專利名稱：用于產(chǎn)生電力的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在其某些實(shí)施例中涉及能量轉(zhuǎn)換，且更明確地但非排他性地涉及用于產(chǎn)生電力的裝置及方法。
背景技術(shù)：
能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)接收一種形式的能量并將其轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。例如熱電轉(zhuǎn)換器接收熱能并產(chǎn)生電力。一種類型的熱電轉(zhuǎn)換器采用塞貝克熱電效應(yīng)(Seebeck thermoelectric effect)，根據(jù)該效應(yīng)電流是在相異導(dǎo)電材料的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生?；趉ebeck的熱電產(chǎn)生器通常被用作還被稱為熱電偶的溫度傳感器，但是還已試圖使用熱電產(chǎn)生器來給電子電路供電(例如參見國際專利公開第WO 07/149185號)。另一種類型的熱能轉(zhuǎn)換器是采用熱離子發(fā)射效應(yīng)的熱離子轉(zhuǎn)換器，根據(jù)該效應(yīng)在充分高的溫度下可自固體表面發(fā)射出電子。熱離子轉(zhuǎn)換器通常包括熱體及冷體且熱梯度為至少幾百攝氏度。為了發(fā)生熱離子發(fā)射效應(yīng)，使該熱體保持在充分高的溫度(通常大于 IOOO0C )下。電子自該熱體的表面發(fā)射且與該冷體的表面碰撞，由此產(chǎn)生跨越所述表面之間的空隙的電壓。熱離子轉(zhuǎn)換器的說明可在美國專利第7，109，408號中找到。該熱離子轉(zhuǎn)換器的操作原理不同于熱電產(chǎn)生器的操作原理。一個(gè)差異在于跨越該裝置的電荷傳輸?shù)男再|(zhì)。在熱離子轉(zhuǎn)換器中，電荷傳輸是通過自由電子的運(yùn)動(dòng)而管控的，而在熱電產(chǎn)生器中，電荷傳輸是通過處于物理接觸的導(dǎo)體中的電子及空穴的擴(kuò)散而管控的。附加類型的熱轉(zhuǎn)換器為采用量子力學(xué)隧穿效應(yīng)的熱隧穿轉(zhuǎn)換器，根據(jù)該效應(yīng)粒子可穿透高于其動(dòng)能的勢壘。熱隧穿轉(zhuǎn)換器包括熱表面及冷表面，且通常在真空中操作。使所述表面保持充分地彼此接近以便允許電子通過隧穿自熱表面移動(dòng)至冷表面。熱隧穿轉(zhuǎn)換器的說明在美國專利第3，169，200號及第6，876，123號中找到。合并所述熱離子及熱隧穿原理的混合能量轉(zhuǎn)換器在美國專利第6，489，704號中公開。還感興趣的是J. M. Dudley 在 hfinite Energy Magazine 66 (2006) 21 中發(fā)表的名禾爾為“Maxwell’ s Pressure Demon and the Second Law of Thermodynamics，，的論文。Dudley描述一種包括一對鋁板的裝置，其中在所述鋁板之間有兩個(gè)玻璃纖維篩網(wǎng) (screen)且在所述玻璃纖維篩網(wǎng)之間有銅箔。Dudley聲稱當(dāng)在所述鋁板上施加壓力時(shí)增加跨越該裝置的電壓降。Dudley試圖不考慮環(huán)境濕度以便排除或減少電化學(xué)反應(yīng)的影響并認(rèn)定該電壓降起因于隧穿效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的某些實(shí)施例涉及用于產(chǎn)生電力的裝置，其自氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)取得能量。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，該裝置包括一對隔開的由不同材料制成的表面、及位于所述表面之間的氣體介質(zhì)。每個(gè)該表面對及中間的氣體在文中可稱為電池。氣體分子在該對的第一表面處變成帶電且通過熱運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)至該對的第二表面以將凈電荷自該對的第一表面轉(zhuǎn)移至該對的第二表面。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，整個(gè)系統(tǒng)是在環(huán)境或接近環(huán)境溫度下操作。不想受任何特定理論束縛，據(jù)信在所述表面之間的電荷的傳輸受兩種機(jī)制之間的相互作用的影響。第一機(jī)制為該氣體介質(zhì)與熱源(其可以是環(huán)境)之間的熱交換。第二機(jī)制為氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移，其在下文中被進(jìn)一步詳述且在隨后的示例章節(jié)中被例證。該熱交換維持氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)，且該氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移維持兩個(gè)表面之間的電位差。由于其熱能，充分快的氣體分子可將電荷自一個(gè)表面?zhèn)鬏斨亮硪槐砻?。由于所述氣體分子與表面之間的相互作用，所以可發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。如在下文中所述，該相互作用可為瞬時(shí)的(例如經(jīng)由彈性或非彈性碰撞過程)或持久的(例如經(jīng)由吸附-解吸附過程)。當(dāng)氣體分子與該第一表面相互作用時(shí)，該第一表面可例如通過將電子轉(zhuǎn)移至該氣體分子或自該氣體分子轉(zhuǎn)移電子而使該分子帶電。當(dāng)帶電的氣體分子與該第二表面相互作用時(shí)，該第二表面可自帶電的氣體分子接收過量電荷。因此，該第一表面用作電荷施體 (donor)表面且該第二表面作為電荷受體(receiver)表面，或反之亦然?？蛇x地在沒有任何外部施加的電壓的情況下，轉(zhuǎn)移的電荷在所述表面之間產(chǎn)生電位差，且可用以產(chǎn)生電流。據(jù)信作為由于氣體分子在跨越該空隙傳輸電荷時(shí)作功(克服其像電荷的吸引力) 而減慢的結(jié)果，該氣體冷卻。為了提供穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，優(yōu)選地例如自環(huán)境將熱能轉(zhuǎn)移至該氣體。由于所述表面之間的電位差是通過用作電荷傳輸器的分子自一個(gè)表面至另一表面的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，所以不需要維持所述表面之間的溫度梯度。因此，這兩個(gè)表面可在彼此的50°C內(nèi)或在10°C內(nèi)或在1°C內(nèi)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述表面的以開爾文溫標(biāo) (Kelvin scale)表示的溫差小于5%或小于3%或小于2%，例如1%或更小。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，這兩個(gè)表面可基本上處于相同溫度下。雖然就該電池或裝置的操作而言不需要極端的溫度條件，但是能夠成為高效電荷傳輸器的高速氣體分子的比例隨溫度而增加。因此，預(yù)期任何特定電池或裝置的效率在其操作范圍內(nèi)隨溫度的增加而增加。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，這兩個(gè)表面處于在400°C以下或在 200°C以下或在100°C以下或在50°C以下的溫度下。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，這兩個(gè)表面是處于小于30°C且大于15°C的溫度下，例如處于室溫(例如約25°C)或在其附近。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，這兩個(gè)表面處于小于15°C且大于0°C的溫度下，且在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，這兩個(gè)表面處于小于0°C的溫度下。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，該第一表面將特定極性的電荷轉(zhuǎn)移至氣體介質(zhì)的能力不同于該第二表面將電荷轉(zhuǎn)移至氣體介質(zhì)的能力。該配置允許所述氣體分子在與表面之一相互作用時(shí)獲得電荷且在與另一表面相互作用時(shí)失去電荷。當(dāng)所述表面經(jīng)由電觸點(diǎn)而連接到外部電力負(fù)載時(shí)，電流通過該負(fù)載自更可能使氣體介質(zhì)失去負(fù)電荷的表面流至更可能自氣體介質(zhì)得到負(fù)電荷的表面。理解的是，為了提供高效的電荷轉(zhuǎn)移，大量的帶電分子應(yīng)該自該第一表面行進(jìn)至第二表面。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述表面之間的距離足夠小，使得符合本條件。充分小的空隙減少分子間的碰撞數(shù)并降低通過該帶電分子而產(chǎn)生的像電荷勢壘，因此增加充分快的分子離開第一表面的附近以成功越過該空隙且不會(huì)與其它氣體分子碰撞并將電荷移至該第二表面的可能性。優(yōu)選地，所述表面之間的空隙大約為所述氣體分子的平均自由程。一般而言，期望的是，所述表面之間的距離為在操作的溫度及壓力下所述分子的平均自由程的小于10倍且優(yōu)選地小于5倍、2倍或者某個(gè)更小或中間倍數(shù)。其理想地應(yīng)該是一個(gè)平均自由程或更小。一般而言，期望的是，所述表面之間的距離小于1000納米(nm)、更優(yōu)選地小于100納米、更優(yōu)選地小于10納米、且理想地(但不必)小于2納米。不管上述理論的正確性，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在特定環(huán)境下，電流及電壓可通過系統(tǒng)的兩個(gè)元件之間的氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生，其中除了經(jīng)由所述氣體分子的熱能外未將能量輸入到該系統(tǒng)?？蓪?shù)個(gè)該電池布置在一起以形成電源裝置。在本實(shí)施例中，將所述電池布置于其中以便允許電流在以串聯(lián)布置的相鄰電池之間流動(dòng)。該電池優(yōu)選地串聯(lián)及/或并聯(lián)布置，其中與單一電池相比該串聯(lián)布置提供增加的電壓輸出且該并聯(lián)布置提供增加的電流。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供用于將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的電池裝置。該電池裝置包括第一表面及第二表面，其中在所述表面之間有空隙；以及位于所述表面之間的具有處于熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子的氣體介質(zhì)；該第一表面可用來將電荷轉(zhuǎn)移至與該第一表面相互作用的氣體分子，且該第二表面可用來自與該第二表面相互作用的氣體分子接收該電荷；其中在不存在外部施加的電壓的情況下所述表面之間的電位差通過該電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供用于將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的電池裝置。該電池裝置包括第一表面及第二表面，其中在所述表面之間有空隙；以及位于所述表面之間的具有處于熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子的氣體介質(zhì)；該第一表面可用來將電荷轉(zhuǎn)移至與該第一表面相互作用的氣體分子，且該第二表面可用來自與該第二表面相互作用的氣體分子接收該電荷；其中該空隙小于1000納米。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供用于將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的電池裝置。該電池裝置包括第一表面及第二表面，其中在所述表面之間有空隙；以及位于所述表面之間的具有處于熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子的氣體介質(zhì)；該第一表面可用來將電荷轉(zhuǎn)移至與該第一表面相互作用的氣體分子，且該第二表面可用來自與該第二表面相互作用的氣體分子接收該電荷；其中該第一表面與第二表面在彼此的50°C內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供用于將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的電池裝置。該電池裝置包括第一表面及第二表面，其中在所述表面之間有空隙；以及位于所述表面之間的具有處于熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子的氣體介質(zhì)；該第一表面可用來將電荷轉(zhuǎn)移至與該第一表面相互作用的氣體分子，且該第二表面可用來自與該第二表面相互作用的氣體分子接收該電荷；其中該第一表面與第二表面處于小于200°C的溫度下。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第一表面具有正電荷可轉(zhuǎn)移性，而該第二表面具有負(fù)電荷可轉(zhuǎn)移性。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供用于產(chǎn)生電力的電池裝置。該電池裝置包括 與第一電觸點(diǎn)電連通(communication)的第一表面；與第二電觸點(diǎn)電連通且在該第一表面的50°C內(nèi)的第二表面；以及位于所述表面之間的空隙內(nèi)的氣體介質(zhì)；其中該第一表面具有正電荷可轉(zhuǎn)移性，且其中所述電觸點(diǎn)可連接至負(fù)載以使負(fù)載電流自第一表面流經(jīng)該負(fù)載到
