98/07898中公開(kāi)的那樣，以分段的方式設(shè)置，以有效地提供擴(kuò)展的接點(diǎn)，阻止薄膜的任何損壞。
現(xiàn)在參考圖4，如果需要的話，多個(gè)電極部件10可以結(jié)合到電解電池中。例如，圖4中所示的是這種結(jié)合了多個(gè)電極部件10的電解電池30。電解電池30包括多個(gè)電極部件10，這些部件10適當(dāng)?shù)匕惭b在耐用的、非導(dǎo)電性的外殼31中。在熱量回收和/或轉(zhuǎn)化的應(yīng)用中，電池30還可以包括多個(gè)熱電變換器元件32。熱電元件32和部件10可以以背對(duì)背的方式彼此連接或者以從部件10向元件32進(jìn)行熱傳遞的方式熱耦合。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，熱電元件可以用作陽(yáng)極和陰極材料的基底。在電池30中設(shè)置的這些組合結(jié)構(gòu)留出了用于電解質(zhì)流動(dòng)的空間33和用于使冷卻劑流過(guò)電池30的空間34。用于電解質(zhì)流動(dòng)的空間33位于組合電極/熱電結(jié)構(gòu)的電極側(cè)，為部件10的工作提供電解質(zhì)。用于冷卻劑的空間34位于組合結(jié)構(gòu)的熱電元件側(cè)。在此方式中，當(dāng)電池工作時(shí)，經(jīng)過(guò)熱電變換器元件32可以出現(xiàn)溫度差，從而有助于電能的產(chǎn)生。
現(xiàn)在參考圖5-7，其中顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。示出電池40，其結(jié)構(gòu)以柱形方式進(jìn)行設(shè)置。雖然其它截面例如橢圓形、矩形、方形、三角形或不規(guī)則截面也可以采用，但是這種柱體優(yōu)選具有圓形截面。電池40包括柱形支撐構(gòu)件41，優(yōu)選還具有向其外部釋放熱量的熱交換結(jié)構(gòu)，例如包括散熱片42。支撐體41限定了含有電池的其它元件的內(nèi)部空間43。具體而言，熱電變換器元件44熱連接到支撐體41上。在這點(diǎn)上，支撐體41內(nèi)部的熱電元件和在此描述的其它元件優(yōu)選為以與支撐構(gòu)件41內(nèi)壁的形狀一致的形狀構(gòu)成。與熱電變換器相鄰的是擴(kuò)散阻擋層45，此阻擋層45相對(duì)地不透過(guò)氫或其同位素，正如其它地方所述的那樣。阻擋層45的內(nèi)部設(shè)置具有如上特點(diǎn)的、與部件10連接的薄金屬膜46。遍布在金屬膜46的一部分長(zhǎng)度上的是催化層47。催化層47包括催化劑，用于將氣態(tài)氫或其同位素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的離子形式例如氕或氘。催化層47可包含諸如大家熟知的用于此目的的鉑黑。金屬氫化物層48設(shè)置在催化劑層中。設(shè)置擴(kuò)散阻擋層49，將一部分氫化物層48與薄膜層46隔開(kāi)。阻擋層49和催化層47沿著氫化物層48設(shè)置，這樣催化層47將薄膜層46與氫化物層48沿著層48的一部分長(zhǎng)度隔開(kāi)，阻擋層49鄰接催化層并將氫化物層48與薄膜層46沿著層46的更長(zhǎng)長(zhǎng)度隔開(kāi)。在阻擋層49的相對(duì)端部，設(shè)置縫隙50，在縫隙50中，薄膜層46和氫化層不用阻擋層隔開(kāi)，可以使氫或其同位素離子從薄膜金屬層46擴(kuò)散到氫化層48中。還提供氧化層51，它對(duì)于氫或其同位素是半透過(guò)的。在本文中，半透過(guò)的意思是層51允許氣態(tài)氫或其同位素很容易地進(jìn)入到氫化層48，但阻止氣態(tài)氫或其同位素以相反的方向流動(dòng)。
例如，可以在存在氣態(tài)氫或其同位素的情況下通過(guò)加熱層48來(lái)加載金屬氫化層48。這將有助于將氫或其同位素吸取到金屬氫化層48中，建立氫或其同位素的固態(tài)源。另外，電池部件40可以構(gòu)造成密封的殼體，在使用之前和使用過(guò)程中，可以用氣態(tài)氫或其同位素加壓，以保持氫或其同位素相對(duì)于氫化層48的平衡濃度，進(jìn)一步減少氫或其同位素在氫化物半透過(guò)層區(qū)域之外的任何“回流”。
