專利名稱：電轉(zhuǎn)換電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及例如使用電化學(xué)電池的電化學(xué)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于無污染(clean)運(yùn)輸，電力事業(yè)的負(fù)載調(diào)整，以及許多其他電化學(xué)應(yīng)用的迫切要求促進(jìn)了新型電化學(xué)電池的深入研究。能量密度，成本，作業(yè)循環(huán)壽命，再充電效率，安全性，環(huán)境效果和使用能力等等是制備適于可實(shí)用于許多領(lǐng)域電池的待考慮的因素。
知曉化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能并再轉(zhuǎn)回的能力差不多已有兩個(gè)世紀(jì)。但是對(duì)某些特定應(yīng)用，例如電車，在建造切實(shí)可行并且安全的工業(yè)實(shí)用電池時(shí)，難以滿足能量密度、低成本和長(zhǎng)循環(huán)壽命的要求。例如，理論上高能量密度(該術(shù)語下面將討論)在一些狀況下牽涉增大元件重量，因而削弱了理論上的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明概述本人發(fā)現(xiàn)，使用硼氧化還原物質(zhì)可得到有利的均衡性能的電化學(xué)電池，所述性能如可使用的能量，能量密度，基本投資和運(yùn)行成本，再充電效率，安全性，環(huán)境影響，使用能力和壽命等。
因此，本發(fā)明一個(gè)方面一般涉及的特征是一種電化學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)，包括混有還原性含硼化合物(優(yōu)選硼氫化物)的載體，當(dāng)儲(chǔ)存介質(zhì)電接觸攜載氧化期間產(chǎn)生的電流的一種電極時(shí)，還原性化合物是在可氧化成氧化性含硼化合物的同時(shí)產(chǎn)生電流(優(yōu)選使用含鹵還原劑的非水體系中的硼酸鹽或多硼酸鹽，可制造三氯化硼還原劑)。載體可以是水或非水溶液，例如溶解還原性化合物的液體，并接觸電極使得還原性含硼化合物可直接，而不是間接諸如通過如氫的穩(wěn)定的中間介質(zhì)向電極提供電子。優(yōu)選的非水液體包括無水氨；二甲基甲酰胺；二甲亞砜；胺類；非胺有機(jī)堿類；醇類；亞烷基碳酸酯類；和二醇類；具體液體包括三丙胺，吡啶；喹啉；三乙醇胺；一乙醇胺；乙二醇；丙二醇；甲醇；乙醇；碳酸亞乙酯；和碳酸亞丙酯。非水溶液可包括加溶劑或傳導(dǎo)增進(jìn)劑，如EDTA，冠醚，穴狀化合物和季銨鹽。
本發(fā)明另一個(gè)方面中，儲(chǔ)存介質(zhì)定位在電池組的陽極，電池組包括電連接的陽極和陰極。還原性化合物在電池組放電的同時(shí)，例如當(dāng)還原性化合物接觸電極并向其釋放電子時(shí)，可氧化成一種氧化性含硼化合物?，F(xiàn)有的空氣可作氧化劑，或者電池組可包括一種氧化劑，如氧；包括氧和鹵的化合物；以及X2，其中X是鹵素。優(yōu)選的氧化劑是高氯酸鹽(ClO-4)，氯酸鹽(ClO-3)，亞氯酸鹽(ClO-2)，次氯酸鹽(ClO-)，氯(Cl2)，溴(Br2)，溴酸鹽(BrO-3)，碘酸鹽(IO-3)或其他類似的鹵/氧化合物。其他優(yōu)選的氧化劑是含有易于在兩種或多種氧化態(tài)之間變化的元素的化合物，一般從較高氧化態(tài)開始的元素。這些化合物可溶于或不溶于載體介質(zhì)，它們以溶液、漿料、膏糊、膠體或其他所要求的形式使用。優(yōu)選的氧化劑包括a)[Mn(Ⅶ)O4]-(例如高錳酸鈉)；b)[Fe(Ⅵ)O4]-2(例如高鐵酸鈉)；c)Ce(Ⅳ)OH(NO3)3(堿式硝酸鈰)；d)[Ce(Ⅳ)(NO3)6]2(例如硝酸鈰銨)；e)[Fe(Ⅲ)(CN)4]-3(鐵氰化物)；f)[Cr(Ⅵ)O4]-2(鉻酸鹽)；g)[Sn(Ⅳ)O3]-(錫酸鹽)；h)[Bi(Ⅴ)O3]-(鉍酸鹽)；i)Mn(Ⅳ)O2；j)Ag(Ⅰ)2O；k)Ag(Ⅱ)O；l)Ce(Ⅳ)O2；m)Pb(Ⅳ)O2；n)Ni(Ⅲ)O(OH)；o)Ni(Ⅳ)O2；p)Co(Ⅲ)O(OH)；q)[N(Ⅴ)O3]-(例如硝酸銨，硝酸鈉，硝酸鋰，硝酸鈣)；r)[NO2]-(例如亞硝酸鈉)；s)[S2O8]-2(例如過氧二硫酸銨或鈉)；t)含Cu(Ⅲ)、Tl(Ⅲ)、Hg(Ⅱ)、Se(Ⅵ)或Te(Ⅵ)的化合物；u)R(NO2)n且這里的R是烷基，芳基或芳烷基并且n=1-6(例如一硝基或多硝基或過硝基的有機(jī)化合物)。應(yīng)當(dāng)注意簡(jiǎn)單給出的價(jià)數(shù)有助于了解氧化劑的性質(zhì)，絕非如權(quán)利要求的限定。還有其他的氧化劑是三硝基苯甲酸，六硝基苯，或三硝基苯。
電池的陽極(電解)液和陰極液可用選擇性滲透(permiselective)膜隔開，例如陰離子膜，陽離子膜或雙極性膜。陰極可以是空氣透氣陰極，例如帶有一種陰極液的空氣透氣陰極，該陰極液可被空氣(例如在堿性溶液中)氧化產(chǎn)生一種氧化劑，然后將氫硼化物氧化成硼酸鹽并隨著產(chǎn)生電流，優(yōu)選在包括陰極液在氧化氫硼化物產(chǎn)生電流后的再生的循環(huán)中，這樣可將其重新使用。例如，陰極液可含有碘酸鹽(IO-3)，鐵氰化物和亞鐵氰化物，鉻酸鹽和Cr+3，+2和+3價(jià)的錳，+2和+4價(jià)的錫，+2和+3價(jià)的鈷，有助于使氧化劑通過空氣再氧化到更高氧化態(tài)的催化劑。電池組可包括與陰極部件隔開的室，該室中發(fā)生陰極液的再氧化。電池組還可包括兩個(gè)單元，其一是直接透空氣的通氣器，另一個(gè)單元包括陰極液，該陰極液可被空氣氧化然后利用空氣間接將氫硼化物氧化成硼酸鹽同時(shí)產(chǎn)生電流。電池組也可包括雙極性電極。可以有外部?jī)?chǔ)存槽來儲(chǔ)存陽極液，陰極液，或陽極液和陰極液兩者。通過氫硼化物氧化而產(chǎn)生電流的電池可與從硼酸鹽產(chǎn)生氫硼化物的電池物理式隔開，或者可以是如從硼酸鹽產(chǎn)生氫硼化物所用的同一電池?？蓪⒖刂破鬟B接到至少一個(gè)反應(yīng)劑源，以檢測(cè)反應(yīng)劑向陽極或陰極的輸送，并有一個(gè)監(jiān)視器，監(jiān)視器檢測(cè)電池特性并將對(duì)控制器產(chǎn)生信號(hào)響應(yīng)特性的監(jiān)視值。例如，至少一個(gè)探針響應(yīng)選自O(shè)RP，傳導(dǎo)率，電壓，電流和功率的輸出，離子濃度，PH，折射率，比色情況，COD，濁度，密度的特性以便產(chǎn)生輸入信號(hào)，輸入信號(hào)傳輸?shù)诫娮犹幚砥鳎幚砥鬟B接到控制流體進(jìn)入電池組室的控制器。電池組的電極可包括傳導(dǎo)性基體，例如涂覆的不銹鋼。特別有用(例如為避免產(chǎn)生氫)的電極包括a)鉍，鉈，鎘，錫，鎵，鉛或銦的一種合金；b)汞或其與其他金屬的汞齊或傳導(dǎo)性基體上涂覆的汞；c)碲或碲化物。電極可包括改良電極耐蝕性或其他特性的另外材料?？梢允怯袃蓚€(gè)側(cè)面的雙極性電極，一個(gè)側(cè)面是用所述物質(zhì)涂覆的，第二個(gè)側(cè)面用氧超電勢(shì)低的例如金或氧化銥的材料涂覆；或者，第二個(gè)側(cè)面也可以是標(biāo)準(zhǔn)的空氣透氣電極。雙極性電極包括一片傳導(dǎo)性材料的板材，例如不銹鋼或鍍金銅板，或其他合適的金屬。電極有光滑的或表面積大的泡沫金屬或管材，筒材，纖維，或其他的幾何形狀的材料，粉末，涂覆或未涂覆，已催化或未催化的。上述電池組可成形為一種封閉單元，其物理尺寸和形狀以及校準(zhǔn)的電壓范圍要滿足電子或電子器件消耗品的標(biāo)準(zhǔn)電池組的外形配置和功能規(guī)格，例如助聽器的鈕扣電池；AAA；AA；A；B；C；D；9伏電池；計(jì)算機(jī)電池組；蜂窩電話電池組。還有，電池組的特征可以是產(chǎn)生適合內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力車輛中點(diǎn)火和啟動(dòng)馬達(dá)作業(yè)的電壓和電流，或者電池組適合安裝在部分或全部用電力推進(jìn)的車輛內(nèi)。電池組也適合儲(chǔ)存電力待用，例如電力事業(yè)負(fù)載調(diào)整(均衡)和其他儲(chǔ)存電力的裝置。本發(fā)明這個(gè)方面還有個(gè)特點(diǎn)是在電池組連接負(fù)載的整個(gè)時(shí)間都產(chǎn)生電流，其中的情況是通過還原性含硼化合物氧化產(chǎn)生電流。電池組可以通過將電勢(shì)施加到陽極使硼酸鹽陰離子再生為氫硼化物陰離子而再充電?；蛘?，放電的陽極液溶液可用包含適合硼酸鹽陰離子氧化的氫硼化物陰離子的陽極液來代替。
