专利名称：具有增强的电场的能量转换系统的制作方法
具有增强的电场的能量转换系统本发明涉及能量转换并且更具体地涉及具有围绕其两个电极中的至少一个的增强的电场的能量转换系统。本发明还涉及使用这样的系统制备的各种能量转换装置。本发明还涉及导电工具用于生产这样的系统的两个电极中的至少一个，产生被另一个电极接收的电场的显著增强的应用。包括第一电极、第二电极以及包括功能介质例如电解质或电介质的电极间间隙的能量转换系统是已知的。这样的系统的功效特别地取决于两个参数系统的效率和其成本。 它们的优化通常基于是调整各种界定系统的参数的经验方法。专业的文献(Techniques de 1 ‘ ingenieur, Encyclopedia of Electrochemistry (电化学百科全书)，Wiley 2007 版；Handbook of Electrochemistry (电化学手册)，第一版，Cynthia G. Zoski, Elsevier 2OO7 版)教导了用于优化电化学反应器的效率以及相关的总成本的多种策略。特别地，本文指出重要的参数主要是在一方面对于与增强效率相关联的方面来说电极间间隙、催化剂以及电解质，以及在另一方面对于与资金成本相关联的方面来说电极表面积和电极表面积与体积的比的增加(电流的增加，以及因此对于给定体积的生产效率的增加)。文件GB-A-2018826教导电极应当提供朝向电解质的最大可能的表面积，这可以通过使电极表面具有微观粗糙度或通过使电极组件结构获得这样的高表面积来实现。文件US 4046664也教导电化学反应器的效率取决于工作电极的表面积，该表面积必须最大并且完全地暴露于电解质。基于此目的，该文件描述了工作电极由很多相似的细丝制造的丝束组成，相似的细丝具有相同的长度，由被铜或金属包覆的碳纤维制造，彼此平行地布置，在其上端从组件悬挂，并且电连接构件能够与丝束的所有的细丝电接触。细丝的横截面是尽可能小的，以起到两种作用增加工作电极与电解质的接触面积以及使电解质穿过细丝丝束。反应器包括被放置在非导电性引导构件中的如上文描述的工作电极，以及常规的对电极。工作电极的细丝趋于被单个布置在电解质中，因为电解质围绕细丝流动。 细丝具有圆形的横截面以防止它们彼此缠绕并且由此防止电解质穿过。文件US 4108755描述了在文件US 4046664中描述的类型的反应器，其中工作电极是由很多金属细丝制造的丝束。文件US 5294319描述电化学反应器，其中至少一个电极由具有小于 254X10_6m(10密耳)的单位直径的纤维或细丝的基材制造，其也呈丝束或带的形式，所述基材然后经历连续的操作以产生最终的电极(催化剂沉积、退火、压缩)。文件US 4108754描述了来源于文件US 4046664的反应器，其中工作电极被放置在凹陷部中，凹陷部包括在上部部分中的电解质入口和在下部部分中的电解质排放孔。工作电极由紧密组装和压制在一起形成彼此电接触的很多碳纤维制造。可以提供多至5000 至10000根纤维，每根纤维具有在5至15微米巧父^^！！！至巧父川-6!!!)之间的直径，这种范围是纯指示性的，因为教导了其他的直径是可行的。文件US 4108757描述了用于在文件US 4108754中描述的类型的反应器的电极， 包括碳纤维和被放置在纤维的长度的至少有限部分上的纤维接合工具。
4
结果，这些各种文件的教导仅涉及期望的工作电极的最大的和暴露于电解质的表面。非静电的益处被实际地从电极微观结构，特别是从细丝的曲率半径获得，因为对电场结构而言，使用由多个细丝组成的丝束等同于其直径近似是单位细丝的直径乘以丝束中的细丝数量的平方根的细丝。此外，文件US 4337138提出增强能量转换系统的效率的问题。为了这个目的，该文件描述了包括导电性集电器和含有在非导电基质中的多个导电性岛的工作表面的电极。