第一表面。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，至少一個(gè)表面為導(dǎo)電襯底的表面。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，至少一個(gè)表面為具有小于10_9S/m的導(dǎo)電率的襯底的表面。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供電源裝置。該電源裝置包括多個(gè)如文中所述的電池裝置，其中至少一對相鄰電池裝置通過導(dǎo)體而互連，使得電流通過該導(dǎo)體自該對的第一裝置的第二表面流至該對的第二裝置的第一表面。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述相鄰電池裝置對是以串聯(lián)及并聯(lián)布置而布置的， 使得該電源裝置的電流大于任何單一電池的電流且使得該電源裝置的電壓大于任何一個(gè)電池裝置的電壓。 根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供電源裝置。該電源裝置包括第一導(dǎo)電電極及第二導(dǎo)電電極；在所述電極之間的第一電池裝置堆(stack)及第二電池裝置堆，每個(gè)電池裝置如文中所述；其中在每個(gè)堆中，該堆的每個(gè)相鄰電池裝置對通過導(dǎo)體而互連，使得電流通過該導(dǎo)體自該對的第一電池裝置的第二表面流至該對的第二電池裝置的第一表面；且其中該第一堆及第二堆自第一電極將電荷輸送至第二電極。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該導(dǎo)體為具有兩側(cè)的導(dǎo)電襯底，該襯底的一側(cè)構(gòu)成一個(gè)電池裝置的表面，而相對側(cè)構(gòu)成相鄰電池裝置的表面。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該導(dǎo)體為涂覆有導(dǎo)電材料的襯底，使得在該襯底的第一側(cè)與該襯底的第二側(cè)之間產(chǎn)生導(dǎo)電性，其中該導(dǎo)體為具有兩側(cè)的導(dǎo)電襯底，該襯底的一側(cè)構(gòu)成一個(gè)電池裝置的表面，而相對側(cè)構(gòu)成相鄰電池裝置的表面。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述電池的表面以有序或隨機(jī)方式彼此重疊，使得單一襯底的表面是部分由至少兩電池共享。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的方法。該方法包括 提供第一表面及第二表面，其中在所述表面之間有空隙；使氣體介質(zhì)的分子與該第一表面相互作用以將電荷轉(zhuǎn)移至至少一些所述氣體分子；并使一部分所述氣體分子與第二表面相互作用以便自至少一些所述氣體分子將該電荷轉(zhuǎn)移至第二表面，由此在所述表面之間產(chǎn)生電位差；其中該空隙小于1000納米。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的方法。該方法包括 提供第一表面及第二表面，其中在所述表面之間有空隙；使氣體介質(zhì)的分子與該第一表面相互作用以便將電荷轉(zhuǎn)移至至少一些所述氣體分子；并使一部分所述氣體分子與第二表面相互作用以便自至少一些所述氣體分子將該電荷轉(zhuǎn)移至第二表面，由此在所述表面之間產(chǎn)生電位差；其中該第一表面及第二表面在彼此的50°C內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的方法。該方法包括 提供第一表面及第二表面，其中在所述表面之間有空隙；使氣體介質(zhì)的分子與該第一表面相互作用以便將電荷轉(zhuǎn)移至至少一些所述氣體分子；并使一部分所述氣體分子與第二表面相互作用以便自至少一些所述氣體分子將該電荷轉(zhuǎn)移至第二表面，由此在所述表面之間產(chǎn)生電位差；其中該第一表面及第二表面處于小于200°C的溫度下。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的方法。該方法包括 提供第一表面及第二表面，其中在所述表面之間有空隙；使氣體介質(zhì)的分子與該第一表面相互作用以便將電荷轉(zhuǎn)移至至少一些所述氣體分子；并使一部分所述氣體分子與第二表面相互作用以便自至少一些所述氣體分子將該電荷轉(zhuǎn)移至第二表面，由此在所述表面之間產(chǎn)生電位差；其中所述表面之間的電位差在不存在外部施加的電壓的情況下通過該電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，表面之一使所述氣體分子帶電且另一表面中和 (neutralize)所述帶電的氣體分子。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，這兩個(gè)表面都使氣體分子帶電，一個(gè)表明使氣體分子帶正電，而另一表面使氣體分子帶負(fù)電。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述表面之間的任何電壓在不存在外部施加的電壓的情況下通過該電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該裝置進(jìn)一步包括用于防止該氣體介質(zhì)泄露的密封外
tJXi O根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該密封外殼內(nèi)的壓力高于環(huán)境壓力。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該密封外殼內(nèi)的壓力低于環(huán)境壓力。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該密封外殼內(nèi)的壓力高于1. 1個(gè)大氣壓。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該密封外殼內(nèi)的壓力高于2個(gè)大氣壓。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該空隙小于1000納米或小于100納米或小于10納米或小于5納米或小于2納米。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第一表面與第二表面在彼此的50°C內(nèi)或在10°C內(nèi)或在rc內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第一表面與第二表面處于小于200°C或小于100°C 或小于50°C的溫度下。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第一表面與第二表面基本上是平滑的且通過隔片 (spacer)而隔開。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該空隙通過自所述表面中的至少一個(gè)向外突起的粗糙特征而維持。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述表面中的至少一個(gè)包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的磁性或非磁性物質(zhì)金屬、半金屬、合金、本征或摻雜、無機(jī)或有機(jī)半導(dǎo)體、介電材料、層狀材料、本征或摻雜聚合物、導(dǎo)電聚合物、陶瓷、氧化物、金屬氧化物、鹽、冠醚、有機(jī)分子、季銨化合物、金屬陶瓷、及玻璃與硅酸鹽化合物。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述表面每個(gè)都獨(dú)立地包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的磁性或非磁性物質(zhì)鋁、鎘、鉻、鈷、銅、釓、金、石墨、石墨烯(graphene)、鉿、鐵、 鉛、鎂、錳、鉬、鈀、鉬、鎳、銀、鉭、錫、鈦、鎢、鋅；銻、砷、鉍；氧化石墨、氧化硅、氧化鋁、二氧化錳、氧化鎳錳、二氧化鎢、三氧化鎢、氧化錫銦、氧化鈣、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化鍶、 氧化銅鋇鈣釔；黃銅、青銅、鋁鋼(duralumin)、殷鋼(invar)、鋼、不銹鋼；硫化鋇、硫化鈣； 本征或摻雜硅晶圓、鍺、硅、砷化鎵鋁、硒化鎘、砷化錳鎵、碲化鋅、磷化銦、砷化鎵及聚乙炔； MAC0R\氮化鋁、氮化硼、氮化鈦、六硼化鑭；碳化鉿、碳化鈦、碳化鋯、碳化鎢；鈦酸鋇、氟化鈣、鈣鹽、稀土鹽、鋯鹽、錳鹽、鉛鹽、鈷鹽、鋅鹽；硅化鉻、Cr3Si-SiO2, Cr3C2-Ni、TiN-Mo ；玻璃及金云母(phlogopite mica)、苯胺黑(nigrosine)、石油磺酸鈉(sodium petronate)、聚乙烯亞胺、馬拉加膠(gum malaga) ,0L0A 1200、卵磷脂、基于本征及摻雜的硝酸纖維素的聚合物、基于聚氯乙烯的聚合物、及丙烯酸樹脂。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述表面包括至少一個(gè)獨(dú)立地選自由以下所組成的群組的物質(zhì)鋁、鉻、釓、金、鎂、鉬、不銹鋼、硅石、二氧化錳、氧化鎳錳、三氧化鎢、經(jīng)還原的氧化石墨、石墨、石黑烯、硅化鉻硅石、氟化銫、H0PG、碳酸鈣、氯酸鎂、玻璃、金云母、氮化鋁、氮化硼、玻璃陶瓷、摻雜硝酸纖維素、經(jīng)硼摻雜的硅晶圓、及經(jīng)磷摻雜的硅晶圓。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第一表面及第二表面中的每一個(gè)通過石墨烯襯底而支撐。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第一表面及第二表面中的每一個(gè)通過石墨襯底而支撐。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第一表面及第二表面中的每一個(gè)是改性石墨或石墨烯襯底。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第一表面及第二表面中的一個(gè)是改性石墨或石墨烯襯底，而另一個(gè)為未改性石墨或石墨烯襯底。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第一表面包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的物質(zhì)金、鎂、氟化銫、H0PG、碳酸鈣、鋁、鉻、釓、鉬、不銹鋼、硅石、金云母、二氧化錳、氧化鎳錳、三氧化鎢、經(jīng)還原的氧化石墨、石墨、石墨烯、硅化鉻硅石、經(jīng)硼摻雜的硅晶圓、經(jīng)磷摻雜的硅晶圓、及氮化硼。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該第二表面包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的物質(zhì)金、氯酸鎂、鋁、玻璃陶瓷、摻雜硝酸纖維素、玻璃、硅石、氮化鋁、及經(jīng)磷摻雜的硅晶圓。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該氣體介質(zhì)包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的元素商素、氮、硫、氧、含氫的氣體、惰性氣體、堿性氣體及稀有氣體。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該氣體介質(zhì)包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的氣體At2、Br2、C12、F2、12、WF6、PF5、SeF6、TeF6、CF4、AsF5、BF3、CH3F、C5F8、C4F8、C3F8、C3F6O、C3F6、 GeF4, C2F6, CF3COCl、C2HF5、SiF4, H2FC-CF3^ CHF3> CHF3> Ar, He、Kr、Ne、Rn, Xe、隊(duì)、NF3> NH3> NO、 NO2, N2O, SF6, SF4, SO2F2, 02、CO、CO2, H2、氘、i-C4H10, CH4, Cs、Li、Na、K、Cr、Rb 及 Yb。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該氣體介質(zhì)包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的氣體六氟化硫、氬、氦、氪、氖、氙、氮、甲烷、四氟化碳、八氟丙烷(octofluoropropane)^K 蒸汽及空氣。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該氣體介質(zhì)在裝置操作期間不被消耗。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的方面，提供一種方法，其包括提供至少一個(gè)具有第一表面及第二表面的電池裝置，其中位于所述表面之間的空隙填充有其中具有電活化粒種 (species)的液體介質(zhì)，該空隙小于50微米；在該第一表面與第二表面之間施加電壓以誘發(fā)該電活化粒種與至少一個(gè)表面的電化學(xué)或電泳相互作用，由此使該經(jīng)相互作用的表面的表面性質(zhì)改性；并排出至少一部分液體以便使該空隙減少至少50%。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，就多個(gè)電池裝置而言同時(shí)執(zhí)行該方法。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該排出使空隙減少至少90%。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，在進(jìn)行表面改性前，該第一表面及第二表面由相同材料制成，且所述電活化粒種選擇為使得在電沉積后，該第一表面的特性電荷可轉(zhuǎn)移性不同于第二表面的特性電荷可轉(zhuǎn)移性。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該相同材料為石墨烯。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該相同材料為石墨。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述電活化粒種選自由鹽及染料組成的群組。除非另有定義，文中使用的所有技術(shù)及/或科學(xué)術(shù)語具有如本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員普遍理解的相同意義。雖然可使用與文中所述的類似或相當(dāng)?shù)姆椒安牧弦詫?shí)踐或測試本發(fā)明的實(shí)施例，但是下面描述示例性方法及/或材料。如果互相抵觸，則該專利說明書(包括定義)應(yīng)該適用。此外，所述材料、方法、及示例僅用于闡明并無意成為必要性限制。