本發(fā)明另一個(gè)方面的特點(diǎn)是可通過硼酸鹽離子的電還原來合成甲硼烷離子，例如再充電電池組的方法?？墒褂卯a(chǎn)生響應(yīng)特性的電信號(hào)的探針來監(jiān)視這個(gè)合成，特性選自O(shè)RP，傳導(dǎo)率，電壓，電流和功率的輸入，離子濃度，PH，折射率，比色情況，COD，濁度，密度，所述輸入的信號(hào)傳輸?shù)诫娮犹幚砥鳎幚砥鬟B接到控制流體進(jìn)入電池組室的控制器，它是連接到調(diào)整流體進(jìn)入每個(gè)艙室，例如經(jīng)過泵、閥門和其他合適的輸送器。硼酸鹽和氫硼化物離子一般在水性載體內(nèi)。電池的陰極可以是氫超電勢(shì)高的電極，硼酸鹽離子的還原可將電勢(shì)加到電極來完成，該電極可包括鉍，鉈，鎘，錫，鉛，鎵和銦的一種合金。或者，施用電勢(shì)的電極可包括汞或其與其他金屬的汞齊或傳導(dǎo)性基體上涂覆的汞。電極也可含有碲或碲化物。這種電極在電流經(jīng)過時(shí)可抑制釋放氫氣?？商砑痈牧贾T如耐蝕性特性的電極添加劑?？尚纬善渌哌€原物質(zhì)(除氫硼化物外)。在含硼物質(zhì)中有些是較高級(jí)的硼烷B2H7-,B3H8-。這些硼烷可與胺或諸如氨或肼的氮/氫化合物耦合，形成例如BH3NH3，或BH3·N2H4。還形成令人感興趣的不含硼的材料，例如包括來自水體系和/或非水體系的金屬或化合物物質(zhì)。如上所述，在這個(gè)方法中，可使用雙極性電極，也可使用選擇性滲透膜，例如陰離子膜，陽離子膜或雙極性膜。在陰極液中制造氫硼化物的同時(shí)可從陽極釋放氧?？芍圃煲环N氧化性物質(zhì)作為在陽極室的產(chǎn)物。通過向陰極液加入部分還原的加合物或其他加合物，諸如氰化物離子，酰胺離子，鹵化物離子和擬鹵化物可制造非氫硼化物的硼烷。
本發(fā)明還有一個(gè)方面，其一般特征是將氫硼化物陰離子在產(chǎn)生位點(diǎn)輸送到消耗位點(diǎn)，它是通過在產(chǎn)生位點(diǎn)向氧化性氫硼化物溶液施加電勢(shì)，以便在原(第一)電池產(chǎn)生氫硼化物，并且將氫硼化物溶液輸送到消耗點(diǎn)，亦即為了氧化而在蓄(第二)電池提供氫硼化物。還有，包括氧化的氫硼化物廢溶液從消耗點(diǎn)被輸送到生產(chǎn)點(diǎn)，并且在生產(chǎn)點(diǎn)向廢溶液施加電勢(shì)以便在原電池制造氫硼化物，所得氫硼化物可如上述使用。或者，可以結(jié)合水通過水的催化還原產(chǎn)生氫，例如通過存在的過渡金屬化合物，諸如鈷(Ⅱ)化合物(如氫氧化鈷(Ⅱ))而進(jìn)行催化。可收集氫氣并將其輸送到氫消耗點(diǎn)，例如工業(yè)氫氣用戶處。氧化的氫硼化物溶液可輸送返回到生產(chǎn)點(diǎn)以便重新使用來產(chǎn)生氫硼化物。
這種體系與電池一起使用，其成形要適合安裝在部分或全部用電力推進(jìn)的車輛內(nèi)，或者它們也適合用于儲(chǔ)存電力待用，例如電力事業(yè)負(fù)載調(diào)整和其他儲(chǔ)存電力的裝置。簡(jiǎn)單地說，這個(gè)方面的特征是輸送氫硼化物的體系作為輸送能量到指定位置的方法，例如這種輸送并分布?xì)渑鸹锏捏w系要使用氫硼化物作業(yè)的車輛可充滿新鮮的氫硼化物并排放硼酸鹽。用合成氫硼化物溶液的電池將硼酸鹽溶液轉(zhuǎn)換成氫硼化物溶液，例如通過硼酸鹽離子的電還原使電池再充電。
這種體系用基于陽極使用氫硼化物而有非常高能量的電極對(duì)則大為有益。另外，由于反應(yīng)劑可在廣范圍的化學(xué)環(huán)境中使用，蓄電池和原電池兩者皆可使用，而使這種體系是多用性的?！靶铍姵亍币庵鸽姵赜性俪潆姷哪芰Γ霸姵亍币庵冈挤磻?yīng)劑僅用一次并不通過電荷反應(yīng)而再生的體系。提供多用性的另一個(gè)特征是反應(yīng)劑在水或其他溶劑中的溶解度，使配置中的反應(yīng)劑流經(jīng)電池或者保持其膏糊或膠體或溶液的穩(wěn)固狀態(tài)。
反應(yīng)劑可以在包括電池陰極用的許多各種氧化劑內(nèi)改變，包括從環(huán)境空氣中提取的氧氣。這種靈活性可允許按照需要從低功率長(zhǎng)壽命到高功率長(zhǎng)壽命的各種結(jié)構(gòu)。電池外部?jī)?chǔ)存液體燃料的能力是提供大范圍體系的關(guān)鍵，所述體系中電極面積與儲(chǔ)存的總能量無關(guān)，例如公用事業(yè)負(fù)載調(diào)整和汽車運(yùn)輸應(yīng)用中的體系。廢液體可迅速地用新鮮的液體更換來代替實(shí)際使用電力充電的體系。
術(shù)語“電轉(zhuǎn)換電池”包括或者將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能或者將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的作業(yè)，和或者如原電池或者如蓄電池的作業(yè)或燃料電池或合成電池的作業(yè)或者上述任何組合的作業(yè)。
定義電池涉及任何電化學(xué)體系，不管它是否產(chǎn)生或消耗電能和/或產(chǎn)生或消耗化學(xué)能。電池組涉及用于產(chǎn)生電能的電池的任何組合。原電池涉及釋放電能但并不再充電而設(shè)計(jì)的電池。蓄電池涉及可釋放電能并可再充電兩者的電池。燃料電池涉及消耗“燃料”諸如氫、肼或甲醇與氧而產(chǎn)生電能的電池，其中只要供給燃料一般就能產(chǎn)生電能但沒有再充電或產(chǎn)生已消耗材料的返回功能。應(yīng)當(dāng)注意，電轉(zhuǎn)換電池涉及以下幾種模式它具有一種或多種模式功能的電池。
在下面等式中，涉及的電壓(E0或E1/2)意味著標(biāo)準(zhǔn)條件并且僅僅由計(jì)算提供。在一定條件(包括濃度、溫度和壓力)而不是標(biāo)準(zhǔn)條件下運(yùn)行的電池可具有不同的電壓。上面列舉的電壓不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是以任何方式限制豐富多樣的電池和電轉(zhuǎn)換電池提供的電池組聯(lián)合體，這種列舉也并不意味著過去或?qū)韺?shí)際達(dá)到的列舉電壓。E0涉及完整反應(yīng)的電壓而E1/2涉及在電池一部分發(fā)生半反應(yīng)而另一半反應(yīng)必須也發(fā)生在電池部分。
“電極”是非常廣泛的術(shù)語并且涉及傳導(dǎo)電子進(jìn)入或走出電池的傳導(dǎo)材料。陽極和陰極是兩種電極。雙極性電極(一個(gè)側(cè)面是陽極和相對(duì)的側(cè)面對(duì)鄰近電池是陰極)是電極組。電極可以是固體或液體。空氣透氣電極必須與氣體相互反應(yīng)。近幾年來有非常廣泛的各種電池出售。電極可以是簡(jiǎn)單的鋼板狀或“泡沫金屬”，或膠體，或粉末狀。電極的形狀差不多包括板狀(平板)，管狀，圓柱體、立方體，球狀或者差不多可以是按照指定目的所設(shè)計(jì)的任何形狀。它們可以有許多特性，多孔性，非多孔性，滲濾性，清除性等。在任何結(jié)構(gòu)的這些電極用于電轉(zhuǎn)化電池以得到所要求結(jié)果的同時(shí)，沒有一個(gè)象本發(fā)明所揭示的那樣特別要求運(yùn)用電化學(xué)機(jī)理。因此，每當(dāng)述及電極時(shí)，運(yùn)用本發(fā)明公開電化學(xué)機(jī)理的實(shí)際電池組或電池所用的電極配置，就應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本發(fā)明的實(shí)施方案。
當(dāng)電池處于放電并且因此產(chǎn)生電能時(shí)，與被氧化的“燃料”相互反應(yīng)的電極就叫作陽極。在這個(gè)室內(nèi)的液體叫作陽極液。電池另一半有一個(gè)叫作陰極的電極并且這個(gè)室內(nèi)的液體叫作陰極液。在沒有隔置以保持不同化學(xué)組成的電池中(例如普通的鉛-酸蓄電池)，陽極液和陰極液相同(鉛-酸蓄電池中是硫酸)并且常常簡(jiǎn)單叫作電解液。任何情況下本文所用的電解液將涉及任何功能的任何傳導(dǎo)性液體或懸浮液。
當(dāng)電池組再充電時(shí)，電能輸入電池。在這種情況下元件的功能顛倒，陽極現(xiàn)在是陰極，反之亦然。
一個(gè)變更的術(shù)語是將放電電池的陽極叫作負(fù)電極。真實(shí)的電子流出電池組的這個(gè)側(cè)面并流經(jīng)負(fù)載到電池組的正極的側(cè)面。再充電期間電子流入負(fù)電極，并且這種設(shè)計(jì)并不根據(jù)電池組是否充電或放電而改變。
所用能量單位是瓦時(shí)(wh)或千瓦時(shí)(kwh)或千焦耳(kj)。所用功率單位是瓦(w)或千瓦(kw)。能量密度涉及一定體積的電池或材料中可用能量的數(shù)值，例如以每升瓦時(shí)(w/l)或每升千瓦時(shí)(wh/l)表示。比能涉及一定量的電池或材料中可用的能量，以每千克瓦時(shí)(wh/kg)或每千克千瓦時(shí)(wh/kg)表示。能量密度和比能每個(gè)都涉及材料或體系的密度。比功率涉及每單位重量可用功率的量，一般為瓦特/kg。分布器是一種促進(jìn)氣/液接觸的器件，例如該器件帶有微孔使氣流破碎成非常微小的氣泡，以便與液體得到表面積非常大的界面。
