CN102884361B - 用于储存和/或过滤物质的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于向吸附介质中或从吸附介质装载和/或卸载物质的装置、系统和方法。在所述吸附介质的边缘处提供物质，所述吸附介质包括吸附材料的平行层。为了将所述物质装载(即经由吸收和/或吸附)至所述吸附介质中，从所述吸附介质传递走热、将装载电压施加至所述吸附介质，和/或增加相对于所述吸附介质的压力。为了从所述吸附介质卸载所述物质，将热传递至所述吸附介质、将与所述装载电压相反极性的电压施加至所述吸附介质、和/或减小相对于所述吸附介质的压力。在一些实施例中，所述吸附介质包括可装载物质的分子的表面结构。

Description

用于储存和/或过滤物质的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求如下专利申请的优先权和权益：2010年2月13日提交的名称为“FULL SPECTRUM ENERGYAND RESOURCE INDEPENDENCE”的美国临时申请No.61/304,403；2010年2月17日提交的名称为“ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF”的美国专利申请No.12/707,651；2010年2月17日提交的名称为“ELECTROLYTIC CELLAND METHOD OF USE THEREOF”的PCT申请No.PCT/US10/24497；2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FORCONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,653；2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS ANDMETHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS”的PCT申请No.PCT/US10/24498；2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FOR GAS CAPTURE DURINGELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,656；2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLINGNUCLEATION DURING ELECTROLYSIS”的PCT申请No.PCT/US10/24499；以及2009年8月27日提交的名称为“ELECTROLYZERAND ENERGY INDEPENDENCE TECHNOLOGIES”的美国临时专利申请No.61/237,476。这些申请中的每一个以全文引用的方式并入。
技术领域
本技术涉及通过包括吸附介质的装置储存和/或过滤物质。
背景技术
尽管对可再生资源的需要渐增，但世界持续使用石油来满足其许多能量需求。石油的副产物为汽车、船舶和飞机供应燃料，且在世界的许多地方，石油的副产物燃烧以产生电力。尽管石油是极有用的物质，但地球仅含有有限量，而且当石油从地面提取以及当燃烧其副产物以获得能量时，地球的居民(植物和动物)直接和间接地受到伤害。为了保护环境并满足渐增的世界人口的能量需求，人们必须用替代物质代替石油。
尽管人类需要避开使用石油，但很少替代物可被获得、加工、储存且可像石油那样便宜且容易地使用，并具有与对石油的需要相匹配的量。因此，石油依然是全世界的经济中的必要燃料。石油在整个世界的统治地位的关键因素是其副产物的高能量密度/体积，这能够使烃类以满足社会需要的能量容量得以运输和储存。例如，汽油含有约44.4兆焦/千克(″MJ/kg″)，柴油燃料含有约45.4MJ/kg。氢和甲烷(其均为易得的汽油和柴油的燃料替代物)分别含有约143MJ/kg和55.6MJ/kg。然而，氢和甲烷在室温和大气压下为气体，因此比诸如汽油和柴油的液体烃密度小得多。因此，氢气仅含有约.01079兆焦/升(″MJ/l″)且甲烷气体仅含有约.0378MJ/l，而汽油含有约32MJ/l且柴油含有约38.6MJ/l。如果诸如氢和甲烷的气体要在世界水平上代替烃类，则它们必须能够以补偿它们的低能量密度/体积的方式被储存。
已开发许多方法用于以更高能量密度/体积来储存氢和其他气体。第一方式是在极高压力下储存气体。尽管该方法可用于许多应用，包括通过管道运输气体，但其对于大多数典型应用是不可行的，因为大量能量浪费在压缩气体上。而且，对于大多数车辆、飞机或可能由压缩气体供给燃料的其他机器而言，能够承受高压的罐过重。另一方式是储存作为液体或软泥(slush)的气体。该方式遭受多个缺点之苦，包括大量的储存成本。例如，如同氢(石油最可行的替代物之一)一样，许多气体在极低温度下沸腾，这意味着它们必须低温储存，而且将气体冷却至液体或软泥并保持其冷却将浪费相当大量的能量。
氢和其他气体也可作为被吸收的物质或作为金属氢化物而以更高的能量密度/体积被储存。不幸地，许多金属氢化物包含稀土金属，并由于用于储存的重金属而具有比烃类更低的能量密度/重量。另外，接收氢的材料(如活性炭颗粒、碳化组织、沸石和氢化物粒子)为较差的热导体，这意味着可以冷却这些材料以吸收气体的速率以及可以加热这些材料以释放气体的速率均受到限制。这些材料也可能降解或产生灰尘和碎片，这可污染所释放的气体并堵塞储存系统的递送导管、配件、阀和过滤器。
此外，大量能量浪费在将石油及其副产物运输至精制石油或消耗石油副产物的地点，而大量的可被转化为燃料的可再生资源(如农场废物)被浪费。另外，当烃类燃烧时，它们的副产物通常被丢弃。这些副产物使地球大气变暖。历史上，难以储存、加工或过滤烃类的副产物以用于随后的生产用途。例如，车辆制造商可发现储存来自内燃机的废气是不现实的，因为废气占据较大体积。类似地，尽管存在从烃类副产物去除颗粒物质的过滤器，但难以在有限量的空间中从第二化合物过滤第一化合物，或难以使副产物与另一化合物反应以产生可用的化合物。因此，烃类的副产物被释放至空气中，从而浪费了可能有成效的能源并污染了地球。
附图说明
图1为根据所述技术的实施例构造的用于储存和/或过滤物质的容器的示意性横截面侧视图。
图2A为根据所述技术的实施例构造的吸附介质的平行层的放大示意性横截面侧视图，所述吸附介质包括表面结构。
图2B为根据所述技术的实施例构造的吸附介质的平行层的放大示意性横截面侧视图，所述吸附介质包括表面结构。