參考以下附圖及圖像，僅作為示例在文中說明本發(fā)明的某些實(shí)施例。現(xiàn)在詳細(xì)參考附圖，強(qiáng)調(diào)的是，所示的細(xì)節(jié)是作為示例且用于本發(fā)明實(shí)施例的闡明性論述的目的。關(guān)于這點(diǎn)，所述附圖所附的說明使本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見可如何實(shí)踐本發(fā)明實(shí)施例。在所述附圖中
圖IA及IB為根據(jù)本發(fā)明各種示例性實(shí)施例的用于產(chǎn)生電力的電池的圖解。圖1C-1F為圖IA的電池或其經(jīng)改性變體內(nèi)的電位的圖解。圖IC及ID示出跨越經(jīng)修改而具有相同表面的圖IA的電池的空隙的像電荷電位。圖IE及IF示出跨越圖IA的電池的空隙的電位，其中所述表面是不同的。圖IG及IH示出作為圖IA的電池內(nèi)的空隙大小的函數(shù)的勢壘(圖1G)及每表面積的電流(圖1H)。圖2A及2B為根據(jù)本發(fā)明各種示例性實(shí)施例的電源裝置的圖解。圖3為用于測量以響應(yīng)于流經(jīng)網(wǎng)孔(mesh)的氣體噴流而在目標(biāo)網(wǎng)孔與噴嘴之間所產(chǎn)生的電流表示的電荷可轉(zhuǎn)移性的、根據(jù)本發(fā)明某些示例性實(shí)施例所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備 (setup)的圖解。圖4示出在圖3中所闡明的設(shè)備中所測量的、各種材料的尖峰電流。圖5示出在存在各種氣體時(shí)各種材料的開爾文探針測量值。圖6為用于通過氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流的、根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的圖解，其中所述表面處于非直接或間接接觸。圖7A-7C為在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例使用圖6中所闡明的實(shí)驗(yàn)設(shè)備所執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)期間所獲得的典型示波器輸出。圖8為根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的用于功函數(shù)修改的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的圖解。圖9為根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的用于分析用作隔片的幾種非導(dǎo)電材料的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的圖解。圖10示出根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例使用圖9中所闡明的實(shí)驗(yàn)設(shè)備而被研究用作隔片的幾種材料的放電圖。圖11為用于通過氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流的根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的圖解，其中所述表面通過凸凹不平或隔片而處于直接或間接接觸。圖12示出在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例使用圖11中所闡明的實(shí)驗(yàn)設(shè)備所執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)期間針對幾種氣壓而測量的、作為時(shí)間的函數(shù)的電流。箭頭指示氣壓的變化。圖13為示出在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)中所測量的、用于在特定設(shè)備中獲得最大電流的閾值壓力的圖。所述壓力呈現(xiàn)為該氣體分子的直徑平方的倒數(shù)(reciprocal diameter square)白勺Ml數(shù)。圖14示出在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例使用圖11中所闡明的實(shí)驗(yàn)設(shè)備所執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)期間針對幾種溫度所測量的、作為時(shí)間的函數(shù)的電流。圖15示出在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所執(zhí)行的8次實(shí)驗(yàn)操作(experiment run)中所測量的、作為溫度的函數(shù)的電流。圖16示出在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過數(shù)分鐘(底橫坐標(biāo))后跨越單對表面(連續(xù)線)或經(jīng)過數(shù)小時(shí)(頂橫坐標(biāo))后跨越表面堆(虛線)所測量的、隨時(shí)間所累積的電壓。圖17示出在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)中同時(shí)測量的、作為時(shí)間(橫坐標(biāo))的函數(shù)的電流(左縱坐標(biāo))的變化及室溫度(右縱坐標(biāo))的波動(dòng)。圖18示出在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所執(zhí)行的9次實(shí)驗(yàn)操作中所測量的、作為隔片大小的函數(shù)的在閾值壓力下的電流。圖19示出在不存在或存在隔片下根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所執(zhí)行的9次實(shí)驗(yàn)操作中所測量的、作為所述氣體分子的直徑平方的倒數(shù)的函數(shù)的、為獲得最大電流所需的閾值壓力。圖20A-20D示出在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)中所測量的、作為所施加電壓的函數(shù)的電流(圖20A及20C)及功率(圖20B及20D)。圖21示出在根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例所執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)中所測量的、作為壓力的函數(shù)的電流。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明在其某些實(shí)施例中涉及能量轉(zhuǎn)換，且更明確地但非排他性地涉及用于產(chǎn)生電力的裝置及方法。在詳細(xì)解釋本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例前，要理解本發(fā)明在其應(yīng)用上不必受限于以下說明書中所公開的及/或附圖及/或示例中所闡明的元件及/或方法的構(gòu)造及布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠有其它實(shí)施例或者以各種方式來實(shí)踐或執(zhí)行。而且，雖然本發(fā)明人認(rèn)為針對各種實(shí)施例的操作所給出的理論解釋是正確，但是所述并要求保護(hù)的裝置及方法不取決于所述理論。各種實(shí)施例不必互相排斥，因?yàn)槟承?shí)施例可與一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例合并以形成新的實(shí)施例。為了清楚起見，一些附圖中的某些元件未按比例闡明。所述附圖不要被視為藍(lán)圖規(guī)范?，F(xiàn)在參考所述附圖，圖IA闡明根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例的用于產(chǎn)生電力的裝置10(單一電池)。電池裝置10包括一對隔開的表面12及14、及位于表面12與14 之間的氣體介質(zhì)16。表面12及14分別為襯底32及34的一部分或由它們支撐。氣體分子 18將電荷自第一表面12傳輸至第二表面14。所述氣體分子的運(yùn)動(dòng)由它們的熱能而引起且由該氣體的溫度確定。該氣體的溫度通過由如下文中進(jìn)一步詳述的貯熱器20所供應(yīng)的熱能22而維持。在圖IA的圖解內(nèi)，表面12在該分子與表面12的相互作用期間將負(fù)電荷轉(zhuǎn)移至電中性分子，因此使該分子帶電有負(fù)電荷。當(dāng)該帶負(fù)電的分子抵達(dá)表面14并與其相互作用時(shí)，表面14自該分子接收負(fù)電荷以中和該分子。所述分子與表面的相互作用可為瞬時(shí)的，例如經(jīng)由彈性或非彈性碰撞過程；或持久的，例如經(jīng)由吸附-解吸附過程。如文中使用的，“吸附-解吸附過程”或“吸附-解吸附電荷轉(zhuǎn)移過程”意指其中該分子首先被表面吸附充分長的時(shí)間以使得該分子失去大量的其動(dòng)能且隨后自該表面進(jìn)行解吸附的過程，其中該吸附前的分子的凈電荷不同于該解吸附后的分子的凈電荷。在一些吸附-解吸附過程中，在該分子被吸附的時(shí)間間隔期間該分子及表面處于熱平衡。在吸附的時(shí)間期間，該分子可被視為表面的一部分。因此，在該時(shí)間間隔期間，該表面的電子波函數(shù)包括表面處的所有分子(包括被該表面所吸附的那些分子)的電子波函數(shù)。通常但不必，經(jīng)吸附的分子位于該表面的最外分子層。分子與表面之間的“瞬時(shí)過程”是指其中該氣體分子充分接近表面以允許在該表面與分子之間的電荷轉(zhuǎn)移的過程，其中該過程的時(shí)間間隔顯著短于為在該分子與表面之間達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間。典型的瞬時(shí)過程類型為碰撞。如果分子的電子波函數(shù)與表面的電子波函數(shù)之間存在至少一部分空間重疊，則氣體分子與固體表面被說成處于“碰撞”。通常，當(dāng)氣體分子的中心與固體表面的最外原子之間的距離小于10?；蛱娲匦∮?埃時(shí)，該氣體分子與固體表面被視為處于碰撞。當(dāng)碰撞前的動(dòng)能等于碰撞后的動(dòng)能時(shí)，該碰撞被說成是“彈性”，且當(dāng)碰撞前的動(dòng)能高于碰撞后的動(dòng)能時(shí)，該碰撞被說成是“非彈性”。所述分子與該表面之間的碰撞可為彈性或非彈性。雖然圖IA闡明該分子當(dāng)自表面14移動(dòng)至表面12時(shí)為中性且當(dāng)自表面12移動(dòng)至表面14時(shí)帶負(fù)電，但是情況不必如此，因?yàn)樗龇肿涌商娲禺?dāng)自表面14移動(dòng)至表面12 時(shí)帶正電且當(dāng)自表面12移動(dòng)至表面14時(shí)為中性。在任一種上述方案中，如圖IA所示，普通技術(shù)人員將明白該過程使表面12帶正電并使表面14帶負(fù)電。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述氣體分子介導(dǎo)自表面12至表面14的負(fù)電荷轉(zhuǎn)移及/或自表面14至表面12的正電荷轉(zhuǎn)移。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，自表面12至所述分子的電荷轉(zhuǎn)移、及自所述分子至表面14的電荷轉(zhuǎn)移通過轉(zhuǎn)移電子而促進(jìn)。因此，在這些實(shí)施例中，所述分子接收來自表面12的電子并將電子轉(zhuǎn)移至表面14。圖IB以圖解方式闡明其中是采用雙向電荷轉(zhuǎn)移的實(shí)施例中的裝置10。在這些實(shí)施例中，如圖IA所示，當(dāng)自表面12移動(dòng)至表面14時(shí)，所述分子帶負(fù)電，且當(dāng)自表面14移動(dòng)至表面12時(shí)帶正電。這些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為熱能轉(zhuǎn)換過程的效率較高?，F(xiàn)在將說明根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的雙向電荷轉(zhuǎn)移?？