本發(fā)明人使用自己定義的單位伏特法拉第(“V-F”)。V-F單位是通過反應(yīng)的電壓乘以所參與反應(yīng)的電子數(shù)目的乘積而求得?？捎每焖俚姆绞綔y(cè)定電池組可用的能量。因此，37.31V-F等于一千瓦時(shí)(1000瓦時(shí))；一V-F等于26.8瓦時(shí)。
在許多實(shí)施例中，本發(fā)明人計(jì)算了理論能量密度或理論比能。這是為了對(duì)比起見，不應(yīng)解釋為任何實(shí)際電池組體系可得到的。不應(yīng)將任何這些數(shù)值認(rèn)為是電轉(zhuǎn)換電池的任何實(shí)施方案所必需的。理論計(jì)算并不計(jì)及制造實(shí)際電池所需要的任何容器、電極、泵或任何輔助裝置。這種計(jì)算當(dāng)初是用于預(yù)測(cè)特定化學(xué)機(jī)理是否有達(dá)到一定目標(biāo)的相當(dāng)?shù)睦碚搸茁省?br> 本領(lǐng)域技術(shù)人員從下面優(yōu)選實(shí)施方案和權(quán)利要求書中的描述將更加明了其他實(shí)施方案。


圖1-8(如圖8A-8D)是電化學(xué)電池的簡(jiǎn)圖。
發(fā)明詳述限定電池的燃料一側(cè)(陽極或負(fù)極)關(guān)鍵的半反應(yīng)是基于氫硼化物離子。這個(gè)反應(yīng)是(1)上述等式(1)是水性體系的，但并非局限于這種體系。電化學(xué)電池的一個(gè)實(shí)施方案使用一種空氣透氣電極以提供制造完整電池所需要的另一個(gè)的半電池反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)是(2)發(fā)現(xiàn)等式(1)和(2)的凈反應(yīng)以兩個(gè)反應(yīng)相加得到(3)氫硼化物離子被氫氧根離子所穩(wěn)定。如果催化或酸化則溶液可釋放氫氣。因此，在電池組應(yīng)用中，要避免釋放氣體的條件。由于在某些情況下釋放氫氣會(huì)降低可用的能量并造成本文所述電池的各種不合要求的特性，所以不希望釋放氫氣。因此，應(yīng)當(dāng)選擇要與氫硼化鈉溶液接觸的材料，以便避免釋放氣體的反應(yīng)。要考慮的其他因素是PH和存在可催化氫硼化物分解的材料。存在氫氧根離子(高PH)是合乎要求的，根據(jù)穩(wěn)定體系的需要和任何指定應(yīng)用所要求的導(dǎo)電性一般以各種量加入外來的氫氧根離子(如氫氧化鈉)。還可添加其他材料來增強(qiáng)電池的導(dǎo)電性或其他特性。
等式(3)涉及的吉布斯自由能“ΔG”是1270kj/每摩爾反應(yīng)劑。從空氣中產(chǎn)生氧，并且氫硼化鈉(可使用任何氫硼化物鹽作氫硼化物源，例如氫硼化鋰或銨，并要適當(dāng)考慮每種材料的性質(zhì))的分子量是每摩爾37.83克。因此，一磅氫硼化鈉可用的能量是15200/磅或33500kj/kg。氫硼化鈉在水中溶解約44wt％，所以這種鹽的飽和溶液應(yīng)當(dāng)含有14700kj/kg，或者由于這種溶液的密度是1.25gm/ml，溶液可用的能量是18400kj/l。將這些熱能術(shù)語轉(zhuǎn)換成電能術(shù)語千瓦時(shí)等于3600kj，則按照100％效率每升可得到超過5.11千瓦時(shí)(按照Andanced Battery Consortinm所用單位5110瓦時(shí)/升)。溫度越高氫硼化物溶解度越大并且還能得到更高的能量。如果需要，在無水氨中溶解度更高，甚至得到更高的儲(chǔ)存能量。
作為快速計(jì)算方法，本發(fā)明人使用他杜撰的單位“伏特法拉第”，下文記作“V-F”，它是通過電池電壓與反應(yīng)中電子數(shù)目的簡(jiǎn)單乘積而計(jì)算的。這種方法能夠通過各種電極對(duì)的可用能量來快速分類。一千瓦時(shí)等于37.31V-F。順便說明，在等式(3)中將給出1.641V×8法拉第的電子=每摩爾反應(yīng)劑13.128V-F。按照上述同樣計(jì)算，這等于347.0V-F/kg或者對(duì)于1.25密度44％的溶液等于190.9V-F/L或5.11kwh/l。
在比較能量時(shí)，一升汽油可用的理論能量是大約33000kj。所以一升這種氫硼化物溶液有大約56％一加侖汽油可用的理論能量。假設(shè)一種電化學(xué)電池和一種電動(dòng)馬達(dá)可轉(zhuǎn)換機(jī)械運(yùn)動(dòng)的能量是內(nèi)燃機(jī)引擎效率的2.5-3倍，那么從常規(guī)汽車使用一種自動(dòng)裝配有上述硼氫化物基電池的可得到同樣數(shù)量級(jí)的功率和范圍。
氫硼化物溶液可用的能量密度中，在125000加侖的箱體內(nèi)可儲(chǔ)存千兆瓦時(shí)(109瓦時(shí))的電能。正常重量帶空調(diào)輔助設(shè)施的電動(dòng)車有30或35加侖油箱原理上可走300英里。這種判斷與基于以下反應(yīng)的常規(guī)鉛酸蓄電池相比大為優(yōu)越(4)其中642克反應(yīng)劑(不計(jì)所需要的水)得到4V-F(它是一種2電子反應(yīng))，或者每千克6.23V-F，或僅僅167wh/kg。僅只根據(jù)化學(xué)機(jī)理，氫硼化物體系比鉛酸體系(蓄電池)可提供相當(dāng)多的能量。
還有另一種相比較的觀點(diǎn)，United State Advanced BatteryConsortium(USABC)確立的先進(jìn)電池組研究的中期目標(biāo)是能量密度在100wh/l-135wh/l之間，比能在80wh/kg-100wh/kg之間。可用于電動(dòng)車的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是200wh/kg。
使用液體燃料(陽極)和電解液的許多優(yōu)點(diǎn)之一是可以取消通常以板材形式的固體反應(yīng)劑。由于電極僅僅需要收集電子，可以達(dá)到相對(duì)簡(jiǎn)單和耐用的設(shè)計(jì)。串聯(lián)必要數(shù)量的電池就可得到較高電壓；實(shí)現(xiàn)串聯(lián)可選的另一個(gè)方法是使用公知的雙極性電極。在電轉(zhuǎn)換電池的某種實(shí)施方案中，雙極性電極可以是合適導(dǎo)體的簡(jiǎn)單板材。在也是燃料的電極的其他電池組中，一般采用更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。
另外，對(duì)指定應(yīng)用為輸送必要功率而設(shè)計(jì)電極面積。如果指定應(yīng)用需要額外的能量，可增加氫硼化物源的儲(chǔ)存尺寸而不是不得不加大電極面積。在使用氫硼化物溶液的再充電電池中，可使用合適尺寸的外部?jī)?chǔ)存箱體來滿足所要求總能量的儲(chǔ)存需求。這個(gè)特點(diǎn)特別有用，例如對(duì)電力事業(yè)負(fù)載調(diào)整，電動(dòng)汽車和應(yīng)急電力應(yīng)用，諸如所列舉一些計(jì)算機(jī)工業(yè)使用的照明或不間斷電源(UPS)。在氫硼化物是膏糊或膠體的電池中，或者如計(jì)算機(jī)、玩具或蜂窩電話使用的不流動(dòng)的電池中，可加大室尺寸來裝載更多的氫硼化物，從而增大儲(chǔ)存能量。
所有附圖都是示意性的，并不按比例繪制，僅供說明。
圖1表示一種堿性電池，配備不移動(dòng)部件和空氣透氣電極。一般可使用公知的空氣透氣電極或?qū)硌芯康碾姌O，只要它與所選擇的電解液體系化學(xué)上相容。如所聞知的，兩個(gè)半反應(yīng)分別在用選擇性滲透離子交換膜所隔開的有關(guān)室中同時(shí)發(fā)生。僅讓特定離子透過的幾種工業(yè)用膜位于陽極和陰極部件之間。在空氣透氣配置中要求離子選擇性膜以防止電池自身放電，這在許多空氣透氣類型的電極經(jīng)常發(fā)生，傾向于有大的表面積和催化劑以促進(jìn)反應(yīng)以足夠高的速度進(jìn)行而提供合理的電流。某些市售膜適合用于電轉(zhuǎn)換電池。膜或者主要是陽離子性，僅讓陽離子輸運(yùn)(鈉，這種情況下是Na+)?；蛘咚鼈兪亲寶溲醺x子而不是氫硼化物陰離子輸運(yùn)的陰離子性。也可將雙極性膜用于需要它們的任何設(shè)計(jì)之中。硼酸鹽離子(放電的產(chǎn)物)的輸運(yùn)在非再充電體系或再充電體系都可接受，能夠從兩個(gè)流體儲(chǔ)箱中回收硼酸鹽。電池可用兩種的任一類型的膜運(yùn)行，特殊應(yīng)用將決定適合特別應(yīng)用的膜。如果氫硼化物不溶解但懸浮在防止氫硼化物向空氣透氣電極輸運(yùn)的介質(zhì)時(shí)，特定的應(yīng)用甚至可省略膜。在這種實(shí)施方案中，如果硼氫化物“膏料”或“膠體”是由粉末懸浮在一種提供氫硼化物低溶解度的材料中而制備的?？商砑右环N傳導(dǎo)性化合物來增強(qiáng)所有各處的導(dǎo)電性。這些電池可制造差不多任何尺寸和容量的電池組來滿足指定應(yīng)用。如果使用合適的電極它們可被充電，下文將詳述。