图2C为根据所述技术的实施例构造的吸附介质的平行层的放大示意性横截面侧视图，所述吸附介质包括表面结构。
图2D为根据所述技术的实施例构造的吸附介质的平行层的放大示意性横截面侧视图，所述吸附介质包括表面结构。
图3为用于在根据所述技术的实施例的吸附介质中装载物质的方法的流程图。
图4为用于从根据所述技术的实施例的吸附介质卸载物质的方法的流程图。
图5为根据所述技术的实施例构造的用于储存和/或过滤物质的容器的侧视图。
图6A为根据所述技术的实施例构造的用于储存和/或过滤物质的容器的示意性横截面侧视图。
图6B为根据所述技术的实施例构造的用于储存和/或过滤物质的容器的一个区域的放大示意性横截面侧视图。
图6C为根据所述技术的实施例构造的用于储存和/或过滤物质的容器的一个区域的放大示意性横截面侧视图。
图7为根据所述技术的实施例构造的用于过滤物质的装置的示意性横截面侧视图。
图8为根据所述技术的实施例构造的用于过滤物质的装置的等距视图。
图9为根据所述技术的实施例构造的用于储存和/或过滤物质的容器以及相关系统的示意性横截面侧视图。
具体实施方式
本申请以全文引用方式并入如下申请的主题：2004年11月9日提交的名称为“MULTIFUEL STORAGE，METERING AND IGNITION SYSTEM”的美国临时专利申请No.60/626,021(代理人案号No.69545-8013US)；2009年2月17日提交的名称为“FULL SPECTRUM ENERGY”的美国临时专利申请No.61/153,253(代理人案号No.69545-8001US)；和2010年7月21日提交的名称为“METHOD AND SYSTEM OF THERMOCHEMICALREGENERATION TO PROVIDE OXYGENATED FUEL，FOR EXAMPLE，WITH FUEL-COOLED FUEL INJECTORS”的美国专利申请No.12/804,509(代理人案号No.69545-8037US)。本申请以全文引用的方式并入同时于2010年8月16日提交的如下美国专利申请中的每一个的主题，所述美国专利申请的名称如下：“METHODS AND APPARATUSES FOR DETECTIONOF PROPERTIES OF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS”(代理人案号No.69545-8003US)；“COMPREHENSIVE COST MODELING OFAUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSES FOR THE PRODUCTION OFENERGY，MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENT REGIMES”(代理人案号No.69545-8025US)；“ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USETHEREOF”(代理人案号No.69545-8026US)；“SUSTAINABLE ECONOMICDEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED PRODUCTION OFRENEWABLE ENERGY，MATERIALS RESOURCES，AND NUTRIENTREGIMES”(代理人案号No.69545-8040US)；“SYSTEMS AND METHODSFOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGHINTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLEENERGY”(代理人案号No.69545-8041US)；“SUSTAINABLE ECONOMICDEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUMPRODUCTION OF RENEWABLE MATERIAL RESOURCES”(代理人案号No.69545-8042US)；“METHOD AND SYSTEM FOR INCREASING THEEFFICIENCY 0F SUPPLEMENTED OCEAN THERMAL ENERGYCONVERSION(SOTEC)”(代理人案号No.69545-8044US)；“GASHYDRATE CONVERSION SYSTEM FOR HARVESTING HYDROCARBONHYDRATE DEPOSITS”(代理人案号No.69545-8045US)；“ENERGYSYSTEM FOR DWELLING SUPPORT”(代理人案号No.69545-8047US)；“ENERGY CONVERSION ASSEMBLIES AND ASSOCIATED METHODSOF USE AND MANUFACTURE”(代理人案号No.69545-8048US)；和“INTERNALLY REINFORCED STRUCTURAL COMPOSITES ANDASSOCIATED METHODS OF MANUFACTURING”(69545-8049US)。
本发明描述了用于储存和/或过滤物质的系统、装置和方法。吸附介质包括以一定距离或变化距离间隔开的吸附材料的平行层。在吸附介质的边缘处提供物质。所述吸附介质的边缘提供了通向所述吸附介质的层之间的区域的通道。热可从所述吸附介质传递走，以促进和/或引起所述吸附介质将物质的分子装载(即吸收和/或吸附)至吸附介质中。类似地，可将第一极性的电压施加至所述吸附介质以促进和/或引起所述吸附介质装载物质的分子。同样，可增加所述吸附介质经受的压力以促进和/或引起所述吸附介质装载物质的分子。在一些实施例中，所述吸附介质还包括装载物质的表面结构。在一些实施例中，催化剂促进物质装载至所述吸附介质中。可通过将热传递至所述吸附介质、将与第一极性相反极性的电压施加至所述吸附介质、和/或通过降低所述吸附介质经受的压力，而从所述吸附介质卸载物质。
在一些实施例中，所述吸附介质被封装在容器中。在一些实施例中，所述吸附介质被构造在管中。在一些实施例中，所述吸附介质装载物质的所有分子，而在其他实施例中，所述吸附介质仅装载物质的某特定化合物的分子或某些特定化合物的分子。在一些实施方案中，所述吸附介质过滤物质。在一些实施方案中，所述吸附介质储存物质。在一些实施例中，将催化剂施用至所述吸附介质的至少一部分，以催化装载至所述吸附介质中的物质与另一物质之间的化学反应。