紤]剛才已接收來自表面12的負(fù)電荷且正沿著表面14的方向移動(dòng)的分子。假定該帶負(fù)電分子與表面14碰撞并與其相互作用。該碰撞過程不是瞬時(shí)的。在該分子在表面 14附近度過的時(shí)間期間，該分子可轉(zhuǎn)移單一負(fù)電荷至表面14 (或相等地自表面14接收單一正電荷)_或可轉(zhuǎn)移大于單一電荷。例如在該相互作用的第一半段期間(當(dāng)該分子接近表面14或被其吸附時(shí))，該分子可將第一負(fù)電荷轉(zhuǎn)移至表面14以變成電中性，且在該相互作用的第二半段(當(dāng)該分子退縮或自表面14解吸附時(shí))，該分子可將第二負(fù)電荷轉(zhuǎn)移至表面 14以變成帶正電。也可在表面12的附近發(fā)生互補(bǔ)性電荷轉(zhuǎn)移過程。例如在帶正電分子與表面12相互作用的第一半段期間，該分子可接收來自表面12的第一負(fù)電荷以變成電中性，且在相互作用的第二半段期間，該分子可接收來自表面12的第二負(fù)電荷以變成帶負(fù)電。當(dāng)所述分子自一個(gè)表面將電荷傳輸至另一表面時(shí)，表面12變成帶正電而表面14變成帶負(fù)電， 因此在所述表面之間產(chǎn)生電位差?？赏ㄟ^連接負(fù)載M (例如經(jīng)由電觸點(diǎn)26)至所述表面而利用該電位差。電流i通過該負(fù)載自表面12流至表面14。因此，可將裝置10并入供應(yīng)電流至電路、器具或其它負(fù)載的電源裝置中。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，所述氣體分子的動(dòng)能僅歸因于氣體的溫度。在這些實(shí)施例中，不需要額外機(jī)制(諸如外部電壓源)來維持所述氣體分子的運(yùn)動(dòng)，其完全歸因于熱能。而且，雖然該氣體與所述操作表面相互作用，但是不像燃料電池，該相互作用未含有不可逆化學(xué)反應(yīng)且氣體在該過程中未被消耗。當(dāng)裝置10達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，通過該負(fù)載的電荷量與通過所述氣體分子而轉(zhuǎn)移至相應(yīng)表面的電荷量近似相同，且，就特定負(fù)載及溫度而言，所述表面之間的電位差近似恒定。所述表面之間的小溫差即使存在，也在上述電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制中未起重大作用。表面12及14上的電荷的存在產(chǎn)生電位，其對所述將電荷自一個(gè)表面?zhèn)鬏斨亮硪槐砻娴姆肿赢a(chǎn)生勢壘。當(dāng)所述分子自它們的相應(yīng)表面彈開時(shí)，該勢壘顯示其自身作為通過表面12或14對帶相反電荷的分子施加的吸引力及對帶同樣電荷的分子施加的排斥力。在熱隔離條件下，通過在所述表面之間彈跳的分子而進(jìn)行的電荷轉(zhuǎn)移(且這樣做，克服勢壘)將持續(xù)降低氣體分子的平均動(dòng)能，導(dǎo)致將氣體介質(zhì)冷卻至所述氣體分子的動(dòng)能不再能克服勢壘的溫度。然而，由于裝置10與貯熱器20熱連通，所以熱能22持續(xù)供應(yīng)至該氣體介質(zhì)，因此再補(bǔ)充所述氣體分子的動(dòng)能。貯熱器20可以例如是在其中操作裝置 10的環(huán)境(例如自然環(huán)境)，且可通過傳導(dǎo)、對流及/或輻射而將熱能供應(yīng)至裝置10，并進(jìn)而轉(zhuǎn)移至該氣體介質(zhì)。一旦所述表面之間的電位差達(dá)到穩(wěn)態(tài)，由于電荷在所述表面累積后已積聚的電場而抑制電荷轉(zhuǎn)移。當(dāng)裝置10連接至負(fù)載M時(shí)，已累積的電荷通過負(fù)載而自所述表面?zhèn)鲗?dǎo)， 由此允許持續(xù)該電荷轉(zhuǎn)移的過程。由于流經(jīng)該負(fù)載的電流，所以在該負(fù)載處產(chǎn)生熱或其它有用功。因此，負(fù)載M使用至少部分自貯熱器20轉(zhuǎn)移至氣體介質(zhì)16的熱能以執(zhí)行有用功。一般而言，在特定非零溫度下，雖然所有氣體分子處于運(yùn)動(dòng)，但是不是所有分子具有相同速率。因此，在自帶電表面彈開后，不是所有帶電氣體分子都能夠成功地越過所述表面之間的空隙。僅通過勢壘后具有足夠動(dòng)能的分子可跨越該空隙并確保電荷轉(zhuǎn)移。較慢 (較小能量)的分子不能克服該勢壘且未參與該電荷傳輸過程。就特定熱力學(xué)條件而言，可通過統(tǒng)計(jì)力學(xué)，尤其麥克斯韋一玻爾茲曼(Maxwell-Boltzmarm)速度分布(其是描述分子在特定速度范圍內(nèi)移動(dòng)(或等同地，具有特定動(dòng)能)的概率的標(biāo)量函數(shù))，而分析氣體分子的運(yùn)動(dòng)。因此，可使用該麥克斯韋-玻爾茲曼分布來估計(jì)具有足以克服表面12與14之間的勢壘的能量的氣體分子的分?jǐn)?shù)。注意的是，就任何正動(dòng)能而言，該麥克斯韋-玻爾茲曼分布為正。因此，總是存在發(fā)現(xiàn)充分能量的分子的非零概率。在通過本發(fā)明人而執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)中，通過負(fù)載M觀測到顯著大于背景噪聲的電流信號，其表示至少一些氣體分子成功地克服該勢壘。下面描述這些實(shí)驗(yàn)。分子離開表面的方向取決于許多參數(shù)，諸如該分子抵達(dá)表面的速率(即速度及方向)、及該分子與表面之間的相互作用類型(例如參與該碰撞的表面原子的數(shù)目、位置及取向)。一旦該氣體分子以特定方向離開表面時(shí)，其行進(jìn)特定距離，直到其與表面或另一氣體分子碰撞并改變方向?yàn)橹?。氣體分子的兩個(gè)連續(xù)碰撞之間的平均距離被稱為平均自由程， 且由希臘字母λ表示。λ值取決于該分子的直徑、氣壓及溫度。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，就任一給定壓力及氣體組成而言，所述表面之間的空隙d充分小以便限制分子間的碰撞數(shù)。該配置增加充分能量的分子成功地越過該空隙而不與其它氣體分子碰撞的概率。 除降低分子間的碰撞數(shù)外，如現(xiàn)在將參考圖1C-1F所解釋，充分小的空隙也降低通過該帶電分子與所述表面之間的相互作用而產(chǎn)生的像電荷勢壘。該像電荷勢壘為兩個(gè)表面的所述像電荷電位的貢獻(xiàn)的總和。兩個(gè)表面之間的任一帶電氣體分子被吸引至兩個(gè)表圖IC闡明針對其中所述表面是相同且通過2納米的空隙而分離的情況下表面12 與14之間的像電位。電位的ζ相關(guān)性被示為曲線62并且針對其中一個(gè)電子至該氣體分子的電荷轉(zhuǎn)移以離該表面5埃(A)的距離發(fā)生的情況進(jìn)行計(jì)算。該像電位具有局部最大值64 的點(diǎn)，其大約跨越該空隙的半途，在該點(diǎn)處沒有像電荷力作用在該帶電分子上。在局部最大值64的像電荷電位以Vmax表示且其值取決于d(該空隙的大小)。圖ID闡明當(dāng)該空隙的大小d增加至10納米從而導(dǎo)致Vmax水平增加時(shí)的情況。圖 IE及IF描述當(dāng)表面12與14不相同(文中以0. 5eV的功函數(shù)的差異闡明)時(shí)跨越相同2納米及10納米示例性空隙的電位。在此情況下，該標(biāo)繪的電位對應(yīng)于像電荷電位及由于功函數(shù)差異的電位。對該帶電分子無凈力作用的局部最大值64朝具有較高功函數(shù)的表面偏移且該勢壘Vmax隨空隙大小的增加而增加。因此，當(dāng)該空隙的大小降低時(shí)，克服該勢壘(包括像電荷勢壘)所需的動(dòng)能量也降低，允許較慢的帶電分子跨越該空隙。優(yōu)選地，表面12與14之間的空隙d大約為在裝置10的操作溫度及壓力下所述氣體分子的平均自由程。例如d可小于平均自由程的10倍、更優(yōu)選地小于平均自由程的5 倍、更優(yōu)選地小于平均自由程的2倍。例如，d可以近似為平均自由程或更小。表面12與 14之間的空隙d的典型值小于或約1000納米、更優(yōu)選地小于約100納米、更優(yōu)選地小于約 10納米、更優(yōu)選地小于或約2納米?？梢圆恢挂环N方法維持表面12與14之間的分離。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，將一個(gè)或多個(gè)非導(dǎo)電性隔片觀插入在所述表面之間以維持分離。該隔片在其防止該空隙中的短路的意義上為“非導(dǎo)電的”。隔片觀的大小根據(jù)空隙的大小d而選擇。優(yōu)選地，該隔片的尺寸為所期望間隔。該隔片可以例如是任何形狀的納米結(jié)構(gòu)。在基本上與所述表面平行的平面中所述隔片的截面積優(yōu)選地基本上小于表面12與14的面積(例如，小于表面12與 14的面積的10%)，以便允許所述表面充分有效地彼此暴露。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，通過表面的向外突起的粗糙特征(這里未示出，但是為了闡明起見參見圖2B)而維持所述表面之間的分離。當(dāng)表面12與14中的至少一個(gè)表面由具不良導(dǎo)電的材料制成時(shí)，這些實(shí)施例特別有用。分子18自表面提取電荷并經(jīng)由氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)而將電荷轉(zhuǎn)移至另一表面，因此氣體分子一旦與表面相互作用時(shí)獲得或失去電荷。例如該氣體分子可通過自表面提取電子而獲得電子或通過提供電子至該表面而失去電子。可通過不止一種機(jī)制而進(jìn)行該氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移。電子轉(zhuǎn)移至分子實(shí)體可導(dǎo)致分子-電子單元，其中在該分子實(shí)體的電子與帶正電原子核之間存在特定結(jié)合能。然而，在該(短程)電子結(jié)合與(長程)庫侖排斥(Coulombic r印ulsion)之間存在互相作用，其影響該分子-電子單元的穩(wěn)定性。廣泛地說，分子-電子單元的量子力學(xué)態(tài)可為穩(wěn)定的、亞穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的。當(dāng)結(jié)合能充分高時(shí)，該量子力學(xué)態(tài)是穩(wěn)定的且該分子-電子單元被說成是離子。 就較低結(jié)合能而言，該電子僅寬松地附著至該分子且該量子力學(xué)態(tài)是亞穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的。針對電子附著尤其針對亞穩(wěn)定或不穩(wěn)定分子單元的形成的研究在以下文獻(xiàn)中找到參見，例如 Cadd 等人,“Electron attachment to molecules and its use for molecular spectroscopy", Acta Chim. Slov. 51 (2004) 11-21; R. A. Kennedy and C. A. Mayhew, "A study of low energy electron attachment to trifluoromethyl sulphur pentafluoride, SF5CF3: atmospheric implications”，International Journal of Mass Spectrometry 206 (2001) i-iv； Xue-Bin Wang and Lai-Sheng Wang, “Observation of negative electron-binding energy in a molecule，，， Letters to Nature 400 (1999) 245-248 ο本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)由于該分子-電子量子力學(xué)態(tài)的壽命通常比該分子-電子單元越過所述表面之間的空隙所需的平均時(shí)間更長，具有寬松附著電子的分子-電子單元可將電子自表面12傳輸至表面14。預(yù)期所述表面之間的電荷轉(zhuǎn)移主要是經(jīng)由在亞穩(wěn)定或不穩(wěn)定量子力學(xué)態(tài)下的分子-電子單元。然而，不排除經(jīng)由電離分子的電荷轉(zhuǎn)移。在本發(fā)明的構(gòu)思及付諸實(shí)施期間，已預(yù)期電子與所述氣體分子或表面的附著并自所述氣體分子或表面的分離可通過與摩電效應(yīng)類似或有關(guān)的氣體介導(dǎo)機(jī)制而進(jìn)行。該摩電效應(yīng)(也稱為“接觸帶電”或“摩擦電力”)為兩個(gè)一起摩擦或關(guān)于彼此相對運(yùn)動(dòng)的不同對象的帶電以及電子自一個(gè)對象至另一對象的剪切。可輕易地以絲及玻璃說明該帶電效應(yīng)。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)并相信似摩電效應(yīng)也可通過氣體而介導(dǎo)。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，一旦例如經(jīng)由如上文進(jìn)一步詳述的吸附-解吸附或碰撞過程而接觸該表面時(shí)，所述分子獲得或失去電子。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的在所述表面之間所進(jìn)行的氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移是在基本上在400°C以下或在200°C以下或在100°C以下或在50°C以下的溫度下發(fā)生。然而在某些實(shí)施例中，該氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移也在高于400°C的溫度下發(fā)生。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，這兩個(gè)表面處于小于30°C并大于15°C的溫度下，例如處于室溫(例如約25°C)下或在其附近。