BR112019018858A2 - células eletroquímicas e baterias - Google Patents
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Abstract
células eletroquímicas e baterias que podem operar com uma solução de eletrólito única, tal como compreendendo um anodo, um coletor de corrente, e um espaçador poroso, não condutor, entre o coletor de corrente e anodo. baterias e células eletroquímicas sem membrana são também reveladas. as células eletroquímicas e baterias aqui reveladas podem ser usadas, por exemplo, para produzir eletricidade ou gerar hidrogênio, e para entregar eletricidade ou hidrogênio para aplicações de processo.
Description
CÉLULAS ELETROQUÍMICAS E BATERIAS
PEDIDOS RELACIONADOS [001] Esse pedido reivindica prioridade para, e o benefício do, Pedido Provisório US No. 62/470.772, depositado em 13 de março de 2017; Pedido Provisório US No. 62/479.548, depositado em 31 de março de 2017; Pedido Provisório US No. 62/506.422, depositado em 15 de maio de 2017; Pedido Provisório US No. 62/518.523, depositado em 12 de junho de 2017; Pedido Provisório US No. 62/530.687, depositado em 10 de julho de 2017; Pedido Provisório US No. 62/531.274, depositado em 11 de julho de 2017; e Pedido Provisório US No. 62/595.171, depositado em 6 de dezembro de 2017 .
FUNDAMENTOS [002] A Agência de Informação de Energia dos Estados Unidos projeta um aumento de 48% em consumo mundial de energia até 2041 e indústrias globais estão rapidamente se adaptando a essas novas oportunidades. No centro de seus esforços está a demanda para uma nova batería que seja mais eficiente, mais ambientalmente amigável, mais acessível e mais conveniente. O Departamento de Defesa estabeleceu uma meta de gerar 25% de sua energia a partir de fontes renováveis pelo ano de 2025. Adicionalmente, os militares precisam ter prontamente disponíveis fontes de hidrogênio quando colocarem em campo veículos furtivos movidos por células a combustível.
[003] Baterias líquidas, seja com fluxo ou sem fluxo, são conhecidos na técnica e funcionam nos mesmos princípios que as baterias sólidas, exceto que o eletrólito é líquido.
Tais baterias são constituídas de células eletroquímicas que
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2/89 são baseadas em química de redução-oxidação. Oxidação ocorre no lado anodo da célula e redução no lado catodo. Os solventes usados em células eletroquimicas são variados. Em muitas circunstâncias, soluções aquosas são usadas em ambos os lados de uma célula eletroquimica com cada lado (lado catodo e lado anodo) em contato com um eletrodo (isto é, o catodo e o anodo, respectivamente) . Os eletrodos das duas semi-células são colocados em contato elétrico para permitir fluxo de corrente. Para manter equilíbrio de carga, uma célula eletroquimica deve também permitir a passagem de ions. Em algumas baterias, isso é feito com uma ponte salina separando a solução de catodo da solução de anodo. A ponte previne a mistura das duas soluções. A técnica anterior ensina que se as soluções fossem misturadas, as semi-células poderíam ser destruídas por reação química direta.
[004] Algumas células eletroquimicas estendem membranas ou pontes salinas para prevenir curto-circuito e para separar múltiplas soluções de eletrólitos. Tais membranas são caras e prontamente degradam ao longo do tempo. W02017/106215 reporta células eletroquimicas que podem ser usadas na ausência de membranas e que usam dois ou mais eletrólitos imiscíveis.
[005] A presente divulgação inclui projetos aperfeiçoados para células e baterias eletroquimicas (incluindo células de fluxo e baterias de fluxo) que, em certas modalidades, incluem uma solução de eletrólito única, um anodo, um coletor de corrente e um espaçador poroso, não condutor, entre o coletor de corrente e o anodo. Em contraste com baterias de fluxo típicas, o anodo e o coletor de corrente em tais modalidades não precisam ser imersos em um
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3/89 eletrólito. Modalidades adicionais incluem projetos aperfeiçoados para células e baterias eletroquímicas sem membrana que compreendem eletrólitos múltiplos.
SUMÁRIO [006] Modalidades da divulgação incluem células e baterias eletroquímicas que podem operar com uma solução de eletrólito único. Em tal modalidade, uma célula eletroquímica compreendendo um anodo, um coletor de corrente e um espaçador poroso, não condutor, entre o anodo e o coletor de corrente, é prevista. Projetos adicionais para células e baterias eletroquímicas que podem operar com uma solução de eletrólito único são também previstas.
[007] Em uma modalidade adicional da divulgação, uma batería eletroquímica compreendendo uma ou mais dessas células eletroquímicas e compreendendo adicionalmente uma carga é prevista.
[008] Em ainda uma modalidade adicional da divulgação, métodos de entregar eletricidade para aplicações com essas células eletroquímicas ou baterias eletroquímicas da divulgação, ou ambas, são previstos.
[009] Em modalidades adicionais da descrição, métodos de entregar hidrogênio a aplicações com essas células eletroquímicas ou baterias eletroquímicas da divulgação, ou ambas, são previstos.
[0010] Outras modalidades incluem algumas células eletroquímicas sem membrana que contêm primeira e segunda soluções de eletrólito separadas no catodo e anodo, respectivamente; baterias compreendendo essas células eletroquímicas; métodos de entregar hidrogênio, eletricidade ou ambos com as células e as baterias para aplicações;
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4/89 capacitores; e vários métodos relacionados com essas modalidades.
[0011] Mais modalidades e características são incluídos na descrição detalhada que segue, e será prontamente evidente para os versados na técnica a partir da descrição ou reconhecidas praticando as modalidades como descritas na descrição, incluindo nas figuras e reivindicações.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0012] As figuras em anexo constituem uma parte dessa divulgação. As figuras servem para fornecer um outro entendimento de certas modalidades exemplares. A divulgação e reivindicações não são limitadas a modalidades ilustradas nas figuras.
[0013] Figura 1 é um esquema de uma modalidade de células eletroquímicas da divulgação.
[0014] Figura 2 é um esquema de uma modalidade de uma batería eletroquímica da divulgação.
[0015] Figura 3 é um diagrama de bloco esquemático de uma modalidade de uma célula eletroquímica de acordo com a presente divulgação.
[0016] Figura 4A é um diagrama de bloco esquemático de uma modalidade de uma célula eletroquímica de acordo com a presente divulgação.
[0017] Figura 4B é um diagrama de bloco esquemático de uma modalidade de uma célula eletroquímica de acordo com a presente divulgação.
[0018] Figura 5 é um esquema de uma modalidade de uma célula eletroquímica da divulgação.
[0019] Figura 6 é um esquema de uma modalidade de uma célula eletroquímica da divulgação.
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5/89 [0020] Figura 7 é um esquema de uma modalidade de uma célula eletroquimica da divulgação.
[0021] Figura 8 é um esquema de uma modalidade de uma célula eletroquimica da divulgação em modo de fluxo.
[0022] Figura 9 é um esquema de uma modalidade de uma célula eletroquimica da divulgação.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0023] Várias modalidades serão agora explicadas em maiores detalhes. Deve ser entendido que tanto a descrição geral precedente como a seguinte descrição detalhada são exemplares e explicativas apenas, e não são restritivas dessa divulgação ou das reivindicações. Qualquer discussão de certas modalidades ou aspectos, incluindo aquelas descritas nas figuras, servem para ilustrar certos aspectos exemplares da divulgação. A divulgação e as reivindicações não são limitadas para as modalidades especificamente discutidas aqui ou ilustradas nas figuras.
[0024] Modalidades da divulgação incluem células e baterias eletroquimicas que podem operar com uma solução de eletrólito único. Tais células e baterias não requerem solução de múltiplos eletrólitos separados por uma membrana, por uma ponte salina ou por outras técnicas. Em tal modalidade, uma célula eletroquimica compreendendo um anodo, um coletor de corrente e um espaçador poroso, não condutor, entre o anodo e o coletor de corrente, é fornecida.
[0025] As células eletroquimicas da divulgação, incluindo essa modalidade e outras modalidades de células eletroquimicas descritas aqui, podem ser usadas para formar baterias para alimentar eletricidade, hidrogênio, ou ambos para aplicações. Aplicações elétricas incluem, por exemplo,
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6/89 aplicações de rede, tais como energia reserva de torre de telefone celular ou energia reserva para fazendas de energia eólica ou fazendas de energia solar. A eletricidade podería também ser usada para alimentar veículos, aparelhos eletrodomésticos, bens de consumo ou brinquedos. Quando configurada para funcionar para produzir hidrogênio, o hidrogênio pode ser entregue a uma aplicação tal como uma célula a combustível para produção de eletricidade ou para um veículo ou para, por exemplo, um motor ou forno para queima. As células eletroquímicas podem ser configuradas de modo que eletricidade é primariamente entregue, hidrogênio é primariamente entregue, ou ambos são entregues em várias razões. Em algumas modalidades, as células e baterias da divulgação funcionam em modo de fluxo em que eletrólito é adicionado à célula ou batería e, então, removido após uso, assim reabastecendo o suprimento de eletrólito para a célula ou batería.
[0026] Em um exemplo de célula eletroquímica da divulgação, o anodo está em contato físico com o espaçador poroso, não condutor, tal como tela não condutora que, por sua vez, está em contato físico com o coletor de corrente tal como espuma de carbono. Em outras modalidades, o espaçador não está em contato físico com o anodo, o coletor de corrente, ou ambos, mas está, ao contrário, posicionado em uma distância do anodo, coletor de corrente, ou ambos.
[0027] A finalidade do espaçador poroso, não condutor, é para prevenir contato físico do coletor de corrente com o anodo. O termo não condutor, com referência ao espaçador poroso, significa que o espaçador não é eletricamente condutor. 0 espaçador é poroso para eletrólito, e é também
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7/89 poroso em um modo não seletivo para ânions e cátions na solução de eletrólito. Sendo eletricamente não condutor, o espaçador poroso não permite a passagem de elétrons através do mesmo. Esses aspectos do espaçador diferenciam o mesmo de pontes de sal e membranas em baterias convencionais, que são frequentemente usadas para manter separação de solução de múltiplos eletrólitos. Muitos tipos diferentes de material poroso não condutor podem ser usados para o espaçador, tal como um polímero orgânico, fita cirúrgica, película de fibra de vidro, lã de vidro, madeira, papel, tecido, cartolina, e náilon. Um tal polímero orgânico é poliéster revestido com vinil. A espessura do espaçador é frequentemente entre cerca de 0,1 mm e cerca de 0,8 mm.
[0028] Um material microporoso, tal como fita cirúrgica, pode ser usado para envolver uma célula eletroquímica, assim como para auxiliar a manter sua integridade física. O envoltório não precisa encerrar completamente a célula eletroquímica.
[0029] Coletores de corrente e anodos em células eletroquímicas nessa divulgação, incluindo nessa modalidade e em outras modalidades de células eletroquímicas descritas aqui, podem ser selecionados dentre materiais apropriados. Exemplos de materiais de coletor de corrente apropriados incluem aço, carbono tal como no grafite alótropo de carbono, carbono impregnado com um metal, e espuma de carbono. Tecido de carbono condutor (que é também referido como espuma de carbono), por exemplo, é um coletor de corrente apropriado para muitas modalidades e é um material condutor. Anodos apropriados para modalidades tendo uma solução de eletrólito único incluem metais na Coluna 13 da Tabela periódica e suas
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8/89 ligas. Esses metais e ligas incluem, por exemplo, alumínio, gálio, índio e tálio, assim como como ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos. Um exemplo de liga tem o nome de Galinstan, que é uma liga de gálio, índio e estanho.
[0030] Em muitas modalidades, uma célula eletroquímica compreende adicionalmente uma solução de eletrólito único. A célula eletroquímica pode ser saturada com respeito ao eletrólito. Em algumas modalidades, uma célula não é imersa em um banho de eletrólito. Saturando via gotejamento, pulverização ou atomização do eletrólito, por exemplo, é possível ativar as células para produzir eletricidade ou hidrogênio ou ambos. Um exemplo de um coletor de corrente é espuma de carbono. O eletrólito pode ser pulverizado em uma célula até ou antes da espuma de carbono estar saturada em tal exemplo. Conforme eletricidade ou hidrogênio ou ambos é produzida, eletrólito adicional (ou outros materiais tal como sais, oxidantes, ou bases) pode ser pulverizado ou de outra forma entregue a uma célula para manter sua saturação e substituir sais e óxidos. De fato, um recirculador podería ser usado para continuamente reciclar e entregar eletrólito ou outros materiais para a célula. Deste modo, não é necessário manter um fornecimento grande de eletrólito presente, que economiza tanto custo como peso, comparado com células de fluxo da técnica anterior.
[0031] Nestas e em outras modalidades, o anodo de uma célula eletroquímica é feito de alumínio, por exemplo. Em muitas modalidades o alumínio está na forma de uma chapa. Em muitas outras modalidades este está na forma de uma tela ou outra estrutura porosa fina. A espessura da tela de alumínio pode ser, por exemplo entre cerca de 0,05 mm e cerca de 0,5
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9/89 mm, ou entre cerca de 0,1 mm e cerca de 0,3 mm. Em algumas modalidades, o coletor de corrente pode ser espuma de carbono e o espaçador poroso, não condutor, pode ser uma tela não condutora, como um polímero orgânico ou fita cirúrgica. Um tal polímero é poliéster revestido com vinil.
[0032] Modalidades adicionais incluem 1) uma célula eletroquímica compreendendo um anodo, um coletor de corrente, um espaçador poroso, não condutor, entre o anodo e o coletor de corrente, e uma solução de eletrólito único; 2) uma célula eletroquímica consistindo essencialmente de um anodo, um coletor de corrente, um espaçador poroso, não condutor, entre o anodo e o coletor de corrente, e uma solução de eletrólito único; e 3) uma célula eletroquímica consistindo de um anodo, um coletor de corrente, um espaçador poroso, não condutor, entre o anodo e o coletor de corrente, e uma solução de eletrólito único.
[0033] Células eletroquímicas são frequentemente conectadas a uma outra por condutores de metal para formar baterias eletroquímicas. Um exemplo de um metal condutor é cobre, tal como fio ou fios de cobre. Deste modo, por exemplo, um anodo de alumínio em uma célula eletroquímica está em contato com um espaçador poroso, não condutor, na célula e o espaçador está, por sua vez, em contato com um coletor de corrente de espuma de carbono. O anodo de alumínio está também em contato com um metal condutor para o coletor de corrente em uma célula eletroquímica adjacente que, por sua vez, está em contato com seu próprio espaçador poroso, não condutor, e correspondente anodo de alumínio. Dessa maneira, uma série de células eletroquímicas pode ser conectada. Na terminação das séries, as células
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 15/106 / 89 eletroquímicas terminais podem ser conectadas a uma carga, tal como uma aplicação ou série de células eletroquímicas adicionais de modo que a batería eletroquimica global tem tanto uma série como disposição paralela de células eletroquímicas.
[0034] Em algumas modalidades, as células eletroquímicas são também configuradas para operar como células de fluxo. As células podem ser configuradas como células de fluxo de modo a suportar uma batería de fluxo, por exemplo. Em tal batería, eletrólito pode ser fornecido para células durante a operação da batería continuamente durante operação de modo que carregamento elétrico não é requerido.
[0035] Em muitas modalidades da divulgação, o eletrólito compreende água e um ou mais sais. Exemplos de solventes para uso no eletrólito, incluindo água e outros podem ser encontrados em Tabela 1.
Tabela 1 -Solventes Polares
| Solvente | Constante dielétrica |
| Água | 80 |
| Ácido sulfúrico | 101 |
| Amônia | 26,7 |
| Etanol | 24,3 |
| Acetonitrila | 36, 2 |
| Piridina | 12,3 |
| Metanol | 30 |
| Glicerol | 47 |
| Etileno glicoi | 37 |
| Ácido | 134 |
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| fluoridrico | |
| Furfural | 42 |
| Hidrazina | 52 |
| Formamida | 84 |
| Peróxido de hidrogênio | 128 |
| Ácido | 158 |
| hidrociânico |
[0036] Em muitas modalidades, há dois sais que são adicionados ao eletrólito. Exemplos de tais sais incluem sais de peroxidissulfato (como peroxidissulfato de sódio), hipocloreto e sulfato (como sulfato de sódio). O eletrólito pode adicionalmente compreender uma base, tal como hidróxido de sódio. Um dos sais é um oxidante. Deste modo, em muitas modalidades, o eletrólito contém um oxidante e também contém um sal adicional, como um sal de metal encontrado em Tabela 3, em que a porção de ânion do sal de metal e o oxidante diferem.
[0037] A lista não limitante de compostos em Tabela 2, ou seus sais e ácidos correspondentes, conforme o caso, podem ser entregues e dissociar para formar oxidantes. Como usado aqui, o termo oxidante refere-se ao composto adicionado para efetuar oxidação bem como o ânion resultante que resulta de dissociação desse composto. Deste modo, ácido peroxidissulfúrico (H2S2O8), peroxidissulfato de sódio (Na2S20s) e o ânion peroxidissulf ato (S2O82-) são todos oxidantes, como usado aqui. Quando a forma de ácido ou sal do peroxidissulfato oxidante, por exemplo, é adicionada a um eletrólito da divulgação, haverá dissociação na forma de ânion. A forma de ânion é a forma que atua para oxidar outra
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 17/106 / 89 espécie e que, por sua vez, é reduzida.
Tabela - 2 - Oxidantes
| Peróxido de hidrogênio |
| Ácido nitrico |
| Ácido sulfúrico |
| Ácido peroxidissulfúrico |
| Peroxidissulfato de sódio |
| Ácido peroximonossulfúrico |
| Cloreto, clorato, perclorato, e outros compostos de halogênio análogos |
| Hipocloreto e outros compostos de hipohaleto, incluindo NaClO |
| Compostos de cromo hexavalente tal como ácidos crômico e dicrômico e trióxido de cromo, clorocromato de piridinio (PCC), e compostos de cromato/dicromato |
| Compostos de permanganate como permanganate de potássio |
| Perborate de sódio |
| Óxido nitroso |
| Nitrato de potássio |
| Bismutato de sódio |
| Oxigênio |
| Ozônio |
| Halogênios |
[0038] O outro sal pode ser, por exemplo, qualquer um dentre os compostos encontrados em Tabela 3.
Tabela 3 - Sais de metal
| Kl | NaI | Lil | Bal2 | Cal2 | Mgl2 | Znl2 | A1I3 |
| KBr | NaBr | LiBr | BaBr2 | CaBr2 | MgBr2 | ZnBr2 | AlBr3 |
| KC1 | NaCl | LiCl | BaCl2 | CaCl2 | MgCl2 | ZnCl2 | AICI3 |
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| K2SO4 | Na2SO4 | Li2SO4 | BaSO4 | CaSO4 | MgSO4 | ZnSO4 | Al2 (S04) 3 |
| kno3 | NaNOs | líno3 | Ba (NO3) 2 | Ca (NO3) 2 | Mg (NO3) 2 | Zn (NO3) 2 | Al (NO3) 3 |
| KF | NaF | LiF | BaF2 | CaF2 | MgF2 | ZnF2 | A1F3 |
| K3PO4 | Na3PO4 | Li3PO4 | Ba3 (PO4) 2 | Ca3 (PO4) 3 | Mg3 (PO4) 2 | Zn3 (PO4) 2 | A1PO4 |
| K2SO3 | Na2SO3 | lí2so3 | BaSO3 | CaSO3 | MgSO3 | ZnSO3 | Al2 (S03) 3 |
| K2CO3 | Na2CO3 | lí2co3 | BaCO3 | CaCO3 | MgCO3 | ZnCO3 | Al2 (C03) 3 |
| K2S | Na2S | lí2s | BaS | CaS | MgS | ZnS | A12S3 |
| K2SiO 3 | Na2SiO 3 | Li2SiO 3 | BaSiO3 | CaSiO3 | MgSiO3 | ZnSiO3 | Al2 (S1O3) 3 |
| KOH | NaOH | LiOH | Ba(OH)2 | Ca(OH)2 | Mg(OH)2 | Zn(OH)2 | Al(OH)3 |
[0039] O segundo sal deve ser um composto que dissocia de modo a produzir um íon metálico. Um exemplo de tal sal de metal é sulfato de sódio.
[0040] Em muitas modalidades, o eletrólito ainda contém uma base tal como uma base forte. Exemplos de bases fortes incluem LiOH, RbOH, CsOH, Sr(OH)2, Ba(OH)2, NaOH, KOH, Ca(OH)2, ou uma combinação destes. Um exemplo particular é NaOH.
[0041] Em modalidades adicionais, o eletrólito compreende um dentre água ou um álcool. O eletrólito pode ser um católito, por exemplo. Quando um oxidante e um sal de metal estão presentes nesse eletrólito, os dois podem ter diferentes componentes de ânion. Um exemplo oxidante inclui peroxidissulfato de sódio e um exemplo de sal de metal é sulfato de sódio. Esse eletrólito pode compreender adicionalmente uma base, tal como hidróxido de sódio.
[0042] Uma modalidade adicional inclui uma célula eletroquímica compreendendo:
a. um anodo;
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b. um coletor de corrente; e
c. um espaçador poroso, não condutor, entre o coletor de corrente e o anodo;
em que a célula eletroquimica não compreende um eletrólito.
[0043] O anodo, coletor de corrente, e espaçador podem ter uma ou mais características ou aspectos descritos acima para aqueles componentes. Tal modalidade pode, por exemplo, ser construída em um local, então transportada para outra localização onde é contatada com eletrólito (como uma solução de eletrólito único) para uso.
