BRPI0715461A2

BRPI0715461A2 - aparelho de geraÇço de energia, recipiente de geraÇço de hidrogÊnio, material funcional, e, mÉtodos para hidrogenar um material funcional, e para reduzir um material funcional

Info

Publication number: BRPI0715461A2
Application number: BRPI0715461-5A
Authority: BR
Inventors: Nobuyoshi Tsuji
Original assignee: Techno Bank Co Ltda
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2013-01-22
Also published as: US20090324997A1; JPWO2008015844A1; CA2659513A1; WO2008015844A1; EP2048110A1; KR20090060996A; AU2007279876A1; MX2009001132A

Abstract

APARELHO DE GERAÇçO DE ENERGIA, RECIPIENTE DE GERAÇçO DE HIDROGÊNIO, MATERIAL FUNCIONAL, E, MÉTODOS PARA HIDROGENAR UM MATERIAL FUNCIONAL, E PARA REDUZIR UM MATERIAL FUNCIONAL. Esta invenção refere-se a um aparelho de geração de energia incluindo dois sistemas. Em um dos sistemas, um gás de hidrogénio é gerado por hidrólise, e uma unidade de demanda de hidrogénio gera energia elétrica. No outro sistema, a energia elétrica é gerada com base em uma reação química de oxidação-redução de um eletrodo e lons. O aparelho de geração de energia inclui uma unidade de liberação de hidrogênio com um recipiente de geração de hidrogênio dentro do qual um material funcional foi montado. Alternativamente, pode ser adotada uma construção na qual o material funcional é montado sobre eletrodos negativos e positivos e um elemento de bateria incluindo os eletrodos negativos e positivos e um eletrólito é provido dentro do recipiente. O aparelho de geração de energia inclui adicionalmente uma unidade de geração de hidrogênio incluindo um recipiente de líquido que gera um gás de hidrogênio tanto por meio de hidrólise, na qual o material funcional é reagido com água ou uma solução aquosa (uma solução de eletrólise), quanto por ligação dos átomos de hidrogênio que se assentam entre cristais devido a uma mudança de qualidade do material funcional por meio da hidrólise, uma primeira unidade eletrogênica na qual o elemento de bateria no recipiente de geração de hidrogênio gera eletricidade, uma segunda unidade eletrogênica na qual a unidade de demanda de hidrogênio gera eletricidade por meio de um gás de hidrogênio produzido no recipiente de geração de hidrogênio, uma unidade de controle que aplica energia elétrica gerada pela primeira unidade eletrogênica a um dispositivo de carga e, com base na quantidade corrente de carga, controla a quantidade de gás de hidrogênio gerado pela unidade de geração de hidrogênio.

Description

"APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, RECIPIENTE DE GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO, MATERIAL FUNCIONAL, E, MÉTODOS PARA HIDROGENAR UM MATERIAL FUNCIONAL, E PARA REDUZIR UM MATERIAL FUNCIONAL" CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um aparelho de geração de energia incluindo dois sistemas, um dos quais gera um gás de hidrogênio por meio de hidrólise e gera energia elétrica por meio de uma unidade de demanda de hidrogênio, e o outro gera energia elétrica por meio de uma reação química de oxidação-redução envolvendo eletrodos e uma pluralidade de íons.

FUNDAMENTOS

Têm sido propostos aparelhos de geração de energia nos quais o hidrogênio gerado aquecendo-se um material de metal ou semelhante a uma alta temperatura para hidrolisar água, ou reagindo-se um hidreto sólido seco com vapor, é suprido a uma célula de combustível ou semelhante e é reagido com oxigênio para gerar corrente.

Esses aparelhos são revelados nos documentos a seguir. [Documento de patente 1] Patente japonesa em aberto 2004-

149394

[Documento de patente 2] Patente japonesa em aberto 2002-

069558

[Documento de patente 3] Publicação de patente internacional W02003/020635

A geração de hidrogênio aquecendo-se um material de metal a uma alta temperatura é desvantajosa pelo fato de que é necessário um aparelho grande e ocorrem danos por calor. A geração de hidrogênio reagindo-se um hidreto sólido seco contendo um material ácido ou alcalino com vapor sofre o problema de uma deterioração nos dispositivos, como células de combustível de polímero sólido, por meio do ácido ou álcali e um sério problema da geração de hidrogênio ocorrer a uma baixa umidade mesmo durante a interrupção da operação.

A geração de hidrogênio aquecendo-se um material de metal a uma alta temperatura coloca as seguintes desvantagens adicionais. Neste método, a reação é realizada em um ambiente de 600°C, ou acima. Conseqüentemente, a água suprida para hidrólise é vigorosamente evaporada por si, e uma grande quantidade de água deveria ser suprida, resultando em baixa eficiência de geração de hidrogênio. Por outro lado, a geração de hidrogênio reagindo-se um hidreto sólido seco contando um material ácido ou alcalino com vapor também tem uma desvantagem adicional de que a regeneração do hidreto é importuna e, adicionalmente, substâncias nocivas são produzidas.

Além disso, nas técnicas convencionais, o controle do gás de hidrogênio gerado é difícil, e não são providos quaisquer meios para armazenar o excesso de gás de hidrogênio. Isso pode causar explosão, devido à pressão do excesso de gás gerado. Conseqüentemente, as técnicas convencionais são perigosas e inadequadas como uma fonte de suprimento de hidrogênio para as unidades de demanda de hidrogênio usadas industrialmente e comercialmente, como células de combustível de polímero sólido, motores abastecidos por hidrogênio, sistemas de soldagem/corte por hidrogênio, e aparelhos de produção semicondutores.

O problema com o controle da geração de hidrogênio é particularmente significativo quando os aparelhos, particularmente pequenos telefones móveis (celulares) ou automóveis, são usados de cabeça para baixo, ou quando suprimento de hidrogênio aleatório é exigido. Os aparelhos contêm água ou uma solução injetada nos mesmos. Visto que a água ou solução sempre fica sobre um lado de atuação da gravidade, são experimentadas dificuldades em liberar o gás de hidrogênio gerado, em assegurar passagens de fluxo para o gás de hidrogênio gerado, e em realizar o controle para enfrentar a flutuação em uma quantidade de hidrogênio consumida.

O documento a seguir revela uma bateria recarregável de níquel(Ni)-hidrogênio na qual uma liga de armazenamento de hidrogênio é montada sobre um eletrodo negativo e uma carga/descarga é realizada utilizando-se uma reação química de oxidação-redução de uma liga com um composto de níquel em um eletrodo positivo.

[Documento de patente japonesa 4] Publicação de patente japonesa em aberto 2002-105564 REVELAÇÃO DA INVENÇÃO

Problemas a serem resolvidos pela invenção

Nesta bateria recarregável de Ni-hidrogênio hermeticamente vedada, quando aumentar a saída é contemplado, aumenta o conteúdo de magnésio (Mg), que tem a capacidade mais alta de armazenamento de hidrogênio, na liga de armazenamento de hidrogênio. Aumentar o conteúdo de Mg, entretanto, coloca o problema de que, à medida que o conteúdo de Mg aumenta, uma reação de hidrólise com uma solução de eletrólise aumenta inversamente, conduzindo a problemas de durabilidade reduzida e explosão de uma bateria por meio da pressão do gás de hidrogênio gerado. Conseqüentemente, um objetivo da presente invenção é prover

uma técnica que possa resolver o problema acima da técnica anterior e, no uso de um aparelho de geração de energia como suprimento de energia dos telefones móveis (celulares) pequenos, automóveis e semelhante, possa suprir satisfatoriamente energia elétrica com uma função normal mesmo quando o aparelho é usado de cabeça para baixo ou quando é exigido suprimento de hidrogênio aleatório. Um outro objetivo da presente invenção é prover uma técnica que possa realizar uma redução de tamanho e uma redução de custo mesmo quando a quantidade de hidrogênio gerado aumentar e a função da bateria for aperfeiçoada. Um objetivo adicional da presente invenção é prover uma técnica que possa converter energia elétrica a partir de energia natural ou regenerável para uma substância (um material funcional) usando um material facilmente disponível, que esteja livre de esgotamento de recurso e seja ambientalmente amigável, contribuindo para o armazenamento e transporte seguro e de grande quantidade. MEIOS PARA RESOLVER OS PROBLEMAS

