空化辅助的声化学氢气制备系统的制作方法

空化辅助的声化学氢气制备系统的制作方法
【专利摘要】本发明的实施方案涉及一种物质的电解质组合物，其包含水性溶剂、至少一种溶于所述溶剂中的无机盐；和至少一种有机酸或其盐，其中所述酸基本上可溶于所述水性溶剂中且以足以支持空化辅助电解燃烧的浓度存在。本文证明低分子量有机酸和无机盐可用于制备氢气。
【专利说明】空化辅助的声化学氢气制备系统
[0001]本发明一般地涉及高效制备氢气，更具体地涉及原位制备氢气。
[0002]水由两份氢和一份氧(以质量或体积计)组成。在给定的能量输入El下两摩尔水通过任意方式解离会产生一摩尔氧气(O2)和两摩尔氢气(H2)。当通过任意方式结合在一起时，氢和氧反应以形成水，从而释放出给定的能量输出E2。就所有已知的物理和化学原理而言，E1>E2，因此就热力学而言所述方法在直接作用时不是有利的。为了将氢气能用作能源并经济使用，必须采取措施以降低水的解离能或在所述过程中以某种其它方式提供能量，例如使用催化增强或所有上述方式。
[0003]氢气可通过各种方式(包括但不限于化学、电、热、辐解等)由各种化学物质(包括但不限于水、烃、植物、岩石等)生产。在本发明中，将水用作氢源，并且使用电解和空化的催化组合以产生氢气。空化方法可通过各种方式(声学、惯性流体力学、非惯性流体力学、机械、电磁等)或其任意组合实现。
[0004]作为地球上以及宇宙中含量最丰富的元素，氢气特别有希望作为地球上以及太空中的燃料来源。氢气可为家庭和工厂、交通方式(飞机、火车以及车辆)提供动力。因此，氢气可用来彻底淘汰电力时代中的碳燃料，由此通过其在人性化过程方面的贡献使得陆地气候变化净减少。如氢气应用的众多综述所述，存在四个显著的“障碍”。各自如下所述:
[0005]1.生产一如何以高效、安全、环境“友好”的方式生产大量氢气。
[0006]2.储存一如何储存低密度的可燃气体。
[0007]3.分配一由于氢气难以储存，因此难以运输。
[0008]4.使用一鉴于前两项,可如何使用氢气是一个更大的障碍。
[0009]因此，需要一种克服现有技术中所遇到的问题的方法和系统，并提供一种经济的氢气生产方法和装置。
[0010]提供了一种由含氢液体如水产生氢气(H2)的方法和装置。在一个实施方案中，所述结构为设置有催化增强的电解池，以使所制备的氢气的体积和质量最大化，并使能量输入最小化，由此使得操作成本降至最低。通过如下方式对该设备进行特别的设置以催化增强水的解离和氢气的形成:1)电磁场的容器装置配置；2)使用声化学和空化；以及3)在所述设备中使用改变该设备溶液的pH、离子状态以及化学势的合适溶质和溶剂。
[0011]空化可通过多种方式产生，包括但不限于:声能、流体力学(惯性、非惯性)、机械以及电磁能等或其任意组合。
[0012]如氢气应用的众多综述所述，存在四个显著的“障碍”。各自如下所述
[0013]1.生产一如何以高效、安全、环境“友好”的方式生产大量氢气。本专利能够由水制备氢气，并且通 过任意方式使其与氧重新结合以再次形成水，而不产生任何污染，并且使水恢复至其最初形式。
[0014]2.储存一如何储存低密度的可燃气体。本专利通过提供可缩放工艺以在需要处由水原位生成氢气而消除了储存需求。因此消除了对危险、昂贵且有害的储存和运输的需求。
[0015]3.分配一由于氢气难以储存，因此难以运输。再次地，本专利通过提供可缩放工艺以在需要处由水原位生成氢气而消除了对储存以及因此对运输的需求。不存在对危险、昂贵且有害的储存、分配和运输的需求。
[0016]4.使用一鉴于前两项,可如何使用氢气是一个更大的障碍。在解决这两个问题下，使用燃料电池的相对成本变得甚至对中产阶级而言也是经济的。由于无需补充燃料或者通过使补充燃料的需求降至最低，使用燃料电池的能力在现代生活中将变得普遍。
[0017]公开了一种用于制备氢气的方法和装置，其包括施加电流以流经水溶液。在所述水溶液内产生空化，其中空化降低了断开所述水溶液的化学键所需的能量的量。
[0018]本发明的实施方案还涉及提高电解质的氢含量且可用于在本文所述方法和装置中产生氢气的化学结构类别。电解质组合物的一个实施方案包含水性溶剂、至少一种溶于所述溶剂中的无机盐；和至少一种有机酸或其盐，其中所述酸基本上可溶于所述水性溶剂中且以足以支持空化辅助电解燃烧的浓度存在。本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中基于重量/体积，所述水性溶剂占所述电解质的至少50%。本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中基于重量/体积,所述水性溶剂占所述电解质的约50-约95%。本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述水性溶剂中溶解有稀有气体。本发明的另一实施方案包括稀有气体IS气。本发明的另一实施方案包括以稀有气体饱和的溶剂。