[0044] A divulgação inclui modalidades adicionais de células eletroquímicas que podem operar com uma solução de eletrólito único. Por exemplo, uma célula eletroquimica compreendendo uma solução aquosa de eletrólito único em contato com um coletor de corrente não metálico, um oxidante, e um sólido de metal em que corrente percorre a partir do sólido de metal para o coletor de corrente através de uma carga, é fornecida.
[0045] Em tal célula, a solução de eletrólito pode ser básica e o oxidante pode ser S20g2~, por exemplo. A solução de eletrólito pode ainda compreender, por exemplo, hidróxido de sódio. Os sólidos de metais apropriados incluem os da Coluna 13 da Tabela periódica e suas ligas. Esses metais e ligas incluem, por exemplo, alumínio, gálio, índio e tálio, bem como ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos. Um exemplo de sólido de metal é alumínio, tal como alumínio na forma de uma folha. A célula pode compreender adicionalmente um estabilizador poroso. Em um exemplo, uma célula pode compreender um sulfato de metal (como Na2SO4) onde o coletor de corrente é espuma de carbono e o estabilizador poroso é
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 20/106 / 89 lã de vidro ou um borossilicato ou ambos. 0 pH de uma célula pode, por exemplo, ser maior que 12, maior que 13 ou maior que 14.
[0046] Células como essa, que podem usar uma solução de eletrólito único, podem produzir, por exemplo, entre cerca de 10 Watt-hora/(kg de eletrólito + metal anodo) e cerca de 680 Watt-hora/(kg de eletrólito + metal anodo). Quando medido por kg de eletrólito, uma célula pode produzir, por exemplo, entre cerca de 10 Watt-hora/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-hora/kg de eletrólito, entre cerca de 40 Watt-hora/kg de eletrólito e cerca de 80 Watt-hora/kg de eletrólito, ou entre cerca de 10 Watt-hora/kg de eletrólito e cerca de 60 Watt-hora/kg de eletrólito. A potência produzida por centímetro quadrado de sólido de metal pode ser, por exemplo, entre cerca de 600 mW e cerca de 1000 mW. Como com outras células eletroquímicas nessa divulgação, uma célula pode ser configurada para operar em modo de fluxo. A célula pode incluir uma corrente de fluxo de entrada que compreende, por exemplo, uma solução aquosa de eletrólito que pode compreender adicionalmente um oxidante tal como peroxidissulfato de sódio ou uma solução compreendendo ânion peroxidissulfato ou ambos. Oxidante (tal como Na2S20s sólido ou Na2S20s em solução) pode ser fornecido para a célula, por exemplo, Na2S20s em uma solução aquosa básica, onde uma base pode ser, por exemplo, hidróxido de sódio. A célula pode compreender adicionalmente uma corrente de fluxo de saída. A corrente de fluxo de saída pode compreender uma solução aquosa e também pode incluir, por exemplo, sulfato de metal.
[0047] Uma modalidade adicional inclui um método de criar um capacitor compreendendo uma etapa de desconectar
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 21/106 / 89 uma carga de um lado de uma célula eletroquimica da divulgação que pode operar usando uma solução de eletrólito único. 0 método compreende adicionalmente a etapa de reconectar a carga. Uma modalidade adicional inclui um capacitor, preparado pelo processo de alternativamente desconectar e reconectar a carga de pelo menos um dentre o coletor de corrente ou anodo na célula eletroquimica.
[0048] Uma modalidade adicional que pode operar com uma solução de eletrólito único é uma célula eletroquimica compreendendo uma solução aquosa de eletrólito único em contato com um coletor de corrente não metálico, um oxidante, e um sólido de metal em que corrente percorre a partir do sólido de metal para o coletor de corrente via um fio, e em que o pH é maior ou igual a 12. Como um exemplo, o um coletor de corrente não metálico pode ser espuma de carbono, o oxidante pode ser um sal de peroxidissulfato, e o sólido de metal pode ser alumínio.
[0049] Uma modalidade adicional que pode operar com uma solução de eletrólito único é uma célula eletroquimica compreendendo uma solução aquosa de eletrólito único em contato com um coletor de corrente não metálico, um oxidante, e um ou mais ânodos em que corrente percorre a partir de um ou mais ânodos para o coletor de corrente via um fio, e em que o pH é maior ou igual a 10.
[0050] Ânodos apropriados incluem metais em Coluna 13 da Tabela periódica e suas ligas. Esses metais e ligas incluem, por exemplo, alumínio, gálio, índio e tálio, bem como ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos. Um exemplo de metal é alumínio, tal como alumínio na forma de folha. Os ânodos podem também ser separados por um isolador.
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Em algumas modalidades, o pH é maior ou igual a 12.
[0051] Um exemplo de uma célula eletroquímica que pode operar com uma solução de eletrólito único é dado no Exemplo 7 e ilustrado em Figura 9.
[0052] Uma modalidade adicional da divulgação inclui um método de produzir uma célula eletroquímica da divulgação. O método compreende 1) fornecer uma célula eletroquímica compreendendo um anodo, um coletor de corrente e um espaçador poroso, não condutor, entre o anodo e o coletor de corrente; e 2) contatar a célula com uma solução de eletrólito único. A célula pode ser contatada com solução de eletrólito, por exemplo, por pulverização da solução de eletrólito sobre a célula. O eletrólito podería também ser aplicado em massa tal como por imersão. A solução de eletrólito podería também ser aplicada à célula como gotículas via gotejamento ou como uma nuvem atomizada. O eletrólito também pode ser alimentado em compartimentos de massa, ou em quaisquer combinações das técnicas apresentadas aqui.
[0053] Uma modalidade adicional inclui um método, tal como um método de operar uma célula eletroquímica em modo de fluxo, que compreende 1) fornecer uma célula eletroquímica de acordo com qualquer uma das modalidades acima e que compreende uma solução de eletrólito único, 2) operar uma célula para produzir eletricidade, hidrogênio, ou tanto eletricidade como hidrogênio (tal como quando a célula é conectada a uma carga), e 3) fornecer solução de eletrólito adicional (ou um ou mais componentes do mesmo) para uma célula durante sua operação. Tal modalidade pode compreender adicionalmente 4) retirar solução de eletrólito gasto (ou um ou mais componentes do mesmo) da célula durante sua operação,
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 23/106 / 89 por exemplo, simultaneamente com fornecimento da solução de eletrólito adicional (ou um ou mais componentes do mesmo) para célula. A solução de eletrólito nessas modalidades pode ter qualquer composição apropriada para as células tal como descrito aqui. Componentes da solução de eletrólito podem incluir, por exemplo, um oxidante, um sal de metal, e uma base. Uma modalidade adicional inclui o método efetuado em uma batería que compreende a célula.
[0054] Em outros aspectos da divulgação, baterias eletroquímicas compreendendo as células eletroquímicas da divulgação são fornecidas. Uma batería eletroquímica contém uma ou mais células e é eletricamente conectada a uma carga. Uma carga podería ser a resistência em um fio ou podería ser para uma aplicação, ou ambos. As baterias eletroquímicas da divulgação podem ser usadas para gerar eletricidade através de uma carga, hidrogênio, ou ambos. A batería pode ser configurada, por exemplo, para favorecer eletricidade ou hidrogênio. Produção de hidrogênio pode ser controlado ajustando o pH e a área de superfície específica do anodo. Iniciando com uma solução alcalina, conforme o pH aumenta e a maior superfície específica do anodo usado, mais hidrogênio é produzido. Por exemplo a área de superfície do alumínio pode ser aumentado dobrando sobre uma tela de alumínio múltiplas vezes. Eletricidade pode ser favorecida quando concentração oxidante é aumentada e a solução é tornada cada vez mais alcalina.
[0055] Modalidades da divulgação incluem adicionalmente métodos de entregar eletricidade, hidrogênio, ou tanto eletricidade como hidrogênio, produzido pelas células ou baterias descritas aqui para uma aplicação. Tais aplicações
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 24/106 / 89 podem incluir, por exemplo, torres de telefone celular, veículos e células a combustível.
[0056] Sem ser limitado por teoria, a seguinte explicação é dada para explicar como algumas modalidades das células e baterias eletroquimicas da divulgação funcionam. Por exemplo, em muitas modalidades, o anodo é alumínio, o catodo é um católito em contato com um coletor de corrente de espuma de carbono, e o católito é um eletrólito compreendendo água, sulfato de sódio, hidróxido de sódio, e peroxidissulfato de sódio onde o coletor de corrente de carbono e anodo são empilhados e separados por um espaçador poroso, não condutor, e cada pilha é eletricamente conectado por um condutor, como fio de cobre. Tal configuração pode ser geralmente vista em Figura 1 e Figura 2.
[0057] Sem ser limitado por teoria, em tais modalidades, o alumínio é oxidado por equação (A) no anodo e redução de persulfato ocorre na superfície do coletor de corrente via equação (B)
2A1 (s) 2A13+ + 6e~ (A)
2Na2S2O8 (aq) + 4NaOH(aq) + 4e~ 4Na2SO4(aq) + 4 (OH)- (B) [0058] Há, no entanto, dois elétrons extra disponíveis da oxidação de alumínio. Em muitas modalidades, é observado que prótons são reduzidos para formar gás hidrogênio no anodo de alumínio. Deste modo, acredita-se ainda que água dissocia para formar H+ e OH- e, então, os dois elétrons extras são disponíveis para reduzir H+ em gás hidrogênio e tal evolução de gás hidrogênio é observado no anodo de alumínio e não o coletor de corrente onde oxidante é reduzido. É também possível que o íon hidróxido sozinho possa estar dissociando para formar H+ porque a mesma evolução de hidrogênio é
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 25/106 / 89 observada quando o eletrólito é etanol. Consequentemente, e como descrito previamente, o eletrólito podería também ser um álcool e água ou um álcool, com um exemplo sendo etanol.
[0059] Em vista do exposto, o coletor de corrente podería ser caracterizado como um coletor de corrente de catodo porque distribui elétrons que reduzem oxidante dentro da solução de eletrólito na superfície do coletor de corrente (de acordo com equação B acima), em que a solução de eletrólito pode ser caracterizada como um católito. O coletor de corrente de catodo pode ser, por exemplo, incorporado ou contatar adequadamente o católito, em que o católito é a fonte de oxidante para redução no coletor de corrente de catodo.
[0060] Na Figura 1, uma série das três células eletroquímicas é mostrada. Cada célula contém um anodo 100, tal como alumínio na forma de uma chapa ou tela. O anodo 100 está em contato físico com um espaçador poroso, não condutor, 110. O espaçador é uma tela que previne contato físico entre o anodo e o coletor de corrente 120. O coletor de corrente é frequentemente uma espuma de carbono e o espaçador pode ser fita cirúrgica, por exemplo, ou poliéster revestido com vinil. A pilha 160 de anodo 100, coletor de corrente 120 e espaçador 110 podem ser opcionalmente envolvidos em fita cirúrgica para integridade física. Cada célula está em contato elétrico com uma célula adjacente em que o anodo 100 e o coletor de corrente 120 de células adjacentes estão em contato elétrico via um condutor, tal como fio de cobre 130.
[0061] Eletrólito é depositado na célula, mas a célula de Figura 1 não é imersa no eletrólito. O eletrólito pode ser pulverizado sobre ou entregue via atomização ou
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 26/106 / 89 compartimentalizado. Frequentemente isso é feito de modo quando a espuma de carbono é o coletor de corrente, a espuma de carbono é saturada. Em outras modalidades, a célula é imersa em solução de eletrólito. Em uma condição úmida, o eletrólito age como um católito de modo que redução ocorre em solução quando um circuito é feito.
[0062] Figura 2 representa uma batería em que os componentes da célula de Figura 1 em série são ainda conectados a uma carga 150 via um condutor, tal como cobre 140. Nesse estado, quando eletrólito é depositado em uma batería, corrente e/ou hidrogênio é produzido, com redução de hidrogênio ocorrendo no anodo. Dependendo do pH, a área de superfície do anodo e a quantidade de oxidante usada, pode-se determinar se uma batería produz primariamente eletricidade, hidrogênio, ou uma combinação dos dois. A Carga 150 podería ser uma aplicação tal como torre de telefonia celular ou outra aplicação de rede. Alternativamente, quando hidrogênio é produzido, o hidrogênio pode ser coletado em cada anodo para entregar para, por exemplo, uma célula a combustível ou para um forno ou motor para queima de hidrogênio.
[0063] Modalidades adicionais descritas abaixo incluem certas células eletroquímicas sem membrana que contêm primeira e uma segunda soluções de eletrólito separadas no cátodo e anodo, respectivamente; baterias compreendendo células eletroquímicas da divulgação; métodos de entregar hidrogênio, eletricidade ou ambos com as células e baterias para aplicações; métodos para reforçar corrente em células eletroquímicas da divulgação; e vários métodos relacionados a essas modalidades.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 27/106 / 89 [0064] Por exemplo, uma modalidade da divulgação inclui uma célula eletroquimica compreendendo:
a. um catodo;
b. um anodo adjacente ao catodo em uma distância;
c. uma primeira solução de eletrólito polar em contato com o catodo e disposta dentro da distância compreendendo um oxidante;
d. uma segunda solução de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo um ion de metal apropriado; e
e. um agente de separação;
em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato com cada outra e são imisciveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito.
[0065] Nessa modalidade, cada solução de eletrólito polar pode compreender um estabilizador poroso tal como borossilicato. A primeira solução de eletrólito polar pode ser aquosa e também pode compreender uma base tal como KOH, NaOH, Ca(OH)2, LiOH, RbOH, CsOH, Sr(OH)2, ou Ba(OH)2. O pH de uma primeira solução de eletrólito polar pode ser, por exemplo, entre cerca de 8 e cerca de 14 ou entre cerca de 11 e cerca de 14. O oxidante pode ser, por exemplo, um ion Vanádio, S20g2~ ou CIO-. Um exemplo de agente de separação nessa modalidade inclui um sal, tal como um cloreto de cálcio ou sulfato de sódio.
[0066] A célula eletroquimica pode ser configurada para operar em modo de fluxo. Ela pode compreender, por exemplo, uma solução de fluxo de entrada compreendendo uma base (tal como hidróxido de sódio) , um oxidante (tal como S20s2_) e um
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 28/106 / 89 agente de separação (tal como sulfato de sódio) . Fluxo de saída de uma célula pode incluir uma base (incluindo uma solução aquosa de uma base) e sulfato de sódio, onde uma base pode ser hidróxido de sódio.
[0067] Um coletor de corrente pode ser colocado dentro da primeira solução de eletrólito, a uma segunda solução de eletrólito, ou em ambas. Exemplos de coletores de corrente incluem metais, bem como não metais tal como espuma de carbono. A célula eletroquímica também pode compreender lã de vidro colocada entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito polar.
[0068] Em algumas modalidades, a segunda solução de eletrólito polar compreende um álcool. Pode ser uma solução alcoólica gue compreende adicionalmente uma base tal como KOH ou NaOH. O pH da segunda solução de eletrólito polar pode ser, por exemplo, entre cerca de 8 e cerca de 14 ou entre cerca de 11 e cerca de 14. íons metálicos apropriados no segundo eletrólito polar incluem Zn2+ e Al3+.
[0069] Em algumas modalidades, o agente de separação é um sal (tal como CaC12 ou sulfato de sódio) e o álcool na segunda solução de eletrólito polar é etanol, metanol, ou ambos. Em algumas modalidades, o segundo eletrólito polar compreende um álcool e é configurado para operar em modo de fluxo com uma corrente de fluxo de entrada compreendendo uma solução polar compreendendo um álcool (tal como etanol, metanol, ou ambos), uma base (tal como hidróxido de sódio), um agente de separação, e um metal capaz de dissociar em um íon de metal apropriado (tal como Al3+) . Uma corrente de fluxo de saída para a célula pode compreender um álcool (como etanol), uma base (como hidróxido de sódio) e um sal de
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 29/106 / 89 separação (como sulfato de sódio).
[0070] A célula eletroquímica descrita aqui pode, por exemplo, gerar gás hidrogênio na segunda solução de eletrólito e pode direcionar o gás para um compressor de hidrogênio. Uma modalidade adicional da divulgação inclui, portanto, um sistema de batería compreendendo uma ou mais das células eletroquímicas e um compressor de hidrogênio. Tal sistema pode ser usado, por exemplo, para energizar uma aplicação de processo tal como uma célula a combustível.
[0071] Outra modalidade da divulgação inclui uma célula eletroquímica compreendendo:
a. um catodo;
b. um anodo adjacente ao catodo em uma distância;
c. uma primeira solução aquosa polar de eletrólito em contato com o catodo e disposta dentro da distância compreendendo S20g2~;
d. uma segunda solução alcoólica de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo Al3+; e
e. borossilicato dentro de ambas a primeira e a segunda soluções de eletrólito;
em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão
| em contato com | cada | out | ra e são | imiscíveis, e em que não | se |
| tem membrana | entre | a | primeira | e a segunda soluções | de |
| eletrólito. | |||||
| [0072] A | primeira | solução | de eletrólito polar e | a |
segunda solução de eletrólito polar podem ser de diferentes densidades, onde uma primeira solução de eletrólito pode compreender um sal de haleto (tal como CaCÍ2) e uma segunda solução de eletrólito pode compreender um sal de sulfato de
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 30/106 / 89 metal (tal como Na2SC>4) . A uma segunda solução alcoólica de eletrólito polar pode compreender, por exemplo, etanol ou metanol.
[0073] Em algumas modalidades, o pH da primeira e da segunda soluções de eletrólito pode ser ajustado, por exemplo, para entre cerca de 11 a cerca de 13 cada. Cada solução pode compreender uma base, tal como sódio, cálcio, ou hidróxido de potássio. Em algumas modalidades, o catodo é cobre (tal como uma escova de cobre), carbono, ou ambos, e o anodo é alumínio. O borossilicato pode ser, por exemplo, lã Pyrex®. Em algumas modalidades, o borossilicato tem um tamanho de poro de cerca de 8 microns.
[0074] Essa célula eletroquímica pode ser configurada para funcionar em modo de fluxo. Uma modalidade adicional inclui uma batería eletroquímica compreendendo uma ou mais das células. Quando a batería compreende mais do que uma dentre as células eletroquímicas, as células podem ser alinhadas, por exemplo, em geometria paralela e disposta em uma pilha voltaica. A célula eletroquímica ou batería pode entregar eletricidade para uma aplicação de processo, incluindo fazendas de energia solar, fazendas de energia eólica, aparelhos eletrodomésticos, bens de consumo, e brinquedos.
[0075] Outra modalidade da divulgação inclui uma célula eletroquímica compreendendo:
a. um catodo não metálico;
b. um anodo não metálico adjacente ao catodo em uma distância;
c. uma primeira solução aquosa polar de eletrólito em contato com o catodo e disposta dentro da
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 31/106 / 89 distância compreendendo S20g2~; e
d. uma segunda solução alcoólica de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo um sólido de metal;
em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato com cada outra e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito.
[0076] Em algumas modalidades, o sólido de metal é disperso através da segunda solução de eletrólito em forma de pó enquanto borossilicato é colocado dentro de ambas a primeira e a segunda soluções de eletrólito. Exemplos de metais incluem zinco e alumínio. Metal em forma de pó pode ter, por exemplo, um tamanho médio de partícula menor que cerca de 5 microns, ou um tamanho médio de partícula entre cerca de 5 e cerca de 30 microns. Catodos não metálicos e anodos não metálicos podem ser feitos de espuma de carbono, por exemplo. Uma modalidade adicional inclui um método de reforçar corrente em uma célula eletroquimica compreendendo as etapas de adicionar oxidante para a segunda solução de eletrólito dessa célula eletroquimica.
[0077] Outra modalidade da divulgação inclui uma célula eletroquimica compreendendo:
a. um catodo;
b. um anodo adjacente ao catodo em uma distância;
c. uma primeira solução aquosa de eletrólito em contato com o catodo e disposta dentro da distância compreendendo um oxidante;
d. uma segunda solução de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 32/106 / 89 compreendendo um metal e um oxidante; e
c. um agente de separação;
em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato entre si e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções.
[0078] Em algumas modalidades, a uma segunda solução de eletrólito polar é uma solução alcoólica tal como etanol ou metanol. Também em algumas modalidades, o oxidante é S20g2~ ou peroxidissulfato de sódio, ou ambos, o metal é alumínio, o agente de separação é sulfato de sódio, e o catodo e anodo são espuma de carbono. Um estabilizador poroso (tal como lã de vidro, borossilicato, ou ambos) pode opcionalmente ser fornecido em uma primeira e uma segunda soluções de eletrólito.
[0079] A célula eletroquímica pode ser configurada para operar em modo de fluxo. A célula pode compreender uma corrente de fluxo de entrada que compreende uma solução aquosa de eletrólito e opcionalmente também um oxidante (tal como peroxidissulfato de sódio ou uma solução compreendendo ânion peroxidissulfato ou ambos). Deste modo, uma modalidade da divulgação é um método que compreende fornecer oxidante adicional para a célula eletroquímica. O oxidante (tal como Na2S20s) pode ser fornecido em uma solução aquosa básica, por exemplo, onde uma base pode ser NaOH. O oxidante também pode ser fornecido como um sólido. A célula pode compreender adicionalmente uma solução aquosa que flui para a saída de uma célula e que pode compreender, por exemplo, sulfato de metal.
[0080] Em algumas modalidades, uma célula pode produzir entre cerca de 10 Watt-hora/(kg de eletrólito + metal anodo)
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 33/106 / 89 e cerca de 680 Watt-hora/(kg de eletrólito + metal anodo) . Quando medida por kg de eletrólito, uma célula pode produzir, por exemplo, entre cerca de 10 Watt-hora/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-hora/kg de eletrólito, e tal como entre cerca de 40 Watt-hora/kg de eletrólito e cerca de 80 Watthora/kg de eletrólito.
