專利名稱：在電解過程中用于控制成核的裝置和方法
在電解過程中用于控制成核的裝置和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求于2009年2月17日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/153，253、2009 年8月27日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/237，476以及與2010年2月13日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/304，403的權(quán)益，所述各申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
背景技術(shù)：
用于發(fā)電的可再生資源通常是間斷的。太陽能為日間事件，并且日間太陽能集中的潛能隨季節(jié)而變化。風(fēng)能可大幅度變化。降雨隨季節(jié)變化并且經(jīng)過長久的旱期。生物量隨季節(jié)可變且經(jīng)過旱期。住所具有大幅度地變化的包括每天、季節(jié)性和偶然的能量消耗率的需求。在全世界，由于缺少保存能量或電直到能量或電被需要的實(shí)用方法，可通過水力發(fā)電廠、風(fēng)場、生物量轉(zhuǎn)換和太陽能收集器傳遞的能量被忽視或浪費(fèi)。漸增的世界人口對(duì)能量的需求已經(jīng)增長到需要比能夠生成的更多的油和其它化石資源的程度。城市遭受著由化石燃料的燃燒導(dǎo)致的煙霧和全球氣候變化。而且，對(duì)可通過對(duì)諸如水、生物量廢料或從生物廢料得到的有機(jī)酸的原料的熱化學(xué)或電離作用提供的氫氣、氧氣、碳和其它產(chǎn)物的需求急劇增長。例如，氫氣的全球市場大于4百億美元，并且包括氨產(chǎn)物、精煉、化學(xué)制造和食物處理。燃料、金屬、非金屬和其它有價(jià)值化學(xué)物質(zhì)的電化學(xué)產(chǎn)物已經(jīng)受到昂貴用電、低電解器效率、高維護(hù)成本以及諸如對(duì)生成的氣體進(jìn)行壓縮泵送以進(jìn)行期望的傳送、存儲(chǔ)和施加壓力的能量集中操作的繁瑣要求的限制。提供用于減少這些問題的技術(shù)所做的努力是顯著的并且將如下出版物并入本文“借助于化學(xué)周期由水生成氫氣”，Glandtjduardo D.和 Myers, Allan L.，化學(xué)和生物化學(xué)工程系，賓夕法尼亞大學(xué)，費(fèi)城，PA 19174 ；工業(yè)工程化學(xué)處理發(fā)展，第15卷第1期，1976 ；“氫氣作為未來燃料”，GregoryD. P.，氣體技術(shù)學(xué)院；以及“吸附科學(xué)和技術(shù)”:吸附科學(xué)和技術(shù)第二屆太平洋盆地會(huì)議的論文集布利斯班，澳大利亞，2000 年 5 月 14-18 日，D. Do Duong, Duong D. Do，投稿人 Duong D. Do,由世界科學(xué)出版， 2000 年；ISBN 9810242638,9789810242633ο允許氫氣與氧氣混合的電解器存在瞬間點(diǎn)火或爆炸的潛在危險(xiǎn)。包括使用氣體生成電極的昂貴半滲透膜分離的低壓和高壓電解器的努力不能提供成本效益好的氫氣產(chǎn)量并且由于雜質(zhì)的毒化而易于降解和失敗。即使在使用膜分離的情況下，膜破裂以及由于高壓氧氣和氫氣的混合引起的著火或爆炸存在潛在危險(xiǎn)?！┥逃秒娊馄魇褂冒嘿F的多孔電極，在多孔電極之間為僅傳導(dǎo)氫離子的電解質(zhì)交換膜(PEM)。(參見加拿大的質(zhì)子能量公司和電解器公司。)由于極化損耗、氣體聚集以及對(duì)于能夠到達(dá)電極和PEM電解液的界面的水的離解可用電極區(qū)域的減小，這限制了電極的效率。伴隨著受限電極效率的是其它難題，包括由于氧氣和氫氣出口之間的壓力差引起的膜破裂、由于補(bǔ)充水中的雜質(zhì)引起的膜毒化、由于污染物或膜的稍微過熱引起的不可逆膜降解、如果允許膜變干而不使用引起的膜降解或破裂，以及由于諸如濃差電池形成、催化劑和疏松電極材料之間的原電池以及接地回路的一個(gè)或多個(gè)誘因的腐蝕引起的膜界面處的電極降解。電極和PEM材料的分層提供了反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物的內(nèi)在滯留而導(dǎo)致無效操作。PEM電化學(xué)電池需要昂貴的膜材料、表面活性劑和催化劑。PEM電池易于被毒化、過熱、 溢流或干燥并且由于膜泄漏或破裂而帶來操作危險(xiǎn)。除了效率低之外，這種系統(tǒng)的問題包括寄生損耗、昂貴的電極或催化劑和膜、低的能量轉(zhuǎn)換效率、昂貴的維護(hù)以及高操作成本。壓縮機(jī)或更加昂貴的膜系統(tǒng)根據(jù)情況需要對(duì)氫氣和氧氣以及電解作用的其它產(chǎn)物進(jìn)行增壓。最后提到的問題的必然結(jié)果是不可接受的維護(hù)要求、高的維修花費(fèi)以及實(shí)質(zhì)上設(shè)施退役的成本。因此，本發(fā)明的一些實(shí)施方案的目的是提供用于對(duì)耐受雜質(zhì)和操作產(chǎn)物的包括增壓的氫氣和氧氣的氣體的分離制造并且解決了上文闡述的當(dāng)前方法存在的一個(gè)或多個(gè)問題的電化學(xué)或電解槽以及電化學(xué)或電解槽的使用方法。發(fā)明概述在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供電解槽，包括盛裝容器；第一電極；第二電極； 與所述第一電極和所述第二電極電連通的電流源；與所述第一電極和所述第二電極流體連通的電解液；氣體，其中所述氣體在電解過程中形成在所述第一電極處或所述第一電極的附近；以及隔板；其中第一電極構(gòu)造為通過基本上分離電子轉(zhuǎn)移和成核的位置來控制氣體成核的位置。在另一實(shí)施方案中，提供電解槽，包括盛裝容器；第一電極；第二電極；與所述第一電極和所述第二電極電連通的電流源；與所述第一電極和所述第二電極流體連通的電解液；氣體，其中所述氣體在電解過程中形成在所述第一電極處或所述第一電極的附近；以及隔板；其中第一電極包括輪廓增強(qiáng)以通過基本上分離電子轉(zhuǎn)移和成核的位置來控制所述氣體成核的位置。在又一實(shí)施方案中，提供電解槽，包括盛裝容器；第一電極；第二電極；與所述第一電極和所述第二電極電連通的電流源；與所述第一電極和所述第二電極流體連通的電解液；氣體，其中所述氣體在電解過程中形成在所述第一電極處或所述第一電極的附近；以及隔板；其中所述隔板包括所述第一電極，并且所述第一電極包括接近所述電流源的第一導(dǎo)電材料和遠(yuǎn)離所述電流源的介電材料，以通過基本上分離電子轉(zhuǎn)移和成核的位置來控制所述氣體成核的位置。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)說明書中變得顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，由于本領(lǐng)域技術(shù)人員從該詳細(xì)說明書將顯知在本發(fā)明的主旨和范圍之內(nèi)的各種變型和修改，盡管表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，詳細(xì)的說明和具體的實(shí)施例僅通過示例的方
式給出ο


圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的電解槽。圖2示出了圖1的實(shí)施方案的部分的放大圖。圖3示出了圖2的實(shí)施方案的變型。圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的電解槽。圖5示出了圖4的電解槽的部分的可選實(shí)施方案的放大圖。圖6示出了用于可逆燃料電池的螺旋形電極的截面。
