Бюллетень ЕАПВ "Изобретения (евразийские заявки и евразийские патенты)"Бюллетень 09´2018

Бюллетень ЕАПВ "Изобретения (евразийские заявки и евразийские патенты)"
Бюллетень 09´2018

(11)	030639 (13) B1	Разделы: A B C E F G H
(21)	201301115
(22)	2012.03.30
(51)	*H01M 4/86* (2006.01) *H01M 4/94* (2006.01) *H01M 4/96* (2006.01) *H01M 8/18* (2006.01) *H01M 8/22* (2006.01) *H01M 14/00* (2006.01) *H01M 8/06* (2006.01)
(31)	61/472,076; 61/482,932; 61/485,769; 61/490,903; 61/498,245; 61/505,719; 61/515,505; 61/538,534; 61/566,225; 61/559,504; 61/578,465; 61/591,532; 61/612,607
(32)	2011.04.05; 2011.05.05; 2011.05.13; 2011.05.27; 2011.06.17; 2011.07.08; 2011.08.05; 2011.09.23; 2011.11.02; 2011.11.14; 2011.12.21; 2012.01.27; 2012.03.19
(33)	US
(43)	2014.03.31
(86)	PCT/US2012/031639
(87)	WO 2012/138576 2012.10.11
(71)	(73) БЛЭКЛАЙТ ПАУЭР, ИНК. (US)
(72)	Миллс Рэнделл Л. (US)
(74)	Фелицына С.Б. (RU)
(54)	ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ВОДОРОД-КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ВОДЫ

(57) 1. Электрохимическая энергетическая система, генерирующая по меньшей мере одно из электричества и термической энергии, содержащая резервуар, изолированный от атмосферы, причем резервуар включает в себя

по меньшей мере один катод;

по меньшей мере один анод;

по меньшей мере одну биполярную пластину и

реагенты, способные обеспечивать реакцию перехода водорода в состояния с более низкой энергией (гидрино) в процессе эксплуатации гальванического элемента с разделенным электронным потоком и ионным массопереносом, причем указанные реагенты содержат по меньшей мере два компонента, выбранные из:

a) по меньшей мере одного источника H₂O и

b) катализатора или по меньшей мере одного реагента, образующего катализатор, включая по меньшей мере один из группы, выбранный из: nH, ОН, ОН^-, образующейся H₂O, H₂S или MNH₂, где n равно 1 или 2 и М означает щелочной металл;

один или несколько реагентов для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и атомарного водорода;

один или несколько реагентов, инициирующих катализ атомарного водорода;

носитель,

причем указанная система выполнена с возможностью поддержания химического потенциала между каждым катодом и соответствующим анодом, обеспечивая распространение катализа атомарного водорода, и

указанная система выполнена с возможностью электролиза воды.

2. Электрохимическая энергетическая система, генерирующая по меньшей мере одно из электричества и термической энергии, содержащая резервуар, изолированный от атмосферы, причем резервуар включает в себя

по меньшей мере один катод;

по меньшей мере один анод;

по меньшей мере одну биполярную пластину; и

a) по меньшей мере один источник H₂O и

b) атомарный водород или по меньшей мере один реагент, образующий атомарный водород;

один или несколько реагентов для образования по меньшей мере одного из катализатора, источника катализатора, источника атомарного водорода и атомарного водорода;

один или несколько реагентов, инициирующих катализ атомарного водорода;

носитель,

указанная система выполнена с возможностью электролиза воды.

3. Электрохимическая энергетическая система, генерирующая по меньшей мере одно из электричества и термической энергии, содержащая резервуар, изолированный от атмосферы, причем резервуар включает в себя

по меньшей мере один катод;

по меньшей мере один анод;

по меньшей мере одну биполярную пластину; и

a) катализатора или по меньшей мере одного реагента, образующего катализатор, включая по меньшей мере один из группы, выбранный из nH, ОН, ОН^-, образующейся H₂O, H₂S или MNH₂, где n равно 1 или 2 и М означает щелочной металл; и

b) атомарного водорода или по меньшей мере одного реагента, образующего атомарный водород;

один или несколько реагентов, инициирующих катализ атомарного водорода;

носитель,

указанная система выполнена с возможностью электролиза воды.

4. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-3, дополнительно включающая по меньшей мере одну термическую систему для обращения процесса обмена, предназначенную для термической регенерации топлива из продуктов реакции и включающую множество реакционных резервуаров.

5. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, в которой реагенты содержат по меньшей мере один электролит, выбранный из

по меньшей мере одного расплавленного гидроксида;

по меньшей мере одной эвтектической смеси солей;

по меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и по меньшей мере одного другого соединения;

по меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и соли;

по меньшей мере одной смеси расплавленного гидроксида и галидной соли;

по меньшей мере одной смеси гидроксида щелочного металла и галида щелочного металла;

LiOH-LiBr, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-NaI, NaOH-NaX и KOH-KX, где X означает галид,

электролита, содержащего по меньшей мере одну матрицу, и

электролита, содержащего по меньшей мере одну добавку.

6. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, дополнительно включающая нагреватель.

7. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, выполненная с возможностью функионирования гальванического элемента в температурном диапазоне выше точки плавления электролита, причем указанный температурный диапазон является по меньшей мере одним из диапазонов приблизительно на 0-1500°С выше точки плавления, приблизительно на 0-1000°С выше точки плавления, приблизительно от 0 до 500°С выше точки плавления, приблизительно от 0 до 250°С выше точки плавления и приблизительно на 0-100°С выше точки плавления.

8. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-6, в которой матрица содержит по меньшей мере одно из следующего:

оксианионное соединение, алюминат, вольфрамат, цирконат, титанат, сульфат, фосфат, карбонат, нитрат, хромат и манганат, оксиды, нитриды, бориды, халькогениды, силициды, фосфиды и карбиды, металлы, оксиды металлов, неметаллы и оксиды неметаллов;

оксиды щелочных, щелочно-земельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, а также Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В и других элементов, которые образуют оксиды или оксианионы;

по меньшей мере один оксид, такой как оксид щелочных, щелочно-земельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, а также Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В, и других элементов, которые образуют оксиды, и один оксианион и дополнительно содержит по меньшей мере один катион из группы щелочных, щелочно-земельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, а таке катионов Al, Ga, In, Sn и Pb;

LiAlO₂, MgO, Li₂TiO₃ или SrTiO₃;

оксид анодных материалов и соединение электролита;

по меньшей мере один катион и оксид электролита;

оксид электролита МОН (М означает щелочной металл);

оксид электролита, включающий элемент, металл, сплав или смесь из группы: Мо, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и M', где М' представляет собой щелочно-земельный металл;

МоО₂, TiO₂, ZrO₂, SiO₂, Al₂O₃, NiO, FeO или Fe₂O₃, TaO₂, Ta₂O₅, VO, VO₂, V₂O₃, V₂O₅, B₂O₃, NbO, NbO₂, Nb₂O₅, SeO₂, SeO₃, TeO₂, ТеО₃, WO₂, WO₃, Cr₃O₄, Cr₂O₃, CrO₂, CrO₃, MnO, Mn₃O₄, Mn₂O₃, MnO₂, Mn₂O₇, HfO₂, Со₂О₃, CoO, Co₃O₄, Со₂О₃ и MgO;

оксид катодного материала и необязательно оксид электролита;

Li₂MoO₃ или Li₂MoO₄, Li₂TiO₃, Li₂ZrO₃, Li₂SiO₃, LiAlO₂, LiNiO₂, LiFeO₂, LiTaO₃, LiVO₃, Li₂B₄O₇, Li₂NbO₃, Li₂SeO₃, Li₂SeO₄, Li₂TeO₃, Li₂TeO₄, Li₂WO₄, Li₂CrO₄, Li₂Cr₂O₇, Li₂MnO₄, Li₂HfO₃, LiCoO₂, и М'О, где М' представляет собой щелочно-земельный металл, и MgO;

оксид анодного элемента или элемента из той же группы, и

Li₂MoO₄, MoO₂, Li₂WO₄, Li₂CrO₄, и Li₂Cr₂O₇ с молибденовым анодом, и

добавка содержит по меньшей мере одно из: S, Li₂S, оксиды, МоО₂, TiO₂, ZrO₂, SiO₂, Al₂O₃, NiO, FeO или Fe₂O₃, TaO₂, Ta₂O₅, VO, VO₂, V₂O₃, V₂O₅, B₂O₃, NbO, NbO₂, Nb₂O₅, SeO₂, SeO₃, TeO₂, ТеО₃, WO₂, WO₃, Cr₃O₄, Cr₂O₃, CrO₂, CrO₃, MgO, TiO₂, Li₂TiO₃, LiAlO₂, Li₂MoO₃ или Li₂MoO₄, Li₂ZrO₃, Li₂SiO₃, LiNiO₂, LiFeO₂, LiTaO₃, LiVO₃, Li₂B₄O₇, Li₂NbO₃, Li₂SeO₃, Li₂SeO₄, Li₂TeO₃, Li₂TeO₄, Li₂WO₄, Li₂CrO₄, Li₂Cr₂O₇, Li₂MnO₃ или LiCoO₂, MnO и СеО₂.