[0081] A divulgação abaixo apresenta outra descrição das modalidades detalhadas acima e outras modalidades dessa divulgação.
[0082] Várias modalidades da divulgação, como as mencionadas acima, incluem uma célula eletroquimica que contém uma solução de eletrólito único. Em algumas modalidades, uma solução de eletrólito único contém um sólido de metal, água, base, um oxidante, e um coletor de corrente. A solução é básica em algumas modalidades. Contato elétrico é feito entre o coletor de corrente, tal como espuma de carbono, e o sólido de metal por meio de uma carga externa. Um exemplo de metal comum é alumínio, tal como folha de alumínio, uma base, tal como hidróxido de sódio, e o oxidante adicionado pode ser peroxidissulfato de sódio, que por sua vez dissocia. Quando operando, o peroxidissulfato reduz para sulfato. Sulfato adicional, tal como pela adição de um sulfato de metal como sulfato de sódio, pode ser adicionado. Um estabilizador poroso, como lã de vidro ou um borossilicato, pode ser usado. Em tais modalidades, há apenas uma solução de eletrólito único e pode ser operada em um modo de fluxo por meio do qual oxidante é preenchido novamente na célula. O oxidante adicionado pode ser como uma solução aquosa, como com uma base como hidróxido de sódio ou adicionado como sólido, como com peroxidissulfato de sódio
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 34/106 / 89 granular. Conforme sulfato de sódio se forma na célula, ele pode opcionalmente ser removido por um aparelho para dessalinização ou por outros mecanismos.
[0083] Supercarregamento também pode ser conseguido com duas soluções de eletrólitos. Nessas modalidades, oxidante, como peroxidissulfato de sódio, é adicionado para a segunda solução de eletrólito. Nessas modalidades, o metal na segunda solução de eletrólito pode ser alumínio e a solução é uma solução alcoólica tal como metanol, etanol, ou ambos. Um estabilizador poroso, como lã de vidro ou um borossilicato, também pode ser usado. Uma base tal como hidróxido de sódio está presente, tal como um agente de separação como sulfato de sódio. Uma primeira solução de eletrólito em tais modalidades pode ser aquosa e mantida básica, como com NaOH. Um oxidante, como peroxidissulfato de sódio, é usado e um sulfato de metal, como sulfato de sódio, é opcionalmente adicionado. Um estabilizador poroso, como lã de vidro ou um borossilicato, também pode ser usado. Em tais modalidades, peroxidissulfato, ou outro oxidante apropriado, é adicionado para a segunda solução de eletrólito e essa adição causa um reforço na produção de corrente. Tais reforços de corrente podem estar na ordem de 50%.
[0084] A potência produzida pelas modalidades de solução única pode ser, por exemplo, de entre cerca de 10 Watt-hora/(kg de eletrólito + metal anodo) e cerca de 680 Watt-hora/(kg de eletrólito + metal anodo). Quando medida por kg de eletrólito, uma célula pode produzir, por exemplo, entre 10 e 100 Watt-hora/kg de eletrólito, incluindo entre cerca de 40 e cerca de 80 Watt-hora/kg eletrólito e ainda incluindo entre cerca de 10 e cerca de 60 Watt-hora/kg de
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 35/106 / 89 eletrólito. Quando medida contra a área de superfície do sólido de metal usado, tal como com alumínio, densidades de potência de entre cerca de 600 e cerca de 1000 mW/cm2 são observadas.
[0085] Tipicamente, não se esperaria uma célula eletroquímica operar com um eletrólito único devido à possibilidade de criar um curto elétrico. No entanto, no sistema apresentado, foi possível demonstrar reforços substanciais para corrente durante períodos prolongados de tempo sem curto. Quando o circuito da célula eletroquímica é aberto e subsequentemente fechado, tal como desconectando um fio de uma extremidade de uma célula e, então, reconectando o mesmo, um pico em corrente é observado até cerca de 800 mA.
[0086] Sem ser limitado por teoria, acredita-se que, em abertura do circuito em um sistema de eletrólito único, o anodo torna-se negativamente carregado e é envolvido por uma camada dupla iônica e, por exemplo, quando considerando um capacitor baseado em uma célula eletroquímica de Figura 9, os íons sódio e sulfato completam a camada dupla iônica. O sódio concentra-se próximo à superfície carregada negativamente (a camada posterior) e ambos os íons, sódio e sulfato, formam uma camada difusa fora da superfície. Tal capacitor é de fato um capacitor autocarregável. Com relação a uma célula de Figura 9, por exemplo, quando o circuito de batería é aberto, o ânion S20s2~ ou cátions 2H+ continuam a interagir com os átomos de alumínio sólido enquanto tentando alocá-los no estado de oxidação +2 instável. Para compensar para essa instabilidade, os átomos de alumínio oxidados perderam um terceiro de elétron para o alumínio sólido, mas
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 36/106 / 89 devido ao circuito ser aberto, o alumínio sólido não pode transferir o elétron para o coletor de corrente. Esse efeito carrega negativamente o alumínio sólido e, para manter neutralidade de carga, uma distribuição de camada dupla clássica de íons é formada, com os cátions embalados próximos à superfície do alumínio sólido. Quando o circuito é fechado esses elétrons armazenados são enviados para o coletor de corrente, mas novamente devido à necessidade para manter neutralidade de carga, eles não são todos enviados de uma vez, mas, ao contrário, liberados com um pico inicialmente que declina gradualmente ao longo do tempo devido à redistribuição gradual de íons na camada dupla que relaxa em um gradiente de difusão eletroquímico. Escalonando a abertura e fechamento de circuitos, múltiplos anodos podem ser empregados para maximizar a corrente (enquanto um circuito de anodo é aberto este carrega e outro pode ser fechado e descarregado).
[0087] Sem ser limitado por teoria, alumínio pode existir nos estados de oxidação não negativos +3, +2, +1 e 0, mas apenas os estados +3 e 0 são energeticamente estáveis sob condições de operação de batería padrão, com o estado 0 sendo a fase de alumínio sólido. Quando um oxidante forte tal como S20s2~ ou 2H+ reage com um átomo de alumínio no estado 0, este retira 2 elétrons do átomo de alumínio sólido (reduzindo a si mesmo para 2SO42~) enquanto tentando colocar o átomo de alumínio no estado de oxidação +2 instável energeticamente. Como este estado é energeticamente desfavorável, o átomo de alumínio perde um terceiro elétron para colocá-lo no estado +3 estável. O terceiro elétron é conduzido através do alumínio sólido para uma carga e
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 37/106 / 89 subsequentemente para o coletor de corrente, em que o católito reduz outro ânion S2O82-.
[0088] Por comparação, Zn pode existir nos estados de oxidação não negativos +2, +1 e 0, mas apenas os estados 0 e +2 são energeticamente favorecidos. Deste modo quando o ânion S2O82- reage com um átomo de zinco no estado de oxidação 0 tira dois elétrons do átomo de zinco colocando-o no estado +2 estável, e nenhuma corrente é gerada. No entanto, se há um oxidante no estado -1 que é capaz de retirar um único elétron do zinco, então, como no caso de alumínio, uma corrente pode ser gerada.
[0089] Em tais sistemas de eletrólito único, pares de oxidantes e redutores podem ser selecionados de modo que o oxidante remove elétrons suficientes para criar um estado de oxidação instável no redutor que pode transicionar espontaneamente para um estado de oxidação estável com a liberação de um ou mais elétrons adicionais. Em tais pares, o estado de oxidação instável é um estado de oxidação inferior que o estado de oxidação estável. O estado de oxidação estável pode ter um estado de oxidação que é +1 ou +2 ou mais comparado com o estado de oxidação instável. Em alumínio, por exemplo, o estado de oxidação estável, +3 é um mais (+1) que o estado de oxidação instável.
[0090] Em muitas modalidades de tais sistemas eletroquímicos de eletrólito único, ânodos múltiplos podem ser usados com um coletor de corrente simples. Por exemplo, quando o anodo é alumínio, pacotes de folha de alumínio podem ser separados entre si tal como com um isolador para criar múltiplos ânodos de alumínio. Se alumínio particulado é usado, tais partículas individuais podem atuar como
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 38/106 / 89 múltiplos anodos.
[0091] O pH também pode ser usado para controlar corrente. Quando o pH é neutro, o S20s2~ é inapto a oxidar o alumínio sólido porque uma película de AI2O3 se forma na superfície de sólido. Quando o sistema é muito alcalino, tal como pH maior que de 12 ou ainda maior, o ânion OH~ destrói a película de óxido de alumínio e permite o ânion S2O82- para por meio disso criar uma corrente. Ao ajustar o pH, quer como com a adição de íons de OH-, como de NaOH, ou pela adição de ions H+, como com a adição de ácido sulfúrico, a disponibilidade de OH- e, assim, o controle da corrente pode ser regulado. pHs menores podem também funcionar, como em torno de 10, desde que a superfície seja suficientemente ativada.
[0092] Em outras modalidades, células eletroquímicas e baterias da divulgação operam sem a necessidade de membranas ou outros dispositivos para separar uma primeira solução de eletrólito (no cátodo) de uma segunda solução de eletrólito (no anodo) . Quando os termos sem membrana ou sem uma membrana ou em que não há membrana ou palavras para esse efeito são usadas, isto quer significar que não há membrana ou outro tipo de separador entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito (e terceira soluções de eletrólito nessas modalidades).
[0093] Baterias eletroquímicas de uma ou mais células, incluindo mais do que uma célula, podem ser preparadas combinando células eletroquímicas da divulgação em paralelo ou em série. Exemplos incluem uma pilha voltaica de células.
Tais células e baterias podem ser usadas para entregar eletricidade para as aplicações em processo, tal como
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 39/106 / 89 fazendas de energia solar e fazendas de energia eólica, compressores de hidrogênio, veículos, tal como veículos elétricos, redes elétricas, aparelhos eletrodomésticos, produtos de consumo e brinquedos.
[0094] Catodos e anodos em células eletroquímicas nessa divulgação, incluindo nessa modalidade e outras modalidades de células eletroquímicas descritas aqui, podem ser selecionados dentre materiais apropriados. Exemplos de catodos apropriados incluem aço, carbono tal como no grafite alótropo de carbono, carbono impregnado com um metal, e espuma de carbono. Tecido de carbono condutor (que é também referido como espuma de carbono), por exemplo, é um catodo apropriado para muitas modalidades e é um material condutor. Anodos apropriados para modalidades das células sem membrana com múltiplos eletrólitos incluem platina, zinco, lítio, níquel, cálcio, magnésio ou alumínio, bem como materiais não metálicos, como carbono, incluindo espuma de carbono.
[0095] Primeira e uma segunda soluções de eletrólito incluídas em modalidades da divulgação podem ser polares e de diferentes densidades. Em muitos exemplos, uma ou mais de uma primeira solução de eletrólito polar contém água e um agente de separação. Nestas e outras modalidades da divulgação, as duas soluções de eletrólito polares são imiscíveis. Quando uma primeira solução de eletrólito compreende H2O e uma segunda solução de eletrólito compreende etanol, metanol, ou uma combinação destes, as soluções normalmente seriam miscíveis. Entretanto, o agente de separação pode ser usado para tornar tais fluidos imiscíveis. O agente de separação pode ser adicionado a uma mistura de um álcool e água e em concentração suficiente separará as
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 40/106 / 89 duas soluções e manter sua imiscibilidade. 0 agente de separação é frequentemente um sal. Em algumas modalidades, a solução é saturada com respeito ao sal. Exemplos de sais incluem haletos metálicos ou sais de amônio tal como cloreto de sódio, cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, cloreto de lítio e cloreto de amônio. Outros tais sais incluem sulfato de sódio, sulfato de cálcio, sulfato de potássio, e sulfato de amônio entre outros. 0 mesmo ou diferentes sais podem estar presentes em uma primeira ou segunda soluções de eletrólito. Por exemplo, sulfato de sódio pode estar presente em ambos. Em outras modalidades, um sal tal como sulfato de sódio ou cloreto de sódio pode estar presente em uma primeira solução de eletrólito e cloreto de amônio na segunda solução de eletrólito. Em ainda outras modalidades, cloreto de cálcio pode estar presente em uma primeira solução de eletrólito e sulfato de sódio na segunda. Os sais são frequentemente saturados na respectiva solução em ou próximo de seu limite de solubilidade.
[0096] Em muitas células da divulgação, uma primeira solução de eletrólito é uma solução aquosa e a segunda solução de eletrólito é uma solução alcoólica. A solução em cada eletrodo deve conter os componentes necessários de modo que oxidação-redução ocorrerá, deste modo gerando eletricidade. Álcoois apropriados para uso na segunda solução de eletrólito incluem metanol e etanol.
[0097] Exemplos de solventes polares para uso em primeira ou segunda soluções de eletrólito podem ser encontrados em Tabela 1 acima. O solvente para o sistema particular selecionado deve ser de momento de dipolo suficiente de modo a dissociar os sais correspondentes
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 41/106 / 89 colocados no solvente. Em algumas modalidades, um ácido forte, tal como ácido sulfúrico (por exemplo, 1M) pode ser usado para produzir uma primeira solução de eletrólito polar acídica enguanto uma segunda solução de eletrólito polar é neutra.
[0098] Em outras modalidades, tanto a primeira como a segunda soluções polares são básicas. Essas soluções podem ser feitas básicas tal como pela adição de uma base tal como LiOH, RbOH, CsOH, Sr(OH)2, Ba(OH)2, NaOH, KOH, Ca(OH)2, ou uma combinação destes. Para completar um circuito eletroquímico, um oxidante é adicionado a uma primeira solução de eletrólito polar e um íon de metal apropriado é adicionado à segunda solução de eletrólito polar. Um solvente polar comum usado para uma primeira solução de eletrólito polar é água. Solventes comuns usados para a segunda solução de eletrólito incluem etanol, metanol, acetonitrila, ou combinações destes.
[0099] Exemplos de oxidantes podem ser encontrados na Tabela 2 acima e exemplos de compostos que podem dissociar em íon de metal apropriado em solução podem ser encontrados em Tabela 3 acima. Qualquer par de íon metálico oxidante pode ser escolhido fornecida a oxidação de metal pelo oxidante é termodinamicamente espontânea. íons metálicos que são comumente usados na divulgação incluem Al, Zn, Sn, e V.
[00100] Figura 3 ilustra uma modalidade de uma célula eletroquímica que compreende primeiro e segundo eletrólitos.
A célula eletroquímica 10 inclui um catodo 12 e um anodo 14 separados por uma primeira solução de eletrólito 20 e uma segunda solução de eletrólito 22 de modo que a primeira solução de eletrólito 20 está em contato com o catodo 12 e
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 42/106 / 89 de modo que a segunda solução de eletrólito 22 está em contato com o anodo 14. A primeira solução de eletrólito 20 e a segunda solução de eletrólito 22 são imiscíveis e em contato entre si e, deste modo, podem possibilitar troca iônica e de elétrons (por exemplo, H+ e e-) entre o anodo 14 e o catodo 12. Cada célula 10 pode ser eletricamente conectada a uma Carga 16 por um circuito 18 para possibilitar um fluxo de corrente através do circuito. Note-se que as linhas verticais conectam as soluções de eletrólito e os eletrodos de catodo e anodo, no esquema, não são condutos, mas aparecem meramente para auxiliar no exame do esquema.
[00101] Em certas modalidades, a primeira solução de eletrólito 20 pode ser um eletrólito ou católito positivo, e uma segunda solução de eletrólito 22 pode ser um eletrólito negativo ou analito (e imiscíveis) . Em muitas modalidades, as densidades de uma primeira solução de eletrólito e de uma segunda solução de eletrólito são diferentes com a primeira solução de eletrólito 20 sendo mais densa que a segunda solução de eletrólito 22 de modo que, quando a célula 10 é orientada verticalmente com catodo 12 no fundo, o efeito de flutuabilidade leva a segunda solução de eletrólito 22 a produzir camada sobre a primeira solução de eletrólito 20.
[00102] Em muitas modalidades, a célula 10 pode opcionalmente ser configurada para funcionar em modo de fluxo de modo a suportar uma batería de fluxo por exemplo. Em tal batería, soluções de eletrólitos são fornecidas para a célula durante a operação da batería continuamente durante operação. Por exemplo, a primeira solução de eletrólito 20 e a segunda solução de eletrólito 22 pode fluir em uma célula 10 e entre o catodo 12 e o anodo 14 de uma primeira fonte,
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 43/106 / 89 tal como um tanque, 30, ou outro dispositivo de armazenamento apropriado, e uma segunda fonte, tal como um tanque, 32, ou outro dispositivo de armazenamento apropriado, respectivamente, como mostrado em Figura 3, por meio de condutos 21 e 25, respectivamente. A primeira solução de eletrólito 20 e a segunda solução de eletrólito 22 podem ainda fluir para fora de uma célula 10 através dos condutos 23 e 27, respectivamente. Eles podem ser dirigidos para tanques de resíduos ou similares. Em algumas modalidades, fluxo podería ser revertido de referidos outros tanques para recarregar célula 10. Os fluxos podem ser gerados por bombas 50, 52 ou por capilaridade, osmose reversa, uma catraca (a ratchet), pressão de intumescimento, ou gravidade. Os fluxos de uma primeira solução de eletrólito 20 e de uma segunda solução de eletrólito 22 podem ser mantidos dentro de um regime de fluxo laminar. Em modalidades alternativas, a primeira solução de eletrólito 20 e a segunda solução de eletrólito 22 podem não fluir através de uma célula 10, mas também podem ser substituíveis.
[00103] Quando uma solução de eletrólito é preparada, tipicamente um eletrólito, frequentemente um sólido, é disposto dentro de um solvente que então se torna uma solução de eletrólito. Por exemplo, quando um eletrólito é disposto dentro de um solvente onde ele pode dissolver, a dissolução do eletrólito sólido criará ions e, se eles dissociam suficientemente, o solvente torna-se uma solução de eletrólito. Em adição, outros componentes são adicionados ao solvente de modo que oxidação ocorrerá no anodo e redução no cátodo. Exemplos de tal componente é metal zinco. Quando adicionado no anodo de uma célula eletroquímica de operação,
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 44/106 / 89 zinco oxidará para Zn2+. No lado de catodo, um tal exemplo de componente é NH4VO3 que dissolve e dissocia para produzir V5+, que será reduzido para V4+ em uma célula eletroquimica de operação. Em muitas de tais modalidades da divulgação, a primeira solução de eletrólito compreende um componente que dissocia em um íon selecionado dentre C10~, Fe3+, V5+, Br2, e S2G>82~, cujos íons são reduzidos no catodo. Nestas e outras modalidades, a segunda solução de eletrólito compreende um componente que oxida em um íon selecionado dentre Li+, Ca2+, Al3+, Mg2+, V2+, Zn2+, SiO32+, [Zn(CN)4]2~, e [Zn(OH)4]2, cujos íons resultam de oxidação no anodo.
[00104] Em algumas modalidades, o catodo, vanádio sofre redução de V5+ a V4+. Nessa modalidade, no anodo, zinco é oxidado de Zn(s) a Zn2+. Para possibilitar o fluxo de íons carregados positivamente, um solvente metanol com zinco sólido no lado de anodo é ainda carregado com amônio cloreto. O amônio cloreto dissolve e dissocia suficientemente para fornecer NH4+ em solução como um íon positivamente carregado e Cl- como um íon negativamente carregado. No lado de catodo, íons positivamente carregados são fornecidos adicionando tanto ácido sulfúrico (H2SO4) como sulfato de sódio (Na2SO4) a uma solução aquosa de V5+. A dissolução e dissociação em H+ e Na+ fornecem íons positivamente carregados e SO4 2- como um íon negativamente carregado no lado de catodo da célula eletroquimica. Em adição, o sulfato de sódio previne a mistura de uma primeira e a segunda soluções de eletrólito e mantém sua imiscibilidade. Ademais, uma vez que água é mais densa que metanol, forças de flutuabilidade levam a solução de metanol para a camada no topo da solução aquosa mais densa. Essa formação em camada de fluidos imiscíveis
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 45/106 / 89 (água salina é imiscível com metanol ou etanol) efetivamente e vantajosamente elimina a necessidade de uma membrana para separação. Tais modalidades podem ser configuradas para fluxo ou para operação sem fluxo, como descrito ainda aqui. Adicionalmente, em tais modalidades, o zinco pode estar em contato com um material condutor tal como carbono condutor e a solução de catodo também pode estar em contato com tal material condutor.