De acordo com a presente invenção, é provido um aparelho de geração de energia, incluindo: uma unidade de liberação de hidrogênio em uma forma de recipiente de geração de hidrogênio incluindo um material funcional montado dentro de um recipiente, ou incluindo um material funcional sobre um eletrodo negativo e um eletrodo positivo e um elemento de bateria formado de um eletrólito provido dentro do recipiente; uma unidade de geração de hidrogênio compreendendo um recipiente de líquido para gerar um gás de hidrogênio tanto por hidrólise, através da qual o material funcional é reagido com água ou uma solução aquosa (uma solução de eletrólise), quanto pela ligação dos átomos de hidrogênio que se assentam entre cristais devido a uma mudança nas propriedades do material funcional por meio da hidrólise; uma primeira unidade eletrogênica para permitir ao elemento de bateria no recipiente de geração de hidrogênio gerar eletricidade; uma segunda unidade eletrogênica para permitir a uma unidade de demanda de hidrogênio gerar eletricidade utilizando o gás de hidrogênio gerado no recipiente de geração de hidrogênio; e uma unidade de controle para aplicar a potência elétrica gerada na primeira unidade eletrogênica a um dispositivo de carga para controlar a quantidade de gás de hidrogênio gerado pela unidade de geração de hidrogênio de acordo com a quantidade de corrente regulada por uma carga proveniente do dispositivo de carga.

Quando o material funcional é pulverizado para um pó fino a partir do tamanho de partícula final naturalmente atingido na redução do tamanho de partícula para 1 nm, a área de superfície do material funcional por unidade de massa aumenta. Isso acelera significativamente uma reação interfacial por unidade de massa e desenvolve funcionalidades desconhecidas. O tamanho de partícula ótimo fica na faixa de 3μπι ou menos a 1 nm. A fim de utilizar esse pó fino, devem ser resolvidos vários problemas. Exemplos desses problemas incluem a montagem fácil do pó fino, a prevenção da dispersão e envenenamento, a condutividade termal e elétrica, e a permeabilidade de substâncias específicas dos materiais de revestimento. A provisão de uma película fina de uma resina de polímero plástica ou semelhante sobre a superfície do pó fino do material funcional produzido pode resolver vários problemas. Por exemplo, quando o material funcional for uma liga de armazenamento de hidrogênio, o contato direto da superfície da liga de armazenamento de hidrogênio com, principalmente, oxigênio e, adicionalmente, gás de dióxido de carbono, nitrogênio, umidade e semelhante na atmosfera, pode ser evitado. Conseqüentemente, por exemplo, o envenenamento e as reações interfaciais podem ser evitados. Alternativamente, as partículas de pó do material funcional são ligadas umas às outras para formar um corpo sólido ou partículas grosseiras que podem realçar a condutividade termal e elétrica. Além disso, quando o revestimento por película é realizado usando, como material de revestimento por película, uma resina de polímero solúvel na água que é uma resina de polímero termoplástico de baixa temperatura cujas moléculas são fluidizadas a uma temperatura de 70°C ou abaixo, por exemplo, uma resina de poliéster alifático, quando da quebra da película por meio do encolhimento e dilatação do material funcional, a película pode ser auto-reparada por meio do calor de baixa temperatura produzido pela auto-geração de calor para impedir a queda do pó fino e para manter contato intimo e fixação.

Além disso, o revestimento por película por meio do método de chapeamento convencional ou do método de deposição a vácuo coloca um problema de alto custo de produção. Por outro lado, resinas de polímero solúvel em água ou solúvel em solvente orgânico podem facilmente realizar uma etapa de formação de película fina usando água ou um solvente orgânico. Em aparelhos operados em uma faixa de temperatura relativamente baixa, por exemplo, materiais tipo emulsão, por exemplo, resinas de polímero orgânico solúveis em água obtidas por meio da polimerização de ácido lático pelo método sintético químico, por exemplo, resinas de poliéster alifático ou resinas poliolefmicas ou semelhante dispersas em água podem ser usadas. Além disso, outras resinas de polímero orgânico convencionais também podem ser usadas. Especificamente, quando o material funcional é montado sobre o aparelho e ocorre uma ruptura sobre a superfície da película com a passagem do tempo de operação, a termoplasticidade a baixa temperatura da resina de polímero pode auto-reparar a ruptura da película, por exemplo, sob a geração de calor durante a operação.

Essas funções podem ser aplicadas como segue. Quando o material funcional for uma liga de armazenamento de hidrogênio, vários materiais funcionais granulares revestidos por película e um aglutinante podem ser misturados e solidificados e o material solidificado pode ser montado embalando-se o lado interno ou o lado externo de uma tubulação dentro do aparelho. Neste caso, é adotado, de preferência, um método no qual o material funcional particulado revestido por película é anteriormente ativado e é, então, misturado com um aglutinante e empastado com um solvente orgânico, e a pasta é solidificada seguida pela montagem sobre o lado interno ou o lado externo da tubulação dentro do aparelho. Alternativamente, a pasta pode ser ligada como um sólido dentro de ranhuras de uma placa corrugada. Neste caso, é necessária pó-ativação. Portanto, não são exigidos aparelhos de grande tamanho para serem um recipiente robusto contra pressão.Essa aplicação pode atingir efeitos semelhantes em aparelhos de purificação de hidrogênio para gás reformado e gás de hidrogênio de baixa pureza contendo formas de uma tubulação ou de uma folha para o fim de purificação de hidrogênio, ou em aparelhos de troca de calor para o fim de uma bomba de calor, ou em aparelhos de compressão de hidrogênio para o fim de pressurização do hidrogênio.

Em adição, quando o material funcional com uma resina de polímero plástico usado como um material de revestimento por película é montado sobre a lâmina de eletrodo das baterias, como uma bateria de hidreto de metal de níquel ou uma bateria de metal de lítio, a queda do material ativo como resultado de uma redução de tamanho de partícula do material ativo devido à dilatação e encolhimento causados pela oclusão e liberação do hidrogênio ou lítio pode ser evitada. A função de um elemento de geração de energia pode ser realçada ligando-se um elemento de geração de energia incluindo um eletrodo positivo, um eletrodo negativo, e uma película de separação e cobrindo-se uma película de isolamento sobre o mesmo para a integração. Neste caso, a prorrogação da bateria também pode ser realizada.

Com relação ao processo de hidrogenação do material funcional, partículas grosseiras do material funcional, como um metal ou uma liga, são colocadas em um recipiente de pressão dentro do qual hidrogênio a alta pressão é introduzido e um fio eletricamente aquecido, um plugue de calor elétrico, um plugue de emissão de laser ou semelhante é selecionado e disposto na unidade de controle de temperatura, e uma parte de extremidade do material funcional é aquecida a uma alta temperatura para ignição, por meio do que a síntese utilizando a auto-geração de calor por meio de uma reação de hidrogenação pode ser realizada. Conseqüentemente, um pó fino de um hidreto incluindo cristais de metal na faixa do nanômetro pode ser facilmente obtido a baixo custo.

Na irradiação de feixe de laser, um metal pode ser reduzido por meio de um método no qual um material como um composto de metal é aquecido a uma alta temperatura para realizar a gasificação seguida por resfriamento. Por exemplo, quando o objeto a ser tratado é óxido de magnésio depois do uso como um material funcional, pode ser adotado um método no qual um feixe de laser produzido a partir de energia regenerável, como energia natural, é aplicado a partir de um plugue de emissão de laser para aquecer e gasificar o óxido de magnésio a uma alta temperatura, é permitido ao oxigênio se dissipar, e o gás do magnésio é resfriado, desse modo, partículas finas do metal podem ser produzidas por redução.