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，這兩個(gè)表面處于小于15°C且大于0°C的溫度下，且在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，這兩個(gè)表面處于小于0°C的溫度下。由于所述表面之間的電位差通過用作自一個(gè)表面至另一表面的電荷傳輸器的分子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，所以不需要維持該表面之間的溫度梯度。因此，這兩個(gè)表面可處于基本上相同的溫度下。這不像傳統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換器，其中相對于收集電極，使發(fā)射電極保持在高溫下并通過塞貝克效應(yīng)而維持電子流經(jīng)該電負(fù)載。在這種傳統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換器中，沒有用作電荷傳輸器的氣體分子。相反，所述熱電子自熱發(fā)射電極直接流至冷收集電極。表面12及14可具有任何類型。通常如圖IA及IB中所闡明，所述表面為平面，但是也預(yù)期非平面配置。表面12及14通常由不同材料制成或是相同材料的表面改性以便允許氣體分子經(jīng)由該氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)而當(dāng)接觸表面12時(shí)獲得負(fù)電荷(例如通過獲得電子)及/或當(dāng)接觸表面14時(shí)獲得正電荷(例如通過失去電子)。本實(shí)施例的氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移歸因于該電荷可轉(zhuǎn)移性。如文中使用的“電荷可轉(zhuǎn)移性，，意指表面將電荷轉(zhuǎn)移至所述氣體分子或自所述氣體分子接收電荷的能力、或替代地氣體分子將電荷轉(zhuǎn)移至該表面或自該表面接收電荷的能力。該電荷可轉(zhuǎn)移性由所述表面或氣體分子的性質(zhì)確定且也可取決于溫度。電荷可轉(zhuǎn)移性描述該特定表面與特定氣體分子之間的相互作用并反映通過該相互作用而導(dǎo)致的電荷轉(zhuǎn)移的可能性、電荷轉(zhuǎn)移的程度以及電荷轉(zhuǎn)移的極性。在本文件中，當(dāng)該氣體分子使表面帶正電時(shí)，該表面被說成具有正電荷可轉(zhuǎn)移性，且當(dāng)該氣體分子使表面帶負(fù)電時(shí)，該表面被說成具有負(fù)電荷可轉(zhuǎn)移性。例如，具有正電荷可轉(zhuǎn)移性的表面為可以失去電子給氣體分子以中和該氣體分子或形成分子-電子單元的表面。具有負(fù)電荷可轉(zhuǎn)移性的表面為自中性氣體分子或分子-電子單元接收電子的表面。電荷可轉(zhuǎn)移性取決于這兩個(gè)表面及參與該電荷轉(zhuǎn)移的氣體。電荷可轉(zhuǎn)移性也可取決于溫度，因?yàn)闇囟扔绊懰鰵怏w分子的動(dòng)能以及許多材料性質(zhì)，諸如能隙、熱膨脹、導(dǎo)電率、功函數(shù)等。數(shù)量上，以Θ表示的電荷可轉(zhuǎn)移性可以能量單位表示。例如正電荷可轉(zhuǎn)移性可定義為 =Esmin，其中Esmin為自該表面移除電子并使其附著于中性氣體分子所需的最低能量，而負(fù)電荷可轉(zhuǎn)移性可定義為 =-EMmin，其中Esfmin為自中性氣體分子移除電子并將其轉(zhuǎn)移至該表面所需的最低能量。明白的是，當(dāng)Θ以如上文定義的能量單位表示時(shí)，其值在某些情況下不必等于用于將該電荷轉(zhuǎn)移至中性分子所需的能量，因?yàn)楫?dāng)已經(jīng)使所述分子及/或表面帶電時(shí)，也可發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。因此，如現(xiàn)在將更詳細(xì)解釋，為自該氣體分子移除電子并使電子與該表面結(jié)合所需的能量可高于或低于EMmin，且為自表面移除電子并使電子附著于該氣體分子所需的能量可高于或低于Esmin。當(dāng)氣體分子帶正電時(shí)，在該分子與電子之間存在庫侖吸引力。因此，在自該表面移除電子并使電子附著于該帶正電的分子時(shí)所作的功可小于Esmin，因?yàn)樵摲肿颖阌谠摳街饔谩Ａ硪环矫?，在自該帶正電的分子移除電子并將電子轉(zhuǎn)移至該表面時(shí)所作的功可高于 EMmin，因?yàn)閹д姷姆肿硬槐阌陔娮訌闹械姆蛛x。當(dāng)氣體分子帶負(fù)電時(shí)，該情況被逆轉(zhuǎn)。尤其在其中電子是寬松地附著于該分子的情況下，在自該帶負(fù)電的分子移除電子并將電子轉(zhuǎn)移至該表面時(shí)所作的功可低于EMmin。這是因?yàn)閷捤蛇B接的電子的結(jié)合能低于中性分子的價(jià)電子的結(jié)合能。在自該表面移除電子并將電子附著于帶負(fù)電的分子時(shí)所作的功可高于Esmin，這是由于該電子與分子的庫侖排斥力所致。Esmin及EMmin取決于該固體表面以及氣體介質(zhì)的性質(zhì)。因此，描述特定固體表面與一種氣體介質(zhì)的相互作用的電荷可轉(zhuǎn)移性不必與描述相同固體表面與另一氣體介質(zhì)的相互作用的電荷可轉(zhuǎn)移性相同。就某些固體表面而言，該表面的電荷可轉(zhuǎn)移性與該表面的功函數(shù)有關(guān)。然而，這兩個(gè)量不相同。該表面的功函數(shù)定義為自該表面釋放電子(一般而言到真空)所需的最低能量，而該電荷可轉(zhuǎn)移性與為移除電荷并將該電荷附著于氣體分子所需的能量有關(guān)，且因此其是與該氣體分子的性質(zhì)以及表面的那些性質(zhì)有關(guān)。注意，在真空中具有特定功函數(shù)的固體材料可在存在氣體介質(zhì)時(shí)不同地表現(xiàn)且可在各種氣態(tài)環(huán)境中顯示不同的接觸電位差。本說明書從頭至尾且在權(quán)利要求書中，該術(shù)語電荷可轉(zhuǎn)移性描述在存在特定氣體介質(zhì)下而非在真空中特定固體表面的行為。除該功函數(shù)外，表面的電荷可轉(zhuǎn)移性也取決于其介電常數(shù)且取決于該氣體分子接收或失去電荷的能力。該氣體分子接收或失去電荷的能力受該氣體介質(zhì)的電子親和力、電離電位、電負(fù)性及電正性的影響，其因此也大致上與電荷可轉(zhuǎn)移性有關(guān)。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)一種評估測試材料的電荷可轉(zhuǎn)移性的技術(shù)。在本技術(shù)中，使用超音速氣體噴嘴以產(chǎn)生超音速氣體噴流，其指向由該測試材料制成或用該測試材料涂覆的導(dǎo)電目標(biāo)網(wǎng)孔。電流計(jì)連接在該目標(biāo)網(wǎng)孔與噴嘴之間。流經(jīng)該電流計(jì)的電流的方向及大小表示在存在該氣體下與測試材料有關(guān)的電荷可轉(zhuǎn)移性的正負(fù)號及水平。通過本發(fā)明人而執(zhí)行的超音速氣體噴流實(shí)驗(yàn)的代表性結(jié)果提供在隨后的示例章節(jié)的示例2及圖3中。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，該電荷可轉(zhuǎn)移性Θ通過測量文中稱為Imesh的量而評估，其中Inresh為響應(yīng)于流經(jīng)預(yù)定密度的網(wǎng)孔的超音速氣體噴流而在目標(biāo)網(wǎng)孔與噴嘴間所產(chǎn)生的電流。Inresh的某些例證性測量描述在下面的示例章節(jié)(參見示例2)中。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，描述表面12與該氣體介質(zhì)的相互作用的電荷可轉(zhuǎn)移性是正的。通常但不必，描述表面14與該氣體介質(zhì)的相互作用的電荷可轉(zhuǎn)移性是負(fù)的。明白的是，表面12的電荷可轉(zhuǎn)移性為正就足以，因?yàn)楫?dāng)具有寬松附著的電子的分子與表面14 碰撞或由其吸附時(shí)，即使當(dāng)表面14的電荷可轉(zhuǎn)移性對中性分子不是負(fù)的時(shí)，其具有將電子轉(zhuǎn)移至表面14的不可忽略的概率?？赏ㄟ^正確地選擇氣體介質(zhì)及制成表面12與14所用的材料(其可以是表面32及 34的表面改性)而獲得用于每個(gè)表面的適當(dāng)電荷可轉(zhuǎn)移性。可使用由合適材料制成的襯底而沒有任何改性。替代地，一旦選擇襯底時(shí)，根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例，相應(yīng)表面可經(jīng)改性或涂覆以便使電荷可轉(zhuǎn)移性增強(qiáng)或減少至所期望水平。表面改性可包括該襯底表面的更改、 添加一種或多種材料至該襯底的表面、自該表面移除一種或多種材料、或這些程序的組合。 表面改性也可包括添加材料至該表面，使得該襯底下面的材料仍然是該表面的一部分且參與電荷轉(zhuǎn)移過程。該襯底表面的更改可包括化學(xué)反應(yīng)，該化學(xué)反應(yīng)包括但不限于氧化或還原。對該表面添加一種或多種材料可包括而不限于通過一層或多層而進(jìn)行的涂覆、一層或多層分子或原子的吸附等。自該表面移除一種或多種材料包括而不限于抬離(lift off) 技術(shù)、蝕刻等。該表面改性中的任一種在文中都可稱為表面活化。表面改性可包括涂覆?？梢杂貌恢挂环N方法來實(shí)現(xiàn)該襯底的涂覆。在某些實(shí)施例中，形成相應(yīng)表面的材料直接涂覆該襯底。在某些實(shí)施例中，在該襯底與形成相應(yīng)表面的材料之間提供、插入一個(gè)或多個(gè)底涂層。該襯底的表面的改性或涂覆可允許相同材料用于襯底32及34，因此使用不同的表面處理程序來實(shí)現(xiàn)表面12及14的特性電荷可轉(zhuǎn)移性的差異。例如，襯底32及34都可以由首先用金涂覆以形成用于導(dǎo)電性的底涂層的玻璃制成。就表面12而言，該金底涂層可進(jìn)一步用氟化銫(CsF)或碳酸鈣(CaCO3)涂覆，且就表面14而言，該金底涂層可進(jìn)一步用氯酸鎂(Mg(ClO3)2)涂覆。也可通過薄膜涂覆領(lǐng)域中已知的濺射技術(shù)而涂覆所述襯底。在本技術(shù)中，通過將材料自靶濺射到襯底上而沉積薄膜?？捎米骺蓪⑼苛蠟R射于其上的襯底的材料的代表性示例包括而不限于鋁、不銹鋼、金屬箔、玻璃、浮法玻璃、塑料膜、陶瓷及半導(dǎo)體(包括用各種摻雜劑(例如磷及硼摻雜劑)摻雜并處于各種晶向(例如<100>、<110>、<111>)的硅)、以及先前在一側(cè)或兩側(cè)涂覆的任何襯底——包括但不限于經(jīng)鋁濺射的玻璃、經(jīng)鋁濺射的浮法玻璃及經(jīng)鉻濺射的浮法玻璃?？捎米骺蔀R射到襯底上以在其上形成涂層或底涂層的靶材料的材料的代表性示例包括而不限于招(Al)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)、銅(Cu)、金(Au)、六硼化鑭(LaB6)、鎳(Ni)、 鈀(Pd)、鉬(Pt)、鈀-金(Pd-Au)、鉿(Hf)、錳(Mn)、二氧化錳(MnO2)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鉻 (Cr)、鉬(Mo)、釓(Gd)、硅石(SiO2)、氧化釔(Y2O3)、氮化鈦(TiN)、鎢(W)、碳化鉿(HfC)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯(&C)、碳化鎢(WC)、氧化鋯(ZrO2)、三氧化鎢(WO3)、氧化錫銦(ITO)、氧化鑭(Lei2O3)、鈦酸鋇(BaTiO3)、氧化鍶(SrO)、氟化鈣(CaF2)、氧化銅鋇鈣釔(YCaBaCuO)、氧化鈣(CaO)、硅化鉻(Cr3Si)、氧化鋁(Al2O3)、硫化鋇(BaS)、硫化鈣(CaS)、及它們的組合。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，使襯底32及34經(jīng)受處理以原位確保表面12及14的特性電荷可轉(zhuǎn)移性的差異。例如，具有襯底32及34的裝置10可填充有其中具有電活化粒種(諸如但不限于鹽及染料)的液體介質(zhì)。當(dāng)襯底32與34之間的空隙填充有該液體介質(zhì)時(shí)，所述空隙的大小可相當(dāng)高，例如大于50微米。該液體介質(zhì)可包含極性溶劑或非極性溶劑。例如通過使襯底32與34連接外部電源，使襯底32與34、及該液體介質(zhì)經(jīng)受電流以便開始電沉積(ED)過程。該電沉積可以是電化學(xué)沉積(ECD)，其中所述電活化粒種在溶劑內(nèi)是離解成離子；或電泳沉積(EPD)，其中所述電活化粒種在溶劑內(nèi)帶電。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)該ED過程可導(dǎo)致襯底32及34的至少一個(gè)表面的改性或其上的保護(hù)層，使得在它們的特性電荷可轉(zhuǎn)移性中存在差異。例如在電化學(xué)沉積中，任一表面通過存在于該液體介質(zhì)中的離子而改性或涂覆，或兩個(gè)表面同時(shí)被改性或涂覆，一個(gè)表面用陰離子改性或涂覆而另一表面經(jīng)陽離子改性或涂覆。在電泳沉積中，該液體介質(zhì)中的溶解或懸浮粒種可電泳地沉積在一個(gè)或兩個(gè)表面上。無論如何，該液體介質(zhì)及襯底32與34的材料選擇為使得在該ED過程后，所得到的表面12及14每個(gè)具有不同的特性電荷可轉(zhuǎn)移性。一旦襯底32及34之一或兩者通過該ED過程而改性或涂覆時(shí)，優(yōu)選地通過在烘箱內(nèi)干燥或通過真空或通過任何其它已知的干燥方法而自裝置10排出該液體介質(zhì)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，該排出或干燥程序縮小總體積(表面及液體)，使得在排出后，表面之間的距離可基本上小于干燥前的距離。