等离子辅助的储氢和气体吸附方法与设备的制作方法

专利名称：等离子辅助的储氢和气体吸附方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及非平衡等离子辅助气体吸收方法和设备，即在含有正电 性的活化极性可渗吸物质中，如活性炭或超级活性炭，利用产生负氢离子 的方法和设备可逆地存放负离子化氢气。该方法也可应用于其它气体的 储存。
背景技术：
氢是宇宙中最简单和最丰富的元素。预计氢燃料电池将被广泛应用 在各种产业，因为该电池利用氢化学能量发电，不产生燃烧或污染。然 而，长期以来氢储存是一个主要技术瓶颈。目前氢存贮有四个主要方法 [1， 2]:压縮氢气、液体氢、深冷吸附系统和金属氢化物系统[3]。 一方面， 作为可再生能源，氢的优点是可储存和可移动。另一方面，鉴于氢物理 密度很低，如果直接用于车载能源贮存，因容量过低对汽车和其它应用 没有实用价值。目前最常用方法是把高压压縮氢气放入加压燃料箱内。 虽然该方法能提供一定的行驶里程，但燃料箱体积过于庞大，并且很难 用于其它领域。虽然将氢液化能够使燃料密度增加1倍以上，但该方法 需要巨大能量来降低温度(-253。C和一个大气压)，并需使用昂贵的绝热燃 料箱以维持深冷温度，而且至今也未达到期望的行驶里程。金属氢化物 方法利用氢化物内的晶体结构来储存氢气，使用时通过加热释放氢。该 方法所获得的能量密度仍然不够大，并且成本高昂。
众所周知，可渗吸活性炭粉末也能将中性氢分子吸附在其微小内孔。 但使用该材料作储氢媒介面临许多问题。例如，为了让中性氢分子进入
内孔必须应用高气压。在深冷低温和约45-60气压下，大约只有5.2wt。/。 的氢可被吸附在活性炭内[5， 6]。在室温温度和以60个大压力吸附，则 只有大约0.5wty。[4-14]。因此许多研究者相信，使用可渗吸活化炭方法无 法满足美国能源部为汽车业车载氢存贮所制定的6.5wt。/。的指标。
目前，电磁负性气体和等离子体技术主要应用于表面处理、大气科 学和环境研究中的气体处理等领域。由于负电性离子在当代等离子物理 学中扮演的重要角色，其基本性质获得了广泛的研究[15， 16和17]。负 电性等离子体也常在生产负电性离子射线时使用[18]。氢的电离技术是对 气体放电等离子体的应用。气体带电等离子体是活性和动态的媒介。等 离子体被理解为部分电离的气体。当气体原子的某一部份或分子与电子 碰撞时，电离形成离子。这些带电物质相互作用。在电磁场中可引起离 子移动的驱动力。等离子体要求连续的电能供应。将电力输入气体而引 起电离的过程构成了等离子体源。除带电粒子以外，等离子体还包括内 电子状态改变(激发态)的中性粒子，或反应性增强的粒子(离解分子和自 由基)。因此，等离子体可被认为是带电和激发粒子不断生成和衰亡的动 态系统。
在电晕的过程中，于中性流体(如氢或氧气)中放置的电极可发出 高电势电流。通过流体电离化，在电极附近会产生等离子体。生成的离 子最终传递电子至邻近低电势区域，或活化极性可渗吸材料或粉末的离 子缺陷点，再度形成中性粒子。电晕极性可正可负，由电极电压的极性 来确定。就负氢产生过程而言，在氢流体流过电势梯度足够大的点，由 于巨大的电子能量传递给了氢分子，流体会在该点发生电离并且获得更 强的导电性。如果一个氢所附着的物体也有锋利的尖端，则电子密度非 常高，电子会碰撞氢原子。另一方面，由于原来氢原子核外仅有的一个 孤立电子，不足以屏蔽氢原子核自身产生的磁场而达到能量最小的稳定 状态。它倾向于俘获另一个电子以达到稳定。于是，当缓慢的电子碰撞 到氢原子，就可能黏附在氢原子表面而形成稳定负氢离子。如果沿着尖