圖7示出了用于將諸如由光合作用生成的那些有機(jī)原料轉(zhuǎn)換成甲烷、氫氣和/或二氧化碳的系統(tǒng)。發(fā)明詳述為了完整地理解獲得根據(jù)本發(fā)明的上述細(xì)節(jié)和其它優(yōu)點(diǎn)以及目標(biāo)的方式，將參照本發(fā)明的具體實(shí)施方案提供本發(fā)明的更加詳細(xì)的說明。在一個(gè)實(shí)施方案中，提供電解槽和使用方法。盡管電解槽可用于許多應(yīng)用，在該實(shí)施方案中電解槽描述為用于生成氫氣和氧氣。根據(jù)本實(shí)施方案的電解槽提供增壓的氫氣和氧氣的可逆分離生成并且耐受雜質(zhì)和操作的產(chǎn)物。實(shí)施方案進(jìn)一步提供用于操作電解過程的選項(xiàng)，其包括如下步驟提供被增壓到比致密存儲(chǔ)所期望的量級(jí)低得多的量級(jí)的待離解物質(zhì)，在電極之間施加電動(dòng)力以生成具有比離解的物質(zhì)低的密度的流體產(chǎn)物，以及限制較不稠密流體產(chǎn)物的擴(kuò)散直到達(dá)到致密存儲(chǔ)所期望的壓力。該實(shí)施方案和其它實(shí)施方案能夠熱力發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池的運(yùn)行并且利用來自這些源的熱來蒸煮食物、對(duì)水進(jìn)行殺菌并且將熱傳遞給其它物質(zhì)、提供空間加熱或者便于這些發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池的燃料的厭氧或電誘導(dǎo)釋放來提高諸如家庭、餐廳、旅館、醫(yī)院、罐頭廠和其它商業(yè)設(shè)施的場所的能量利用效率。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到本文公開的實(shí)施方案的方案可適用于其它類型的電化學(xué)電池以通過類似的優(yōu)點(diǎn)。與常規(guī)的電化學(xué)電極相反，常規(guī)的電化學(xué)電極在很大程度上依靠相對(duì)慢的擴(kuò)散、 對(duì)流和濃度梯度過程來生成質(zhì)量運(yùn)送和/或傳遞用于生成期望成分的離子，本實(shí)施方案提供更加高效的包括快速離子補(bǔ)充過程的質(zhì)量運(yùn)送并且通過如本文描述的從較稠密液體介質(zhì)逸出的低密度氣體的泵送動(dòng)作而傳遞給期望的電極。這確保了較大的電效率、更快速的離解和較大的分離效率以及不期望副反應(yīng)的防止。提高離子生成和向電極傳遞的速率和效率提高了系統(tǒng)效率和每電極區(qū)域內(nèi)的電流限值。參照?qǐng)D1，顯示了電解槽2，其中諸如金屬管的容器4用作盛裝容器。任選地，容器 4還可用作如圖1所示的電極。諸如圓筒形導(dǎo)電金屬絲網(wǎng)篩電極8的多孔電極與管狀電極 4同軸定位并且由諸如酸或堿的電解液體存量分離。液態(tài)電解液占據(jù)了容器4到絕緣器M 中的液-氣界面的內(nèi)部空間。介電套筒或?qū)щ妶A筒形內(nèi)襯里電極4’(未顯示)上的一層電鍍的、等離子噴涂的或合成的電極材料可設(shè)置在容器4內(nèi)以用作組件的電分離元件以使能夠方便地替換為修護(hù)品項(xiàng)或者用作為了任選極性的目的和/或串聯(lián)地、并聯(lián)地或串聯(lián)-并聯(lián)連接而分段的多個(gè)電極元件中的一個(gè)。在水的電解的本發(fā)明可逆實(shí)施方案中，電極8可被視為電子源或陰極以使得在電極8處生成氫氣，并且電極4可被視為陽極以使得在電極 4處生成氧氣。容器4能夠增壓。通過密封的帽30和46來限制容器4的收容物的增壓。 包括電極8、氣體隔板10和電氣連接32的部件的支撐、電絕緣和穩(wěn)定由如圖所示的介電絕緣體主體20和M提供。電解槽2的增壓可通過由于電解作用期間氣體的生成引起的自增壓、通過諸如泵的外部源或通過它們的任意組合來實(shí)現(xiàn)。隔板10被構(gòu)造為液體可滲透但是基本防止氣體流動(dòng)或從隔板的陰極側(cè)運(yùn)送到隔板的陽極側(cè)以及反之亦然，包括基本防止溶解在電解液中或氣泡成核之后氣體的流動(dòng)。任選地，電極8可被構(gòu)造成用作隔板10以使得不需要不同的隔板。可選擇地，隔板10可以包括電極8，或者電極8可以包括隔板10。另外，隔板10還可以包括陽極電極4，或者陽極電極4可以包括隔板10。
絕緣體M的形狀如圖所示并且根據(jù)需要來分離、收集和/或提取由諸如4和8的電極包括結(jié)合使用隔板10生成的氣體。在圖示的同心圓筒形幾何形狀中，絕緣體M具有中央圓錐腔，在電極8上釋放的氣體收集到所述中央圓錐腔內(nèi)。同心環(huán)繞該中央腔的為環(huán)形區(qū)域，所述環(huán)形區(qū)域收集從電極4’的表面或者從容器電極4的內(nèi)部釋放的氣體。任選地，催化劑過濾器48可放置到M的上收集通道中，如圖所示。設(shè)法到達(dá)催化劑過濾器48包括橫經(jīng)隔板10的氧氣可經(jīng)過催化劑誘導(dǎo)而通過與氫氣反應(yīng)形成水，水然后可以返回到電解液中。大量過量的氫氣可用作熱沉以抑止由該催化反應(yīng)釋放的熱影響電解槽。在如圖所示的裝置26處供給經(jīng)凈化的氫氣。類似地，可以優(yōu)選地將催化劑過濾器49 設(shè)置在如圖所示收集氧氣的周向環(huán)隙的上部區(qū)域中，用于將到達(dá)氧氣環(huán)隙的任何氫氣轉(zhuǎn)換成水。在如圖所示的裝置22處去除氧氣?？蛇x擇地，催化劑過濾器可布置在裝置22和沈處，裝置22和沈的附近或裝置22和沈的內(nèi)部。在圖示的操作中，如果水為待離解成氫氣和氧氣的物質(zhì)，則準(zhǔn)備好適合的電解液， 諸如碳酸氫鈉、苛性鈉、氫氧化鉀或硫酸的水溶液，并且通過傳感器50使所述電解液保持在如圖所示的期望水平，傳感器50檢測液體的存在并且向控制器52發(fā)送信號(hào)以使泵40運(yùn)行從而在需要時(shí)從諸如儲(chǔ)水器42的適合源添加水以生成或保持期望的存量或壓力。因此， 控制器52響應(yīng)于溫度或壓力控制傳感器58，溫度或壓力控制傳感器58可與液位傳感器50 或液體存量傳感器51并入集成的單元中，并且與熱交換器56 —起控制泵36和40，熱交換器56可以包括諸如散熱器或加熱器(未顯示)的系統(tǒng)的循環(huán)泵以接收或傳遞熱。類似地， 可與這些操作結(jié)合使用加熱扇或冷卻扇以增強(qiáng)來自與電解槽2相關(guān)聯(lián)的源的熱的接收或拒收。在一些實(shí)施方案中，周期地應(yīng)用電解槽2，例如，當(dāng)過剩電廉價(jià)并且不需要時(shí)，可通過水存量的相當(dāng)大的變化來運(yùn)行電解槽2。在過剩電不可獲得或者過剩電關(guān)斷時(shí)，可以從容器4提取氫氣和氧氣供給，并且允許系統(tǒng)返回到周圍環(huán)境的壓力。隨后可以添加周圍環(huán)境的壓力的水以使系統(tǒng)滿載，系統(tǒng)可被設(shè)置為圍繞絕緣體M的周邊具有毆打的環(huán)形容積，因?yàn)榭善谕阌谶@種周圍性的低壓填充和電解操作以功轉(zhuǎn)換、致密存儲(chǔ)的壓力或化學(xué)能量所需的期望高壓傳送氫氣或氧氣，并且快速傳遞給車輛、工具或器具接受器。在施加電流以及從小得多的液體存量生成氫氣和氧氣的大量氣體供給時(shí)，系統(tǒng)可按期望被增壓并且保持增壓直到溶液中水的存量被消耗到傳感器50或51的檢測點(diǎn)為止， 這使得控制器52能夠中斷電解周期或者通過如圖所示的壓力泵40從儲(chǔ)水器42添加水。優(yōu)選的是，通過諸如如圖所示的止回閥44的閥來添加水以便在需要時(shí)允許泵40的多種灌溉水量或維護(hù)。參照?qǐng)D1、圖2和圖3，圖2示出了圖1的隔板10的一個(gè)實(shí)施方案，其中隔板包括形成“V”形的兩個(gè)傾斜表面14。如果電解液為水基的，則電子通過連接32添加到諸如編織的金屬絲圓筒的多孔電極8并且通過電氣連接6從容器4中去除以便將氫離子連續(xù)地轉(zhuǎn)換成氫原子并且隨后轉(zhuǎn)換成雙原子分子，雙原子分子可成核以在電極8上或電極8的附近形成氣泡。氫氣氣泡和氧氣氣泡通常比水基電解液稀疏得多并且由于浮力而被向上推送。氧氣氣泡被類似地向上推送并且通過如圖2的放大剖視圖所示的同軸隔板10的幾何結(jié)構(gòu)與氫氣分離。圖2中所示的構(gòu)造可用于其中期望在電解槽2工作期間形成的氣體的流動(dòng)的任何應(yīng)用。此外，可以在本領(lǐng)域公知的電化學(xué)電池的其它構(gòu)造中采用所述隔板的構(gòu)造?？蛇x擇地，如果在電解期間形成的材料具有比電解液的密度高的密度，則隔板10可被倒置，形成“ A ”形狀。類似地，如果通過電解作用在陰極處形成的一種材料比電解液不稠密并且形成在陽極處的另一種材料比電解液稠密，則隔板10可以包括傾斜的“/”或“\”形狀以偏轉(zhuǎn)較不稠密的材料遠(yuǎn)離較稠密的材料。通過液體可滲透的壁壘隔板10來防止氫氣與從4’或容器4的內(nèi)部釋放的氧氣的混合，隔板10通過從如圖所示對(duì)于氧氣和氫氣的進(jìn)入、流動(dòng)或傳送傾斜的表面12’和14偏轉(zhuǎn)而有效地分離氣體?？蛇x擇地，隔板10可以包括螺旋形螺旋件，所述螺旋形螺旋件由電隔離導(dǎo)體構(gòu)成或由諸如填充30%的乙烯-三氟氯乙烯的玻璃的惰性介電材料形成，其中螺旋形條材料的剖面為如圖所示的“V”形構(gòu)造以用作電絕緣體和氣體隔板。