[00105] Em algumas modalidades, o anodo é alumínio e o catodo é carbono ou aço, a primeira solução de eletrólito contém água e CIO-, e a segunda solução de eletrólito contém etanol ou metanol. Em tais modalidades, por exemplo, cada eletrólito contém uma base tal como NaOH, e um sal, LiCl que resulta em soluções de eletrólito imiscíveis. A tensão fornecida por tal célula eletroquímica está entre 1,5 e 2,1 volts. Tal célula eletroquímica pode criar amperagens de entre cerca de 0,1 e cerca de 0,4 amperes incluindo cerca de 0,2 e cerca de 0,3 ampère. Exemplos de componentes fornecendo CIO- incluem Na(CIO) e Ca(CIO)2. Em tal célula, CIO- será reduzido no catodo de acordo com equação 1:
CIO~ + H2O + 2e~ -> Cl~(aq) + 2OH~(aq) Equação 1 [00106] O segundo eletrólito pode conter um componente que é um metal que oxida, tal como alumínio oxidando para Al3+ como por equação 2:
Al(s) -> Al3+(aq) + 3e~ Equação 2 [00107] Outra escolha de anodo pode ser magnésio que oxida por equação 3:
Mg(s) -> Mg2+(aq) + 2e~ Equação 3 ou Vanádio que oxida por equação 4:
V(s) -> V2+(aq) + 2e~ Equação 4
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 46/106 / 89 [00108] Em algumas modalidades, o anodo é lítio sólido e o solvente é carbonato de propileno e dimetoxietano. O catodo pode ser um metal apropriado tal como cobre, com sulfato de sódio também adicionado. Nessas modalidades, ambas a soluções de eletrólito de anodo e catodo contêm um sal. Um exemplo de sal é um sal de metal de haleto tal como MgCÍ2. Quando MgCÍ2 é usado nas soluções de eletrólito, uma tensão de 3,15 V e uma corrente de 0,1 A/cm2 pode ser conseguida a 1 ohm de resistência. Quando amperagens são registradas como A/cm2, o que se quer significar é amperagem por área-zona, como oposto a área específica. Por exemplo, um pedaço de 2 centímetros quadrados de espuma de carbono tem uma área específica muito maior que sua área-zona de 2 centímetros quadrados.
[00109] Em outras modalidades, a primeira solução aquosa polar de eletrólito contém S20s2~, NaOH, um sal, tal como um sulfato de metal ou sal de metal de haleto, como CaCÍ2, e um metal catodo tal como um cobre, como uma escova de cobre, espuma de carbono, ou uma combinação dos mesmos. Um exemplo de um sal de sulfato de metal é Na2SO4. O íon S20s2~ originase de um sal que dissocia nesse íon em, por exemplo, uma primeira solução de eletrólito. O sal pode ser, por exemplo, Na2S20s. O cobre pode estar em forma de fio, como uma escova, por exemplo. A segunda solução de eletrólito polar, por exemplo, de uma densidade diferente que a primeira solução de eletrólito, contém um álcool tal como metanol, etanol, ou ambos, NaOH, um sal tal como um sulfato, incluindo sulfato de metais tal como Na2SO4. Um exemplo de anodo é um metal anodo tal como alumínio. Alternativamente, o anodo pode ser um material não metálico tal como espuma de carbono e um
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 47/106 / 89 sólido de metal, tal como em uma forma de pó, pode ser disperso dentro da solução de anodo. Exemplos de tais pós de metal incluem alumínio e zinco. 0 pó de metal na solução é oxidado pela ação de uma célula eletroquimica em uma maneira similar como oxidaria se o próprio anodo fosse o metal.
[00110] Em algumas modalidades, a primeira solução polar é aquosa e contém um agente de separação tal como um sal como CaCÍ2 ou Na2SO4. O catodo em contato com a primeira solução de eletrólito em tais modalidades pode ser um metal como cobre ou um não metal como espuma de carbono. Um estabilizador, como lã de vidro, ou um borossilicato, como Pyrex®, pode ser usado. O oxidante em tais soluções é frequentemente S2O82- que pode ser originado de Na2S2O8, por exemplo. Em tais modalidades, a segunda solução polar é frequentemente um álcool, como etanol ou metanol. O anodo em contato com as segundas soluções de eletrólito em tais modalidades é frequentemente alumínio ou espuma de carbono. Agentes de separação, como Na2SO4, são frequentemente implantados em ou próximos a concentrações de saturação em uma primeira solução de eletrólito polar, a segunda solução de eletrólito polar, ou ambos. íons metálicos adequados são frequentemente alumínio, como Al3+, que pode ser originado, por exemplo, de folha de alumínio ou pó de alumínio. Zn2+ também pode ser usado, por exemplo, em tais modalidades. Ambas, a primeira e a segunda soluções de eletrólito polar podem ser tornadas básicas por uma base tal como NaOH onde o pH é maior que e frequentemente entre 11 e 14. Em muitas dessas modalidades, gás hidrogênio é gerado na segunda solução de eletrólito polar. Tal gás pode ser ventilado e entregue para uma aplicação de processo, como uma célula a
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 48/106 / 89 combustível. 0 hidrogênio pode ser alimentado a um compressor de hidrogênio antes da entrega, por exemplo. Eletricidade gerada de uma ou mais células pode ser usada para energizar o compressor de hidrogênio. A célula eletroquímica pode ser colocada em funcionamento em um modo de fluxo em tais operações onde solução de eletrólito é reabastecida e a solução gasta removida.
[00111] Quando sendo reabastecida, a solução de fluxo de entrada pode ser uma solução aquosa compreendendo uma base, um agende oxidante, e um agente de separação para uma primeira solução de eletrólito polar e compreendendo um álcool, um metal capaz de dissociar em um íon de metal apropriado, uma base e um agente de separação. As soluções de fluxo de saída compreendem uma solução aquosa de base e agente de separação para a primeira solução de eletrólito e álcool, base, e agente de separação para a segunda solução de eletrólito polar. Quando o íon de metal apropriado é Al, o fluxo de saída também pode conter AI2O3.
[00112] Em certos aspectos dessas modalidades, o pH de cada solução é tornado básico pelo uso de NaOH, KOH, Ca(OH)2, ou outra base. Com tal base, o pH pode ser ajustado entre cerca de 8 e cerca de 14, entre cerca de 9 e cerca de 14, entre cerca de 10 e cerca de 14, entre cerca de 11 e cerca de 14, entre cerca de 12 e cerca de 14, entre cerca de 11 e cerca de 13 e todos valores entre cerca de 8 e cerca de 14 incluindo cerca de 8, 9, 10, 11, 12, 13, e 14.
[00113] As células eletroquímicas podem conter adicionalmente um estabilizador poroso. O estabilizador poroso permite a passagem de fluido e também pode ser colocado através da primeira e a segunda soluções de
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 49/106 / 89 eletrólito e ajuda a manter a separação entre as soluções incluindo durante movimento turbulento. Um estabilizador poroso pode ser quaisquer meios porosos, exemplos de estabilizador porosos são lã de vidro e borossilicatos incluindo Pyrex®. A estabilização porosa pode ser usada em cada de uma primeira e uma segunda soluções de eletrólito e isso possibilita a célula eletroquimica contendo as duas soluções de eletrólito girar, ressaltar ou rotacionar rapidamente com pouco deslocamento de fluido. Exemplos de borossilicato incluem tal borossilicato com um tamanho de poro de cerca de 8pm. Lã Pyrex® é um desses borossilicatos. Tais células eletroquimicas podem ser executadas em um modo de fluxo ou não fluxo. Tais células eletroquimicas podem ter densidade de corrente e tensões superiores que células da técnica anterior. Por exemplo, células eletroquimicas dessas modalidades foram medidas por 18 horas a 1 ohm de resistência com tensões de início e amperagens de cerca de 2,07 V e 0,16 A/cm2 e concluindo em cerca de 1,55 V e 0,088 A/cm2.
[00114] O uso de estabilizadores porosos afeta algumas ou todas as seguintes características de baterias e células eletroquimicas da divulgação: condições de limite de molhabilidade; condições de limite de escorregamento e não escorregamento; condutividade, incluindo resistividade e fricção; dispersividade ou mistura entre fluidos adjacentes; porosidade (por exemplo, volume relativo para fluxo); tortuosidade (por exemplo, comprimento e complexidade de trajetórias); conectividade (por exemplo, espécie e elétrica); distribuição de tamanho de partícula (por exemplo, compactação); condutividade relativa (por exemplo, resistividade multifase); multiescala (por exemplo,
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 50/106 / 89 separação de escala discreta); absorvidade de superfície (por exemplo, capacitância de camada dupla); reatividade de superfície (por exemplo, pseudo-capacitância); diagênese (por exemplo, dissolução ou deposição); e intumescimento (por exemplo, forças interfaciais). Os meios porosos podem incluir nanoestruturas ou nanopartícuias. Tais meios porosos podem ser usados, por exemplo, no catodo ou anodo. Outros exemplos de tais meios porosos incluem grafite microporoso ou nanoporoso.
[00115] Separadores ou interconexões podem ser usados para separar células adjacentes para prevenir curto circuito de tais baterias, mas ainda fornecer para comunicação elétrica. Estabilizadores podem também ser usados entre a primeira e a segunda soluções de eletrólitos de uma célula eletroquimica.
[00116] Quando o anodo é não metálico, como espuma de carbono, e um metal, como alumínio ou zinco, é adicionado como um sólido para a solução de anodo, é frequentemente na forma de um pó e um tamanho de partícula comum é um onde o tamanho médio é menor que 5 microns. Em outras modalidades, o tamanho médio está entre cerca de 5 microns e 30 microns. Em muitas modalidades, o pó é disperso por toda a solução de modo que a solução aparece turva. Tal dispersão é útil para o desempenho da célula. Geralmente, quanto menor a partícula, mais tempo leva para as partículas assentarem na dispersão de acordo com a lei de Stokes. Deste modo, de um ponto de vista de estabilidade da suspensão, partículas menores são favorecidas.
[00117] No catodo, a reação de semi-célula para algumas de tais modalidades é:
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S20g2- + 2e_ -> 2S04 2_ Equação 5 enquanto que a reação de semi-célula no anodo para algumas de tais modalidades é:
ÁZ(s) -> Al3+ + 3e~ Equação 6 quando alumínio é o anodo ou é colocado em suspensão na solução de anodo como um sólido e
Zn(s) -> Zn2+ + 2e_ Equação 7 é a reação de semi-célula no anodo, o próprio anodo é zinco, ou é colocação em suspensão na solução de anodo como um sólido.
[00118] Nestas e em outras modalidades, gás hidrogênio pode ser liberado pelas reações químicas dentro de uma célula eletroquímica sob condições básicas. Vantajosamente, e diferente da produção de hidrogênio a partir de produtos de petróleo, hidrogênio pode ser criado sem a liberação de CO2 ou CO. O hidrogênio resultante pode ser coletado para armazenamento ou redistribuição ou encaminhado para uma segunda célula eletroquímica com uma membrana de platina para geração de energia adicional. Por exemplo, quando o íon de metal apropriado é Al3+ e uma segunda solução de eletrólito polar contém um solvente polar, como um metanol, etanol ou ambos, gás hidrogênio pode ser liberado como um resultado de subsequentes reações em tais células eletroquímicas. Um oxidante apropriado aqui é S2O82-.
[00119] Deste modo, há três reações separadas que estão ocorrendo. Em uma, prótons estão sendo reduzidos para formar gás hidrogênio no anodo. Em outro, alumínio está sendo oxidado e forma NaAl(OH)4. Por fim, no catodo, oxidante (tal como S2O82-) é reduzido para SO42~.
[00120] Para a taxa em que gás hidrogênio é gerado, para
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 52/106 / 89 concentrações fixadas de reagentes, é uma função de uma distância entre o cobre/carbono e metal, tal como alumínio, na segunda solução de eletrólito polar, por exemplo, alumínio. Quanto maior a distância, menor o gás hidrogênio de taxa é liberado e menor a corrente. Além disso, a área de superfície afeta a taxa em que quanto maior a área de superfície, geralmente maior a taxa de hidrogênio produzida. Hidrogênio pode ser produzido em um modo de fluxo ou de não fluxo.
[00121] Para que a célula eletroquímica produza eletricidade espontaneamente, o metal anodo é oxidável pelo oxidante e o oxidante é reduzido no catodo. Quando a célula eletroquímica da divulgação é usada adicionalmente para gerar gás hidrogênio, então um íon de metal apropriado está presente no lado de anodo junto com uma base, como NaOH, em uma solução polar compreendendo, por exemplo, metanol ou etanol. Metais apropriados são aqueles que produzem hidrogênio quando colocado em contato com uma base na segunda solução de eletrólito polar. Tais metais têm um potencial redox de metal-íon metálico que é negativo. Exemplos de tais fluidos incluem álcoois tal como metanol, etanol, álcool propil, ou álcool isopropil. Água é outro tal fluido tal como em uma mistura com um álcool, entretanto, na presença de um sal de separação, água tende a coletar no lado do catodo de uma célula eletroquímica da divulgação. A quantidade de hidrogênio que é criada de uma batería pode ser até cerca de 100kg de hidrogênio por dia incluindo entre cerca de 10 kg e 100 kg e todos valores em entre. Gás hidrogênio pode ser coletado para uso em tais células eletroquímicas. Uma célula eletroquímica simples com 3cm2 de
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 53/106 / 89 metal Al colocado na segunda solução de eletrólito polar foi medido em uma célula eletroquímica configurada geralmente de acordo com Figura 8 para produzir cerca de 0,5 kg do H2 por hora. Uma maior área de superfície de metal colocado na segunda solução de eletrólito polar produzirá mais hidrogênio. Metais colocados na segunda solução de eletrólito polar para produzir íon de metal apropriado podem ser fornecidos como chapas, como chapas de alumínio, dobradas sobre ou em formato de serpentina, podem também ser fornecidas. Outras formas de alumínio sólido incluem pós, como em uma pasta fluida, ou nanoestruturas. O hidrogênio pode ser armazenado para uso futuro, por exemplo, em condições de compressão. Exemplos de usos de hidrogênio incluem células a combustível. Tais células a combustível podem ser usadas para energizar veículos, por exemplo.
[00122] Em algumas modalidades da divulgação, a corrente pode ser reforçada ou super carregada pela adição de oxidante para a segunda solução de eletrólito polar. Por exemplo, em células eletroquímicas onde alumínio é disposto com um álcool ou solução aquosa, peroxidissulfato de sódio pode ser adicionado à solução alcóolica para reforçar a corrente observada a partir da célula eletroquímica. Em ainda outras modalidades, uma segunda solução de eletrólito polar não é necessária para criar tal corrente reforçada. Em baterias eletroquímicas da divulgação, pode ser útil empilhar mais do que uma célula eletroquímica. O empilhamento de células pode ser possibilitado, por exemplo, pelo uso de três ou mais fluidos imiscíveis tendo três ou mais densidades diferentes. Em tais modalidades, um segundo catodo oposto a primeiro catodo em uma segunda distância do anodo é fornecido
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 54/106 / 89 e uma terceira solução de eletrólito em contato com o segundo cátodo e a segunda solução de eletrólito é ainda fornecida em que a terceira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato entre si e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a terceira e a segunda soluções de eletrólito. A terceira solução de eletrólito pode ser polar e terá uma densidade maior do que as duas primeiras soluções de eletrólito. Um exemplo de uma terceira solução de eletrólito que é mais densa que água é uma que contém carbonato de propileno como um solvente. A terceira solução de eletrólito pode conter um sal e pode ser saturada em relação a esse sal. Baterias com tais células podem ser configuradas em modo de fluxo ou sem fluxo.
[00123] Em pelo menos uma modalidade de acordo com a presente divulgação, como mostrado em Figura 4A, uma batería pode incluir uma célula 11 incluindo uma primeira solução de eletrólito 20, uma segunda solução de eletrólito 22, e uma terceira solução de eletrólito 24. Em tal modalidade, a célula 11 inclui um cátodo 12 operando com dois ânodos 14 para gerar eletricidade suprida para a carga 16 por meio do circuito 18. Em tal modalidade, a terceira solução de eletrólito 24 é mais densa que a primeira solução de eletrólito 20 e a segunda solução de eletrólito 22. A terceira solução de eletrólito 24 é imiscível relativa a uma primeira solução de eletrólito 20 e/ou a segunda solução de eletrólito 22. Consequentemente, a segunda solução de eletrólito 20 é disposta em uma camada acima da primeira solução de eletrólito 22, e a primeira solução de eletrólito 22 é disposta em uma camada separada acima da terceira solução de eletrólito 24. Tanques opcionais 30 e 32, atuando
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 55/106 / 89 como fontes para soluções de eletrólito, e bombas 50 e 52 (ou por capilaridade, osmose reversa, uma catraca (a ratchet), pressão de intumescimento, ou gravidade), pode ser usada para entregar soluções de eletrólito a uma célula em
| modo de fluxo, | por exemplo | por | meio | de condutos | 21 | e 25 |
| respectivamente. | A primeira | solução | de eletrólito | 20 | e a | |
| segunda solução | de eletrólito 22 | pode | ainda fluir para | fora | ||
| de uma célula | 11 por | meio | de | condutos 23 | e | 27 |
respectivamente. Eles podem ser dirigidos para refugo ou para outros tanques. Em algumas modalidades, fluxo podería ser revertido de referidos outros tanques para recarregar célula 11. Em outras modalidades, a célula pode ser disposta com um catodo no topo e no fundo e um anodo no meio.
[00124] Como mostrado em Figura 4A, a terceira solução de eletrólito 24 pode ser disponibilizada para a célula 11 de uma terceira fonte 34 por meio de um conduto 31 com bomba 54 (ou por capilaridade, osmose reversa, uma catraca (a ratchet), pressão de intumescimento, ou gravidade) que pode ser usada em modo de fluxo. A terceira solução de eletrólito 24 pode ainda fluir para fora de célula 11 por meio de um conduto 33. Isso pode ser dirigido para refugo ou para outro tanque. Em algumas modalidades, fluxo podería ser revertido do referido outro tanque para recarregar célula 11. Em modalidades em que a terceira solução de eletrólito 24 flui através de uma célula 11, a terceira solução de eletrólito 24 pode ser dirigida para refugo ou para outros tanques. Em algumas modalidades, fluxo podería ser revertido e a partir dos outros tanques para recarregar as células. Alternativamente, a terceira solução de eletrólito 24 pode não fluir através da célula 11, mas podería ser substituível.
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Note-se que as linhas verticais conectam as soluções de eletrólito e o cátodo e anodo eletrodos na esquemática não são condutos, mas são meramente para auxiliar na vista do esquema.
[00125] Em Figura 4B, célula eletroquímica 11a é um sistema de três camadas apresentado com dois catodos 12 e um anodo 14. Primeira solução de eletrólito 20 está em contato com cátodo 12 e segunda solução de eletrólito 22 que por sua
| vez está | em contato com | anodo | 14 | e | terceira | solução de | |
| eletrólito | 24. Cátodo 12 | está | em | contato | com | a terceira | |
| solução de | eletrólito 24 e | Carga | 16 | por | meio | do | circuito 18. |
Um redutor opcional (tal como gás H2) 26 pode fornecer ο H2 para anodo 14 por meio do conduto 31a. Tanques de fluxo, condutos, e bombas (ou por capilaridade, osmose reversa, uma catraca (a ratchet), pressão de intumescimento, ou gravidade) pode ser usada operar a célula eletroquímica 11a em modo de fluxo e deste modo permitir recarregamento. Notese que as linhas verticais conectam as soluções de eletrólito e o cátodo e anodo eletrodos na esquemática não são condutos, mas são meramente para auxiliar na vista do esquema.
[00126] Em algumas modalidades, uma primeira e uma segunda solução de eletrólito são de diferentes densidades e imiscíveis devido à presença de um sal em uma primeira solução de eletrólito e estão em contato sem uma membrana. Ademais, uma célula é configurada para funcionar em um modo sem fluxo. Baterias podem ser feitas a partir de tais células como em paralelo ou geometria em série e/ou uma pilha voltaica. A eletricidade de tais baterias pode ser entregue para uma aplicação de processo tal como fazendas de energia solar, fazendas de energia eólica, aparelhos
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Exemplo 1 - Criando uma célula eletroquímica [00127] Anodo Al: Uma tira de tela de alumínio que tem 200 mm por 25 mm é cortada e a tela é dobrada ao meio longitudinalmente três vezes, resultando em um quadrado de 25 mm por 25 mm em 8 camadas de espessura.
[00128] Coletor de corrente de espuma de carbono: Uma tira de feltro de carbono que é cortada em 100 mm por 25 mm. O feltro de carbono é dobrado ao meio longitudinalmente duas vezes, resultando em um quadrado de 25 mm por 25 mm de 4 camadas de espessura.
[00129] Fio de cobre: É cortado um fio de cobre desencapado com cerca de 100 mm de comprimento.
[00130] Conjunto de fio de cobre e anodo de Al: O pedaço de fio de cobre é deslizado através do meio da tela de alumínio, assim dispondo quatro camadas no topo do cobre e quatro camadas abaixo do cobre. 10 mm na extremidade do fio é dobrado de modo a parcialmente circundar, resultando em fio de cobre, 4 camadas de alumínio, fio de cobre, e 4 camadas de alumínio. Uma vez que o fio é dobrado, o conjunto é grampeado junto para evitar o fio cair e assegurar bom contato.
[00131] Conjunto de fio de cobre e Coletor de Espuma de Carbono: O pedaço de fio de cobre é deslizado através do meio da espuma de carbono, resultando em duas camadas em topo do cobre e duas camadas abaixo do cobre. 10 mm na extremidade do fio é dobrada de modo que parcialmente envolve o fio de cobre, 2 camadas espuma de carbono, fio de cobre, e 2 camadas de espuma de carbono. Uma vez que o fio é dobrado, o conjunto é grampeado junto para evitar o fio de cair e
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 58/106 / 89 assegurar bom contato.
[00132] O conjunto global de alumínio, fio de cobre e espuma de carbono é referido aqui como uma unidade.
Exemplo 2 - Montagem das unidades juntas [00133] Cortando o espaçador poroso, não condutor: Um pedaço de 35 mm por 35 mm de tela de poliéster revestida com vinil é cortado. Essa tela atuará como um espaçador para assegurar gue o anodo de alumínio de uma unidade não tocará o coletor de espuma de carbono de uma unidade separada, evitando um curto-circuito em uma batería.