[0019]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述无机盐包含选自钠、锂和钾的阳离子。本发明的另一实施方案可包含无机盐，其包含选自氟离子、氯离子、溴离子和碘离子的阴离子。本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述无机盐包括NaCl。本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述无机盐包括Nal。
[0020]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述有机酸以约1-约10%的浓度(以重量/体积浓度计)存在于所述电解质中。本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述有机酸包含多个羧基。
[0021 ] 本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述有机酸基本上可溶于所述电解质溶液中。“基本上可溶”意指至少10重量％的有机酸可溶于所述电解质溶液中。本发明的另一实施方案包括电解质组合物`，其中所述至少一种有机酸的溶解度为约10重量％-约
90重量％可溶。
[0022]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述有机酸包含在主链中具有1-8个碳的主碳链(“CrC8”)。
[0023]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述有机酸选自乙酸、柠檬酸、甲酸、苹果酸、丙二酸、扁桃酸、马来酸、异柠檬酸、富马酸、乳酸、乙醇酸、甘油酸、己酸、庚酸、辛酸、戊酸、壬酸、丙酸、3-羟基丙酸、酒石酸和2-羟基丙二酸。
[0024]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述至少一种有机酸为柠檬酸。柠檬酸可以以约0.05-约5.0M的浓度存在于所述电解质中。在优选实施方案中，所述电解质组合物具有约0.1M的柠檬酸浓度。本发明的又一实施方案包括电解质组合物，其中柠檬酸的浓度为约0.1M，NaCl为约0.5-5重量％，且NaI以痕量存在。
[0025]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中用足以促进空化辅助电解燃烧的量的氩气使所述电解质饱和。
[0026]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述有机酸包括如下结构式:
[0027]CnH2n+「C00R
[0028]其中R可独立地为H或任意碱土金属中的任一种；且[0029]η 为 2-8。
[0030]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述有机酸包括如下结构式:
[0031]ROOC-CnH2n-COOR
[0032]其中R可独立地为H或任意碱土金属中的任一种；且
[0033]η 为 2-8。
[0034]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述有机酸包括如下结构式:
[0035]ROOC- (CHR2) n_C (R2) 2_ (CHR2) n_C00R
[0036]其中R可独立地为H或任意碱土金属中的任一种；
[0037]R2 可为 H、OH 或 COOR ；且
[0038]η 可为 1-3。
[0039]本发明的另一实施方案包括电解质组合物，其中所述有机酸为基本上溶于水中的
羟基酸或羟基酸。
[0040]本发明的另一实施方案包括物质的电解质组合物，其包含水性溶剂，至少一种溶于所述溶剂中的无机盐和至少一种有机酸或其盐，其中所述酸具有如下结构式:
[0041]CnH2n+「C00R
[0042]其中R可独立地为H或任意碱土金属中的任一种；且
[0043]η 为 2-8。
[0044]如附图所示，本发明的上述以及其它特征和优点将由下文对本发明优选实施方案的更具体描述而变得显而易见。