现在关于各种实施例描述系统、装置和方法。如下描述提供了用于对系统、装置和方法的这些实施例的彻底理解以及能够描述系统、装置和方法的这些实施例的具体细节。然而，本领域技术人员将了解可在无这些细节下实施所述系统。在其他例子中，未显示或详细描述公知的结构和功能以避免不必要地使系统的实施例的描述不明显。
在如下呈现的描述中所用的术语旨在以其最广的合理方式进行解释，尽管其与系统的某些具体实施例的详细描述结合使用。某些术语甚至可在下文进行强调，然而，旨在以任何限制方式进行解释的任何术语将在该具体实施方式部分中明显且特别地进行定义。
图1为根据所述技术的实施例的用于储存和/或过滤物质的容器2的示意性横截面侧视图。容器2通过第一端口10接收物质(如气体)，且所述物质经过穿孔通道4，所述穿孔通道4通过容器2内的吸附介质6。第一阀13和第二阀18可被打开或关闭不同的程度，以控制进入或离开容器2的物质的量。物质通过穿孔通道4的穿孔而被提供至吸附介质6的第一边缘15，所述吸附介质6包括吸附材料的平行盘形层，所述吸附材料将物质装载(即吸收和/或吸附)至吸附材料的层上以及层之间的区域中，从而降低了被装载至所述吸附介质中的物质的体积。因此，容器2可被构造为以一定密度储存物质，所述密度比所述物质在大气温度和压力下存在的密度高得多。容器2包括第二端口11，当物质从吸附介质6释放时，所述第二端口11可用于排出所述物质。在一些实施例中，构造容器2以使得仅物质的特定化合物被吸附介质6装载，且物质的剩余化合物经过容器2而不被装载。因此，容器2也可被构造为过滤物质。
A.吸附介质和表面结构
容器2的吸附介质6包括吸附材料的平行层，在所述吸附材料的平行层上和所述吸附材料的平行层之间吸附和吸收物质的分子。用于平行层的合适材料包括石墨烯、石墨、氮化硼、陶瓷、金属或聚合物，包括这些材料的各种组合和排列。如下文所讨论，在一些实施例中，所述材料具有热传递的高有效性，其允许热遍及每一层传递，并从每一层去除，以促进物质从吸附介质6装载或卸载。类似地，在一些实施例中，所述材料为导电的，并将电压施加至所述平行层中的层上以促进物质的装载或卸载。石墨烯为用于吸附介质6的合适材料的例子，因为其导电并具有热传递的高有效性。在一些实施例中，每个平行层仅为一个原子厚，而在其他实施例中，所述层中的一些或全部大于一个原子厚。在一些实施例中，通过改变层的厚度而调节吸附介质6的层的导热性和导电性。
可使用多个技术中的任意种将吸附介质6制造和构造为平行层。在一些实施例中，吸附介质的平行层从单晶上剥落。例如，在一些实施例中，将石墨单晶生长和/或机械加工至所需形状(如盘)，并从所述晶体上剥落一个原子那样薄的层。在剥落石墨晶体之前，可穿过石墨晶体钻孔，且中心基材(如穿孔通道4)可在剥落晶体之时将晶体保持在适当的位置。以引用方式并入本文的美国专利No.6,503,584和美国临时申请No.61/304,403描述了用于剥落单晶以制备一个原子那样薄的吸附材料的层的合适系统和方法。可使用类似的技术剥落许多其他材料，包括诸如云母、沸石形成矿物质和氮化硼的化合物。
吸附介质6的层也可通过使化合物脱氢而形成。例如，可将能量施加至烃(如甲烷)以离解所述烃，从而产生碳和氢。例如，可将电力施加至甲烷足够的时间以产生足够的碳以用于吸附介质的层。可将所得的碳沉积至基材上或构建成所需的形状。这些石墨烯沉积物将自组织成吸附介质的层，所述吸附介质的层可在基材上构造为彼此平行。
吸附介质6的平行层彼此间隔开一定距离，以使得能够将物质的分子装载至吸附介质6的层的表面上和吸附介质6的层之间的区域中。图2A显示了根据所述技术的实施例的吸附介质6的区域200的放大示意性横截面侧视图。将各种表面结构20施用至吸附介质6的平行层22的表面上。这些表面结构20可包括纳米管20a、纳米卷20b和各种其他高表面纳米结构，如多孔剥落碳化组织、棒20c、和花状结构20d。在一些实施例中，所述表面结构允许所述吸附介质装载更多的物质。在一些实施例中，所述表面结构允许所述吸附介质装载物质的特定化合物。在一些实施例中，所述表面结构能够使所述吸附介质更快速地装载和/或卸载物质的分子。在一些实施例中，表面结构的特定类型比另一表面结构更优选。例如，在一些实施例中，纳米卷比纳米管更优选。纳米卷可能够比纳米管更迅速地装载和卸载物质的分子，因为纳米卷可能够同时装载和卸载物质的多个分子，而纳米管一次仅可能够装载或卸载一个分子。在一些实施例中，第一类型的表面结构装载第一化合物，且第二类型的表面结构装载第二化合物。在一些实施例中，表面结构20由导电和/或具有热传递的高有效性的材料组成。在一些实施例中，所述表面结构由碳组成。
可使用多种不同的技术在吸附介质6的层上构造所述表面结构。如上引用的共同待审的申请公开了用于在平行层22的表面上构造表面结构20的多种方法。在一些实施例中，通过施用所述表面结构的层的晶格结构而使表面结构外延取向。在一些实施例中，可在层旁边构造相邻层之前，将所述表面结构涂布至吸附材料的所述层上。在一些实施例中，在吸附介质6的层上使化合物脱氢以形成表面结构20。在一些实施例中，所述表面结构充当吸附介质6的平行层之间的间隔物，从而将所述平行层分隔所需距离。
在一些实施例中，所述平行层之间的距离仅为足够大至将物质的单分子厚的层装载至所述平行层中的每一个的表面上。在其他实施例中，所述距离足够大至将分子装载至所述平行层中的每一个的表面上且物质的至少一个单分子厚的层装载在所述平行层之间的区域中、而不在所述层的表面上。例如，物质的分子可被装载至吸附介质6的层22的表面上以及装载至层22之间的区域204中。在一些实施例中，吸附介质6的平行层被构造为相隔例如，吸附介质6的平行层可分隔以装载天然气。在一些实施例中，吸附介质6的层以大于或小于的距离进行构造。例如，在一些实施例中，所述距离为或更大，且在其他实施例中，所述距离小于
在一些实施例中，吸附介质6的每一层之间的距离是相同的，而在其他实施例中，层之间的距离是变化的或仅在平行层中的一些之间是相同的。例如，平行层中的一些可间隔能够装载第一化合物(如甲烷)的分子的距离，且平行层中的一些可间隔能够装载第二化合物(如氢)的分子的距离。图2B显示了根据所述技术的另一实施例的吸附介质6的区域200的放大示意性横截面侧视图。将表面结构20施用至吸附介质6的平行层22。平行层22间隔开不同的距离，以使得第一区域210具有与第二区域212的尺寸不同的尺寸，所述第二区域212的尺寸也是与第三区域214的尺寸不同的尺寸。如上所述，不同的间隔可允许不同分子优先装载至不同的区域中。例如，第一区域210可被构造为装载甲烷，且第二区域212可被构造为装载氢。图2C显示了根据所述技术的另一实施例的吸附介质6的区域200的放大示意性横截面侧视图。在图2C的实施例中，吸附介质6的层22彼此间隔开不同的距离，以使得所述吸附介质包括第一尺寸的区域(如区域222)和第二尺寸的区域(如224)。