[00134] Montagem de duas unidades juntas: Um sanduíche do alumínio de uma primeira unidade, o espaçador, e a espuma de carbono de uma segunda unidade é feita. Esse sanduíche é então enrolado em uma camada de fita cirúrgica 3M, que assegura que há compressão leve da construção do sanduíche de modo que o espaço entre o alumínio e carbono seja a espessura do espaçador. A fita cirúrgica também funciona como uma esponja para absorver o eletrólito quando assim exposto para assegurar saturação adequada da batería. Esse sanduíche pode ser denominado como uma pilha.
[00135] A montagem pode ser repetida para tantas unidades como desejado de modo a criar células eletroquímicas em série. As extremidades das células podem ser conectadas por meio de uma carga comum para criar uma batería eletroquímica. Após a exposição a eletrólitos da divulgação, eletricidade ou hidrogênio, ou ambos, podem ser gerados e podem ser entregues para uma aplicação.
Exemplo 3 - Célula/bateria eletroquímica de
Al/peroxidissulfato com soluções imiscíveis de eletrólito sem uma membrana
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 59/106 / 89 [00136] Uma célula/bateria eletroquímica sem fluxo configurada de acordo com o esquema de Figura 5 (diferente da porção de fluxo do esquema) foi preparada. A figura representa tanto uma célula eletroquímica como uma batería com uma batería sendo definida como contendo uma ou mais células eletroquímicas. A célula/bateria foi feita em um béquer de vidro. Alumínio sólido foi usado como anodo 62 e eletricamente conectado via circuito 18 e Carga 16 para cátodo 63, tecido de carbono condutor ou cobre dependendo do experimento específico. O anodo foi colocado em uma solução de eletrólito 22c contendo etanol ou metanol (múltiplos foram testados), que foi carregado com sulfato de sódio e hidróxido de sódio. 0 cátodo foi colocado em contato com uma solução de eletrólito 20c e carregado com hidróxido de sódio, cloreto de cálcio, e Na2S20s. Embora cada solução seja polar, as diferentes soluções de eletrólito são imiscíveis. Ademais, elas têm diferente densidades com a solução de peroxidissulfato sendo mais densa e, assim, no fundo, e a solução de álcool neutra sendo menos densa (etanol ou metanol) no topo. O eletrodo de anodo é alumínio. Lã Pyrex® é carregada no béquer entre o cátodo e anodo. A lã Pyrex® forma um meio poroso que que os fluidos são embebidos. Outros materiais de meios porosos, como outros borossilicatos, podem ser usados.
[00137] As concentrações de sais de sódio e cálcio foram de modo que elas estavam próximas de seu limite de solubilidade para o sistema. A célula/bateria de Figura 5 podería ser empregada em modo de fluxo fixando tanques opcionais 30 e 32 e bombas 50 e 52 (ou por capilaridade, osmose reversa, uma catraca (a ratchet), pressão de
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 60/106 / 89 intumescimento, ou gravidade) por meio de condutos 21 e 25, respectivamente. 0 fluxo de saída da célula/bateria 23 e 27 podería ser encaminho para tanques de resíduos ou para um tanque externo para os fins de recarregamento via polaridade reversa. Em operação de fluxo, a taxa de adição de um fluido para aumentar ou diminuir a espessura de uma camada pode ser usada para mudar a pressão na camada. A taxa de reação de oxidação de anodo, como Al(s) -^Al3+, pode ser controlada ajustando as duas pressões em soluções de eletrólito (ajustando a taxa que controla a espessura das duas soluções) que por sua vez muda a proximidade do alumínio para os íons na solução de catodo como, por exemplo, o ion S2O82-) .
Exemplo 4 - Célula/bateria eletroquímica de Zn/peroxidissulfato com soluções imiscíveis de eletrólito sem uma membrana [00138] Uma célula/bateria eletroquímica sem fluxo configurada de acordo com o esquema de Figura 6 (diferente da porção de fluxo do esquema) foi preparada. A figura representa tanto uma célula eletroquímica como uma batería com uma batería sendo definida como contendo uma ou mais células eletroquímicas. A célula/bateria foi feita em um béquer de vidro. Espuma de carbono foi usada como um anodoeletrodo 62a e eletricamente conectada por meio do circuito 18 e Carga 16 para catodo 63a, que foi também espuma de carbono. O anodo foi colocado em uma solução de eletrólito 22d contendo etanol ou metanol dependendo do experimento (múltiplos ciclos foram efetuados), que foi carregada com pó de zinco, sulfato de sódio e hidróxido de sódio. O catodo foi colocado em contato com uma solução de eletrólito 20c em água e carregado com hidróxido de sódio, cloreto de cálcio,
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 61/106 / 89 e Na2S20s. Embora cada solução seja polar, as diferentes soluções de eletrólito são imiscíveis. Ademais, elas têm diferentes densidades com a solução de peroxidissulfato sendo mais densa e assim no fundo e a solução de álcool neutro menos densa (etanol ou metanol) no topo. Lã de Pyrex® foi carregada no béquer entre o catodo e anodo. A lã Pyrex® forma um meio poroso em que fluidos são embebidos. Outros materiais de meios porosos, como outros borossilicatos, podem ser usados.
[00139] As concentrações de sais de sódio e cálcio foram tais que elas estavam próximas ou estão em seu limite de solubilidade para o sistema. A célula/bateria de Figura 6 podería ser usada em modo de fluxo fixando tanques opcionais 30 e 32 e bombas 50 e 52 (ou por capilaridade, osmose reversa, uma catraca (a ratchet), pressão de intumescimento, ou gravidade) por meio dos condutos 21 e 25, respectivamente. O fluxo de saída da célula/bateria 23 e 27 podería ser direcionado para tanques de resíduos ou para um tanque externo para fins de recarregamento via polaridade reversa. Após funcionar durante três horas, tensões de entre 1,75V e
1,89 V foram registradas e uma corrente de 0,12 A/cm2 foi registrada em um ohm em etanol e cerca de 1,52V em 0,12 A/cm2 em metanol.
[00140] Em operação de fluxo, a taxa de adição de um fluido para aumentar ou diminuir a espessura de uma camada pode ser usada para mudar a pressão na camada. A taxa de reação de oxidação de anodo, como Zn(s) -^Zn2+, pode ser controlada ajustando as duas pressões em soluções de eletrólito (ajustando a taxa que controla a espessura das duas soluções) que, por sua vez, muda a proximidade do zinco
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 62/106 / 89
| para os ions na | solução | de catodo como, por | exemplo, o | íon | |
| S2O82-. A reação | também | pode | ser reversível | de modo que a | |
| célula ou uma | batería | com | múltiplas células podem | ser | |
| recarregadas. | |||||
| Exemplo 5 | — | Modalidade | adicional | de |
célula/bateria eletroquímica de Al/peroxidissulfato com soluções imiscíveis de eletrólito sem uma membrana [00141] Uma célula/bateria eletroquímica sem fluxo configurada de acordo com o esquema de Figura 7 (diferente da porção de fluxo do esquema) foi preparada. A figura representa uma célula eletroquímica e uma batería com uma batería sendo definida como contendo uma ou mais células eletroquímicas. A célula/bateria foi feita em um béquer de vidro. Espuma de carbono foi usada como um anodo-eletrodo 62a e eletricamente conectada via circuito 18 e Carga 16 para catodo 63a, que era também espuma de carbono. O anodo foi colocado em uma solução de eletrólito 22e contendo etanol ou metanol dependendo do experimento (múltiplos ciclos foram efetuados), que foi carregada com pó de alumínio, sulfato de sódio e hidróxido de sódio. O catodo foi colocado em contato com uma solução de água de eletrólito 20c e carregado com hidróxido de sódio, cloreto de cálcio, e Na2S20s. Embora cada solução seja polar, as diferentes soluções de eletrólito são imiscíveis. Ademais, elas têm diferente densidades com a solução de peroxidissulfato sendo mais densa e, assim, no fundo e a solução de álcool neutro menos densa (etanol ou metanol) no topo. Lã Pyrex® é carregada no béquer entre o catodo e anodo. A lã Pyrex® forma um meio poroso em que fluidos são embebidos. Outros materiais de meios porosos, como outros borossilicatos, podem ser usados.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 63/106 / 89 [00142] As concentrações de sais de sódio e cálcio foram de modo que elas estiveram próximas ou em seu limite de solubilidade para o sistema. A célula/bateria de Figura 7 podería funcionar em modo de fluxo fixando tanques opcionais 30 e 32 e bombas 50 e 52 (ou por capilaridade, osmose reversa, uma catraca (a ratchet), pressão de intumescimento, ou gravidade) por meio de condutos 21 e 25 respectivamente. O fluxo de saída da célula/bateria 23 e 27 podería ser direcionada para tanques de resíduos ou para um tanque externo para fins de recarregamento via polaridade reversa. Após funcionar por três horas, uma tensão de 1,9 V foi registrada e uma corrente de 0,14 A/cm2.
[00143] Em operação de fluxo, a taxa de adição de um fluido para aumentar ou diminuir a espessura de uma camada pode ser usada para mudar a pressão na camada. A taxa de reação de oxidação de anodo, tal como Al(s) -^Al3+, pode ser controlada ajustando as duas pressões em soluções de eletrólito (ajustando a taxa que controla a espessura das duas soluções) que, por sua vez, muda a proximidade do alumínio para os ions na solução de catodo como, por exemplo, o ion S2O82-) .
Exemplo 6 - Batería de fluxo de Al/ peroxidissulfato e produção de hidrogênio [00144] A Figura 8 é um esquema de uma célula eletroquimica em modo de fluxo. Baterias de fluxo têm a vantagem que elas são instantaneamente recarregáveis via substituição contínua dos eletrólitos. Em muitos modos, baterias de fluxo são como células a combustível, mas em vez de usar hidrogênio e oxigênio, elas empregam eletrólitos líquidos. 0 metal que está frequentemente no lado anodo das
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 64/106 / 89 baterias de fluxo redox está na forma de um pó muito fino que é pré-misturado com o analito para formar uma suspensão coloidal e bombeado através de um coletor de corrente de carbono poroso onde oxidação ocorre. No lado catodo, um oxidante forte é dissolvido no católito para a etapa de redução. Exemplo de faixa de amperagens de célula única de 0,25A/cm2 a 0,lA/cm2 com tensões variando de 1,5V a 3,25V. Uma primeira solução de eletrólito é obtida carregando água com NaOH, Na2SO4 e Na2S20s. Orifícios de fluxo de entrada e de fluxo de saída são fornecidos de modo que solução de eletrólito pode ser reabastecida e removida para fins de fluxo. A primeira solução de eletrólito usa um coletor de corrente de espuma de carbono e é estabilizada com lã de vidro. Solução de fluxo de entrada contém água, NaOH, Na2SO4, e Na2S20s enquanto o fluxo de saída é água, NaOH, e Na2SO4. Um material, frequentemente feito de plástico, com furos, pode ser usado para separar a primeira solução de eletrólito da segunda e pode conter lã de vidro.
[00145] Um segundo eletrólito é obtido adicionando NaOH, pó de Al e Na2SO4 para etanol. O Na2SO4 é adicionado em uma concentração suficientemente alta para manter separada a primeira solução de eletrólito aquosa da segunda solução de eletrólito etanólica. Fluxos de entrada e fluxos de saída são previstos para a segunda solução de eletrólito com um fluxo de entrada sendo uma solução etanólica de NaOH e Na2SO4 com Al adicionado em forma de pó. O fluxo de saída contém etanol, hidróxido de sódio, AI2O3, Na2SO4, e NaAl(OH)4. O coletor de corrente é espuma de carbono que está em contato elétrico por meio de uma carga com o coletor de corrente da primeira solução de eletrólito. Lã de vidro estabiliza a
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 65/106 / 89 segunda solução de eletrólito. Durante o processo eletroquímico, gás hidrogênio é formado na segunda solução de eletrólito e pode ser removido como estabelecido em Figura 8 para, por exemplo, um compressor de hidrogênio, para entrega de hidrogênio para uma aplicação de processo, como uma célula a combustível. A eletricidade gerada por uma célula eletroquimica pode ser usada para energizar o compressor de hidrogênio. Por exemplo, uma chapa de alumínio de 900 cm2 colocada na segunda solução de eletrólito deve fornecer corrente de pelo menos 0,lA/cm2 resultando em 90A de corrente, em 1 ohm e 2 volts, isso fornece 180 watts de potência. Deste modo, 6 células eletroquimicas em série seriam mais do que suficiente para fazer funcionar um compressor de hidrogênio típico.
[00146] Deste modo, no lado anodo (etanol), alumínio sólido produz elétrons e no lado catodo um oxidante forte (como S20s2~ ou C1O-) aceita elétrons. As meio-reações Al (s) -+Al3++3e~ e S2O82~+2e~^2SO42~ dão uma corrente substancial (anodo l,4A/cm2) que pode ser usada para acionar um compressor. Sem ser limitado por teoria, se essas reações são realizadas em um meio básico, então, ocorrem três outras reações muito importantes no lado anodo que ocorre que também leva à oxidação de alumínio e produção resultante de gás hidrogênio.
Exemplo 7 - Célula Eletroquimica com Solução Única que pode ser usada como um capacitor [00147] Uma célula eletroquimica foi preparada de acordo com Figura 9 em um modo sem fluxo. A célula podería funcionar em modo de fluxo, entretanto, e a Figura 9 ilustra como isso podería ser feito.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 66/106 / 89 [00148] Uma solução de eletrólito foi obtida a partir 10 gramas de peroxidissulfato de sódio, 10 gramas de hidróxido de sódio, 10 gramas de sulfato de sódio e 200 ml de água. Dentro de uma célula eletroquimica, 1,5 grama de folha de Al foi comprimida em um bloco de 1x2x1 cm e conectada via fio de cobre a um medidor em uma célula e 20 ml da solução de eletrólito foi adicionada à célula. Um coletor de corrente de espuma de carbono foi também conectado ao medidor na célula. Célula eletroquimica 20d, portanto, é similar a 20c, exceto para adição de sulfato de sódio. Durante o curso de cerca de 45 minutos, peroxidissulfato de sódio concentrado (2M) e NaOH (pH15) foram adicionados em gotas para a célula próxima à folha de Al. Gotas foram adicionadas de modo que a corrente fornecida por uma célula variou entre cerca de 400 e 600 miliwatts até um total de cerca de 20 ml serem adicionados. Subsequentemente, uma quantidade pequena de peroxidissulfato de sódio sólido foi adicionada próxima ao anodo e foi observado que a potência teve um pico de 750 miliwatts e, então, alcançou um estado estável de 600 miliwatts por cerca de 10 minutos. A adição de peroxidissulfato sólido também causou a liberação de calor e gás hidrogênio substancial.
[00149] Picos em potência podem ser obtidos adicionando oxidante, tal como com a adição de peroxidissulfato de sódio e hidróxido de sódio seguido por abertura do circuito eletroquimico tal como desconectando o condutor. A desconexão pode ser usada para construir um capacitor. A carga de capacitor pode então ser descarregada reconectando o fio condutor e fechando o circuito. Acredita-se que capacitância de redução-oxidação é quimicamente carregada
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 67/106 / 89 por oxidação continua do alumínio, enquanto o circuito é aberto criando uma carga negativa de rede no alumínio, que por sua vez induz uma dupla camada iônica (sódio e sulfato) a se formar próxima à superfície de alumínio com cátions favorecidos em direção à superfície. Subsequente fechamento do circuito leva o anodo a rapidamente descarregar através de uma carga, com a ruptura coincidente da camada dupla, criando o que é comumente conhecido como um capacitor. Rapidamente ciciar um circuito aberto e fechado pode criar uma corrente grande e sustentável. Esse capacitor é autocarregável e pode ser controlado pela quantidade de oxidante implantado e pH.
[00150] Esse ciclo, de abertura e de fechamento do circuito, pode ser repetido ao mesmo tempo que eletrólito de massa e alumínio sólido são passados através do sistema. Alternativamente, o sulfato de sódio resultante, óxido de alumínio e aluminato de sódio podem ser removidos.
[00151] Em várias descrições acima, células eletroquímicas são empilhadas verticalmente. Em modalidades alternativas, células eletroquímicas adjacentes, por exemplo, podem ser dispostas em outras orientações para produzir baterias.
[00152] Várias modalidades de acordo com a presente divulgação são contempladas. Tais modalidades podem ser empregadas em uma variedade de métodos, processos, procedimentos, etapas, e operações como um meio de fornecer células e baterias eletroquímicas. Embora a divulgação tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e descrição precedente, a mesma deve ser considerada como de caráter ilustrativo e não restritivo, sendo entendido que
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 68/106 / 89 apenas certas modalidades exemplares foram mostradas e descritas. Aqueles versados na técnica apreciarão que muitas modificações são possíveis em modalidades de exemplo sem materialmente se afastar da divulgação. Consequentemente, tais modificações são destinadas a estar incluídas no escopo dessa divulgação como definida nas seguintes reivindicações. De fato, essa divulgação não é destinada a ser exaustiva ou limitar o escopo da divulgação.
[00153] Uma lista adicional de modalidades não limitativas desta divulgação é apresentada abaixo na forma da Cláusulas.
[00154] Cláusula 1. Uma célula eletroquímica
| compreendendo: |
| a. um anodo; |
| b. um coletor de corrente; e |
| c. um espaçador poroso, não condutor, entre o |
coletor de corrente e anodo.
[00155] Cláusula 2. A célula eletroquímica da Cláusula
1, compreendendo adicionalmente uma solução de eletrólito único.
[00156] Cláusula 3. A célula eletroquímica da Cláusula
2, em que a célula é saturada com eletrólito.
[00157] Cláusula 4. A célula eletroquímica da Cláusula
3, em que a célula não é imersa em um banho de eletrólito.
[00158] Cláusula 5. A célula eletroquímica da Cláusula 1, em que a célula é envolvida em um material microporoso.
[00159] Cláusula 6. A célula eletroquímica da Cláusula
1, em que o anodo é selecionado dentre alumínio, gálio, índio, tálio e ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 69/106 / 89 [00160] Cláusula 7. A célula eletroquimica da Cláusula 6, em que o anodo é alumínio.
[00161] Cláusula 8. A célula eletroquimica da Cláusula 1, em que o coletor de corrente é selecionado dentre aço, o grafite alótropo de carbono, carbono impregnado com um metal e espuma de carbono.
[00162] Cláusula 9. A célula eletroquimica da Cláusula 8, em que o coletor de corrente é espuma de carbono.
[00163] Cláusula 10. A célula eletroquimica da Cláusula
1, em que o espaçador poroso, não condutor, é selecionado dentre um polímero orgânico, fita cirúrgica, película de fibra de vidro, lã de vidro, madeira, papel, pano, cartonado e nylon.
[00164] Cláusula 11. A célula eletroquimica da Cláusula 10, em que o espaçador é poliéster revestido com vinil.
[00165] Cláusula 12. A célula eletroquimica da Cláusula
2, em que o eletrólito compreende água e um ou mais sais.
[00166] Cláusula 13. A célula eletroquimica da Cláusula 12, em que pelo menos um sal é um oxidante.
[00167] Cláusula 14. A célula eletroquimica da Cláusula 12, em que o eletrólito compreende dois sais.
[00168] Cláusula 15. A célula eletroquimica da Cláusula
14, em que o eletrólito compreende um sal de peroxidissulfato e um sal de sulfato e compreende adicionalmente uma base.
[00169] Cláusula 16. A célula eletroquimica da Cláusula
15, em que o sal peroxidissulfato é peroxidissulfato de sódio e o sal sulfato é sulfato de sódio e a base é hidróxido de sódio.
[00170] Cláusula 17. A célula eletroquimica da Cláusula
2, em que o eletrólito compreende um dentre água ou um
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 70/106 / 89 álcool.
[00171] Cláusula 18. A célula eletroquimica da Cláusula 17, em que o eletrólito é um católito.
[00172] Cláusula 19. A célula eletroquimica da Cláusula 17, compreendendo adicionalmente um oxidante.
[00173] Cláusula 20. A célula eletroquimica da Cláusula
19, compreendendo adicionalmente um sal de metal.
[00174] Cláusula 21. A célula eletroquimica da Cláusula
20, em que o oxidante e sal de metal têm diferentes componentes de ânion.
[00175] Cláusula 22. A célula eletroquimica da Cláusula
21, em que o oxidante é peroxidissulfato de sódio e o sal de metal é sulfato de sódio.
[00176] Cláusula 23. A célula eletroquimica da Cláusula 17, compreendendo adicionalmente uma base.
[00177] Cláusula 24. A célula eletroquimica da Cláusula 23, em que a base é NaOH.
[00178] Cláusula 25. Uma célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 1-24, em que a célula é eletricamente conectada a uma carga.
[00179] Cláusula 26. Uma batería eletroquimica compreendendo uma ou mais células eletroquimicas de qualquer uma das Cláusulas 1-24, em que a batería é eletricamente conectada a uma carga.
[00180] Cláusula 27. Um método que compreende produzir eletricidade ou hidrogênio com uma célula eletroquimica da Cláusula 25 e entregar a eletricidade para uma aplicação.
[00181] Cláusula 28. Um método que compreende produzir eletricidade ou hidrogênio com uma batería eletroquimica da
Cláusula 26 e entregar a eletricidade ou hidrogênio para uma
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 71/106 / 89 aplicação .
[00182] Cláusula 29. Um método de produzir uma célula eletroquímica, que compreende:
1) fornecer uma célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 1 e 5-11, em que a célula eletroquímica não compreende um eletrólito; e
2) contatar a célula com uma solução de eletrólito único.
[00183] Cláusula 30. O método da Cláusula 29, compreendendo contatar a célula com a solução de eletrólito único por pulverização da solução de eletrólito sobre a célula.
[00184] Cláusula 31. O método da Cláusula 29, compreendendo contatar a célula com gotículas da solução de eletrólito único via gotejamento.