O material funcional produzido pela redução e hidrogenação usando energia natural ou regenerável pode ser hermeticamente vedado e armazenado em um recipiente ou bolsa à prova d'água. Em outras palavras, usando a energia elétrica gerada pela energia natural ou regenerável, a energia elétrica é convertida para um material seguro de alta densidade, que pode ser armazenado e transportado.

Quando o material hidrogenado é, por exemplo, hidreto de magnésio, ele pode ser carregado em um recipiente de geração de hidrogênio, e a água ou uma solução aquosa é introduzida no recipiente de geração de hidrogênio. Como resultado, uma grande quantidade de um gás de hidrogênio pode ser obtida a partir tanto do gás de hidrogênio que o magnésio gera por meio da hidrólise quanto do gás de hidrogênio que é gerado ligando-se os dois átomos de hidrogênio um ao outro para gerar uma molécula de hidrogênio onde os átomos de hidrogênio são aqueles se assentando entre os cristais de magnésio e liberados pela conversão do magnésio reagido em hidróxido de magnésio.

Quando esse recipiente é mergulhado em água de lavagem, água de enxágüe, água de cultura e assim por diante, uma grande quantidade de gás de hidrogênio gerado por hidrólise pode ser diretamente dissolvida na água e, desse modo, pode ser usada como um material de produção da água funcional à qual um potencial de redução e um valor de Ph fracamente alcalino foram comunicados.

Em adição, o gás de hidrogênio gerado, suprido a uma unidade de demanda de hidrogênio, gera água por meio de combinação química de oxigênio e hidrogênio quando a unidade de demanda de hidrogênio for uma célula de combustível ou um motor abastecido de hidrogênio. Visto que essa água gerada não contém qualquer ácido ou álcali, a água pode ser circulada diretamente para dentro do recipiente de geração de hidrogênio novamente e pode ser obtida água de material cru para hidrólise sem suprimento de água a partir do lado de fora.

Tem sido convencionalmente sabido que, embora essa reação de hidrólise possa ser realizada como uma reação auto-impelida com água usando-se uma solução aquosa de um material ácido ou alcalino ou realizando-se o aquecimento a, ou, acima de 140°C sob um ambiente de alta pressão, uma reação com água à temperatura ambiente não pode ser continuada, mas a reação auto-impelida de hidrólise pode ser realizada em uma faixa de pressão e temperatura normal usando uma solução aquosa (solução de eletrólise) de uma substância, geralmente água-mãe (cloreto de magnésio/MgCl), que ocorre naturalmente e é útil para o corpo humano.

Quando essa reação é utilizada para formar um elemento de bateria em um recipiente, essa reação pode gerar eletricidade a partir do fenômeno de auto-descarga por meio do curto-circuito de uma célula local. A construção de um elemento de bateria é como segue. Por exemplo, um magnésio de material funcional (Mg) ou hidreto de magnésio (MgH2) é montado sobre o material ativo do eletrodo negativo. Uma solução de cloreto de magnésio (MgCl) aquosa (solução de eletrólise) e um eletrólito sólido de polímero são usados como o eletrólito. Um material funcional formado pela mistura de um metal como Ni ou Ti, uma liga, um pó de um composto de metal, um pó de carbono ativo ou grafite e um catalisador com uma resina de flúor é montado sobre a camada de difusão no eletrodo positivo. Desse modo, uma bateria tendo um número plural de materiais ativos, como oxigênio e hidróxido de níquel, pode ser construída. Nesta bateria, mesmo uma pluralidade de íons contendo íons polivalentes pode ser aceita pela camada de difusão com uma área de unidade aumentada que pode ser acelerada por uma reação interfacial. Conseqüentemente, a bateria pode funcionar como uma bateria de magnésio com uma resistência a polarização reduzida e pode realizar hidrólise.

Em adição, neste caso de baterias que não são hermeticamente vedadas, um tecido não trançado e semelhante tendo uma função capilar e um corpo de gel pode ser usado em combinação e contido na solução de eletrólise em adição ao eletrólito sólido de polímero a partir da necessidade de comunicar o eletrólito com uma função de blindar o fluxo de saída de gás de hidrogênio, capacitando, desse modo, enviar gás de hidrogênio a uma unidade de demanda de hidrogênio sem permitir ao gás de hidrogênio gerado no recipiente de geração de hidrogênio fluir fora da área aberta do eletrodo positivo para o lado de fora e impedir, igualmente, a explosão do recipiente. Isso pode ser aplicado ao campo das baterias dimensionadas pequenas para dispositivos portáteis como uma bateria tabular e uma bateria de botão.

Enquanto isso, quando uma bateria hermeticamente vedada deve ser formada, um elemento de bateria pode ser construído de modo que o material ativo como Ni e Ti, uma liga, um pó de um composto de metal e um catalisador, que são capazes de aceitar os respectivos íons de hidrogênio e magnésio, sejam misturados e contidos no eletrodo positivo, capacitando, desse modo, a aceitação de um número plural de íons, incluindo um íon polivalente, pelo elemento de bateria com uma área unitária alargada e capaz de acelerar as reações interfaciais e funcionar como uma bateria com uma resistência a polarização reduzida e servindo como hidrólise.

Em adição, por exemplo, a ionização do magnésio (Mg) do eletrodo negativo pode ser aumentada ou diminuída aplicando-se a energia elétrica gerada no elemento de bateria do recipiente para um dispositivo de carga, de modo que a quantidade de corrente elétrica que passa através do dispositivo de carga seja mudada, desse modo, capacitando a quantidade de cristais de metal a mudar para hidróxido de magnésio a partir da superfície do magnésio (Mg) para ser proporcional à mesma. Nesse momento, os átomos de hidrogênio perdem o local estabelecido entre os cristais do metal de Mg e cada dois átomos se unem juntos para ser uma molécula de hidrogênio e, desse modo, é gerado gás de hidrogênio. Essa quantidade produzida depende da reação por meio da corrente elétrica através da carga e, desse modo, a geração do gás de hidrogênio também pode ser controlada pela corrente elétrica.

Além disso, o controle da geração de hidrogênio pode ser facilitado mesmo no campo dos automóveis energizados por célula de combustível onde um dispositivo de demanda de hidrogênio com uma alta voltagem e com grandes variações no consumo de hidrogênio é usado para empilhar o recipiente ou as células do elemento de bateria para construir a bateria.

Em adição, utilizando essa estrutura de bateria, partículas e um pó de magnésio (Mg) podem ser montados sobre o eletrodo negativo para produzir um recipiente e, desse modo, ele pode ser usado como uma bateria primária de grande capacidade realizando-se o carregamento, primeiro, para hidrogenar o magnésio (Mg) do eletrodo negativo.

Além disso, quando o recipiente deve ser construído como uma bateria (carga/descarga) secundária que usa oxigênio (O) como um material ativo, o pó de magnésio (Mg) é revestido com um metal ou um polímero plástico e anexado ao eletrodo positivo como um sólido, e uma solução aquosa alcalina ou uma solução não aquosa é usada como uma solução de eletrólise e um material funcional formado misturando-se um metal como Ni e Ti, uma liga, um pó de um composto de metal e um catalisador em uma resina de flúor é anexado à camada de difusão para o eletrodo positivo para aceitar os respectivos íons de hidrogênio e magnésio e para impedir a resistência a polarização e, desse modo, capacitar para realizar carga/descarga.

No caso dessa constituição de bateria, visto que o eletrodo positivo usa oxigênio atmosférico como um material ativo, a quantidade de eletricidade descarregável sobre o lado de eletrodo positivo não é limitada e a capacidade elétrica pode ser aumentada drasticamente e tanto eletricidade quanto hidrogênio podem ser usados e supridos para carga.