在一些实施例中，表面结构20尺寸不同。例如，在图2B中，一些纳米管20a比其他纳米管20a更长。在一些实施例中，变化表面结构的尺寸改变了它们可装载和卸载物质的速率。在一些实施例中，增加或减少表面结构的尺寸，以相比于第二化合物优先装载第一化合物，或者变化吸附介质6的层之间的间隔。
在一些实施例中，在吸附介质的层之间的区域仅包括第一类型的表面结构。例如，第三区域214仅包括纳米管。所述吸附介质的平行层之间的区域可仅包括特定类型的表面结构以容纳特定化合物。例如，第三区域214可仅包括纳米管20a，因为相比于纳米卷，纳米管能够以更高的密度装载氢，且氢可被装载至第三区域214中。在一些实施例中，吸附介质的层之间的区域仅包括两种类型的表面结构以容纳特定的一种或多种化合物。例如，第二区域212可仅包括纳米卷20b和棒20c，因为纳米卷能够以高密度装载甲烷，且尽管棒不能以高密度装载甲烷，但其能够以高速率装载和卸载甲烷。因此，纳米卷20b和棒20c可能在特定的应用中弥补彼此的弱点。在一些实施例中，在吸附介质的层上构造的所有表面结构可具有一种类型。例如，吸附介质可仅包括纳米管以用于特定应用。
在一些实施例中，表面结构20垂直于吸附介质的层22取向。在其他实施例中，表面结构20中的至少一些并非垂直于吸附介质的层22取向，而是以不同的角度取向。在图2C中，表面结构20从层22以不同于90度的角度取向。表面结构可以特定的角度取向，以增加表面结构的表面积、增加分子被表面结构装载的速率、增加表面结构的装载密度、优先装载特定化合物的分子、或为了另一原因。
在一些实施例中，表面结构由一定材料组成，所述材料与其所附接的吸附介质6的层的材料不同。图2D显示了根据所述技术的另一实施例的吸附介质6的区域200的放大示意性横截面侧视图。吸附介质的平行层22由第一材料(如石墨烯)组成。表面结构20由第二材料(如氮化硼)组成。在一些实施例中，在将氮化硼沉积至平行层22之前，将硼界面施用至石墨烯。表面结构可由多种不同材料的任意种组成。例如，在一些实施例中，纳米管20a、纳米晶20b、棒20c和/或花状结构20d由氢化硼、乙硼烷(B2H6)、氢化铝钠、MgH2、LiH、氢化钛和/或另一金属氢化物或另一化合物组成。在硼界面上的氢化硼形成为吸热的，具有必须通过其所施用的平行层而去除的生成热。例如，由于氢化硼的优良导热性，氢可被快速装载而形成相对不稳定的氢储存，这同样允许氢的快速卸载。
可使用多种技术的任意种控制平行层之间的距离。在一些实施例中，将表面结构施用至吸附介质6的层的表面上，并构造所述表面结构以将吸附介质6的平行层分隔特定距离。例如，在图2D中，来自相邻层的表面结构20(如在区域226中的表面结构)彼此接触，从而调节区域226的尺寸。在一些实施例中，在支承基材(如穿孔通道4)上构造平行层，将类似电荷施加至平行层，从而使层彼此排斥以获得所需间隔。也可在制造过程中或在基材上构造层之时，通过沉积在层之间充当间隔物的原子或化合物而以所需的距离分隔平行层。例如，当使化合物脱氢时，可在所产生的吸附介质6的每一层之间施用分隔原子或分子。在一些实施例中，吸附介质6的平行层由主体材料形成，加热所述主体材料，从而导致主体材料膨胀，并由此允许分隔原子或化合物插入层之间，这防止了主体材料收缩至具有分隔原子或化合物的区域中。吸附介质6的两层之间的距离也可通过层中或两层之间的间隔物中的相变而进行控制，所述相变引发力，所述力足以提供以预定距离隔开层所需的功。可调节层之间的距离，以提供容器2的结构支承、促进向层的传热或从层的传热、允许光通过层之间，用于催化目的和/或用于增湿目的。
通过被吸附至吸附介质6的平行层的表面和表面结构20上，以及通过被吸收至表面结构20中和吸附介质6的层之间的区域中，物质可被装载至吸附介质6中。图3为用于将物质装载至吸附介质6中的方法的流程图。在方框300处，在所述吸附介质的边缘处提供物质。吸附介质6的边缘包括提供通向所述吸附介质的层之间的区域的通道的区域。例如，图1的容器2包括盘形层，且吸附介质6的内边缘15提供通向所述吸附介质的层之间的区域的通道。物质的分子可从吸附介质6的内边缘15装载。
在方框310处，物质的分子被吸附至吸附介质6的层的表面上。如在整个本说明书中所述，当热从吸附介质6传递走时、当将电压施加至吸附介质6时、和/或当增加吸附介质6所经受的压力时，吸附介质6可装载物质。在一些实施例中，催化剂促进或引起物质的装载。
在方框320处，物质的分子被吸附至在吸附介质6的层上构造的表面结构的表面上。例如，物质的分子可被吸附至在所述吸附介质的层的表面上构造的纳米棒的表面上。在方框330处，物质的分子被吸收至所述表面结构中。例如，物质的分子可被吸收至位于吸附介质6的层的表面上的纳米管中。
在方框340处，物质的分子被吸收至吸附介质6的层之间的区域中。在一些实施例中，物质的分子不作为溶气(gas solution)被吸收至吸附介质6的两层之间的区域中，直至分子已以一定密度被吸附至层的表面上，以致于不存在剩余表面用于吸附分子，且装载的剩余分子作为溶气被吸收至两层之间的区域中。在一些实施例中，物质的分子经由吸附介质6的边缘被吸附，并迫使之前吸附的分子进入吸附介质6更深，直至来自新吸附的分子的力迫使之前吸附的分子变得悬浮于所述吸附介质的层之间的区域中，从而成为被吸收的溶气的部分。本领域技术人员将了解，在一些实施例中，在物质的一些分子被吸附之前物质的分子被吸收，或者与物质的分子被吸附的同时物质的分子被吸收。
通过从吸附介质6的平行层的表面和表面结构20上的吸附态解吸，以及通过从表面结构20中和吸附介质6的层之间的区域中的吸收态解吸，物质从吸附介质6卸载。图4为用于从吸附介质6卸载物质的方法的流程图。在方框400处，物质的分子从吸附介质6的层的表面上的吸附态解吸。如在整个本说明书中所述，通过传热至所述吸附介质、通过在所述吸附介质上施加电压(所述电压具有与施加用以装载分子的电压相反的极性)、通过降低吸附介质所经受的压力、和/或通过其他机理(如辐射吸附介质和物理干扰吸附介质)，可卸载已被装载至吸附介质中的分子。
在方框410处，物质的分子从吸附介质6的表面结构的表面上的吸附态解吸。在方框420处，物质的分子从吸附介质6的表面结构中的吸收态解吸。如上所述，不同种类的表面结构能够以不同的速率解吸被吸收物质的分子。例如，在一些实施例中，纳米花状结构比纳米管更快地解吸被吸附物质，所述纳米管仅可能够一次解吸被吸收物质的一个分子。