特別參考圖7，在對(duì)電池40工作的說(shuō)明中，電流經(jīng)由位于金屬膜末端的陽(yáng)極和陰極接頭穿過(guò)金屬膜46。這樣會(huì)加熱金屬膜46，并將熱量傳送到金屬氫化層48。氫從氫化層48中釋放出來(lái)，經(jīng)過(guò)催化層47，轉(zhuǎn)換成氕核。在金屬膜46中的電場(chǎng)引起氕核向陽(yáng)極的電遷移。同時(shí)，阻擋層49阻止氕核在覆蓋有阻擋層49的金屬膜46的長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)入到氫化層中。由此在相鄰阻擋層49的金屬膜結(jié)構(gòu)46的區(qū)域中形成了氕核流的高濃度區(qū)。氕核將最終穿過(guò)阻擋層49，并通過(guò)與陽(yáng)極相鄰的縫隙50重新進(jìn)入到氫化層48。在此過(guò)程中，在電池40中的氣態(tài)氫可以擴(kuò)散到氫化層48以補(bǔ)充氫源。
現(xiàn)在參考圖8，描述包括電池40和外部電池100的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備中的電池40的工作過(guò)程。在啟動(dòng)階段，外部電池100用作電源以驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)電池40的金屬膜結(jié)構(gòu)46，如果需要，還通過(guò)單獨(dú)的電阻加熱元件加熱氫化層。當(dāng)熱電變換器元件44提供充分的電力時(shí)，這種電力可以用于驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)薄膜結(jié)構(gòu)46，此時(shí)可以斷開(kāi)啟動(dòng)電池，并允許電池40以自給自足的方式進(jìn)行工作。
應(yīng)理解，在電池40以熱能向電力轉(zhuǎn)換的方式工作時(shí)，應(yīng)在電池40的外表面提供散熱設(shè)備。這包括例如使流體(例如氣體或液體)流動(dòng)以驅(qū)散熱量，由此有利于經(jīng)過(guò)熱電元件44產(chǎn)生熱梯度。對(duì)于采用金屬氫化物作為本發(fā)明中氫源的情況，金屬氫化物有吸引力的兩個(gè)基本性質(zhì)是其每摩爾化合物高的、可逆的存儲(chǔ)容量，和每單位體積存儲(chǔ)的高能量。單位體積的氫化物存儲(chǔ)的氫量基本上是以液體形式存儲(chǔ)量的兩倍，是高壓縮氣體的三倍。由于液體需要低溫儲(chǔ)存箱而氣體需要高壓存儲(chǔ)箱(～5000psi)，因此氫以氫化物的形式存在更穩(wěn)定。這種形式的一個(gè)缺點(diǎn)是低的氫重量百分比，在大多數(shù)氫化物中氫的百分比范圍約為2％。然而，在每升氫化物中存儲(chǔ)的能量在約1MJ的范圍內(nèi)。一些公司正在研制一種新型氫化物，其中氫含量可以高達(dá)7％，例如，EnergyConversion Devices of Troy，Michigan在此領(lǐng)域中的一些材料。
用于高密度儲(chǔ)氫的說(shuō)明性候選材料包括LaNiHx和FeTiHx。以下在表III中示出其它候選材料的性質(zhì)。
表III 各種氫化物材料的儲(chǔ)存性能

摘自“材料科學(xué)與技術(shù)”，第3B卷，第二部分，Chan，Haansen和Kramer.Weinhein。紐約，1994。
在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知道的范圍內(nèi)，在本發(fā)明中選擇和采用許多已知的其它氫化物也是可行的。
對(duì)于本發(fā)明的特定應(yīng)用來(lái)說(shuō)，不需要考慮氫化物材料的再充電性能。但是應(yīng)注意，大部分氫化物通常可以在從多少秒到多少小時(shí)的時(shí)間范圍再充電，這取決于特定系統(tǒng)和條件。某些氫化物還非常耐充電，例如由Daimler-Benz采用的AB2化合物允許高達(dá)3900次的充放電循環(huán)，在10分鐘內(nèi)充電達(dá)80％。The Ovonic division of EnergyConversion Devices，Troy，Michigan也有一種基于氫化鎂的專(zhuān)有合金，在老化可忽略的情況下它可以經(jīng)受650次充放電循環(huán)。
對(duì)于催化層，鉑黑(Pt黑)是細(xì)鉑金屬粉末，其粒徑典型在0.1-0.5μm的范圍內(nèi)。由于其精細(xì)的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽杂呻娮游樟舜罅康墓猓訮t黑粉末為黑色。Pt-黑可以通過(guò)不同的現(xiàn)有技術(shù)獲得，包括電化學(xué)工藝。這包括在給定的pH值條件下采用不同的Pt鹽水溶液的方法(典型地是氯化物)。由電化學(xué)技術(shù)制造的Pt-黑粉末可以在低電流密度下通過(guò)電解很容易地由電解質(zhì)直接地淀積在陰極表面。在陰極表面上Pt黑層的厚度可以通過(guò)改變電解電流密度和持續(xù)時(shí)間來(lái)控制。