锐的几何形状和梯度，电离区域可以持续增加而不是停止在某一半径区 域内，从而形成一个完全导电通道，造成短暂火花或连续的火弧。在这 个区域以外，带负电的氢粒子会倾向于寻找带反向电性的物体一如活化 极性可渗吸物质中的正电性点实现中和，产生吸附效应。

发明内容
本发明涉及非热等离子体处理方法和设备，这一设备采用电晕技术 在一个多层微粒床，如活性炭微粒床上方产生等离子体和气体负氢离子， 可以帮助气体非平衡等离子，例如含有负氢离子的等离子，储存在活化 极性可渗吸微粒当中。
本发明的方法运用由电晕放电产生的电子激发负离子气体在活性极
化的多孔粉末，例如，活性炭或其它类似活化极性物质上获得可逆吸附； 这些物质最好具有活化极性点，例如，正电性或离子化表面，而气体的 负离子则可由非热等离子体产生部件产生。
本发明使用电晕技术，在一个多层床上使气体成为含有负离子的等 离子体。本发明的方法和设备包括可产生负电压部件，由针尖电晕放电
获得负电性气体离子或非热等离子体，从而使离子得以可逆性吸附，在 或溶解于活化极性物质(如活性炭或其他相似极性物质如液体水)中。 原因在于后者拥有许多活化极性点(如具有正电性点)。吸附了负氢的物 质可用作为氢存贮媒介，存放在储氢材料筒内。
实验发现，带电可渗吸粉末的解吸附或除氢反应可在适度温度(如在 50'C)发生。这表明，拥有离子性和共价性结合的混合表面结构的可渗吸 粉末一譬如商业用活性炭一所产生的氢化表面覆盖层，能够在输入能量 (如加热)过程中脱氢。于是，当加热到适当温度和用短波紫外光( 254 纳米并且/或者185纳米波长)照射的帮助下，氢可以从粉末物质释放出来 并且在温和条件下再生。由于这一氢存贮过程是可逆的，在多种气体贮 存过程中具有应用价值，其应用范围包括上述多个领域。
相应地，本发明也可应用在其它方面作为可逆吸附气体方法。在室 温和不同压力(如l个大气压(绝对)下)，使可渗吸物质与负离子化气
体环境相接触造成气体吸附。在常温和常压中，最好在没有其它污染物 和气体的环境中，固体可渗吸微粒可以通过接触离子性气体，特别如负 氧离子，以便吸附氧气。
本发明的更详细的目标和优点将在后文作详细描述。为了帮助充分 理解本发明的应用范围，下面介绍本发明所涉及的具体设备的不同方面。


图1显示与本发明相关的等离子体浸入式吸收床实施方案。
图2显示与本发明相关的氢储存连续操作系统的一个实例。 图3显示与本发明相关的一个负氢解吸附流程实施方案。 图4显示与本发明相关的一个装载已吸附负氢的活化极性物料或粉 末料桶的实例。
具体实施例方式
在进一步描述本发明之前，首先将用于规格、实例和专利优先要求 中的主要术语汇总于后。对这些术语的定义应作为公开的内容，使一般 技术人员能够理解。除非他处另有定义，下列技术和科学术语的含义均 与操作类似技术，具有一般工艺水平人员通常的理解相同。
文中所用冠词"一个"是指一个或一个以上(即起码指一个)语法
目标物。例如， 一个部件，意为一个或一个以上部件。 术语"活化极性点"指易于与离子或原子反应的极性点。 术语"包括"指包含所有元件，广意上，其它元件亦可在包涵之中。 术语"悬挂的键"指有缺陷的共价键。 术语"充有电性气体的可渗吸微粒"指一个由于荷电-荷电极性作用，
或共价键作用而吸附了气体的可渗吸微粒。
术语"包括"指"包括但不限于"。"包括"和"包括但不限于"两种含义相
同的说法在本文交替使用。