例如，該空隙可自排出前的50微米減少至少50%或至少60%或至少70%或至少80%或至少90%，且甚至可減少至小于5微米。更大的空隙減少比率也是可能的。上述程序因此用作確保表面12與14之間的特性電荷可轉(zhuǎn)移性的差異的活化過程。不論襯底32及34是否具有相同材料或每個(gè)襯底是否由不同材料制成，可執(zhí)行該活化過程。如所期望的，單一電池裝置或多個(gè)電池裝置都可執(zhí)行上述程序。就多個(gè)電池裝置而言，優(yōu)選地針對所有裝置同時(shí)執(zhí)行該程序。適合于本實(shí)施例的表面處理程序的其它示例詳述在下面的示例章節(jié)中。表面12及14中的每一個(gè)優(yōu)選地但不必是平滑的。也預(yù)期不是基本上平滑的但未彼此接觸的表面。如通過使用標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行原子力顯微鏡(AFM)的圖像分析而常規(guī)確定的，表面12及14的表面粗糙度優(yōu)選地小于或約20埃RMS粗糙度、更優(yōu)選地小于或約10埃RMS粗糙度、更優(yōu)選地小于或等于約5埃RMS粗糙度。也預(yù)期原子級平坦表面。進(jìn)一步預(yù)期具有數(shù)十納米(例如約100納米)的RMS粗糙度的表面?？捎糜诒砻?2及/或表面14的合適材料包括磁性或非磁性物質(zhì)，諸如但不限于 金屬、半金屬、合金、本征或摻雜、無機(jī)或有機(jī)半導(dǎo)體、介電材料、本征或摻雜聚合物、導(dǎo)電聚合物、層狀材料、陶瓷、氧化物、金屬氧化物、鹽、冠醚、有機(jī)分子、季銨化合物、金屬資料、玻璃與硅酸鹽化合物、及它們的任何組合。代表性示例包括而不限于金屬與半金屬(例如鎳、金、鈷、鈀、鉬、石墨、石墨烯、 鋁、鉻、釓、鉬)及它們的氧化物(例如氧化石墨(可選地經(jīng)還原或部分還原)、硅石、二氧化錳、氧化鎳錳、及三氧化鎢)、合金(例如不銹鋼)、半導(dǎo)體(例如經(jīng)硼或磷摻雜的硅晶圓)、陶瓷(例如玻璃陶瓷、諸如MAC0R 、氮化鋁、及氮化硼)、金屬瓷料(例如硅化鉻硅石)、玻璃及硅酸鹽化合物(例如玻璃及金云母)、鹽、諸如鈣鹽(例如石油磺酸鈣、環(huán)烷酸鈣鹽(Calcium naphtenate salt)，諸如NAP-ALL )、稀土鹽(例如稀土新癸酸或柯赫酸 (versatate)鹽諸如TEN-CEM8、稀土辛酸鹽諸如HEX-CEMs——其是自2-乙基己酸所制成的辛酸鹽)、鋯鹽(例如羰酸鋯鹽諸如CEM-ALlA鋯HEX-CEMs)、錳鹽(例如錳HEX-CEM8、錳 NAP-ALL 、錳 Hydro Cure 及 Hydro Cure II)、季銨鹽 Arquacf (例如 Arquad 3HT-75 )、鉛鹽(例如鉛 CEM-ALLe^g NAP-ALL )、鈷鹽(例如鈷 TEN-CEifji NAP-ALL 、鈷 CEM-ALL )、鋅鹽(例如鋅NAP-ALL 、鋅CEM-ALL 、鋅HEX-CEM8、硬脂酸鋅)、苯胺黑、石油磺酸鈉、聚乙烯亞胺、馬拉加膠、OLOA 1200、卵磷脂、聚合物諸如硝酸纖維素、基于硝酸纖維素的聚合物、可選地經(jīng)摻雜(例如Zaponlack)、基于聚氯乙烯的聚合物(例如Episof 310、Episof 410、 Episol 440、Epivyr 32、Epivyl 40,Ερ νγΓ 43、Epivyl S 43、Epivyl 46)及丙烯酸樹脂(例如Elvacite 2041)及它們的任何組合。某些上述材料也適合于襯底32及/或34，其適用程度使它們能夠形成自支撐結(jié)構(gòu)。文中參考的某些標(biāo)記可以是第三方的普通法律或注冊商標(biāo)。這些標(biāo)記的用途是作為示例且不應(yīng)被視為敘述性的或?qū)⒈景l(fā)明的范圍限于僅與該標(biāo)記有關(guān)的材料?？捎米鳉怏w介質(zhì)16的合適材料包括而不限于鹵素及含鹵素氣體，例如At2、Br2,
Cl_2、Fg、！2、WFg、PF5λ SoKgΛ ToKgΛ CK^Λ AsK^Λ BK^Λ CH^KΛ C^KgΛ C^Kgλ C^Kgλ C^KgOλ C^Kgλ GgK^λ CgFg、 CF3COCl、C2HF5, SiF4, H2FC_CF3、CHF3 及 CHF3 ；惰性氣體，例如 Ar、He、Kr、Ne、Rn、及 Xe ；含氮?dú)怏w，例如N2、NF3、NH3、N0、N02、& N2O ；含硫氣體，例如SF6、SF4、SO2F2 ；含氧氣體，例如02、C0、 及CO2 ；含氫氣體，例如H2、氘、I-C4H1。、及CH4 ；堿性氣體，例如Cs、Li、Na、K、Cr、Rb、及Yb ；以及它們的組合。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，該氣體介質(zhì)關(guān)于電池或裝置的所述表面是化學(xué)惰性的。如進(jìn)一步在上文中所詳述，表面12及14可在存在該氣體介質(zhì)下根據(jù)它們的電荷可轉(zhuǎn)移性而配對。表面12優(yōu)選地具有正電荷可轉(zhuǎn)移性且在某些實(shí)施例中表面14具有負(fù)電荷可轉(zhuǎn)移性。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，表面12可以由選自如該示例章節(jié)(參見示例2)的表 1中所列示的第1至19號材料的材料所制成且表面14可以由選自第23至46號材料的材料所制成。然而，情況不必如此，因?yàn)樵谀承?shí)施例中表面12及14都可選自第1至19號材料，且在其它實(shí)施例中表面12及14都可選自第23至46號材料。也預(yù)期這樣的實(shí)施例，其中表面12及14之一或兩者由選自示例8的表6中所列示的材料的材料制成。作為一些非限制性配對示例，當(dāng)該氣體介質(zhì)為六氟化硫(SF6)時(shí)，一個(gè)表面可由鋯 CEM-ALL 制成，而另一表面可由以下材料中的一種制成錳Hydro Cure II、鋯HEX-CEM8、 Arquad 3HT-75、鉛 NAP-ALL 、稀土 HEX-CEMs、鈷 CEM-ALL 、鎳、鈣 NAP-ALL 、錳 NAP-ALL 、 氧化石墨、鈷 NAP-ALL 、稀土 TEN-CEM、苯胺黑、鉛 CEM-ALL 、錳 HEX-CEM8、鋅 NAP-ALL 、鈷 TEN-CEM8、石油磺酸鈣、OLOA 1200、鋅HEX-CEM8、卵磷脂、錳Hydro Cure 、金、鈷、硬脂酸鋅、 石油磺酸鈉、鈀、Epivyf 32、鋅CEM-ALL 、石墨、鉬、聚乙烯亞胺(PEI)、Epivyf 40、馬拉加膠、硝酸纖維素、Episol 310、Episol 440、Epivyl S 43、Elvacite 2041、Epivyl 46、 Epivyle 43、及Episol 410。另外的非限制性配對示例及合適氣體介質(zhì)提供在示例8的表 6中。由于所期望的電荷可轉(zhuǎn)移性可通過表面改性技術(shù)而獲得，所以襯底32及34可由任何材料制成，只要其可至少沿厚度方向傳導(dǎo)足夠的電流。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，一個(gè)或兩個(gè)襯底由具有高體導(dǎo)電率的材料(諸如金屬)制成。然而，情況不必如此，因?yàn)椴牧系碾妼?dǎo)受其幾何形狀及取向的影響?？杀灰暈榫哂胁涣俭w導(dǎo)電率的某些材料可在它們的晶態(tài)軸中足夠地傳導(dǎo)電流。例如某些層狀材料可具有不良體導(dǎo)電率，但是可具有通過該材料的薄層(不論是包含單一原子單層還是多層)的足夠?qū)щ娐?。作為進(jìn)一步示例，玻璃及MAC0R 被認(rèn)為是不良導(dǎo)體，因?yàn)樵谑覝叵滤鼈兊牡湫蛯?dǎo)電率(分別為10_15 S/m及10_12 S/m)顯著低于金屬的典型導(dǎo)電率(大約IO6 S/m)。不過，該材料的充分薄層可傳導(dǎo)對某些低功率應(yīng)用而言足夠的大量電流。考慮一種構(gòu)造，其中裝置 10的所述襯底之一為直徑50毫米且厚度為100微米的玻璃板。假定該氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生跨越該玻璃厚度的IV電壓。此電壓可產(chǎn)生通過該玻璃板的若干PA的可測量電流。 因此，就某些低電流應(yīng)用而言，襯底32及34也可由具有相對不良導(dǎo)電率的材料制成。適合于襯底32及34的材料的代表性示例包括而不限于金屬，諸如但不限于鋁、 鎘、鉻、銅、釓、金、鐵、鉛、鎂、錳、鉬、鎳、鈀、鉬、銀、鉭、錫、鈦、鎢、及鋅；半金屬，包括但不限于銻、砷、及鉍；合金，包括但不限于黃銅、青銅、鋁剛、殷鋼、及鋼；本征及摻雜的無機(jī)及有機(jī)半導(dǎo)體與半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括但不限于硅晶圓、鍺、硅、砷化鎵鋁、硒化鎘、砷化錳鎵、碲化鋅、磷化銦、砷化鎵及聚乙炔；層狀材料，包括但不限于石墨、石墨烯、氧化石墨、二硫化鎢、二硫化鉬、二硫化錫、及六方氮化硼；本征或摻雜氧化物，包括但不限于硅石、三氧化鎢、 二氧化錳、氧化鎳錳、經(jīng)錫摻雜的氧化銦(ITO)；本征或摻雜陶瓷，包括但不限于氮化硼、氮化鋁、及玻璃陶瓷諸如MACOR ；金屬陶瓷，包括但不限于硅化鉻硅石；玻璃及硅酸鹽化合物， 包括但不限于玻璃及金云母；或它們的組合。也預(yù)期用任何上述材料涂覆的任何材料的襯底。適合于襯底及涂層的材料可為磁性(例如Co、Fe、Gd、Ni、GaMnAs等)及非磁性 (例如Al、Cu等)。在本發(fā)明的任一上述實(shí)施例中，如上文中進(jìn)一步詳述，該襯底必須提供足夠的導(dǎo)電率(例如以允許電流流經(jīng)該負(fù)載)?？墒褂镁哂懈唧w導(dǎo)電率(例如大于IO3 S/m)的襯底或具有不良體導(dǎo)電率(例如低于10_9 S/m)的襯底或具有中范圍體導(dǎo)電率(例如介于10_9至 IO3 S/m之間)的襯底來獲得足夠的導(dǎo)電率，只要該襯底在厚度方向上(即在電流流動(dòng)的方向上)具有充分電導(dǎo)。
表面12及14可以是裸襯底(32及34)、經(jīng)表面改性的襯底或涂覆襯底。裸襯底 32及34的典型厚度為自約1納米至約100微米。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，該裸襯底的厚度可介于1-20納米之間。在某些實(shí)施例中，該厚度可低至單一原子單層(在石墨烯的情況下是0.34納米)。在某些經(jīng)表面改性的襯底(諸如經(jīng)電化學(xué)改性、氧化或還原表面)的情況下，表面12及14的典型厚度可在1納米以下。然而，在經(jīng)涂覆表面的情況下，表面12及 14的典型厚度為自約1納米至約600納米，但是本發(fā)明范圍不排除其它厚度。在襯底32與表面12之間或在襯底34與表面14之間的任何中間層或結(jié)合層(如果存在)的情況下，典型厚度為自低于1納米至約250納米。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，裝置10進(jìn)一步包括用于維持氣壓并防止該氣體介質(zhì)的泄露或污染的密封外殼36。外殼36內(nèi)的壓力可不同于(大于或低于)環(huán)境壓力。 封裝36內(nèi)的壓力可經(jīng)選擇以便獲得所期望的平均自由程及/或所期望的導(dǎo)熱率(壓力愈高，導(dǎo)熱率愈高)。如隨后的示例章節(jié)中的方程式1中所解釋，該平均自由程與壓力成反比。 因此，通過降低封裝36內(nèi)的壓力，可增加平均自由程。通過增加壓力，載體分子的數(shù)目如同導(dǎo)熱率那樣增加。最佳壓力平衡這些效應(yīng)以產(chǎn)生最大電流。在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，封裝36內(nèi)的壓力低于10個(gè)大氣壓，但是尤其就緊密間隔的空隙而言，也預(yù)期更高壓力。 事實(shí)上，就在納米范圍中的空隙而言，尤其當(dāng)使用小分子直徑的氣體(諸如氦)而言，在數(shù)百大氣壓的氣壓下可獲得高效率。一般而言，就該小空隙而言，壓力上限將在操作溫度下通過壓力安全殼考慮或通過該氣體的液化壓力而設(shè)定。可優(yōu)選的氣壓超過一個(gè)大氣壓。通常， 該氣壓高于1. 1個(gè)大氣壓或高于2個(gè)大氣壓或高于3個(gè)大氣壓或高于4個(gè)大氣壓或高于5 個(gè)大氣壓?，F(xiàn)在參考圖2A及2B，它們是根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例的電源裝置40的圖解。裝置40包括每個(gè)都具有一對上述表面12及14及在所述表面之間的氣體介質(zhì)(未示出，為了闡明起見參見圖IA及1B)的多個(gè)電池10。如上文進(jìn)一步詳述，經(jīng)由該氣體介導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)，該氣體介質(zhì)的分子自表面12將負(fù)電荷傳輸至表面14及/或自表面14將正電荷傳輸至表面12。電池10互連于其間以便允許電流在相鄰串聯(lián)連接的電池之間流動(dòng)。在圖2A及2B 中所示的圖解中，裝置40被布置成多個(gè)雙構(gòu)件44，每個(gè)雙構(gòu)件由具有兩個(gè)相對表面12及 14的核心42形成，其中所述表面之一將負(fù)電荷轉(zhuǎn)移至至少一些氣體分子且該相對側(cè)的表面自至少一些帶電氣體分子接收負(fù)電荷。使雙構(gòu)件44取向，使得具有不同電荷可轉(zhuǎn)移性的表面彼此相向。在圖2A中所示的圖解中，雙構(gòu)件44是通過隔片觀而分離，且每個(gè)雙構(gòu)件的兩個(gè)表面經(jīng)由襯底42而處于電連通。在圖2B中所示的圖解中，雙構(gòu)件44之間的空隙通過相對面向的表面的向外突出粗糙特征50而維持。也預(yù)期其中一些雙構(gòu)件通過如圖2A中所闡明的隔片而分離且一些雙構(gòu)件通過如圖2B中所闡明的向外突出粗糙特征而分離的實(shí)施例。如果所述面向表面中的至少一個(gè)表面由不良導(dǎo)電材料制成且接觸面積小，則使通過該接觸而導(dǎo)致的“泄露”最小化。該雙構(gòu)件配置例證類似于電池10的幾個(gè)電池的布置。