Em adição, quando um óxido de metal ou um material funcional de um óxido de um metal de transição, como cobaltato de lítio (LiCoO2), niquelato de lítio (LiNiO2) e manganato de lítio (LiMn2O4) em adição ao oxigênio, cloreto de tionila e hidróxido de níquel, é usado como um material ativo do eletrodo positivo, e um eletrólito e vários materiais são usados como material funcional do eletrodo negativo e um elemento de bateria é construído em um recipiente e, desse modo, uma bateria compósita impedindo a resistência a polarização por meio de um número plural de íons (como íon de hidrogênio, íons de metal e íon de lítio) pode ser formada.

Em adição, quando um elemento de bateria não é provido dentro do recipiente, uma câmara de reação pode ser provida na parte inferior. Por exemplo, quando um material funcional de magnésio (Mg) ou hidreto de magnésio (MgH2) de várias formas, como massas em forma de placa ou detritos, um pó ou um pó solidificado, é anexado ao lado de dentro e uma câmara de líquido é provida na parte superior e uma solução aquosa (solução de eletrólise) é colocada na mesma para construir uma bateria, a solução aquosa (solução de eletrólise) é empurrada para cima (feita fluir para fora) por meio da pressão do gás de hidrogênio que é gerado usando um fenômeno de sifao, e o consumo do gás de hidrogênio gerado na unidade de demanda de hidrogênio diminui a pressão e permite ao líquido cair (fluir para dentro) e, desse modo, capacitar a controlar automaticamente a reação de hidrólise entre a solução aquosa (solução de eletrólise) e o material funcional. DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A fig. 1 é uma vista total esquemática de um modo de realização de acordo com a presente invenção;

a fig. 2 é uma vista em seção transversal do todo e de uma parte de um aparelho, em um modo de realização de acordo com a presente invenção, com um recipiente de geração de hidrogênio montado sobre o mesmo;

a fig. 3 é uma vista em seção transversal do todo e de uma parte de um recipiente de geração de hidrogênio de tamanho médio a grande em um modo de realização de acordo com a presente invenção; e

a fig. 4 é uma vista em seção transversal do todo de um recipiente de geração de hidrogênio não provido com um elemento de bateria em um modo de realização de acordo com a presente invenção. MELHOR MODO DE REALIZAR A INVENÇÃO

A presente invenção será descrita em maior detalhe com referência aos desenhos anexos. Exemplo 1

A etapa de reduzir o tamanho de partícula de um material funcional, a etapa de hidrogenar o material funcional, a etapa de formar uma película, e a etapa de montar o material funcional serão descritas.

Quando o material funcional é uma liga de armazenamento de hidrogênio, por exemplo, cálcio (Ca), lantânio (La), magnésio (Mg), níquel (Ni), titânio (Ti), e terceiros elementos, por exemplo, vanádio (V), são geralmente conhecidos como materiais para a liga de armazenamento de hidrogênio. Esses materiais são misturados juntos, e a mistura é fundida para produzir ligas de armazenamento de hidrogênio fundidas, como ligas de base La-Ti e ligas de base Mg-Ti. O hidrogênio é ocluso nessas ligas, seguido por uma pulverização inicial ou pulverização mecânica para produzir um pó fino de um material de armazenamento de hidrogênio. Um método alternativo para produzir um pó fino de um material funcional é como segue. Partículas de um metal ou uma liga ou partículas de Mg são colocadas como material funcional em um recipiente resistente a pressão. Hidrogênio a alta pressão é introduzido no recipiente resistente a pressão, e uma extremidade do material funcional é incendiada aquecendo-se o material funcional a uma alta temperatura para causar a síntese de combustão utilizando-se a auto-geração de calor como resultado de uma reação de hidrogenação, por meio do que um pó fino de dimensão nanométrica de, por exemplo, ligas de base Mg-Ni-Fe, ligas de base Ti-Cr-V, ligas de base Mg-Ca-Ni, ou cristais de hidreto de metal contendo metais como Al e Mg, é produzido. Em um método adicional, um pó fino (amorfo) não-balanceado é produzido aquecendo-se um material a uma alta temperatura por meio de irradiação de feixe de laser para gasificar o material e resfriar o material gasificado.

Um material funcional também pode ser produzido a partir de um material de adsorção de hidrogênio e de uma liga de armazenamento de hidrogênio, por exemplo, misturando-se um pó de um material de carbono tendo uma estrutura de grafite ou estrutura amorfa com um tipo ou uma pluralidade de tipos de ligas de armazenamento de hidrogênio ou carbonetos ou óxidos e pulverizando-se mecanicamente usando um gás inerte ou semelhante para produzir um pó fino de dimensão nanométrica de um material funcional. Materiais comumente conhecidos como catalisadores também podem ser produzidos de modo semelhante.

Quando o tamanho médio de partícula do pó fino do material funcional produzido desse modo é de 20 nm, a área de superfície específica é de cerca de 45 m2/g. Visto que a área de superfície específica de um pó tendo um diâmetro de partícula de 0,5 μηι é de cerca de 1 m2/g, no pó fino de dimensão nanométrica, a área de superfície por unidade de massa aumenta significativamente. Conseqüentemente, no pó fino de dimensão nanométrica, a oclusão de hidrogênio, a função de adsorção do hidrogênio e do metano, bem como as funções catalisadoras como desodorização e decomposição são aperfeiçoadas, e o tempo de reação em peso de unidade pode ser encurtado na hidrólise e semelhante.

Os materiais para o material funcional incluem halogênios

como iodo ou compostos do mesmo; elemento da família do oxigênio como enxofre e selênio ou ligas, ou compostos dos mesmos; elementos da família do nitrogênio como o arsênico, antimônio e o bismuto, ou ligas ou compostos dos mesmos; elementos da família do carbono como carbono, silício e estanho, ou ligas ou compostos dos mesmos; elementos de metal alcalino como lítio, sódio, potássio, ou ligas ou compostos dos mesmos; elementos de metal terroso alcalino como o berílio, o magnésio ou o cálcio, ou ligas ou compostos dos mesmos; zinco, cádmio, zinco ou cádmio mercurial, ou ligas ou compostos dos mesmos; elementos da família do boro como boro, alumínio, gálio ou ligas ou compostos dos mesmos; elementos de transição, por exemplo, elementos de transição no quarto período da tabela periódica como o titânio, cromo, manganês, ferro e níquel, elementos de transição no quinto período da tabela periódica como o zircônio, o rutênio e o paládio, elementos de transição no sexto período da tabela periódica como lanterna, tântalo e platina, elementos de transição no sétimo período da tabela periódica como o tório, e as ligas ou os compostos desses elementos de transição. Um tipo ou uma pluralidade de tipos desses materiais é selecionado quando necessário e usado como material funcional.

O material funcional na forma de um pó fino de dimensão nanométrica produzido desse modo é submetido a uma etapa de revestimento por película.

Resinas de polímero solúveis em água tipo emulsão dispersas na água são usadas como um material de formação de película. Essas resinas incluem poliésteres alifáticos termoplásticos de baixa temperatura (por exemplo, Terramac, fabricado pela Unitika, Ltd.) ou poliolefinas (por exemplo, Arrowbase, fabricado pela Unitika, Lançamento de tubulação.), bem como tetrafluoretos de etileno. O material de formação de película é diluído com água e é amassado com o pó fino do material funcional. O material de formação de película é, então, aquecido e seco de 1IO0C a 150°C para causar a transição para vidro e, desse modo, formar uma película tendo uma espessura de 1 a 5μηι.