[0045]图1为根据本发明的氢气制备系统的第一实施方案的不意图。
[0046]图2为根据本发明的氢气制备系统的第二实施方案的示意图。
[0047]图3为图2的圆锥形漏斗组件的示意图。
[0048]图4为根据`本发明的氢气制备系统的第三实施方案的示意图。
[0049]图5为根据本发明的第一空化子系统的示意图。
[0050]图6为根据本发明的第二空化子系统的示意图。
[0051]图7为影响氢气制备的主要因素的示意图。
[0052]图8为第四实施方案的单池声电化学装置的计算机辅助绘图的角透视图。
[0053]图9为从正面获得且朝向横向换能器外壳的类似图，其中集气管、阳极和底部换能器外壳为部分透明的。
[0054]图10为从正面获得且由图9旋转90°的类似图。
[0055]图11为图8-10的装置的分解视图。
[0056]图12为使用该实施方案产生的氢气数据的曲线。
[0057]图13-16为对一系列在本发明空化辅助电解实施方案中测试的有机酸所收集的氢气对时间数据的曲线描述。
[0058]应理解的是，如下实施方案仅为本文的创造性教导的许多有利应用的实例。一般而言，本申请说明书中所作的描述并非必然限制任何所要求保护的各发明。此外，一些描述可适用于一些本发明的特征，而不适用于其它特征。一般而言，除非另有说明，否则单数要素可用复数形式表示，反之亦然，而不丧失普遍性。
[0059]在本专利中，当使用如下这些词时,适用下述定义:[0060]空化一空化是在流体内，流体压力降至低于其蒸汽压的区域中形成蒸汽泡(不论机理)的现象。空化可以分为两类行为:惯性(或瞬态)空化以及非惯性空化。惯性空化是指液体中的空泡或气泡快速塌陷从而产生冲击波的过程。非惯性空化是指由于某种形式的能量(诸如声场)的输入使得流体内的气泡的大小或形状被迫振荡的过程。
[0061]声能一出于本专利的目的，超声能是指16kHz至2mHz (包括2mHz)的那些频率。“功率超声”通常应理解为包括其中发生空化的20kHz-100kHz频率范围。高于IOOkHz的超声主要用于临床成像。同样出于本专利的目的，声能以及电磁波谱中的任何频率或波长的任何辐射均可以以单一频率(波长)或其任何频率组合(如离散和、差值、谐波、次谐波、泛频、序列等)的形式使用。
[0062]本文所用的“电解”是指 申请人:用于制备氢气的一般术语，然而使用该术语并非是承认该方法为电解方法。在本文中， 申请人:证实氢气通过超声电化学方法而非纯电解方法制备。然而，术语“电解”有时用于以简略方式指代下文所开发的声电化学氢气制备方法。
[0063]可与“装置”互换使用的术语“提取器”是指本文所述的氢气制备池实施方案。
[0064]术语“空化辅助电解燃烧”是在本文所公开装置的各实施方案中将可溶于电解质中的任何合适烃转化为氢和/或二氧化碳的方法。不能据此推断该工艺步骤仅限于本文所述的装置，而是，在这些教导下，本领域技术人员可使该方法适用于任何合适的空化辅助电解设备。即，所述方法独立且区别于所述装置。
[0065]图1为根据本发明的氢气制备系统100的横截面侧视图。氢气制备系统100包括呈能储存大量溶液160的电解池形式的容器装置102。溶液160由溶剂和溶质组成。所述溶剂优选为水或另一种含氢水 溶液。所述溶质为能携带电荷的化合物，即电解质。容器装置102的侧面优选为非导电的。两个导电片130和132分别由支撑组件106和108固持在容器装置120的底部组件105之上。导电片130连接至电源110的负极接线柱112。因此，导电片130为阴极。类似地，导电片132连接至电源110的正极接线柱114。因此，导电片132为阳极。中空的圆柱形管120连接至并穿过容器装置102的顶部组件104。管120的底部向外扩张，并且被定位，使得管120的底部低于阴极130底部，但不触及容器装置102的底部组件105。类似地，中空的圆柱形管122连接至并穿过容器装置102的顶部组件104。管122的底部向外扩张，并且被定位，使得管122的底部低于阳极132底部，但不触及容器装置102的底部组件105。最后，换能器140连接至容器装置102的一侧。导线142将换能器140连接至电源110。
[0066]如上文所述，电源110使阴极130带负电荷且使阳极132带正电荷。因此，在阴极130与阳极132之间产生了电流。所述电流使溶液160电解，并导致在阴极130周围形成氢气且在阳极132周围形成氧气。管120从容器装置102中收集氢气以供进一步使用(由箭头150表示)，例如用于为氢燃料电池提供燃料或者用于直接为引擎提供动力。类似地，管122从容器装置102中收集氧气(由箭头155表示)。由于溶液160电解且组分气体被移出系统100，可经由进口 170添加额外的溶液。