圖2中，描繪了圖1的同類型電池，但代替空氣透氣電極的氧化劑儲(chǔ)存在電池內(nèi)。這種配置會(huì)大大降低理論比能但仍然給出合適的比能?？蓪D2的實(shí)施方案用于需要密封電池的情況，或者沒有空氣可用的情況?，F(xiàn)在已制造的大多數(shù)的原電池，包括’C’或’D’或’AA’或’AAA’或助聽器類型的鈕扣電池(眾多其他類型之中)，皆落入這個(gè)范疇。通過合適的設(shè)計(jì)，這些電池也可再充電。電轉(zhuǎn)換電池可如常規(guī)原電池一樣運(yùn)行，或者象用氫硼化物流過陽極和氧化溶液流過陰極的原電池一樣運(yùn)行。
在陰極部件中使用的氧化劑一般含有一種可與氫硼化物按照等式(1)反應(yīng)形式的氧，以便產(chǎn)生硼酸鹽和電能。凈電壓將取決于所選擇的氧化劑。
如水體系的一個(gè)實(shí)例，高溶解氧源是氯酸鈉或高氯酸鈉。在主要是堿性的電池條件下，半反應(yīng)將是(對(duì)氯酸鹽)(5)用等式(5)的4個(gè)單位加入到等式(1)的3個(gè)單位得到下面凈等式(6)可用的能量每三摩爾氫硼化物和四摩爾氯酸鹽是1.86×24法拉第=44.64V-F。假設(shè)是鈉鹽時(shí)，其總重量是539.25克。這等于82.78V-F/kg亦即等于2.22kwh/kg。在約40％濃度和密度1.25時(shí)能量密度接近1.1kwh/l，仍可用于目前一般的密封電池。
氧化劑提供氧并不重要。其他化學(xué)物也合適。在堿性水性體系中硼酸鹽將仍然是主要產(chǎn)物。所以即便使用諸如氯的鹵作氧化劑，凈反應(yīng)是(7)圖3表示用一種空氣透氣電極的氫硼化物體系的流經(jīng)配置圖。
適合原電池類型配置的另外氧化劑，不管流經(jīng)或不流經(jīng)，將包括，但不限于，以下化合物或其溶液氧鹵化物，如氯酸鹽，高氯酸鹽，溴酸鹽，碘酸鹽，次氯酸鹽等。代表性化合物是一種如高氯酸鋰或次氯酸鈉溶液的鹽。盡管次氯酸銨在水中呈低溶解度，但它卻相當(dāng)溶解在無水氨中。
較高氧化態(tài)的過渡金屬離子高錳酸鹽和錳酸鹽?？墒褂肕n(Ⅵ),Mn(Ⅶ)或Mn(Ⅳ)(如二氧化錳)，高鐵酸鹽(Fe(Ⅵ)或Fe(Ⅲ))，或鉻酸鹽(Cr(Ⅵ))，氧化鎳(Ni(Ⅲ))，錫(Sn(Ⅳ))，氧化銀等等。必須小心運(yùn)用，以確保所擇材料不催化氫硼化物如等式(15)的分解，或如果可能有催化作用就要確保在材料和氫硼化物之間不令其直接接觸。代表性化合物包括高錳酸鈉，高鐵酸鈉，鐵氰化鉀，鉻酸鈉，錫酸鈉等等。
鹵素或鹵間化合物。這些化合物溶于水性堿時(shí)形成鹵氧化物。
硝酸鹽和亞硝酸鹽，諸如硝酸銨或業(yè)硝酸鈉。這些化合物非常溶于水并特別溶于無水氨。
有機(jī)硝基化合物硝基苯甲酸或二硝基或三硝基苯甲酸在氫氧化物溶液中有良好溶解性，它們可形成相應(yīng)的胺和醇(即硝基苯甲酸形成氨基酚)。
過氧二硫酸鹽?？捎弥T如過氧二硫酸銨或鈉的過氧二硫酸鹽。由于這種陰離子不轉(zhuǎn)移氧而僅僅接收電子，形成硼酸鹽的氧將來自氫氧化物，該氫氧化物也必須是反應(yīng)易得到的。因?yàn)檫^氧化物對(duì)堿性溶液不穩(wěn)定，建議一般不使用它。
使用上述列舉的材料或其他材料的電池其電壓范圍廣泛。在使用如高鐵酸鹽或過氧二硫酸鹽或氧鹵化物這樣的化合物時(shí)，電池總電壓超過3伏特。這種體系有助于保持高能量密度。幾種這些體系也適合用于蓄電池，其中還原的物質(zhì)可被電解地再氧化。通常氧鹵化物、過渡金屬離子、過氧二硫酸鹽和某些有機(jī)硝酸鹽可在這種蓄電池中再氧化。
圖3中，箱體1的溶液泵吸流經(jīng)電池2并排放到箱體3，與此同時(shí)電池2流出電流。泵吸速度可以改變，以掌握對(duì)電池的不同需求，從而在電池內(nèi)對(duì)指定電極面積提供廣范圍的功率量級(jí)。箱體4和泵5配備在電池組陰極一側(cè)，它們配合流動(dòng)以保持電極附近足夠的離子濃度以便保持功率輸出。任選地通過計(jì)算機(jī)(片狀)控制流動(dòng)速度?？蓪碜詡鞲衅鹘?jīng)過I/O器件的數(shù)據(jù)輸入來檢測(cè)凈流動(dòng)，I/O器件監(jiān)視的情況例如ORP或?qū)щ娦曰蚱渌麉?shù)。
在這種配置以及許多其他配置中，提供的靈活性是顯而易見。本文所創(chuàng)造的具有可再充電電池組和燃料電池兩個(gè)特性。對(duì)諸如電力事業(yè)負(fù)載調(diào)整或需要長(zhǎng)途行駛而不要長(zhǎng)期再充電的電動(dòng)車應(yīng)用，這一點(diǎn)非常重要。無論如何符合要求的再充電選擇不可放棄。一般燃料電池中產(chǎn)物通常是水和二氧化碳或氮?dú)?有時(shí)取決于燃料)。燃料電池中基本的考慮是燃燒的電化學(xué)產(chǎn)物以及產(chǎn)物對(duì)于再生原始反應(yīng)劑沒有價(jià)值。電轉(zhuǎn)換電池中，放電產(chǎn)物對(duì)氫硼化物的再生是有用的。雖然對(duì)燃料電池來說水可再生回到氫而氧而氫硼化物代表一種儲(chǔ)存氫氣的方法(下文討論)，發(fā)生的實(shí)際反應(yīng)是等式(1)的反應(yīng)。如果催化氫硼化物釋放其中的氫氣，那么就需要一種有催化氫氣氧化成水的陽極的電池。理論反應(yīng)電壓僅僅是1.23V并且理論能量密度降到3.8kwh/l。硼酸鹽產(chǎn)物將不得不在另一個(gè)電池以高電壓再充電而回收，并且回收可用電的體系的純循環(huán)效率至少降低43％。(1.23V/1.65V～75％并且由于75％是充電和放電的最大效率，75％×75％～57％:100％-57％=43％)。因此，應(yīng)當(dāng)了解，電轉(zhuǎn)換電池不是簡(jiǎn)單的燃料電池或其變體，而真正是電化學(xué)技術(shù)的一種新手段。
如果使用陽離子膜，必須以氫氧化物形式向陽極液添加氫氧根離子。這種技術(shù)降低整個(gè)的比能。然而某些氫氧化物即使沒有凈消耗也應(yīng)有助于兩個(gè)半反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。一種陰離子膜或雙極性膜允許在等式(2)反應(yīng)中產(chǎn)生氫氧化物遍及各處并對(duì)反應(yīng)(1)有用。當(dāng)電池放電時(shí)由于引入氧而增加電解質(zhì)的量。這個(gè)量差不多從陰極轉(zhuǎn)移到陽極部分。也可通過泵物理地輸送或者從陰極部分溢流到陽極部分。如果使用陽離子膜或雙極性膜，鈉離子從陽極部分輸送到陰極部分，以便在放電期間保持電荷平衡。出于這個(gè)原因，盛有廢溶液的箱體應(yīng)當(dāng)比儲(chǔ)存新鮮溶液的箱體大些以便調(diào)整這個(gè)額外的量。再充電時(shí)該反應(yīng)逆行。作為選擇可設(shè)想用另一個(gè)再充電電池。這將使履行放電和充電時(shí)的不同化學(xué)功能的電極最佳化。另外，可保持條件使再充電期間發(fā)生合適質(zhì)量的轉(zhuǎn)移，這樣在遍及許多循環(huán)中沒有氫氧化物或水的凈遷移。而且由于體系的開放和靈活特性，新鮮溶液充滿或所要求成分的簡(jiǎn)單添加可解決偶然發(fā)生的任何失衡。
在圖3的配置中，電池雖然可用電力再充電，也可用新鮮的氫硼化物溶液通過排出口9排出箱體2并通過口8再充入新鮮氫硼化物溶液于箱體1使電池再充電。對(duì)電動(dòng)汽車而言，等于路上“加滿油”。正是有這個(gè)特點(diǎn)，而不是受可得電源所支配的再充電的電源速率所限制，液體可以更換。廢溶液可在外部電池中再充電以使氫硼化物用電再生。這種溶液可出售給其他汽車駕駛?cè)恕＿@里主要是電力充電獲益而不是氫硼化物本身。較小的再生裝置也可安裝在車主家里，這樣任何時(shí)候都可進(jìn)行一次或兩次氫硼化物的外加裝載，車主無需花時(shí)間等待常規(guī)的再充電。
應(yīng)當(dāng)注意，來自硼酸鹽的氫硼化物的電化學(xué)合成是制造氫硼化物的一種新的合成方法。因此，電池再充電的任何參考資料(現(xiàn)有技術(shù))也可用于為制造氫硼化物目的而運(yùn)行的電池的實(shí)施方案。關(guān)于效率，這種再生優(yōu)選使用氫超電勢(shì)高的電極。放寬設(shè)計(jì)要求的體系示于圖4和圖5，其中再充電電池(5)與充電電池分開。應(yīng)當(dāng)注意這個(gè)再充電電池相當(dāng)于制造氫硼化物的電池。因此，涉及再充電電池的任何實(shí)施方案也涉及電合成的電池。這種方式中充電和放電電極對(duì)其各自的功能都是最佳化。另一方面，圖4與圖3是相同體系，配備分開的再充電電池。
圖5表示一種電池，其中二次電解液循環(huán)通過一種空氣噴射器。二次電解液的使用可避免使用必須起電極和空氣分散器兩種作用的空氣透氣電極。將空氣噴射進(jìn)入電解液并氧化一種物質(zhì)，然后該物質(zhì)送入將其還原的陰極。還原的物質(zhì)隨后返回噴射室再次被空氣氧化，完成循環(huán)。能被空氣氧化后在陰極室反應(yīng)以提供氫硼化物的氧化源的任何電化學(xué)對(duì)都可用于這種應(yīng)用中。在這種模式中，電極對(duì)應(yīng)當(dāng)選擇電勢(shì)盡可能地靠近氧的電勢(shì)，就能使電池的電壓最大。