术语"离子"指通常呈电中性的原子、 一组原子，或亚原子微粒由于
损失(或增加)电子而达到的离子状态。有能力变成离子的气体。 术语"非平衡等离子体"指这样一类等离子体，仅其电子处于高温(电
子具有较高的能量)，而离子和中性分子则处于常温(离子或分子具有较低
的能量)。
术语"等离子体"指由负或正电性离子、自由电子和中性粒子组成的 类似气体的物质状态。
术语"可渗吸微粒"指任何具有至少一个孔或"空隙"的球形或其它形 状的物体，该物体允许气体或液体进入。
业已发现，当采用从大约2微米到20微米直径，或采用大约2微米 到15微米直径微粒，比表面积分别从1000平方米/克到3800平方米/克， 或从1000平方米/克到2600平方米/克的活性炭微粒在非热等离子体或电 晕放电环境内用氢负电性离子加工，在室温和1个大气压条件下， 一些 样品可以吸收7.5wt。/。到大约30wt。/。的氢，而另外一些样品则可以吸收 7.5wtM到大约21.6wty。的氢。
通过本发明方法和设备，可运用非平衡等离子体技术，将气体离子 化或处理成等离子体，然后将之吸附入可渗吸材料吸附床，以存放氢气 体。本发明的优点在于使气体非平衡等离子体(包括负离子和激发原子) 与微粒表面的离子化或正常原子间产生极性离子或共价相互作用，从而 使气体(如氢)等离子体粒子能够被吸附于活化极性材料或粉末(如活 性炭)上或溶解于液体中。就氢气而言，由于离子和共价的作用力，负 氢离子和氢原子可被分别吸附在可渗吸材料的活化极性点附近，使氢存 忙在吸附物质内。
譬如，在物质微粒表面至少有两类活化点(l)离子化或具有正电性 缺损点，如活化极性炭表面带一个正电荷的碳；(2)具有残缺的共价链接 或悬挂共价键，如活性炭表面一个共价键因失去一个与表面邻近粒子共 同束缚的电子而表现为残缺的碳原子。微粒的表面有许多这样的活化极 性点，如正电性和悬挂共价键接点，故它们可由离子力和共价接合力与 负氢离子和氢原子结合，将氢吸附在活化极性吸附物质中。
等离子体浸没吸附床包括高偏压电源，它可产生包括负氢离子的非 平衡等离子体，离子被吸附在活性极化可渗吸微粒床内，床内的微粒， 如活性炭微粒，都有正电性和悬挂键结合点。比如，可在一个可渗吸粉 末床内装备电晕放电元件电极，产生非平衡等离子体或负离子化氢分子， 离子随后吸附进入微粒孔，这些可渗吸微粒，例如，具有活化极性点或 表面缺陷，包括正电性和悬挂键结合点，并且也具有大比表面积的活性 炭,可以形成氢储存空间。
在等离子体辅助吸附床内，电晕放电部件由一系列电极组成，施加 负电压可造成负电晕与氢气的相互作用，产生主要由负氢离子组成的非 平衡等离子体。这种等离子体可被吸附于粉末活化极性点，形成氢化物 复合构造。
例如，就电晕辅助的活性炭可渗吸微粒气体吸附过程而言，由于等 离子体至少由两种成分(负氢离子和氢原子)组成，以下反应可能发生:
对于氢气来说，可能有下列反应发生
H2 + e-—〉 H2(振动激发态)+ e- (1)
112(振动激发态)+ 6- —〉 H- + H (2)
H + e- —〉 H- +光子 (3)
对于离子碳表面一个一价正电荷碳
H- + [C+](离子化点)一〉[C: H](离子接合) (4)
对于碳表面悬挂共价键
H-+< C—> (悬挂共价键)一〉(C-H)-(共价接合) (5)
H + <C—>(悬挂共价键)一〉(C-H)(共价接合) (6) 为获得可逆吸附并实现解吸附，可加热被氢化的活化极性炭表面， 或另外施加紫外光辐射或电子激发，通过离子和共价结合形成的氢覆盖