通過尤其在螺旋形的每層之間產(chǎn)生間隙的每個(gè)邊緣處或可選擇地在將圖2所示的剖面構(gòu)成為在剖視圖中如13處所示的放大波紋而形成的一堆盤狀件處使條偶爾或連續(xù)地成波紋狀，流體穿行的通路可以按期望增大以滿足流體循環(huán)和分布的需要。通常有利的是，使這些波紋中的每個(gè)如圖所示相對(duì)于軸線15和15’或多或少地圍繞近似傾斜的徑向軸線波動(dòng)。這允許隔板10的整體液體可滲透而阻擋氣體的壁的厚度形成為期望的厚度，例如約為0. 2mm(0. 008”)厚或更小。隔板10可以具有任何適當(dāng)?shù)某叽?，包括非常小的尺寸以及相?duì)于足以允許液態(tài)電解液朝向電極8傳遞或遠(yuǎn)離電極8而由于氣體的浮力推送和向上行進(jìn)不允許氣體通過的表面能量條件。通過具有圖2所示的剖面的多個(gè)緊密間隔的扁平螺線來提供可應(yīng)用于例如相對(duì)小的燃料電池和電解器的可選實(shí)施方案，其中這些螺線被編織或附著到提供最開放的液體入口的螺線并且沿最垂直的方向布置在“V”形螺線的一側(cè)或兩側(cè)上。這允許隔板10 的整體液體可滲透而阻擋氣體的壁的厚度形成為約0. Imm(0. 004”)厚或更小。向上的浮力推送使碰撞到傾斜表面12和14上的氣泡偏轉(zhuǎn)。該特征克服由于電阻、污垢、滯留、腐蝕和極化損耗中的一個(gè)或多個(gè)而導(dǎo)致無效的現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)方法的困難和問題。而且，由于產(chǎn)生電解液的向上流動(dòng)的上升氣泡的浮力泵送作用，一些構(gòu)造能夠促進(jìn)同心層中的電解循環(huán)，并且，當(dāng)氣體在液體的頂部逸出時(shí)，相對(duì)不含氣體且較稠密的電解液朝向底部流動(dòng)，以便再循環(huán)來替代混合有氣泡或包括溶解的氣體的較不稠密的電解液。熱交換器56可在需要時(shí)運(yùn)行以向如圖所示從容器4的頂部循環(huán)到底部的電解液添加熱或從所述電解液除熱。泵36可在需要時(shí)用于提高電解液循環(huán)的速率或者與泵40相結(jié)合來添加補(bǔ)充水。在一些實(shí)施方案中，應(yīng)用高電流密度，包括具有快速添加有機(jī)材料的系統(tǒng)。在這些實(shí)施方案中，有利的是使用泵36來循環(huán)電解液，泵36通過裝置觀返回相對(duì)不含氣體的電解液通過線路34到泵36以通過如圖所示的線路38和裝置16返回到容器4。優(yōu)選的是，在裝置16處沿切向輸入返回的電解液以生成渦旋傳送，渦旋傳送持續(xù)渦旋并且因此協(xié)同地增強(qiáng)包括可如上所述使用的隔板10的動(dòng)作的分離。根據(jù)操作的壓力，氫氣的密度比氧氣的密度小約十四倍并且比氧氣的浮力大，并且氫氣趨于通過隔板10易于指向較高的向上速率以用于通過裝置沈處的過濾器48進(jìn)行增壓收集。在非常高的電流密度處以及在電解槽 2受到在運(yùn)送應(yīng)用中可能遇到的傾斜或G力的實(shí)例中，電解液行進(jìn)的速率由泵36增加以便增強(qiáng)渦旋分離并且因此防止在陽極上生成的氣體與陰極生成的氣體混合。包括隔板10在內(nèi)的非導(dǎo)電性氣體壁壘和液態(tài)傳送實(shí)施方案的一些實(shí)施方案使得能夠制造比包括根據(jù)質(zhì)子交換膜來分離諸如氫氣和氧氣的氣體的那些方法的先前方法成本小得多并且更加穩(wěn)定和有效的可逆電解器。在一個(gè)方案中，隔板10可被設(shè)計(jì)為在電解作用期間提高電解液的流動(dòng)。例如，隔板10可被構(gòu)造為促進(jìn)在從端口 16到端口觀向上行進(jìn)的液體電解液存量中的離子的螺旋式流動(dòng)。這確保電極的每個(gè)部分根據(jù)需要接受新鮮補(bǔ)充的離子密度以便獲得最大電效率。這種電極清洗動(dòng)作還能夠在氫氣和氧氣形成在電化學(xué)電池的各個(gè)電極上時(shí)快速地去除氫氣和氧氣的氣泡。圖3示出了隔板10的另一方案的用于提供相鄰電極的電隔離的部件片材或螺旋形條的代表性部分的邊緣視圖，所述電極包括平板和同心電極結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了如上所述的氣體種類分離。在組件11中，片材12’和14’形成相似的剖面并且在功能上用作隔板 10。制備扁平的導(dǎo)電或非導(dǎo)電聚合物片材12’使得在平行中心線上具有多個(gè)小孔，所述平行中心線傾斜以與如圖所示片材12’的長軸線形成實(shí)質(zhì)的角度，諸如由近似35°至70°的角度的第一角度15所示。類似地制備聚合物片材14’使得在平行中心線上具有多個(gè)小孔， 所述平行中心線如圖所示大致傾斜第二角度15’以與如圖所示片材14’的長軸線形成近似 ；35°至70°的角度。在其它實(shí)施方案中，角度15和15’可根據(jù)帶電解過程中待分離的材料而改變。例如，對(duì)于不具有氣體成分或僅具有一個(gè)氣體成分的化合物的電解，角度可以減小。如果在冰晶石-鋁電解液中通過電解作用來離解諸如Al2O3的化合物以形成鋁和氧氣，則鋁比冰晶石-鋁電解液更稠密并且分離陰極電極的鋁或相關(guān)的隔板將被構(gòu)造(例如，減小角度)為向下并且遠(yuǎn)離向上行進(jìn)的氧氣傳送鋁?？赏ㄟ^適當(dāng)?shù)募夹g(shù)在片材12’和14’中容易地制成多個(gè)具有片材厚度尺寸的約 1/12至1/3的直徑的這些小孔，適當(dāng)?shù)募夹g(shù)包括激光鉆孔、熱針穿刺或通過高速粒子穿透。 其中每個(gè)通常約為0. 025mm至0. 25mm(0. 001”至0. 10”)厚的片材12，和14，可通過在得到的外直徑上焊接或其它方式的接合、螺線扎縛、彈性帶或者導(dǎo)電或非導(dǎo)電的絲線一個(gè)或多個(gè)螺旋形繞線而保持到一起以形成為具有電極8的組件。片材12’和14’還可以通過粘合劑或通過熱融合或溶劑融合而偶爾或連續(xù)地接合。因此，在片材12’的傾斜孔與片材14’ 的孔重疊的情況下，形成通路以使液體和/電解液或能夠在抑制氣體通過形成的氣體壁壘膜傳送的同時(shí)而行進(jìn)。參照?qǐng)D1和圖4，組裝的氣體壁壘片材的管狀結(jié)構(gòu)可通過粘附或焊接對(duì)接縫或者通過設(shè)置用作期望的分離氣體壁壘的重疊縫而形成為對(duì)于實(shí)施例2或100具有適當(dāng)?shù)闹睆?。?duì)于水的電解，適用各種電解液。在一個(gè)實(shí)施方案中，氫氧化鉀可用于盛裝容器4 的低碳鋼。可以通過鍍鎳的圓筒4或通過使用適當(dāng)?shù)牟讳P鋼合金來提供增強(qiáng)耐腐蝕性的延長的壽命。在其它方案中，可以通過用諸如玻璃、陶瓷或碳絲或它們的組合的高強(qiáng)度加固材料包覆圓筒4來提供增加的收容容量。根據(jù)特定應(yīng)用和強(qiáng)度要求，有利的是使用填充30%乙烯-三氟氯乙烯的玻璃來絕緣隔板20和M。電極8可以由編織的鎳或型號(hào)316的不銹鋼金屬絲制成。隔板10可由填充約30%乙烯-三氟氯乙烯條的玻璃制成。在另一實(shí)施方案中，還期望使用電的受控應(yīng)用來單獨(dú)地或與有機(jī)電解液的優(yōu)選混合生成甲烷或氫氣。在一些方案中，實(shí)施方案可與包括序列No. 09/969，860的共同代決專利申請(qǐng)的實(shí)施方案相結(jié)合地運(yùn)行，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用并入本文。通常產(chǎn)生甲烷的有機(jī)材料的厭氧消化過程可被控制以生成以相當(dāng)?shù)偷碾妷夯蛘咄ㄟ^脈寬調(diào)制占空比的減少的導(dǎo)通時(shí)間且因此比離解水所需的耗電少的耗電來釋放氫氣的電解液。由微生物消化生成的有機(jī)溶液的酸性或pH可通過自然重碳酸鹽緩沖交互作用而保持。重碳酸鹽緩沖可在消化過程中由二氧化碳的共同生成來補(bǔ)充?？赏ㄟ^簡單碳水化合物或葡萄糖的示例性消化而對(duì)有機(jī)化合物的厭氧消化過程的各個(gè)步驟來概括該過程，其可具有諸如下列多個(gè)完成和補(bǔ)充的過程步驟C6H12O6+ (厭氧成酸物質(zhì)，兼性細(xì)菌)—CH3COOH 等式1CH3C00H+NH4HC603 — CH3C00NH4+H20+C02等式 23CH3C00NH4+3H20(細(xì)菌)一3CH4+3NH4HC03等式 3在期望來自這些溶液的甲烷的情況下，可能需要接近7.0的pH控制。在周圍環(huán)境壓力下，PH約為7.0以及35°C-37°C (99° F)的甲烷生成是有利的。大部分家用廢水包含具有由提供甲烷生成的有機(jī)體所需的宏觀養(yǎng)分和微觀養(yǎng)分的生物廢料。