在方框430处，物质的分子从吸附介质6的层之间的区域的吸收态解吸。在方框440处，被解吸的分子从所述吸附介质的边缘被排出所述吸附介质。在一些实施例中，被吸附并因此与所述吸附介质接触的分子首先被解吸。在一些实施例中，被吸收的分子首先被解吸。然而，在一些实施例中，被吸附于所述吸附介质的层的表面上的分子、被吸附于所述吸附介质的表面结构的表面上的分子、被吸收于表面结构中的分子、以及被吸收于所述吸附介质的层之间的区域中的分子一起被解吸。所述吸附介质通常能够以高容量卸载被装载物质的分子。例如，所述吸附介质可以以类似于电容器卸载储存电荷的方式卸载分子。
B.穿孔通道和安全壳
再次参照图1，通过第一端口10或第二端口11将物质引入容器2中，且所述物质经由穿孔通道4被提供至吸附介质6。在一些实施例中，穿孔通道4为穿孔管。在其他实施例中，穿孔通道4为金属丝布。穿孔通道4可纵向增强容器2，其也可循环流体以冷却或加热吸附介质6。在一些实施例中，容器2包括多于2个端口或少于2个端口。例如，用于储存物质的容器可仅包括一个端口。
吸附介质6装载物质，所述物质通过穿孔通道4中的穿孔而被提供至所述吸附介质的内边缘15。吸附介质6从吸附介质6的内边缘15装载物质的分子。容器2在平行层的外边缘17上包括壳体16以容纳容器2内的体积，这防止了被装载的物质的分子经由平行层的外边缘17逸出所述容器。
壳体16包括低渗透性膜14。合适的膜材料包括石墨箔；包覆的拉深或旋压(spin formed)钛、铝或不锈钢；和电铸镍。各种复合材料也可用于膜，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯和聚烯烃的金属化薄膜。可用于金属化的材料包括铁、铝、钛、铬、镍或喷镀合金。在一些实施例中，膜14为导电的和/或具有高传热能力。
使用高强度粘合剂或扩散钎焊配方将膜14固定至所述吸附材料的平行层的外边缘17。可使用各种粘合剂将膜14固定至平行层的外边缘17，所述粘合剂包括热固性塑料(如环氧树脂(apoxis)、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、有机硅和加成型聚酰亚胺，包括含有硅氧烷的那些)；以及热塑性塑料(如芳族聚酯、不饱和聚酯和聚醚酰亚胺)。外边缘17也可涂布物质以在平行层的外边缘17上扩散结合膜14，所述物质包括例如类金刚石物质。也可使用各种其他碳沉积物以将膜14固定至平行层的外边缘17。
通过使用施用于膜14上方的高强度粗纱、纱或纤维，所述壳体也可在横切穿孔通道4的径向增强件的方向上增强容器2。在一些实施例中，可将纵向波纹(如美国专利No.6,503,584中描述的传热片)施用于所述膜上方。可将轴向增强粗纱施用于传热片上方以在膜14上方分布波状表面的载荷，并同时避免妨碍膜14与所述传热片之间的热交换。
C.热交换
在一些实施例中，从吸附介质6去除热以促进物质的装载，并将热加至吸附介质6以促进吸附介质6已装载的物质的卸载。如上所讨论，吸附介质6的层可由具有热传递的高有效性的材料组成，所述材料能够使热传递至吸附介质6的层以及从吸附介质6的层传递，甚至能够使热传递进出构造于平行层上的表面结构20。
图1所示的容器2包括设计用以传热至吸附介质6以及从吸附介质6传热的各种部件。例如，容器2包括围绕吸附介质6的周边的连续传热管8，所述连续传热管8能够传热至吸附介质6的平行层以及从吸附介质6的平行层传热。在一些实施例中，壳体16包括外壳体19，所述外壳体19保护并绝缘容器2和传热管8，并为吸附介质和传热管8提供结构支承。图5显示了不具有外壳体的容器2的侧视图。传热管8围绕容器2的周边包覆，并直接设置于膜14上。包括冷却元件和加热元件的泵21可将经加热或冷却的氩气、二氧化碳、一氧化碳或另一气体或流体循环通过管8，以将热加入吸附介质6或从吸附介质6去除热。在一些实施例中，还通过将经加热或冷却的气体或液体经过穿孔通道4而将热传递至吸附介质6以及从吸附介质6传递热。
也可使用其他方法将热施加至吸附介质6。在一些实施例中，可将另外的管构造于所述容器内，热交换流体或气体经过所述另外的管。在一些实施例中，将电阻加热元件构造于所述容器内以传热至吸附介质6。在一些实施例中，容器2的壳体16和膜14为基本上透明的，允许光进入容器2并接触光活性的表面结构20，从而加热表面结构和吸附介质6的层。在一些实施例中，将光活性元件置于平行层的外边缘17之间以接收最大量的光。
D.压力变化
在一些实施例中，通过变换容器内的压力而将物质装载至所述吸附介质或从所述吸附介质卸载。回到图1，在一些实施例中，通过如下方式调节容器2内的压力：关闭第二阀18，并通过第一端口10泵送物质，直至容器内的压力增加至吸附介质6开始装载所述物质的点。在一些实施例中，在高压管道内连接容器2，从而使所述容器内的压力保持足够高，使得吸附介质6可装载通过容器2的物质的一些或所述物质的特定组分。如在整个详细描述中更详细地讨论的，仅装载物质的特定化合物的容器2可用作过滤器。
也可通过如下方式调节容器2内的压力：在高压下将物质储存在吸附介质6内，并打开第一阀13或第二阀18以降低容器2内的压力。例如，可在高压下将天然气装载至容器2内，并可打开第二阀18以降低容器2内的压力，从而使吸附介质6卸载所述天然气。在一些实施例中，通过第一阀13将物质装载至容器2内，并将第二阀18部分关闭，从而阻碍所述物质流过容器2，增加容器2内的压力，并使吸附介质6装载所述物质中的一些。在一些实施例中，通过将电荷施加至吸附介质6而引起压力变化。
E.电势
在一些实施例中，将电压施加至吸附介质6的层上，以促进物质的装载或卸载。当将电压施加至吸附介质6时，相比于未施加电压时，吸附介质6可更快地装载物质、装载物质的不同化合物、在更低的温度或压力下装载物质、和/或将更多的物质装载至层之间的区域中，由此增加容器2的储存密度。
图6A为包括电源供应器601的容器2的示意性横截面侧视图，所述电源供应器601包括电路和电源，所述电源可被连接至容器2以将电压施加至吸附介质6的平行层中的至少一些。膜14由导电材料(如石墨烯)组成。电源供应器601的第一末端605电连接至膜14。穿孔通道4也由导电材料(如钛、Monel 400或铜)组成。第二末端606电连接至穿孔通道4。由介电材料组成的垫圈602将膜14和穿孔通道4电气性分隔。膜14电连接至吸附介质6，同样地，穿孔通道4电连接至吸附介质6的平行层的内边缘15中的每一个。因此，电荷被施加至吸附介质6的平行层的每一个上。