Pt黑粉末是將分子氫分解成原子氫[10]-[11]的一種高效催化劑，即產(chǎn)生反應(yīng)()。在分解反應(yīng)中原子氫的產(chǎn)生取決于溫度，在T～600K時(shí)其分解接近于100％。而且，Pt黑不能加載氫，這是由于Pt金屬對(duì)氫具有非常低的親和力。由于Pt黑的比表面的總值(S～10-100m2/g)、氫氣壓在1至10個(gè)大氣壓范圍內(nèi)時(shí)，這種粉末的薄層(約0.1微米厚)足以完全地分解進(jìn)入到該層的氫分子；因此這種方法看來(lái)非常適用于多層薄膜(MLTF)系統(tǒng)加載純?cè)託洹?br> 可以利用Pt黑的那些性能，將Pt黑涂覆在氫加載后的MTLF系統(tǒng)中作為理想的H2到原子氫的轉(zhuǎn)換劑(其中沒(méi)有原子氫的損失)。這提供了這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，當(dāng)DC/AC電壓施加到MLTF電極時(shí)，M1TF電極進(jìn)行“干”電解工藝，正如在上面對(duì)電池40的描述。
如上所述，為了減少在MeHx氫化物/MLTF系統(tǒng)中的氫損失，優(yōu)選采用半透的(關(guān)于氫)氧化膜(層51，圖5-6)，此氧化膜涂覆在氫化層的自由表面上。正如參考文獻(xiàn)中[9]-[10]所示，對(duì)于裝載到金屬中的氫，可以采用不同的氧化物涂層作為半透阻擋層，例如Al2O3、SiO2、PdO、MnO2。在對(duì)氫(MeHx)具有高親和力的金屬表面上建立半透轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵是需要利用在氧化物和金屬中的大的費(fèi)米能級(jí)差。上面出現(xiàn)的氧化物薄層(約200-500埃厚)在從氣相吸收的過(guò)程中或者在室溫下液相電解時(shí)對(duì)于氫原子/分子是可透過(guò)的。這些層自身不加載氫，而是使氫原子向在此產(chǎn)生加載的金屬做直接轉(zhuǎn)移。當(dāng)金屬的加載完成時(shí)，在金屬和氧化物層之間的界面，建立了雙電層(DEL)。結(jié)果，帶正電的氕核(在例如Pd、Ti、Mg等加載金屬中)不能穿過(guò)金屬/氧化物界面的DEL進(jìn)入“真空”(或者，例如返回到氣相)，這是由于它們被DEL阻止。在進(jìn)行以下考慮的情況下，金屬氧化物界面，對(duì)于氕核來(lái)說(shuō)是用于金屬絕緣轉(zhuǎn)移的，對(duì)于電子來(lái)說(shuō)是作為半導(dǎo)體二極管的。因此，由于氧化物和金屬的費(fèi)米能級(jí)之間存在大的差別，氫被俘獲在金屬中。
可以通過(guò)噴鍍法或任何其他適用的技術(shù)將氧化物層淀積在金屬表面上。
為了制造低重量的散熱設(shè)備和散熱片，優(yōu)選采用稱(chēng)作摻雜聚乙炔(PA)半導(dǎo)聚合物材料[12]代替鋁。和一般金屬相比，這些材料的優(yōu)點(diǎn)在于，它僅具有1.0g/cm3的密度，比Al的比重低2.7倍。此外，PA材料是具有與堿金屬進(jìn)行摻雜的高度共軛鍵的聚合物，并且與金屬相比具有很高的熱電傳導(dǎo)性。PA材料還可以在高溫下工作(高于800℃)。
除了對(duì)材料進(jìn)行優(yōu)化之外，近來(lái)NEC公司開(kāi)發(fā)先進(jìn)計(jì)算機(jī)用高效散熱片的研究表明，散熱片結(jié)構(gòu)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)可以明顯提高熱轉(zhuǎn)換率[5]。這種設(shè)計(jì)也適用于本發(fā)明的電池散熱片結(jié)構(gòu)。除了結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)截面之外，散熱片的長(zhǎng)度從流體入口向下游逐漸增加。
例如，本發(fā)明的部件可以用在電解質(zhì)(例如水)的電解中，形成氫氣和氧氣，還可以用在能量轉(zhuǎn)換設(shè)備中、或者用在包括熱量產(chǎn)生和熱量向電能選擇性轉(zhuǎn)換、和/或引起變化反應(yīng)的電池中。本發(fā)明的部件還可以用于提供離子、氫或其同位素的增濃區(qū)域，增加對(duì)離子-離子反應(yīng)或離子-金屬反應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究的可能性，包括研究熔化以及相關(guān)反應(yīng)。
