CN107077893B - 产生电能和热能中的至少一种的动力系统 - Google Patents

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Abstract

产生电能和热能中的至少一种的动力系统。本发明提供一种用于等离子体电源的固体或液体燃料，其提供电力和热能中的至少一种，该等离子体电源包括：(i)至少一个反应电池，(ii)化学燃料混合物，其包括至少两种选自以下的成分：H2O催化剂来源或H2O催化剂；原子氢来源或原子氢；用于形成该H2O催化剂来源或H2O催化剂和原子氢来源或原子氢的反应物；一种或更多种用于引发该原子氢的催化的反应物；以及使该燃料具有高导电性的材料，(iii)诸如轨道枪弹粒喷射器的燃料喷射系统，(iv)至少一组约束该燃料的电极，以及电源，(v)产物回收系统，(vi)燃料造粒机或弹粒制造器，以及(vii)能够将该电池的高功率光输出转换成电力的能量转换器。

Description

产生电能和热能中的至少一种的动力系统
相关申请的交叉引用
本申请要求保护以下美国临时申请的权益，2014年5月29日提交的No.62/004883；2014年6月13日提交的No.62/012193；2014年6月24日提交的No.62/016540；2014年7月7日提交的No.62/021699；2014年7月11日提交的No.62/023586；2014年7月20日提交的No.62/026698；2014年8月14日提交的No.62/037152；2014年8月22日提交的No.62/041026；2014年10月2日提交的No.62/058844；2014年10月24日提交的No.62/068592；2014年11月24日提交的No.62/083029；2014年12月4日提交的No.62/087234；2014年12月15日提交的No.62/092230；2015年2月6日提交的No.62/113211；2015年3月31日提交的No.62/141079；2015年4月17日提交的No.62/149501；2015年5月9日提交的No.62/159230以及2015年5月22日提交的No.62/165340，其全部通过引用并入于此。
技术领域
本公开涉及动力产生(power generation)领域，并且具体来说，涉及用于产生动力的系统、装置，以及方法。更具体地说，本公开的实施方式致力于动力产生装置和系统，以及相关方法，其产生光能量(optical power)、等离子体，和热能，并经由光-电能量转换器(electric power converter)、等离子体-电能量转换器、光子-电能量转换器或者或热-电能量转换器产生电力。另外，本公开的实施方式描述了使用水或水类燃料来源的点燃，从而利用光伏能量转换器(power converter)来产生光能量、机械能量、电能量和/或热能的系统、装置和方法。这些和其它相关实施方式在本公开中进行了详细描述。
背景技术
动力的产生可采取许多形式，利用来自等离子体的能量。等离子体的成功商业化可取决于能够有效形成等离子体并随后捕集所产生的等离子体的能量的动力产生系统。
发明内容
等离子体可在某些燃料点燃过程中形成。这些燃料可包括水或水类燃料来源。在点燃期间，形成剥离电子的原子的等离子体云，并且可以释放高光能量。等离子体的高光能量可以被本公开的电转换器利用。离子和激发态原子可以复合并经历电子弛豫以发射光能量。该光能量可以用光伏转换成电能。
本公开的某些实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：多个电极，所述多个电极被设置成向燃料输送动力，以点燃该燃料并且生成等离子体；电源，该电源被设置成向所述多个电极输送电能；以及被定位成接收至少多个等离子体光子的至少一个光伏能量转换器。
在一个实施方式中，本公开涉及一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
能够具有低于大气压的压力的至少一个容器；
包括反应物的弹粒，该反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种H2O来源或H2O；
c)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
d)导体和导电性基质中的至少一种；
包括至少一个增强轨道枪的至少一个弹粒喷射系统，其中，所述增强轨道枪包括分离的带电轨道和生成垂直于所述轨道的平面的磁场的磁体，并且所述轨道之间的电路开路，直到通过所述弹粒与所述轨道接触而闭合为止；
至少一个点燃系统，以使所述弹粒形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一个，至少点燃系统包括：
a)用于约束所述弹粒的至少一组电极；和
b)用于递送短脉冲高电流电能的电源；
其中，所述至少一组电极形成开路，其中，所述开路通过喷射所述弹粒而闭合，以使高电流流动从而实现点燃，并且用于递送短脉冲高电流电能的电源包括以下中的至少一种：
被选择以引起具有在100A至1000000A、1kA至100000A、10kA至50kA中的至少一个的范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压；
在100A/cm2至1000000A/cm2、1000A/cm2至100000A/cm2和2000A/cm2至50000A/cm2中的至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度；
所述电压由所述固体燃料或高能材料的电导率确定，其中，所述电压由所需电流乘以所述固体燃料或高能材料的电阻得到；
所述DC或峰值AC电压在0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一个范围内，且
所述AC频率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一个的范围内。
用于回收所述反应物的反应产物的系统，其包括重力和增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一个，该增强等离子体轨道枪回收系统包括提供磁场的至少一个磁体和所述点燃电极的矢量交叉电流分量；
至少一个再生系统，该至少一个再生系统根据所述反应产物再生附加反应物并且形成附加弹粒，其包括造粒机，该造粒机包括用于形成熔融反应物的熔炉、用于将H2和H2O添加至所述熔融反应物的系统、熔体滴管，以及用于形成弹粒的储水器，
其中，所述附加反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种H2O来源或H2O；
c)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
d)导体和导电性基质中的至少一种；以及
光和热输出至电力和/或热能中的至少一种的至少一个能量转换器或输出系统，其包括由光伏转换器、光电子转换器、等离子体动力转换器、热离子转换器、热电转换器、斯特林发动机、布雷顿循环发动机、兰金循环发动机和热力发动机，以及加热器所构成的组中的至少一个或更多个。
在另一实施方式中，本公开涉及一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
能够具有低于大气压的压力的至少一个容器；
包括反应物的弹粒，所述反应物包括银、铜、吸收氢，以及水中的至少一种；
包括至少一个增强轨道枪的至少一个弹粒喷射系统，其中所述增强轨道枪包括分离的带电轨道和生成垂直于所述轨道的平面的磁场的磁体，并且所述轨道之间的电路开路，直到通过所述弹粒与所述轨道接触而闭合为止；
至少一个点燃系统，以使所述弹粒形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一个，至少点燃系统包括：
a)用于约束所述弹粒的至少一组电极；和
b)用于递送短脉冲高电流电能的电源；
其中，所述至少一组电极被分离以形成开路，其中，所述开路通过喷射所述弹粒而闭合，以使高电流流动从而实现点燃，并且用于递送短脉冲高电流电能的电源包括以下中的至少一种：
被选择以引起具有在100A至1000000A、1kA至100000A、10kA至50kA中的至少一个的范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压；
在100A/cm2至1000000A/cm2、1000A/cm2至100000A/cm2和2000A/cm2至50000A/cm2中的至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度；
所述电压由所述固体燃料或高能材料的电导率确定，其中，所述电压由所需电流乘以所述固体燃料或高能材料的电阻得到；
所述DC或峰值AC电压在0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一个范围内，且
所述AC频率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一个的范围内；
用于回收所述反应物的反应产物的系统，其包括重力和增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一个，该增强等离子体轨道枪回收系统包括提供磁场的至少一个磁体和所述点燃电极的矢量交叉电流分量；
至少一个再生系统，该至少一个再生系统根据所述反应产物再生附加反应物并且形成附加弹粒，其包括造粒机，该造粒机包括用于形成熔融反应物的熔炉、用于将H2和H2O添加至所述熔融反应物的系统、熔体滴管，以及用于形成弹粒的储水器，
其中，所述附加反应物包括银、铜、吸收氢，以及水中的至少一种；
包括聚光器紫外光伏转换器的至少一个能量转换器或输出系统，其中，所述光伏电池包括选自III族氮化物、GaAlN、GaN以及InGaN中的至少一种化合物。
在另一实施方式中，本公开涉及一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
至少一个容器；
包括反应物的弹粒，该反应物包括：
e)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
f)至少一种H2O来源或H2O；
g)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
h)导体和导电性基质中的至少一种；
至少一个弹粒喷射系统；
至少一个弹粒点燃系统，以使所述弹粒形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一个；
用于回收所述反应物的反应产物的系统；
至少一个再生系统，该至少一个再生系统根据所述反应产物再生附加反应物，并且形成附加弹粒，
其中，所述附加反应物包括：
e)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
f)至少一种H2O来源或H2O；
g)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
h)导体和导电性基质中的至少一种；以及
光和热输出至电力和/或热能中的至少一种的至少一个能量转换器或输出系统。
在另一实施方式中，本公开涉及一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
至少一个容器；
包括反应物的浆料，该反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种H2O来源或H2O；
c)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
d)导体和导电性基质中的至少一种；
至少一个浆料喷射系统，其包括旋转辊电极，所述旋转辊电极包括旋转浆料泵；
至少一个浆料点燃系统，以使所述弹粒形成发光等离子体；
用于回收所述反应物的反应产物的系统；
至少一个再生系统，该至少一个再生系统根据所述反应产物再生附加反应物，并且形成附加浆料，
其中，所述附加反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种H2O来源或H2O；
c)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
d)导体和导电性基质中的至少一种；以及
光和热输出至电力和/或热能中的至少一种的至少一个能量转换器或输出系统。
本公开的某些实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：多个电极，所述多个电极被设置成向燃料输送动力，以点燃该燃料并且生成等离子体；电源，该电源被设置成向所述多个电极输送电能；以及被定位成接收至少多个等离子体光子的至少一个光伏能量转换器。
在一个实施方式中，本公开涉及一种产生直接电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
至少一个容器；
反应物，该反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种原子氢来源或原子氢；
c)导体和导电性基质中的至少一种；和