[00185] Cláusula 32. O método da Cláusula 29, compreendendo contatar a célula com uma névoa atomizada da solução de eletrólito único.
[00186] Cláusula 33. Um método de operar uma célula eletroquímica, que compreende:
1) fornecer uma célula eletroquímica da Cláusula 1, em que a célula eletroquímica compreende adicionalmente uma solução de eletrólito único;
2) conectar eletricamente a célula eletroquímica a uma carga de modo que a célula eletroquímica opera para produzir eletricidade, hidrogênio, ou tanto eletricidade como hidrogênio; e
3) fornecer solução de eletrólito adicional, ou um ou mais componentes do mesmo, para uma célula durante sua operação.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 72/106 / 89 [00187] Cláusula 34. O método da Cláusula 33, compreendendo adicionalmente:
4) retirar solução de eletrólito gasto, ou um ou mais componentes do mesmo, a partir da célula eletroquímica durante sua operação.
[00188] Cláusula 35. O método da Cláusula 34, que compreende 4) retirar solução de eletrólito gasto, ou um ou mais componentes do mesmo, simultaneamente com 3) fornecer solução de eletrólito adicional, ou um ou mais componentes do mesmo.
[00189] Cláusula 36. O método de qualquer uma das Cláusulas 33-35, em que a solução de eletrólito único compreende um ou mais dos seguintes componentes: solvente, oxidante, sal de metal, e base.
[00190] Cláusula 37. Um método de criar um capacitor, que compreende desconectar uma carga a partir do coletor de corrente ou lado anodo da célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 1-25.
[00191] Cláusula 38. O método da Cláusula 37, compreendendo adicionalmente a etapa de reconectar a carga.
[00192] Cláusula 39. Um capacitor preparado pelo processo de alternadamente desconectar e reconectar uma carga a partir de pelo menos um dentre o coletor de corrente ou anodo em uma célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 1-25.
[00193] Cláusula 40. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 1-4, em que a célula é envolvida em um material microporoso.
[00194] Cláusula 41. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 1-4 e 40, em que o anodo é selecionado
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 73/106 / 89 dentre alumínio, gálio, índio, tálio e ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.
| [00195] | Cláusula | 42. A | célula | eletroquímica | da | Cláusula | ||
| 41, | em que | o anodo é | alumínio. | |||||
| [00196] | Cláusula | 43 | . A | célula | eletroquímica | da | Cláusula | |
| 42, | em que | o alumínio está | na forma de uma tela. | |||||
| [00197] | Cláusula | 44 | . A | célula | eletroquímica | da | Cláusula | |
| 43, | em que | a espessura | de . | alumínio na tela está | entre cerca | |||
| de | 0,1 mm e | cerca de | 0, | 3 mm. | ||||
| [00198] | Cláusula | 45 | . A | célula | eletroquímica | de | qualquer | |
| uma | das Cláusulas 1- | 4 e | 40· | -44, em | que o coletor | de | corrente | |
| é e | spuma de | carbono. | ||||||
| [00199] | Cláusula | 46 | . A | célula | eletroquímica | de | qualquer |
uma das Cláusulas 1-4 e 40-45, em que o espaçador poroso, não condutor, é selecionado dentre um polímero orgânico, fita cirúrgica, película de fibra de vidro, lã de vidro, madeira, papel, pano, cartonado e nylon.
[00200] Cláusula 47. A célula eletroquímica da Cláusula 46, em que o espaçador é poliéster revestido com vinil.
[00201] Cláusula 48. A célula eletroquímica da Cláusula 46, em que o espaçador é uma tela.
[00202] Cláusula 49. A célula eletroquímica da Cláusula 48, em que a espessura do espaçador na tela está entre cerca de 0,1 mm e cerca de 0,8 mm e o espaçador é poliéster revestido com vinil.
[00203] Cláusula 50. A célula eletroquímica da Cláusula
1, compreendendo adicionalmente um condutor de metal entre o anodo e um coletor de corrente adjacente de uma segunda célula eletroquímica e em que a célula eletroquímica da
Cláusula 1 é configurada para operar como uma célula de
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 74/106 / 89 fluxo .
[00204] Cláusula 51. A célula eletroquímica da Cláusula 50, em que o metal condutor é fio de cobre.
[00205] Cláusula 52. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 40-51, em que o material microporoso é fita cirúrgica.
[00206] Cláusula 53. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 2-4 e 40-52, em que o eletrólito compreende água e um ou mais sais, em que pelo menos um dos sais é um oxidante.
[00207] Cláusula 54. A célula eletroquímica da Cláusula
53, em que o eletrólito compreende dois sais.
[00208] Cláusula 55. A célula eletroquímica da Cláusula
54, em que o eletrólito compreende um sal de peroxidissulfato e um sal de sulfato e compreende adicionalmente uma base.
[00209] Cláusula 56. A célula eletroquímica da Cláusula
55, em que o sal peroxidissulfato é peroxidissulfato de sódio e o sal sulfato é sulfato de sódio e a base é hidróxido de sódio.
[00210] Cláusula 57. Uma batería eletroquímica compreendendo uma ou mais células eletroquímicas de qualquer uma das Cláusulas 1-4 e 40-56, em que a batería é eletricamente conectada a uma carga.
| [00211 | ] Cláusula | 58 . | A | batería | eletroquímica | da | Cláusula | |
| 57, | compreendendo | duas | ou mais | células eletroquímicas | ||||
| dispostas | em série. | |||||||
| [00212 | ] Cláusula | 59. | A | batería | eletroquímica | da | Cláusula | |
| 57, | compreendendo | duas | ou mais | células eletroquímicas | ||||
| dispostas | em paralel | o. | ||||||
| [00213 | ] Cláusula | 60. | A | batería | eletroquímica | da | Cláusula |
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57, compreendendo células eletroquímicas dispostas em série e em paralelo.
[00214] Cláusula 61. A batería eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 57-60, compreendendo adicionalmente um eletrólito em que o eletrólito compreende água e um ou mais sais, em que pelo menos um dos sais é um oxidante.
[00215] Cláusula 62. A batería eletroquímica da Cláusula
61, em que o eletrólito compreende dois sais.
[00216] Cláusula 63. A batería eletroquímica da Cláusula
62, em que o eletrólito compreende um sal de peroxidissulfato e um sal de sulfato e compreende adicionalmente uma base e em que a batería eletroquímica é configurada como uma batería de fluxo.
[00217] Cláusula 64. A batería eletroquímica da Cláusula
63, em que o sal peroxidissulfato é peroxidissulfato de sódio e o sal sulfato é sulfato de sódio e a base é hidróxido de sódio.
[00218] Cláusula 65. A batería eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 57-64, que produz eletricidade.
[00219] Cláusula 66. A batería eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 57-64, que produz hidrogênio.
[00220] Cláusula 67. A batería eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 57-64, que produz eletricidade e hidrogênio.
[00221] Cláusula 68. Um método que compreende entregar eletricidade produzida pela batería eletroquímica da Cláusula 65 para uma aplicação.
[00222] Cláusula 69. Um método que compreende entregar hidrogênio produzido pela batería eletroquímica da Cláusula para uma aplicação.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 76/106 / 89 [00223] Cláusula 70. O método da Cláusula 68, em que a aplicação é uma torre de telefonia celular ou um veículo.
[00224] Cláusula 71. O método da Cláusula 69, em que a aplicação é uma célula a combustível ou um veículo.
[00225] Cláusula 72. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 2-4 e 40-56, em que o eletrólito compreende um dentre água ou um álcool.
[00226] Cláusula 73. A célula eletroquimica da Cláusula 72, em que o eletrólito é um católito.
[00227] Cláusula 74. A célula eletroquimica da Cláusula 72 ou 73, compreendendo adicionalmente um oxidante.
[00228] Cláusula 75. A célula eletroquimica da Cláusula
74, compreendendo adicionalmente um sal de metal.
[00229] Cláusula 76. A célula eletroquimica da Cláusula
75, em que o oxidante e sal de metal têm diferentes componentes de ânion.
[00230] Cláusula 77. A célula eletroquimica da Cláusula
76, em que o oxidante é peroxidissulfato de sódio e o sal de metal é sulfato de sódio.
[00231] Cláusula 78. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 72-77, compreendendo adicionalmente uma base.
[00232] Cláusula 79. A célula eletroquimica da Cláusula 78, em que a base é NaOH.
[00233] Cláusula 80. A batería eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 57-60, compreendendo adicionalmente um eletrólito em que o eletrólito compreende um dentre água ou um álcool.
[00234] Cláusula 81. A batería eletroquimica da Cláusula
80, em que o eletrólito é um católito.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 77/106 / 89 [00235] Cláusula 82. A batería eletroquímica da Cláusula 80 ou 81, compreendendo adicionalmente um oxidante.
[00236] Cláusula 83. A batería eletroquímica da Cláusula
82, compreendendo adicionalmente um sal de metal.
[00237] Cláusula 84. A batería eletroquímica da Cláusula
83, em que o oxidante e o sal de metal têm diferentes componentes de ânion.
[00238] Cláusula 85. A batería eletroquímica da Cláusula
84, em que o oxidante é peroxidissulfato de sódio e o sal de metal é sulfato de sódio.
[00239] Cláusula 86. A batería eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 80-85 compreendendo adicionalmente uma base.
[00240] Cláusula 87. A batería eletroquímica da Cláusula 86, em que a base é NaOH.
[00241] Cláusula 88. Uma célula eletroquímica
| compreendendo: | |||
| a) | um | anodo; | |
| b) | um | coletor de | corrente; e |
| c) | um | espaçador | poroso, não condutor, entre o |
coletor de corrente e anodo;
em que a célula eletroquímica não compreende um eletrólito.
[00242] Cláusula 89. A célula eletroquímica da Cláusula 88, em que a célula é envolvida em um material microporoso.
[00243] Cláusula 90. A célula eletroquímica da Cláusula 88 ou Cláusula 89, em que o anodo é selecionado dentre alumínio, gálio, índio, tálio e ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.
[00244] Cláusula 91. A célula eletroquímica da Cláusula
90, em que o anodo é alumínio.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 78/106 / 89 [00245] Cláusula 92. A célula eletroquimica da Cláusula 90 ou Cláusula 91, em que o anodo está na forma de uma tela.
[00246] Cláusula 93. A célula eletroquimica da Cláusula 92, em que a espessura do anodo na tela está entre cerca de 0,1 mm e cerca de 0,3 mm.
[00247] Cláusula 94. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 88-93, em que o coletor de corrente é selecionado dentre aço, o grafite alótropo de carbono, carbono impregnado com um metal e espuma de carbono.
[00248] Cláusula 95. A célula eletroquimica da Cláusula 94, em que o coletor de corrente é espuma de carbono.
[00249] Cláusula 96. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 88-95, em que o espaçador poroso, não condutor, é selecionado dentre um polímero orgânico, fita cirúrgica, película de fibra de vidro, lã de vidro, madeira, papel, pano, cartonado e nylon.
[00250] Cláusula 97. A célula eletroquimica da Cláusula 96, em que o espaçador é poliéster revestido com vinil.
[00251] Cláusula 98. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 88-97, em que o espaçador é uma tela.
[00252] Cláusula 99. A célula eletroquimica da Cláusula 98, em que a espessura do espaçador na tela está entre cerca de 0,1 mm e cerca de 0,8 mm e o espaçador é poliéster revestido com vinil.
[00253] Cláusula 100. A célula eletroquimica da Cláusula
1, em que a célula eletroquimica compreende uma solução de eletrólito único e é eletricamente conectada a uma carga, e em que a célula produz entre cerca de 10 Watt-hora/(kg de eletrólito + metal anodo) e cerca de 680 Watt-hora/(kg de eletrólito + metal anodo).
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 79/106 / 89 [00254] Cláusula 101. A célula eletroquimica da Cláusula 1, em que a célula eletroquimica compreende uma solução de eletrólito único e é eletricamente conectada a uma carga, e em que a célula produz entre cerca de 10 Watt-hora/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-hora/kg de eletrólito.
[00255] Cláusula 102. Uma célula eletroquimica compreendendo uma solução aquosa de eletrólito único em contato com um coletor de corrente não metálico, um oxidante, e um sólido de metal em que corrente percorre a partir do sólido de metal para o coletor de corrente por meio de uma carga.
[00256] Cláusula 103. A célula eletroquimica da Cláusula 102, em que a solução aquosa de eletrólito é básica e o oxidante é S2O82-.
[00257] Cláusula 104. A célula eletroquimica da Cláusula 102, em que a solução aquosa de eletrólito compreende adicionalmente hidróxido de sódio.
[00258] Cláusula 105. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 102-104, em que o sólido de metal é selecionado dentre alumínio, gálio, índio, tálio e ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.
[00259] Cláusula 106. A célula eletroquimica da Cláusula 105, em que o sólido do método é alumínio em forma de folha.
[00260] Cláusula 107. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 102-106, compreendendo adicionalmente um estabilizador poroso.
[00261] Cláusula 108. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 102-107, compreendendo adicionalmente um sulfato de metal e em que o coletor de corrente é espuma de carbono e o estabilizador poroso é lã de vidro ou um
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 80/106 / 89 borossilicato ou ambos.
[00262] Cláusula 109. A célula eletroquímica da Cláusula 108, em que o sulfato de metal é Na2SO4.
[00263] Cláusula 110. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 102-109 em que o pH é maior que 12.
[00264] Cláusula 111. A célula eletroquímica da Cláusula
110, em que o pH é maior que 13.
[00265] Cláusula 112. A célula eletroquímica da Cláusula
111, em que o pH é maior que 14.
[00266] Cláusula 113. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 102-112, em que entre cerca de 10 Watthora/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-hora/kg de eletrólito é produzido.
[00267] Cláusula 114. A célula eletroquímica da Cláusula 113, em que a potência produzida por centímetro quadrado de sólido de metal está entre cerca de 600 mW e cerca de 1000 mW.
[00268] Cláusula 115. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 102-114 configurada para operar em um modo de fluxo.
[00269] Cláusula 116. Um método que compreende fornecer oxidante adicional para a célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 102-115.
[00270] Cláusula 117. A célula eletroquímica da Cláusula 115, compreendendo adicionalmente uma corrente de fluxo de entrada compreendendo uma solução aquosa de eletrólito.
[00271] Cláusula 118. A célula eletroquímica da Cláusula 117, em que a corrente de fluxo de entrada compreende adicionalmente um oxidante.
[00272] Cláusula 119. A célula eletroquímica da Cláusula
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 81/106 / 89
118, em que o oxidante é peroxidissulfato de sódio ou uma solução compreendendo ânion peroxidissulfato ou ambos.
[00273] Cláusula 120. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 115-119, em que uma solução aquosa flui saindo da célula.
[00274] Cláusula 121. A célula eletroquímica da Cláusula 120, em que a solução aquosa fluindo para fora da célula compreende um sulfato de metal.
[00275] Cláusula 122. A célula eletroquímica da Cláusula 118 ou 119, em que o oxidante está em uma solução aquosa básica.
[00276] Cláusula 123. A célula eletroquímica da Cláusula 122, em que a base é NaOH.
[00277] Cláusula 124. A célula eletroquímica da Cláusula 118 ou 119 em que o oxidante é Na2S20g sólido.
[00278] Cláusula 125. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 115-124, em que entre cerca de 10 Watthora/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-hora/kg de eletrólito é produzido.
[00279] Cláusula 126. A célula eletroquímica da Cláusula 125, em que entre cerca de 40 Watt-hora/kg de eletrólito e 80 Watt-hora/kg de eletrólito é produzido.
[00280] Cláusula 127. Um método de criar um capacitor compreendendo as etapas de desconectar a carga de um lado da célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 115-126.
[00281] Cláusula 128. O método da Cláusula 127, compreendendo adicionalmente a etapa de reconectar a carga.
[00282] Cláusula 129. Um capacitor, preparado pelo processo de alternativamente desconectar e reconectar a carga de pelo menos um dos coletores de corrente ou anodo na
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 82/106 / 89 célula de qualquer uma das Cláusulas 102-126.
[00283] Cláusula 130. A célula eletroquímica da Cláusula 125, em que entre cerca de 10 Watt-hora/kg de eletrólito e cerca de 60 Watt-hora/kg de eletrólito é produzido.
[00284] Cláusula 131. Uma célula eletroquímica compreendendo uma solução aquosa de eletrólito único em contato com um coletor de corrente não metálico, um oxidante, e um sólido de metal em que corrente percorre a partir do sólido de metal para o coletor de corrente por meio de uma carga, e em que o pH é maior ou igual a 12.
[00285] Cláusula 132. A célula eletroquímica da Cláusula 131, em que o coletor de corrente não metálico é espuma de carbono, o oxidante é um sal peroxidissulfato, e o sólido de metal é alumínio.
[00286] Cláusula 133. Uma célula eletroquímica compreendendo uma solução aquosa de eletrólito único em contato com um coletor de corrente não metálico, um oxidante, e um ou mais anodos em que corrente percorre a partir de um ou mais anodos para o coletor de corrente por meio de uma carga, e em que o pH é maior ou igual a 10.
[00287] Cláusula 134. A célula eletroquímica da Cláusula
133, em que o um ou mais anodos são um metal.
[00288] Cláusula 135. A célula eletroquímica da Cláusula
134, em que o metal é alumínio, gálio, índio, tálio, ou uma liga compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.
[00289] Cláusula 136. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 133-135, em que os anodos são separados por um isolador.
[00290] Cláusula 137. A célula eletroquímica da Cláusula
135, em que o anodo é alumínio e está em forma de folha.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 83/106 / 89 [00291] Cláusula 138. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 133-137, em que o pH é 12 ou maior.
[00292] Cláusula 139. Uma célula eletroquímica compreendendo:
a. um catodo;
b. um anodo adjacente ao catodo em uma distância;
c. uma primeira solução de eletrólito polar em contato com o catodo e disposta dentro da distância compreendendo um oxidante;
d. uma segunda solução de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo um íon de metal apropriado; e
e. um agente de separação;
em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato com cada outra e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito.
[00293] Cláusula 140. A célula eletroquímica da Cláusula 139, em que cada solução de eletrólito polar compreende adicionalmente um estabilizador poroso.
[00294] Cláusula 141. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 139-140, configurada para modo de fluxo.
[00295] Cláusula 142. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 139-141, em que a primeira solução de eletrólito polar é aquosa.
[00296] Cláusula 143. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 139-142, em que o oxidante é um íon Vanádio.
[00297] Cláusula 144. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 139-142, em que o oxidante é S2O82-.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 84/106 / 89 [00298] Cláusula 145. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 139-142, em que o oxidante é CIO-.
[00299] Cláusula 146. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 139-145, em que a primeira solução de eletrólito polar compreende adicionalmente uma base.
| [00300] | Cláusula | 147 . | A | célula | eletroquimica | da | Cláusula | |
| 146, | em que | a base é | selecionada dentre KOH, NaOH, | Ca(OH)2, | ||||
| LiOH | , RbOH, | CsOH, Sr | (OH) 2, | ( | e Ba(OH | ) 2 . | ||
| [00301] | Cláusula | 148 . | A | célula | eletroquimica | da | Cláusula | |
| 147, | em que | a base é | NaOH | • | ||||
| [00302] | Cláusula | 149. | A | célula | eletroquimica | de | qualquer | |
| uma | das Cláusulas 14 | 6-148 | r | em que | o pH da primeira | . solução | ||
| de eletrólito polar | está | entre cerca de 8 e cerca de 14. | ||||||
| [00303] | Cláusula | 150 . | A | célula | eletroquimica | da | Cláusula | |
| 149, | em que | o pH ds | t primeira solução de eletróli | to polar | ||||
| está | entre cerca de | 11 e | ce | rca de | 14 . | |||
| [00304] | Cláusula | 151. | A | célula | eletroquimica | de | qualquer | |
| uma | das Cláusulas 14 | 0-150 | em que | o estabilizador | poroso é |
borossilicato.
| [00305] | Cláusula | 152. A | célula eletroquimica | de | qualquer |
| uma das Cláusulas 139-151, em que o agente de separação é um | |||||
| sal. | |||||
| [00306] | Cláusula | 153. A | célula eletroquimica | da | Cláusula |
| 152, em que | o sal é | cloreto | de cálcio. | ||
| [00307] | Cláusula | 154. A | célula eletroquimica | da | Cláusula |
| 152, em que | o sal é | sulfato | de sódio. | ||
| [00308] | Cláusula | 155. A | célula eletroquimica | de | qualquer |
uma das Cláusulas 139-154, em que a célula é configurada para operar em um modo de fluxo.
[00309] Cláusula 156. A célula eletroquimica da Cláusula
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 85/106 / 89
155, compreendendo adicionalmente uma solução de fluxo de entrada compreendendo uma solução aquosa compreendendo uma base, um oxidante, e um agente de separação.
[00310] Cláusula 157. A célula eletroquímica da Cláusula
156, em que a base é hidróxido de sódio, o agente separado é sulfato de sódio, e o oxidante S2O82-.
[00311] Cláusula 158. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 155-157, em que uma solução aquosa compreendendo base e sulfato de sódio flui saindo da célula.
[00312] Cláusula 159. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 155-157, compreende adicionalmente uma solução de fluxo de saída compreendendo uma solução aquosa de uma base.
[00313] Cláusula 160. A célula eletroquímica da Cláusula 159, em que a base é hidróxido de sódio.
[00314] Cláusula 161. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 139-160, em que um coletor de corrente é colocado dentro da primeira solução de eletrólito.
[00315] Cláusula 162. A célula eletroquímica da Cláusula 161, em que o coletor de corrente é um metal.