為了有助于進(jìn)一步理解本發(fā)明以及其原理和優(yōu)點(diǎn)，提供下述具體實(shí)施例。應(yīng)理解，這些例子是示意性的，不是對(duì)本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1.包括陰陽(yáng)極的板型電極研究表明，通過(guò)用氕核加載多層薄膜(MLTF)以實(shí)現(xiàn)每原子的鈀約0.9氕核的加載比，(鈀典型是MLTF的基本結(jié)構(gòu)，MLTF由例如厚度大致為500-1000埃/層的交互層構(gòu)成)，可以建立氕核-金屬反應(yīng)。驅(qū)動(dòng)質(zhì)子反應(yīng)的確切機(jī)理還在研究當(dāng)中，但目前的觀點(diǎn)是，一旦實(shí)現(xiàn)這種加載，就建立了包括有氕核和原子點(diǎn)陣的稱(chēng)作γ相[1]的內(nèi)聚結(jié)構(gòu)。這些內(nèi)聚結(jié)構(gòu)依次允許隧道型反應(yīng)并提供點(diǎn)陣反沖機(jī)構(gòu)以吸收所釋放的能量，從而加熱MLTF。利用在此公開(kāi)的MLTF結(jié)構(gòu)和加載方法對(duì)試驗(yàn)性研究進(jìn)行描述，結(jié)果表明，此結(jié)構(gòu)獲得MLTF的500W/每克以上的比功率。反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)提供高氕核加載的長(zhǎng)周期，并且可以保持非平衡的離子/電子流動(dòng)條件。
對(duì)于這些試驗(yàn)，電極部件通常以圖1-3描述的方式構(gòu)成。在此設(shè)計(jì)中，MLTF部分噴涂在基底的下部分并用作陰極。陰極包括總共5個(gè)薄膜層，它們是由鈀和鎳的交互層形成的。鈀用作陰極的第一和最后的金屬層(不算鉻阻擋層)。陽(yáng)極，典型為鉑，設(shè)置在基底板的頂部，在它們兩個(gè)之間有縫隙。此設(shè)計(jì)的目的是使電流(從陽(yáng)極經(jīng)過(guò)填充縫隙的電解質(zhì)流向陰極)平行于MLTF的表面流動(dòng)。由于它們垂直于電流流動(dòng)方向的小橫截面，因此在膜中形成了高的電流密度和最大化的電壓降(給出了最大電場(chǎng))。在MLTF中的電場(chǎng)用于向下端(向陰極電接頭)驅(qū)動(dòng)進(jìn)入膜中的氕核。這種流動(dòng)使得在MLTF中的氕核濃度在陰極下端達(dá)到最大，在該區(qū)域中的反應(yīng)和反應(yīng)電位最大。為了確保在此區(qū)域中出現(xiàn)高加載，陰極2/3的下表面(電解質(zhì)界面層)用由鉻形成的薄阻擋層(＜100埃)覆蓋，以降低氕核向膜外的擴(kuò)散?？傊@兩個(gè)特點(diǎn)，高的氫加載(達(dá)到0.9原子氫/原子MLTF金屬)和高電流密度(達(dá)到1kA/cm2)是此電極的有利特點(diǎn)。那么，這可以使高反應(yīng)率成為可能，提供MLTF金屬的加熱源速率超過(guò)500W/g。
電極部件連同適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅鞑迦氲叫〉?、絕緣性好的真空瓶中，進(jìn)行熱量測(cè)定。大量的努力和研究花費(fèi)在膜淀積技術(shù)上以實(shí)現(xiàn)好的結(jié)合，即，盡管在操作過(guò)程中有加載和加熱的惡劣條件下，也能提供合理的使用壽命。這些技術(shù)在[14]中描述。將這些初級(jí)電池設(shè)計(jì)成在相對(duì)低的功率和溫度下(少于100mW并＜30℃)工作以簡(jiǎn)化操作。用各種薄膜涂層進(jìn)行12次循環(huán)。在[14]中更詳細(xì)地描述工作條件、校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)分析。圖9中示出在典型循環(huán)期間測(cè)量的剩余功率的點(diǎn)，由所有12次循環(huán)獲得的剩余功率總結(jié)在表IV中。
表IV 初始循環(huán)的總結(jié)