至少一组用于限域分数氢反应物的电极，
用于输送短脉冲高电流电能的电源；
重载系统；
至少一个用于由反应产物再生初始反应物的系统，和
至少一个等离子体能量转换器或至少一个光伏转换器。
在一个示例性实施方式中，一种生成电力的方法，该方法可以包括以下步骤：向多个电极之间的区域供应燃料；使所述多个电极通电，点燃所述燃料，以形成等离子体；利用光伏能量转换器将多个等离子体光子转换成电力；以及输出该电力的至少一部分。
在另一示例性实施方式中，一种生成电力的方法，该方法可以包括以下步骤：向多个电极之间的区域供应燃料；使所述多个电极通电，点燃所述燃料，以形成等离子体；利用光伏能量转换器将多个等离子体光子转换成热能；以及输出热能的至少一部分。
在本公开一实施方式中，一种产生动力的方法，该方法可以包括以下步骤：将一定量燃料输送至燃料装载区，其中，所述燃料装载区位于多个电极间；通过对所述多个电极施加至少约2000A/cm2的电流，使所述电流流过所述燃料来点燃所述燃料，从而产生等离子体、光和热中的至少一种；在光伏能量转换器中接收所述光的至少一部分；利用所述光伏能量转换器将所述光转换成不同形式的动力；以及输出所述不同形式的动力。
在一附加实施方式中，本本公开致力于提供一种水电弧等离子体动力系统，该系统包括：至少一个封闭的反应容器；反应物，其包含H2O来源和H2O中的至少一种；至少一组电极；用于传递所述H2O的初始高击穿电压并提供后续高电流的电源；和热交换器系统，其中，所述动力系统产生电弧等离子体、光和热能，以及至少一个光伏能量转换器。
本公开的某些实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：至少约2000A/cm2或者至少约5000kW的电源；电耦接至所述电源的多个电极；被设置成接收固体燃料的燃料装载区，其中，所述多个电极被设置成向所述固体燃料输送电力以生成等离子体；以及被定位成接收通过所述反应产生的等离子体、光子，和/或热的至少一部分的等离子体能量转换器、光伏能量转换器，以及热-电力转换器中的至少一个。其它实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：多个电极；燃料装载区，该燃料装载区位于所述多个电极之间并且被设置成接收导电性燃料，其中，所述多个电极被设置成将足够的电流施加至所述导电性燃料，以点燃所述燃料，从而产生等离子体和热能中的至少一种；用于将所述导电性燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；和用于将所述等离子体光子转换成一种形式的动力的光伏能量转换器，或者用于将所述热能转换成包含电或机械能的非热形式动力的热-电转换器。另一些实施方式致力于提供一种产生动力的方法，该方法包括以下步骤：将一定量燃料输送至燃料装载区，其中，所述燃料装载区位于多个电极间；通过对所述多个电极施加至少约2000A/cm2的电流，使所述电流流过所述燃料来点燃所述燃料，从而产生等离子体、光和热中的至少一种；在光伏能量转换器中接收所述光的至少一部分；利用所述光伏能量转换器将所述光转换成不同形式的动力；以及输出所述不同形式的动力。
附加实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：至少约5000kW的电源；多个隔开的电极，其中，所述多个电极至少部分地包围燃料，电连接至所述电源，配置为接收电流从而点燃所述燃料，并且所述多个电极中的至少一个为可移动的；用于移动所述燃料的输送机构；和配置为将由所述燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的光伏能量转换器。另外，本发明提供了一种动力产生系统，其包括：至少约2000A/cm2的电源；多个隔开的电极，其中，所述多个电极至少部分地包围燃料，电连接至所述电源，配置为接收电流从而点燃所述燃料，并且所述多个电极中的至少一个为可移动的；用于移动所述燃料的输送机构；和配置为将由所述燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的光伏能量转换器。
另一些实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：至少约5000kW或者至少约2000A/cm2的电源；多个隔开的电极，其中，所述多个电极中的至少一个包括压缩机构；配置为接收燃料的燃料装载区，其中，所述燃料装载区由所述多个电极包围，以致所述至少一个电极的所述压缩机构朝向所述燃料装载区取向，并且其中，所述多个电极电连接至所述电源且配置为向所述燃料装载区中接收的燃料供电从而点燃所述燃料；用于将所述燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；和配置为将由所述燃料点燃产生的光子转换成非光子形式动力的光伏能量转换器。本公开的其它实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：至少约2000A/cm2的电源；多个隔开的电极，其中，所述多个电极中的至少一个包括压缩机构；被设置成接收燃料的燃料装载区，其中，所述燃料装载区由所述多个电极包围，以致所述至少一个电极的所述压缩机构朝向所述燃料装载区取向，并且其中，所述多个电极电连接至所述电源且配置为向所述燃料装载区中接收的燃料供电从而点燃所述燃料；用于将所述燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；和配置为将由所述燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的等离子体能量转换器。
本公开的实施方式还致力于提供一种动力产生系统，其包括：多个电极；燃料装载区，该燃料装载区被所述多个电极包围并且被设置成接收燃料，其中，所述多个电极被设置成点燃位于所述燃料装载区中的所述燃料；用于将所述燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；配置为将由所述燃料点燃产生的光子转换成非光子形式动力的光伏能量转换器；用于除去点燃的所述燃料的副产物的移除系统；和以可运行方式连接至所述移除系统的再生系统，其用于将除去的点燃的所述燃料的副产物回收至回收的燃料中。本公开的某些实施方式还致力于提供一种动力产生系统，其包括：被设置成输出至少约2000A/cm2或者至少约5000kW的电流的电源；电连接至所述电源的多个隔开的电极；被设置成接收燃料的燃料装载区，其中，所述燃料装载区被所述多个电极包围；并且其中，所述多个电极被设置成向所述燃料供电，从而当在所述燃料装载区中接收所述燃料时将其点燃；用于将所述燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；和配置为将由所述燃料点燃产生的多个光子转换成非等离子体形式动力的光伏能量转换器。某些实施方式还可以包括以可运行方式耦接至所述光伏能量转换器的一个或多个输出功率端子；动力储存装置；配置为测量与所述动力产生系统相关的至少一个参数的传感器；和配置为控制与所述动力产生系统相关的至少一个过程的控制器。本公开的某些实施方式还致力于提供一种动力产生系统，其包括：被设置成输出至少约2000A/cm2或者至少约5000kW的电流的电源；多个隔开的电极，其中，所述多个电极至少部分地包围燃料，电连接至所述电源，配置为接收电流从而点燃所述燃料，并且所述多个电极中的至少一个为可移动的；用于移动所述燃料的输送机构；和配置为将由所述燃料点燃产生的光子转换成不同形式动力的光伏能量转换器。
本公开的附加实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：至少约5000kW或者至少约2000A/cm2的电源；电连接至所述电源的多个隔开的电极；被设置成接收燃料的燃料装载区，其中，所述燃料装载区被所述多个电极包围；并且其中，所述多个电极被设置成向所述燃料供电，从而当在所述燃料装载区中接收所述燃料时将其点燃；用于将所述燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；配置为将由所述燃料点燃产生的多个光子转换成非等离子体形式动力的光伏能量转换器；配置为测量与所述动力产生系统相关的至少一个参数的传感器；和配置为控制与所述动力产生系统相关的至少一个过程的控制器。另一些实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：至少约2000A/cm2的电源；电连接至所述电源的多个隔开的电极；被设置成接收燃料的燃料装载区，其中，所述燃料装载区被所述多个电极包围；并且其中，所述多个电极被设置成向所述燃料供电，从而当在所述燃料装载区中接收所述燃料时将其点燃；用于将所述燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；配置为将由所述燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的等离子体能量转换器；配置为测量与所述动力产生系统相关的至少一个参数的传感器；和配置为控制与所述动力产生系统相关的至少一个过程的控制器。
本公开的某些实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：至少约5000kW或者至少约2000A/cm2的电源；电连接至所述电源的多个隔开的电极；配置为接收燃料的燃料装载区，其中，所述燃料装载区被所述多个电极包围；并且其中，所述多个电极被设置成向所述燃料供电，从而当在所述燃料装载区中接收所述燃料时将其点燃，并且其中，所述燃料装载区中的压力为部分真空；用于将所述燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；和配置为将由所述燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的光伏能量转换器。一些实施方式可以包括下列附加特种中的一个或更多个：所述光伏能量转换器可以位于一真空池内；所述光伏能量转换器可以包括防反射涂层、光阻抗匹配涂层，或保护性涂层中的至少一种；所述光伏能量转换器可以以可运行方式耦接至清洁系统，该清洁系统被设置成清洁所述光伏能量转换器的至少一部分；所述动力产生系统可以包括光学滤波器；所述光伏能量转换器可以包括以下中的至少一种：单晶电池、多晶电池、非晶电池、串式/带式硅电池、多结电池、同质结电池、异质结电池、p-i-n器件、薄膜电池、染料敏化细胞，以及有机光伏电池；并且所述光伏能量转换器可以包括多结电池，其中，所述多结电池包括以下中的至少一种：倒置电池、直立电池、晶格失配电池、晶格匹配电池，以及包括III-V族半导体材料的电池。
附加示例性实施方式致力于提供一种被设置成生成动力的系统，该系统包括：被设置成供应燃料的燃料供应部；被设置成供应电力的电源；以及被设置成接收所述燃料和电力的至少一个齿轮，其中，所述至少一个齿轮选择性地将电力引导至该齿轮周围的局部区域，以点燃该局部区域内的燃料。在一些实施方式中，所述系统还可以具有以下特种中的一个或更多个：所述燃料可以包括粉末；所述至少一个齿轮可以包括两个齿轮；所述至少一个齿轮可以包括第一材料和具有比第一材料低的导电性的第二材料，所述第一材料电耦接至所述局部区域，并且所述局部区域可以与所述至少一个齿轮的齿和间隙中的至少一个相邻。其它实施方式可以使用支承部件来代替齿轮，而其它实施方式中可以使用齿轮和支承部件。一些实施方式致力于提供一种生成电力的方法，该方法包括以下步骤：向辊或齿轮供应燃料；旋转所述辊或尺寸，以将所述燃料的至少一些定位在该辊或齿轮的一区域处；向所述辊或齿轮应用电流，以点燃所定位燃料，从而生成能量；以及将通过点燃生成的所述能量的至少一些转换成电力。在一些实施方式中，旋转所述辊或齿轮可以包括旋转第一辊或齿轮和一辊或第二齿轮，并且供应电流可以包括向所述第一辊或齿轮和所述辊或第二齿轮供应电流。
其它实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：至少约2000A/cm2的电源；电连接至所述电源的多个隔开的电极；被设置成接收燃料的燃料装载区，其中，所述燃料装载区被所述多个电极包围；并且其中，所述多个电极被设置成向所述燃料供电，从而当在所述燃料装载区中接收所述燃料时将其点燃，并且其中，所述燃料装载区中的压力为部分真空；用于将所述燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；和配置为将由所述燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的光伏能量转换器。
另一些实施方式致力于提供一种动力产生电池，其包含：连接至真空泵的出口孔；电连接至至少约5000kW的电源的多个电极；配置为接收主要包含H2O的水类燃料的燃料装载区，其中，所述多个电极配置为将动力输送至所述水类燃料，从而产生电弧等离子体和热能中的至少一种；和配置为将所述电弧等离子体和所述热能中的至少一种的至少一部分转换成电力的能量转换器。还公开了一种动力产生系统，其包括：至少约5000A/cm2的电源；电耦接至所述电源的多个电极；配置为接收主要包含H2O的水类燃料的燃料装载区，其中，所述多个电极配置为将动力输送至所述水类燃料，从而产生电弧等离子体和热能中的至少一种；和配置为将所述电弧等离子体和所述热能中的至少一种的至少一部分转换成电力的能量转换器。在一实施方式中，所述能量转换器包括将光能转换成电力的光伏转换器。