层便可分离而实现除氢。主要反应可能为(离子链接)+热一〉[C+](离子化点)+ H- (7)
(C-H )(共价接合)+热—< C一 >(悬挂共价键)+ H (8)
(0印-(共价接合)+热— <:一>(悬挂共价键)+ & (9)
H-+光子—H + e- (10)
H- + e- —H + 2e画 (11)
H + H —H2 (12)
为了产生非平衡等离子体，可以在微粒床容器内，于氢气分子气流
中以高负电压电场生成电晕放电，在微粒孔附引发近偏压电场。电晕放 电可以产生包含电子、负氢分子离子和氢原子的强烈离子环境。在氢分 子内电暈放电可以产生电离气体和激发原子，它们随后可以进入具有正 电性和悬挂共价家结合点的物料内孔。当喷入的氢气穿过活性极化的微 粒床时，非平衡等离子组分也可以接触到复杂孔隙。可以增加偏压电场 强度，以便足以产生充足的高浓度包括负氢离子的非平衡等离子体，这 些负离子趋于与可渗吸微粒的正电性和悬挂共价键点结合。
在不同电力功率(如从1瓦到50千瓦)条件下，对电极施加偏负电 压(如从-l千伏到-22千伏)时，可以产生具有高能量的非平衡等离子体 或负电性氢离子，能够有效地吸附于活化极性可渗吸物质。电晕放电能 够构造一个密集的离子环境，从而产生电子、负氢离子，和氢原子。对 氢分子电晕放电可以产生电离的气体和激发的原子，它们随后可以进入 具有正电性和悬挂结合点物质内部。当输入氢气通过活性极化的微粒或 物料床，产生的非平衡等离子组分可以进入物质的复杂孔隙内部。可以 将偏压电场强度增大到足够高的水平，产生高密度非平衡等离子体，包 括负氢离子，这些离子可与具有活性极化的或正电性和悬挂结合点的可 渗吸微粒物质相接触而吸附。
具有充足能量的非平衡等离子体或负氢离子，可以有效地被吸入可 渗吸微粒物质；它们可以通过不同的功率(如，从1瓦特到50千瓦)的高 压发生器，对一些离子发生器部件施加偏负电压(如，从-l到-22千伏)而 简易地产生。电极(针)可以排列在微粒物料床之上，沿着电子绝缘材料壁 指向区域中心放置。最好能够把电极均匀地安排，以便获得一个均匀一 致的电场，并且要避免让电极针与床壁或微粒床接触。
譬如，等离子体辅助吸附床可以是批量加工的固定床或者为可连续 操作的移动床。
负氢离子也可由其它非热等离子体技术[19]生产，包括高频率方法， 如射频等离子体(RF)，微波等离子体、引发耦合等离子体(ICP)，以及高
电压方法，如电介质障碍放电(DBD)和电子束(EB)。
图1表达了一个在活化极性粉末或液体中实现吸附电离氢气方法的 设备实例。在进料口，氢气可被电离为负氢离子，负电性氢被吸引至有 极性的活性点或正电性点造成吸附。
图1描述了典型的辅助等离子体可渗吸微粒或流体床结构。上半部 分115允许等离子体流粒子之间质量和能量传递。电极(针)可以沿着电子 绝缘材料床壁安装，让针指向反应床中心，但应避免让电极与床壁或物 料床直接接触。下半部分118是一个多层床。上半部115可以进行批操 作，或，在使用气体过滤器122时进行连续操作。通过入口 113和物料 加料器112，粉末或流体在被输入床内后转入下部分床。床120设有防止 电击功能，由绝缘材料(如，陶瓷或玻璃)作其电子绝缘内衬119。操作时， 粉末或流体层123可在支撑板121上逗留一定时间以吸附离子。之后， 在110的氢气和通过口 125的二次氢气体流作用下，通过漏斗126，以及 磁性圆环124和导板128，粉末或流体经多层板顺气体流被推挤下移。为 达到有效快速的吸附，活化极性物料或粉末层数最好保持薄，具体浓度 根据等离子体强度和离子和原子的浓度而定。例如，床高可大约为0.1cm 至3cm。吸附床最好留有较大暴露区域以便容易吸附负离子。等离子体 辅助吸附床可以是从事批量操作的固定床，或是进行连续操作的移动床。 在操作前，吸附床系统须通过接口 114喷吹惰性气体或做抽真空处理,同 时清除空气和水分。已吸附氢的粉末或流体经过批量或连续操作处理， 可通过出口 127排出。床体外壳可用金属材料(如不锈钢)构造，并保持接 地。