從表IV看出，所有這些電池都會(huì)產(chǎn)生剩余功率，剩余功率定義為從上述電池的輸入焦耳熱獲得的額外功率(此變量主要?dú)w因于膜設(shè)計(jì)的變化，膜設(shè)計(jì)是最初研究的一部分)。對(duì)剩余功率能級(jí)的初步推測(cè)是約20mW，盡管絕對(duì)功率能級(jí)相對(duì)低，但所報(bào)道的這種結(jié)果是相當(dāng)確定的。絕對(duì)剩余功率密度的絕對(duì)值低，當(dāng)基于每單位體積的金屬膜的功率進(jìn)行計(jì)算時(shí)，它們與早期的熔珠試驗(yàn)是相似的。關(guān)鍵點(diǎn)在于，采用這種電極結(jié)構(gòu)，僅小部分電極體積包含活性金屬，當(dāng)基于這種考慮時(shí)，這些電極提供了最前端的結(jié)果。例如，和Mile報(bào)道的僅0.1-0.4W/g的固態(tài)Pd電極相比，或者近期Stanford研究所利用“L.Case催化劑”技術(shù)的實(shí)驗(yàn)報(bào)道的～0.006W/g(Pd涂覆的商用催化劑顆粒)[15]相比，這些電極提供金屬(Pd、Ni等)的～10-20W/gram的剩余功率。因此，本電極電池提供的剩余功率密度(每克金屬)比其它相關(guān)技術(shù)報(bào)道的值要高出一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
為了提高膜材料的“斂集率”(MLTF的體積基底和電解質(zhì)的體積)，這種電極部件可以在電解電池殼體中結(jié)合多個(gè)電極擴(kuò)大成高功率電池。利用在單個(gè)玻璃板上涂鍍陽(yáng)極和陰極的此小型電極設(shè)計(jì)，在用于檢測(cè)的熱量計(jì)中插入多個(gè)電板也很容易實(shí)現(xiàn)。設(shè)想，例如，相同體積的電池，但具有電極噴涂在兩面上的100個(gè)玻璃板(比較目前的單面板)。與在此報(bào)道的單電極實(shí)驗(yàn)相同的電極性能會(huì)產(chǎn)生約38W的剩余功率與約40W的輸入。另外，如果MLTF層設(shè)計(jì)升級(jí)為在早期的薄膜熔珠試驗(yàn)中采用時(shí)[12]，它可提供更高的剩余熱量百分比，可以得到500％的剩余功率。那么，在前述例子中的剩余功率將達(dá)到190W。這種單元提供了一種可取的實(shí)用電池組型單元的基礎(chǔ)。然后，將此擴(kuò)大到分布式功率電池的幾千瓦單元中，可用相同的方法加入更多的電極。技術(shù)的關(guān)鍵包括它結(jié)合了熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。假設(shè)要取得更高的操作溫度，本電極設(shè)計(jì)本身可以很好地應(yīng)用集成電極和能量變換器。
如上所述(參見(jiàn)[14]、[16]、[17])，圖4中表示了一種可能的集成電池設(shè)置。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，固態(tài)熱電變換器例如熱電材料或“量子井”層直接噴涂在電極不結(jié)合薄膜的一面上。在這些板之間的溝道交替使用冷卻劑和電解質(zhì)，電流直接從熱電或量子井層提取，在提供便于電極維護(hù)的簡(jiǎn)單設(shè)置的同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)可提供所希望的緊密性。由于利用半導(dǎo)體制造技術(shù)批量生產(chǎn)薄膜電極，因此可以預(yù)算所有電池的成本。
在板型電極的進(jìn)一步研究中，利用直徑50mm、長(zhǎng)1m的Pd線作為陰極[14]，進(jìn)行基礎(chǔ)氫同位素加載實(shí)驗(yàn)。該結(jié)構(gòu)提供了與薄膜相似的電加載性能，但是可進(jìn)行自身加載過(guò)程的早期診斷。結(jié)構(gòu)涉及Celani等人的其它金屬絲加載試驗(yàn)[18]，其中觀察到了相似的結(jié)果。因此，它提供了重要的支持物理數(shù)據(jù)。這種金屬絲預(yù)處理并退火以提供定向的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。為了確定加載比(原子H或D/原子Pd)，在加載過(guò)程中連續(xù)測(cè)量金屬絲電阻的變化。在約0.85的加載時(shí)，電阻突然降到低于金屬絲的最初值如圖10所示。這種快速變化歸因于相位改變?yōu)镈-Pd系統(tǒng)的γ相。如圖11所示，相變迅速地伴隨有高功率輸出(kW級(jí))的短脈沖群，此高功率輸出快速加熱電極，引起其它相位的改變，從而使電阻返回到上述初始值。在那點(diǎn)上，在金屬絲被切斷，電池?fù)p壞之前，可得到約1個(gè)小時(shí)的1瓦的剩余功率。