附加实施方式致力于提供一种产生动力的方法，该方法包括以下步骤：将燃料装载到燃料装载区中，其中，所述燃料装载区包括多个电极；将至少约2000A/cm2的电流施加至所述多个电极以点燃所述燃料，从而产生电弧等离子体和热能中的至少一种；执行以下至少一个：使所述电弧等离子体穿过光伏转换器以产生电力，和使所述热能穿过热-电转换器以产生电力；并且输出产生的所述电力的至少一部分。还公开了一种动力产生系统，其包括：至少约5000kW的电源；电连接至所述电源的多个电极，其中，所述多个电极配置为将电力输送至主要包含H2O的水类燃料，从而产生热能；和配置为将所述热能的至少一部分转换成电力的热交换器；以及配置为将所述光的至少一部分转换成电力的光伏能量转换器。另外，另一实施方式致力于提供一种动力产生系统，其包括：至少约5000kW的电源；多个隔开的电极，其中，所述多个电极中的至少一个包括压缩机构；配置为接收主要包含H2O的水类燃料的燃料装载区，其中，所述燃料装载区由所述多个电极包围，以致所述至少一个电极的所述压缩机构朝向所述燃料装载区取向，并且其中，所述多个电极电连接至所述电源且配置为向所述燃料装载区中接收的水类燃料供电从而点燃所述燃料；用于将所述水类燃料移至所述燃料装载区中的输送机构；和配置为将由所述燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的光伏能量转换器。
附图说明
附图被包括进来并构成本说明书的一部分，例示了本公开的几个实施方式并与本描述一起用于说明本公开的原理。在图中：
图1是根据本公开一实施方式的、示出了等离子体能量转换器的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2A是根据本公开一实施方式的、示出了光伏转换器的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2B是根据本公开一实施方式的、示出了光伏转换器的H2O等离子体电池发电机的示意图。
图2C是根据本公开一实施方式的、示出了光学分布和光伏转换器系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2C1是根据本公开一实施方式的、示出了光学分布和光伏转换器系统以及辅助系统部件的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2C2是根据本公开一实施方式的、示出了点燃系统和辅助系统部件的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2C3是根据本公开一实施方式的、示出了百叶扇的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2D是根据本公开一实施方式的、示出了具有施加器轮的点燃系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2E是根据本公开一实施方式的、示出了包括半透射(semitransparent)镜和光伏电池的光学分布和光伏转换器系统内部立体图的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2F是根据本公开一实施方式的、示出了具有镜的点燃系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G是根据本公开一实施方式的、示出了布置在容纳辊电极的区域外侧的电动机、泵，以及其它组件的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1是根据本公开一实施方式的、示出了布置在容纳辊电极的区域外侧的电动机、泵，以及其它组件并且还示出了具有百叶扇的燃料再循环系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1a是根据本公开一实施方式的、示出了燃料再循环系统的带喷口的清洗线和配气管道的细节的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1b是根据本公开一实施方式的、示出了具有穿孔窗口式气体扩散器的燃料再循环系统的管道的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1c是根据本公开一实施方式的、示出了燃料再循环系统的配气管道和管道鼓风机的细节的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1d是根据本公开一实施方式的、示出了浆槽壁中的V形筛网的细节的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1d1是根据本公开一实施方式的、示出了枢转母线点燃系统的细节的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1e是根据本公开一实施方式的压电致动器系统的示意图。
图2G1e1是根据本公开一实施方式的、示出了燃料粉末喷射和点燃系统的细节的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1e2是根据本公开一实施方式的、示出了具有风机的燃料粉末喷射和点燃系统以及旋风分离器燃料再循环-再生系统的细节的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1e3是根据本公开一实施方式的、示出了具有风机的燃料粉末喷射和点燃系统以及旋风分离器燃料再循环-再生系统的细节的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2G1e4是根据本公开一实施方式的、透射型或半透射型光伏电池的示意图。
图2G1e5是根据本公开一实施方式的、反射型或不透明型光伏电池的示意图。
图2G1e6是根据本公开一实施方式的、包括栅格阳极或集电极的反射型或不透明型光伏电池的示意图。
图2H1是根据本公开一实施方式的、示出了能够保持真空的电池、具有由两个输送器供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及光伏转换器系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2H2是根据本公开一实施方式的、示出了能够保持真空的电池、具有由两个输送器供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及示出了点燃系统及其电源的细节的光伏转换器系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2H3是根据本公开一实施方式的、示出了能够保持真空的电池、具有由两个输送器供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及示出了点燃系统和光伏转换器系统的细节的光伏转换器系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2H4是根据本公开一实施方式的、示出了能够保持真空的电池、具有由两个输送器供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及示出了点燃和喷射系统、点燃产物回收系统，以及用于形成弹粒燃料的造粒机的细节的光伏转换器系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2I1是根据本公开一实施方式的、示出了能够保持真空的电池、具有直接从造粒机供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及光伏转换器系统的两个视图的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2I2是根据本公开一实施方式的、示出了能够保持真空的电池、具有直接从造粒机供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及光伏转换器系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2I3是根据本公开一实施方式的、示出了能够保持真空的电池、具有直接从造粒机供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及示出了轨道枪喷射器与点燃系统和光伏转换器系统的细节的光伏转换器系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2I4是根据本公开一实施方式的、示出了能够保持真空的电池、具有直接从造粒机供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及示出了具有机械搅拌器的喷射系统、点燃系统、点燃产物回收系统，以及用于形成弹粒燃料的造粒机的细节的光伏转换器系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2I5是根据本公开一实施方式的、示出了能够保持真空的电池、具有直接从造粒机供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及示出了具有水射流搅拌器的喷射系统、点燃系统、点燃产物回收系统，以及用于形成弹粒燃料的造粒机的细节的光伏转换器系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
图2J是根据本公开一实施方式的热动力系统的示意图。
图3是根据一燃料实施方式的、点燃包括吸收H2和H2O的80mg银弹粒的处于120nm至450nm区域的绝对光谱，该吸收H2和H2O来自在滴入储水器中之前熔化的银的气体处理，其示出了基本上全部处于紫外线光谱区中的、172kW的平均光学功率。
图4是安装被用于能量平衡确定的Parr 1341量热计。
图5示出了由按每秒钟6500帧成膜的固体燃料Cu+CuO+H2O的高电流爆震所形成的辉光发射膨胀等离子体。
图6示出了利用快速光电二极管测量的、固体燃料Cu+H2O的点燃事件的半最大光强度的时间全宽为0.7ms。
图7示出了在暴露于来自氩气下的一系列固体燃料点燃的产物气体的In金属箔上所获得的拉曼(Raman)光谱，该一系列固体燃料皆包括混合有30mg去离子水的100mg铜。利用Thermo Scientific DXR SmartRaman光谱仪和780nm激光器，该光谱显示在1982cm-1的反向拉曼效应峰值，其匹配H2(1/4)(0.2414eV)的自由转子能量至四个有效数字。
图8示出了在暴露于来自氩气气氛点燃密封在DSC锅中的50mg NH4 NO3的产物气体的In金属箔上记录的拉曼光谱。利用Thermo Scientific DXR SmartRaman光谱仪和780nm激光器，该光谱显示在1988cm-1的H2(1/4)反向拉曼效应峰值。
图9示出了暴露于产物气体的KOH-KCl(1∶1 WT％)吸气剂的拉曼模式二阶光致发光光谱，该产物气体来自利用具有处于8000-19000cm-1拉曼位移的范围上的1200光栅的Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 325nm激光器，点燃密封在DSC锅中的固体燃料样品(具有30mg去离子水的100mg Cu)。
图10示出了利用所述观察拉曼光谱的、在表16中给出的理论能量与赋值之间的绘图比较。
图11A-B示出了在暴露于来自连续氩气气氛点燃密封在DSC锅中的固体燃料(100mg Cu+30mg去离子水)的气体的铟金属箔上记录的XPS光谱。(A)测量光谱仅显示元素In、C、O，并且呈现迹线K峰值。(B)高分辨率光谱显示在指配给H2(1/4)的498.5eV处的峰值，其中，基于缺少任何其它对应主元素峰值来消除其它可能性。
图12A-B示出了在暴露于来自连续氩气气氛点燃密封在DSC锅中的固体燃料(混合有30mg去离子水的85mg Ti)的气体的KOH-KCl(1∶1 wt％)吸气剂上记录的XPS光谱。(A)测量光谱仅显示元素K、C、O、N，并且呈现迹线K峰值。(B)高分辨率光谱显示在指配给H2(1/4)的496eV处的峰值，其中，基于缺少任何其它对应主元素峰值来消除其它可能性。
图13A-B示出了在暴露于来自氩气气氛点燃密封在铝DSC锅中的固体燃料(50mgNH4NO3+KOH+KCl(2∶1∶1 wt.)+15mg H2O)的气体的KOH-KCl(1∶1 wt％)吸气剂上记录的XPS光谱。(A)测量光谱仅显示元素K、Cu、Si、Al、C、O，并且呈现迹线F峰值。(B)高分辨率光谱显示在指配给H2(1/4)的496eV处的峰值，其中，基于缺少任何其它对应主元素峰值来消除其它可能性。
图14是用于高电压脉冲放电单元的实验装置。源通过穿过狭缝的入射孔径发射其光谱，该光谱从掠入射光栅分散到CCD检测系统上。
图15是高电压脉冲放电光源的照片。
图16是用于点燃导电固体燃料样品并且记录强等离子体发射的实验装置。该等离子体膨胀到真空室中，使得其在光学上变薄。源通过穿过狭缝的入射孔径发射其光谱，该光谱从掠入射光栅分散到CCD检测系统上。