文件US 4369104提出了相同的问题，并且为了这个目的描述了改进的石墨复合电极，其中具有小于30微米(30X10_6m)的直径的石墨纤维被分散在热塑性树脂基质中，并且被彼此平行地和垂直于基质表面地布置。在这两个构造中，未从内嵌在基质中的导电性部分获得益处。文件WO 2008/012403也提出了效率增强的问题并且描述了电解装置，包括阴极隔室、阳极隔室和连接这两个隔室的元件，阴极隔室容纳至少一种弱酸。这样的装置需要使用离子交换膜，使其成本高得惊人。文件US-A-2008/027787提出了相同的问题并且描述了多孔电极，具有在空隙中的悬浮液中的镍纳米粒子。这样的构造是复杂的和高成本的。结果，此第二系列的文件的教导指出增加能量转换系统的效率的优点以及以下事实，即该问题具有许多不同的技术解决方案。然而，考虑到工业操作，这样的技术解决方案必须是在可接受的成本条件下可行的和可操作的，这看上去不属于本内容的情况。因此本发明中的问题是得到包括第一电极、第二电极和包括功能介质例如电解质或电介质的电极间间隙的类型的能量转换系统，其被优化以获得以在工业化规模的合理的生产成本和合理的操作成本的高效率，允许商业用途。本发明的目的是提供对该问题的解决方案，此外，这种解决方案是容易实施的，并且还是可重现的和可靠的。本发明首先基于在本发明的内容中至此未提到的某种效果的表示，即具有小于 40X10_6m(40微米)的曲率半径R、被布置为构成能量转换系统的至少第一电极的长形的导电工具能够在纳米至毫米尺度上显著地增强围绕由此构成的第一电极的电场，所述能量转换系统还包括第二电极和包括功能介质的电极间间隙。这种效果在本文中被称为“电晕效应”，与具有约几厘米直径的电缆，在约几十千伏的高电压的情况下已知的常规的电晕效应类似。在本发明中，所谓的“电晕效应”使用与在常规的电晕效应的情况下的已知的曲率半径和电压相比，具有非常小的曲率半径R (小于40 X 10-6m (40微米))的导电工具且还使用非常低的电压来获得。本发明还基于以下发现，即这样的第一电极结合具有在1 X 10-9m至5X 10_3m(l纳米至5毫米)之间的厚度的电极间间隙，使得第二电极能够察觉由此增强的电场，使得能量转换系统受益于这种“电晕效应”。本发明还基于以下发现，即就效率而言，当组成的细丝的长度超出其半径的 106(—百万)倍以及优选地超出其半径的2. 5X IO7(2500万)倍时，这种“电晕效应”变得有优势，这种“电晕效应”必须在没有测量出低的细丝长度的情况下存在。本发明还基于以下发现，即与第一电极的结构结合使得其界面面积是高的这样的结构(第一电极和电极间间隙)获得在能量转换效率方面的出乎意料的结果。本发明还基于以下发现，即上述的布置具有普遍的范围并且可以是提供很多应用的许多不同的实施方式的主题。根据第一方面，本发明由能量转换系统组成，包括第一电极、第二电极以及在第一电极与第二电极之间的包括功能介质的电极间间隙，所述第一电极由至少一个长形的导电工具制造，所述至少一个长形的导电工具具有总长度L、弯曲的横截面以及曲率半径R并且被布置为具有大致开放的型式(open pattern)、能够在任何位置具有相同的电势并且因此能够构成所述第一电极的坚固的组件结构。根据本发明的所述能量转换系统的特征在于-R 小于 40 X l(T6m (40 微米)，-所述电极间间隙具有在1X 10-9m至5X 10_3m(l纳米至5毫米)之间的厚度，-所述第一电极的所述至少一个导电工具的总长度L大于1X 103m(1千米)，并且-L/R比大于IO6 ( —百万)，使得所述第一电极在纳米至毫米水平上产生被所述第二电极感知的电场的显著增强。根据第二方面，本发明还涉及能量转换系统，包括第一电极、第二电极以及在第一电极与第二电极之间的包括功能介质的电极间间隙，所述第一电极由至少一个长形的导电工具制造，所述至少一个长形的导电工具具有总长度L、弯曲的横截面以及曲率半径R并且被布置为具有大致开放的型式、能够在任何位置具有相同的电势并且因此能够构成所述第一电极的坚固的组件结构。