Quando a reação com água na etapa de formação de película causa dano ao material funcional, o método a seguir também pode ser adotado. Quando a resina é um agente de polímero solúvel em solvente orgânico plástico, a resina é dissolvida em um solvente orgânico. A solução é amassada com o pó fino do material funcional, e o produto amassado é seco seguido pela pulverização para produzir partículas. Por outro lado, quando a resina é um agente de polímero solúvel em água, uma solução do agente de polímero é seca, e o polímero seco é, então, pulverizado. O pó em uma quantidade necessária para formar uma película tendo uma espessura de 1 a 5 μιη depois da cristalização ao redor das partículas do material funcional é misturado com o pó fino do material funcional. A mistura é, então, tratada por calor de IlO0C a 150°C, por exemplo, com um rolo de ligação por pressão eletrotermal para causar a transição para vidro do material de formação de película e, desse modo, formar uma película por cristalização.

O material funcional produzido desse modo é amassado com um aglutinante para formar uma pasta. A pasta é revestida sobre o lado interno de um aparelho contemplado ou sobre o lado interno ou o lado externo de uma tubulação dentro do aparelho, sobre o lado de dentro de ranhuras de uma placa corrugada, ou sobre eletrodos. O revestimento é, então, seco e aquecido para solidificação e ligação do revestimento. Se necessário, uma resina de polímero plástico solúvel em água ou solúvel em solvente orgânico diluída com um solvente pode ser revestida sobre a superfície solidificada para realizar a formação de película.

Os aglutinantes usados aqui incluem resinas de polímero convencionais, por exemplo, resinas de flúor como poli-tetrafluoro-etilenos (PTFEs), poli-cloro-trifluoro-etilenos (PCTFEs), e fluoretos de polivinilidenos (PVDFs), borrachas de estireno-butadieno e carboxicelulose.

Com relação a uma unidade de armazenamento para o material funcional, pode ser adotado um método no qual, por exemplo, um pó de magnésio ou hidreto de magnésio, ou uma mistura do pó com um pó seco de uma resina de poliéster alifático ou semelhante, que é aquecido para causar a transição para vidro seguido pela pulverização para produzir partículas tendo qualquer diâmetro desejado, junto com um gás inerte, é carregado, hermeticamente vedado e armazenado em um recipiente ou uma bolsa à prova d'água. Exemplo 2

A experimentação da hidrólise e geração de eletricidade usando magnésio (Mg) ou hidreto de magnésio (MgH2) como um material funcional será descrita.

Experiências de uma reação auto-impelida mais rápida de hidrólise com soluções aquosas de solutos naturalmente existentes foram tentadas. Nas experiências, dois tipos de amostras foram usados. Amostra 1: 1 g de magnésio (Mg) tendo um tamanho de partícula de não menos que 200 μπι. Amostra 2: 1 g de hidreto de magnésio (MgH2) tendo um tamanho de partícula de não mais que 50μηι.

Três tipos de soluções aquosas foram usados como a solução aquosa. Solução aquosa 1: água (H2O). Solução aquosa 2: uma solução de ácido cítrico aquosa (C6H807) a 8%. Solução aquosa 3: uma solução de água- mãe (hexa-hidrato de cloreto de magnésio MgCl26H20) a 5%.

A experiência foi iniciada derramando cada 5 cm3 dos três tipos de soluções aquosas a temperatura ambiente (20°C) paras as amostras em tubos de teste. Quando a taxa de reação auto-impelida era baixa, a observação e medição foram realizadas enquanto aquecendo as soluções aquosas gradualmente.

Para a amostra 1, na solução aquosa 1: água (H2O), não ocorreu nenhuma reação e, sob aquecimento a 90°C, uma pequena quantidade de bolhas foi observada sobre a superfície de partícula. Por outro lado, na solução 2: uma solução de ácido cítrico aquosa (C6H8O7) a 8%, a reação ocorreu vigorosamente e a reação causou uma elevação de temperatura e foi completada em menos de dois minutos. Na solução aquosa 3: água-mãe (hexa-hidrato de cloreto de magnésio MgCl26H20), a reação procedeu lentamente e, sob aquecimento, a reação foi acelerada e a flutuação de bolhas foi observada a 90°C.

Para a amostra 2, na solução aquosa 1: água (H2O), foram observadas bolhas e, sob aquecimento a 90°C, foi observada flutuação de bolhas. Na solução aquosa 2: uma solução de ácido cítrico aquosa (C6H8O7) a 8%, a reação ocorreu vigorosamente e a reação causou uma elevação de temperatura e foi completada em menos de 1,5 minuto. Na solução aquosa 3: água-mãe (hexa-hidrato de cloreto de magnésio MgCl26H20), a reação procedeu rápido e a temperatura foi elevada pela auto-geração de calor no tempo. Significativa flutuação de bolhas foi observada sob aquecimento a 90°C.

A quantidade final de um gás de hidrogênio coletado foi semelhante para cada solução aquosa: amostra 1: 800 cm3 (taxa de peso de magnésio: 8% em peso), e amostra 2: 1400 cm3 (taxa de peso de magnésio: 14% em peso).

Subseqüentemente, uma experiência de geração de eletricidade foi tentada para um elemento de bateria usando ar (oxigênio) como material ativo para o eletrodo positivo e hidreto de magnésio (MgH2) para o eletrodo negativo. Uma bateria de magnésio comercial foi desmontada e o magnésio montado sobre o eletrodo negativo foi removido. Um pó de hidreto de magnésio e um agente de polímero plástico solúvel em água foram misturados com um solvente orgânico. Um quadro tendo um tamanho de um eletrodo foi conectado, e o aquecimento foi realizado enquanto comprimindo para ligar a mistura como um sólido à folha de eletrodo.

Um separador, um coletor de eletrodo positivo e outros membros foram reunidos usando uma célula unitária que era um membro de um produto comercial, e uma solução de água-mãe (hexa-hidrato de cloreto de magnésio MgCl26H20) aquosa foi usada como uma solução de eletrólise. O coletor de eletrodo positivo de um produto comercial é formado na forma de uma rede revestindo-se um pode de carvão ativado ou grafite e um catalisador misturado com uma resina de flúor sobre uma folha de cobre seguido de ignição.

A fórmula de reação da experiência e o valor medido da voltagem eletromotriz foram como segue: Fórmula de reação no eletrodo positivo: 2Mg —» 2Mg2 + 4e"; Fórmula de reação no eletrodo negativo: 02 + 2H20 + 4e" -» 40H"; Fórmula de reação total: 2Mg + 02 + 2H20 2Mg(OH)2 i; Voltagem eletromotriz inicial de 2,TV.

Foi descoberto que uma bateria comparável com uma bateria de lítio pode ser obtida usando-se magnésio no eletrodo negativo. A força eletromotriz teórica do ar e do magnésio é de 2,7V, mas, ao mesmo tempo ela cai gradualmente devido à resistência a polarização derivada de uma pluralidade de íons causada pela reação de hidrólise (fórmula de reação: MgH2 + 2H20 -» Mg2+ + 20H" + 2H2t).

Nesta experiência, a reação de hidrólise foi favorecida como uma bateria primária usando uma solução aquosa de um composto de cloreto como a solução de eletrólise. Entretanto, quando outro material funcional é usado e a bateria é usada como uma bateria recarregável, uma solução de 10

15

20

eletrólise alcalina contendo hidróxido de potássio (KOH) e um solvente orgânico é usada, de preferência, como solução de eletrólise.