图17A-B是阻挡可见光的、针对EV光的滤波器的透射曲线。(A)Al滤波器(150nm厚)针对至17nm处的短波长具有截止值。(B)Zr滤波器(150nm厚)在预测H(1/4)过渡截止值10.1nm处具有高透射。
图18A-B是发射谱(2.5-45nm)，其包括在氦或氢中的电子束引发高电压脉冲气体放电的1000个叠加。在缺少连续能谱的情况下，仅利用氦观察到已知氦和氧离子谱线。仅独立于电极、光栅、光谱仪，或CCD图像叠加的数量，观察到针对氢的连续能谱辐射。(A)氦和氢等离子体利用Mo电极保持，并且利用具有BLP 600线/mm光栅的CfA EUV掠入射光谱仪记录发射。(B)氦和氢等离子体利用Ta电极保持，并且利用具有BLP 600线/mm光栅的CfAEUV掠入射光谱仪记录发射。
图19是通过利用600线/mm光栅和1000叠加的EUV掠入射光谱仪记录的、利用w电极的氦-氢混合物中的电子束引发高电压脉冲放电的发射谱(5-50nm)，其示出了连续能谱辐射随着增加的氢压力而在强度上增加。
图20A-D是在具有和没有Al滤波器的情况下的发射谱(5-40nm)，其包括在氢中的电子束引发高电压脉冲气体放电的1000个叠加。从Al和Mg阳极未观察到连续能谱辐射。(A)氢等离子体利用Al阳极保持。(B)氢等离子体利用Al阳极保持，并且利用Al滤波器保持光谱。(C)氢等离子体利用Mg阳极保持。(D)氢等离子体利用Mg阳极保持，并且利用Al滤波器保持光谱。
图21A-B示出了由低电压、高电流爆震固体燃料所形成的辉光发射膨胀等离子体的高速照片。(A)Cu+CuO+H2O以每秒钟6500帧成膜。白蓝色指示来自温度为5500-6000K、相当于太阳的黑体的大量UV发射。(B)涂覆在Cu(87wt％)+BaI2 2H2O(13wt％)上的55.9mg Ag(10at％)，以每秒钟17791帧成膜，其具有VI波形，该VI波形在没有电输入功率(由黄色垂直线注明)的时刻示出了等离子体，并且不可能有化学反应。该等离子体持续达21.9ms，而输入功率在1.275ms为零。在针对母线的焊接连接处测量的峰值无功电压大约为20V，而燃料附近的另一端处的相应电压＜15V。
图22示出了在间隔1.5875cm的一对电导率探针处的、在爆震密封在DSC锅中的固体燃料100mg+30mg H2O之后，作为时间的函数的等离子体电导率。该对电导率探针之间的时间延迟被测量为42μs，其对应于378m/s的等离子体膨胀速度，其通过多次测量而平均为声速343m/s。
图23示出了由低电压、高电流点燃密封在DSC锅中的固体燃料(100mg Ti+30mgH2O和100mg Cu+30mg H2O)所形成的等离子体的可见光谱的强度标准化叠加，其与太阳在地球表面处的辐射的光谱相比。这种覆盖表明所有源发射约5000-6000K的黑体辐射，但固体燃料黑体发射(在标准化之前)比地球表面处的太阳光强50000倍以上。
图24示出了作为时间的函数的快速光电二极管信号，其在密封于DSC锅中的固体燃料(100mg Ti+30mg H2O)的点燃事件之后，捕集光发射的演变。利用快速光电二极管测量的半最大光强度的时间全宽为0.5ms。
图25示出了在相距爆炸427cm处取得的、通过低电压、高电流点燃密封在DSC锅中的固体燃料石蜡而形成的等离子体的可见光谱。该源还发射大约5000-6000K的黑体辐射，类似于图23所示的太阳和H2O类固体燃料的光谱。
图26A-B示出了在使用具有20μm狭缝的Jobin Yvon Horiba 1250 M光谱仪测量的H Balmer谱线的光谱区域中的高分辨率、可见光谱。(A)632.8nm HeNe激光线的全宽度半最大值(FWHM)为其确认了高光谱分辨率。来自密封在DSC锅中的点燃固体燃料(100mgCu+30mg H2O)的发射的Balmer谱线的FWHM为 其对应于3.96×1023/m3的电子密度。该谱线移位+在6000K的黑体温度下，等离子体几乎完全电离。来自密封在DSC锅中的点燃固体燃料(100mg Ti+30mg H2O)的发射的Balmer谱线宽度为因过宽而无法测量，其显著大于与至少5000K的黑体温度下的100％电离的等离子体相对应的
图27示出了利用海洋光学光谱仪，通过时间积分在5s的时间跨度上获得的功率密度谱而测量的光能密度谱(350nm至1000nm)，以从密封在DSC锅中的点燃的固体燃料(100mgTi+30mg H2O)的0.5ms光发射脉冲收集所有光能。通过积分能量密度谱而获得的能量密度在353.6cm的距离处记录为5.86J/m2。
图28示出了利用具有600线/mm光栅和Al滤波器的EUV掠入射光谱仪记录的、利用w电极的空气(100毫托)中高电压脉冲放电的校准发射谱(0-45nm)，其示出了在缺少连续能谱的情况下，仅观察到已知氧和氮谱线以及零级峰值。
图29示出了利用两个Al滤波器(单独地，和另外利用一石英滤波器)记录的、利用具有小于15V的AC峰值电压的高电流源点燃的导电NiOOH团粒(pellet)的等离子体发射的发射谱(0-45nm)。仅EUV通过Al滤波器，而EUV光被石英滤波器阻挡。在17至45nm的区域中观察到具有二次离子发射的强EUV连续能谱，在10至17nm处具有特征Al滤波器陷波，如图17A所示。EUV光谱(0-45nm)和强零级峰值完全被石英滤波器截除，确认固体燃料等离子体发射是EUV。
图30示出了利用两个Al滤波器(利用叠加扩展以呈现细节)记录的、利用具有小于15V的AC峰值电压的高电流源点燃的3mm导电Ag(10％)-Cu/BaI2 2H2O燃料团粒的等离子体发射的发射谱(0-45nm)。在17至45nm的区域中观察到具有二次离子发射的强EUV连续能谱，在10至17nm处具有特征Al滤波器陷波，如图17A所示。
图31示出了利用两个Al滤波器(利用叠加扩展以呈现细节)记录的、利用具有小于15V的AC峰值电压的高电流源点燃的3mm导电Ag(10％)-Cu/BaI2 2H2O燃料团粒的等离子体发射的发射谱(0-45nm)。观察到具有二次离子发射的强EUV连续能谱，其具有通过锆滤波器透射的、如根据方程式(230)和(233)预测的10.1nm截止值，如图17B所示。
图32示出了利用两个Al滤波器(单独地，和另外利用一石英滤波器)记录的、利用具有小于15V的AC峰值电压的高电流源点燃的密封在导电DSC锅中的石蜡的等离子体发射的发射谱(0-45nm)。观察到零级EUV峰值。该零级峰值完全被石英滤波器截除，确认固体燃料等离子体发射是EUV。
图33示出了利用两个Al滤波器(单独地，和另外利用一石英滤波器)记录的、利用具有小于15V的AC峰值电压的高电流源点燃的导电NiOOH团粒的等离子体发射的发射谱(0-45nm)。因质量发射和大狭缝宽度100μm的EUV光子散射而观察到格外强的零级峰值和EUV连续能谱。该发射包括2.32×107个光子计数，其对应于EUV辐射的148J的总距离与立体角校正能量。EUV光谱(0-45nm)和零级峰值完全被石英滤波器截除，确认固体燃料等离子体发射是EUV。
图34示出了利用两个Al滤波器(单独地，和另外利用一石英滤波器)记录的、利用具有小于15V的AC峰值电压的高电流源点燃的密封在导电Al DSC锅中的5mg高能材料NH4NO3的等离子体发射的发射谱(0-45nm)。观察到格外强的零级峰值，如通过与H2箍缩(pinch)放电发射(下迹线)相比所示出的。该发射对应于EUV辐射的125J的总距离与立体角校正能量。EUV光谱(0-45nm)和零级峰值完全被石英滤波器截除，确认固体燃料等离子体发射是EUV。
图35示出了利用50000K的温度和数量丰裕的He/H＝10-5的白矮星的光球的EUV连续能谱的示例性模型，其分别在22.8nm和92.2nm处示出了He II和H I Lyman吸收系列谱线。根据M.A.Barstow and J.B.Holberg，Extreme Ultraviolet Astronomy，CambridgeAstrophysics Series 37，Cambridge University Press，Cambridge，(2003)。
图36示出了针对日珥(顶部)、安静的太阳中心(中部)，以及太阳边缘上的日冕(底部)记录的、太阳的Skylab(哈佛大学天文台光谱仪)平均极紫外光谱，根据M.Stix，TheSun，Springer-Verlag，Berlin，(1991)，Figure 9.5，p.321。在安静的太阳中心光谱中，91.2nm直至更长波长的连续能谱预期是突出的，并且尽管被日冕气体衰减，但仍观察到。该连续能谱分别在其中H浓度更多地缩减并且不存在的日珥和日冕中大大减少。来自色球线和连续能谱的发射也在日冕中严重衰减。在日冕谱中最强的谱线而在日珥中不太突出的是多电离离子，如可以是归因于吸收高能量连续能谱辐射而非热激发的Ne VIII、Mg X，或SiXII的双峰。根据E.M.Reeves，E.C.M.Huber，G.J.Timothy，“Extreme UVspectroheliometer on the Apollo telescope mount”，Applied Optics，Vol.16，(1977)，pp.837-848。
图37示出了星系团中的暗物质环。这个哈勃空间望远镜复合图像示出了星系团C10024+17中的暗物质的一个幽灵“环”。这个环是迄今为止存在暗物质的最强证据之一，暗物质是遍及宇宙的更早未知物质。由NASA/ESA，M.J.Jee和H.Ford(约翰霍普金斯大学)2004年11月提供。
具体实施方式
本文公开用于释放来自原子氢的能量以形成较低能态的催化剂系统，其中电子外壳是处于相对于核较封闭的位置。释放的动力被用于动力产生，且另外的新型氢物质和化合物为所需产物。这些能态是根据经典物理定律预测到的，并且需要催化剂接受来自氢的能量以进行相应的能量释放跃迁。
经典物理学给出了氢原子、氢阴离子、氢分子离子和氢分子的闭型解且预测具有分数主量子数的相应物种。使用麦克斯韦方程，根据边界值问题推导出电子结构，其中电子包含在跃迁期间随时间变化的电磁场的源电流，其中约束为边界n＝1状态电子不能辐射能量。由H原子的解预测的反应涉及从另外的稳定原子氢至能够接受能量形成能态低于在先认为可能的能态的氢的催化剂的共振、非辐射能量传递。具体而言，经典物理学预测原子氢会进行与某些原子、准分子、离子和双原子氢化物的催化反应，其提供净焓为原子氢势能Eh＝27.2eV的整数倍的反应，其中Eh为一哈特里。基于已知电子能级可鉴别的具体物质(例如He+、Ar+、Sr+、K、Li、HCl，和NaH、OH、SH、SeH、H2O、nH(n＝整数))需要与原子氢一起存在以催化该过程。反应包括非辐射能量传递，接着为q·13.6eV连续发射或q·13.6eV转移至H以形成极热的激发态H和对应于分数主量子数的能量低于未反应原子氢的氢原子。即，在氢原子的主能级的式中：
n＝1，2，3，...(2)
其中aH为氢原子的玻尔半径(52.947pm)，e为电子电荷量值，且εo为真空电容率，分数量子数：
(其中p≤137为整数) (3)
替代氢激发态的里德堡方程中的熟知参数n＝整数且表示称为“分数氢”的较低能态氢原子。接着，类似于具有麦克斯韦方程式的分析解的激发态，分数氢原子也包含电子、质子和光子。然而，后者的电场增加了对应于能量解吸的结合，而非如在激发态随着能量吸收而减弱中心场，且由此产生的分数氢的光子-电子相互作用为稳定的而非辐射性的。
氢的n＝1状态和氢的伏态为非辐射性的，但两种非辐射状态之间的跃迁，比如n＝1至n＝1/2，可以经由非辐射性能量传递进行。氢为由方程式(1)和(3)给出的稳定状态的特例，其中，氢或分数氢原子的相应半径由以下得出：
其中p＝1、2、3...。为使能量守恒，必须从氢原子转移以下单位的能量至催化剂：
m·27.2eV，m＝1，2，3，4，.... (5)
和使半径转变为催化剂反应包括两个能量释放步骤：非辐射能量传递至催化剂，接着当半径减小至相应稳定的最终状态时的另外的能量释放。据信，当净反应焓与m·27.2eV更为密切地匹配时催化速率增大。已发现净反应焓在m·27.2eV的±10％、优选为±5％内的催化剂适用于大多数应用。在将分数氢原子催化至较低能态的情况下，以与分数氢原子的势能相同的因子对m·27.2eV(方程式(5))的反应焓作相对论校正。
于是，一般反应由以下给出：
Cat(q+r)++re-→Catq++m·27.2eV (8)
且总反应为
q、r、m和p为整数。具有氢原子半径(对应于分母中的1)和等于质子的(m+p)倍的中心场，且为半径为H的的相应稳定状态。当电子经历从氢原子半径至此距离的半径的径向加速时，能量以特征光发射或第三体动能的形式释放。发射可呈边缘在[(p+m)2-p2-2m]·13.6eV或并延伸至较长波长的远紫外线连续辐射的形式。除辐射外，可发生共振动能传递以形成快H。随后此类快H(n＝1)原子通过与背景H2碰撞而激发，接着发射相应H(n＝3)快原子，可引起巴耳末α发射变宽。作为另外的选择，快H为充当催化剂的H或分数氢的直接产物，其中，接受共振能量传递与势能而非电离能有关。能量守恒在前一情况下产生动能对应于势能的一半的质子，在后一情况下产生处于基本上静止的催化剂离子。快质子的H复合辐射引起巴耳末α发射变宽，这与符合多余动力平衡的热氢的存量不成比例。