圖5中噴射配置的反應(yīng)順序的實(shí)例如下。
(8)由于等式(8)比等式(2)電勢(shì)更低，(在堿性溶液中氧的氧化電勢(shì))接納空氣的室中進(jìn)行的凈反應(yīng)如下。
(9)這個(gè)反應(yīng)由放置在噴射器上的和/或溶液室內(nèi)自身的催化劑協(xié)助。催化劑可以按照要求是均相或多相的，以便使體系的效率最大?？諝庋趸付ㄎ镔|(zhì)的能力可通過PH、濃度以及催化劑、溫度和壓力來決定。因此，在適當(dāng)條件下，一定的電極對(duì)將即使表示不可能的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)變成可以氧化。應(yīng)當(dāng)參考諸如波爾拜圖或顯著面積圖的電化學(xué)計(jì)算和圖表。應(yīng)當(dāng)注意，在這種反應(yīng)中過氧化物離子常常是一種中間體，這就限制了空氣的實(shí)際氧化能力。但是，在某些如氨的其他溶劑中，形成過氧化物更為普通并且完全不同的電極對(duì)成為可以實(shí)用。
適合這種功能的材料種類比用于原電池的要少，因?yàn)樵摬牧峡赏ㄟ^氧再生。噴射艙室中可以使用Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)電對(duì)(在堿性介質(zhì)或可泵吸的漿料中溶解度復(fù)雜化)和其他過渡金屬，鉻酸鹽/Cr(Ⅲ),Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅲ),Sn(Ⅳ)/Sn(Ⅱ)，活性炭催化的Co/(Ⅱ)Co(Ⅲ)。也可使用鉻酸鹽/亞鉻酸鹽。
然后等式(9)產(chǎn)生的溶液可循環(huán)進(jìn)入陰極室，并在電轉(zhuǎn)換電池中發(fā)生凈反應(yīng)(對(duì)碘酸鹽/碘化物電對(duì))。
(10)由于溶液在持續(xù)進(jìn)行再循環(huán)，在箱體4中僅需要小量流體-剛好足以提供最大流速。凈反應(yīng)仍然是等式(3)，不同的是反應(yīng)電壓是1.50V而不是1.65V。使用這種特定的中間體由于反應(yīng)電壓減少而導(dǎo)致可用能量損失約9％。這個(gè)能量當(dāng)然是反應(yīng)(9)中放熱所產(chǎn)生的，并且損失0.15V。
本實(shí)施方案可用于要求設(shè)計(jì)比能高的空氣透氣電極的情況，也可用于要求峰值功率非常高的體系。在圖3和4的空氣透氣電極配置中，峰值功率受到空氣透氣電極表面積的限制，(其他條件之中)。由于直接使用空氣透氣電極有設(shè)計(jì)和成本的限制，本實(shí)施方案允許設(shè)計(jì)非常高的空氣輸入速度(甚至可以是壓縮空氣)以便有高功率。這種配置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是基本減少了響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)要求快速的高功率時(shí)(例如電動(dòng)車中壓下加速器踏板)，由于陽極液和陰極液儲(chǔ)存在各自的箱體中，可快速增加兩種液體進(jìn)入電池的流速。本實(shí)施方案也可用于要求雙極性電池和凈空氣消耗在一起的體系。本實(shí)施方案將取消雙極性電池中將空氣分布到所有陰極的要求。
電轉(zhuǎn)換電池的另一個(gè)實(shí)施方案有一個(gè)如圖3或4中的有直接空氣透氣電極的主電池體系，以最高效率提供基本能量，并且還有如圖5使用噴射室以氧化另一種化合物的另一個(gè)體系，它在需要時(shí)提供必要的峰值功率。在這種實(shí)施方案中，圖5所示噴射裝置單元(4)可以(并非必須是)比空氣電極單元要小。則設(shè)計(jì)者無需自己花費(fèi)全部精力去建造表面積大的空氣透氣電極。結(jié)果是一種等效的(比能與比功率成函數(shù)關(guān)系(verses))全部比較小的體系。本實(shí)施方案可根據(jù)要求從同一箱體或不同箱體中引出供給兩個(gè)電池的氫硼化物溶液。
在這些實(shí)施方案中，可使用再充電電極的第二種設(shè)計(jì)對(duì)流體再充電。當(dāng)然，選擇排放箱體2和填充箱體1仍然是該實(shí)施方案的一部分。
這種體系賦予的另一種靈活性是，在帶有可改變輸出功率和流速的任何流體電池中，在溶液中的所有氫硼化物流過電池時(shí)一般并非全部都轉(zhuǎn)換。結(jié)果，即使箱體1幾乎是空的，作為應(yīng)急儲(chǔ)備，箱體2所用的液體可泵吸到箱體1(如果有再充電電池就通過該電池，或通過管路)，以便提供應(yīng)急儲(chǔ)備。由于氫硼化物濃度較低，可預(yù)料性能會(huì)減退，但是駕駛員仍然能夠到達(dá)再充電的站點(diǎn)。
這些配置的另外優(yōu)點(diǎn)是剩余能量的測(cè)定比較簡(jiǎn)單，它是箱體1有多少剩余的新鮮溶液的函數(shù)。而在多重電池組中剩余能量的實(shí)際測(cè)量十分困難。
圖6表示再充電電池。雖然這個(gè)電池實(shí)際和電池2同樣電池，這種體系的靈活性允許兩個(gè)電池分開。再充電期間，等式(3)將逆行以產(chǎn)生氫硼化物和氧氣，逆反應(yīng)如下(11)負(fù)電壓表示必需賦予的電能，以便驅(qū)動(dòng)反應(yīng)按照所示方向進(jìn)行。這是個(gè)要求使反應(yīng)有效地進(jìn)行的比較重要的條件。正是這個(gè)負(fù)電壓使水易于解離成氫和氧。幸而氧是合乎要求的產(chǎn)物。從物理電極釋放的氣體是一種特別依賴于電極的組成和物理特性兩者的過程。從堿性水溶液釋放氧氣是等式(2)的逆反應(yīng)(12)回顧以上理論電壓的討論，應(yīng)當(dāng)牢記，釋放游離氣體所要求的實(shí)際電壓高于理論值。認(rèn)為理論電壓和所要求實(shí)際電壓之間的差別涉及超電勢(shì)(或超電壓)。在釋放氧氣的電極情況下，認(rèn)為這個(gè)電勢(shì)是氧超電勢(shì)。同樣氫電極情況下叫作氫超電勢(shì)。超電勢(shì)取決于所釋放的氣體和電極材料兩者。另外，高電流密度和低溫度有利于較高的超電勢(shì)。
為使反應(yīng)(12)的效率最大，氧超電勢(shì)低的電極是合乎要求的。氧超電勢(shì)低的材料是金、氧化銦、二氧化錳以及工業(yè)中熟知的其他材料。這些電極可用堿金屬材料制造，如不銹鋼并用所要求材料涂覆。
制造氫硼化物要求反應(yīng)1逆行，亦即(13)正是這個(gè)負(fù)電壓，對(duì)從水中釋放氫氣更有益，反應(yīng)如下(14)如果進(jìn)行反應(yīng)(14)代替反應(yīng)(13)，則電池不會(huì)再充電并且浪費(fèi)能量。因此，為了確保進(jìn)行反應(yīng)(13)，要求將氫超電勢(shì)高的電極放在電池再充電一側(cè)。在這種還原條件下，可得到各種還原的硼物質(zhì)。在反應(yīng)(13)和(14)之間必要的超電勢(shì)電壓差至少0.4123V，為了使反應(yīng)(14)盡可能小，要求更高的超電勢(shì)。軟金屬傾向于有較高的氫超電勢(shì)。例如已有幾十年使用水銀來從水中回收鈉金屬(E1/2=-2.7V)以生產(chǎn)氫氧化鈉。水銀當(dāng)然是液體，并且還要考慮環(huán)保。但是，液體水銀或其在另一種金屬表面的涂層可使反應(yīng)(14)高效進(jìn)行，認(rèn)為是電轉(zhuǎn)換電池的一種實(shí)施方案。其他是固體的軟金屬也在電轉(zhuǎn)換電池范圍內(nèi)。它們包括，但不限于，鉍、鉛、錫、鉈、鎘、鎵和銦。這些金屬的各種合金也具有非常高的超電勢(shì)。碲損害電極生成氫氣的能力并且可以以游離元素或者以上列其他金屬的碲化物而摻合。無數(shù)的可用合金的結(jié)合使設(shè)計(jì)者可根據(jù)氫超電勢(shì)、不同環(huán)境下的耐蝕性、成本和機(jī)械質(zhì)量(僅僅提及一些參量)而選擇材料。顯而易見，最佳的再充電電池應(yīng)當(dāng)有高表面積(因而是低電流密度)的用金或氧化銦涂覆的陽極。陰極應(yīng)當(dāng)有較小一些(較高的電流密度)的用軟金屬合金涂覆的電極。能夠設(shè)計(jì)單獨(dú)的可有效充電和放電電池的同時(shí)，電轉(zhuǎn)換電池使設(shè)計(jì)者還可自由作另一種選擇(在兩個(gè)電池和一個(gè)電池之間選擇)，以便制造一種精巧的溶液用于指定應(yīng)用。