在一些实施例中，所述膜通过各种电路608电连接至吸附介质6的层，从而使得当在膜14和穿孔通道4之间施加电压时不同的电压被施加至吸附介质6的不同层上。在一些实施例中，电路608被构造于膜14和吸附介质6之间。在一些实施例中，电路608作为膜14的部分或在所述膜外部构造。图6B为根据所述技术的实施例的容器的区域610的放大示意性横截面侧视图。电路608包括将膜14连接至吸附介质6的至少一些层的各种部件。例如，导电元件620将膜14电连接至所述吸附介质的一些层而不电连接至吸附介质6的其他层，从而在电连接至膜14的吸附介质的层之间产生带电区域613，并在未电连接至膜14的吸附介质的层之间产生不带电区域611。
在一些实施例中，在吸附介质6的多个层上施加电荷梯度。例如，可在吸附介质6的20个相邻层上施加电荷梯度，其中每一层具有施加至其上的少于下一相邻层的电荷。当从一组物质中过滤一种或多种特定物质时，电荷梯度是有用的。例如，如果在20个连续层上施加电荷梯度，并将物质引入容器2中，则具有高介电强度的物质的特定组分将被装载至电荷梯度的中间，在电荷梯度的中间处电荷梯度最强。因此具有低介电强度的物质的特定组分将被装载至电荷梯度的端部，在电荷梯度的端部处电荷梯度最弱。作为实施实例，如果当施加电荷梯度时将氮和氢装载至所述吸附介质，则氮将被装载至所述梯度的中间，且氢将被装载至所述梯度的任一侧。
为了施加电荷梯度，在一些实施例中，在所述膜与吸附介质6的每一层之间构造具有不同电阻值的电阻器。图6C为根据所述技术的实施例的容器的区域610的放大示意性横截面侧视图。电路608包括将膜14连接至吸附介质6的至少一些层的各种部件。第一电阻器624具有第一阻抗，第二电阻器625具有第二阻抗，第三电阻器626具有第三阻抗，第四电阻器627具有第四阻抗，第五电阻器628具有第五阻抗，且第六电阻器630具有第六阻抗。所述电阻器将膜14连接至吸附介质6的平行层22。所述第一阻抗大于所述第二阻抗，所述第二阻抗大于所述第三阻抗，所述第三阻抗大于所述第四阻抗，等等。因此，当将电荷施加至膜14时，相比于经由第五电阻器628连接至膜14的吸附介质的层，经由第六电阻器630连接至膜14的吸附介质的层经受更高的电压。在所示的层22中，经由第一电阻器624连接至膜14的吸附介质的层将经受最低的电压。在一些实施例中，吸附介质6的层可通过介电材料电气性分隔。
在一些实施例中，所述电源供应器被构造为向容器2提供第一极性的电压，其也被构造为向所述容器提供相反极性的电压。例如，构造所述电源供应器，使得第一末端605可为阴极且第二末端606可为阳极以装载所述吸附介质，而且第一末端605可变换为阳极且第二末端606可变换为阴极以卸载所述吸附介质。
F.催化剂
在一些实施例中，将催化剂施用至所述平行层以促进物质的装载或卸载，或者催化化学反应。返回至图1，可将催化剂施用至吸附介质6的层的表面上(即在层的面向相邻层的表面上)，或仅施用至所述层的边缘上。在一些实施例中，在构造与吸附介质6的第一层相邻的吸附介质6的第二层之前，用催化剂涂布所述第一层。在一些实施例中，仅将催化剂施用至吸附介质6的内边缘15或外边缘17。
在一些实施例中，催化剂促进特定物质装载至吸附介质6中，和/或使待装载的物质更快或更密集地装载至吸附介质6中。例如，可在吸附介质的平行层的内边缘15处提供包括氢和甲烷的物质。可将催化剂施用至所述平行层的内边缘15上，并使所述平行层装载氢而不是甲烷，所述催化剂包括折射碳化物，如碳化钛或碳化铁(例如Fe3C)。因此，氢可从所述物质过滤。作为另一例子，可将由48％的铁、49％的钛和3％的钇组成的催化剂施用至吸附介质6以促进从天然气中装载氢。
在一些实施例中，催化剂催化两种化合物之间的化学反应，且所述反应的产物被装载至吸附介质6中。例如，可使用电离紫外辐射或感应火花由空气制得臭氧。可使用施用至吸附材料的层的内边缘15的催化剂(如氧化铬)使臭氧与甲烷反应，从而制得氧和甲醇，所述氧和甲醇中的任一种被吸附介质6装载。在一些实施例中，所述反应的第二产物经过容器2并离开第二端口11，而在其他实施例中，所述第二产物的至少一部分也被吸附介质6装载。在一个实例中，提供至吸附介质6的层的内边缘15的物质含有甲烷和水，并将碳化铁催化剂施用至吸附介质6的层的内边缘15上。将能量施加至吸附介质6，从而引起甲烷和水之间的化学反应，所述化学反应产生甲醇和水。然后所述吸附介质装载甲醇和水。
在一些实施例中，当所述容器用作过滤器时，所述容器必须为周期性断开的，以使得被装载的物质可从容器2中排空。例如，如果将二氧化碳从甲烷气体流中过滤，则吸附介质6可变得被二氧化碳饱和，并且在可将更多的二氧化碳从所述甲烷气体中过滤之前，可能需要从吸附介质6去除二氧化碳。
可将各种催化剂施用至吸附介质6的边缘以促进化学反应。例如，合适的催化剂包括锰促进的铜、锌、或氧化锆；铜或锌掺杂和促进的锆或锰；锰掺杂的铜、锌或锆；或者铁、锰、镍、铬、钒和其他过渡金属的氧化物。
G.逆流过滤器
图7为过滤器700的示意性横截面侧视图，所述过滤器700可连续过滤物质流而不需要卸载被装载的物质。过滤器700被构造于管702中，并包括由吸附材料的平行层组成的吸附介质708。所述平行层形状类似盘，因此，过滤器700包括内部区域710和外部区域706，所述内部区域710由所述平行层的内边缘726构架，所述外部区域706由吸附介质708的平行层的外边缘728和管702内的管704构架。管702用作在管702和管704之间的空间中的空气或耐火绝缘的安全壳屏蔽。在一些实施例中，穿孔通道711沿着所述平行层的内边缘726构造。吸附介质708的层可由关于容器2如上所讨论的任何材料组成，并可使用如上所讨论的任何方法制备和构造吸附介质708的层。在一些实施例中，可将膜(未绘出)施用至吸附材料708的平行层的外边缘728上。在一些实施例中，将催化剂施用至吸附材料的平行层的内边缘726上，或施用至这些层的表面上。在一些实施例中，将催化剂施用至所述吸附材料的平行层的外边缘728上，以促进在外区域706处的化学反应。在一些实施例中，电阻加热元件712包括于管704内。
在一些实施例中，将穿孔通道711连接至结构支承件，所述结构支承件协助将过滤器700悬挂于管702内。图8为根据所述技术的实施例构造的过滤器700的等距视图。穿孔通道711延伸超出吸附介质708，并在穿孔通道711和管704的内部之间构造支承构件830(为了清晰的目的，示于图8中的管704为透明的，且未显示管702)。支承构件830协助支承吸附介质708，以使得吸附介质708可悬挂于管704内。