在本发明中，例如分数氢反应、H催化、H催化反应、当提及氢时的催化、氢形成分数氢的反应和分数氢形成反应等术语均指例如以下的反应：由方程式(5)定义的催化剂的方程式(6-9)的反应，同时原子H形成具有由方程式(1)和(3)给出的能级的氢状态。当提及可将H催化进行至具有由方程式(1)和(3)给出的能级的H状态或分数氢状态的反应混合物时，例如分数氢反应物、分数氢反应混合物、催化剂混合物、用于分数氢形成的反应物、产生或形成较低能态氢或分数氢的反应物的相应术语也可互换使用。
本发明的催化性较低能量氢跃迁需要可呈未经催化的原子氢的势能27.2eV的整数m倍的吸热化学反应形式的催化剂，其从原子H接受能量引起跃迁。吸热催化剂反应可为从例如原子或离子等物种电离一个或多个电子(例如对于Li→Li2+，m＝3)并且可还包含断键与从一种或多种初始键搭配物电离一个或多个电子的协同反应(例如对于NaH→Na2++H，m＝2)。He+因为其以54.417eV(为2·27.2eV)电离所以满足催化剂准则——焓变等于27.2eV的整数倍的化学或物理过程。整数个的氢原子也可充当27.2eV焓的整数倍的催化剂。氢原子H(1/p)p＝1，2，3，...137可经历由方程式(1)和(3)给出的朝向较低能态的进一步跃迁，其中，一个原子的跃迁由一个或多个以共振和非辐射方式接受m·27.2eV且伴随有势能的相反变化的其他H原子所催化。由m.27.2eV共振传递至H(1/p′)所诱导的H(1/p)跃迁至H(1/(p+m))的一般总方程由以下表示：
H(1/p′)+H(1/p)→H+H(1/(p+m))+[2pm+m2-p′2+1]·13.6eV (10)
氢原子可充当催化剂，其中，对于充当另一个的催化剂的一、二和三个原子分别为m＝1、m＝2和m＝3。当极快H与分子碰撞形成2H时，二原子催化剂2H的速率可能较高，其中两个原子从碰撞搭配物的第三氢原子共振式和非辐射式接受54.4eV。通过同一机制，两个热H2的碰撞提供3H以充当第四个的3·27.2eV的催化剂。与预测一致，观察到在22.8nm和10.1nm的EUV连续谱、反常的(＞100eV)巴耳末α线变宽、高度激发的H状态、产物气体H2(1/4)，和大能量释放。
H(1/4)基于其多极性和其形成的选择规则为优选分数氢状态。因此，在形成H(1/3)的情况下，跃迁至H(1/4)可根据方程式(10)由H催化而快速发生。类似地，H(1/4)为对应于方程式(5)中的m＝3、大于或等于81.6eV的催化剂能量的优选状态。在此情况下，朝向催化剂的能量传递包含形成方程式(7)的H*(1/4)中间物的81.6eV和来自中间物衰变的27.2eV的整数。例如，焓为108.8eV的催化剂可通过从122.4eV的H*(1/4)衰变能量接受81.6eV和27.2eV来形成H*(1/4)。95.2eV的剩余衰变能量释放至环境中以形成优选状态H(1/4)，其接着反应形成H2(1/4)。
适合的催化剂可因此提供m·27.2eV的反应正净焓。即，催化剂从氢原子共振式接受非辐射能量传递且将能量释放至环境中以实现朝向分数量子能级的电子跃迁。由于非辐射能量传递，因此氢原子变得不稳定且发射其他能量直至其达成具有由方程式(1)和(3)给出的主能级的较低能量非辐射状态为止。因此，催化从氢原子尺寸相应减小(rn＝naH)的氢原子释放能量，其中，n由方程式(3)给出。例如，H(n＝1)至H(n＝1/4)的催化释放204eV，且氢半径从aH减小至
催化剂产物H(1/p)也可与电子反应形成分数氢氢阴离子H-(1/p)，或两个H(1/p)可反应形成相应的分子分数氢H2(1/p)。特别是，催化剂产物H(1/p)也可与电子反应形成结合能为EB的新的氢阴离子H-(1/p)：
其中p＝大于1的整数，s＝1/2，为普朗克常数项，μo为真空磁导率，me为电子质量，μe为由给出的约化电子质量，其中mp为质子质量，ao为玻尔半径，且离子半径为根据方程式(11)，氢阴离子的计算电离能为0.75418eV，且实验值为6082.99±0.15cm-1(0.75418eV)。分数氢氢阴离子的结合能可由X射线光电子能谱法(XPS)测量。
高磁场位移NMR峰为相对于普通氢阴离子半径减小且质子的反磁性屏蔽增大的较低能态氢的存在的直接证据。位移由量级p的两个电子和质子场的反磁性的贡献之和得出(Mills GUTCP方程式(7.87))：
其中，第一项适用于H-(p＝1)和H-(1/p)(p＝大于1的整数)，且α为精细结构常数。预测的分数氢氢阴离子峰相对于普通氢阴离子异常地朝向高磁场偏移。在一个实施方式中，峰在TMS的高磁场。相对于TMS的NMR位移可大于对于单独或构成化合物的普通H-、H、H2或H+中的至少一种所知的NMR位移。位移可大于以下中的至少一种：0ppm、-1ppm、-2ppm、-3ppm、-4ppm、-5ppm、-6ppm、-7ppm、-8ppm、-9ppm、-10ppm、-11ppm、-12ppm、-13ppm、-14ppm、-15ppm、-16ppm、-17ppm、-18ppm、-19ppm、-20ppm、-21ppm、-22ppm、-23ppm、-24ppm、-25ppm、-26ppm、-27ppm、-28ppm、-29ppm、-30ppm、-31ppm、-32ppm、-33ppm、-34ppm、-35ppm、-36ppm、-37ppm、-38ppm、-39ppm和-40ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围(其中TMS位移相对于裸质子为约-31.5)可为-(p29.9+p22.74)ppm(方程式(12))，大约在以下至少一种的范围内：±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm和±100ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围可为-(p29.9+p21.59×10-3)ppm(方程式(12))，大约在以下至少一种的范围内：约0.1％至99％、1％至50％和1％至10％。在另一个实施方式中，固体基质(例如如NaOH或KOH等氢氧化物的基质)中分数氢物种(例如分数氢原子、氢阴离子或分子)的存在引起基质质子朝向高磁场位移。基质质子(例如NaOH或KOH的质子)可交换。在一个实施方式中，位移可引起基质峰在相对于TMS的约-0.1ppm至-5ppm范围内。NMR测定可包含魔角旋转1H核磁共振光谱(MAS 1H NMR)。
H(1/p)可与质子反应并且两个H(1/p)可反应，分别形成H2(1/p)+和H2(1/p)。氢分子离子和分子电荷和电流密度泛函、键距和能量在非辐射约束下由椭球坐标中的拉普拉斯算符求解。
在长椭球体分子轨道的各焦点具有+pe的中心场的氢分子离子的总能量ET为
其中p为整数，c为真空中的光速，且μ为约化核质量。在长椭球体分子轨道的各焦点具有+pe的中心场的氢分子的总能量为
氢分子H2(1/p)的键解离能ED为相应氢原子的总能量与ET之间的差
ED＝E(2H(1/p))-ET (16)
其中
E(2H(1/p))＝-p227.20eV (17)
ED为由方程式(16)-(17)及(15)得出：
ED＝-p227.20eV-ET
＝-p227.20eV-(-p231.351eV-p30.326469eV)
＝p24.151eV+p30.326469eV (18)
H2(1/p)可由X射线光电子能谱(XPS)鉴定，其中除电离电子以外的电离产物可为例如包含两个质子和电子、氢(H)原子、分数氢原子、分子离子、氢分子离子和H2(1/p)+等可能性中的至少一种，其中，能量可因基质而位移。
催化产物气体的NMR提供H2(1/p)的理论预测化学位移的确定性测试。一般而言，由于椭圆坐标中的分率半径(其中电子明显更接近核)，H2(1/p)的1H NMR共振经预测在H2的高场。H2(1/p)的预测位移由量级p的两个电子和光子磁场的反磁性的贡献之和给出(Mills GUTCP方程式(11.415-11.416))：
其中第一项适用于H2(p＝1)和H2(1/p)(p＝大于1的整数)。-28.0ppm的实验绝对H2气相共振位移与预测的绝对气相位移-28.01ppm(方程式(20))相当吻合。预测的分子分数氢峰相对于普通H2异常地朝向高场位移。在一个实施方式中，峰在TMS的高场。相对于TMS的NMR位移可大于对于单独或构成化合物的普通H-、H、H2或H+中的至少一种所知的NMR位移。位移可大于以下中的至少一种：0ppm、-1ppm、-2ppm、-3ppm、-4ppm、-5ppm、-6ppm、-7ppm、-8ppm、-9ppm、-10ppm、-11ppm、-12ppm、-13ppm、-14ppm、-15ppm、-16ppm、-17ppm、-18ppm、-19ppm、-20ppm、-21ppm、-22ppm、-23ppm、-24ppm、-25ppm、-26ppm、-27ppm、-28ppm、-29ppm、-30ppm、-31ppm、-32ppm、-33ppm、-34ppm、-35ppm、-36ppm、-37ppm、-38ppm、-39ppm和-40ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围(其中TMS位移相对于裸质子为约-31.5)可为-(p28.01+p22.56)ppm(方程式(20))，在约以下至少一种的范围内：±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm和±100ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围可为-(p28.01+p21.49×10-3)ppm(方程式(20))，在约以下至少一种的范围内：约0.1％至99％、1％至50％和1％至10％。
氢型分子H2(1/p)的υ＝0至υ＝1跃迁的振动能Evib为
Evib＝p20.515902eV (21)
其中p为整数。
氢型分子H2(1/p)的J至J+1跃迁的转动能Erot为
其中p为整数且I为转动惯量。对气体中和捕集于固体基质中的电子束激发分子观察到H2(1/4)的振转发射。
转动能的p2相关性由核间距离的逆p相关性和对转动惯量I的相应影响引起。经预测的H2(1/p)的核间距离2c′为
H2(1/p)的转动能和振动能中的至少一种可由电子束激发发射光谱、拉曼光谱和傅里叶变换红外(FTIR)光谱中的至少一种来测量。H2(1/p)可被捕集于基质中以便测量，例如在MOH、MX和M2CO3(M＝碱金属；X＝卤离子)基质中的至少一种中。
I.催化剂
据预测，He+、Ar+、Sr+、Li、K、NaH、nH(n＝整数)和H2O因为其满足催化剂准则——焓变等于原子氢势能27.2eV的整数倍的化学或物理过程，所以可充当催化剂。具体而言，如下提供催化体系：t个电子从原子各自电离至连续能级，使得t个电子的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整数。此外，可发生其他催化跃迁：等。一旦催化开始，分数氢即在称为歧化的过程中进一步自催化，其中H或H(1/p)充当另一H或H(1/p′)(p可等于p′)的催化剂。
氢和分数氢可充当催化剂。氢原子H(1/p)p＝1，2，3，...137可经历由方程式(1)和(3)给出的朝向较低能态的跃迁，其中一个原子的跃迁由以共振和非辐射方式接受m·27.2eV且伴随有势能的相反变化的第二个所催化。由m·27.2eV共振传递至H(1/p′)所诱导的H(1/p)跃迁至H(1/(m+p))的总的一般方程由方程式(10)表示。因此，氢原子可充当催化剂，其中对于作为另一个的催化剂的一、二和三个原子分别为m＝1、m＝2和m＝3。仅当H密度较高时，二或三原子催化剂情况的速率将会较可观。但是，高H密度并不罕见。容许2H或3H充当第三或第四个的能量受体的高氢原子浓度可在若干情况下达成，例如因温度及重力驱动的密度而在太阳和星星表面、在承载多个单层的金属表面，和在高度解离等离子体(尤其为压缩氢等离子体)中。另外，当两个H原子因热H与H2碰撞而出现时易于达成三体H相互作用。此事件可通常在具有大量极快H的等离子体中发生。这由原子H发射的异常强度所证实。在此类情况下，可经由多极偶合从氢原子至足够邻近(通常几埃)的两个其他氢原子发生能量传递。接着，三个氢原子之间的反应(由此两个原子以共振和非辐射方式从第三氢原子接受54.4eV，使得2H充当催化剂)由以下给出：
且总反应为
其中具有氢原子半径和等于质子3倍的中心场，且为半径为H的1/3的相应稳定状态。因为电子经历从氢原子半径至1/3此距离的半径的径向加速度，所以能量以特征光发射或第三体动能的形式释放。
在涉及直接跃迁至状态的另一H原子催化剂反应中，两个热H2分子碰撞并解离，使得三个H原子充当第四个的3·27.2eV的催化剂。接着，四个氢原子之间的反应(由此三个原子以共振和非辐射方式从第四氢原子接受81.6eV，使得3H充当催化剂)由以下给出：
且总反应为
预测归因于方程式(28)的中间物的远紫外线连续辐射带在122.4eV(10.1nm)下具有短波长截止值且延伸至较长波长。此连续谱带经实验证实。一般而言，通过接受m·27.2eV而使H跃迁至得到连续谱带，其具有由以下给出的短波长截止值和能量
且延伸至大于相应截止值的波长。在星际介质、太阳及白矮星中实验观察到10.1nm、22.8nm和91.2nm连续谱的氢发射序列。