该系统的特征在于-R 小于 50 X l(T6m (50 微米)，-所述电极间间隙具有在lX10_9m至2X10_2m(l纳米至2厘米)之间的厚度，并且-L/R比高于3\106(三百万)，使得所述第一电极(106、306)在纳米至毫米水平上产生被所述第二电极(107、307)感知的电场的显著增强。根据可行的实施方案，所述第一电极的所述导电工具由导电体组成或包括被导电性的外部结构覆盖的电绝缘的内部结构，所述外部结构可以呈层的形式。根据一个实施方案，所述外部结构呈层的形式。根据一个实施方案，所述第一电极的所述导电工具由至少一种选自包括碳、石墨、 镍或含镍的合金、钢和含铁的合金的组的材料制造或包括至少一种选自包括碳、石墨、镍或含镍的合金、钢和含铁的合金的组的材料。根据一个实施方案，所述第一电极的所述导电工具是自支撑的或非自支撑的，所述第一电极包括机械强度部分。根据一个实施方案，所述第一电极(106、306)的所述导电工具具有细丝、纤维或点的形式。根据一个实施方案，所述第一电极的所述导电工具的所述组件结构是无组织的整体结构或有组织的结构，特别是具有片、板、带或旋管的形式。根据一个实施方案，所述第一电极的所述导电工具本身形成闭合回路。根据一个实施方案，所述第一电极的所述导电工具本身不形成回路而是开路的。根据第一实施方案，所述转换系统包括具有对称的或伪对称的结构的第一电极和第二电极。根据第二可选择的实施方案，所述转换系统包括具有不对称的结构的第一电极和第二电极。本发明还涉及包括根据上述的第一实施方案的能量转换系统的能量转换装置，其由用于电解、光解或电合成的装置、用于通过反向电解产生电的装置、用于燃料电池、电池组或臭氧发生器的装置或用于电渗析的装置组成。本发明还涉及包括根据上述的第二实施方案的能量转换系统的能量转换装置，其由诸如电容器、放电灯、光电发生器、具有光活性导体的太阳能电池的装置组成。本发明还涉及具有大于IX 103m (1千米)的长度L和小于40 ΧΙΟ、(40微米)的曲率半径R使得L/R比高于IO6( 一百万)的长形的导电工具用于构成能量转换系统的第一电极的应用，所述能量转换系统还包括第二电极和包括功能介质的电极间间隙，所述第一电极在纳米至毫米尺度上产生所述电场的显著增加。本发明还涉及具有大于IX 103m (1千米)的长度L和小于40 X 10_6m (40微米)的曲率半径R使得L/R比高于IO6( 一百万)的长形的导电工具用于构成能量转换系统的第一电极的应用，所述能量转换系统还包括第二电极和包括功能介质的电极间间隙，所述第一电极在纳米至毫米尺度上产生被所述第二电极感知的电场的显著增加，所述电极间间隙具有在lX10_9m至5X10_3m(l纳米至5毫米)之间的厚度。本发明还涉及本发明的能量转换系统用于生产纳米至微米的粉末的应用。现在参照附图描述本发明的各种非限制性的实施方案，在附图中-
图1是包括根据本发明的能量转换系统的装置(即电解装置)的第一具体可行的实施方案的透视图，系统的第一电极和第二电极具有对称的或伪对称的结构。-图1'是示出了所进行的全部实验的电解装置的效率的百分比变化(y轴)随细丝的长度对其半径的比(X轴)变化的图。-图2是包括根据本发明的能量转换系统的装置(即电容器)的第二具体的实施方案的透视图，两个电极在此也具有不对称的结构。-图3是示出了能量转换系统的电极的第一可行的实施方案的微米尺度图示，其中导电工具呈纤维的形式，具有无组织的整体组件结构。-图4是示出了能量转换系统的电极的第二可行的实施方案的微米尺度图示，其中导电工具呈细丝的形式，具有有组织的组件结构，例如织物或网络。-图5是示出了能量转换系统的电极的第三可行的实施方案的微米尺度图示，其中导电工具呈点的形式，在被组织在网络中的组件结构中。现在更具体地参照图1，图1示出了电解装置101，具有回转轴102。该电解装置101包括中空的外部室103，中空的外部室103在此具有圆柱形的形状。