[0067]换能器140产生透过溶液160并在其中引起空化的声能波144。该空化降低了断开溶液160的化学键所需的能量。因此，在存在空化的情况下，在给定电压下在阴极130处产生比不存在空化时更大量的氢气。或者，在存在空化的情况下，在比存在空化时更低的电压下在阴极130处产生相同量的氢气。[0068]氢气制备系统100被设计成便携式的。在一个实施方案中，氢气制备系统100的尺寸大约为长8 " X宽8 " X高8 "，以使得其可作为引擎部件安装在车辆中。然而，本领域技术人员清楚的是，可将氢气制备系统100及其部件的按比例缩放得更大或更小，而不影响本发明的主旨和范围。类似地，本领域技术人员清楚的是，氢气制备系统100及其部件可呈许多不同的形状，而不影响本发明的主旨和范围。图1显示了本发明的一个实施方案，其中容器装置102被成型为允许声波144最大化地穿透溶液160。最后，本领域技术人员清楚的是，可将任意数量的换能器140置于容器装置102上的各个位置且用于产生声能波144，以便在溶液160内最大限度地产生空化。
[0069]图2为称作氢气制备系统200的本发明另一实施方案的横截面侧视图。氢气制备系统200包括呈能储存溶液160的电解池形式的容器装置202。容器装置102的侧面优选为非导电的。中空的圆柱形的导电片230由支撑组件232固持在容器装置202的底部组件207之上。第二导电组件234由支撑组件205固持在容器装置202的底部组件207之上。导电片230连接至电源210的正极接线柱214。因此，导电片230为阳极。类似地，导电片234连接至电源210的负极接线柱212。因此，导电片234为阴极。中空的圆柱形管220连接至并穿过容器装置202的顶部组件206。管220的底部向外扩张，并且被定位成使得阴极234的一部分位于管220内。最后，换能器240连接至容器装置202的一侧。导线242将换能器240连接至电源210。
[0070]电源210使阴极234带负电荷且使阳极230带正电荷。因此，在阴极234与阳极230之间产生了电流。阳极230的圆柱形状以及阴极234沿阳极230的轴线的位置利用了由阴极234和阳极230产生的电场，且有助于使阴极234与阳极230之间的电力流动最大化。
[0071]如上文所述，在阴极234与阳极230之间流动的电流使溶液160电解，并导致在阴极234周围形成氢气且在阳极230周围形成氧气。管250从容器装置202中收集氢气以供进一步使用(由箭头250表示)。参见图3，在阳极230的顶部上放置有圆锥形片310。圆锥形片310从容器装置202中收集氧气(由箭头340表示)。再次参见图2，由于溶液160电解且组分气体被移出系统100，可经`由进口 280添加额外的溶液。
[0072]氢气制备系统200与氢气制备系统100的相同之处在于换能器240产生穿透溶液160并在其中引起空化的声波244。该空化降低了通过电解断开溶液160的化学键所需的能量。因此，在存在空化的情况下，在给定电压下在阴极234处产生比不存在空化时更大量的氢气。或者，在存在空化的情况下，在比不存在空化时更低的电压下在阴极234处产生与不存在空化时相同量的氢气。
[0073]氢气制备系统200被设计成便携式的。在一个实施方案中，氢气制备系统200的尺寸大约为长8 " X宽8 " X高8 "，以使得其可作为引擎部件安装在车辆中。然而，本领域技术人员清楚的是，可将氢气制备系统200及其部件按比例缩放得更大或更小，而不影响本发明的主旨和范围。类似地，本领域技术人员清楚的是，氢气制备系统200及其部件可呈许多不同的形状，而不影响本发明的主旨和范围。图2显示了本发明的一个实施方案，其中容器装置202被成型成使得穿透溶液160的声能波244最大化。最后，本领域技术人员清楚的是，可将众多换能器240置于容器装置202上的各个位置且用于产生声能波244，以便在溶液160内最大限度地产生空化。[0074]图4为称作氢气制备系统400的本发明另一实施方案的横截面侧视图。氢气制备系统400包括呈能储存溶液160的电解池形式的圆柱形容器装置402。容器装置402具有导电内壁403以及非导电外壁470。导电片430由支撑组件405固持在容器装置402的底部组件407之上。导电内壁403连接至电源410的正极接线柱414。因此，导电内壁403为阳极。导电片430连接至电源410的负极接线柱412。因此，导电片430为阴极。中空的圆柱形管420连接至并穿过容器装置402的顶部组件480。管420的底部向外扩张，并且被定位成使得阴极430的一些部分位于管420内。最后，换能器440连接至容器装置402的底部组件407。导线444将换能器440连接至电源410。