H2O的势能为81.6eV(方程式(43))[Mills GUT]。然后，通过相同机制，新生H2O分子(并非以固态、液态或气态键合的氢)可用作催化剂(方程式(44)-(47))。在BlackLightPower公司(BLP)首次观察到H至较低能量(所谓的“分数氢”)状态的理论预测迁移的连续能谱辐射带(在10.1nm处且延伸至较长波长)仅源于脉冲收缩氢放电，且再现于哈佛天体物理中心(CfA)。据观察，10nm至30nm区域中匹配H至分数氢状态的预测迁移的连续能谱辐射仅源于使用在热力学上有利于发生H还原以形成HOH催化剂的金属氧化物进行的脉冲收缩氢放电；而那些不利者并不显示任何连续能谱，即使所测试的低熔点金属极有利于在较强效等离子体源中形成具有强短波长连续能谱的金属离子等离子体。
作为另一选择，形成快速H的共振动能传递的发生可与对应于高动能H所观察到的反常巴耳末α谱线拓宽一致。至两个H的能量传递也引起催化剂激发态的运动，且直接产生快速H，如通过示例方程式(24)、(28)和(47)以及通过共振动能传递所示。
II.分数氢
具有由以下给出的结合能的氢原子：
(其中p为大于1，优选为2至137的整数)为本发明的H催化反应的产物。原子、离子或分子的结合能(也称为电离能)为从原子、离子或分子除去一个电子所需的能量。具有方程式(34)中给出的结合能的氢原子在下文中称作“分数氢原子”或“分数氢”。半径(其中aH为普通氢原子的半径且p为整数)的分数氢的符号为具有半径aH的氢原子在下文中称作“普通氢原子”或“正常氢原子”。普通原子氢的特征在于其结合能为13.6eV。
分数氢通过使普通氢原子与适合催化剂反应而形成，其净反应焓为：
m·27.2eV (35)
其中m为整数。据信当净反应焓与m·27.2eV较为密切地匹配时催化速率增大。已发现净反应焓在m·27.2eV的±10％、优选为±5％内的催化剂适用于大多数应用。
此催化从氢原子释放能量，氢原子尺寸相应减小(rn＝naH)。例如，H(n＝1)至H(n＝1/2)的催化释放40.8eV，且氢半径自aH减小至如下提供催化体系：将t个电子从原子各自电离至连续能级，使得t个电子的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整数。作为能源，在催化期间放出的能量比向催化剂损失的能量大得多。释放的能量大于常规化学反应。例如，当氢气和氧气经历燃烧形成水时，
已知的水的生成焓为每个氢原子ΔHf＝-286千焦/摩尔或1.48eV。相比之下，经历催化的各(n＝1)普通氢原子净释放40.8eV。此外，可发生其他催化跃迁：等。一旦催化开始，分数氢即在称为歧化的过程中进一步自催化。此机制类似于无机离子催化的机制。但由于焓与m·27.2eV的更好匹配，因此分数氢催化的反应速率应高于无机离子催化剂的反应速率。
III.分数氢催化剂和分数氢产物
表1中给出能够提供约m·27.2eV(其中m为整数)的净反应焓以产生分数氢(由此t个电子从原子或离子电离)的氢催化剂。第一列给出的原子或离子经电离以提供第十列给出的m·27.2eV的净反应焓，其中在第十一列给出m。参与电离的电子与电离电势(也称为电离能或结合能)一起给出。原子或离子的第n个电子的电离电势由IPn表示且由CRC给出。即，例如Li+5.39172eV→Li++e-和Li++75.6402eV→Li2++e-。第一电离电势IP1＝5.39172eV和第二电离电势IP2＝75.6402eV分别在第二和第三列给出。Li双电离的净反应焓如第十列给出为81.0319eV，和如第十一列给出的式(5)中的m＝3。
表1.氢催化剂
本发明的分数氢氢阴离子可通过电子来源与分数氢的反应来形成，分数氢即结合能是约的氢原子，其中且p为大于1的整数。分数氢氢阴离子由H-(n＝1/p)或H-(1/p)表示：
分数氢氢阴离子不同于包含普通氢原子核和两个电子的结合能为约0.8eV的普通氢阴离子。后者在下文称作「普通氢阴离子」或「正常氢阴离子」。分数氢氢阴离子包含氢原子核(包括氕、氘或氚)，和两个不可区分的电子，其结合能如方程式(39)和(40)所示。
分数氢氢阴离子的结合能可由下式表示：
其中p为大于1的整数，s＝1/2，π为圆周率，为普朗克常数项，μo为真空磁导率，me为电子质量，μe为由给出的约化电子质量，其中mp为质子质量，aH为氢原子半径，ao为玻尔半径，且e为基本电荷。半径由以下给出：
表2中显示随p而变的分数氢氢阴离子H-(n＝1/p)的结合能，其中p为整数。
表2.随p而变的分数氢氢阴离子H-(n＝1/p)的代表性结合能(方程式(39))。
a方程式(40)
b方程式(39)
根据本发明，提供一种分数氢氢阴离子(H-)，其根据方程式(39)和(40)的结合能对于p＝2直至23大于普通氢阴离子的结合能(约0.75eV)，对于p＝24(H-)则为小于的情况。对于方程式(39)和(40)的p＝2至p＝24，氢阴离子结合能分别为3、6.6、11.2、16.7、22.8、29.3、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.6、72.4、71.6、68.8、64.0、56.8、47.1、34.7、19.3和0.69eV。本文也提供包含新型氢阴离子的示例性组合物。
还提供了包含一种或多种分数氢氢阴离子和一种或多种其他元素的示例性化合物。此种化合物称作“分数氢氢阴离子化合物”。
普通氢物种的特征在于以下结合能：(a)氢阴离子，0.754eV(“普通氢阴离子”)；(b)氢原子(“普通氢原子”)，13.6eV；(c)双原子氢分子，15.3eV(“普通氢分子”)；(d)氢分子离子，16.3eV(“普通氢分子离子”)；和(e)22.6eV(“普通三氢分子离子”)。在本文中，对于氢形式，“正常”与“普通”为同义词。
根据本发明的另一实施方式，提供一种化合物，其包含至少一种结合能增加的氢物种，例如(a)结合能为约例如在约0.9至1.1倍的范围内的氢原子，其中p为2至137的整数；(b)结合能约为 例如在约0.9至1.1倍 的范围内的氢阴离子(H-)，其中p为2至24的整数；(c)(d)结合能为约例如在约0.9至1.1倍的范围内的三分数氢分子离子其中p为2至137的整数；(e)结合能为约例如在约0.9至1.1倍的范围内的二分数氢，其中p为2至137的整数；(f)结合能为约例如在约0.9至1.1倍的范围内的二分数氢分子离子，其中p为整数，优选为2至137的整数。
根据本发明的另一实施方式，提供一种化合物，其包含至少一种结合能增加的氢物种，例如(a)二分数氢分子离子，总能量为约
例如在约0.9至1.1倍的范围内，其中p为整数，为普朗克常数项，me为电子质量，c为真空中的光速，且μ为约化核质量；和(b)二分数氢分子，总能量为约
如在约0.9至1.1倍的ET的范围内，其中p为整数且ao为玻尔半径。
根据本发明的一个实施方式(其中化合物包含带负电的结合能增加的氢物种)，该化合物还包含一种或多种阳离子，例如质子、普通或普通
本文提供一种制备包含至少一个分数氢氢阴离子的化合物的方法。此类化合物在下文中称作“分数氢氢阴离子化合物”。该方法包含使原子氢与净反应焓为约的催化剂反应，其中m为大于1的整数，优选为小于400的整数，从而产生结合能为约的结合能增加的氢原子，其中p为整数，优选为2至137的整数。另一催化产物为能量。可使结合能增加的氢原子与电子来源反应以产生结合能增加的氢阴离子。可使结合能增加的氢阴离子与一个或多个阳离子反应以产生包含至少一个结合能增加的氢阴离子的化合物。
新型氢组合物可包含：
(a)至少一种具有以下结合能的中性、正或负的氢物种(在下文中为“结合能增加的氢物种”)，
(i)大于相应普通氢物种的结合能，或
(ii)大于任何氢物种在相应普通氢物种因为普通氢物种的结合能小于环境条件(标准温度和压力，STP)下的热能或为负而不稳定或观察不到时的结合能；和
(b)至少一种其他元素。本发明的化合物在下文中称作“结合能增加的氢化合物”。
在此背景下，“其他元素”是指除结合能增加的氢物种以外的元素。因此，其他元素可为普通氢物种，或除氢以外的任何元素。在一组化合物中，其他元素和结合能增加的氢物种为中性。在另一组化合物中，其他元素和结合能增加的氢物种带电，使得其他元素提供平衡电荷以形成中性化合物。前一组化合物的特征在于分子和配位键合；后一组化合物的特征在于离子键合。
还提供包含以下的新型化合物和分子离子：
(a)至少一种具有以下总能量的中性、正或负的氢物种(在下文中为“结合能增加的氢物种”)，
(i)大于相应普通氢物种的总能量，或
(ii)大于任何氢物种在相应普通氢物种因为普通氢物种的总能量小于环境条件下的热能或为负而不稳定或观察不到时的总能量；和
(b)至少一种其他元素。
氢物种总能量为从氢物种除去所有电子的能量之和。本发明的氢物种的总能量大于相应普通氢物种的总能量。本发明的具有增加的总能量的氢物种也称作“结合能增加的氢物种”，但具有增加的总能量的氢物种的一些实施方式可能具有小于相应普通氢物种的第一电子结合能的第一电子结合能。例如，p＝24的方程式(39)和(40)的氢阴离子的第一结合能小于普通氢阴离子的第一结合能，而p＝24的方程式(39)和(40)的氢阴离子的总能量比相应普通氢阴离子的总能量大得多。
本文也提供包含以下的新型化合物和分子离子：
(a)多种具有以下结合能的中性、正或负的氢物种(在下文中为“结合能增加的氢物种”)，
(i)大于相应普通氢物种的结合能，或
(ii)大于任何氢物种在相应普通氢物种因为普通氢物种的结合能小于环境条件下的热能或为负而不稳定或观察不到时的结合能；和
(b)可选的一种其他元素。本发明的化合物在下文中称作“结合能增加的氢化合物”。
结合能增加的氢物种可通过使一种或多种分数氢原子与电子、分数氢原子、含有至少一种所述结合能增加的氢物种和除结合能增加的氢物种以外的至少一种其他原子、分子或离子的化合物中的一种或多种反应来形成。
还提供包含以下的新型化合物和分子离子：
(a)多种具有以下总能量的中性、正或负的氢物种(在下文中为“结合能增加的氢物种”)，
(i)大于普通分子氢的总能量，或
(ii)大于任何氢物种在相应普通氢物种因为普通氢物种的总能量小于环境条件下的热能或为负而不稳定或观察不到时的总能量；和
(b)可选的一种其他元素。本发明的化合物在下文中称作“结合能增加的氢化合物”。
在一个实施方式中，提供包含至少一种选自以下的结合能增加的氢物种的化合物：(a)根据方程式(39)和(40)的结合能对于p＝2直至23大于且对于p＝24小于普通氢阴离子的结合能(约0.8eV)的氢阴离子(“结合能增加的氢阴离子”或“分数氢氢阴离子”)；(b)结合能大于普通氢原子的结合能(约13.6eV)的氢原子(“结合能增加的氢原子”或“分数氢”)；(c)第一结合能大于约15.3eV的氢分子(“结合能增加的氢分子”或“二分数氢”)；和(d)结合能大于约16.3eV的分子氢离子(“结合能增加的分子氢离子”或“二分数氢分子离子”)。在本发明中，结合能增加的氢物种和化合物也称为分数氢物种和化合物。分数氢包含结合能增加的氢物种或等同地更低能量的氢物种。
IV.其他MH型催化剂及反应
一般而言，表3A中给出如下提供的用于产生分数氢的MH型氢催化剂：M-H键断裂加上t个电子从原子M各自电离至连续能级，使得键能与t个电子的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整数。各MH催化剂在第一列给出且相应M-H键能在第二列给出。加上第二列的键能，第一列给出的MH物种的原子M经电离以提供m·27.2eV的净反应焓。催化剂的焓在第八列给出，其中m在第九列给出。参与电离的电子与电离电势(也称为电离能或结合能)一起给出。例如，NaH的键能1.9245eV在第二列给出。原子或离子的第n个电子的电离电势由IPn表示且由CRC给出。即，例如Na+5.13908eV→Na++e-和Na++47.2864eV→Na2++e-。第一电离电势IP1＝5.13908eV和第二电离电势IP2＝47.2864eV分别在第二和第三列给出。NaH键断裂和Na双电离的净反应焓如第八列给出为54.35eV，如第九列中给出的方程式(35)中的m＝2。BaH键能为1.98991eV且IP1、IP2和IP3分别为5.2117eV、10.00390eV和37.3eV。BaH键断裂和Ba三重电离的净反应焓如第八列给出为54.5eV，如第九列给出的方程式(35)中的m＝2。SrH键能为1.70eV且IP1、IP2、IP3、IP4和IP5分别为5.69484eV、11.03013eV、42.89eV、57eV和71.6eV。SrH键断裂和Sr电离为Sr5+的净反应焓如第八列给出为190eV，如第九列给出的方程式(35)中的m＝7。
表3A.能够提供约m·27.2eV的净反应焓的MH型氢催化剂(能量以eV表示)
在其他实施方式中，表3B中给出如下提供的用于产生分数氢的MH型氢催化剂：将电子转移至受体A、M-H键断裂加上t个电子从原子M各自电离至连续能级，使得包含MH与A的电子亲合能(EA)差异的电子转移能量、M-H键能和t个电子从M电离的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整数。各MH催化剂、受体A、MH的电子亲合能、A的电子亲合能和M-H键能分别在第一、第二、第三和第四列给出。参与电离的MH的相应原子M的电子与电离电势(也称为电离能或结合能)一起在后续列给出且催化剂的焓和相应整数m在最后一列给出。例如，OH和H的电子亲合能分别为1.82765eV和0.7542eV，使得电子转移能量为1.07345eV，如第五列给出。OH键能为4.4556eV，如第六列给出。原子或离子的第n个电子的电离电势由IPn指定。即，例如O+13.61806eV→O++e-和O++35.11730eV→O2++e-。第一电离电势IP1＝13.61806eV和第二电离电势IP2＝35.11730eV分别在第七和第八列给出。电子转移反应、OH键断裂和O双电离的净焓如第十一列给出为54.27eV，如第十二列给出的方程式(35)中的m＝2。在其他实施方式中，如下提供用于形成分数氢的H的催化剂：使负离子电离，使得其EA加上一个或多个电子的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整数。作为另外的选择，可将负离子的第一电子转移至受体，接着再电离至少一个电子，使得电子转移能量加上一个或多个电子的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整数。电子受体可为H。