中空的外部室103容纳阳极隔室104和阴极隔室105。这两个隔室104、105具有大体上圆柱形的形状，与轴102同轴。其中的一个被放置在另一个内部，在此阳极隔室104 在外围绕阴极隔室105。阳极隔室104包括形成阳极106的电极，并且阴极隔室105包括形成阴极107的电极。电势差被施加在阳极106和阴极107之间的108。阳极106的内表面109和阴极107的外表面110被定位为彼此相对，并且界定了在内表面109与外表面110之间的电极间间隙111。过滤器112被放置在电极间间隙111中，将阳极106与阴极107分隔，并且使电解质存在于阳极106与阴极107之间。在所进行的测试的内容中，电解质是略微离子化的城市用水(自来水)，并且由圆柱形的磁体113例如NdFeB磁铁组成的无源系统被放置在为了该目的而设置有中心空隙的阴极隔室105的中心。在此处考虑的实施方案中，阳极106和阴极107具有相同的或相似的结构，不一定具有相同的表面积，由此起到使该结构能够作为对称的或伪对称的作用。根据可行的实施方案，为了分别地形成阳极106和阴极107，提供由具有带 25X10_6m(25微米)的孔的中空圆柱体的大体形状的过滤器组成的结构。在该结构的外部和内部，具有9X 10_6m(9微米)的小曲率半径R的钢丝棉是介质堆积的(medium-packed)， 具有高于70%的有孔度，每个钢丝棉电极的总长度L是IOX 103m(10千米)。所进行的测试表明，可以用这样的电解装置101在约0. 8至IV (0. 8至1伏特)的电压下，使用极轻微离子化的城市用水来离解电解质的水分子，具有测得的88%的制氢产率，所收集的氢气是纯的并且不包含二氧化碳也不包含水蒸气，并且装置在环境温度下操作。所进行的测试表明，产率可以通过使用盐水作为电解质被提升至97%，系统在这种情况下无磁体113。因此，上文描述的电解装置101的特征在于其高效率。这种高效率看上去可由多种因素解释。首先，本文中称为“电晕效应”的效应使得在纳米至毫米尺度上的围绕电极的电场被显著地增加并且可被另一电极感知，“电晕效应”是由长形的导电工具(钢丝棉纤维或细丝)制备的阳极106和阴极107与电极间间隙111的结合产生的，所述长形的导电工具具有lX103m(10千米)的长度L和小于40 ΧΙΟ、(40微米)的非常小的曲率半径R，使得L/ R比高于IO6(在此情况下为1. IX IO9)，所述电极间间隙具有在IX 10_9m至5X 10_3m(l纳米至1毫米)之间的低厚度。第二，阳极106的结构和阴极107的结构使得它们的界面面积是高的，这有助于进而增强系统的效率。应当强调，钢丝棉对由城市用水(自来水)组成的功能介质不是惰性的。其在反应器的电化学操作期间被迅速地破坏。因此，使用通常认为是相对惰性的材料(例如镍) 来进行进一步的测试。在阳极处和阴极处迅速地出现镍电极的分解，且镍的氧化化合物的外观呈微米尺寸的粉末形式。包括纯镍织物阴极和金阳极的电解器的构造也以两个电极的分解结束，镍阴极具有黑色粉末的外观，而金阳极被分裂为金微粒。因此，在此系列测试中，“电晕效应”，即由增加的电场导致的静电效应的强度大于与电解有关的材料的惰性。进一步的实验还表明对于锌和铝电极来说未产生钝化层，且在锌电极的情况下产生氧化锌粉末，在铝电极的情况下产生氧化铝或氢氧化铝粉末，粉末具有的直径直接取决于被施加于电解器端子的电流的强度。对于低电流，粉末粒度测量结果表明存在具有亚微米直径的聚集体。
8