應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)需要任何可再充電的電池組代表一種反應(yīng)劑的電化學(xué)合成。氫硼化物鹽是有用的化學(xué)試劑并且在化學(xué)工業(yè)廣泛用作還原劑。由于氫硼化物是通過氫化鈉或者與三氟化硼或者與有機(jī)醇的硼酸酯反應(yīng)而制造，目前方法的成本較高。而且產(chǎn)生的大量副產(chǎn)物，必須從氫硼化物中分離。與此相反，從廉價(jià)的硼酸鹽甚至硼砂和電能生產(chǎn)氫硼化物表示在生產(chǎn)成本中的一種明顯改進(jìn)，并推動(dòng)“氫硼化物經(jīng)濟(jì)學(xué)”，其中興起基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以分配能量例如電能使用，或者例如一種精煉氫(氫硼化物可在各種條件下釋放氫氣)，或者是氫硼化物溶液，用于車輛作為易于泵吸和儲(chǔ)存的氫硼化物溶液。
由這些合金和反應(yīng)(13)制造的電極代表用于電化學(xué)合成氫硼化物的新穎材料。
這些電極也可用于要求氫超電壓高的任何還原情況?？墒褂眠@些電極作陰極在電化學(xué)電鍍型作業(yè)中從水溶液回收諸如鈦、釩、其他過渡金屬以及稀土金屬的材料。制造這些材料的方法一般依賴于諸如用鎂或鈉的活潑金屬還原無水氯化物。釩可從其氧化物還原而鋁卻是鋁熱型反應(yīng)。所有這些方法都是昂貴的并且都有從熔融鹽基體中回收金屬的問題。這些電極可用于要求高還原電勢(shì)的任何電化學(xué)合成。例如用廉價(jià)的水作質(zhì)子源可電還原有機(jī)化合物。
自硼酸鹽合成氫硼化物是相對(duì)干凈和有效。產(chǎn)品是氧和氫硼化物。將存在少量的氫氧化物，但在堿性條件有利于穩(wěn)定溶液。對(duì)能量和大多數(shù)其他應(yīng)用而言，可保留氫氧化物。如果要求回收干產(chǎn)物，可通過幾種現(xiàn)有技術(shù)之一分離出氫硼化物。
氫硼化物廉價(jià)的可用性使溶液可從一個(gè)位點(diǎn)泵吸到另一個(gè)可轉(zhuǎn)換回到電能的位點(diǎn)。氫硼化物也是一種非常安全和廉價(jià)的運(yùn)輸氫的方法。作為一個(gè)實(shí)例目前精煉裝置常常是氫氣的基本用戶。氫硼化物可以運(yùn)輸?shù)叫枰獨(dú)錃獾奈稽c(diǎn)(通過管路，船運(yùn)，鐵路或公路等等)。如果該溶液被酸化或諸如鈷的金屬催化劑催化，就釋放氫反應(yīng)(15)釋放大量的氫氣。如果酸化44％w/w的氫硼化物溶液，一升溶液將釋放大約116.3克氫氣。這比其他氫源得到更多的氫氣。即使冷凍的液態(tài)氫也僅有每升70克的密度。壓縮到6000psi的氫氣其密度僅為每升36克。儲(chǔ)存在合金中例如稀土鎳合金中的氫氣大約1wt％氫氣。這乘以合金密度可給出比液態(tài)氫稍高一些的密度但低于氫硼化物溶液。在任何情況下合金是昂貴的，并且不如液體易于掌握。氫硼化物溶液比液態(tài)氫或壓縮氫更容易更安全地掌握。
如果氫硼化物以固體或以可泵吸漿料或者以90wt％約80℃高溫溶液處理應(yīng)用，則甚至可得到更高的密度?？傻玫诫p倍量的氫超過每升200克。這就是從一升材料釋放2240升氫氣。(需要在一定位置添加一些水)。亦即從一升材料得到超過79scf的氫氣。為了在這個(gè)密度儲(chǔ)存氫氣，需要體系差不多在33000psi條件下運(yùn)行(這個(gè)壓力通常是來福槍管內(nèi)開火時(shí)所增加的壓力)。
廢液體是硼酸鹽溶液，它可送回再生設(shè)備使其轉(zhuǎn)換為氫硼化物，其方法是如有需要調(diào)節(jié)PH，并在電池中電解合成氫硼化物，基本上用水作反應(yīng)劑而氫氣和氧氣作產(chǎn)物而構(gòu)成一個(gè)用電的閉合回路。對(duì)此所需要的電能與長(zhǎng)距離運(yùn)輸電力的線路損失相比仍然有利。這同樣可與首先將氫硼化物轉(zhuǎn)換成電能并且使用電能產(chǎn)生氫氣相競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)榭捎玫碾娊怆姵貎H以大約70-75％的效率運(yùn)行。因此，如果運(yùn)輸?shù)哪繕?biāo)是實(shí)際結(jié)束氫氣作為原料，那么等式(15)的直接催化反應(yīng)是合理的。如果運(yùn)輸?shù)哪繕?biāo)是將電能作為終產(chǎn)物運(yùn)輸，那么按照等式(1)以電轉(zhuǎn)換將氫硼化物直接轉(zhuǎn)換應(yīng)當(dāng)更為合適。
如前述幾種應(yīng)用需要在電壓高于電池電壓下進(jìn)行。當(dāng)要求雙極性電池時(shí)，可用本發(fā)明的化學(xué)和如圖7的流程進(jìn)行。電池或者以產(chǎn)生電能的容量使用或者用作合成氫硼化物的裝置。圖7中，雙極性的配置由雙極性電極、陽極液、選擇性滲透膜、陰極液構(gòu)成；然后重復(fù)這個(gè)順序。每個(gè)順序代表一個(gè)電池(兩個(gè)端電極不是雙極性電極但規(guī)定僅僅一個(gè)面接觸電解液)。電池組可以密封并且可按照需要再充電或不充電。電池組可被流遍，需要一種集合管將電解液分布到每個(gè)室中。如果是直接的空氣透氣電極也需分布到每個(gè)陰極室。
應(yīng)當(dāng)注意，在全部所示電極以及與此相反的許多常規(guī)電極中，電極本身不是電化學(xué)的一部分，制造電極的材料在其化學(xué)組成中并不改變。所以，可以改善電極壽命和便于設(shè)計(jì)。即使電極材料可增進(jìn)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，電極自身也不改變。
圖8A-8D表示可用于各種用途的眾多類型的雙極性電極。這些電極并不限制許多的可能性。圖8A表示一種僅起電子收集器作用的簡(jiǎn)單板。它可用于圖5所示配置，其中噴射空氣進(jìn)入一個(gè)分開的室并且這液體被輸送到每個(gè)陰極室。氫硼化物溶液被集管送入每個(gè)陽極室以運(yùn)行這體系。圖2所示的封閉體系當(dāng)然也可用8A所示電極以雙極性模式來配置。
在圖8B中的電極表示了作為空氣透氣電極的一個(gè)側(cè)面。這些需要大表面積的電極通常被催化，并且也需要隔開陽極液。
圖8C的電極表示一種雙極性電極，對(duì)再充電電池或制造氫硼化物電池是最佳的。這種電極在面對(duì)硼酸鹽/氫硼化物溶液一側(cè)已用氫超電勢(shì)高的材料涂覆。電極的其他側(cè)面，在面對(duì)電池氧化劑一側(cè)已用氧超電勢(shì)低的材料涂覆。這種電池既適合圖4和5所示的再充電電池，又適合圖5電池2的電極，也適合制造氫硼化物的電極。
圖8D的電極是用于直接空氣透氣電極配置的一種聯(lián)合電極。一個(gè)側(cè)面用氫超電勢(shì)高的材料涂覆，并且面對(duì)硼酸鹽/氫硼化物溶液。另一側(cè)面有一種空氣透氣電極。這種電極可用于圖3和4的電池2雙極性電極配置。它也可用于圖5的再充電電池。由于這個(gè)再充電電池(5)也是制造氫硼化物的合成電池，這種電極也適于制造氫硼化物。
因?yàn)樵S多氫硼化物鹽明顯溶于除水以外的許多其他溶劑，進(jìn)而導(dǎo)致其多用性。例如氫硼化鈉在二甲基甲酰胺于20℃的溶解度是大約18wt％；溫度高時(shí)還會(huì)加大。如果電池需要在不適合有水的情況下運(yùn)行，就可用這個(gè)溶劑替代。如前述氫硼化鈉非常溶于無水氨；這個(gè)體系允許在非常低的溫度下運(yùn)行并有非常好的比能。這個(gè)體系也可以，例如利用溶解度特別高的材料，例如硝酸銨以高濃度氧化劑作為陽極液。
配合劑(如冠醚)或增大氫硼化物在任何指定溶劑中溶解度的其他試劑都可使用，并認(rèn)為是來源于本發(fā)明精神范圍。
雖然選擇性滲透膜可使非離子-離子材料通過滲透壓跨越膜的輸運(yùn)，兩種不同溶劑的體系仍可結(jié)合在同一電池中。作為一個(gè)實(shí)例，二甲基甲酰胺/氫硼化物溶液可以是陽極液而氫氧化鈉水溶液可以是陰極液。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以取消選擇性滲透膜，并且兩種彼此不溶解但其一溶解所需要的電解液的液體可形成電池。作為一個(gè)實(shí)例，溶于水的氫硼化鈉應(yīng)當(dāng)是陰極液；溶于如氯仿溶劑的諸如氯的鹵素可以是陽極液。將氯輸運(yùn)跨越阻擋層的相轉(zhuǎn)換催化劑(諸如季銨鹵化物鹽，R4N+X-)是提供傳導(dǎo)性的一種選擇。
其他實(shí)施方案其他實(shí)施方案皆在以下權(quán)利要求書內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種電化學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)，它包括混有還原性含硼化合物的載體，當(dāng)儲(chǔ)存介質(zhì)電接觸攜載氧化期間所產(chǎn)生電流的一種電極時(shí)，還原性化合物是在氧化成氧化性含硼化合物的同時(shí)可產(chǎn)生電流。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，還原性化合物是氫硼化物(BH4)-。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，氧化性化合物是硼酸鹽(BO2)-。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，載體是水溶液。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，載體是非水溶液。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，載體是包括一種溶解還原性化合物液體的非水溶液。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，載體選自無水氨，胺，非胺有機(jī)堿，醇類，碳酸烯烴基酯和二醇。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，載體選自二甲基甲酰胺，二甲基亞砜、三丙胺，吡啶；喹啉；三乙醇胺；單乙醇胺；乙二醇；丙二醇；甲醇；乙醇；碳酸亞乙酯；和碳酸亞丙酯。