表3B.能够提供约m·27.2eV的净反应焓的MH型氢催化剂(能量以eV表示)
在其他实施方式中，如下提供用于产生分数氢的MH+型氢催化剂：从可带负电的供体A转移电子、M-H键断裂和t个电子从原子M各自电离至连续能级，使得包含MH与A的电离能差异的电子转移能量、M-H键能和t个电子从M电离的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整数。
在一个实施方式中，催化剂包含例如原子、带正电或带负电的离子、带正电或带负电的分子离子、分子、准分子、化合物或其任何组合，处于能够接受m·27.2eV(m＝1，2，3，4，....)(方程式(5)的能量的基态或激发态的任何物质。据信当净反应焓与m·27.2eV较为密切地匹配时催化速率增大。已发现具有在m·27.2eV±10％、优选为±5％内的净反应焓的催化剂适于大部分应用。在将分数氢原子催化至较低能态的情况下，以与分数氢原子的势能相同的因子对m·27.2eV(方程式(5))的反应焓作相对论校正。在一个实施方式中，催化剂共振和非辐射地接受来自原子氢的能量。在一个实施方式中，所接受的能量使催化剂势能的量值减少约从原子氢转移的量。由于最初束缚电子的动能守恒，所以可产生高能离子或电子。至少一个原子H充当至少一个另一原子H的催化剂，其中受体的27.2eV势能由从所催化的供体H原子转移27.2eV而抵消。受体催化剂H的动能可以快质子或电子形式保存。另外，在催化的H中形成的中间态(方程式(7))随连续能量以辐射或第三体中诱导的动能形式发射而衰减。此类能量释放可在本发明的CIHT电池中产生电流。
在一个实施方式中，分子或带正电或带负电的分子离子中的至少一种充当从原子H接受约m27.2eV的催化剂，其中分子或带正电或带负电的分子离子的势能量值减少约m27.2eV。例如，Mills GUTCP中给出的H2O的势能为
从原子H接受m·27.2eV且分子势能量值减少相同能量的分子可充当催化剂。例如，关于H2O的势能，催化反应(m＝3)为
且总反应为
其中具有氢原子半径和等于质子4倍的中心场，且为半径为H的1/4的相应的稳定状态。当电子经受从氢原子半径至1/4该距离的半径的径向加速度时，能量以特征发光形式或第三体动能形式释放。基于从0℃冰变成100℃水的汽化热的10％能量变化，沸水中每水分子的H键的平均数为3.6。因此，在一个实施方式中，H2O在化学上必须以具有适合活化能的分离分子形式形成以充当催化剂来形成分数氢。在一个实施方式中，H2O催化剂为新生H2O。
在一个实施方式中，nH、O、nO、O2、OH和H2O(n＝整数)中的至少一种可充当催化剂。H和OH(作为催化剂)的产物可为H(1/5)，其中催化剂焓为约108.8eV。H和H2O(作为催化剂)的反应的产物可为H(1/4)。分数氢产物可还反应至更低状态。H(1/4)和H(作为催化剂)的产物可为H(1/5)，其中催化剂焓为约27.2eV。H(1/4)和OH(作为催化剂)的产物可为H(1/6)，其中催化剂焓为约54.4eV。H(1/5)和H(作为催化剂)的产物可为H(1/6)，其中催化剂焓为约27.2eV。
另外，OH可用作催化剂，因为OH的势能为：
p＝1和p＝2的H态的能量差为40.8eV。因此，OH可从H接受约40.8eV以用作催化剂来形成H(1/2)。
类似于H2O，Mills GUTCP中给出的胺官能团NH2的势能为-78.77719eV。从CRC中，由各对应ΔHf计算的NH2反应形成KNH2的ΔH为(-128.9-184.9)千焦/摩尔＝-313.8千焦/摩尔(3.25eV)。从CRC中，由各对应ΔHf计算的NH2反应形成NaNH2的ΔH为(-123.8-184.9)千焦/摩尔＝-308.7千焦/摩尔(3.20eV)。从CRC中，由各对应ΔHf计算的NH2反应形成LiNH2的ΔH为(-179.5-184.9)千焦/摩尔＝-364.4千焦/摩尔(3.78eV)。因此，可由充当H催化剂用于形成分数氢的碱金属胺化物MNH2(M＝K、Na、Li)接受的净焓分别为约82.03eV、81.98eV和82.56eV(在方程式(5)中，m＝3)，对应于胺基的势能和由胺基形成胺化物的能量之和。分数氢产物(例如分子分数氢)可引起通过例如MAS NMR的方法所观察到的高磁场基质位移。
类似于H2O，Mills GUTCP中给出的H2S官能团的势能为-72.81eV。该势能的抵消也会消除与3p壳层杂化相关的能量。7.49eV的该杂化能量由氢化物轨道半径与初始原子轨道半径的比率乘以壳层总能量而给出。另外，因形成两个1.10eV的S-H键所致的S3p壳层的能量变化纳入催化剂能量中。因此，H2S催化剂的净焓为81.40eV(在方程式(5)中，m＝3)。H2S催化剂可由MHS(M＝碱金属)通过以下反应形成：
2MHS→M2S+H2S (49)
该可逆反应可形成呈活性催化状态的H2S，该状态为产物H2S的过渡状态，其可催化H形成分数氢。反应混合物可包含形成H2S和原子H来源的反应物。分数氢产物(例如分子分数氢)会引起通过例如MAS NMR的方法所观察到的高磁场基质位移。
此外，原子氧为具有两个半径相同且均等于原子氢的玻尔半径的不成对电子的特殊原子。当原子H充当催化剂时，接受27.2eV的能量，使得充当另一个的催化剂的各电离H的动能为13.6eV。类似地，O的两个电子各自可随13.6eV动能转移至O离子而电离，使得OH的O-H键断裂和随后两个外部不成对电子电离的净焓为80.4eV，在表3中所给出。在OH-电离成OH期间，可发生进一步反应成H(1/4)和O2++2e-的能量匹配，其中所释放的204eV能量贡献给CIHT电池的电力。反应如下给出：
且总反应为
其中方程式(5)中m＝3。动能也可保存于热电子中。观测到在水蒸气等离子体中有H粒子数反转现象证明了此机制。分数氢产物(例如分子分数氢)会引起由例如MAS NMR的方法观察到的高磁场基质位移。本发明中给出鉴别分子分数氢产物的其他方法(例如FTIR、拉曼和XPS)。
在氧或包含氧的化合物参与氧化或还原反应的一个实施方式中，O2可充当催化剂或催化剂来源。氧分子的键能为5.165eV，且氧原子的第一、第二和第三电离能分别为13.61806eV、35.11730eV和54.9355eV。反应O2→O+O2+、O2→O+O3+和2O→2O+分别提供约2、4和1倍Eh的净焓，且包含通过从H接受此类能量以使分数氢形成来形成分数氢的催化剂反应。
在一实施方式中，该分子分数氢产物被观测为处于大约1950cm-1的逆拉曼效应(IRE)峰。该峰通过利用包括与支持表面增强拉曼散射(SERS)的拉曼激光波长相当的粗糙度特征或粒度的导电材料以显示IRE峰的导电性材料来增强。
VI.化学反应器
本发明也涉及用于产生本发明的具有增加的结合能的氢物种及化合物(例如二分数氢分子及分数氢氢化物化合物)的其他反应器。取决于电池类型，其他催化产物为动力及可选的等离子体及光。此反应器在下文中称为“氢反应器”或“氢电池”。氢反应器包括用于制备分数氢的电池。用于制备分数氢的电池可采用以下形式：化学反应器或气体燃料电池(例如气体放电电池)、等离子体炬电池或微波动力电池及电化学电池。用于制备分数氢的电池的示例性实施方式可采用液体-燃料电池、固体-燃料电池、异质燃料电池、CIHT电池和SF-CIHT电池的形式。该电池中的每一种均包括：(i)原子氢来源；(ii)至少一种用于制备分数氢的催化剂，其选自固体催化剂、熔融催化剂、液体催化剂、气态催化剂或其混合物；及(iii)容器，其用于使氢及用于制备分数氢的催化剂发生反应。如本文中所使用且如由本发明所涵盖，除非另外指定，否则术语“氢”不仅包含氕(1H)，且也包含氘(2H)及氚(3H)。示例性化学反应混合物及反应器可包括本发明的SF-CIHT、CIHT电池或热电池实施方式。其他示例性实施方式在此化学反应器部分中给出。具有在混合物反应期间形成的H2O作为催化剂的反应混合物的实例在本发明中给出。其他催化剂(例如那些在表1和3中给出的催化剂)可用于形成具有增加的结合能的氢物种和化合物。表3A的示例性M-H型催化剂为NaH。可在诸如反应物、反应物的wt％、H2压力及反应温度等参数方面根据这些示例性情况调节反应及条件。适宜的反应物、条件及参数范围为本发明的那些。通过预测的13.6eV的整数倍的连续辐射谱带、由H线的多普勒谱线拓宽所测量的在其他方面无法解释的超高H动能、H线反转、在不破坏磁场情况下形成等离子体和如在Mills先前公开案中所报导的不规则等离子体余晖持续时间显示分数氢和分子分数氢为本发明的反应器的产物。其他研究人员已在装置外独立验证数据，例如有关CIHT电池和固体燃料的数据。由本发明的电池形成分数氢也通过在较长持续时间内连续输出的电能所证实，这些电能为电输入的多倍，其在大多数情形中超过在无替代性来源情况下的输入的超过10倍。预测的分子分数氢H2(1/4)通过以下方法鉴别为CIHT电池和固体燃料的产物：MAS H NMR，其显示预测的约-4.4ppm的高磁场偏移的基质峰；ToF-SIMS和ESI-ToFMS，其显示H2(1/4)与吸气剂基质复合成为m/e＝M+n2峰，其中M为母离子的质量且n为整数；电子束激发发射光谱和光致发光发射光谱，其显示预测的具有H2能量的16倍或量子数p＝4的平方的H2(1/4)的旋转和振动谱；拉曼光谱和FTIR光谱，其显示1950cm-1的H2(1/4)旋转能，其为H2旋转能的16倍或量子数p＝4的平方；XPS，其显示预测的500eV的H2(1/4)总结合能；和到达时间在m/e＝1峰之前的ToF-SIMS峰，该m/e＝1峰对应于动能为约204eV的H，其将预测的H变为H2(1/4)的能量释放与转移至第三体H的能量相匹配，如以下中所报导：Mills先前公开案，和R.Mills X Yu，Y.Lu，G Chu，J.He，J.Lotoski，“Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell”，InternationalJournal of Energy Research，(2013)，以及R.Mills，J.Lotoski，J.Kong，G Chu，J.He，J.Trevey，“High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell”(2014)，其以全文引用的方式并入本文中。
使用水流量热计和Setaram DSC 131差示扫描量热计(DSC)两者，通过观察到来自形成分数氢的固体燃料的超过最大理论能量60倍的热能，证实了本发明的电池(例如包含固体燃料的电池)形成分数氢以产生热能。MAS H NMR显示出预测的约-4.4ppm的H2(1/4)高磁场基质位移。在1950cm-1处开始的拉曼峰匹配H2(1/4)的自由空间旋转能(0.2414eV)。这些结果报导于Mills先前公开案和R.Mills，J.Lotoski，W.Good，J.He，“Solid Fuels thatForm HOH Catalyst”，(2014)中，其以全文引用的方式并入本文中。