存在于厭氧反應(yīng)器中的溶解且分布的氫氣或單糖保持相對(duì)大的濃度可以抑制甲烷生成微生物的操作。 在另一個(gè)方案中，來自有機(jī)物質(zhì)的增加的燃料生成值可通過施加電場以使由葡萄糖或其它有機(jī)化合物的細(xì)菌分裂以及通過產(chǎn)出氫離子的其它酸生成過程而生成的諸如醋酸(CH3COOH)的物質(zhì)的離解來實(shí)現(xiàn)。CH3COOH — CH3COO^H+等式 4氫離子遷移或者被遞送給帶負(fù)電荷的電極并且獲得電子以生成氫氣。2H++2e" — H2等式 5兩個(gè)電子由帶負(fù)電荷的電極提供。在另一電極處，電化學(xué)反應(yīng)包括醋酸鹽離子氧化成二氧化碳和氫離子，如等式6中概述。CH3C00>2H20 — 2C02+7H++ 電子等式 6在該電極反應(yīng)中，醋酸鹽離子失去電子，隨后與水反應(yīng)并且分裂成二氧化碳?xì)怏w和氫離子。二氧化碳使溶液飽和并且如上述實(shí)施方案中闡述的從液體溶液界面釋放。氫離子循環(huán)和/或遷移直到從相對(duì)的電極接收到電子以生成氫原子、然后生成如等式5概述的雙原子分子以便于在該系統(tǒng)中進(jìn)行分離的共同收集。分離收集非常有益，例如，由于液體泵送而非氣體壓縮引起增壓或處于高壓的分離收集，尤其有效并且大幅度降低了分離、然后機(jī)械地壓縮生成的氫氣、甲烷或二氧化碳通常所需的資本設(shè)備。通過諸如醋酸的化合物的厭氧消化分解以生成氫氣和二氧化碳需要比水的電解少得多的能量，部分是因?yàn)橄磻?yīng)產(chǎn)生了氫離子和放熱能量。諸如醋酸的酸的放熱分解的初始化和維護(hù)可在較低電壓施加時(shí)或通過間斷或偶爾的電解而不是通常分解水所需的連續(xù)電解來完成。與諸如尿素和醋酸等消化物質(zhì)和酸電解成氫氣和二氧化碳相比較，在周圍環(huán)境溫度處形成水的自由能量非常大(至少為IKWH=所釋放氫氣的3，412BTU)，其中電解需要相對(duì)微小的激活和/或催化作用(尤其通過有機(jī)催化劑)。因此，包括拉尼鎳合金催化劑的改進(jìn)、鎳-錫-鋁合金、從鉬金屬組、鉬-鎳和其它鉬過渡金屬單晶合金表面中選出的，以及本文中闡述的結(jié)合電極系統(tǒng)使用的各種有機(jī)催化劑的所選催化劑進(jìn)一步提高了氫氣生成的速率和/或效率。在另一方案中，優(yōu)選的是，為了使可用源安培數(shù)和電壓與諸如圖1所示的串聯(lián)連接的電池的離解所需的電壓匹配，使用以可切換的串聯(lián)或并聯(lián)或串-并方式連接的電極對(duì)的多個(gè)電池。在該實(shí)施方案的一個(gè)方案中，每個(gè)電池可根據(jù)所選或通過生物化學(xué)方式由有機(jī)物質(zhì)生成的水電解液而需要約0. 2至2伏特，因此原大小為6伏特的光伏源可具有串聯(lián)的3至30個(gè)電池，并且工業(yè)上220伏特的服務(wù)可以具有串聯(lián)連接的約100至1，000個(gè)電極電池。生成的氣體可通過并聯(lián)或串聯(lián)收集布置容易地輸送。根據(jù)用于調(diào)節(jié)串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的數(shù)量的期望靈活性，支撐和流動(dòng)控制特征18可通過絕緣或非絕緣材料選擇。在各個(gè)電流密度處，包括中等電流密度和低等電流密度，優(yōu)選的是允許浮力推送產(chǎn)生的氣泡以實(shí)現(xiàn)電解液的循環(huán)從而防止離子耗盡和滯留問題。在起始電流密度或較高電流密度處，可以使泵36和熱交換器56運(yùn)行以提供在電極表面處的期望工作溫度和富離子電解液的存在。這使得能夠具有非常高的能量轉(zhuǎn)換速率，其中諸如可從太陽、風(fēng)、降雨或波源獲得的非峰值電的能量用于快速且高效地生成氧氣和氫氣或氫氣和二氧化碳或伴隨著用于分離存儲(chǔ)和使用的二氧化碳的氫氣和甲烷的高壓供給。在該實(shí)施方案的一個(gè)方案中，解決了車輛或電廠自旋減慢的再生制動(dòng)的問題，其中大量能量的突然爆發(fā)必須快速地轉(zhuǎn)換成化學(xué)燃料潛能。用于卡車、公共汽車或火車推進(jìn)的常規(guī)燃料電池不能夠耐受突然施加到燃料電池電極上的高電流密度。該實(shí)施方案克服了該限制并且提供了非常穩(wěn)固的高電流狀態(tài)耐受度，同時(shí)獲得了高的電解效率，而不具有再生PEM燃料電池所遭遇的PEM降解或電極-界面故障的問題。由于所提供的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)和非常充裕的冷卻機(jī)會(huì)，易于適應(yīng)非常高電流的操作。相反地，該實(shí)施方案易于在嚴(yán)寒條件或酷熱條件下啟動(dòng)和高效地運(yùn)行，而不考慮各種PEM相關(guān)的難題、限制和故障。在另一方案中，為了在諸如水電發(fā)電站、風(fēng)場、波發(fā)生器系統(tǒng)或常規(guī)電廠的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中獲得非常高的投資回報(bào)，實(shí)施方案允許非峰值電被快速且高效地通過水的離解轉(zhuǎn)換成氫氣和氧氣以及通過由厭氧消化或有機(jī)物質(zhì)的降解生成的物質(zhì)的離解轉(zhuǎn)換成氫氣和二氧化碳。實(shí)施方案的嚴(yán)密版本可占據(jù)不大于洗衣機(jī)的空間并且將否則可能浪費(fèi)的非峰值電轉(zhuǎn)換成足夠的氫氣以使家用規(guī)模的車輛運(yùn)行并且提供家庭的能量需求。如上文闡述的，本文提供的一些實(shí)施方案提供更加高效的批量運(yùn)送，包括快速離子補(bǔ)充過程以及通過從較稠密液體介質(zhì)逸出的低密度氣體的泵送動(dòng)作輸送給期望的電極。 這確保了較大的用電效率、更快速的離解以及較大的分離效率，同時(shí)防止不期望的副反應(yīng)。 提高離子生成以及向電極輸送的速率和效率提高了系統(tǒng)效率和每電極區(qū)域內(nèi)的電流限值。 將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)換成二氧化碳和氫氣或甲烷的應(yīng)用由于如下事實(shí)特別受益提高了將有機(jī)物質(zhì)輸送給參與該過程的微生物的速率、孵化微生物的孵化和輸送以擴(kuò)展和自修復(fù)生物膜介質(zhì)，生成氣體的更加快速的分離和有機(jī)物質(zhì)的輸送，以及中間離子向電極的更加高效的輸送。參照?qǐng)D4，顯示了另一實(shí)施方案電解槽100，電解槽100特別有益于不期望施加電壓或使電流通過盛裝容器102的內(nèi)壁的應(yīng)用。實(shí)施方案還便于諸如110和114的雙極或多個(gè)電極組或電池在電解槽100內(nèi)的串聯(lián)連接以簡化氣體收集和電壓匹配的需要。在一個(gè)方案中，盛裝容器102為圓筒形并且內(nèi)部的部件為同心的，電極組件110和 114可以由多個(gè)嵌套的截頭錐形部件形成，或者一個(gè)或兩個(gè)電極可以形成為如上所述的螺旋形電極。電極110和114可以相同、相似或具有不同的構(gòu)造。在另一方案中，電極114可以與嵌套的接通錐形分段相似，或者電極114可以為連續(xù)圍繞電極110的螺旋形電極。用于防止短路的電極110和114的電隔離可以通過各種方式來完成，包括通過控制操作尺寸的容差和/或通過使用放置在電極110和114之間的介電螺線或介電絲和/或通過如上文關(guān)于圖2和圖5公開的隔板10或111的另一種形式。可以對(duì)電解槽100進(jìn)行增壓。壓力收容通過如圖所示的上帽104和下帽106來提供。絕緣體120和122由帽104和106支撐，如圖所示。用于電氣連接和流體連接的電路元件和硬件是示例性的并且能夠通過根據(jù)需要穿透帽104和106以滿足特定應(yīng)用需要來實(shí)現(xiàn)。在當(dāng)前的實(shí)施方案中，兩個(gè)電極110和114均形成為具有將諸如釋放的氣體的生成物質(zhì)引導(dǎo)到如圖所示的對(duì)應(yīng)收集區(qū)域的傾斜表面。示例地，如果要從適當(dāng)?shù)碾娊庖褐须x解水，電極Iio可以接收通過連接108提供的電子，連接108通過插塞密封件132密封到帽 106中。因此，通過插塞密封件130從電極114取出電子，在電極114上釋放諸如二氧化碳或氧氣的氣體時(shí)，插塞密封件130提供了觸頭124的絕緣。這些氣體因此由浮力推送并且如電極114輸送向上并且沿著容器102的內(nèi)壁或多或少地行進(jìn)。氫氣如由電極110輸送向上并且在由電極110的多匝或圓錐層形成的中央芯內(nèi)被推送并且如圖所示在絕緣體120處被收集。通過壓力裝置116輸送在設(shè)計(jì)壓力處經(jīng)凈化的氫氣。