再次参照图7，当物质的特定组分被吸附介质708从内部区域711装载且物质的剩余部分从过滤器700排出时，过滤器700过滤物质。内部区域710从过滤器700的第一端722接收物质718，并使经过滤的物质720经过过滤器700的第二端724。外部区域706在过滤器700的第二端724上接收反应物714，并使化学反应的产物716经过过滤器700的第一端722。当物质718进入穿孔通道711时，物质718的特定组分被所述吸附介质装载。被装载的物质向所述平行层的外边缘728径向行进，被所述吸附介质装载的每个另外的分子将在先装载的分子进一步推向外边缘728。当被装载的分子到达吸附介质708的外边缘728时，化学反应在所述分子和反应物714之间发生，所述化学反应由施用于吸附介质的平行层的外边缘上的催化剂促进。
在一些实施例中，过滤器700被构造于内燃机的排气通道中并充当逆流热交换器，并用于从发动机的废气中产生有用的化合物。从过滤器700的内部区域710中的过滤器700的第一端722供给来自内燃机的废气。从外部区域706中的过滤器的第二端724供给甲烷，所述甲烷可从可再生原料提供。在运行中，可将通常通过散热器排出的热加至过滤器700，在所述过滤器700中需要热用于吸热反应。例如，在甲烷进入外部区域706之前，可将所述热加至所述甲烷。电阻加热元件712也可加热所述甲烷。过滤器700的吸附介质708吸收存在于废气中的蒸汽。水分子被径向向外推向吸附介质708的外边缘728。吸附介质708的外边缘728可包括催化剂，如由48％的铁、49％的钛和3％的钇组成的合金。在催化剂的位点处热、甲烷和水的组合引起由等式1所描述的化学反应。
CH4+H2O+热--＞CO+3H2      (1)
所得一氧化碳和氢通过外部区域706而离开过滤器700的第一侧722，并可被储存或立即用作燃料。来自发动机的废气(不包括被吸附介质708装载的水)通过过滤器700的第二侧724而离开所述过滤器。剩余废气可被储存或进一步过滤。例如，所述废气可包括氩气，在所述废气离开过滤器700之后，所述氩气可被过滤或储存于容器中。
在一些实施例中，物质718的特定部分被吸附介质708装载，并被卸载离开吸附介质708的外边缘728而不成为化学反应中的反应物。相反，被吸附介质708装载的物质718的特定部分经过另一系统，丢弃或储存。同样地，经过滤的物质720可被丢弃、储存或在别处使用。在一些实施例中，所述过滤器的第一端722和第二端724包括喷嘴，所述喷嘴从产物716中分离物质718，并从经过滤的物质720中分离反应物714。
在一些实施例中，过滤器700包括各种传热部件以将热传递至吸附介质708和从吸附介质708传递热，以协助物质的装载或卸载，或者促进化学反应。过滤器700可包括如上所述的任何传热部件，包括例如电阻加热元件或泵送经加热或冷却的气体或液体的热交换管。类似地，在一些实施例中，过滤器700包括将电势施加至吸附介质708以促进物质的装载或卸载的部件。过滤器700可包括用于将电势施加至吸附介质700的层的如上所述的任何部件。另外，可在比引入外部区域706中的反应物的压力大得多的压力下将物质718引入内部区域710中，从而产生压力差以使吸附介质708装载物质718的组分。储存材料的平行层也可包括各种表面结构，例如如上所述的那些。
H.用于装载和卸载容器的系统
图9显示了连接至系统900的容器2的横截面侧视图，所述系统900通过穿孔通道4供应物质以将其装载至吸附介质6中，使经加热或冷却的气体或液体经过穿孔通道4以将热传递至吸附介质6和从吸附介质6传递热，以促进所述物质的装载或卸载，并将容器2的输出端口连接至另外的系统或装置，被释放的物质可供应至所述另外的系统或装置。
可打开阀7以允许物质(如氢或天然气)流入容器2中以被吸附介质6装载。传热管8通过循环比吸附介质6更冷的气体或液体而从吸附介质6去除热。当阀7打开且吸附介质6被冷却时，吸附介质6装载所述物质。如上所解释，在一些实施例中，吸附介质6包括表面结构。在一些实施例中，所述物质在进入容器6之前被冷却。在一些实施例中，所述物质与经冷却的传热物质混合，以促进所述物质的装载。例如，冷却部件36可被构造为将传热物质冷却至比吸附介质6的温度更低的温度，且经冷却的传热物质可被循环通过具有待装载的物质的穿孔通道4。
如果被加热，则吸附介质6可卸载被装载的物质。如以前，可通过使比吸附介质6更热的液体或气体经过传热管8而加热吸附介质6。另外，可通过使经加热的气体或液体经过穿孔通道4而加热吸附介质6。系统900包括将能量供应至热交换器34的发生器40，所述热交换器34加热气体或液体，所述气体或液体随后循环通过穿孔通道4。例如，热交换器34可加热氩气、二氧化碳、一氧化碳或另一热交换物质，所述氩气、二氧化碳、一氧化碳或另一热交换物质随后可被泵送通过穿孔通道4以加热吸附介质6。当在被加热时吸附介质6卸载被装载的物质时，所述物质可与循环的热交换物质混合。在一些实施例中，通过将被装载的物质的卸料导入穿孔通道4的中心管(未绘出)或导入周边区域，容器2防止被装载的物质与循环的热交换物质混合。
在其中物质的确混合的实施例中，可在所述混合物从容器2中排出之后过滤所述混合物。当所述混合物从所述容器排出时，所述混合物经过容器2的第二端口11，并可被递送通过过滤器30以纯化所述混合物，所述过滤器30由微过滤器或膜42组成。合适的微过滤器和膜包括有机膜(如选择诸如通过产生电荷而制得的离子渗透聚合物的聚合物以引发物质释放)和无机膜(如钯、PdAg或铁、钛、铜和铼的合金)。可将被卸载的物质或者被释放的物质与热交换物质的混合物供应至其他系统和/或储存装置(包括燃料电池32、火花喷射系统9(通过四通阀48和阀38))，或者通过四通阀48供应至热交换器34，在所述热交换器34处所述被卸载的物质或者被释放的物质与热交换物质的混合物被加热至更高的温度并返回经过穿孔通道4。所述混合物也可通过另一端口(未显示)通到系统900的外部。例如，可将被卸载的物质或混合物递送至管道或另一系统。
如上描述了各种装置和方法以促进在吸附介质中装载物质。例如，可将热传递至吸附介质和从吸附介质传递热、可将电荷施加至吸附介质的层、或者可改变容器内的压力或吸附介质的区域之间的压力，所有这些均可促进将物质装载至所述吸附介质中。尽管一些实施例描述为仅采用一种所述方法来促进物质的装载或卸载，但本领域技术人员将了解可同时采用超过一种装载或卸载方法。例如，可冷却所述吸附介质的层以装载物质，并可将电荷施加至层以增加物质的分子的装载速率。
在一些实施例中，可将超声振动施用于容器的吸附介质或过滤器，以促进物质的装载或卸载。类似地，在一些实施例中，选择性辐射所述吸附介质以促进物质的装载或卸载。