吸附床120也包括偏压电场发生器116，物料加料器112和物料出口 127。它可以是固定床或移动床，用来实现批量或连续操作。供应氢气的 装置可连接到吸收床120。氢气可在一定的进气压力下，如1个大气压(绝 对压力)，通过入口 IIO进入电晕生成区115。电场发生器116用来产生 负偏压电场。电场功率应强大到能够产生等离子体，发生有力的电晕放 电，并在区间115中产生高浓度负氢离子，从而能供给一定容量的可渗 吸粉末或流体，以实现吸附或溶解。所有其它能够产生高浓度负氢离子的
离子源技术均可以选择采用，在115区间提供高浓度负氢离子,供吸附床
进行连续和快速的吸附操作。
在氢流体内使用电晕放电可以产生包含负氢离子在内的非平衡等离
子体。包含负氢离子的非平衡等离子体从床上部分区域115流入具有活 化极性的可渗吸物料床118。 一旦到达微粒物料，包括负氢离子在内的非 平衡等离子体就可以进入活性极化的微粒物料118的孔隙内部。
施于电极116的高电压可产生一个电场。电极116应连接到至少 约1千伏负电压电源上(图中未显示)。其产生的负偏压电场应有足够的强 度以电离区间115中的氢分子。
为使负电氢离子既能进入吸附床又不被快速电子破坏，从而能够把 进入活化极性点的普通氢原子数量减到最小，可使用永久磁铁圆环124， 如采用釤鈷(Sm-Co)永久磁铁或其产生磁场的材料。磁铁可放在上下床 中间，使加工范围分成二个区域等离子体区域和物料区域。其功能为， 吸引负电性离子,使之穿过磁环通道124进入可渗吸粉末或流体区，并改 善床内电子分布的均匀程度。
为了能吸附较多的负离子，最好使用具有较大比表面,或表面孔隙, 具有丰富正电性活化极性点的微粒物料。较多的活化极性点，最好是正 电性活化极性点和较强的电磁场强度，可使更多的负氢离子更快地吸附 于材料或进入液体，也更容易解吸附。例如，活化极性微粒的尺寸以小 为好(如从1微米到50微米)，并应具有较大比表面(如1000mVg或更 多)。最合适的微粒应拥有许多活化极性中心，有正电荷可供负电性离子 附着。虽然或大或小的微粒材料均可使用，但前提是需要有充足的用于 反应的比表面和活化极性中心的存在。
偏压电场最好有足够强的功率，以便引发大容量电晕放电，从而在 分区115之上产生相应大量的负氢离子，进入下面的微粒物料床118内。
上述电离环境也可以导致许多其他中性或普通气体分子或气体废物 存入粉末或流体中。其他气体离子(如负电性氧离子等)还可以被存放 在具有正电性或悬挂键接点的活化极性物质中，例如，活性炭、烟草叶 纤维和沸石的孔隙内。