使用电解器的可选择的实施方案进行其他的测试。根据本实施方案，使用由硅酸钠和氢氧化钠组成的功能介质，并且进行证明细丝电极的曲率半径和L/D比的直接影响的测量。基本的电解器被以圆柱形几何结构构建，在阳极隔室和阴极隔室之间没有任何分隔壁(过滤器或膜)。每个电极的相对的表面积被设置为30cm2，电压被设置在2. 5V，电极间间隙被设置为5X 10_3m(5毫米)，电解质由在去离子水中的以重量计20%的硅酸钠和以重量计20%的氢氧化钠组成，这种电解质起到获得高导电率同时确保电极稳定性的作用， 甚至在钢的情况下。这些参数(特别是5毫米的最大电极间间隙)被有意地选择以在一方面确保实验的再现性并且在另一方面允许测量制氢效率的宽的差异。实际上，电极间间隙的减小将导致所有电极结构的较高的效率，但是这些效率之间的差异将被降低并且因此更难以测量和解释。由于所有这些参数都是恒定的，所以变化与电极的结构且尤其是细丝的曲率半径和总长度有关。制氢效率测量的误差界限是3%。实验被进行几百小时。总体结果在以下的表格中给出
阳丨阴丨电极间间相对的表电长度/半效
极极隙__ __驢__压直径径比率
锏锏30CW袁；]2-3V丄训、誦鄉
铂铂on 3 在水中的20%娃酸钠和6 2 000 .70/
樣樣5X10 m 30cm 在水中的20%氢氧化钠2.5V 55x10 m 000 47%
"IZ, 1π-3 “3 在水中的 20%硅酸钠和10 1Π.6 200 000~~ 钢钢5x10 m 30cm 在水中的之收。氢氧化钠2.5V 18x10 m 000所测量的效率是所产生的氢气中含有的能量与由电源输入的能量的比。因此，由钢板(无曲率半径，L/R比为1)组成的电极获得34%的效率。也使用具有Imm直径的钢细丝(L/R比约2000)测得34%的相同效率(在误差界限内)。使用具有55 X 10-6m(55微米)直径的细丝的镍织物，所测得的效率是47% (L/R比约 2000000)。使用测得直径为18X10_6m(18微米)的钢丝棉，效率被证明是51 % (L/R比约 200000000)。图1'中的图示出了所进行的所有实验的以百分比计的效率的变化(y轴)随细丝的长度与其半径的比(χ轴)的变化。使用意图用于生产氢气的电解池进行最终的实验，电解池包括由镍织物制备的阴极和不锈钢织物阳极，两个电极都具有Idm2(1平方分米)的相对的表面积并且在它们之间具有5mm(5毫米)的间隙。电解质由在去离子水中的30%氢氧化钾和20%硅酸钾组成。在环境温度和压力在这些非最优条件下对1. 9V的电压测量的效率被证明是88%。这种类型的装置导致非常低的生产和操作成本，看上去是对于商业用途可行的。
9
代替电解装置，能量转换系统仍然还可以使用具有对称的或伪对称的结构的第一电极和第二电极，适合于制备发电机。装置是在结构上与电解装置相同的或相似的。在这种情况下，氢气通过装置的底部被注入阳极隔室中并且空气通过底部被注入阴极隔室中， 呈微泡的形式。反向电解反应起到产生电流的作用。这样的装置允许可逆反应电解或产生电流。具有对称结构或伪对称结构的电极的其他装置是可行的，例如光解装置、电合成装置、燃料电池、电池组、臭氧发生器、电渗析器。现在详细地描述图3中的实施方案。代替具有对称的或伪对称的结构，如上述的实施方案中的，电极还可以具有不对称的结构，如在相应于图3中的实施方案的电容器301的情况下。如上文的，电容器301包括中空的外部室303，其在此具有圆柱形的形状并且具有轴 302。中空的外部室303容纳第一电极306和第二电极307。第一电极306由具有IX 103m(1千米)的长度和具有50X 10_6m(50微米)的直径 (2XR)的铜线制造，在本身形成回路，被放置在圆柱形的支撑物的反面上，圆柱形的支撑物自身被放置在中空的外部室303中。第二电极307是被放置在以层的形式在外部覆盖第一电极306的导电性线的电介质311和中空的外部室303之间的空间中的电解质。电介质311由此填充在电极306和307之间的空间。电介质311在此是聚氨酯。电连接器316和317在一方面被连接于第一电极306的导电的线以及形成第二电极307的电解质。对介电常数约为2的聚氨酯，所计算的电容器301的理论电容是3yF(3微法拉)。对所选择的NaCl饱和水溶液来说，电容开始是25 μ F (25微法拉)，然后增加而达到 120 μ F (120微法拉)，接着变稳定。