催化劑過濾器134可用于轉(zhuǎn)換到達(dá)中央芯的諸如氧氣的任何氧化劑以形成水。 類似的催化劑過濾材料可用于由到達(dá)如圖所示的絕緣體120中的外收集環(huán)隙的任何氫氣生成水。通過壓力裝置118來輸送增壓的經(jīng)過濾氧氣。任選地，為了以高電解槽100的效率，一個(gè)或多個(gè)氣體收集容器(未顯示)可以與電解槽100流體連通以收集在電解期間形成的氣體。氣體收集容器可被實(shí)施為在氣體大量擴(kuò)散之前捕獲處于升高的壓力的氣體。氣體收集容器可被進(jìn)一步構(gòu)造為根據(jù)本領(lǐng)域公知的方法在氣體膨脹時(shí)捕獲功?？蛇x擇地，氣體收集容器可被構(gòu)造為提供用于存儲(chǔ)的壓力處的氣體、輸送或使用，其中期望在升高的壓力處輸送氣體?？蛇M(jìn)一步構(gòu)思的是，所述方案可在各種電化學(xué)電池中實(shí)施。參照?qǐng)D2，在另一方案中，氣體膨脹器可以包括在裝置22、裝置沈處、裝置22、裝置 26的附近或裝置22、裝置沈的內(nèi)部或包括在與裝置22或裝置沈流體連通的氣體收集容器中。類似地，參照?qǐng)D4，氣體膨脹器可以包括在裝置116、118處、裝置116、118的附近或裝置116、118的內(nèi)部或者包括在與裝置116或裝置118流體連通的氣體收集容器中。在另一方案中，提供用于電解以使與器件耦合的流體增壓從而從這樣增壓的流體提取功的方法和裝置。流體可以為經(jīng)增壓的液體、吸收液體的氣體、蒸汽或氣體。經(jīng)增壓流體轉(zhuǎn)換成蒸汽或氣體可以在轉(zhuǎn)換來自這些裝置的壓力和流的裝置116或器件可從包括渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、葉輪液壓電動(dòng)機(jī)或各種活塞式電動(dòng)機(jī)或吸氣并且噴射來自116的經(jīng)增壓氫氣的發(fā)動(dòng)機(jī)的組中選出時(shí)或選出之后發(fā)生。類似地，經(jīng)增壓流體轉(zhuǎn)換成蒸汽或氣體可以在轉(zhuǎn)換來自這些裝置的壓力和流的裝置118或器件可從包括渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、葉輪液壓電動(dòng)機(jī)或各種活塞式電動(dòng)機(jī)或使來自118的諸如氧氣的經(jīng)增壓流體膨脹和/或燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)的組中選出時(shí)或選出之后發(fā)生。在另一方案中，提供用于克服變壓器和整流器電路的高成本和功率損耗的裝置和方法。這是通過電極電池或電池內(nèi)的電極的串聯(lián)連接來調(diào)節(jié)負(fù)荷電壓與電源電壓的匹配來實(shí)現(xiàn)的，例如，將DC電源的負(fù)極連接到電極110的最低的三匝、連接到電極114的接下來的三匝、連接到電極110的接下來的三匝、連接到電極114的接下來的三匝、并且連接到電極110的接下來的三匝以及以下的連接等等，并且從相對(duì)(最高)的端開始將DC電源的正引線連接到電極114的三匝、連接到電極110的接下來的三匝、連接到電極114的接下來的三匝、連接到電極110的接下來的三匝、連接到電極114的接下來的三匝以及以下的連接等等。截頭圓錐的匝和/或堆可被調(diào)節(jié)為開發(fā)出匹配電源安培數(shù)所需的區(qū)域。在該實(shí)施方案的另一方案中，除了提供由電解生成的氣體的分離之外，本發(fā)明所開發(fā)的泵送動(dòng)作提供養(yǎng)分到微生物的輸送，微生物根據(jù)操作的相對(duì)規(guī)模而以諸如通常位于電極Iio的部分內(nèi)和/或電極114和容器102的部分之間的碳布、激活的碳粒、膨脹的二氧化硅、石墨氈、煤、木炭、水果的核、木屑、碎紙、鋸末和/或這些選擇的混合物的適當(dāng)介質(zhì)為宿主。對(duì)應(yīng)的功能和益處包括系統(tǒng)的熱穩(wěn)定、原料的循環(huán)和諸如二氧化碳的產(chǎn)物的去除以及從可通過這些微生物的孵化、養(yǎng)分和生長而生成的酸制成氫氣。在低等電流密度和中等電流密度處，由低密度溶液和氣泡引發(fā)的浮力可以使電解液在容器102內(nèi)循環(huán)。在較高的電流密度處，有利的是如之前公開的適應(yīng)性地控制電解液的溫度、壓力和循環(huán)。電解液的外部循環(huán)可以如圖所示從裝置126到裝置138并且包括以任選的串聯(lián)和/或串-并電路連接的一個(gè)或多個(gè)電極電池包含在容器102內(nèi)的情形。在另一方案中，對(duì)于高電流密度實(shí)施方案可優(yōu)化為通過一個(gè)或多個(gè)孔或槽139相稱地輸送較高的電解液流體流率，所述孔或槽139沿切線方向弓丨導(dǎo)流體到電極110和114 之間的環(huán)形空間。電解液沿著由電極形成的螺旋形空間向上流動(dòng)并且由從110和114之間的環(huán)形空間進(jìn)入由110和114提供的螺旋形路徑的電解液來補(bǔ)充。進(jìn)入電極110和114之間的空間的電解液的角動(dòng)量通過諸如分別在電極110和114上生成的氫氣和氧氣的電解液產(chǎn)物提高了氣泡提升泵送的動(dòng)能并且加到該動(dòng)量上。電解液的這種循環(huán)非常有益于確保在與電極110和114進(jìn)行電荷交換時(shí)變成氫原子和氧原子或諸如二氧化碳的其它氣體的離子的快速替換并且用于去除這些氣體以便在電解期間通過最小的電極化損耗進(jìn)行收集和去除。因此，非常高的電流密度易于接受以有效地電解循環(huán)的流體。在另一方案中，高電流密度的進(jìn)一步調(diào)節(jié)是通過由于改進(jìn)的電解液循環(huán)得到的設(shè)計(jì)的強(qiáng)大冷卻容量提供的，這防止電解產(chǎn)物的不利滯留和/或諸如蒸汽成核的相變，以及有效電極區(qū)域的減少。在另一方案中，電極110和114可以構(gòu)成彈簧形式，彈簧形式可有利地在諧振頻率處工作或者由于較高密度的電解液存量通過所引起的泵送動(dòng)作被輸送到電極110和114的表面而被各種誘因干擾，各種誘因包括壓電驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)偏心，以及氣泡形成的動(dòng)作和電解液與氣泡的較不稠密的混合物的加速推力。響應(yīng)于干擾，電極110和114在自然頻率或誘發(fā)頻率處振動(dòng)以進(jìn)一步增強(qiáng)氣泡從包括成核部位的表面離開并且因此使能較高的電流密度和較大的能量轉(zhuǎn)換效率。諸如110和114的螺旋形彈簧形式的電極的誘發(fā)振動(dòng)還能夠使得蠕動(dòng)機(jī)械動(dòng)作朝向電解槽100的各個(gè)收集路徑和出口增強(qiáng)氣泡加速，在該振動(dòng)期間，電極匝的相鄰層之間的平均距離和角度的周期性增加和減少根據(jù)誘因的量級(jí)和頻率生成固定或移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)。圖5示出了與110’和114’之間的電絕緣間隔件111協(xié)作運(yùn)行的一組電極110’和 114’的代表性剖視圖，所述電絕緣間隔件111包括諸如圖2所示的絕緣體10的選擇，絕緣體10包括用于各種應(yīng)用或電解液的螺旋形流輸送構(gòu)造。同心電極110’、間隔件111和電極 114’的組件提供了非常穩(wěn)固的、自加固的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)使能對(duì)諸如水、來自厭氧消化器的水溶液或改進(jìn)效率和耐受污垢的海水的流體的高效離解。電極110’和114’可由如下部分構(gòu)成導(dǎo)電的碳紙、布或氈；編織或氈制的碳和金屬絲，夾在編織的碳或金屬絲之間的石墨顆粒；或如之前公開在平行中心線上或多或少鉆有多個(gè)孔的鍍金聚合物或金屬片材原料， 諸如軟鋼、鍍鎳鋼、或不銹鋼，所述平行中心線如圖所示傾斜以便于根據(jù)電解液的化學(xué)成分從諸如氧氣、氯氣或二氧化碳的共同生成的氣體中分別分離出氫氣。在電極110’、間隔件111和電極114’用于諸如圖4所示的同心電極布置中的實(shí)例中，氫氣被輸送到端口 116，并且根據(jù)進(jìn)行離解的物質(zhì)，在端口 118處提供諸如氧氣、氯氣或二氧化碳的產(chǎn)物的輸送。在一些實(shí)例中，優(yōu)選的是，提供在110’和114’上設(shè)置多個(gè)孔以使得每個(gè)孔從接觸間隔件111的表面上的孔直徑到遠(yuǎn)離間隔件111的出口表面處的較大直徑稍成錐形。