A quantidade medida do gás de hidrogênio gerado foi de cerca 650 cm /g (taxa de peso de magnésio: 6% em peso). A quantidade de eletricidade é proporcional à diminuição da quantidade de magnésio. Um gráfico da diminuição da quantidade de magnésio contra a quantidade de eletricidade e um gráfico da corrente elétrica contra a área do eletrodo negativo são mostrados na Tabela 1. Os valores numéricos nos gráficos foram calculados com base nos resultados de medição usando a lei de Faraday. Tabela 1

^ 3

01 C

£ ζ

.IZ

z:

χ

z:

"Z

1·

39

3·

Variável elétrica {As)

Area de Mg (cm )

De acordo com a lei de Faraday, a quantidade teórica de eletricidade Q (unidade: C ou As) pode ser calculada por Q = Fmn/M. Aqui, F é a constante de Faraday; m é a massa do material ativo; M é o peso de fórmula do material ativo; e η é o número de elétrons participando na reação, e a quantidade de eletricidade é proporcional à massa do material ativo. Exemplo 3

Modos de realização da presente invenção serão descritos com referência às figs. 1, 2 e 3. Na fig. 1, um eletrodo positivo 6, um separador 4 e um eletrodo negativo 3 com um material funcional 2 montado sobre o mesmo são laminados para constituir um elemento de bateria e são providos dentro de um recipiente de geração de hidrogênio 1. Um fio condutor a partir do eletrodo e um dispositivo de carga 10 são conectados através de um fio elétrico para passar uma corrente elétrica, enquanto o recipiente 1 é conectado e comunicado com uma unidade de demanda de hidrogênio 30 através de uma tubulação de hidrogênio 12 para constituir o aparelho 101 total da presente invenção.

A fig. 2 mostra um modo de realização 102 que é uma unidade de suprimento de energia que, no uso, é portada usualmente. Neste modo de realização 102, um recipiente de geração de hidrogênio 1 é incorporado em um telefone portátil (celular) 40. A fig. 3 mostra um modo de realização 103 que é um aparelho de tamanho médio a grande no qual os recipientes de geração de hidrogênio 1 são empilhados. Quando o recipiente de geração de hidrogênio 1 é uma bateria

primária aberta ou bateria recarregável usando oxigênio como um material ativo, o eletrodo positivo 6 é formado na forma de uma rede provendo-se uma mistura de um metal ou de uma liga como Ni e MgTi, um pó de um óxido de metal, um pó de carvão ativado ou grafite com uma resina de flúor como um material funcional para a camada de difusão 5, revestindo a mistura por cima do lado interno de uma folha de cobre e incendiando o revestimento, e conectando um fio condutor à folha de eletrodo. Por outro lado, quando o recipiente de geração de hidrogênio 1 é uma bateria recarregável hermeticamente vedada usando oxigênio como um material ativo, o eletrodo positivo 6 é formado dispersando-se, através da mistura, um metal ou uma liga co o Ni e MgTi e um pó de um óxido de metal em uma solução precursora como um material funcional para uma camada de difusão 5, revestindo a dispersão sobre o Aldo interno de uma folha de cobre, incendiando o revestimento, e conectando um fio condutor à folha de eletrodo.

O separador 4 é formado de uma película de eletrólito de polímero sólido ou de fibra de vidro ou de um tecido não trançado misturados com uma resina acrílica ou um material em gel como natto (grão de soja fermentado) que é sintetizado irradiando-se ácido poliglutamínico, o ingrediente da rosca de natto, com uma radiação. O separador 4 se estende a partir da parte de elemento de bateria para dentro de um recipiente de líquido a partir dos pontos de vista de aperfeiçoamento da função de geração de energia e água ou uma solução aquosa (uma solução de eletrólise) passando por sifao 21 para suplementar água suficiente.

Quando o recipiente de geração de hidrogênio 1 tem uma estrutura hermeticamente vedada, no separador 4, o uso de um material em gel não é particularmente exigido. Entretanto, quando um recipiente de líquido não pode ser provido como no separador 4 na fig. 2 ou quando o lado de eletrodo positivo de um recipiente está aberto, um tecido não trançado ou semelhante e um material em gel impregnados com uma solução de eletrólise são usados.

Um material funcional 2 é ligado sobre o lado interno do eletrodo negativo 3, e uma mola 25 é colocada entre o lado externo do eletrodo negativo 3 e o recipiente, de modo que os elementos de bateria sejam intimamente contatados com o eletrodo negativo 3 para realizar a reação e eletro-condutividade realçadas. Um fio condutor é conectado à folha de eletrodo.

Quando o recipiente de geração de hidrogênio 1 tem uma função de hidrólise ou uma função de bateria primária, o material funcional 2 montado sobre o lado interno do eletrodo negativo 3 é um produto solidificado das massas em forma de placa ou detritos de magnésio (Mg) ou partículas grosseiras de hidreto de magnésio (MgH2). Por outro lado, quando o recipiente de geração de hidrogênio 1 tem uma função de bateria recarregável, o material funcional 2 é formado misturando-se partículas de pó de magnésio (Mg) revestidas com um polímero plástico ou um metal e um aglutinante juntos e moldando a mistura. O material funcional 2 é conectado a uma folha de eletrodo tendo um fio condutor.

Os materiais e a forma dos elementos de bateria não são particularmente limitados, e materiais e formas comumente conhecidos podem ser adotados. Quando o pó do material funcional é revestido por película ou ligado com um agente de polímero plástico, danos à película de revestimento podem ser auto-reparados e a dispersão do mesmo pode ser evitada. Conseqüentemente, a durabilidade pode ser aperfeiçoada. Igualmente, a adoção dessa técnica, por exemplo, nas baterias de botão alcalinas, baterias de níquel-cádmio, baterias de hidreto de metal de níquel, baterias de íon de lítio, e baterias de armazenamento condutoras podem contribuir para a durabilidade aperfeiçoada e outras propriedades.

No recipiente de líquido 20, água ou uma solução de água-mãe (hexa-hidrato de cloreto de magnésio MgC^H2O) aquosa é usada como uma solução aquosa (uma solução de eletrólise) 21. Entretanto, soluções de eletrólise convencionais como hidróxido de potássio (KOH), hidróxido de sódio (NaOH), e soluções não-aquosas são selecionadas e introduzidas no recipiente de líquido 20 de acordo com a construção e o fim da bateria, dependendo do material funcional do elemento de bateria.

Uma unidade de conexão, que reúne um soquete de ligação elétrica ao dispositivo de carga 10 e um soquete de unidade de controle e uma tubulação de gás de hidrogênio a uma unidade de demanda de hidrogênio 30 e, adicionalmente, a uma porta de envio de líquido vedada para enviar água ou uma solução aquosa (uma solução de eletrólise) a partir do recipiente de líquido 20 para o separador 4, também é provida sobre o lado externo do recipiente de geração de hidrogênio 1, embora a unidade de conexão não seja mostrada no desenho. Conseqüentemente, o recipiente de geração de hidrogênio 1 é construído de modo destacável.

A unidade de demanda de hidrogênio 30 é um aparelho usando um gás de hidrogênio, por exemplo, uma célula de bateria de combustível em baterias, um motor abastecido por hidrogênio e um motor a jato de hidrogênio em motores de hidrogênio, um queimador de hidrogênio em soldagem/corte, uma bomba de hidrogênio em estações de hidrogênio. O recipiente de geração de hidrogênio e uma unidade de hidrogênio contemplada são integrados um à outra por conexão e comunicação através de uma tubulação de hidrogênio, e um gás de hidrogênio é suprido para dentro da unidade de demanda de hidrogênio 30 sem interrupção do gás de hidrogênio dentro do recipiente de geração de hidrogênio 1.

Em adição, quando células unitárias compostas dos elementos de bateria ou dos recipientes de geração de hidrogênio 1 são empilhadas para constituir um aparelho, o aparelho pode ser utilizado mais facilmente no campo das aplicações, como automóveis energizados por célula de combustível, nas quais é exigida alta voltagem e o consumo de hidrogênio varia aleatoriamente.

Em um aparelho de tamanho médio a grande, ar 22 é soprado para dentro do recipiente com uma bomba de sopro para realçar uma reação no eletrodo positivo e para aumentar a pressão externa, por meio do que o vazamento de hidrogênio a partir do lado de dentro do recipiente pode ser evitado.