明显地，这些电容值纯粹是指示性的。第一电极306具有与上文描述的阳极106和206相似的类型，而第二电极307，在此是电解质，具有与第一电极306和与上文描述的阴极107 二者不同的结构，因此无可非议，电容器301的电极结构可以被视为是不对称的。根据可选择形式，第一电极306不使用上釉的铜线制备，而是使用具有 40ΧΙΟ、(40微米)的(2XR)直径和约600m(600米)的长度的铝线制备。在铝线上产生氧化层，这取决于期望的最大工作电压，例如对于lOOVdOO伏特) 的电压来说，是150 X l(T9m(150纳米)。这样制备的电极的表面积是约145 X 10_4m2 (145平方厘米)。这样的电容器的理论电容是9 μ F(9微法拉)，但是考虑到“电晕”增强效应，其实际电容是较高的。可以考虑使用不对称结构的电极的其他装置，例如放电灯、光电发生器、具有光活性导体的太阳能电池。在所有情况下，这些装置基于包括第一电极(106、306)、第二电极(107、307)和在第一电极(106,306)与第二电极(107,307)之间的包括功能介质的电极间间隙(11U311)的能量转换系统。电极中的一个(在这种情况下第一电极或在不对称的结构的情况下阳极)，或在对称的或伪对称的结构的情况下两个电极，被使用至少一个导电工具制备，所述至少一个导电工具是长形的并且具有总长度L、弯曲的横截面以及曲率半径R，被布置为具有大致开放的型式、能够在任何位置具有相同的电势并且因此能够构成所述第一电极或所述第一电极和所述第二电极的坚固的组件结构。根据本发明，曲率半径R小于40X 10_6m(40微米)并且长度L使得L/R比高于 IO6 ( 一百万)，优选高于2. 5 X IO7 (2500万)。组合地，电极间间隙(111,311)具有在lX10_9m至5X10_3m(l纳米至5毫米)之间的厚度(两个电极之间的距离)。由此产生能够被对面电极感知的电场的显著增强。所感兴趣的一个或多个电极的导电工具可以是各种可选择的实施方案的主题。在第一实施方案中，导电工具由导电体组成。在第二实施方案中，导电工具包括被外部导电结构覆盖的内部电绝缘结构。这样的外部结构通常呈层的形式。如来源于上文的说明书的，导电工具包括至少一种被选择以适合于用于所考虑的应用(电解、光解、粉末生产)的功能介质的材料。例如，并且不以本列表作为限制，材料可以是碳、石墨、镍或包含镍的合金、不锈钢或光敏材料。通常，导电工具本身不能够具有所需要的总体机械强度。因此，在一个实施方案中，提供包括机械强度部分和导电部分的导电工具。在另一个实施方案中，导电工具被另外的机械强度工具400例如板、带、旋管等等支撑。在上文描述的实施方案中，导电工具呈细丝或纤维401的形式，如也在图3和4中示出的。本实施方案不排除其他的，例如点形状402，如图5中所示的。这样的点402可以从机械强度工具400例如板突出。现在更具体地参照图3至5，其示出了导电工具的组件结构。在图3中示出的实施方案中，导电工具的组件结构是无组织的，松散的。在图4和5中示出的实施方案中，导电工具的组件结构是有组织的。其是某种织物(图4)、或平的旋管或甚至点的网络(图5)。根据需要，导电工具本身形成闭合回路，或不形成回路，在这种情况下是开路的。 在所有情况下，导体在所有位置具有相同的电势。如来源于上文的说明书的，本发明还可以被视为如上文描述的导电工具用于构成能量转换系统的至少一个(并且可能两个)电极(106、107、306)，以纳米至毫米尺度导致电场的显著增强的应用。这种特征结合具有在lX10_9m至5X10_3m(l纳米至5毫米)之间的厚度的电极间间隙(111、311)使得电场的显著增强的这种效应可被对面电极感知。由此可以获得包括第一电极、第二电极和包括功能介质例如电解质或电介质的电极间间隙的类型的能量转换系统，其被优化从而获得合理的工业化规模的生产成本和合理的操作成本的高效率，允许商业用途。本发明的另外的实施方案(未示出)被在下文作为非限制性的实施例描述。根据本实施方案，能量转换系统包括第一电极，第一电极由长形的导电钢丝制造，