優(yōu)選的是，選擇螺距、電極之間的寬度和構(gòu)成間隔件111的條的厚度以便于以與可用電功率和系統(tǒng)熱傳遞要求相稱的速率將電解液從138輸送到電極110’和114’并且通過電極110’和114’到達(dá)裝置1 從而優(yōu)化電極之間的最終寬度空間。這使得在確保氫氣分離的同時(shí)將用于電極110’和114’處的電解過程的離子冗余輸送到電極110’內(nèi)的區(qū)域并且將諸如氧氣、二氧化碳或氯氣的共同生成的氣體輸送到電極114’外部的空間。在另一方案中，可通過在氫氣電極中設(shè)置氣流槽且在氧氣電極中設(shè)置氣流槽，以及用于將氫氣添加到氫氣電極的底部以及將氧氣添加到氧氣電極的底部的適當(dāng)裝置使系統(tǒng)可再生地運(yùn)行。在該情況下，有利的是，尤其在單個(gè)罐組件滿足能量需要的小燃料電池中使用同心螺旋形電極。參照?qǐng)D6，顯示了用于可逆燃料電池操作的實(shí)例中的螺旋形電極的截面。這改進(jìn)了表面-容積比率、截面模數(shù)、和電極114或電池110的類似螺旋形版本的柱穩(wěn)定性。在截面中顯示電極114，使氣體152沿著通過使條形原料成波紋狀而形成的螺旋形槽流動(dòng)，所述條形原料用于形成螺旋并且提供燃料電池操作和電解操作中的氧氣輸送以將氧氣輸送給環(huán)形件136和裝置118。相同的構(gòu)造適合于電極110在燃料電池和電解模式中將有機(jī)酸轉(zhuǎn)換成二氧化碳和氫氣，以及在電解模式中確保將充足的氣體輸送給如之前描述的期望收集或源端口。在另一方案中，通過有利于微生物的生長和維護(hù)來提供改進(jìn)的電極性能，微生物將諸如碳酸、醋酸、丁酸和乳酸的有機(jī)物質(zhì)以及諸如尿素的化合物的水衍生物轉(zhuǎn)換成氫氣。 在選擇用于制造氫離子和/或釋放二氧化碳的電極上，通過制備這樣的電極表面來便于微生物產(chǎn)率的提高，包括高縱橫比的絲或晶須的電極表面的地形增強(qiáng)增加了有效表面積，所述高縱橫比的絲或晶須減少了對(duì)襯底電極的電阻并且有助于將微生物和生物膜以及由消化過程提供的期望膜物質(zhì)保持在適當(dāng)位置上。不受理論的限制，相信電極和/或隔板的具體特征，諸如地形處理或增強(qiáng)，促進(jìn)了電解液在期望位置處的紊流，包括空化或超空化，這反過來促進(jìn)了在該位置處的成核。相反地，電極和/或隔板的具體構(gòu)造能夠抑止在期望位置處(例如，電子遷移的點(diǎn))的紊流，包括空化或超空化，這反過來抑止在該位置處的成核?？蓸?gòu)思的是，包括這些特征的元件可在電解槽的期望成核的任意位置處實(shí)施。而且，這些相同的特征和原理可適用于氣體收集容器或類似地與電解槽流體連通或與它們之間的通道或閥流體連通。適合的絲和/或晶須包括金屬或摻雜半導(dǎo)體，諸如碳、硅或碳的納米級(jí)直徑的絲或氮化硼以提供增大的表面積、減少離子輸送和歐姆損耗、提高微生物產(chǎn)率以及為了更加有效的二氧化碳釋放的更加有效的成核激活。這些絲還可用于錨固石墨顆粒，石墨顆粒進(jìn)一步提高了微生物產(chǎn)率、提高了酶和催化劑使用的效率并且與氫離子生產(chǎn)過程相關(guān)的益處。類似地，在氫離子設(shè)有電子以生成氫原子并且使雙原子氫氣的氣泡成核的電極處，絲和晶須可用于增加活躍區(qū)并且降低整個(gè)過程所需的電壓。除了碳晶須之外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由諸如從蒸汽中沉淀的錫、鋅、鎳和耐高溫金屬的金屬生長或由諸如鐵合金電極的適當(dāng)襯底上的鍍層生長的絲能夠減小電阻并且提高過程效率。 通過添加導(dǎo)電表面活性劑和/或鍍有由于濺射沉積或由諸如來自示例性前體(諸如，乙炔、 苯、或包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷的石油尾氣)的碳給體的物質(zhì)的分解的諸如碳、氮化硼或碳化硅的適當(dāng)物質(zhì)的表面，可以使這些絲或晶須更適合于生物膜支撐和過程增強(qiáng)。圖4中的實(shí)施方案及其變型能夠提供流體離解的低密度氣態(tài)衍生物的有益分離， 包括氫氣與有機(jī)水溶液的分離，如等式1-6中概述的，以便將氫氣或富含氫氣的混合物的選擇輸送到端口 116，而將二氧化碳或包括固定氮組分的富含二氧化碳的混合物輸送給端口 118。在一些應(yīng)用中，可能期望將這些電極的極性反向以使用于待分離的氣體的輸送端口反向。這種反向可能為長期或間斷性的以實(shí)現(xiàn)各種目的。根據(jù)電極110和114的螺距的選擇以及每個(gè)電極的振動(dòng)的諧振頻率或強(qiáng)加頻率以及在每個(gè)電極處的相對(duì)流體速率，氫氣可被輸送到端口 116，而系統(tǒng)可以操作以包含甲烷和二氧化碳。然而，輸送到端口 118的二氧化碳可以包含甲烷和比氫氣的密度大的其它氣體。在期望提供氫氣和甲烷的超增壓 (Hy-Boost)混合物以使能內(nèi)燃機(jī)、各種燃燒器、熔爐或燃料電池的非節(jié)流操作的應(yīng)用中，按諸如由泵36和控制器52提供的水力和電氣電路控制規(guī)定運(yùn)行的圖4的實(shí)施方案便于按在端口 116處輸送的氫氣和甲烷的受控比率選擇生產(chǎn)和分離期望的燃料混合物。通過將諸如膠態(tài)碳、包括納米級(jí)結(jié)構(gòu)的碳絲、剝落的碳晶體、石墨烯小板、活性碳、 沸石、陶瓷和/或氮化硼顆粒的介質(zhì)添加到電化學(xué)電池中來提供對(duì)于生產(chǎn)使得按期望將有機(jī)原料轉(zhuǎn)換成氫氣和/或甲烷的微生物的旺盛厭氧菌落不期望但是特別有益的布置。這些介質(zhì)可被摻雜或混合有各種劑以提供增強(qiáng)的催化產(chǎn)率。示例性地，可通過摻雜或多或少地具有類似于硼、氮、鎂、硫、砷、硒、硅、碲、和/或磷的電子結(jié)構(gòu)的所選劑來提供期望的功能。 通過電解過程釋放的氣體引發(fā)的循環(huán)能夠促進(jìn)將這些介質(zhì)分類到有益的位置和密度以便于更加有效的電荷電流利用。不限制到特定的理論，假設(shè)這些協(xié)同的結(jié)果與關(guān)鍵位置處增加的表面積和增強(qiáng)成核過程和/或傳導(dǎo)電子或氫離子同時(shí)伴隨生物膜和所得到的反應(yīng)區(qū)中酶、氫氣、甲烷或二氧化碳的有利吸附的細(xì)脈、區(qū)域或絲的布置有關(guān)。還表明，微生物被孵化以便于在所執(zhí)行的操作和在本文公開的各個(gè)實(shí)施方案中生成的流路中循環(huán)到有效利用的位置。除了諸如碳、石墨、各種金屬碳化物以及碳化硅和通過催化劑增強(qiáng)性能的其它無機(jī)物質(zhì)和顆粒的晶須和絲之外，有益的是使用提供期望養(yǎng)分或催化劑的活性物質(zhì)和顆粒來輔助微生物過程。示例性地，聚合物、陶瓷或活性碳的多孔和/或剝落襯底可以吸附導(dǎo)電性有機(jī)催化劑(諸如，四甲氧基苯基鈷卟啉(CoTMPP)或聚(3，4_乙撐二氧噻吩單體)(PEDOT) 和/或有利地取向并且提供包括酶和接枝聚合物的其它催化物質(zhì)，酶和接枝聚合物還可用于并入并且提供包括附加酶的催化物質(zhì)。適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)或接枝聚合物可以包括常規(guī)的、樹枝晶、纖維形式和其它有機(jī)功能材料以最少化或替代鉬和其它昂貴的催化劑和導(dǎo)體。這些替代物質(zhì)和它們的使用包括由本文公開的一些實(shí)施方案得到的混合物或相對(duì)于流體循環(huán)的階段性位置。各種特定的導(dǎo)電和/ 或催化物質(zhì)包括針狀沉積物或纖維，針狀沉積物或纖維可以生長或附著到電極4、8、110或 114和/或覆蓋的碳?xì)治锘蚓幙椊Y(jié)構(gòu)或擴(kuò)散到布置的生物膜中。示例性地，導(dǎo)電性的和/或催化功能可以通過絲來提供，所述絲保持并且提供氫化酶和其它酶、CoTMPP和/或諸如聚 (3,4-乙撐二氧噻吩單體)(PEDOT)的其它催化劑作為由含水表面活性劑溶液合成為自組織細(xì)直徑、納米纖維的纖維，所述納米纖維具有大于100的縱橫比并且提供對(duì)電荷電導(dǎo)率的低電阻。包括陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDQ的含水溶液中的合成可適于通過改變SDS的濃度來生成各種結(jié)構(gòu)并且進(jìn)一步通過添加狗(13來生成聚合結(jié)構(gòu)。(示例性程序描述于 Moon Gyu Han et al· ,Facile Synthesis of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)Nanofibers from an Aqueous Surfactant Solution，Small 2，No. 10， 1164-69(2006)，通過引用并入本文)。