[0075]电源410使阴极430带负电荷且使阳极403带正电荷。因此，在阴极430与阳极403之间产生电流。阳极403的圆柱形状以及阴极430沿阳极403的轴线的位置利用了由阴极430和阳极403产生的电场，且有助于使阴极430与阳极403之间的电力流动达到最
大限度。
[0076]如前文所述，在阴极430与阳极403之间流动的电流使溶液160电解，并导致在阴极430周围形成氢气且在阳极403周围形成氧气。管420从容器装置402中收集氢气以供进一步使用(由箭头450表示)。容器装置402的圆锥形状的顶部组件480从容器装置402中收集氧气(由箭头455所示)。由于溶液160电解且组分气体被移出系统400，可经由进口 490添加额外的溶液。
[0077]氢气制备系统400与氢气制备系统100和200的相同之处在于,换能器440产生穿透溶液160并在其中引起空化的声能波442。该空化降低通过电解断开溶液160的化学键所需的能量。因此，在存在空化的情况下，在给定电压下在阴极430处产生比不存在空化时更大量的氢气。或者，在存在空化的情况下，在比不存在空化时更低的电压下在阴极430处产生相同量的氢气。
[0078]氢气制备系统400被设计成便携式的。在一个实施方案中，氢气制备系统400的尺寸近似为长8 " X宽8 " X高8 "，以使得其可作为引擎部件安装在车辆中。然而，本领域技术人员清楚的是，可将氢气制备系统400及其部件按比例缩放得更大或更小，而不影响本发明的主旨和范围。同样地，本领域技术人员清楚的是，氢气制备系统400及其部件可呈许多不同的形状，而不影响本发明的主旨和范围。最后，本领域技术人员清楚的是，可将任何数量的换能器440置于容器装置402上且用于产生声波442，从而在溶液160内最大限度地产生空化。
[0079]在对氢气制备系统100、200和400的通篇描述中，使用圆柱形管，即管120、管250和管420以捕集在阴极周围形成的氢气，并将氢气导出该系统。本领域技术人员清楚的是，可用任何构件替代管120、管250和管450以捕集并导出氢气。该类构件包括但不限于:管和类似形状的导管、薄膜过滤构件、扩散蒸发构件、分压构件以及溶液导流构件。
[0080]在对氢气制备系统100、200以及400的通篇描述中，使用换能器140、240和440以产生在溶液160内引起空化的声能波144、244和442。本领域技术人员清楚的是，可用任何构件替代换能器140、240和440以产生空化。该类用于产生空化的构件包括但不限于:声学构件、机械构件、流体力学构件、电磁构件以及电离辐射构件。
[0081]图1、2和4显示了本发明的实施方案，其中空化通过比声阻抗构件而产生，即通过使用换能器使声能波穿过溶液160。然而，可使用其它声学构件以产生空化。本领域技术人员清楚的是，该类声学构件包括但不限于:换能器、扩音器以及扬声器。
[0082]用于在氢气制备系统100、200和400内引起空化的机械构件的实例包括但不限于:包含在容器装置102、202和402内的螺旋桨系统，当螺旋桨围绕其轴旋转时引起空化。图5显示了该类螺旋桨系统的横截面视图。正如所示的那样，螺旋桨叶片520围绕螺旋桨系统510的轴旋转，从而在溶液160中产生空化。螺旋桨系统510可由电源110、210或410驱动。本领域技术人员清楚的是，可使用其它机械构件以产生空化。该类机械构件包括但不限于:螺旋桨系统、活塞、激波管以及轻气炮。
[0083]用于在氢气制备系统100、200和400内引起空化的流体力学方式的实例包括但不限于:将压缩气体，例如压缩空气注入容器装置102、202及402中以引起空化。图6显示了该类压缩气体注入系统的横截面视图。正如所示的那样，压缩气体注入系统610附接至容器装置102、202或402。压缩气体(由箭头640表示)从压缩机(未示出)起经由管630到达压缩气体注入系统610。压缩气体流经管620，并作为气泡引入溶液160中，即空化。在一个实施方案中，可借助允许压缩气体透过膜传输且同时防止溶液160进入压缩空气系统610中的多孔膜以使压缩气体注入系统610与溶液160隔离。该类膜的实例为Gore-Tex。本领域技术人员清楚的是，可使用其它流体力学构件以产生空化。该类流体力学构件包括但不限于:压缩气体注入器系统和任何能将动量传递至溶液160中而不将质量传递至溶液160中的设备，例如，冲击板或油漆搅拌器。