兩個(gè)相鄰且互連的電池共享核心，因此核心42的一側(cè)上的表面12例如用作電池的電子施體，而核心42的另一側(cè)上的表面14例如用作另一電池的電子受體。該氣體介質(zhì)與貯熱器20之間的熱交換維持在每個(gè)電池的表面之間傳輸電荷的氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)。所述熱交換可直接地在該氣體與貯器20之間及/或經(jīng)由襯底42的導(dǎo)熱性而實(shí)現(xiàn)?？赏ㄟ^使大部分核心層42導(dǎo)電及/或通過用導(dǎo)電材料涂覆層42以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電池之間的電互連，其經(jīng)由襯底42的邊緣而提供導(dǎo)電性?？蓪㈦p構(gòu)件的布置放置在第一導(dǎo)電構(gòu)件46及第二導(dǎo)電構(gòu)件48之間。所述導(dǎo)電構(gòu)件46及48的內(nèi)表面也可分別用作電子施體表面及電子受體表面。因此，電子通過雙構(gòu)件 44而自構(gòu)件46傳輸至導(dǎo)電構(gòu)件48，由此可選地在不存在任何外部電壓源下在構(gòu)件46及48 之間產(chǎn)生電位差。構(gòu)件46及48可連接至外部負(fù)載M。應(yīng)注意，自電氣觀點(diǎn)而言，該電池以串聯(lián)及/或并聯(lián)布置，其中與單一電池比較， 串聯(lián)布置提供增加的電壓輸出且并聯(lián)布置提供增加的電流。該裝置的總電壓為沿著該串聯(lián)方向的電壓的總和，且總電流通過在橫向上的傳輸面積而確定。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，如上文定義，裝置40進(jìn)一步包括用于防止該氣體介質(zhì)泄露或污染且用于允許控制該室內(nèi)的壓力的密封室。如文中使用的術(shù)語“大約”是指士20%。所述術(shù)語“包含”、“含”、“包括”、“具有”及它們的變形詞意指“包括但不限于”。所述術(shù)語“由…組成”意指“包括但不限于”。該術(shù)語“基本上由…組成”意指組成、方法或結(jié)構(gòu)可包括另外成份、步驟及/或部分，但是只有所述另外成份、步驟及/或部分不會(huì)實(shí)質(zhì)上更改所要求保護(hù)的組成、方法或結(jié)構(gòu)的基本及新穎特性。除非文中另有清楚指定，如文中使用，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、及“該”包括復(fù)數(shù)個(gè)參考物。例如該術(shù)語“化合物”或“至少一個(gè)化合物”可包括多個(gè)化合物，包括其混合物。明白的是，為清楚起見在單獨(dú)實(shí)施例的背景下所述的本發(fā)明某些特征也可組合地提供在單一實(shí)施例中。相反，為簡明起見在單一實(shí)施例的背景下所述的本發(fā)明各個(gè)特征也可單獨(dú)地或以任何合適的子組合提供或如合適地提供在本發(fā)明的任何其它所述實(shí)施例中。 在各個(gè)實(shí)施例的背景下所述的某些特征不被視為那些實(shí)施例的必要特征，除非該實(shí)施例沒有那些要素不工作。如上文描繪的及如下面權(quán)利要求書章節(jié)中所要求保護(hù)的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例及方面在以下示例中找到實(shí)驗(yàn)支持。示例
現(xiàn)在參考以下示例，其與上述說明書一起以非限制性形式闡明本發(fā)明的某些實(shí)施例。示例 1
理論考慮
自氣體的動(dòng)力學(xué)理論已建立氣體分子在由溫度相關(guān)的麥克斯韋一玻爾茲曼分布函數(shù)所定義的范圍內(nèi)的各個(gè)速度下以隨機(jī)方向移動(dòng)，其中該麥克斯韋一玻爾茲曼分布函數(shù)可使用統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法來導(dǎo)出。該麥克斯韋一玻爾茲曼分布函數(shù)描述在由大量非相互作用粒子所組成的碰撞支配性系統(tǒng)中的速度分布，其中量子效應(yīng)可忽略。氣體分子彼此碰撞并也與限制它們所在的容器碰撞。就直徑ο的氣體分子而言， 在特定壓力P及絕對溫度TK)下的平均自由程λ由以下給出
, RT
(方程式υ
其中R為通用氣體常數(shù)(R=O. 082大氣壓.升.摩爾-1ZIT1)而N為阿伏加德羅數(shù)(Avogadro number)。因此，就特定壓力及溫度而言，氣體分子的平均自由程取決于所述氣體分子的直徑，其中與較大分子比較，較小分子具有較大的平均自由程。在5個(gè)大氣壓的壓力P及25°C的溫度下針對一些代表性氣體的直徑σ (以埃為單位)及如使用方程式1所計(jì)算的對應(yīng)平均自由程λ (以納米為單位)為
氬(σ=4. O 埃，人=11.2納米)丄卩4(0=4.2埃，λ=10. 3 納米)、C3F8(。=4. 8 埃，λ =7. 9 納米)、CH4(o=4. 4 埃，λ=9. 6 納米)、氦(σ=2. 4 埃，λ =31. 5 納米)、氪(σ=4. 6 埃，λ =8. 6 納米)、氖(σ =2. 9 埃，λ =22. 2 納米)、Ν2 ( σ =3. 8 埃，λ =13. O 納米)、SF6 ( σ =5. 5 埃、λ =6. O 納米)及氙(ο =5. 4埃，λ =6. 2納米)。這些計(jì)算指示在指示的條件下一般氣體的平均自由程值通常在納米計(jì)量(nanometric)的距離范圍中。就較高溫度(大于25°C )及/或較低壓力(低于5個(gè)大氣壓)而言，這些分子的平均自由程更長。當(dāng)將氣體分子放置在通過距離(1<λ而分離的表面之間時(shí)，顯著的相互作用在所述分子與表面之間，且僅小部分的相互作用為分子間碰撞。因此，就(Κλ而言，大多數(shù)分子在表面之間前后移動(dòng)。每單位時(shí)間與所述表面相互作用的分子數(shù)目與壓力線性相關(guān)。一旦與合適表面相互作用時(shí)，所述分子可失去或得到電子，因此獲得正或負(fù)電荷。在表面的附近，各種力可對帶電的氣體分子作用。帶電的氣體分子在該表面中誘發(fā)相反極性的像電荷， 其進(jìn)而在帶電分子及表面之間產(chǎn)生吸引力。充分高速度的帶電氣體分子可克服該像電荷的吸引力以逃脫第一表面并跨越空隙以到達(dá)另一表面。當(dāng)將氣體分子放置在通過距離(1>λ而分離的表面之間時(shí)，分子間碰撞變得更頻繁且跨越該表面之間的空隙的氣體分子的概率η可寫成
？ =4 ，(方程式2)
a
因此，作為方程式1中所述的λ及P之間的相關(guān)性的結(jié)果，跨越該空隙的分子的概率隨壓力的增加而降低。 可將氣體分子的平均速度寫成
(方程式3)
權(quán)利要求
1.一種用于將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的電池裝置，包括 第一表面與第二表面，其中在所述表面之間有空隙；以及位于所述表面之間的具有處于熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子的氣體介質(zhì)；所述第一表面可用來將電荷轉(zhuǎn)移至與所述第一表面相互作用的氣體分子，而所述第二表面可用來接收來自與所述第二表面相互作用的氣體分子的所述電荷；其中所述表面之間的電位差通過在不存在外部施加的電壓的情況下的所述電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生。
2.一種用于將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的電池裝置，包括 第一表面與第二表面，其中在所述表面之間有空隙；以及位于所述表面之間的具有處于熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子的氣體介質(zhì)；所述第一表面可用來將電荷轉(zhuǎn)移至與所述第一表面相互作用的氣體分子，而所述第二表面可用來接收來自與該第二表面相互作用的氣體分子的所述電荷； 其中所述空隙小于1000納米。
3.一種用于將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的電池裝置，包括； 第一表面與第二表面，其中在所述表面之間有空隙；以及位于所述表面之間的具有處于熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子的氣體介質(zhì)；所述第一表面可用來將電荷轉(zhuǎn)移至與所述第一表面相互作用的氣體分子，而所述第二表面可用來接收來自與所述第二表面相互作用的氣體分子的所述電荷； 其中所述第一表面與所述第二表面在彼此的50°C內(nèi)。
4.一種用于將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的電池裝置，包括 第一表面與第二表面，其中在所述表面之間有空隙；以及位于所述表面之間的具有處于熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子的氣體介質(zhì)；所述第一表面可用來將電荷轉(zhuǎn)移至與所述第一表面相互作用的氣體分子，而所述第二表面可用來接收來自與所述第二表面相互作用的氣體分子的所述電荷； 其中所述第一表面與所述第二表面處于小于200°C的溫度下。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的裝置，其中所述表面之一使氣體分子帶電，而另一表面中和帶電的氣體分子。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的裝置，其中所述表面二者使氣體分子帶電，其中一個(gè)表面使氣體分子帶正電而另一表面使氣體分子帶負(fù)電。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面具有正電荷可轉(zhuǎn)移性，而所述第二表面具有負(fù)電荷可轉(zhuǎn)移性。
8.一種用于產(chǎn)生電力的電池裝置，包括 與第一電觸點(diǎn)電連通的第一表面；與第二電觸點(diǎn)電連通的且在所述第一表面的50°C內(nèi)的第二表面；以及位于所述表面之間的空隙中的氣體介質(zhì)；其中所述第一表面具有正電荷可轉(zhuǎn)移性，且其中所述電觸點(diǎn)可連接至負(fù)載以提供通過所述負(fù)載自所述第一表面流至所述第二表面的負(fù)載電流。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的裝置，其中所述表面中的至少一個(gè)是導(dǎo)電襯底的表面。
10.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的裝置，其中所述表面中的至少一個(gè)是具有小于10_9S/m的導(dǎo)電率的襯底的表面。
11.一種電源裝置，包括多個(gè)如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的電池裝置，其中至少一個(gè)相鄰電池裝置對通過導(dǎo)體而互連，使得電流通過所述導(dǎo)體自所述對的第一裝置的第二表面流至所述對的第二裝置的第一表面。
12.如權(quán)利要求11的電源裝置，其中所述相鄰電池裝置對是以串聯(lián)及并聯(lián)布置而布置的，使得該電源裝置的電流大于任何單一電池的電流，且使得該電源裝置的電壓大于任一電池裝置的電壓。
13.一種電源裝置，包括第一導(dǎo)電電極及第二導(dǎo)電電極；在所述電極之間的第一電池裝置堆及第二電池裝置堆，每個(gè)電池裝置是如權(quán)利要求 1-10中任一項(xiàng)；其中在每個(gè)堆中，所述堆的每個(gè)相鄰電池裝置對通過導(dǎo)體而互連，使得電流通過所述導(dǎo)體自所述對的第一電池裝置的第二表面流至所述對的第二電池裝置的第一表面；且其中所述第一堆及所述第二堆將電荷自所述第一電極輸送至所述第二電極。
14.如權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)的裝置，其中所述導(dǎo)體為具有兩側(cè)的導(dǎo)電襯底，其一側(cè)構(gòu)成一個(gè)電池裝置的表面而相對側(cè)構(gòu)成相鄰電池裝置的表面。
15.如權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)的裝置，其中所述導(dǎo)體為涂覆有導(dǎo)電材料以便在所述襯底的第一側(cè)與所述襯底的第二側(cè)之間建立導(dǎo)電的襯底；以及其中所述涂覆襯底具有兩側(cè)，其一側(cè)構(gòu)成一個(gè)電池裝置的表面而相對側(cè)構(gòu)成相鄰電池裝置的表面。
16.如權(quán)利要求11-15中任一項(xiàng)的裝置，其中所述電池的表面以有序或隨機(jī)方式彼此重疊，使得單一襯底的表面由至少兩個(gè)電池部分地共享。
17.如權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)的裝置，進(jìn)一步包括用于防止所述氣體介質(zhì)的泄漏的密封外殼。
18.如權(quán)利要求17的裝置，其中所述密封外殼內(nèi)的壓力高于環(huán)境壓力。
19.如權(quán)利要求17的裝置，其中所述密封外殼內(nèi)的所述壓力低于環(huán)境壓力。
20.如權(quán)利要求17的裝置，其中所述密封外殼內(nèi)的所述壓力高于1.1個(gè)大氣壓。
21.如權(quán)利要求17的裝置，其中所述密封外殼內(nèi)的所述壓力高于2個(gè)大氣壓力。
22.如權(quán)利要求2-21中任一項(xiàng)的裝置，其中所述表面之間的任何電壓通過在不存在外部施加的電壓的情況下的所述電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生。
23.如權(quán)利要求1及權(quán)利要求3-20中任一項(xiàng)的裝置，其中所述空隙小于1000納米。
24.如權(quán)利要求1-23中任一項(xiàng)的裝置，其中所述空隙小于100納米。
25.如權(quán)利要求I-M中任一項(xiàng)的裝置，其中所述空隙小于10納米。