如图2所示，为了能够在连续方式下操作，非热等离子体或电晕床 16可与氢源10连接(如水电解氢发电器或纯净氢气贮存罐)。可渗吸材 料可与任何一类氢源相连接。例如，连接由天然气重整反应器生产的纯 氢气和使用水电解法的氢发生器生产的纯氢气，或更为有利。在任何有 水和电力的地方，利用电解产生氢气，并将之存放在活化可渗吸粉末或 流体内。可渗吸物料储存罐ll需有足够的物料，以进行连续操作。负电 性电压发生器13提供负电压(如-3千伏电压)，施于在物料上方安置的 电极针。最后，物料向下转移到容器14。未被吸附的氢气穿过粉末或流 体床，通过至少一个气固分离器分离装置(如气体过滤器)送回床的入 口，以便循环使用。操作前，需要在接口12处，用惰性气体连续喷吹或 使用真空泵排除空气中的氧和湿气。可渗吸粉末在使用前需要进行再生 处理，例如，在真空中将之加热至300。C。
图3表示出从已吸附氢的物料18中释放氢的方法。本发明利用紫外 辐射的非热激发功能辅助完成氢离子解吸附再生过程，提供纯氢给不同 应用过程。附着在材料活化极性点的氢离子获得激发并排出，而在脱氢 或再生以后，固体分子仍然保留在表面。在除氢期间，可采用加热(如用 微波作为有效的方法)至一定温度，如75°C，逐渐排出物料吸附的氢离子。 也可使用短波紫外光灯(如从185纳米到254纳米范围的商用紫外灯)，产 生的254纳米或185纳米紫外光会发送光子引发极化氢原子脱吸附和再 生，从而获得氢气。然而，对于燃料电池应用，维持负氢离子的对发电 更有帮助，原因在于每一个摩尔的负氢离子或带电氢流的电子要比每一 摩尔的氢原子所带的电子多，于是在一定时间内，有更多的电子能够在 燃料电池内传递引起更大电流密度。
图4表示出典型的储存已吸附氢的物料料桶。料桶至少由三部分构 成，即，物料储存室141，紫外照明室143和加热器148。所有部分由螺 丝155拧紧。为将所有部件封闭于真空状态中，应使用橡胶垫圈153和 156。料桶可由不同材料制成，如金属(如不锈钢或铝)或非金属材料(如陶 瓷，玻璃)。物料储存室141可以从紫外照明室143取出和拆卸，再重新 装满已吸附氢的吸附材料。紫外照明室143至少包括一个玻璃棉过滤器 151， 一个紫外光灯149，和一个过滤器142。
紫外灯149用于提供辅助非热刺激，从解吸组分中分解可能的杂质 以便再生氢。过滤器151可以是惰性过滤材料，如玻璃棉，或任何包含 惰性微小的内孔且能过滤杂质的材料。多孔过滤器142可采用不同的材 料制成的网(如不锈钢网或炭、陶瓷或其它可过滤材料构造的膜)，开口面 积或多孔板的开孔总面积大约30%。接口 144能与不同的应用设备连接， 其提供氢气以满足各种不同用途的应用。位于渗吸材料之上的短波紫外 灯提供非热光刺激。圆盘或板146可由不同非金属材料制作(如多孔石英 或陶瓷盘，不锈钢网)，总开口面积约为20 30%。加热操作通过电源接 口 152和内部加热器145实施，尽管料桶也可以不设内部电加热器件， 只用外部电能或微波加热。内部加热器145(可使用镍铬合金加热线圈或 微波管)插入料桶，使物料能加热至工作温度，如75。C，以满足各种应用。 在已吸附氢的物料147填装入料桶之前，料桶140应采用氩气喷吹清理。 在解吸附时，整体系统需先通过接口 144抽真空，或用惰性气体(如氩 气)进行喷吹，然后，加热已吸附氢的物料。
参考文献
本文提及的所有出版物和专利文件，包括下列文献，按照引用顺序 分别在这里列出。
1. H. Buchner， P. Pelloux-Gervais， M. Mullar， F. Grafwallner and P. Luger. Hydrogen and other alternative fuels for air and ground transportation. H. W. Pohl， Eds. (John Wiley & Sons, Chichester 1995). Chaps. 7-11.