Uma série de operações do recipiente de geração de hidrogênio 1 tendo a construção acima será descrita. Em uma bateria primária, quando o comutador do dispositivo de carga 10 é ligado, elétrons deixam o material ativo no recipiente de geração de hidrogênio 1, são passados através do dispositivo de carga 10 e alcançam, como uma corrente elétrica, o eletrodo positivo 6 através de um fio condutor. Ao mesmo tempo, o material ativo no eletrodo negativo 3 é oxidado, ionizado e eluído para dentro da solução de eletrólise, e os íons são passados através do separador 4 e alcançam o eletrodo positivo 6. Na camada de difusão 5 do eletrodo positivo 6, o material ativo, por exemplo, hidróxido de níquel, é reagido com os elétrons que chegaram. Simultaneamente com essa reação, quando o eletrodo negativo 3 é um material funcional hidrogenado, o material funcional é oxidado e ionizado a partir do lado de superfície para causar uma mudança na qualidade e consumo do material funcional, e os átomos de hidrogênio, que se assentam entre cristais, perdem o local estabelecido. Como resultado, dois átomos de hidrogênio são ligados um ao outro para formar uma molécula de hidrogênio, por meio do que um gás de hidrogênio é produzido. Uma parte do gás de hidrogênio é dissolvida na solução de eletrólise, é ionizada, é passada através do separador 4, e alcança o eletrodo positivo 6. Na camada de difusão 5 do eletrodo positivo 6, o oxigênio (O) no ar 22 como um material ativo ou outro material ativo reage com os elétrons que alcançaram o eletrodo positivo 6. O hidrogênio restante é consumido pelo suprimento para dentro da unidade de demanda de hidrogênio 30 através da tubulação de hidrogênio 12.

Além disso, no dispositivo de carga 10, quando a resistência a carga diminui, a quantidade de corrente elétrica aumenta e a quantidade gerada de gás de hidrogênio também aumenta. Quando o comutador é desligado, a geração de gás de hidrogênio é minimizada.

No caso de uma bateria recarregável hermeticamente vedada na qual o material funcional do eletrodo positivo 6 é formado de um metal ou de uma liga como Ni, MgTi e de um pó de um óxido de metal, a descarga procede como segue. Quando o comutador do dispositivo de carga 10 é ligado, por exemplo, átomos de hidrogênio oclusos são eluídos a partir do material funcional no eletrodo negativo 3 no recipiente de geração de hidrogênio 1 para dentro da solução de hidrólise, são ionizados, são passados através do separador 4, e alcançam a camada de difusão 5 do eletrodo positivo 6. Ao mesmo tempo, elétrons são passados através do dispositivo de carga 10 e alcançam, como corrente, o eletrodo positivo 6, e o íon de hidrogênio é reagido com oxigênio (O) no óxido, hidróxido de níquel, e os elétrons que alcançaram o eletrodo positivo 6.

Por outro lado, no carregamento, um gás de hidrogênio é dissolvido na solução de eletrólise através de uma membrana permeável a hidrogênio e é ocluso no material ativo do eletrodo negativo. Em ouro método, um suprimento de energia externo é conectado a ambos os eletrodos, e os eletrodos são energizados para realizar a hidrólise da água para gerar hidrogênio que é, então, ocluso no material ativo do eletrodo negativo 3.

A estrutura do recipiente de geração de hidrogênio tendo esses elementos de bateria é conveniente porque a resistência a polarização diminui. Em adição à vantagem acima, a estrutura do recipiente de geração de hidrogênio é adicionalmente vantajosa pelo fato de que a partida e o controle podem ser realizados usando um suprimento de energia externo e, adicionalmente, a produção e redução dos materiais também podem ser realizadas usando vários eletrólitos e reações iônicas. Exemplo 4

Um modo de realização 104 será descrito com referência à fig. 4. Um recipiente de geração de hidrogênio 1 inclui uma câmara de reação 29 na parte inferior do recipiente 1. Um material funcional 2 em várias formas de massas em forma de placa, detritos, pós, ou pós solidificados, ou um material funcional hidrogenado 2 é montado sobre a câmara de reação 29. Uma câmara de líquido 28 é provida na parte superior do recipiente 1, e uma solução aquosa (uma solução de eletrólise) 21 é colocada na câmara de líquido 28.

Uma válvula de retenção 37 é provida em uma tubulação de comunicação provida em uma parede de partição entre a câmara de líquido 28 e a câmara de reação 29 dentro do recipiente de geração de hidrogênio 1. Uma válvula de retenção 38 é provida em uma tubulação de comunicação entre o fundo da câmara de reação 29 e a parte superior da câmara de líquido 28. Uma tubulação de hidrogênio 12 conectada a, e, comunicada com a unidade de demanda de hidrogênio 30 é provida na câmara de reação 29. Vários dos mesmos recipientes de geração de hidrogênio 1 são conectados uns aos outros em paralelo.

Quando o material funcional 2 é o magnésio (Mg) ou o hidreto de magnésio (MgH2), nenhuma substância nociva é produzida usando-se cloreto de magnésio (MgCl) na solução aquosa (solução de eletrólise) 21. Neste caso, uma solução aquosa convencional (uma solução de eletrólise) também pode ser selecionada e usada.

O material funcional hidrogenado gera uma grande quantidade

de gás de hidrogênio a partir tanto da hidrólise quanto dos hidretos. Conseqüentemente, a quantidade de água gerada, condensada como orvalho e coletada na unidade de demanda de hidrogênio é grande o bastante para assegurar a quantidade de água necessária para a hidrólise, mesmo quando a quantidade de água reduzida pela difusão para o ar é levada em consideração. Conseqüentemente, a circulação da água gerada novamente para dentro do recipiente de líquido pode eliminar a necessidade de suplementar água a partir do lado de fora.

Quando o recipiente de geração de hidrogênio é construído desse modo, uma série de operações é realizada como segue. Uma solução aquosa (uma solução de eletrólise) 21 é empurrada para cima (flui para fora) por meio da pressão do gás de hidrogênio gerado para interromper a reação tirando vantagem de um fenômeno de sifao. Quando do consumo do gás de hidrogênio pela unidade de demanda de hidrogênio 30, a pressão é abaixada para permitir à solução aquosa (solução de eletrólise) 21 cair (fluir para dentro) para iniciar uma reação de hidrólise da solução aquosa (solução de eletrólise) 21 e do material funcional 2. Desse modo, o controle automático pode ser realizado sem o uso de qualquer unidade de controle eletrônica.

A presente invenção foi descrita, mas a presente invenção não está limitada aos modos de realização descritos acima e pode ser modificada ou alterada dentro do conceito da presente invenção. Aplicabilidade industrial

Como descrito acima, a presente invenção pode realizar alta funcionalidade, redução de peso, economia no custo e assim por diante. Além disso, o armazenamento e transporte de energia natural segura pode ser realizado usando materiais não exauríveis e que ocorrem naturalmente que são não são nocivos para o corpo humano. A presente invenção pode prover uma fonte de energia de próxima geração que pode realizar ciclo de emissão- zero completo sem esgotamento de recursos e contribuir para a prevenção do aquecimento global.

Claims

1. Aparelho de geração de energia, caracterizado pelo fato de compreender: uma unidade de liberação de hidrogênio em uma forma de recipiente de geração de hidrogênio compreendendo um material funcional montado dentro de um recipiente, ou compreendendo um material funcional sobre um eletrodo negativo e um eletrodo positivo e um elemento de bateria formado de um eletrólito provido dentro do recipiente; uma unidade de geração de hidrogênio compreendendo um recipiente de líquido para gerar um gás de hidrogênio tanto por hidrólise, através da qual o material funcional é reagido com água ou uma solução aquosa (uma solução de eletrólise), quanto pela ligação dos átomos de hidrogênio que se assentam entre cristais devido a uma mudança nas propriedades do material funcional por meio da hidrólise; uma primeira unidade eletrogênica para permitir ao elemento de bateria no recipiente de geração de hidrogênio gerar eletricidade; uma segunda unidade eletrogênica para permitir a uma unidade de demanda de hidrogênio gerar eletricidade utilizando o gás de hidrogênio gerado no recipiente de geração de hidrogênio; e uma unidade de controle para aplicar a potência elétrica gerada na primeira unidade eletrogênica a um dispositivo de carga para controlar a quantidade de gás de hidrogênio gerado pela unidade de geração de hidrogênio de acordo com a quantidade de corrente regulada por uma carga proveniente do dispositivo de carga.

2. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material funcional é de massas, detritos ou pós de um tipo ou de uma pluralidade de tipos dos materiais (1) a (4): (1) um elemento da família do carbono como o silício (Si), ou um composto contendo hidreto do elemento da família do carbono, (2) um elemento de metal alcalino como o lítio (Li), uma liga de elemento de metal alcalino, ou um composto contendo um hidreto do elemento de metal alcalino, (3) um elemento alcalino-terroso como o magnésio (Mg) e o cálcio (Ca), uma liga do elemento alcalino-terroso, ou um composto contendo um hidreto do elemento alcalino-terroso, e (4) um elemento da família do boro como o alumínio (Al) e o boro (B), uma liga do elemento da família do boro, ou um composto contendo um hidreto do elemento da família do boro.

3. Material funcional de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o material funcional é um pó, um pó que foi coberto com uma película de polímero plástico ou uma película de metal e foi solidificado, ou um material que foi coberto a partir de sua superfície ou de sua superfície solidificada com um polímero plástico seguido pela conversão do revestimento para uma película, e é usado em qualquer das aplicações a seguir: (1) um catalisador a ser usado em produtos moldados, materiais de revestimento, agentes de impregnação ou semelhante, (2) um material que dissolve hidrogênio em um líquido a ser misturado em drogas, alimentos ou semelhante, (3) um material de armazenamento de energia a ser armazenado em recipientes, bolsas ou semelhante, à prova d'água e hermeticamente vedados, (4) um material de detecção de gás a ser usado em uma parte de detecção ou semelhante, (5) um material a ser usado, dentro do aparelho ou semelhante, na purificação ou armazenamento (adsorção/oclusão) de uma substância específica ou em bombas de calor ou pressurização de hidrogênio, e (6) um material a ser usado em eletrodos ou camadas de difusão em aparelhos químicos incluindo uma bateria.

4. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado pelo fato de que o recipiente de geração de hidrogênio é uma bateria compósita incluindo um elemento de bateria construído, dentro do recipiente, com um eletrodo positivo usando qualquer um ou mais tipos dos materiais ativos do cloreto de tionila, hidróxido de níquel, óxidos de metal, óxidos de metal de transição e semelhante em adição a oxigênio, um eletrólito e um eletrodo negativo.

5. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado pelo fato de que o recipiente de geração de hidrogênio é um recipiente aberto no qual, sobre o lado de eletrodo positivo, a camada de difusão fica em uma forma de rede formada, por exemplo, revestindo-se, sobre uma folha de cobre, um material funcional formado de uma mistura de um pó de um metal, uma liga, um composto de metal ou semelhante e um pó de carbono ativado ou grafite com fluoro-resina e, então, inflamando-se o revestimento.

6. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5, caracterizado pelo fato de que o recipiente de geração de hidrogênio é um recipiente hermeticamente vedado no qual, sobre o lado de eletrodo positivo, um material funcional formado de uma mistura de um pó de um metal, uma liga, um composto de metal ou semelhante é montado para formar a camada de difusão.

7. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 6, caracterizado pelo fato de que a solução de eletrólise contém qualquer tipo de, ou, uma pluralidade dos tipos dos materiais (1) a (5): (1) água, (2) um solvente orgânico, (3) água-mãe (MgCl), (4) um cloreto, e (5) uma solução aquosa de um ácido ou álcali ou uma solução orgânica.

8. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caracterizado pelo fato de compreender um separador compreendendo um eletrólito de polímero sólido e semelhante, fibras tendo uma função de capilaridade em combinação com um gel.

9. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8, caracterizado pelo fato de que o recipiente é uma bateria de magnésio compreendendo um eletrodo negativo sobre o qual o magnésio (Mg) em uma forma solidificada das massas, detritos, ou partículas, ou um material ativo em uma forma solidificada de um pó de hidreto de magnésio (MgH2) foi montado.

10. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9, caracterizado pelo fato de que ar é soprado para dentro do lado de eletrodo positivo com uma bomba de compressor.

11. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10, caracterizado pelo fato de que o carregamento é realizado com um pó elétrico externo ou gás de hidrogênio.

12. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 e 11, caracterizado pelo fato de que o recipiente de geração de hidrogênio inclui um recipiente de líquido destacável para água ou uma solução aquosa (uma solução de eletrólise).

13. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12, caracterizado pelo fato de que o recipiente de geração de hidrogênio ou um corpo de célula do elemento de bateria é usado unitariamente ou em uma forma de pilha.

14. Recipiente de geração de hidrogênio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 e 13, caracterizado pelo fato de que um suprimento externo inicia ou controla o eletrodo no elemento de bateria, ou causa a produção ou redução de uma substância no eletrodo.

15. Aparelho de geração de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de demanda de hidrogênio é um aparelho usando um gás de hidrogênio, por exemplo, uma célula de bateria de combustível em baterias, um motor abastecido por hidrogênio e um motor a jato de hidrogênio em motores de hidrogênio, um queimador de hidrogênio em soldagem/corte, uma bomba de hidrogênio em estações de hidrogênio, e o recipiente de geração de hidrogênio e um aparelho de demanda de hidrogênio contemplado são integrados um ao outro por conexão e comunicação através de uma tubulação de hidrogênio.

16. Aparelho de geração de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 15, caracterizado pelo fato de que o gás de hidrogênio gerado no recipiente de geração de hidrogênio é suprido para dentro de uma unidade de demanda de hidrogênio e é combinado com oxigênio para dar água, que é, então, reutilizada por meio da circulação para o recipiente de líquido.

17. Aparelho de geração de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 15 e 16, caracterizado pelo fato de que a eletricidade gerada pela primeira unidade eletrogênica no elemento de bateria é aplicada ao dispositivo de carga, e, com base na quantidade de corrente, a quantidade de um gás de hidrogênio gerado como resultado da conversão dos átomos de hidrogênio, que se assentam entre cristais do material funcional devido a uma mudança nas propriedades do material funcional como resultado da ionização do material funcional no eletrodo negativo, para moléculas de hidrogênio é controlada.

18. Aparelho de geração de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 15, 16 e 17, caracterizado pelo fato de compreender uma câmara de líquido e uma câmara de reação entre as quais uma diferença posicionai é provida para controlar uma reação de hidrólise entra a água ou uma solução aquosa (uma solução de eletrólise) na câmara de reação e o material funcional tirando vantagem de um fenômeno de sifao causado por uma mudança na pressão do gás de hidrogênio gerado e do gás de hidrogênio consumido pela unidade de demanda de hidrogênio.

19. Método para hidrogenar um material funcional como definido em qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 16, 17 e 18, caracterizado pelo fato de que hidrogênio a alta pressão é introduzido em uma recipiente resistente a pressão, e uma extremidade do material funcional é inflamada por irradiação de feixe de laser ou semelhante para permitir uma reação de hidrogenação para proceder automaticamente por meio de auto-geração de calor de uma reação de hidrogenação e, desse modo, prover um pó de um material funcional hidrogenado.

20. Método para reduzir um material funcional como definido em qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 e 19, caracterizado pelo fato de compreender colocar um material de uma liga ou de um composto de metal em um recipiente resistente a pressão, introduzindo um gás de hidrogênio ou inerte ou semelhante no recipiente resistente a pressão, aquecer o material a uma lata temperatura por meio de irradiação de feixe de laser ou semelhante, e resfriar o material gasificado para reduzir o material funcional.