其它的實(shí)施例包括功能性催化劑和納米合成物形式的微導(dǎo)體，納米合成物是從纖維素納米纖維和半導(dǎo)電的共軛聚合物取得的，半導(dǎo)電性的共軛聚合物包括聚苯胺(PANI)和具有四元銨側(cè)鏈的聚(P-對(duì)苯撐乙炔)(PPE)衍生物。具有陰離子表面電荷的纖維素、碳或陶瓷晶須可與帶正電荷的共軛聚合物結(jié)合以形成穩(wěn)定的擴(kuò)散，所述穩(wěn)定的擴(kuò)散可由諸如甲酸的極性溶劑進(jìn)行溶液鑄塑。準(zhǔn)備物包括接枝聚合物和有機(jī)金屬醇化物、金屬烷基的頂蓋以及醋酸和含有C00H 端基的高分子催化劑的催化益處的應(yīng)用。特定的功能和雙功能性端基以及端基的混合物可以被選擇以生成多功能特性，其中包括催化功能、反應(yīng)穩(wěn)定劑、接枝劑和擴(kuò)散聚合的促進(jìn)劑。類似地，通過由厭氧微生物生成的氫氣和/或酶對(duì)碳或其它物質(zhì)進(jìn)行專門的激活提供了局部富含氫氣的環(huán)境，從而增強(qiáng)或抑制甲烷生成并且增強(qiáng)了由各種有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行的附加氫氣生成。參照?qǐng)D1-3，任選地，有利的是在圓筒形部件8、10、11、110和/或114的外表面和內(nèi)表面設(shè)置一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)充性的氈和/或由碳絲編織的篩網(wǎng)。這種補(bǔ)充性氈和/或編織的篩網(wǎng)可結(jié)合電極4、8、110和/或114、和/或隔板10或11相稱地收集或分布電子并且輔助錨固或偏好地定位顆粒、絲、和/或其它結(jié)構(gòu)以減少壓力損耗或更加均等地分布水溶液流并且有利于在期望的能量轉(zhuǎn)換操作中的微生物功能。在提供氫氣和二氧化碳的凈產(chǎn)量的補(bǔ)充性和完整的反應(yīng)和過程中為在等式8中概述的過程的各個(gè)步驟。碳+2H20 — C02+4H++4 電子等式 8碳如等式8中概述地被消耗，等式8包括可被提供作為成分或混合有來自厭氧消化器或電解器或作為各種制造結(jié)果的水溶液的碳質(zhì)物質(zhì)的碳。示例性地，碳可以包括由于碾磨、加工、放電加工(EDM)和各種熱化學(xué)操作以生成電極、電極上的電極涂層得到的廢料，包括罐襯里、或顆粒、或絲、或凝聚劑或通過熱離解和反應(yīng)過程選擇的碳化物，包括作為有機(jī)物質(zhì)的各種程度的脫氫的產(chǎn)物的膠狀物或其它懸浮物。這種碳和/或碳給體原料可以由從所供給的或通過二氧化碳循環(huán)到水栽和/或土壤支撐的植物得到的水溶液中接收二氧化碳和其它養(yǎng)分的細(xì)菌、浮游植物或較大的藻類可更新地提供。有利的是，使用這種具有高的表面-容積比率的形式的碳并且提供電壓梯度到為了驅(qū)動(dòng)所表示的反應(yīng)而輸送了碳并且用于將氫離子輸送到電極表面的區(qū)域，所述電極表面包括用于氫氣氣泡的生產(chǎn)、成核和釋放的補(bǔ)充性導(dǎo)電介質(zhì)，諸如絲和導(dǎo)電過濾物質(zhì)，從而提高氫氣生產(chǎn)的整體速率。用于增加活性表面和/或凝聚劑的適當(dāng)規(guī)定包括具有有機(jī)成分的物質(zhì)，諸如細(xì)菌、蛋白質(zhì)、單糖和多糖、纖維素、熱離解纖維素、活的和離解的浮游植物，以及各種形式的膠態(tài)碳、活性碳和碳化物。示例性地，浮游植物和/或較大的藻類可以生長、干枯、與諸如玉米糖漿的粘結(jié)劑混合、至各種程度的熱脫氫以及被碾磨以提供細(xì)分的凝聚劑。可選擇地，活性碳原料可被碾磨以提供細(xì)分的顆粒，顆?？捎米髅附邮阵w或凝聚性介質(zhì)，或者顆粒可與之前公開的物質(zhì)結(jié)合使用以提高酶的期望產(chǎn)量或效率，從而支撐期望微生物的孵化，或者提高氫氣或甲烷的產(chǎn)量和/或碳的消耗以生成用于如等式8中所示的電解的氫離子。如果需要，偶爾使用鹽水或添加少量的鹽到水基電解液能夠生成氯氣以快速地消毒或防止所示的電解器系統(tǒng)的有害污垢。例如圖5的一些實(shí)施方案的使用即使當(dāng)使用諸如廢水、商用過程水、草木灰水、海水、粉煤灰水、溝渠水或厭氧消化器水溶液的電解液使得到系統(tǒng)也能夠內(nèi)在地?cái)[脫有害的污垢。此外，如果需要，可以通過電解液或清潔水從裝置118 到138的回流快速地清潔這些系統(tǒng)以去除可能已經(jīng)輸送給電極的顆粒。一些實(shí)施方案的應(yīng)用包括到納米尺寸的電解器的大批廢物處理操作，包括對(duì)常規(guī)廢物消化器的改進(jìn)，從廢物消化器供給溶液或含有有機(jī)物質(zhì)的“水溶液”以用于生產(chǎn)氫氣和 /或甲烷和/或二氧化碳和其它植物養(yǎng)分。在該容量中，一些實(shí)施方案能夠提供由厭氧消化器生成的副產(chǎn)物的快速且有效的轉(zhuǎn)換并且將氫離子轉(zhuǎn)換成氫氣并且克服了甲烷生成操作的酸降解。在操作時(shí)，來自厭氧消化器的水溶液用于生成氫氣和二氧化碳以提供接近7. OpH 的有益恢復(fù)和/或維護(hù)，而不是可能妨礙甲烷生成系統(tǒng)的更酸性的條件。由于克服了用于添加化學(xué)試劑來調(diào)節(jié)消化器中的PH對(duì)昂貴供應(yīng)品的需要，這使得能夠提高整體能量轉(zhuǎn)換效率。在該介質(zhì)和大的應(yīng)用中，有益的是設(shè)計(jì)并且策劃還可提供諸如碳、氮化硼、沸石、聚合物和陶瓷(包括為了增強(qiáng)性能處于各種激活狀態(tài)的這些物質(zhì))的粒劑的期望保持力的包括電子分布電路在內(nèi)的多功能部件。在另一方案中，諸如本文公開的電解器可應(yīng)用于提供通常由厭氧消化生成的酸的快速轉(zhuǎn)換，包括具有市政廢水和廢碴填埋以及來自屠宰場、牛奶場、孵蛋場以及其它動(dòng)物飼養(yǎng)中心等的廢液的應(yīng)用。如果由厭氧條件生成的酸使得PH降到7以下，則甲烷的生產(chǎn)被放慢或抑止。如果有機(jī)材料的供給率超過微生物的產(chǎn)甲烷菌落的容量，則可形成這些酸。通過從這些酸中提取氫氣，能夠提高由厭氧消化進(jìn)行的有機(jī)材料處理的速率。甲烷和氫氣的組合由每噸廢液提供了非常大的凈能量產(chǎn)量，并且廢液被處理得較快以提高處理的容量。一些實(shí)施方案的特別有用的實(shí)施方案為廢液到能量的應(yīng)用，其利用諸如污水的有機(jī)物質(zhì)以及等式1-6中概述的厭氧電消化過程中的水解垃圾、農(nóng)場廢料和森林亂砍以生成具有最小氧氣產(chǎn)量或無氧氣產(chǎn)量的氫氣。穩(wěn)固的構(gòu)造和再循環(huán)操作使得能夠極大程度的耐受用作電解液的厭氧過程水溶液中的包括有機(jī)固體和顆粒的溶解固體。不如同水的電解所釋放的氧氣的相稱釋放的氫氣生成便于較高的效率和使用水源氫氣作為諸如發(fā)電機(jī)的電氣設(shè)備中的冷卻氣體的安全性。在本文公開的一些實(shí)施方案的另一應(yīng)用中，如圖7所示的電解器系統(tǒng)900為生物量的組織和/或細(xì)胞破裂提供酶的、機(jī)械的、熱的、聲音的、電氣的、壓力和/或化學(xué)作用以及在調(diào)節(jié)器950中的過程以使能夠更快或更加完整地進(jìn)行孵化器用途的處理、消化和/或支持。包括來自調(diào)節(jié)器950的這些破裂細(xì)胞以及由轉(zhuǎn)換器902產(chǎn)生的相關(guān)原料的流體通過如圖所示的基部910的環(huán)形分布器922循環(huán)到電解器914。厭氧微生物由介質(zhì)940和942 支撐并且通過導(dǎo)管910接受從氫氣隔板904再循環(huán)的液體以及通過導(dǎo)管908接受從二氧化碳隔板906再循環(huán)的液體，如圖所示。電極918和/或介質(zhì)942釋放氫氣，并且電極916 和/或介質(zhì)940釋放二氧化碳。通過電源擬4將電動(dòng)偏壓通過電路擬6提供給電極916和 918，根據(jù)化合物離解要求以及為了增加電壓以克服形成的絕緣膜的臨時(shí)需要，電源擬4可取范圍為從0. IVDC至約3VDC。通過管道輸送氫氣以便通過沿著或多或少成圓錐形的表面 925行進(jìn)而收集和輸送給隔板904，圓錐形的表面925可以根據(jù)期望的串聯(lián)/并聯(lián)變化形式為導(dǎo)電的表面或者如圖所示由絕緣體930包含和支撐。在操作時(shí)，水溶液在分布器環(huán)隙922中混合并且向上行進(jìn)以提供過程反應(yīng)物和養(yǎng)分給寄宿在包住且基本將這些顆粒保持為靠近電極916和/或918的活性碳布和/或顆粒 940和942和/或?qū)щ姎种械奈⑸??？