2.氫化物存儲(chǔ)壓力加載MLTF電池的設(shè)計(jì)電解加載是有吸引力的，因?yàn)楸娝苤⒃陔姌O表面形成的雙層電位的作用，電解方法可以生成非常高的加載速率。實(shí)際上，與通常小于0.5氕核/原子的高壓氣體加載等其它技術(shù)相比，象鈀等金屬的電解質(zhì)加載可以取得象0.8氕核/原子的高加載值。用電解技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的原因在于，表面電位提供了一種機(jī)理以離子化、然后驅(qū)動(dòng)氫以離子的形式進(jìn)入金屬。U.Maatermatero[2]以及X.Li[3]報(bào)道了在Pd電極中壓力加載的幾個(gè)在先研究，以實(shí)現(xiàn)高氕核/金屬比。這兩個(gè)研究者采用的不同技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)剩余熱量生產(chǎn)的研究都有很積極的作用。
本發(fā)明提供了電池的設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)采用來(lái)自氫化物存儲(chǔ)層的加載離子氫。具體而言如圖5-7所示，MLTF與中間鉑黑層一起涂覆在氫化物的頂部，外部施加小電場(chǎng)。由加熱從氫化物釋放的氫在鉑黑層離子化并進(jìn)入MLTF。設(shè)置電場(chǎng)以便幫助氕核向內(nèi)部傳輸，并且沿著MLTF層驅(qū)動(dòng)這些氕核。如圖5-7所示，阻擋層設(shè)置在氫化物和MLTF之間的中間區(qū)中。氕核沿著阻擋層之后的膜流動(dòng)，這樣它們就不會(huì)重新進(jìn)入氫化物中，直到它們達(dá)到膜的相對(duì)端。因此，這種設(shè)計(jì)形成一種電子遷移輔助技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)超高氕核加載，同時(shí)在膜中提供氕核流動(dòng)。在反應(yīng)過(guò)程中，流動(dòng)是一個(gè)有利的因素。在圖7中示意性地描述了這些流動(dòng)。除了MLTF-氫化物組件之外，如圖5-7所示，在利用壓力加載的整個(gè)電池中，還設(shè)有熱電變換器和散熱片，如上面的一般描述。開(kāi)放柱型電池的中心以提供大體積，用于氫氣向氫化物的最初加載。在約1個(gè)大氣壓時(shí)氣體進(jìn)入電池中，當(dāng)利用外部電池，氫化物穩(wěn)定地加熱到幾百度。在氫化物內(nèi)表面的阻擋層允許氣體流入氫化物，但是阻止相反方向的流動(dòng)。一旦加載了氫化物，就除去氫氣箱，關(guān)閉電池。同時(shí)移走加熱器組。在此條件下，在沒(méi)有作功的情況下，電池可以儲(chǔ)存長(zhǎng)的時(shí)間周期。當(dāng)需要工作時(shí)，重新連接電池，在超過(guò)350°F(華氏度)時(shí)，氫氣被驅(qū)趕到氫化物之外。連接電池也可以沿著MLTF提供偏置電場(chǎng)。一旦形成了氕核的流動(dòng)和加載，MLTF中的氕核金屬反應(yīng)可提供強(qiáng)大的熱源。在此點(diǎn)上，斷開(kāi)外部電池，則電池就可以完全工作并便于攜帶。
當(dāng)希望產(chǎn)生電能時(shí)，熱電變換器和散熱設(shè)備是此系統(tǒng)中的主要組件，它們確定整個(gè)的工作效率，并且是總重量的主要部分?？梢圆捎贸Ｒ?guī)的熱電變換器，它在200攝氏度ΔT時(shí)以4.5％的效率工作。但是，采用先進(jìn)的量子井型熱電元件，在相似條件下，它能夠以20％的效率工作。散熱設(shè)備技術(shù)可以采用在個(gè)人計(jì)算機(jī)中用于空氣冷卻的小型風(fēng)扇。也可以采用空氣動(dòng)力學(xué)散熱片的設(shè)計(jì)。
參考資料以下的參考資料以及本文中引用的所有其它參考資料代表了本領(lǐng)域的實(shí)踐者獲得的技術(shù)，在此將其全部?jī)?nèi)容組合起來(lái)作為參考。每個(gè)參考資料單獨(dú)引用并在此全部列出。[1]G.Preparata，″QED Coherence in Matter″，WorldScientific Publishing Co.，1995[2]U.Mastromatteo，″Hydrogen Loaded Thin NickleLayers Show High Temperature Hot Spots″，ProceedingsAsti Workshop on Anomalies in Hydrogen/Deuterium LoadedMetals，Rocca d′Arazzo，27-30 Nov 1997，p.63.[3]X.Z.Li，S.X.Zheng，H.F.Huang，G.S.Huang，W.Z.Yu，″New Measurements of Excess Heat in a Gas Loaded D-PD System″，Proceedings ICCF7，p.197.[4]Hi-Z technology，Inc.