9．根據(jù)權(quán)利要求6的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，非水溶液包括加溶劑或傳導(dǎo)增進(jìn)劑。
10．根據(jù)權(quán)利要求6的儲(chǔ)存介質(zhì)，其中，非水溶液包括選自EDTA，冠醚，穴狀化合物和季銨鹽的一種試劑。
11．權(quán)利要求1的儲(chǔ)存介質(zhì)是定位在電池組陽極。
12．一種電池組，包括電連接的陽極和陰極，陽極包括一種混有還原性含硼化合物的載體，還原性化合物可氧化成一種氧化性含硼化合物的同時(shí)進(jìn)行電池組放電。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，其中，還原性化合物是氫硼化物(BH4)-。
14．根據(jù)權(quán)利要求12或13的電池組，其中，氧化性化合物是硼酸鹽。
15．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，其中，載體是一種溶液。
16．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，其中，載體是水混合物。
17．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，其中，載體是非水混合物。
18．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，其中，陰極包括一種含氧化劑的陽極液。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的電池組，其中氧化劑選自空氣；氧；包括氧和鹵的化合物；以及X2，其中X是鹵素。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的電池組，其中氧化劑是高氯酸鹽(ClO-4)，氯酸鹽(ClO-3)，亞氯酸鹽(ClO-2)，次氯酸鹽(ClO-)，氯(Cl2)，溴(Br2)，溴酸鹽(BrO-3)，碘酸鹽(IO-3)。
21．根據(jù)權(quán)利要求18的電池組，其中氧化劑是a)[MnO4]-；b)[FeO4]-2；c)CeOH(NO3)3；d)[Ce(NO3)6]-2；e)[Fe(CN)4]-3；f)[CrO4]-2；g)[SnO3]-；h)[BiO3]-；i)MnO2；j)Ag2O；k)AgO；l)CeO2；m)PbO2；n)NiO(OH)；o)NiO2；p)CoO(OH)；q)[NO3]-；r)[NO2]-；s)[S2O8]-2；t)含Cu(Ⅲ)、Tl(Ⅲ)、Hg(Ⅱ)、Se(Ⅵ)或Te(Ⅵ)的化合物；u)R(NO2)n且這里的R是烷基，芳基或芳烷基并且n=1-6。
22．根據(jù)權(quán)利要求18的電池組，其中，氧化劑是三硝基苯甲酸，六硝基苯，或三硝基苯。
23．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，其中，陽極包括一種陽極液，陰極包括一種陰極液，并且陽極液和陰極液以選擇性滲透膜隔開。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的電池組，其中，膜是陰離子膜。
25．根據(jù)權(quán)利要求23的電池組，其中，膜是陽離子膜。
26．根據(jù)權(quán)利要求23的電池組，其中，膜是雙極性膜。
27．根據(jù)權(quán)利要求12或13的電池組，其中，陰極是空氣透氣電極。
28．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，它包括可被空氣氧化以產(chǎn)生一種試劑的陽極液，然后試劑氧化氫硼化物成硼酸鹽的同時(shí)產(chǎn)生電流。
29．根據(jù)權(quán)利要求28的電池組，其中，陽極液在通過氧化氫硼化物產(chǎn)生電流后可在循環(huán)中被空氣再氧化，因此可使其再次使用。
30．根據(jù)權(quán)利要求28的電池組，其中，陽極液包括可在堿性溶液中被空氣氧化的氧化劑。
31．根據(jù)權(quán)利要求28的電池組，其中，陽極液含有碘酸根(IO3)-和I-。
32．根據(jù)權(quán)利要求30的電池組，其中，陽極液含有鐵氰化物和亞鐵氰化物。
33．根據(jù)權(quán)利要求30的電池組，其中，陽極液含有鉻酸鹽和Cr+3。
34．根據(jù)權(quán)利要求30的電池組，其中，陽極液含有+2和+3價(jià)的錳。
35．根據(jù)權(quán)利要求30的電池組，其中，，陽極液含有+2和+4價(jià)的錫。
36．根據(jù)權(quán)利要求30的電池組，其中，陽極液含有+2和+3價(jià)的鈷。
37．根據(jù)權(quán)利要求30的電池組，其中，陽極液包括有助于氧化劑被空氣再氧化成較高氧化態(tài)的催化劑。
38．根據(jù)權(quán)利要求28的電池組，它包含一種與陰極室隔開的室，該室中陽極液發(fā)生再氧化。
39．根據(jù)權(quán)利要求28-38任一電池組，它包含兩個(gè)單元，其一是直接空氣透氣的單元，另一個(gè)單元包含陰極液，該陰極液可被空氣氧化然后將氫硼化物氧化成硼酸鹽同時(shí)產(chǎn)生電流。
40．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，它含有雙極性電極。
41．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，它還包含外部?jī)?chǔ)存箱以儲(chǔ)存陽極液，陰極液或陰極液和陽極液兩者。
42．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，它包含通過還原性化合物的氧化而產(chǎn)生電流的電池，它與從氧化性化合物產(chǎn)生還原性化合物的蓄電池物理式隔開。
43．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，它包含一種電池，該電池使用通過還原性化合物的氧化產(chǎn)生電能和從氧化性化合物產(chǎn)生還原性化合物兩者。
44．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，它包含連接到至少一個(gè)反應(yīng)劑源的控制器，控制器檢測(cè)反應(yīng)劑向陽極和陰極的輸送，電池組還包含一個(gè)監(jiān)視器以檢測(cè)電池特性并將對(duì)控制器產(chǎn)生信號(hào)響應(yīng)特性的監(jiān)視值。
45．根據(jù)權(quán)利要求44的電池組，其中，監(jiān)視器包含至少一個(gè)探針，它產(chǎn)生響應(yīng)特性的輸入信號(hào)，特性選自O(shè)RP、傳導(dǎo)率、電壓、電流和功率的輸出、離子濃度、PH、折射率、比色情況、COD、濁度、密度，輸入信號(hào)傳輸?shù)诫娮犹幚砥?，處理器連接到控制流體進(jìn)入電池組室的控制器。
46．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，它包含一種電極，電極包含涂覆的傳導(dǎo)性基體。
47．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，它包含一種電極，該電極包含一種選自以下的物質(zhì)a)鉍，鉈，鎘，錫，鎵，鉛或銦的一種合金；b)汞或其與其他金屬的汞齊或傳導(dǎo)性基體上涂覆的汞；c)碲或碲化物。
48．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，它包含一種電極，該電極包含改良如耐蝕性特性的一種材料。
49．根據(jù)權(quán)利要求47的電池組，其中，電極還包含改進(jìn)如耐蝕性特性的一種材料。
50．根據(jù)權(quán)利要求47的電池組，其中，電極是雙極性電極，它包含兩個(gè)側(cè)面，一個(gè)側(cè)面用所述物質(zhì)涂覆，第二個(gè)側(cè)面用氧超電壓低的例如金或氧化銥的材料涂覆。