梢蕴砑虞^小的粒子和絲來滲入遍及電解器系統(tǒng)中的位置，從而增強(qiáng)電荷導(dǎo)電性、酶和催化功能，包括之前公開的那些功能。隔板902可以為反滲透膜或陽離子或陰離子交互膜，或者隔板902可以根據(jù)圖2、圖3、圖4或圖5中所示的實(shí)施方案來構(gòu)造，在一些實(shí)例中，如果期望提供各種水溶液循環(huán)路徑和/或在不同壓力處或通過氫氣和二氧化碳之間的壓力差生成氫氣和二氧化碳，這些隔板可以彼此相結(jié)合使用。類似地，如果電極916以及相鄰的氈和/或介質(zhì)940作為電子源工作而由從通過氣體生成提升、對(duì)流或通過如圖所示泵輸送的作用循環(huán)的水溶液輸送的離子生成氫氣，則可獲得多種循環(huán)選擇。在該選擇中，由于氫離子由從902和950輸送的酸生成或者通過寄宿在通過電極918電偏壓為與電極916相反的纖維性或粒狀介質(zhì)942和相關(guān)的氈材料中的微生物生成，釋放出二氧化碳，如圖所示。如果通過電極918供給電子而生成氫氣，則得到另一示例性選擇，氫氣由絕緣體930收集以輸送給氣體收集器904，如圖所示。在該實(shí)例中，在二氧化碳被釋放時(shí)，電極916和與其電性關(guān)聯(lián)的介質(zhì)為電子收集器，從而在流體電路中提供泵送，顯示為二氧化碳被輸送經(jīng)過絕緣體930到達(dá)收集器906，如圖所示。參照?qǐng)D7，系統(tǒng)900可用于將諸如由光合作用產(chǎn)生的那些有機(jī)原料轉(zhuǎn)換成甲烷、氫氣和/或二氧化碳，和/或通過微生物生成。根據(jù)寄體的微生物，通常包括諸如醋酸和丁酸的酸以及諸如尿素的化合物的水溶液在電解器914中分解。電解器914提供充足電壓的電流以由這些化合物和酸生成氫氣并且可以提供作為消化器和電解器的操作，或者可以在厭氧消化器(未顯示)內(nèi)操作，或者可以在如圖所示的914內(nèi)使用由厭氧消化生成的水溶液。 這樣的操作尤其用于轉(zhuǎn)換來自社區(qū)和/或工業(yè)區(qū)的有機(jī)廢料，目的是為了為社區(qū)提供用于制造碳增強(qiáng)耐用商品的燃料和原料。盡管已經(jīng)針對(duì)具體實(shí)施方案和實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解的是，在不偏離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行變型和改進(jìn)。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種電解槽，包括 盛裝容器；第一電極； 第二電極；與所述第一電極和所述第二電極電連通的電流源； 與所述第一電極和所述第二電極流體連通的電解液；氣體，其中所述氣體在電解過程中形成在所述第一電極處或所述第一電極的附近；以及隔板；其中，所述隔板包括所述第一電極，并且所述第一電極包括接近所述電流源的第一導(dǎo)電材料和遠(yuǎn)離所述電流源的介電材料，以通過基本上分離電子轉(zhuǎn)移和成核的位置來控制所述氣體成核的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的電解槽，其中，所述第一電極進(jìn)一步包括接近所述介電材料并且遠(yuǎn)離所述電流源的第二導(dǎo)電材料。
3.如權(quán)利要求2所述的電解槽，其中，所述介電材料包括細(xì)絲。
4.如權(quán)利要求3所述的電解槽，其中，所述介電材料包括摻雜的半導(dǎo)體。
5.如權(quán)利要求3所述的電解槽，其中，所述介電材料包括碳、硅、碳或硅的氮化物、或碳化物。
6.如權(quán)利要求2所述的電解槽，其中，所述隔板進(jìn)一步包括微生物，并且其中所述隔板基本上使所述微生物保持在期望的位置。
7.一種電解槽，包括 盛裝容器；第一電極； 第二電極；與所述第一電極和所述第二電極電連通的電流源； 與所述第一電極和所述第二電極流體連通的電解液；氣體，其中，所述氣體在電解期間形成在所述第一電極處或所述第一電極的附近；以及隔板；其中，所述第一電極構(gòu)造為通過基本上分離電子轉(zhuǎn)移和成核的位置來控制所述氣體成核的位置。
8.如權(quán)利要求7所述的電解槽，其中，所述第一電極包括輪廓處理以提供增加的表面積。
9.如權(quán)利要求8所述的電解槽，其中，所述輪廓處理包括噴砂、滾花或使用催化成核劑電鍍。
10.如權(quán)利要求8所述的電解槽，其中，所述輪廓處理包括輪廓增強(qiáng)。
11.如權(quán)利要求10所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)物包括細(xì)絲。
12.如權(quán)利要求10所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)物包括金屬。
13.如權(quán)利要求10所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)物包括摻雜的半導(dǎo)體。
14.如權(quán)利要求10所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)物包括碳、硅、碳或硅的氮化物、或碳化物。
15.如權(quán)利要求7所述的電解槽，其中，所述隔板包括所述第一電極，并且所述第一電極包括接近所述電流源的第一導(dǎo)電材料和遠(yuǎn)離所述電流源的介電材料。
16.如權(quán)利要求15所述的電解槽，其中，所述第一電極進(jìn)一步包括接近所述介電材料并且遠(yuǎn)離所述電流源的第二導(dǎo)電材料。
17.如權(quán)利要求7所述的電解槽，其中，所述隔板包括所述第一電極。
18.如權(quán)利要求17所述的電解槽，其中，所述隔板進(jìn)一步包括微生物，并且其中所述隔板基本上使所述微生物保持在期望的位置。
19.一種電解槽，包括盛裝容器；第一電極；第二電極；與所述第一電極和所述第二電極電連通的電流源；與所述第一電極和所述第二電極流體連通的電解液；氣體，其中，所述氣體在電解期間形成在所述第一電極處或所述第一電極的附近；以及隔板；其中所述第一電極包括輪廓增強(qiáng)以通過基本上分離電子轉(zhuǎn)移和成核的位置來控制所述氣體成核的位置。
20.如權(quán)利要求19所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)增加所述第一電極的表面積。
21.如權(quán)利要求20所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)物包括細(xì)絲。
22.如權(quán)利要求21所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)物包括金屬。
23.如權(quán)利要求21所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)物包括摻雜的半導(dǎo)體。
24.如權(quán)利要求21所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)物包括碳、硅、碳或硅的氮化物、 或碳化物。
25.如權(quán)利要求19所述的電解槽，其中，所述隔板包括所述第一電極，并且所述輪廓增強(qiáng)物包括接近所述電流源的第一導(dǎo)電材料和遠(yuǎn)離所述電流源的介電材料。
26.如權(quán)利要求25所述的電解槽，其中，所述輪廓增強(qiáng)物進(jìn)一步包括接近所述介電材料并且遠(yuǎn)離所述電流源的第二導(dǎo)電材料。
27.如權(quán)利要求19所述的電解槽，其中，所述隔板包括所述第一電極。
28.如權(quán)利要求27所述的電解槽，其中，所述隔板進(jìn)一步包括微生物，并且其中所述隔板基本上使所述微生物保持在期望的位置。
全文摘要
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種電解槽，包括盛裝容器；第一電極；第二電極；與第一電極和第二電極電連通的電流源；與第一電極和第二電極流體連通的電解液；氣體，其中所述氣體在電解過程中形成在所述第一電極處或所述第一電極的附近；以及隔板；其中第一電極構(gòu)造為通過基本上分離電子轉(zhuǎn)移和成核的位置來控制氣體成核的位置。
文檔編號(hào)H01M8/16GK102396093SQ201080017030
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者羅伊E.麥卡利斯特 申請(qǐng)人:麥卡利斯特技術(shù)有限責(zé)任公司