[0084]用于在氢气制备系统100、200和400内引起空化的电磁构件的实例包括但不限于:激光束，将其导入溶液160内以产生在溶液160内引起空化的冲击波。本领域技术人员应理解的是，可使用其它电磁方式以产生空化。所述电磁方式包括但不限于:激光束、X射线、伽马射线、高速电子、电弧、磁压缩、等离子体生成以及由任何类型的电子或质子反应产生的电磁辐射。
[0085]最后，用于在氢气制备系统100、200和400内引起空化的电离辐射方式的实例包括但不限于:将高能质子通入溶液160中，从而在质子周围产生空化。一般而言，电离辐射为任何能够从化学键移除电子的 辐射。因此，本领域技术人员应理解的是该类电离辐射方式包括但不限于:所有能量高于紫外辐射的电磁辐射以及高能粒子如光子、质子、中子以及带电和不带电原子核。
[0086]在氢气制备系统100、200和400的通篇描述以及引起空化的各种方式的实例中，空化据称是在溶液160内发生的。本领域技术人员应理解的是在溶液160 “内”引起空化意味着在电解区内引起空化。
[0087]图7为根据本发明的影响氢气制备的主要因素的示意图。溶液因素710为影响溶液160的主要因素。这些溶液因素包括溶剂和溶质。如上文所述，所述溶剂为水或其它含氢水溶液。所述溶质为化合物，例如酸(如HI或HCl)、碱(NaOH)或盐(如KI或NaI)，其被保持在特定的单位溶剂体积的密度以使所述溶液的电导率达到最大。所述溶液具有特定的PH，且无论是在氢气制备系统100、200中还是在400中，都保持在特定的温度和压力下，以使断开溶剂的化学键所需的能量最小化。最后，所述溶液具有特定的离子和共价态(化学势)。
[0088]功率因数720是影响输送至阴极130、234和430以及阳极132、230和403的功率的主要因素。对本领域技术人员而言显而易见的是，功率因数720包括所施加的电压、所施加的电流以及所施加的总功率。此外，尽管显示氢气制备系统100、200以及400具有单个阴极和单个阳极，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，可增加电压/电流施加点的数量，而不影响本发明的主旨和范围。类似地，对本领域技术人员而言显而易见的是，可改变阴极130、234和430以及阳极132、230和403的尺寸和形状，而不影响本发明的主旨和范围。最后，对本领域技术人员而言显而易见的是，电源110、210和410可为任何功率产生设备，例如电池、太阳能板或燃料电池。
[0089]材料组成因素730是影响氢气制备系统100、200及400的材料的主要因素。对阴极130、234和430以及阳极132、230和403所含的材料加以选择以使得电导率最大化。该类材料包括但不限于:金属如铜、钼，以及高价非线性晶体，包括但不限于铌酸锂和钽酸锂。
[0090]用于增强并催化氢气制备的催化因素740是影响溶液160内能量平衡的主要因素。将必要的电解输入能量AE1降至AE2的非能量输入催化因素包括但不限于:(I)工艺温度(作为Λ E s化、Δ E2、物种的偏摩尔浓度的函数)，⑵容器性质(组成、形状)，(3)溶液性质(溶质/溶剂组成[物种、浓度等]、pH、化学势、压力、所添加的催化剂[负载型催化剂、气体如稀有气体等])，(4)电极性质(组成[元素的、同位素的、化学的]、形状、微观表面[晶面等])、宏观表面[孔、边缘等]以及(5)所施加的电磁场的结构[通电、未通电])。
[0091]参照表1，其描述了一组等式，其显示了即使在存在空化的情况下，实施溶液160的电解以产生氢气 所需的能量仍高于氢与氧重组时所产生的能量。因此，对本领域技术人员而言显而易见的是，本文所述的教导并非涉及永动机。相反，由于溶液160的电解所引起的净能量损失，如电源110、210和410所示的那样，将能量引入系统100、200和400中以驱动电解和催化过程。
[0092]表1
[0093]
【权利要求】
1.物质的电解质组合物，其包含: 水性溶剂； 至少一种溶于所述溶剂中的无机盐；和 至少一种有机酸或其盐，所述至少一种酸基本上可溶于所述水性溶剂中且以足以支持空化辅助电解燃烧的浓度存在。
2.根据权利要求1的电解质组合物,其中所述水性溶剂占所述电解质的至少约50%，基于重量/体积计。
3.根据权利要求1的电解质组合物,其中所述水性溶剂占所述电解质的约50-约95%，基于重量/体积计。
4.根据权利要求1的电解质组合物,其中将稀有气体溶于所述水性溶剂中。
5.根据权利要求4的电解质组合物，其中所述稀有气体为氩气。
6.根据权利要求4的电解质组合物，其中所述稀有气体使所述溶剂饱和。