51．根據(jù)權(quán)利要求47的電池組，其中，電極是有兩個(gè)側(cè)面的雙極性電極，一個(gè)側(cè)面是用所述物質(zhì)涂覆，第二個(gè)側(cè)面有一種空氣透氣電極。
52．根據(jù)權(quán)利要求40的電池組，其中，雙極性電極包含傳導(dǎo)性材料板。
53．根據(jù)權(quán)利要求52的電池組，其中，傳導(dǎo)性材料是不銹鋼或鍍金銅板。
54．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，它包含一種電極有光滑或大表面積的泡沫金屬或管、園柱體狀、纖維或其他幾何形狀，涂覆或未涂覆的，催化或未催化的。
55．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，配置為封閉單元，其尺寸和形狀和校準(zhǔn)的電壓滿足形狀裝配，并且適合消費(fèi)者電器或電子器件的標(biāo)準(zhǔn)電池規(guī)定功能。
56．根據(jù)權(quán)利要求55的電池組，其中，標(biāo)準(zhǔn)電池是助聽器鈕扣電池；AAA；AA；A；B；C；D；9伏電池；計(jì)算機(jī)電池組；蜂窩電話電池組。
57．根據(jù)權(quán)利要求12的電池組，其特征在于，產(chǎn)生的電流和電壓適合于點(diǎn)火和啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力車輛中的馬達(dá)運(yùn)行。
58．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，其中，至少一個(gè)電池其配置適合安裝在既可部分使用又可全部使用電能的車輛以便推動(dòng)車輛。
59．根據(jù)權(quán)利要求39的電池組，其中，至少一個(gè)電池其配置適合安裝在既可部分使用又可全部使用電能的車輛以推動(dòng)車輛。
60．根據(jù)權(quán)利要求12或28的電池組，其配置適合電能儲(chǔ)存待用，例如電力事業(yè)負(fù)載調(diào)整和其他儲(chǔ)存電力的裝置。
61．根據(jù)權(quán)利要求39的電池組，其配置適合電能儲(chǔ)存待用，例如電力事業(yè)負(fù)載調(diào)整和其他儲(chǔ)存電力的裝置。
62．一種在全部時(shí)間產(chǎn)生電流的方法，包括提供權(quán)利要求12的電池組并將其連接到負(fù)載。
63．根據(jù)權(quán)利要求62的方法，它還包含通過氫硼化物陰離子氧化成硼酸鹽陰離子而產(chǎn)生電流，和通過將電勢(shì)施加到陽極使氫硼化物陰離子從硼酸鹽陰離子再生而使電池組再充電的步驟。
64．根據(jù)權(quán)利要求62的方法，它還包含通過氫硼化物陰離子氧化成硼酸鹽陰離子而產(chǎn)生電流，和然后用包含適合氧化成硼酸鹽陰離子的氫硼化物陰離子的陽極液更換已放電陽極液的步驟。
65．一種通過硼酸鹽離子電還原而合成硼烷的方法。
66．根據(jù)權(quán)利要求65的方法，其中硼烷離子是氫硼化物。
67．根據(jù)權(quán)利要求65或66的方法，其中方法可將電池組再充電。
68．根據(jù)權(quán)利要求65的方法，包含使用探針監(jiān)視合成，探針產(chǎn)生的電信號(hào)代表選自以下的特性，ORP、傳導(dǎo)率、電壓、電流和功率的輸入、離子濃度、PH、折射率、比色情況、COD、濁度、密度，所述信號(hào)傳輸?shù)诫娮犹幚砥?，處理器連接到控制流體進(jìn)入電池組室的控制器，它連接到調(diào)節(jié)進(jìn)入每個(gè)室的流量。
69．根據(jù)權(quán)利要求66的方法，其中，硼酸鹽和氫硼化物離子在水載體內(nèi)。
70．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中，硼酸鹽的電還原發(fā)生在有氫超電勢(shì)高的電極作陰極的電池中。
71．根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中通過施加電勢(shì)到電極來實(shí)現(xiàn)硼酸鹽離子的還原，所述電極包括a)鉍，鉈，鎘，錫，鉛，鎵或銦的一種合金；b)汞或其與其他金屬的汞齊或傳導(dǎo)性基體上涂覆的汞；c)碲或碲化物，以便在電流通過時(shí)進(jìn)一步抑制釋放氫氣。
72．根據(jù)權(quán)利要求65或71的方法，其中，通過施加電勢(shì)到電極以實(shí)現(xiàn)硼酸鹽離子的還原，所述電極包含增強(qiáng)耐蝕性或其他特性的一種添加劑。
73．根據(jù)權(quán)利要求70的方法，它還包含回收除氫硼化物之外的還原性物質(zhì)，還原性物質(zhì)包括來自水和/或非水體系的金屬或化合物。
74．根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，電池含有雙極性電極。
75．根據(jù)權(quán)利要求65或66的方法，它是在含有選擇性滲透膜的電池中進(jìn)行。
76．根據(jù)權(quán)利要求75的方法，其中，選擇性滲透膜是一種陰離子膜，陽離子膜或雙極性膜。
77．根據(jù)權(quán)利要求65或66的方法，它包括在陰極液產(chǎn)生氫硼化物的同時(shí)從陽極釋放氧。
78．根據(jù)權(quán)利要求65或66的方法，它包括在陽極室中產(chǎn)生氧化性物質(zhì)作產(chǎn)物。
79．根據(jù)權(quán)利要求65或66的方法，它是在水介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行。
80．根據(jù)權(quán)利要求65的方法，其中，硼烷不是氫硼化物，且方法包含將部分還原加合物或其他加合物加入陰極液。
81．根據(jù)權(quán)利要求80的方法，其中，加合物選自氰化物離子，酰胺離子，鹵化物離子和擬鹵化物。
82．根據(jù)權(quán)利要求65或66的方法，它是在非水介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行。
83．一種將氫硼化物陰離子從產(chǎn)生點(diǎn)輸送到消耗點(diǎn)的體系，通過將電勢(shì)施加到產(chǎn)生點(diǎn)的氧化性氫硼化物溶液以便在原電池產(chǎn)生氫硼化物，并將所得氫硼化物溶液輸送到蓄電池內(nèi)消耗點(diǎn)，在該消耗點(diǎn)提供用于氧化的氫硼化物。
84．根據(jù)權(quán)利要求83的體系，它還包含將包括已氧化的氫硼化物的廢溶液從消耗點(diǎn)輸送到其生產(chǎn)位點(diǎn)，并在生產(chǎn)位點(diǎn)向廢溶液施加電勢(shì)以便在原電池生產(chǎn)氫硼化物。
85根據(jù)權(quán)利要求83或84的體系，其中將已氧化的氫硼化物溶液輸送返回生產(chǎn)點(diǎn)以便再使用產(chǎn)生氫硼化物。
86．根據(jù)權(quán)利要求83或84中的任一體系，其中，至少一個(gè)電池其配置要適合安裝在既可部分使用又可全部使用電能的車輛以推動(dòng)車輛。
87．根據(jù)權(quán)利要求83或84中的任一體系，其配置要適合電能儲(chǔ)存待用，例如電力事業(yè)負(fù)載調(diào)整和其他儲(chǔ)存電力的裝置。
88．根據(jù)權(quán)利要求83的體系，它還包含氫硼化物與水結(jié)合而通過水的還原產(chǎn)生氫的步驟。
89．根據(jù)權(quán)利要求88的體系，其中，通過存在過渡金屬化合物而催化產(chǎn)生氫。
90．根據(jù)權(quán)利要求89的體系，其中，通過鈷(Ⅱ)催化產(chǎn)生氫。
91．根據(jù)權(quán)利要求90的體系，其中，鈷(Ⅱ)化合物是氫氧化鈷(Ⅱ)。
92．根據(jù)權(quán)利要求88的體系，它還包含將產(chǎn)生的氫輸送到消費(fèi)者的步驟。
93．作為一種將能量輸送到指定位置方法的一種輸送氫硼化物的體系。
94．一種輸送和分布?xì)渑鸹锏捏w系，使使用氫硼化物作業(yè)的車輛，用新鮮的氫硼化物填充并排放硼酸鹽。
95．根據(jù)權(quán)利要求94的體系，其中硼酸鹽溶液用電池轉(zhuǎn)換成氫硼化物溶液，以通過硼酸鹽離子的電還原而合成氫硼化物離子和/或使電池組再充電。
96．根據(jù)權(quán)利要求81的方法，其中，硼酸鹽用一種胺或諸如氨或肼的氮/氫化合物配對(duì)。
全文摘要
硼氧化還原物質(zhì)可提供用于電池組或能量?jī)?chǔ)存體系的電化學(xué)電池,其特征在于其有益的比能,能量密度,投資和運(yùn)行成本,再充電效率,安全性,環(huán)境影響,使用可靠性和長(zhǎng)效性。
文檔編號(hào)H01M2/14GK1209219SQ96180019
公開日1999年2月24日 申請(qǐng)日期1996年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月28日
發(fā)明者史蒂文·阿門杜拉 申請(qǐng)人:Gp斯特雷泰格斯公司