2. J. Nitsch, W. Peschka， W. Schnurnberger， M. Fischer and H. Eichert. Hydrogen as an energy carrier. C. Winter and J. Nitsch ， Eds. (Springer-Verlag. Berlin,1988)， PartB，
3. H. Imamura， N, Sakasai， T. Fujinaga， JAlloyCompd， 253， 34 (1997)
4. A. Zaluska， L.Zaluski， J. O. Strom-Olsen， AppliPhysA， 72， 157 (2001).
5 .Dillon A. ， Heben M. ， Hydrogen Storage Using Carbon Adsorbents:
Past,
Present and Future, Applied Physics A， Vol. 72， pp. 133-142， 2001
6. Baker R. ， Hidalgo R. ， Park C. ， Rodriguez N. ， Tan C. ， Hydrogen Storage in
Graphite Nanofibers, Proceedings of the 1998 U.S. DOE Hydrogen Program
Review, USA 1998
7. Baker R.， Chambers A.， Park C.， Rodriguez N.， Terry R.， Hydrogen
Storage in Graphite Nanofibers ， J. Physical Chemistry B ， Vol. 102 ， No. 22， pp.
4253-4256， 1998
8. Johnson J., Wang Q. ， Computer Simulations of Hydrogen Adsorption on
Graphite Nanofibers, J. Physical Chemistry B， Vol. 103， No. 2， pp. 277-281， 1999
9. Bose T. ， Chanine R., Poirier E. ， Hydrogen Adsorption in Carbon Nanostructures， Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 26， pp. 831-835，