7.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种无机盐包括选自钠、锂和钾的阳离子。
8.根据权利要 求1的电解质组合物，其中所述至少一种无机盐包括选自氟离子、氯离子、溴离子和碘离子的阴离子。
9.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种无机盐包括NaCl。
10.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种无机盐包括NaI。
11.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸以约1%_约10%的重量/体积浓度存在于所述电解质中。
12.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸包含多个羧基。
13.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸基本上可溶于所述电解质溶液中。
14.根据权利要求12的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸至少10重量％可溶于所述电解质溶液中。
15.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸的溶解度为约10重量％-约90重量％可溶。
16.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸含有C1-C8主碳链。
17.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸选自乙酸、柠檬酸、甲酸、苹果酸、丙二酸、扁桃酸、马来酸、异柠檬酸、富马酸、乳酸、乙醇酸、甘油酸、己酸、庚酸、辛酸、戊酸、壬酸、丙酸、3-羟基丙酸和2-羟基丙二酸。
18.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸为柠檬酸。
19.根据权利要求18的电解质组合物，其中所述柠檬酸以约0.05M-约5.0M的浓度存在于所述电解质中。
20.根据权利要求18的电解质组合物，其中所述柠檬酸的浓度为约0.1M。
21.根据权利要求18的电解质组合物，其中柠檬酸的浓度为约0.1M，所述无机盐包括浓度为约0.5-5重量％的NaCl，且第二无机盐包括痕量NaI。
22.根据权利要求21的电解质组合物，其中所述电解质以足以促进空化辅助电解燃烧的量的氩气饱和。
23.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸包括如下结构式:
CnH2n+1-COOR 其中R可独立地为H或任意碱土金属中的任一种；且 η 为 2-8。
24.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸包括如下结构式: ROOC-CnH2n-COOR 其中R可为H或任意碱土金属中的任一种；且 η 为 2-8。
25.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸包括如下结构式: ROOC- (CHR2) n-C (R2) 2- (CHR2) n_C00R 其中R可为H或任意碱土金属中的任一种； R2可为H、OH或COOR ;且 η可为1-3。
26.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸为基本上可溶于水中的α-羟基酸。
27.根据权利要求1的电解质组合物，其中所述至少一种有机酸为基本上可溶于水中的羟基酸。
28.由水和烃原料产生氢气的方法，其包括提供高温富电子含水环境，其中使水解离以与所述原料的反应并使所述烃转化为氢气和二氧化碳。
29.由水和烃原料产生氢气的方法，其包括在含烃原料的电解质水溶液中产生空化并向其中提供外部电子源，由此制备氢气和二氧化碳。
【文档编号】C25B11/00GK103764875SQ201280038937
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年6月27日 优先权日:2011年6月27日
【发明者】J·A·基西奥夫, J·L·马克斯, F·A·诺特克, R·E·塞利格曼, P·D·瓦斯凯, T·M·玛莎 申请人:分子动力系统有限责任公司