[00316] Cláusula 163. A célula eletroquímica da Cláusula 161, em que o coletor de corrente é um não metal.
[00317] Cláusula 164. A célula eletroquímica da Cláusula 163, em que o coletor de corrente é espuma de carbono.
[00318] Cláusula 165. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 139-164, compreendendo adicionalmente lã de vidro colocada entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito polar.
[00319] Cláusula 166. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 139-165, em que a segunda solução de
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 86/106 / 89 eletrólito polar compreende um álcool.
[00320] Cláusula 167. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 139-166, em que o íon de metal apropriado é Zn2+.
[00321] Cláusula 168. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 139-166, em que o íon de metal apropriado é Al3+.
[00322] Cláusula 169. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 139-168, em que a segunda solução de eletrólito polar é uma solução alcoólica e compreende adicionalmente uma base.
| [00323] | Cláusula | 170. A | célula | eletroquimica | da | Cláusula | |
| 169, | em que | a base é | KOH. | ||||
| [00324] | Cláusula | 171. A | célula | eletroquimica | da | Cláusula | |
| 169, | em que | a base é | NaOH. | ||||
| [00325] | Cláusula | 172. A | célula | eletroquimica | de | qualquer |
uma das Cláusulas 169-171, em que o pH da segunda solução de eletrólito polar está entre cerca de 8 e cerca de 14.
[00326] Cláusula 173. A célula eletroquimica da Cláusula 172, em que o pH da segunda solução de eletrólito polar está entre cerca de 11 e cerca de 14.
[00327] Cláusula 174. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 166-173, em que o agente de separação é um sal e o álcool é etanol, metanol, ou ambos.
| [00328] | Cláusula | 175. | A | célula | eletroquimica | da | Cláusula | |
| 174, | em que | o sal é | CaCl2 | • | ||||
| [00329] | Cláusula | 176. | A | célula | eletroquimica | da | Cláusula | |
| 174, | em que | o sal é | sulfato | de sódio. | ||||
| [00330] | Cláusula | 177 . | A | célula | eletroquimica | de | qualquer |
uma das Cláusulas 166-176, em que o álcool é etanol.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 87/106 / 89 [00331] Cláusula 178. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 139-177, em que um coletor de corrente é colocado dentro da segunda solução de eletrólito.
[00332] Cláusula 179. A célula eletroquímica da Cláusula 178, em que o coletor de corrente é um metal.
[00333] Cláusula 180. A célula eletroquímica da Cláusula 178, em que o coletor de corrente é um não metal.
[00334] Cláusula 181. A célula eletroquímica da Cláusula 180, em que o coletor de corrente é espuma de carbono.
[00335] Cláusula 182. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 166-181, em que a célula é configurada para operar em um modo de fluxo.
[00336] Cláusula 183. A célula eletroquímica da Cláusula
182, compreendendo adicionalmente uma corrente de fluxo de entrada compreendendo uma solução polar compreendendo um álcool, uma base, um agente de separação, e um metal capaz de dissociar em um íon de metal apropriado.
[00337] Cláusula 184. A célula eletroquímica da Cláusula
183, em que o álcool é etanol ou metanol ou ambos, a base é hidróxido de sódio, e o íon de metal apropriado é Al3+.
[00338] Cláusula 185. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 166-184, compreendendo adicionalmente uma corrente de fluxo de saída compreendendo um álcool, uma base, e um sal de separação.
[00339] Cláusula 186. A célula eletroquímica da Cláusula
| 185, em que | o sal de | separação | é sulfato | de sódio, e a | base |
| é hidróxido | de sódio. | ||||
| [00340] | Cláusula | 187. A | célula | eletroquímica | da |
| Cláusulas 185 ou 186, | em que o | álcool é | etanol. |
[00341] Cláusula 188. A célula eletroquímica de qualquer
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 88/106 / 89 uma das Cláusulas 139-187, em que gás hidrogênio é gerado na segunda solução de eletrólito.
[00342] Cláusula 189. A célula eletroquimica da Cláusula 188, em que o gás hidrogênio é dirigido para um compressor de hidrogênio.
[00343] Cláusula 190. Um sistema de batería compreendendo uma ou mais células eletroquimicas de qualquer uma das Cláusulas 139-189 e um compressor de hidrogênio.
[00344] Cláusula 191. O sistema de batería da Cláusula 190 em que o hidrogênio é usado para energizar uma aplicação de processo.
[00345] Cláusula 192. O sistema de batería da Cláusula 191, em que a aplicação de processo é uma célula combustível.
[00346] Cláusula 193. Uma célula eletroquimica compreendendo:
a. um catodo;
b. um anodo adjacente ao catodo em uma distância;
c. uma primeira solução aquosa polarde eletrólito em contato com o catodo e disposta dentroda distância compreendendo S2O82-;
d. uma segunda solução alcoólica polarde eletrólito em contato com o anodo e disposta dentroda distância compreendendo Al3+; e
e. borossilicato dentro de ambas a primeira e a segunda soluções de eletrólito;
em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato com cada outra e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito.
[00347] Cláusula 194. A célula eletroquimica da Cláusula
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 89/106 / 89
193, em que a primeira solução de eletrólito polar e a segunda solução de eletrólito polar são de diferentes densidades e em que a primeira solução de eletrólito compreende adicionalmente um sal de haleto e a segunda solução de eletrólito compreende adicionalmente um sal de sulfato de metal.
[00348] Cláusula 195. A célula eletroquímica da Cláusula
194, em que o álcool é metanol ou etanol, o sal de haleto é CaCÍ2 e o sal de sulfato de metal é Na2SO4.
[00349] Cláusula 196. A célula eletroquímica da Cláusula
195, em que o pH do primeiro eletrólito e da segunda solução de eletrólitos são ajustados a entre cerca de 11 a cerca de 13 cada.
[00350] Cláusula 197. A solução eletroquímica da Cláusula 193, em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito compreendem adicionalmente uma base.
[00351] Cláusula 198. A solução eletroquímica da Cláusula 197, em que a base é hidróxido de sódio, cálcio ou potássio.
[00352] Cláusula 199. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 193-198, em que o catodo é cobre, carbono, ou ambos, e o anodo é alumínio.
[00353] Cláusula 200. A célula eletroquímica da Cláusula 199, em que o catodo é uma escova de cobre.
[00354] Cláusula 201. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 193-200, em que o borossilicato é lã de Pyrex®.
[00355] Cláusula 202. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 193-201 em que a célula é configurada para funcionar em um modo de fluxo.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 90/106 / 89 [00356] Cláusula 203. Uma batería eletroquimica compreendendo uma ou mais células eletroquimicas de qualquer uma das Cláusulas 193-202.
| [00357] Cláusula | 204 . | A | batería | eletroquimica | da |
| Cláusula 203, em que | o número | de células | eletroquimicas | é | |
| maior do que um e as < | células | eletroquimicas são dispostas | em | ||
| uma geometria paralela. | |||||
| [00358] Cláusula | 205. | A | batería | eletroquimica | da |
| Cláusula 204, em que | as células | são dispostas em uma pilha | |||
| voltaica. | |||||
| [00359] Cláusula | 206. | A | batería | eletroquimica | de |
qualquer uma das Cláusulas 203-205, em que a batería entrega eletricidade para uma aplicação de processo.
[00360] Cláusula 207. A batería eletroquimica da Cláusula 206, em que a aplicação no processo é selecionada dentre fazendas de energia solar, fazendas de energia eólica, aparelhos eletrodomésticos, bens de consumo, e brinquedos.
[00361] Cláusula 208. Um método de entregar eletricidade a partir de uma célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 193-202 para uma aplicação de processo.
[00362] Cláusula 209. O método da Cláusula 208, em que a aplicação no processo é selecionada dentre fazendas de energia solar, fazendas de energia eólica, aparelhos eletrodomésticos, produtos de consumo, e brinquedos.
[00363] Cláusula 210. A célula eletroquimica da Cláusula 201, em que o borossilicato tem um tamanho de poro de cerca de 8 microns.
[00364] Cláusula 211. Uma célula eletroquimica compreendendo:
a. um catodo não metálico;
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 91/106 / 89
b. um anodo não metálico adjacente ao catodo em uma distância;
c. uma primeira solução aquosa polar de eletrólito em contato com o catodo e disposta dentro da distância compreendendo S20g2~; e
d. uma segunda solução alcoólica de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo um sólido de metal;
em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato com cada outra e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito.
[00365] Cláusula 212. A célula eletroquímica da Cláusula 211, em que o sólido de metal é disperso através da solução em forma de pó e em que borossilicato é colocado dentro de ambas a primeira e a segunda soluções de eletrólito.
| [00366] | Cláusula | 213. A | célula | eletroquímica | da | Cláusula |
| 212, em que | o metal | é zinco | • | |||
| [00367] | Cláusula | 214. A | célula | eletroquímica | da | Cláusula |
| 212, em que | o metal | é alumínio. | ||||
| [00368] | Cláusula | 215. A | célula | eletroquímica | de | qualquer |
| uma das Cláusulas 211-214, | em que | o catodo não | metálico é |
espuma de carbono.
| [00369] Cláusula | 216. A | célula | eletroquímica | de | qualquer |
| uma das Cláusulas 211-215, | em que o anodo não | metálico é | |||
| espuma de carbono. [00370] Cláusula | 217. A | célula | eletroquímica | de | qualquer |
uma das Cláusulas 212-216 em que o tamanho médio de partícula do pó é menor que cerca de 5 microns.
[00371] Cláusula 218. A célula eletroquímica de qualquer
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 92/106 / 89 uma das Cláusulas 212-216, em que o tamanho médio de partícula do pó está entre cerca de 5 e cerca de 30 microns.
[00372] Cláusula 219. Um método de reforçar corrente em uma célula eletroquimica compreendendo as etapas de adicionar oxidante à segunda solução de eletrólito de qualquer uma das Cláusulas 211-218.
[00373] Cláusula 220. Uma célula eletroquimica compreendendo:
a. um catodo;
b. um anodo adjacente ao catodo em uma distância;
c. uma primeira solução aquosa de eletrólito em contato com o catodo e disposta dentro da distância compreendendo um oxidante;
d. uma segunda solução de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo um metal e um oxidante; e
e. um agente de separação;
em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato entre si e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções.
[00374] Cláusula 221. A célula eletroquimica da Cláusula
220, em que a segunda solução de eletrólito polar é uma solução alcoólica.
[00375] Cláusula 222. A célula eletroquimica da Cláusula
221, em que o álcool é etanol ou metanol.
[00376] Cláusula 223. A célula eletroquimica de qualquer uma das Cláusulas 220-222, em que o oxidante é S20g2~ ou peroxidissulfato de sódio, ou ambos, o metal é alumínio, o agente de separação é sulfato de sódio, e o catodo e anodo são espuma de carbono.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 93/106 / 89 [00377] Cláusula 224. A célula eletroquímica da Cláusula
223, em que um estabilizador poroso está na primeira e a segunda soluções de eletrólito.
[00378] Cláusula 225. A célula eletroquímica da Cláusula
224, em que o estabilizador poroso é lã de vidro, um borossilicato, ou ambos.
[00379] Cláusula 226. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 220-225, configurada para operar em um modo de fluxo.
[00380] Cláusula 227. Um método que compreende fornecer oxidante adicional para a célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 220-226.
[00381] Cláusula 228. A célula eletroquímica da Cláusula 226 ou 227, compreendendo adicionalmente uma corrente de fluxo de entrada compreendendo uma solução aquosa de eletrólito.
[00382] Cláusula 229. A célula eletroquímica da Cláusula
228, em que a corrente de fluxo de entrada compreende adicionalmente um oxidante.
[00383] Cláusula 230. A célula eletroquímica da Cláusula
229, em que o oxidante é peroxidissulfato de sódio ou uma solução compreendendo ânion peroxidissulfato ou ambos.
[00384] Cláusula 231. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 226 e 228-230, em que uma solução aquosa flui para fora da célula.
[00385] Cláusula 232. Um método que compreende remover sulfato de metal da célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 226 e 228-230.
[00386] Cláusula 233. A célula eletroquímica da Cláusula
229, em que o oxidante é em uma solução aquosa básica.
Petição 870190126678, de 02/12/2019, pág. 94/106 / 89 [00387] Cláusula 234. A célula eletroquímica da Cláusula 233, em que a base é NaOH.
[00388] Cláusula 235. A célula eletroquímica da Cláusula 229 ou 230 em que o oxidante é Na2S20s sólido.
[00389] Cláusula 236. A célula eletroquímica de qualquer uma das Cláusulas 220-235, que produz entre cerca de 10 Watthora/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-hora/kg de eletrólito.
[00390] Cláusula 237. A célula eletroquímica da Cláusula 208, em que entre cerca de 40 Watt-hora/kg de eletrólito e cerca de 80 Watt-hora/kg de eletrólito é produzido.
Claims (4)
- REIVINDICAÇÕES1. Célula eletroquimica caracterizada pelo fato de que compreende:
a. um anodo; b. um coletor de corrente; e c. um espaçador poroso, não condutor, entre o coletor de corrente e anodo.2. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma solução de eletrólito único.3. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação2, caracterizada pelo fato de que a célula é saturada com eletrólito.4. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação3, caracterizada pelo fato de que a célula não é imersa em um banho de eletrólito.5. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a célula é enrolada em um material microporoso.6. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o anodo é selecionado dentre alumínio, gálio, índio, tálio e ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.7. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o anodo é alumínio.8. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é selecionado dentre aço, o grafite alótropo de carbono, carbono impregnado com um metal e espuma de carbono.9. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicaçãoPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 74/1092/318, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é espuma de carbono.10. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação1, caracterizada pelo fato de que o espaçador poroso, não condutor, é selecionado dentre um polímero orgânico, fita cirúrgica, película de fibra de vidro, lã de vidro, lã, papel, pano, papelão e nylon.11. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o espaçador é poliéster revestido com vinil.12. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação2, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende água e um ou mais sais.13. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que pelo menos um sal é um oxidante.14. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação12, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende dois sais.15. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação14, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende um sal de peroxidissulfato e um sal de sulfato e compreende adicionalmente uma base.16. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação15, caracterizada pelo fato de que o sal peroxidissulfato é peroxidissulfato de sódio e o sal de sulfato é sulfato de sódio e a base é hidróxido de sódio.17. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação2, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende um dentre água ou um álcool.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 75/1093/3118. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o eletrólito é um católito.19. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um oxidante.20. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação19, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um sal de metal.21. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação20, caracterizada pelo fato de que o oxidante e sal de metal têm diferentes componentes de ânion.22. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação21, caracterizada pelo fato de que o oxidante é peroxidissulf ato de sódio e o sal de metal é sulfato de sódio.23. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma base.24. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que a base é NaOH.25. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-24, caracterizada pelo fato de que a célula é eletricamente conectada a uma carga.26. Batería eletroquimica caracterizada pelo fato de que compreende uma ou mais células eletroquímicas, conforme definidas em qualquer uma das reivindicações 1-24, em que a batería é eletricamente conectada a uma carga.27. Método caracterizado pelo fato de que compreende produzir eletricidade ou hidrogênio com uma célulaPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 76/1094/31 eletroquímica, conforme definida na reivindicação 25, e entregar a eletricidade para uma aplicação.28. Método caracterizado pelo fato de que compreende produzir eletricidade ou hidrogênio com uma bateria eletroquímica, conforme definida na reivindicação 26, e entregar a eletricidade ou hidrogênio para uma aplicação.29. Método de produzir uma célula eletroquímica, caracterizado pelo fato de que compreende:1) fornecer uma célula eletroquímica, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 e 5-11, em que a célula eletroquímica não compreende um eletrólito; e - 2) contatar a célula com uma solução de eletrólito único.30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que compreende contatar a célula com a solução de eletrólito único por pulverização da solução de eletrólito sobre a célula.31. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que compreende contatar a célula com gotículas da solução de eletrólito único por meio de gotejamento.32. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que compreende contatar a célula com uma névoa atomizada da solução de eletrólito único.33. Método de operar uma célula eletroquímica, caracterizado pelo fato de que compreende:1) fornecer uma célula eletroquímica, conforme definida na reivindicação 1, em que a célula eletroquímica compreende adicionalmente uma solução de eletrólito único;2) eletricamente conectar a célula eletroquímica a umaPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 77/1095/31 carga de modo que a célula eletroquímica opera para produzir eletricidade, hidrogênio, ou tanto eletricidade como hidrogênio; e
- 3) fornecer solução de eletrólito adicional, ou um ou mais componentes do mesmo, para uma célula durante sua operação.34. Método, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
- 4) retirar solução de eletrólito gasto, ou um ou mais componentes do mesmo, da célula eletroquímica durante sua operação.35. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que compreende 4) retirar solução de eletrólito gasto, ou um ou mais componentes da mesma, simultaneamente com 3) fornecer solução de eletrólito adicional, ou um ou mais componentes da mesma.36. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 33-35, caracterizado pelo fato de que a solução de eletrólito único compreende um ou mais dos seguintes componentes: solvente, oxidante, sal de metal, e base.37. Método de criar um capacitor, caracterizado pelo fato de que compreende desconectar uma carga a partir do coletor de corrente ou lado anodo da célula eletroquímica, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1-25.38. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de reconectar a carga.39. Capacitor, caracterizado pelo fato de que ser preparado pelo processo de alternadamente desconectar ePetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 78/1096/31 reconectar uma carga a partir de, pelo menos, um dentre o coletor de corrente ou anodo em uma célula eletroquímica, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1-25.40. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizada pelo fato de que a célula é enrolada em um material microporoso.41. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4 e 40, caracterizada pelo fato de que o anodo é selecionado dentre alumínio, gálio, índio, tálio e ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.42. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação41, caracterizada pelo fato de que o anodo é alumínio.43. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação42, caracterizada pelo fato de que o alumínio está na forma de uma tela.44. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação43, caracterizada pelo fato de que a espessura de alumínio na tela está entre cerca de 0,1 mm e cerca de 0,3 mm.45. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4 e 40-44, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é espuma de carbono.46. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4 e 40-45, caracterizada pelo fato de que o espaçador poroso, não condutor, é selecionado dentre um polímero orgânico, fita cirúrgica, película de fibra de vidro, lã de vidro, lã, papel, pano, papelão e nylon.47. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 46, caracterizada pelo fato de que o espaçador é poliéster revestido com vinil.48. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicaçãoPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 79/1097/3146, caracterizada pelo fato de que o espaçador é uma tela.49. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 48, caracterizada pelo fato de que a espessura do espaçador na tela está entre cerca de 0,1 mm e cerca de 0,8 mm e o espaçador é poliéster revestido com vinil.50. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um condutor de metal entre o anodo e um coletor de corrente adjacente de uma segunda célula eletroquímica e em que a célula eletroquímica, conforme definida na reivindicação 1, é configurada para operar como uma célula de fluxo.51. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 50, caracterizada pelo fato de que o metal condutor é fio de cobre.52. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 40-51, caracterizada pelo fato de que o material microporoso é fita cirúrgica.53. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2-4 e 40-52, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende água e um ou mais sais, em que pelo menos um dentre os sais é um oxidante.54. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação53, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende dois sais.55. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação54, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende um sal de peroxidissulfato e um sal de sulfato e compreende adicionalmente uma base.56. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação55, caracterizada pelo fato de que o sal peroxidissulfato éPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 80/1098/31 peroxidissulfato de sódio e o sal de sulfato é sulfato de sódio e a base é hidróxido de sódio.57. Bateria eletroquímica, caracterizada pelo fato de que compreende uma ou mais células eletroquímicas, conforme definidas em uma das reivindicações 1-4 e 40-56, em que a bateria é eletricamente conectada a uma carga.58. Bateria eletroquímica, de acordo com a reivindicação 57, caracterizada pelo fato de que compreende duas ou mais células eletroquímicas dispostas em série.59. Bateria eletroquímica, de acordo com a reivindicação 57, caracterizada pelo fato de que compreende duas ou mais células eletroquímicas dispostas em paralelo.60 Bateria eletroquímica, de acordo com a reivindicação 57, caracterizada pelo fato de que compreende células eletroquímicas dispostas em série e em paralelo.61. Bateria eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 57-60, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um eletrólito em que o eletrólito