此外，尽管吸附介质的各种实施例描述为具有特定形状，如盘状，但本领域技术人员将了解所述吸附介质可包括其他形状。例如，所述吸附介质可包括吸附材料的平行矩形层。在一些实施例中，将物质提供至矩形层的第一边缘，在所述第一边缘处所述矩形层装载所述物质，且所述矩形层在层的第二边缘处卸载所述物质，在所述第二边缘处所述物质可为化学反应中的反应物。
所述技术的一个优点在于其允许诸如天然气和氢的气体以可相比于烃类的能量密度进行储存。
所述技术的另一优点在于废弃产物(如发动机的废气)可被过滤并与另一化合物反应以制得有用且可再生的化合物。
所述技术的另一优点在于可在将要消耗燃料的位置制备、过滤和储存燃料，从而消除了将燃料从燃料源经过较长距离运输至将要消耗燃料的位置的需要。
根据前述，应了解为了说明的目的在本文描述了本发明的具体实施例，但在不偏离本发明的精神和范围下可进行各种修改。因此，除了通过所附权利要求书进行限制之外，不限制本发明。

Claims (13)

1.一种用于装载物质的装置，所述装置包括：
吸附材料的第一层；和
所述吸附材料的第二层，其中：
所述吸附材料的第二层被构造为平行于所述吸附材料的第一层，
所述吸附材料的第一层和第二层分隔一定距离，所述距离能够使物质被装载于所述吸附材料的第一层和第二层之间，
通过将所述物质的一部分吸附至所述第一层和/或所述第二层的表面上以及将所述物质的一部分吸收至所述第一层和所述第二层之间的区域中，所述距离能够使所述物质被装载于所述吸附材料的第一层和第二层之间，以及
所述第一层和所述第二层中的至少一个，包括在所述层的表面上取向的表面结构，其中所述表面结构由与所述吸附材料的第一层和第二层不同的材料组成，以及
所述表面结构由氮化硼组成以及所述吸附材料的第一层和第二层由石墨烯组成。
2.一种用于装载物质的装置，所述装置包括：
多个层的第一层、第二层、第三层，以及第四层，其中每层均由吸附材料制成；其中：
所述第二层被构造为平行于所述第一层，
所述第一层和第二层分隔第一距离，所述距离能够使物质被装载于所述第一层和第二层之间，并且
其中，通过将所述物质的一部分吸附至所述第一层和/或所述第二层的表面上以及将所述物质的一部分吸收至所述第一层和所述第二层之间的区域中，所述第一距离能够使所述物质被装载于所述第一层和第二层之间，以及
平行于所述第一层和第二层构造的所述吸附材料的第三层和所述第四层，其中所述第三层和第四层分隔第二距离，所述第二距离不同于所述第一距离；
其中，所述多个层包括第一相邻层和第二相邻层，并且所述第一相邻层的表面结构的至少之一与所述第二相邻层的表面结构的至少之一相接触。
3.一种用于装载物质的装置，所述装置包括：
包括至少一个端口的膜，其中所述膜为透明的，且吸附材料的第一层具有与光活性元件热连通的强能力；
吸附材料的第一层；和
所述吸附材料的第二层，其中：
所述膜围绕所述吸附材料的第一层和第二层，
所述吸附材料的第二层被构造为平行于所述吸附材料的第一层，
所述吸附材料的第一层和第二层分隔第一距离，所述距离能够使物质被装载于所述吸附材料的第一层和第二层之间，且
通过将所述物质的一部分吸附至所述第一层和/或所述第二层的表面上以及将所述物质的一部分吸收至所述第一层和所述第二层之间的区域中，所述物质被装载于所述吸附材料的第一层和第二层之间。
4.一种用于装载物质的装置，所述装置包括：
包括至少一个端口的膜；
吸附材料的第一层；和
所述吸附材料的第二层，其中：
所述膜围绕所述吸附材料的第一层和第二层，
所述吸附材料的第二层被构造为平行于所述吸附材料的第一层，
所述吸附材料的第一层和第二层分隔一定距离，所述距离能够使物质被装载于所述吸附材料的第一层和第二层之间，
通过将所述物质的一部分吸附至所述第一层和/或所述第二层的表面上以及将所述物质的一部分吸收至所述第一层和所述第二层之间的区域中，所述物质被装载于所述吸附材料的第一层和第二层之间，
所述第一层和所述第二层中的至少一个包括在所述层的表面上取向的表面结构，
所述表面结构由与所述吸附材料的第一层和第二层不同的材料组成，以及
所述表面结构由氮化硼组成，所述吸附材料的第一层和第二层由石墨烯组成。
5.一种用于装载物质的装置，所述装置包括：
包括至少一个端口的膜；
多个层的第一层、第二层、第三层，以及第四层，其中每层均由吸附材料制成；
其中：
所述膜围绕所述第一层和第二层，
所述第二层被构造为平行于所述第一层，
所述吸附材料的第一层和第二层分隔第一距离，所述距离能够使物质被装载于所述第一层和第二层之间，且
通过将所述物质的一部分吸附至所述第一层和/或所述第二层的表面上以及将所述物质的一部分吸收至所述第一层和所述第二层之间的区域中，所述物质被装载于所述第一层和第二层之间，以及
平行于所述第一层和第二层构造的所述第三层和所述第四层，其中所述第三层和第四层分隔第二距离，所述第二距离不同于所述第一距离；
其中，所述多个层包括第一相邻层和第二相邻层，并且所述第一相邻层的表面结构的至少之一与所述第二相邻层的表面结构的至少之一相接触。
6.一种用于将物质装载和卸载至吸附介质中的系统，所述系统包括：
容器，所述容器包括
端口；
吸附介质，其中所述吸附介质包括吸附材料的平行层；和
围绕吸附介质的周边的传热管；
传热部件，所述传热部件被构造为将热交换物质循环通过所述端口并进入所述容器；以及
阀，当所述阀打开时，其允许物质流过所述端口并进入所述容器以被装载至所述吸附介质中，其中当所述物质装载至所述吸附介质中时，所述物质的至少一些分子被吸附至所述吸附介质的层的表面上，且所述物质的分子中的至少一些被吸收至所述吸附介质的平行层之间的区域中。
7.根据权利要求6所述的系统，其还包括过滤器，所述过滤器过滤从所述端口排出的物质。
8.根据权利要求6所述的系统，其还包括燃料电池，所述燃料电池接收从所述吸附介质卸载的物质。
9.根据权利要求6所述的系统，其还包括表面结构，所述表面结构位于所述吸附介质的平行层的层的表面上。
10.根据权利要求6所述的系统，其中所述吸附材料的平行层提供导电性，并构造所述容器以使得电荷被施加至所述吸附材料的平行层。
11.根据权利要求6所述的系统，其中所述吸附材料的平行层具有热传递的高有效性，且其中热可经由所述端口传递至所述吸附介质中。
12.根据权利要求6所述的系统，其中所述吸附材料的平行层提供导电性，并构造所述容器以使得电荷梯度被施加至所述吸附材料的平行层。
13.根据权利要求10所述的系统，其中将第一极性的电压施加至所述吸附材料以装载所述物质，并将第二极性的电压施加至所述吸附材料以卸载所述物质。
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