，San Diego，CA[5]Staff writers，″Cooling SolutionA surprise heatsink design prepares a computer manufacturer for thenext wave of hotter，faster CPUs″，MechanicalEngineering，p.78 July 2000.[6]Hartley，F(xiàn).R.，″The chemistry of platinum andpalladium，with particular reference to complexes ofthe elements″.New York，Wiley.1973.[7]Thorne，L.R，″Platinum catalytic igniters for leanhydrogen - air mixtures″，Nuclear Regulatory Research，Washington DC，1988.[8]Y.FukaiThe Metal Hydrogen SystemsSpringerSeries in Material science #21.Berlin，Springer(1993).[9]E.Yamaguchi and T.NishiokaJapan J.Appl.Phys.，26，L666(1990).[10]A.G.Lipson，A.S.Roussetski，B.F.Lyakhov et alFusion Tech，38，155(2000).[11 O.Joshiro，K.Naokara and J.MurataJ.Polymer SciPolymer Phys.，24，2059，(1986).[12]Miley，G.H.，″Possible Evidence of AnomalousEnergy Effects in H/D-Loaded Solids Low Energy NuclearReactions(LENRS)，Journal of New Energy，2，no.3-4，pp.6-13.[13]Miley，G.H.″Characteristics of Reaction ProductPatterns in Thin Metallic Films Experiments，″Proceedings，Asti Workshop on Anomalies inHydrogen/Deuterium Loaded Metals，Asti，Italy，Nov.27-30，1997.[14]George H.Miley，et al.，″Experimental Status andPotential Applications of a Thin-Film Low EnergyNuclear Reaction(LENR)Power Cell″，ICONE-8，April2000[15]McKubre，M.″Recent Loading and Excess HeatExperiments at SRI，″Proc.，ASTI Workshop on Anomaliesin H/ Loaded Metals，Nov.27-30，Asti，Italy，SocietaItaliana di Fisica，Bologna，Italy，1999.[16]Miley，G.H.，″Emerging Physics For a BreakthroughThin-Film Electrolytic Cell Power Unit″，AIP ConferenceProceedings 458，pp.1227-1231，Space Technology &Applications International Forum，University of New Mexico，Albuquerque，NM，01-31 to 02-04，(1999)[17]George H.Miley and Eric Rice，″Low Energy ReactionCell for Advanced Space Power Applications″ProceedingsSpace Technology & Applications International Forum，University of New Mexico，Albuquerque，NM，F(xiàn)ebruary 11 toFebruary 15，(2001).[18]F.Celani，et al.，″A Preliminary D/Pd LoadingStudyAnomalous Resistivity Transition Effect，″Proc.，Asti Workshop on Anomalies in H/D Loaded Metals，ASTI′97，Societa Italiana di Fisica，Bologna，Italy，1999，pp 7-16.