11具有总长度L，具有弯曲的横截面和45X 10_6m(45微米)的曲率半径。能量转换系统还包括第二电极和在其之间的包括功能介质的1. 5厘米的电极间间隙，功能介质由在去离子水中的以重量计20%的硅酸钠和以重量计10%的氢氧化钠组成。此外，根据本实施方案，L/R比是5X IO6(5百万)，这起到在纳米至毫米尺度上获得被第二电极感知的电场的显著增强的作用。
权利要求
1.一种能量转换系统，包括第一电极(106、306)、第二电极(107、307)以及在所述第一电极(106、306)与所述第二电极(107、307)之间的包括功能介质的电极间间隙(111、311)， 所述第一电极(106、306)由至少一个长形的导电工具制造，所述至少一个长形的导电工具具有总长度L、弯曲的横截面以及曲率半径R并且被布置为具有大致开放的型式、能够在任何位置具有相同的电势并且因此能够构成所述第一电极(106、306)的坚固的组件结构，其特征在于-R 小于 40 X l(T6m (40 微米)，-所述电极间间隙具有在1 X 10-9m至5X 10_3m(l纳米至5毫米)之间的厚度，-所述第一电极(106、306)的所述至少一个导电工具的总长度L大于1 X 103m(1千米)，并且-L/R比大于106(—百万)，使得所述第一电极(106、306)在纳米至毫米水平上产生由所述第二电极(107、307)感知的电场的显著增强。
2.根据权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于所述第一电极(106、306)的所述导电工具由导电体组成或包括被导电性的外部结构覆盖的电绝缘的内部结构。
3.根据权利要求2所述的能量转换系统，其特征在于所述外部结构呈层的形式。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的能量转换系统，其特征在于所述第一电极 (106,306)的所述导电工具由至少一种选自包括碳、石墨、镍或含镍的合金、钢和含铁的合金的组的材料制造或所述第一电极(106、306)的所述导电工具包括至少一种选自包括碳、 石墨、镍或含镍的合金、钢和含铁的合金的组的材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的能量转换系统，其特征在于所述第一电极 (106,306)的所述导电工具是自支撑的或非自支撑的，所述第一电极包括机械强度部分 (400)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的能量转换系统，其特征在于所述第一电极 (106,306)的所述导电工具具有细丝、纤维或点的形式。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的能量转换系统，其特征在于所述第一电极 (106,306)的所述导电工具的所述组件结构是无组织的整体结构或有组织的结构，特别是具有片、板、带或旋管的形式。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的能量转换系统，其特征在于所述第一电极 (106,306)的所述导电工具本身形成闭合回路。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的能量转换系统，其特征在于所述第一电极 (106,306)的所述导电工具本身不形成回路而是开路的。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的能量转换系统，其特征在于具有对称结构或伪对称结构的第一电极(106)和第二电极(107)。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的能量转换系统，其特征在于具有不对称结构的第一电极(306)和第二电极(307)。