9. Электрохимическая энергетическая система по п.2, выполненная с возможностью осуществления по меньшей мере одной из реакций окисления ОН^- и восстановления по меньшей мере одного из ионов кислорода, кислорода и воды в ходе разряжения гальванического элемента с получением тока в течение времени, который превышает ток в течение времени в ходе электролизной фазы прерывистого электролиза.

10. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, выполненная с возможностью осуществления реакции, в которой анодный полуэлемент представляет собой

ОН^-+2Н®Н₂О+е^-+Н(1/4),

где, кроме того, взаимодействие первого атома Н с ОН^- с образованием Н₂О-катализатора и электрона сопровождается катализируемым водой превращением второго Н в гидрино.

11. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, выполненная с возможностью осуществления реакции, в которой разряд анодного полуэлемента имеет по меньшей мере один потенциал из:

приблизительно 1,2 В, термодинамически скорректированный на рабочую температуру относительно стандартного водородного электрода, и

напряжение по меньшей мере в одном из диапазонов: приблизительно от 1,5 до 0,75 В, от 1,3 до 0,9 В и от 1,25 до 1,1 В относительно стандартного водородного электрода при 25°С, и

реакция катодного полуэлемента имеет по меньшей мере один потенциал из:

приблизительно 0 В, термодинамически скорректированный на рабочую температуру,

потенциал по меньшей мере в одном из диапазонов: приблизительно от -0,5 до +0,5 В, от -0,2 до +0,2 В и от -0,1 до +0,1 В относительно стандартного водородного электрода при 25°С.

12. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, в которой катод содержит NiO, анод содержит по меньшей мере один из: Ni, Mo, сплав Н242 и углерод, и биметаллическое соединение содержит по меньшей мере один из металлов: Hastelloy, Ni, Mo и Н242, который отличается от металла анода.

13. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, включающая по меньшей мере один набор элементов, где биполярная пластина содержит биметаллическое соединение, разделяющее анод и катод.

14. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, выполненная с возможностью функционирования с использованием Н₂О, причем диапазон давления паров Н₂О находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 0,136 Па до 10 МПа, приблизительно от 0,136 до 13,6 Па, приблизительно от 13,6 до 136 Па, приблизительно от 136 до 1360 Па, приблизительно от 1,36 до 13,6 кПа, приблизительно от 13,6 до 136 кПа и приблизительно от 0,136 до 10,0 МПа, и остальное давление для достижения, по меньшей мере, атмосферного давления обеспечивается путем подачи инертного газа, который включает по меньшей мере один из благородных газов и N₂.

15. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, дополнительно включающая генератор водяного пара, который подает в систему H₂O.

16. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, выполненная с возможностью периодического переключения между фазами заряжения и разряжения,

где (i) фаза заряжения включает в себя, по меньшей мере, электролиз воды на электродах с потенциалом противоположной полярности и (ii) фаза разряжения включает в себя, по меньшей мере, образование Н₂О-катализатора на одном или обоих электродах;

где (i) роль каждого электрода каждого элемента в качестве катода или анода инвертируется при переключении в прямом и обратном направлениях между фазами заряжения и разряжения и (ii) полярность тока инвертируется при переключении в прямом и обратном направлениях между фазами заряжения и разряжения и где заряжение включает в себя по меньшей мере одну из операций приложения тока и напряжения.

17. Электрохимическая энергетическая система по п.16, выполненная с возможностью приложения тока и разности потенциалов, имеющих форму волны, включая

рабочий цикл в диапазоне приблизительно от 0,001 до приблизительно 95%;

пиковый потенциал в расчете на элемент в диапазоне приблизительно от 0,1 до 10 В;

пиковую плотность мощности приблизительно от 0,001 до 1000 Вт/см² и среднюю мощность в диапазоне приблизительно от 0,0001 до 100 Вт/см²;

где приложенный ток и потенциал дополнительно включают по меньшей мере одно из следующего: постоянное напряжение, постоянный ток и по меньшей мере одну из форм волны переменного тока и разности потенциалов, где форма волны включает в себя частоты в диапазоне приблизительно от 1 до приблизительно 1000 Гц.