權(quán)利要求
1.一種電極部件，包括基底；在基底上的第一電極，所述第一電極包括多個(gè)金屬層，所述多個(gè)金屬層包括至少一個(gè)第一金屬層和至少一個(gè)第二金屬層；在基底上的以一定位置與所述第一電極分離的第二電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極部件，其特征在于，所述各層的厚度在約50埃至約1000埃的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極部件，其特征在于，所述第一金屬和所述第二金屬具有至少約0.5的費(fèi)米能級(jí)差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極部件，其特征在于，所述第一電極還包括阻擋層，其特征在于，所述多層的至少一部分位于所述阻擋層和所述基底之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極部件，其特征在于，所述第一金屬是鈀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極部件，其特征在于，鈀層的厚度在約50至約1000埃范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極部件，其特征在于，所述第一電極具有至少5個(gè)金屬層，所述金屬層包括至少兩層鈀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極部件，其特征在于，所述基底基本上是平的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極部件，其特征在于，所述基底包括凹面，其特征在于，所述第一電極放置在所述凹面之上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極部件，其特征在于，所述基底是非導(dǎo)電性的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電極部件，其特征在于，所述基底包括玻璃或陶瓷。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極部件，其特征在于，所述金屬層由噴鍍和/或等離子淀積形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電極部件，其特征在于，所述第一金屬和所述第二金屬具有至少0.5的費(fèi)米能級(jí)差。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電極部件，其特征在于，所述第一金屬是鈀。
15.一種電池裝置，包括氫或其同位素的離子源；包括金屬的電導(dǎo)元件，其特征在于，所述離子是可溶的；以及所述電池成配置為可引起所述離子的電遷移，以便在所述導(dǎo)電元件中形成富集所述離子的區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件包括多個(gè)金屬層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電池裝置，其特征在于，所述多個(gè)金屬層包括至少一個(gè)第一金屬層和至少一個(gè)第二金屬層。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池裝置，還包括阻擋層，該阻擋層配置為可促進(jìn)所述導(dǎo)電元件的所述富集區(qū)域的形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池裝置，其特征在于，所述離子源包括液體電解質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池裝置，其特征在于，所述離子源是固體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池裝置，其特征在于，所述離子源包括金屬氫化物。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件包括相鄰于至少一個(gè)第二金屬層的至少一個(gè)第一金屬層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池裝置，其特征在于，所述第一金屬是鈀。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件包括相鄰于至少一個(gè)第二金屬層的至少一個(gè)第一金屬層。
25.一種適用于能量轉(zhuǎn)換的裝置，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求1所述的電極部件；以及至少一個(gè)熱電變換器元件。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，包括多個(gè)所述電極部件。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，包括多個(gè)熱電變換器元件。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，所述電極部件基本上是平的。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，還包括多個(gè)熱電變換器元件，所述電極部件和熱電變換器元件以交互的方式設(shè)置。
30.一種適用于能量轉(zhuǎn)換的裝置，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求15所述的裝置；以及至少一個(gè)熱電變換器元件。
31.一種電池裝置，包括氫或其同位素離子的固態(tài)源；導(dǎo)電元件，其特征在于，所述離子是可溶的；設(shè)置所述固態(tài)源，以便在電流經(jīng)過(guò)所述導(dǎo)電元件的應(yīng)用時(shí)，向所述導(dǎo)電元件中提供所述離子。
32.權(quán)利要求31所述的電池裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件包括多個(gè)金屬層。
33.權(quán)利要求32所述的電池裝置，其特征在于，所述多個(gè)金屬層包括相鄰于第二金屬層的第一金屬層。
34.權(quán)利要求33所述的電池裝置，其特征在于，所述第一金屬和所述第二金屬具有至少約0.5的費(fèi)米能級(jí)差。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的電池裝置，其特征在于，所述固態(tài)源包括金屬氫化物。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的電池裝置，還包括用于將氣態(tài)氫或其同位素轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的離子氫或其同位素的催化劑。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的電池，其特征在于，所述催化劑包括鉑黑。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的電池裝置，包括具有內(nèi)部的封閉殼體；以及所述固態(tài)源和所述導(dǎo)電元件位于所述內(nèi)部中。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的電池裝置，其特征在于，所述固態(tài)源和所述導(dǎo)電元件用與所述殼體內(nèi)表面形狀相同的層的形式形成。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的電池裝置，其特征在于，所述殼體基本上是柱型形狀。
41.權(quán)利要求40所述的電池裝置，包括基本上具有柱型形狀、以層的形式形成的所述導(dǎo)電元件；在第一位置上的所述導(dǎo)電元件的陽(yáng)極接頭；在第二位置上的所述導(dǎo)電元件的陰極接頭；基本上具有柱形形狀、以層的形式形成的所述固態(tài)源；位于所述陽(yáng)極接頭和所述陰極接頭之間的阻擋層；所述固態(tài)源有效地向和從所述阻擋層任意一側(cè)上的所述導(dǎo)電元件調(diào)換所述離子，但是不通過(guò)所述阻擋層。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的裝置，還包括與所述導(dǎo)電元件和所述殼體形成熱交換關(guān)系的熱電變換器元件。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，還包括所述殼體外部的傳熱元件。
全文摘要
本發(fā)明描述了優(yōu)選電極部件(10)，它包括基底(11)和以精確定位涂覆在所述基底上的陰極(13)和陽(yáng)極(12)材料。理想的陰極材料包括多個(gè)薄金屬膜(14)層。本發(fā)明還描述了優(yōu)選電池裝置，它包括導(dǎo)電元件和用于遷入并通過(guò)導(dǎo)電元件的充電離子的固態(tài)源。
文檔編號(hào)H01L35/02GK1426494SQ01808396
公開(kāi)日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2001年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月25日
發(fā)明者喬治H·米利 申請(qǐng)人:拉蒂斯能源有限責(zé)任公司