26.如權(quán)利要求1-25中任一項(xiàng)的裝置，其中所述空隙小于5納米。
27.如權(quán)利要求116中任一項(xiàng)的裝置，其中所述空隙小于2納米。
28.如權(quán)利要求1、2、4、7及916中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面在彼此的50°C內(nèi)。
29.如權(quán)利要求1- 中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面在彼此的 10°C 內(nèi)。
30.如權(quán)利要求1- 中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面在彼此的 1°C 內(nèi)。
31.如權(quán)利要求1-3及權(quán)利要求4-30中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面處于小于200°C的溫度下。
32.如權(quán)利要求1-31中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面處于小于 100°C的溫度下。
33.如權(quán)利要求1-32中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面處于小于 50°C的溫度下。
34.如權(quán)利要求1-33中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與第二表面是基本上平滑的且通過隔片而隔開。
35.如權(quán)利要求1-33中任一項(xiàng)的裝置，其中所述空隙通過從所述表面中的至少一個(gè)向外突起的粗糙特征而維持。
36.如權(quán)利要求1-35中任一項(xiàng)的裝置，其中所述表面中的至少一個(gè)包含至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的磁性或非磁性物質(zhì)金屬、半金屬、合金、本征或摻雜的無機(jī)或有機(jī)半導(dǎo)體、介電材料、層狀材料、本征或摻雜的聚合物、導(dǎo)電聚合物、陶瓷、氧化物、金屬氧化物、鹽、冠醚、有機(jī)分子、季銨化合物、金屬陶瓷、及玻璃與硅酸鹽化合物。
37.如權(quán)利要求1-36中任一項(xiàng)的裝置，其中所述表面每個(gè)都獨(dú)立地包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的磁性或非磁性物質(zhì)鋁、鎘、鉻、鈷、銅、釓、金、石墨、石墨烯、鉿、 鐵、鉛、鎂、錳、鉬、鈀、鉬、鎳、銀、鉭、錫、鈦、鎢、鋅；銻、砷、鉍；氧化石墨、氧化硅、氧化鋁、二氧化錳、氧化鎳錳、二氧化鎢、三氧化鎢、氧化錫銦、氧化鈣、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化鍶、氧化銅鋇鈣釔；黃銅、青銅、鋁剛、殷鋼、鋼、不銹鋼；硫化鋇、硫化鈣；本征或摻雜硅晶圓、鍺、硅、砷化鎵鋁、硒化鎘、砷化錳鎵、碲化鋅、磷化銦、砷化鎵及聚乙炔；MAC0R 、氮化鋁、 氮化硼、氮化鈦、六硼化鑭；碳化鉿、碳化鈦、碳化鋯、碳化鎢；鈦酸鋇、氟化鈣、鈣鹽、稀土鹽、鋯鹽、錳鹽、鉛鹽、鈷鹽、鋅鹽；硅化鉻、Cr3Si-SiO2, Cr3C2-Ni, TiN-Mo ；玻璃及金云母、苯胺黑、石油磺酸鈉、聚乙烯亞胺、馬拉加膠、OLOA 1200、卵磷脂、基于本征及摻雜的硝酸纖維素的聚合物、基于聚氯乙烯的聚合物、及丙烯酸樹脂。
38.如權(quán)利要求1-37中任一項(xiàng)的裝置，其中所述表面包括至少一個(gè)獨(dú)立選自由以下所組成的群組的物質(zhì)鋁、鉻、釓、金、鎂、鉬、不銹鋼、硅石、二氧化錳、氧化鎳錳、三氧化鎢、 經(jīng)還原的氧化石墨、石墨、石黑烯、硅化鉻硅石、氟化銫、H0PG、碳酸鈣、氯酸鎂、玻璃、金云母、氮化鋁、氮化硼、玻璃陶瓷、摻雜硝酸纖維素、經(jīng)硼摻雜的硅晶圓、及經(jīng)磷摻雜的硅晶圓。
39.如權(quán)利要求1-38中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面中的每個(gè)通過石墨烯襯底而支撐。
40.如權(quán)利要求1-38中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面中的每個(gè)通過石墨襯底而支撐。
41.如權(quán)利要求1-38中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面中的每個(gè)為改性石墨或石墨烯襯底。
42.如權(quán)利要求1-38中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面與所述第二表面之一為改性石墨或石墨烯襯底，而另一個(gè)為未改性石墨或石墨烯襯底。
43.如權(quán)利要求1-38中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第一表面包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的物質(zhì)金、鎂、氟化銫、H0PG、碳酸鈣、鋁、鉻、釓、鉬、不銹鋼、硅石、金云母、二氧化錳、氧化鎳錳、三氧化鎢、經(jīng)還原的氧化石墨、石墨、石墨烯、硅化鉻硅石、經(jīng)硼摻雜的硅晶圓、經(jīng)磷摻雜的硅晶圓、及氮化硼。
44.如權(quán)利要求1-38中任一項(xiàng)的裝置，其中所述第二表面包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的物質(zhì)金、氯酸鎂、鋁、玻璃陶瓷、摻雜硝酸纖維素、玻璃、硅石、氮化鋁、及經(jīng)磷摻雜的硅晶圓。
45.如權(quán)利要求1-44中任一項(xiàng)的裝置，其中所述氣體介質(zhì)包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的元素鹵素、氮、硫、氧、含氫的氣體、惰性氣體、堿性氣體及稀有氣體。
46.如權(quán)利要求1-45中任一項(xiàng)的裝置，其中所述氣體介質(zhì)包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的氣體Ah、Br2、Cl2、F2、I2、WF6、PF5、kF6、TeF6、CF4、AsF5、BF3、CH3F、C5F8、C4F8、 C3F8、C3F6O、C3F6、GeF4、C2F6、CF3COCl、C2HF5、SiF4、H2FC-CF3、CHF3、CHF3、Ar、He、Kr、Ne、foi、Xe、 N2、NF3> NH3> NO、N02、N20、SF6, SF4, SO2F2, 02、CO、CO2, H2、氘、i-C4H10, CH4、Cs、Li、Na、K、Cr、Rb 及Yb。
47.如權(quán)利要求1-46中任一項(xiàng)的裝置，其中所述氣體介質(zhì)包括至少一個(gè)選自由以下所組成的群組的氣體六氟化硫、氬、氦、氪、氖、氙、氮、甲烷、四氟化碳、八氟丙烷、水蒸汽及空氣。
48.如權(quán)利要求1-47中任一項(xiàng)的裝置，其中所述氣體介質(zhì)在裝置的操作期間未被消^^ ο
49.一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的方法，包括提供第一表面與第二表面，其中所述表面之間有空隙；使氣體介質(zhì)的分子與所述第一表面相互作用以便將電荷轉(zhuǎn)移至至少一些所述氣體分子；且使一部分所述氣體分子與所述第二表面相互作用以便自至少一些所述氣體分子將所述電荷轉(zhuǎn)移至所述第二表面，由此在所述表面之間產(chǎn)生電位差； 其中所述空隙小于1000納米。
50.一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的方法，包括提供第一表面與第二表面，其中所述表面之間有空隙；使氣體介質(zhì)的分子與所述第一表面相互作用以便將電荷轉(zhuǎn)移至至少一些所述氣體分子；且使一部分所述氣體分子與所述第二表面相互作用以便自至少一些所述氣體分子將所述電荷轉(zhuǎn)移至所述第二表面，由此在所述表面之間產(chǎn)生電位差； 其中所述第一表面與所述第二表面在彼此的50°C內(nèi)。
51.一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的方法，包括提供第一表面與第二表面，其中所述表面之間有空隙；使氣體介質(zhì)的分子與所述第一表面相互作用以便將電荷轉(zhuǎn)移至至少一些所述氣體分子；且使一部分所述氣體分子與所述第二表面相互作用以便自至少一些所述氣體分子將所述電荷轉(zhuǎn)移至所述第二表面，由此在所述表面之間產(chǎn)生電位差； 其中所述第一表面與所述第二表面處于小于200°C的溫度下。
52.一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的方法，包括提供第一表面與第二表面，其中所述表面之間有空隙；使氣體介質(zhì)的分子與所述第一表面相互作用以便將電荷轉(zhuǎn)移至至少一些所述氣體分子；且使一部分所述氣體分子與所述第二表面相互作用以便自至少一些所述氣體分子將所述電荷轉(zhuǎn)移至所述第二表面，由此在所述表面之間產(chǎn)生電位差；其中所述表面之間的電位差通過在不存在外部施加的電壓的情況下的所述電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生。
53.如權(quán)利要求49-52中任一項(xiàng)的方法，其中所述表面之一使所述氣體分子帶電而另一表面中和帶電的氣體分子。
54.如權(quán)利要求53的方法，其中所述表面二者使氣體分子帶電，一表面使氣體分子帶正電而另一表面使氣體分子帶負(fù)電。
55.如權(quán)利要求49-51、53及M中任一項(xiàng)的方法，其中所述表面之間的任何電壓通過在不存在外部施加的電壓的情況下的所述電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生。
56.如權(quán)利要求50-55中任一項(xiàng)的方法，其中所述空隙小于1000納米。
57.如權(quán)利要求49及51-56中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一表面與所述第二表面在彼此的50°C內(nèi)。
58.如權(quán)利要求50及52-57中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一表面與所述第二表面處于小于200°C的溫度下。
59.如權(quán)利要求49-58中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一表面與第二表面是基本上平滑的且通過隔片而隔開。
60.如權(quán)利要求49-58中任一項(xiàng)的方法，其中所述空隙通過自所述表面中的至少一個(gè)向外突起的粗糙特征而維持。
61.如權(quán)利要求49-60中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一表面與所述第二表面中的每個(gè)通過石墨烯襯底而支撐。
62.如權(quán)利要求49-60中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一表面與所述第二表面中的每個(gè)通過石墨襯底而支撐。
63.如權(quán)利要求49-60中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一表面與所述第二表面中的每個(gè)為改性石墨或石墨烯襯底。
64.如權(quán)利要求49-60中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一表面與所述第二表面之一為改性石墨或石墨烯襯底，而另一表面為未改性石墨或石墨烯襯底。
65.如權(quán)利要求49-64中任一項(xiàng)的方法，其中所述氣體介質(zhì)在裝置操作期間未被消
66.一種方法，包括提供至少一個(gè)具有第一表面與第二表面的電池裝置，其中所述表面之間的空隙填充其中具有電活化粒種的液體介質(zhì)，所述空隙小于50微米；在所述第一表面與所述第二表面之間施加電壓以便誘發(fā)所述電活化粒種與所述表面中的至少一個(gè)的電化學(xué)或電泳相互作用，由此改性所述相互作用表面的表面性質(zhì)；且將至少一部分所述液體排出以便使所述空隙減少至少50%。
67.如權(quán)利要求66的方法，其中所述至少一個(gè)電池裝置為多個(gè)電池裝置。
68.如權(quán)利要求66及67中任一項(xiàng)的方法，其中所述排出使所述空隙減少至少90%。
69.如權(quán)利要求66-68中任一項(xiàng)的方法，其中在所述表面改性前所述第一表面與所述第二表面由相同材料制成，且其中所述電活化粒種選擇為使得在所述電化學(xué)或電泳相互作用后所述第一表面的特性電荷可轉(zhuǎn)移性不同于所述第二表面的特性電荷可轉(zhuǎn)移性。
70.如權(quán)利要求69的方法，其中所述相同材料為石墨烯。
71.如權(quán)利要求69的方法，其中所述相同材料為石墨。
72.如權(quán)利要求66-71中任一項(xiàng)的方法，其中所述電活化粒種選自由鹽及染料所組成的群組。
全文摘要
公開了一種用于將熱能直接轉(zhuǎn)換成電力的裝置及方法。該裝置包括優(yōu)選地具有不同材料的第一表面及第二表面、及在所述表面之間的具有處于熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子的氣體介質(zhì)。該第一表面可用來將電荷轉(zhuǎn)移至與第一表面相互作用的氣體分子，而該第二表面可用來接收來自與第二表面相互作用的氣體分子的電荷。
文檔編號H02N11/00GK102318179SQ200980142795
公開日2012年1月11日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者蘭達(dá) B. 申請人:蘭達(dá)實(shí)驗(yàn)室有限公司