18. Электрохимическая энергетическая система по п.17, где форма волны может включать по меньшей мере одно из следующего: постоянный ток, мощность, потенциал и сопротивление и переменный ток, мощность, потенциал и сопротивление по меньшей мере для одной фазы электролиза и разряжения повторно-кратковременного режима, причем параметры по меньшей мере одной фазы цикла включают в себя

частоту по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 0,001 Гц до 10 МГц, приблизительно от 0,01 Гц до 100 кГц и приблизительно от 0,01 Гц до 10 кГц;

потенциал на элемент по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 0,1 до 100 В, приблизительно от 0,3 до 5 В, приблизительно от 0,5 до 2 В и приблизительно от 0,5 до 1,5 В;

ток в расчете на площадь активного электрода с образованием гидрино по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 1 мкА×см^-2 до 10 А×см^-2, приблизительно от 0,1 мА×см^-2 до 5 А×см^-2, и приблизительно от 1 мА×см^-2 до 1 А×см^-2;

мощность в расчете на площадь активного электрода с образованием гидрино по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 1 мкВт×см^-2 до 10 Вт×см^-2, приблизительно от 0,1 мВт×см^-2 до 5 Вт. см^-2, и приблизительно 1 миллиВт.см^-2 до 1 Вт. см^-2;

постоянный ток в расчете на площадь активного электрода с образованием гидрино в диапазоне приблизительно от 1 мкА×см^-2 до 1 А×см^-2;

постоянную мощность в расчете на площадь активного электрода с образованием гидрино в диапазоне приблизительно от 1 мВт×см^-2 до 1 Вт×см^-2;

временной интервал по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 10^-4 до 10000 с, от 10^-3 до 1000 с, от 10^-2 до 100 с и от 10^-1 до 10 с;

сопротивление на элемент по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 1 мОм до 100 МОм, приблизительно от 1 Ом до 1 МОм и от 10 Ом до 1 кОм;

удельную электропроводность допустимой нагрузки в расчете на площадь активного электрода с образованием гидрино, которая находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 10^-5 до 1000 Ом^-1×см^-2, от 10^-4 до 100 Ом^-1×см^-2, от 10^-3 до 10 Ом^-1×см^-2 и от 10^-2 до 1 Ом^-1×см^-2; и

по меньшей мере один параметр из разрядного тока, потенциала, мощности или временного интервала больше, чем соответствующий параметр в фазе электролиза, чтобы в результате получить выигрыш по меньшей мере в одном из мощности или энергии в ходе цикла.

19. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, выполненная с возможностью поддержания потенциала в ходе разряжения выше потенциала, который предотвращает анод от чрезмерной коррозии.

20. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, выполненная с возможностью осуществления следующих реакций:

реации образования катализатора, описываемой уравнением

О₂+5Н⁺+5е^-®2Н₂О+Н(1/р);

реакции противоположного полуэлемента, описываемой уравнением

Н₂®2Н⁺+2е^-;

суммарной реакции, описываемой уравнением

3/2Н₂+1/2О₂®Н₂О+Н(1/р).

21. Электрохимическая энергетическая система по любому из пп.1-4, включающая

водородный анод, содержащий проницаемый для водорода электрод;

расплавленный солевой электролит, включающий гидроксид; и

по меньшей мере один из O₂ и Н₂О катодов,

где электрохимическая энергетическая система выполнена с возможностью функционирования при температуре гальванического элемента по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 25 до 2000°С, приблизительно от 100 до 1000°С, приблизительно от 200 до 750°С и приблизительно от 250 до 500°С;

толщина мембраны находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 0,0001 до 0,25 см, от 0,001 до 0,1 см и от 0,005 до 0,05 см;

давление водорода поддерживается по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном приблизительно от 136 Па до 50,0 МПа, от 1,36 кПа до 10 МПа и от 13,6 до 500 кПа;

скорость проникновения водорода находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из приблизительно от 1´10^-13 до 1´10^-4 моль×с^-1×см^-2, от 1´10^-12 до 1´10^-5 моль×с^-1×см^-2, от 1´10^-11 до 1´10^-6 моль×с^-1×см^-2, от 1´10^-10 до 1´10^-7 моль×с^-1×см^-2 и от 1´10^-9 до 1´10^-8 моль×с^-1×см^-2.

наверх