2001
10. Gupta B., Srivastava O., Further Studies on Microstructural Characterization
and Hydrogenation behaviour of Graphitic Nanofibers ， Int. J， Hydrogen
Energy, Vol. 26， pp. 857-862， 2001
11. Chen F.， LiW.， LoutfyR.， Murphy R.， Wang J.， Hydrogen Storage in
Fullerenes and in an Organic Hydride, Proceedings of the 1998 U.S.DOE
Hydrogen Program Review， USA 1998
12. Ahn C.， Fultz B.， Vajo J.， Ye Y., Zinck J.， hydrogen Adsorption and Phase
Transition in Fullerite， Applied Physics Letters, Vol. 77， No.， 14， pp. 2171-
2173， 2000
13. Bose T.， Chanine R.， Low-pressure Adsorption Storage of Hydrogen, Int. J.
Hydrogen Energy, Vol. 19， pp. 161-164， 1994
14. Bentley J. ， Fuller W. ， Hynek S. ， Hydrogen Storage by Carbon Sorption, Int.
J. Hydrogen Energy, Vol. 22， No. 6， pp, 601-610， 1997
15. Stoffels， E.， et， al， Plasma chemistry and surface processes of negative ions， Plasma Sources and Technology, vol. 10 (2001) 311-317
16. Massey， H. S. W， Electronic and Ionic Impact Phenomena, vol II: Electron-Molecule Interactions and Photo-Ionization, ed. H.S. W. Massey， et al (Oxford: Clarendon)
17. Christophorou, L G.， Electron-Molecule Interactions and their Applications (New York: Academic) 1984
18. Christophorou L G 1984 Electron—Molecule Interactions and their Applications (New York: Academic)
19. Spence， D.， Lukke， K.R.， Plasma modified Production of High-Current ， High-Purity cw H+ ， D+ ， and H- Beams from Microwave-Driven Sources, Proc. Of LINAC ,96. Paper MOP10(1996)
等价技术
熟练技术人员也将会认识到，或者能够确信，采用常规实验途径， 还有许多项类似的方法，可以获得本发明描述中所实现的功效。虽然本
文已经讨论了发明的具体方法，但是所叙述的规则是说明性的，并不是 限制性的。对于熟练技术人员，本发明的许多其它变化技术可以通过对 规则的考察，变得显而易见。整个发明内容应该由权利要求声明和参考 资料、以及所有相类似的实验技术、规则特点和这样的技术变化来确定。 这样的相同性也将包含在以下专利权利要求中。
权利要求
1.一种可离子化气体吸附方法(a)可离子化气体与至少一个可渗吸物质相接触，而且至少一个可渗吸物质包含有若干活化极性点；(b)当可离子化气体与至少一个可渗吸物质接触时，对之施加一个负电压电场，足以引发包含可离子化气体的负离子非平衡等离子体；(c)负离子可吸附到至少一个可渗吸物质的活化极性点。
2. —种负电性离子解吸附方法(d) 由紫外光辐射至少一个可渗吸物质，使被吸附的负电性离子从该 物质的活化极性点附近解吸附。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中可离子化气体是氢，并且负电 性离子是负氢离子。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中活化极性点至少是下列之一 正电性键或悬挂共价键。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中可渗吸物质是活化极性材料或 炭微粒。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中活化极性点至少是下列之一 正电性键或悬挂共价键。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中施加负电压电场和吸附在接近 室温条件下进行。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中过程中至少有一种可渗吸物质 是放在吸附床内。
9. 根据权利要求1所述的方法，
10. —种紫外光照射解吸附方法，其中负电性电压至少是3千伏, 包括(a) 以紫外光照射至少一个已充有电性气体的可渗吸物质，经一定充 足时间放出业已吸附在该物质上的电性气体；并且(b) 对照射解吸附中产生的气体进行再生。
11.根据权利要求10所述的方法，其中电性气体是氢。
12. 根据权利要求10所述的方法，其中照射在接近室温条件下进行。
13. 根据权利要求10所述的方法，其中照射温度大约在-50 °C到300。C 。
14，根据权利要求10所述的方法，其中紫外光是短波紫外光。
15. —个用于气体吸附的设备，包括(a) 能够装载具有活化极性点可渗吸物质的容器；(b) 容器中装有帮助气体与活化极性可渗吸物质相接触的部件；并且(c) 容器内装有为活化极性可渗吸物质相接触的气体提供充足负电 压，从而产生非平衡等离子体的部件。
16. 根据权利要求15所述的设备，其中供应负电压的设备为电晕放 电电极。
17. 根据权利要求16所述的设备，其中设备是一组电晕放电单元， 包括一系列电极。
18. 根据权利要求15所述的设备，其中设备是由含有活化极性点的 可渗吸物质所构成的床。
19. 根据权利要求17所述的设备，其中设备装置在一个固定床或移 动床内。
20. —个对充有电性气体的物质进行解吸附的装置包括(a) —个装载已充有电性气体的活化极性可渗吸物质的容器；(b) 容器内有一个能用紫外光照射已吸附充有电性气体的可渗吸物 质的器具，这一器具装有已吸附充有电性气体的可渗吸物质；(c) 容器内有一个加热部件。
全文摘要
本发明公开了采用等离子体协助实现气体存贮的方法和设备。在一个设备内，采用电晕放电方法，从分子气体中产生非平衡负离子，使之吸附在具有活化极性的可渗吸物质，如超级活性炭微粒中，实现气体存贮。当把已吸附的负电性气体的可渗吸物质加热至适当温度，并加诸辅助紫外光照射，负电性气体将被释放。
文档编号F25J3/00GK101351679SQ200780001096
公开日2009年1月21日 申请日期2007年2月15日 优先权日2006年2月21日
发明者夏亚沈 申请人:海恰尔能源公司