12.一种包括根据权利要求10所述的能量转换系统的能量转换装置，其特征在于所述能量转换装置由用于电解、光解或电合成的装置、用于通过反向电解产生电的装置、用于燃料电池、电池组或臭氧发生器的装置或用于电渗析的装置组成。
13.—种包括根据权利要求11所述的能量转换系统的能量转换装置，其特征在于所述能量转换装置由诸如电容器、放电灯、光电发生器、具有光活性导体的太阳能电池的装置组成。
14.具有大于IX103m (1千米)的长度L和小于40 ΧΙΟ—πι (40微米)的曲率半径R使得L/R比高于106(—百万)的长形的导电工具用于构成能量转换系统的第一电极(106、 306)的应用，所述能量转换系统还包括第二电极(107、307)和包括功能介质的电极间间隙 (111、311)，所述第一电极在纳米至毫米尺度上产生所述电场的显著增强。
15.具有大于IX103m(1千米)的长度L和小于40 X10_6m(40微米)的曲率半径R使得L/R比高于106(—百万)的长形的导电工具用于构成能量转换系统的第一电极(106、 306)的应用，所述能量转换系统还包括第二电极(107、307)和包括功能介质的电极间间隙 (111、311)，所述第一电极在纳米至毫米尺度上产生被所述第二电极感知的电场的显著增强，所述电极间间隙具有在1 X 10-9m至5X 10_3m(l纳米至5毫米)之间的厚度。
16.权利要求1至11中任一项所述的能量转换系统用于生产纳米至微米的粉末的应用。
17.一种能量转换系统，包括第一电极(106、306)、第二电极(107、307)以及在所述第一电极(106、306)与所述第二电极(107、307)之间的包括功能介质的电极间间隙(111、 311)，所述第一电极(106、306)由至少一个长形的导电工具制造，所述至少一个长形的导电工具具有总长度L、弯曲的横截面以及曲率半径R并且被布置为具有大致开放的型式、能够在任何位置具有相同的电势并且因此能够构成所述第一电极(106、306)的坚固的组件结构，其特征在于-R 小于 50X l(T6m(50 微米)，-所述电极间间隙具有在1 X 10-9m至2X 10_2m(l纳米至2厘米)之间的厚度，并且 -L/R比高于3X106(三百万)，使得所述第一电极(106、306)在纳米至毫米水平上产生被所述第二电极(107、307)感知的电场的显著增强。
全文摘要
本发明涉及能量转换系统，包括第一电极(106)、第二电极(107)以及在第一电极(106)与第二电极(107)之间的包括功能介质的电极间间隙(11)，其中所述第一电极(106)由至少一个长形的导电工具制造，所述至少一个长形的导电工具具有总长度L、弯曲的横截面以及曲率半径R并且被布置为具有大致开放的型式、能够在任何位置具有相同的电势并且因此能够构成所述第一电极(106)的坚固的组件结构。所述系统的特征在于R小于40×10-6m(40微米)，所述电极间间隙具有在1×10-9m至5×10-3m(1纳米至5毫米)之间的厚度，所述第一电极(106)的所述至少一个导电工具的总长度L大于1×103m(1千米)，并且比L/R大于106(一百万)，使得所述第一电极(106、306)在纳米至毫米水平上产生被所述第二电极(107)感知的电场的显著增强。
文档编号H01L21/02GK102482788SQ201080040021
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年7月8日
发明者吉恩-马克·弗勒瑞, 菲力浦·阿朗索, 高施尔·拉斯奥 申请人:吉恩-马克·弗勒瑞, 尚塔尔·查普尔, 菲力浦·阿朗索, 高施尔·拉斯奥