compreende água e um ou mais sais, em que pelo menos um dentre os sais é um oxidante. 62. Bateria eletroquímica, de acordo com a reivindicação 61, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende dois sais.63. Bateria eletroquímica, de acordo com a reivindicação 62, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende um sal de peroxidissulfato e um sal de sulfato e compreende adicionalmente uma base e em que a bateria eletroquímica é configurada como uma bateria de fluxo.64. Bateria eletroquímica, de acordo com aPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 81/1099/31 reivindicação 63, caracterizada pelo fato de que o sal peroxidissulfato é peroxidissulfato de sódio e o sal de sulfato é sulfato de sódio e a base é hidróxido de sódio.65. Bateria eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 57-64, caract eri z ada pelo fato de que produz eletricidade.66. Bateria eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 57-64, caracterizada pelo fato de que produz hidrogênio.67. Bateria eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 57-64, caracterizada pelo fato de que produz eletricidade e hidrogênio.68. Método, caracterizado pelo fato de que compreende entregar eletricidade produzida pela bateria eletroquímica, conforme definida na reivindicação 65, para uma aplicação.69. Método, caracterizado pelo fato de que compreende entregar hidrogênio produzido pela bateria eletroquímica, conforme definida na reivindicação 66, para uma aplicação.70. Método, de acordo com a reivindicação 68, caracterizada pelo fato de que a aplicação é uma torre de telefone celular ou um veículo.71. Método, de acordo com a reivindicação 69, caracterizada pelo fato de que a aplicação é uma célula a combustível ou um veículo.72. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2-4 e 40-56, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende um dentre água ou um álcool.73. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 72, caracterizada pelo fato de que o eletrólito é um católito.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 82/10910/3174. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 72 ou 73, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um oxidante.75. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação74, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um sal de metal.76. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação75, caracterizada pelo fato de que o oxidante e sal de metal têm diferentes componentes de ânion.77. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 7 6, caracterizada pelo fato de que o oxidante é peroxidissulf ato de sódio e o sal de metal é sulfato de sódio.78. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 72-77, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma base.79. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 78, caracterizada pelo fato de que a base é NaOH.80. Batería eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 57-60, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um eletrólito em que o eletrólito compreende um dentre água ou um álcool.81. Batería eletroquimica, de acordo com a reivindicação 80, caracterizada pelo fato de que o eletrólito é um católito. 82. Batería eletroquimica, de acordo com a reivindicação 80 ou 81, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um oxidante. 83. Batería eletroquimica, de acordo com a reivindicação 82, caracterizada pelo fato de que compreendePetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 83/10911/31 adicionalmente um sal de metal.84 . Bateria eletroquímica, de acordo com a reivindicação 83, caracterizada pelo fato de que o oxidante e sal de metal têm . diferentes componentes de ânion. 85. Bateria eletroquímica, de acordo com a reivindicação 84, caracterizada pelo fato de que o oxidante é peroxidissulfato de sódio e o sal de metal é sulfato de sódio.86. Bateria eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 80-85, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma base.87. Bateria eletroquímica, de acordo com a reivindicação 8 6, caracterizada pelo fato de que a base é NaOH.88. Célula eletroquímica caracterizada pelo fato de que compreende:a) um anodo; b) um coletor de corrente; e c) um espaçador poroso, não condutor, entre o coletor de corrente e anodo;em que a célula eletroquímica não compreende um eletrólito.89. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 88, caracterizada pelo fato de que a célula é enrolada em um material microporoso.90. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 88 ou reivindicação 8 9, caracterizada pelo fato de que o anodo é selecionado dentre alumínio, gálio, índio, tálio e ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.91. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicaçãoPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 84/10912/3190, caracterizada pelo fato de que o anodo é alumínio.92. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 90 ou reivindicação 91, caracterizada pelo fato de que o anodo está na forma de uma tela.93. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 92, caracterizada pelo fato de que a espessura do anodo na tela está entre cerca de 0,1 mm e cerca de 0,3 mm.94. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 88-93, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é selecionado dentre aço, o grafite alótropo de carbono, carbono impregnado com um metal e espuma de carbono.95. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 94, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é espuma de carbono.96. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 88-95, caracterizada pelo fato de que o espaçador poroso, não condutor, é selecionado dentre um polímero orgânico, fita cirúrgica, película de fibra de vidro, lã de vidro, lã, papel, pano, papelão e nylon.97. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 96, caracterizada pelo fato de que o espaçador é poliéster revestido com vinil.98. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 88-97, caracterizada pelo fato de que o espaçador é uma tela.99. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 98, caracterizada pelo fato de que a espessura do espaçador na tela está entre cerca de 0,1 mm e cerca de 0,8 mm e o espaçador é poliéster revestido com vinil.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 85/10913/31100. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a célula eletroquímica compreende uma solução de eletrólito único e é eletricamente conectada a uma carga, e em que a célula produz entre cerca de 10 Watt-horas/(kg de eletrólito + metal anodo) e cerca de 680 Watt-horas/(kg de eletrólito + metal anodo).101. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a célula eletroquímica compreende uma solução de eletrólito único e é eletricamente conectada a uma carga, e em que a célula produz entre cerca de 10 Watt-horas/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-horas/kg de eletrólito.102. Célula eletroquímica caracterizada pelo fato de que compreende uma solução aquosa de eletrólito único em contato com um coletor de corrente não metálico, um oxidante, e um sólido de metal em que corrente percorre a partir do sólido de metal para o coletor de corrente por meio de uma carga.103. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 102, caracterizada pelo fato de que a solução aquosa de eletrólito é básica e o oxidante é S2O8 2 • 104. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 102, caracterizada pelo fato de que a solução aquosa de eletrólito compreende ainda hidróxido de sódio.105. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 102-104, caracterizada pelo fato de que o sólido de metal é selecionado dentre alumínio, gálio, índio, tálio e ligas compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 86/10914/31106. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 105, caracterizada pelo fato de que o sólido de metal é alumínio em forma de folha fina.107. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 102-106, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um estabilizador poroso.108. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 102-107, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um sulfato de metal e em que o coletor de corrente é espuma de carbono e o estabilizador poroso é lã de vidro ou um borossilicato ou ambos.109. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 108, caracterizada pelo fato de que o sulfato de metal é Na2SC>4.110. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 102-109, caracterizada pelo fato de que o pH é maior do que 12.111. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 110, caracterizada pelo fato de que o pH é maior do que 13.112. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 111, caracterizada pelo fato de que o pH é maior do que 14.113. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 102-112, caracterizada pelo fato de que entre cerca de 10 Watt-horas/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-horas/kg de eletrólito é produzido.114 . Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 113, caracterizada pelo fato de que a potência produzida por centímetro quadrado de sólido de Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 87/10915/31 metal está entre cerca de 600 mW e cerca de 1000 mW.115. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 102-114, caracterizada pelo fato de ser configurada para operar em um modo de fluxo.116. Método, caracterizado pelo fato de que compreende fornecer oxidante adicional para a célula eletroquimica, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 102115 .117. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 115, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma corrente de fluxo de entrada compreendendo uma solução aquosa de eletrólito.118 . Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 117 , caracterizada pelo fato de que a corrente de fluxo de entrada compreende adicionalmente um oxidante. 119. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 118 , caracterizada pelo fato de que o oxidante é peroxidissulfato de sódio ou uma solução compreendendo ânion peroxidissulfato ou ambos.120. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 115-119, caracterizada pelo fato de que uma solução aquosa flui saindo da célula.121. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 120, caracterizada pelo fato de que a solução aquosa flui saindo da célula compreende um sulfato de metal.122. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 118 ou 119, caracterizada pelo fato de que o oxidante é em uma solução aquosa básica.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 88/10916/31123. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 122, caracterizada pelo fato de que a base é NaOH. 124. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 118 ou 119, caracterizada pelo fato de que o oxidante é Na2S20s sólido. 125. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 115-124, caracterizada pelo fato de que entre cerca de 10 Watt-horas/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-horas/kg de eletrólito é produzido.126. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 125, caracterizada pelo fato de que entre cerca de 40 Watt-horas/kg de eletrólito e 80 Watt-horas/kg de eletrólito é produzido.127. Método de criar um capacitor, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de desconectar a carga de um lado da célula eletroquimica, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 115-126.128. Método, de acordo com a reivindicação 127, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de reconectar a carga.129. Capacitor, caracterizado pelo fato de ser preparado pelo processo de alternadamente desconectar e reconectar a carga a partir de, pelo menos, um dentre o coletor de corrente ou anodo na célula, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 102-126.130. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 125, caracterizada pelo fato de que entre cerca de 10 Watt-horas/kg de eletrólito e cerca de 60 Watthoras/kg de eletrólito é produzido.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 89/10917/31131. Célula eletroquímica, caracterizada pelo fato de que compreende uma solução aquosa de eletrólito único em contato com um coletor de corrente não metálico, um oxidante, e um sólido de metal, em que corrente percorre a partir do sólido de metal para o coletor de corrente por meio de uma carga, e em que o pH é maior ou igual a 12.132. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 131, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente não metálico é espuma de carbono, o oxidante é um sal peroxidissulfato, e o sólido de metal é alumínio.133. Célula eletroquímica, caracterizada pelo fato de que compreende uma solução aquosa de eletrólito único em contato com um coletor de corrente não metálico, um oxidante, e um ou mais anodos em que corrente percorre a partir de um ou mais anodos para o coletor de corrente por meio de uma carga, e em que o pH é maior ou igual a 10.134. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 133, caracterizada pelo fato de que o um ou mais anodos são um metal.135. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 134, caracterizada pelo fato de que o metal é alumínio, gálio, índio, tálio, ou uma liga compreendendo, pelo menos, um dos mesmos.136. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 133-135, caracterizada pelo fato de que os anodos são separados por um isolador.137. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 135, caracterizada pelo fato de que o anodo é alumínio e está em forma de folha fina.138. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer umaPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 90/10918/31 das reivindicações 133-137, caracterizada pelo fato de que o pH é 12 ou maior.139. Célula eletroquimica, caracterizada pelo fato de que compreende:a. um catodo;b. um anodo adjacente ao catodo em uma distância;c. uma primeira solução de eletrólito polar em contato com o catodo e disposta dentro da distância compreendendo um oxidante;d. uma segunda solução de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo um ion de metal apropriado; ee. um agente de separação;em que a primeira e a segunda soluções de eletrólitoestão em contato com i cada outra e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a prime ira e a segunda soluções de eletrólito. 140. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 139, caracterizada pelo fato de que cada solução de eletrólito polar compreende ainda um estabilizador poroso.141. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-140, caracterizada pelo fato de que é configurada para modo de fluxo.142. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-141, caracterizada pelo fato de que a primeira solução de eletrólito polar é aquosa.143. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-142, caracterizada pelo fato de que o oxidante é um ion Vanádio.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 91/10919/31144. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-142, caracterizada pelo fato de que o oxidante é S2O82 .145. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-142, caracterizada pelo fato de que o oxidante é CIO .146. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-145, caracterizada pelo fato de que a primeira solução de eletrólito polar compreende adicionalmente uma base.147. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 146, caracterizada pelo fato de que a base é selecionada dentre KOH, NaOH, Ca(OH)2, LiOH, RbOH, CsOH, Sr(OH)2, e Ba(OH)2.148. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 147, caracterizada pelo fato de que a base é NaOH.149. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 146-148, caracterizada pelo fato de que o pH da primeira solução de eletrólito polar está entre cerca de 8 e cerca de 14.150. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 14 9, caracterizada pelo fato de que o pH da primeira solução de eletrólito polar está entre cerca de 11 e cerca de 14.151. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 140-150, caracterizada pelo fato de que o estabilizador poroso é borossilicato.152. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-151, caracterizada pelo fato de quePetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 92/10920/31 o agente de separação é um sal.153. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 152, caracterizada pelo fato de que o sal é cloreto de cálcio.154. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 152, caracterizada pelo fato de que o sal é sulfato de sódio.155. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-154, caracterizada pelo fato de que a célula é configurada para operar em um modo de fluxo.156. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 155, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma solução de fluxo de entrada compreendendo uma solução aquosa compreendendo uma base, um oxidante, e um agente de separação.157. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 156, caracterizada pelo fato de que a base é hidróxido de sódio, o agente separado é sulfato de sódio, e o oxidante S2O82 ·158. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 155-157, caracterizada pelo fato de que uma solução aquosa compreendendo base e sulfato de sódio flui saindo da célula.159. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 155-157, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma solução de fluxo de saída compreendendo uma solução aquosa de uma base.160. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 159, caracterizada pelo fato de que a base é hidróxido de sódio.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 93/10921/31161. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-160, caracterizada pelo fato de que um coletor de corrente é colocado dentro da primeira solução de eletrólito.162. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 161, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é um metal. 163. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 161, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é um não metal.164. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 163, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é espuma de carbono.165. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-164, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente lã de vidro colocada entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito polar.166. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-165, caracterizada pelo fato de que a segunda solução de eletrólito polar compreende um álcool.167. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-166, caracterizada pelo fato de que o íon de metal apropriado é Zn2+.168. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-166, caracterizada pelo fato de que o íon de metal apropriado é Al3+.169. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-168, caracterizada pelo fato de que a segunda solução de eletrólito polar é uma solução alcoólica e compreende adicionalmente uma base.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 94/10922/31170 . Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 169, caracterizada pelo fato de que a base é KOH. 171 . Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 169, caracterizada pelo fato de que a base é NaOH.172. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 169-171, caracterizada pelo fato de que o pH da segunda solução de eletrólito polar está entre cerca de 8 e cerca de 14.173. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 172, caracterizada pelo fato de que o pH da segunda solução de eletrólito polar está entre cerca de 11 e cerca de 14.174. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 166-173, caracterizada pelo fato de que o agente de separação é um sal e o álcool é etanol, metanol, ou ambos.175. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 174, caracterizada pelo fato de que o sal é CaCl2.176. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 174, caracterizada pelo fato de que o sal é sulfato de sódio.177. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 166-176, caracterizada pelo fato de que o álcool é etanol.178. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-177, caracterizada pelo fato de que um coletor de corrente é colocado dentro da segunda soluçãoPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 95/10923/31 de eletrólito.179. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 178, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é um metal. 180. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 178, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é um não metal.181. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 180, caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é espuma de carbono.182. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 166-181, caracterizada pelo fato de que a célula é configurada para operar em um modo de fluxo.183. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 182, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma corrente de fluxo de entrada compreendendo uma solução polar compreendendo um álcool, uma base, um agente de separação, e um metal capaz de dissociar em um ion de metal apropriado.184. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 183, caracterizada pelo fato de que o álcool é etanol ou metanol ou ambos, a base é hidróxido de sódio, e o ion de metal apropriado é Al3+.185. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 166-184, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma corrente de fluxo de saida compreendendo um álcool, uma base, e um sal de separação.186. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 185, caracterizada pelo fato de que o sal de separação é sulfato de sódio, e a base é hidróxido dePetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 96/10924/31 sódio .187. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 185 ou 186, caracterizada pelo fato de que o álcool é etanol.188. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 139-187, caracterizada pelo fato de que gás hidrogênio é gerado na segunda solução de eletrólito.189. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 188, caracterizada pelo fato de que o gás hidrogênio é dirigido para um compressor de hidrogênio.190. Sistema de bateria, caracterizado pelo fato de que compreende uma ou mais células eletroquímicas, conforme definidas em qualquer uma das reivindicações 139-189, e um compressor de hidrogênio.191. Sistema de bateria de acordo com a reivindicação190, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio é usado para energizar uma aplicação de processo.192. Sistema de bateria de acordo com a reivindicação191, caracterizado pelo fato de que a aplicação de processo é uma célula a combustível.193. Célula eletroquímica, caracterizada pelo fato de que compreende:a. um cátodo; b. um anodo adjacente ao cátodo em uma distância; c. uma primeira solução aquosa polar de eletrólito em contato com o cátodo e disposta dentro da distância compreendendo S/O?,2 ;d. uma segunda solução alcoólica de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo Al3+; ePetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 97/10925/31e. borossilicato dentro de ambas a primeira e a segunda soluções de eletrólito;em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato com cada outra e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito.194. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 193, caracterizada pelo fato de que a primeira solução de eletrólito polar e a segunda solução de eletrólito polar são de diferentes densidades e em que a primeira solução de eletrólito compreende adicionalmente um sal de haleto e a segunda solução de eletrólito compreende adicionalmente um sal de sulfato de metal.195. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 194, caracterizada pelo fato de que o álcool é metanol ou etanol, o sal de haleto é CaC12 e o sal de sulfato de metal é Na2SC>4.196. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 195, caracterizada pelo fato de que o pH da primeira e da segunda soluções de eletrólito são ajustadosa entre cerca de 11 a cerca de 13, cada. 197 . Solução eletroquímica, de acordo com a reivindicação 193, caracterizada pelo fato de que a primeira e a segunda soluções de eletrólito compreendem ainda uma base. 198 . Solução eletroquímica, de acordo com a reivindicação 197, caracterizada pelo fato de que a base é hidróxido de sódio, cálcio ou potássio. 199. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 193-198, caracterizada pelo fato de quePetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 98/10926/31 o catodo é cobre, carbono, ou ambos, e o anodo é alumínio.200. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 199, caracterizada pelo fato de que o catodo é uma escova de cobre.201. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 193-200, caracterizada pelo fato de que o borossilicato é lã de Pyrex®.202. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 193-201 caracterizada pelo fato de que a célula é configurada para funcionar em um modo de fluxo.203. Batería eletroquímica, caracterizada pelo fato de que compreende uma ou mais células eletroquímicas, conforme definidas em qualquer uma das reivindicações 193-202.204. Batería eletroquímica, de acordo com a reivindicação 203, caracterizada pelo fato de que o número de células eletroquímicas é maior do que um e as célulaseletroquímicas são 205. Batería reivindicação 204, dispostas em uma eletroquímica, caracterizada . geometria paralela. de pelo acordo com a as fato de que células são dispost as em uma pilha voltaica. 206. Batería eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 203-205, caracterizada pelo fato de que a batería entrega eletricidade para uma aplicação de processo. 207. Batería eletroquímica, de acordo com a reivindicação 206, caracterizada pelo fato de que a aplicação no processo é selecionada dentre fazendas de energia solar, fazendas de energia eólica, aparelhos eletrodomésticos, bens de consumo, e brinquedos.208. Método de entregar eletricidade a partir de umaPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 99/10927/31 célula eletroquímica, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 193-202, caracterizado fato de que é para uma aplicação de processo.209. Método, de acordo com a reivindicação 208, caracterizado fato de que é a aplicação no processo é selecionada dentre fazendas de energia solar, fazendas de energia eólica, aparelhos eletrodomésticos, produtos de consumo, e brinquedos.210. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 201, caracterizada fato de que o borossilicato tem um tamanho de poro de cerca de 8 micra. 211. Célula eletroquímica, caracterizada fato de que compreende:a. um catodo não metálico;b. um anodo não metálico adjacente ao catodo em uma distância;c. uma primeira solução aquosa polar de eletrólito em contato com o catodo e disposta dentro da distância compreendendo S2O82 ; ed. uma segunda solução alcoólica de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo um sólido de metal;em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato com cada outra e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções de eletrólito.212. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 211, caracterizada fato de que o sólido de metal é disperso através da solução em forma de pó e em que borossilicato é colocado dentro de ambas a primeira e aPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 100/10928/31segunda soluções de eletrólito. 213. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 212, caracterizada fato de que o metal é zinco. 214. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 212, caracterizada fato de que o metal é alumínio .215. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 211-214, caracterizada fato de que o catodo não metálico é espuma de carbono.216. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 211-215, caracterizada fato de que o anodo não metálico é espuma de carbono.217. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 212-216, caracterizada fato de que o tamanho médio de partícula do pó é menor que cerca de 5 micra.218. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 212-216, caracterizada fato de que otamanho médio de partícula do pó está entre cerca de 5 e cerca de 30 micra. 219. Método de reforçar corrente em uma célula eletroquímica, caracterizado fato de que compreende as etapas de adicionar oxidante para a segunda solução de eletrólito, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 211-218.220. Célula eletroquímica, caracterizada fato de que compreende:a. um catodo;b. um anodo adjacente ao catodo em uma distância;Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 101/10929/31c. uma primeira solução aquosa de eletrólito em contato com o catodo e disposta dentro da distância compreendendo um oxidante;d. uma segunda solução de eletrólito polar em contato com o anodo e disposta dentro da distância compreendendo um metal e um oxidante; ee. um agente de separação;em que a primeira e a segunda soluções de eletrólito estão em contato com cada outra e são imiscíveis, e em que não se tem membrana entre a primeira e a segunda soluções.221. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 220, caracterizada pelo fato de que a segunda solução de eletrólito polar é uma solução alcoólica.222. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 221, caracterizada pelo fato de que o álcool é etanol ou metanol.223. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 220-222, caracterizada pelo fato de que o oxidante é S2O82 ou peroxidissulfato de sódio, ou ambos, o metal é alumínio, o agente de separação é sulfato de sódio, e o catodo e anodo são espuma de carbono.224. Célula eletroquímica, caracterizada de pelo acordo fato de com que a um reivindicação 223, estabilizador poroso está na primeira e na segunda soluções de eletrólito. 225. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 224, caracterizada pelo fato de que o estabilizador poroso i é lã de vidro , um borossilicato, ou ambos.226. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer umaPetição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 102/10930/31 das reivindicações 220-225, caracterizada pelo fato de que é configurada para operar em um modo de fluxo.227. Método, caracterizado pelo fato de que compreende fornecer oxidante adicional para a célula eletroquimica conforme definida em qualquer uma das reivindicações 220226.228. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 226 ou 227, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma corrente de fluxo de entrada compreendendo uma solução aquosa de eletrólito.229. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 228, caracterizada pelo fato de que a corrente de fluxo de entrada compreende adicionalmente um oxidante. 230. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 229, caracterizada pelo fato de que o oxidante é peroxidissulfato de sódio ou uma solução compreendendo ânion peroxidissulfat o, ou ambos. 231. Célula eletroquimica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 226 e 228-230, caracterizada pelo fato de que uma solução aquosa flui saindo da célula.232. Método, caracterizado pelo fato de que compreende remover sulfato de metal da célula eletroquimica, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 226 e 228-230.233. Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 229, caracterizada pelo fato de que o oxidante está em uma solução aquosa básica. 234 . Célula eletroquimica, de acordo com a reivindicação 233, caracterizada pelo fato de que a base éNaOH.Petição 870190090142, de 11/09/2019, pág. 103/10931/31235. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 229 ou 230, caracterizada pelo fato de que o oxidante é Na2S20s sólido.236. Célula eletroquímica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 220-235, caracterizada pelo fato de que produz entre cerca de 10 Watt-horas/kg de eletrólito e cerca de 100 Watt-horas/kg de eletrólito.237. Célula eletroquímica, de acordo com a reivindicação 208, caracterizada pelo fato de que entre cerca de 40 Watt-horas/kg de eletrólito e cerca de 80 Watthoras/kg de eletrólito é produzido.
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