在一个实施方式中，固体燃料反应形成H2O及H作为产物或中间体反应产物。H2O可用作形成分数氢的催化剂。反应物包括至少一种氧化剂及一种还原剂，且反应包括至少一种氧化-还原反应。还原剂可包括金属，例如碱金属。反应混合物可进一步包括氢源及H2O源，且可以可选地包括载体(例如碳、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物(例如TiCN)或腈。载体可包括金属粉末。在一个实施方式中，氢载体包括Mo或Mo合金(例如本发明的那些合金，例如MoPt、MoNi、MoCu及MoCo)。在一个实施方式中，如本领域技术人员所已知，通过例如以下方法来避免载体的氧化：选择并不氧化载体的反应混合物的其他成分，选择非氧化性反应温度及条件，及维持还原气氛(例如H2气氛)。H源可选自碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属、稀土金属的氢化物及本发明的氢化物的组中。氢源可为氢气，其可进一步包括离解剂，例如本发明的那些离解剂，例如位于载体(例如碳或氧化铝)上的贵金属及本发明的其他离解剂。水源可包括发生脱水的化合物，例如氢氧化物或氢氧化物复合物，例如Al、Zn、Sn、Cr、Sb及Pb的那些氢氧化物或氢氧化物复合物。水源可包括氢源及氧源。氧源可包括含有氧的化合物。示例性化合物或分子为O2、碱金属或碱土金属氧化物、过氧化物或超氧化物、TeO2、SeO2、PO2、P2O5、SO2、SO3、M2SO4、MHSO4、CO2、M2S2O8、MMnO4、M2Mn2O4、MxHyPO4(x、y＝整数)、POBr2、MClO4、MNO3、NO、N2O、NO2、N2O3、Cl2O7及O2(M＝碱金属；且碱土金属或其他阳离子可替代M)。其他示例性反应物包括选自以下组中的试剂：Li、LiH、LiNO3、LiNO、LiNO2、Li3N、Li2NH、LiNH2、LiX、NH3、LiBH4、LiAlH4、Li3AlH6、LiOH、Li2S、LiHS、LiFeSi、Li2CO3、LiHCO3、Li2SO4、LiHSO4、Li3PO4、Li2HPO4、LiH2PO4、Li2MoO4、LiNbO3、Li2B4O7(四硼酸锂)、LiBO2、Li2WO4、LiAlCl4、LiGaCl4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2TiO3、LiZrO3、LiAlO2、LiCoO2、LiGaO2、Li2GeO3、LiMn2O4、Li4SiO4、Li2SiO3、LiTaO3、LiCuCl4、LiPdCl4、LiVO3、LiIO3、LiFeO2、LiIO4、LiClO4、LiScOn、LiTiOn、LiVOn、LiCrOn、LiCr2On、LiMn2On、LiFeOn、LiCoOn、LiNiOn、LiNi2On、LiCuOn及LiZnOn(其中n＝1、2、3或4)、氧阴离子、强酸的氧阴离子、氧化剂、分子氧化剂(例如V2O3、I2O5、MnO2、Re2O7、CrO3、RuO2、AgO、PdO、PdO2、PtO、PtO2及NH4X(其中X为硝酸根或在CRC中给出的其他适宜的阴离子))及还原剂。另一碱金属或其他阳离子可替代Li。其他氧源可选自以下组中：MCoO2、MGaO2、M2GeO3、MMn2O4、M4SiO4、M2SiO3、MTaO3、MVO3、MIO3、MFeO2、MIO4、MClO4、MScOn、MTiOn、MVOn、MCrOn、MCr2On、MMn2On、MFeOn、MCoOn、MNiOn、MNi2On、MCuOn及MZnOn(其中M为碱金属且n＝1、2、3或4)、氧阴离子、强酸的氧阴离子、氧化剂、分子氧化剂(例如V2O3、I2O5、MnO2、Re2O7、CrO3、RuO2、AgO、PdO、PdO2、PtO、PtO2、I2O4、I2O5、I2O9、SO2、SO3、CO2、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5、Cl2O、ClO2、G2O3、Cl2O6、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5)。反应物可具有形成分数氢的任一期望比率。示例性反应混合物为0.33g LiH、1.7g LiNO3及1g MgH2以及4g活性炭粉末的混合物。另一示例性反应混合物为黑色火药，例如KNO3(75wt％)、软材木炭(其可大致包括式C7H4O)(15wt％)及S(10wt％)；KNO3(70.5wt％)及软材木炭(29.5wt％)；或在约±1-30wt％范围内的这些比率。氢源可为大致包括式C7H4O的木炭。
在一个实施方式中，反应混合物包含形成氮气、二氧化碳和H2O的反应物，其中后者充当分数氢催化剂，因为反应中也形成H。在一个实施方式中，反应混合物包含氢来源和H2O来源，H2O来源可包含硝酸盐、硫酸盐、高氯酸盐、过氧化物(例如过氧化氢)、过氧化合物(例如三丙酮-三过氧化物(TATP)或二丙酮-二过氧化物(DADP))，过氧化合物也可充当H来源，尤其在添加O2或另一氧来源(例如硝基化合物，例如硝化纤维素(APNC)、氧气或其它含氧化合物或氧阴离子化合物)时。反应混合物可包含化合物来源或化合物或官能团来源或官能团，其包含结合氮的氢、碳、烃和氧中的至少两者。反应物可包含硝酸盐、亚硝酸盐、硝基和硝胺。硝酸盐可包含金属(例如碱金属)硝酸盐，可包含硝酸铵或本领域技术人员已知的其它硝酸盐，例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属或稀土金属或Al、Ga、In、Sn或Pb的硝酸盐。硝基可包含如硝基甲烷、硝基甘油、三硝基甲苯或本领域技术人员已知的类似化合物等有机化合物的官能团。示例性反应混合物为NH4NO3和碳源，例如长链烃(CnH2n+2)(例如加热油、柴油、煤油)，该长链烃可包含氧(例如糖蜜或糖)或硝基(例如硝基甲烷)；或碳源，例如煤粉尘。H来源也可包含NH4、烃(例如燃料油)或糖，其中结合碳的H提供H的控制释放。H释放可通过自由基反应实现。C可与O反应释放H并形成碳-氧化合物，例如CO、CO2和甲酸盐。在一个实施方式中，单一化合物可包含形成氮气、二氧化碳和H2O的官能团。还包含烃官能团的硝胺为环三亚甲基三硝胺，通常称为旋风炸药(Cyclonite)或代号为RDX。可充当H来源和H2O催化剂来源(例如O来源和H来源中的至少一种的来源)中的至少一种的其它示例性化合物为选自以下组中的至少一种：硝酸铵(AN)、黑火药(75％KNO3+15％木炭+10％S)、硝酸铵/燃料油(ANFO)(94.3％AN+5.7％燃料油)、赤藓醇四硝酸酯、三硝基甲苯(TNT)、阿马图炸药(amatol)(80％TNT+20％AN)、特屈儿炸药(tetrytol)(70％特屈儿(tetryl)+30％TNT)、特屈儿(2，4，6-三硝基苯甲硝铵(C7H5N5O8))、C-4(91％RDX)、C-3(基于RDX)、组合物B(63％RDX+36％TNT)、硝酸甘油、RDX(环三亚甲基三硝胺)、塞姆泰克斯(Semtex)(94.3％PETN+5.7％RDX)、PETN(季戊四醇四硝酸酯)、HMX或奥克托儿(octogen)(八氢-1，3，5，7-四硝基-1，3，5，7-四氮杂环辛烷)、HNIW(CL-20)(2，4，6，8，10，12-六硝基-2，4，6，8，10，12-六氮杂异伍兹烷)、DDF(4，4′-二硝基-3，3′-氧化偶氮呋呫)、七硝基立方烷、八硝基立方烷、2，4，6-三(三硝甲烷)-1，3，5-三嗪、TATNB(1，3，5-三硝基苯，3，5-三叠氮基-2，4，6-三硝基苯)、三硝基苯胺、TNP(2，4，6-三硝基苯酚或苦味酸)、邓氏炸药(dunnite)(苦味酸铵)、苦味酸甲酯、苦味酸乙酯、氯化苦味酸盐(2-氯-1，3，5-三硝基苯)、三硝基甲酚、收敛酸铅(2，4，6-三硝基间苯二酚铅，C6HN3O8Pb)、TATB(三胺基三硝基苯)、硝酸甲酯、硝基甘醇、甘露醇六硝酸酯、乙二硝胺、硝基胍、四硝基甘脲、硝基纤维素、硝酸脲和六亚甲基三过氧二胺(HMTD)。氢、碳、氧和氮的比率可为任何所需比率。在硝酸铵(AN)和燃料油(FO)的反应混合物(称为硝酸铵/燃料油(ANFO))的一个实施方式中，产生平衡反应的适合化学计量为约94.3wt％AN和5.7wt％FO，但FO可过量。AN和硝基甲烷的示例性平衡反应为
3NH4NO3+2CH3NO2→4N2+2CO2+9H2O (80)
其中部分H也转化为较分数氢物种，例如H2(1/p)和H-(1/p)，例如p＝4。在一个实施方式中，氢、氮和氧的摩尔比类似，例如在具有式C3H6N6O6的RDX中。
在一个实施方式中，能量通过使用原子氢的添加来源而增加，添加来源例如H2气体或氢化物(例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属氢化物)和离解剂(例如Ni、Nb或贵金属/载体(例如碳、碳化物、硼化物或氮化物或二氧化硅或氧化铝))。反应混合物可在形成H2O催化剂和原子H的反应期间产生压缩或冲击波以增加形成分数氢的动力学。反应混合物可包含至少一种反应物以在形成H和H2O催化剂的反应期间增加热量。反应混合物可包含可在固体燃料的团粒或小珠之间分散的氧来源(例如空气)。例如，AN小珠可包含约20％空气。反应混合物可以还包含敏化剂，如填充空气的玻璃珠。在一个示例性实施方式中，添加金属粉末(例如Al)以增加反应的热量和动力学。例如，Al金属粉末可添加至ANFO中。其它反应混合物包含也具有H来源和催化剂来源(如H2O)的烟火材料。在一个实施方式中，分数氢的形成具有可由能量反应(例如能量或烟火材料的能量反应)提供的高活化能，其中分数氢的形成有助于反应混合物的自加热。作为选择，活化能可通过电化学反应提供，例如具有对应于11600K/eV的高等效温度的CIHT电池的电化学反应。
另一示例性反应混合物为可在约0.01大气压至100大气压压力范围内的H2气体、硝酸盐(例如碱金属硝酸盐，例如KNO3)和氢离解剂(例如Pt/C、Pd/C、Pt/Al2O3或Pd/Al2O3)。混合物可还包含碳，例如石墨或GTA级柔性石墨(Grade GTA Grafoil)(Union Carbide)。反应比率可为任何所需值，例如混合物的约0.1wt％至10wt％的约1至10％Pt或Pd/碳与约50wt％的硝酸盐混合，且其余为碳；但在示例性实施方式中，比率可变化约5至10倍。在使用碳作为载体的情况下，温度维持在低于产生形成例如碳酸盐(例如碱金属碳酸盐)的化合物的C反应的温度。在一个实施方式中，温度维持在例如约50℃-300℃或约100℃-250℃范围内以便在N2上形成NH3。
反应物与再生反应和系统可包含本发明或以下在先美国专利申请案中的反应物与再生反应和系统：例如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US08/61455，4/24/2008提交PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，7/29/2009提交PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US10/27828，3/18/2010提交PCT；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US11/28889，3/17/2011提交PCT；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，PCT/US12/31369，3/30/2012提交，以及CIHT Power System，PCT/US13/041938，5/21/13提交(“Mills在先申请”)，所述文献以全文引用的方式并入本文中。
在一个实施方式中，反应可包含氮氧化物(例如N2O、NO2或NO)而不是硝酸盐。作为选择，也向反应混合物中添加气体。NO、NO2和N2O和碱金属硝酸盐可由已知工业方法(例如依次通过哈柏法(Haber process)和奥斯特瓦尔德法(Ostwald process))产生。在一个实施方式中，步骤的示例性顺序为：
具体地，哈柏法可用于由N2和H2在高温和高压下使用催化剂(例如含α-铁的一些氧化物)制备NH3。奥斯特瓦尔德法可用于在催化剂(例如热铂或铂-铑催化剂)下氧化氨为NO、NO2和N2O。在一个实施方式中，产物为氨和碱金属化合物中的至少一种。NO2可由NH3通过氧化形成。NO2可溶解于水形成硝酸，硝酸与碱金属化合物(例如M2O、MOH、M2CO3或MHCO3)反应形成M硝酸盐，其中M为碱金属。
在一个实施方式中，由氧来源(例如MNO3，M＝碱金属)形成H2O催化剂、(ii)由来源(例如H2)形成原子H和(iii)形成分数氢的反应中的至少一种反应通过可加热的常规催化剂(例如贵金属，例如Pt)或在该常规催化剂上进行。热催化剂可包含热长丝。长丝可包含热Pt长丝。氧来源(例如MNO3)可至少部分为气态的。气态和其蒸汽压力可通过加热MNO3(例如KNO3)来控制。氧来源(例如MNO3)可处于开放舟皿中，可加热该开放舟皿以释放气态MNO3。加热可用加热器(例如热长丝)进行。在一个示例性实施方式中，MNO3置放于石英舟中，且Pt长丝卷绕在舟周围以充当加热器。MNO3的蒸汽压力可维持在约0.1托至1000托或约1托至100托的压力范围内。氢来源可为气态氢，其维持在约1托至100大气压、约10托至10大气压、或约100托至1大气压压力范围内。长丝也用于解离可经由气体管线供应至电池的氢气。电池也可包含真空管线。电池反应产生H2O催化剂和原子H，其反应形成分数氢。反应可维持于能够维持在真空、环境压力或大于大气压的压力中的至少一种下的容器中。产物(例如NH3和MOH)可从电池中除去并再生。在一个示例性实施方式中，MNO3与氢来源反应形成H2O催化剂和NH3，NH3可在另一反应容器中再生或以另一步骤通过氧化再生。在一个实施方式中，氢来源(例如H2气体)由水通过电解或热方式中的至少一种产生。示例性热法为氧化铁循环、氧化铈(IV)-氧化铈(III)循环、锌-氧化锌循环、硫-碘循环、铜-氯循环和混合硫循环和本领域技术人员已知的其它循环。形成还与H反应形成分数氢的H2O催化剂的示例性电池反应为
KNO3+9/2H2→K+NH3+3H2O。 (82)
KNO3+5H2→KH+NH3+3H2O。 (83)
KNO3+4H2→KOH+NH3+2H2O。 (84)
KNO3+C+2H2→KOH+NH3+CO2。 (85)
2KNO3+C+3H2→K2CO3+1/2N2+3H2O。 (86)
形成氮氧化物的示例性再生反应由方程式(81)给出。产物(例如K、KH、KOH和K2CO3)可与通过向水中添加氮氧化物所形成的硝酸反应形成KNO2或KNO3。形成反应物H2O催化剂和H2中的至少一种的其它适合的示例性反应在表4、表5和表6中给出。
表4.关于H2O催化剂和H2的热可逆反应循环。[L.C.Brown，G.E.Besenbruch，K.R.Schultz，A.C.Marshall，S.K.Showalter，P.S.Pickard和J.F.Funk，NuclearProduction of Hydrogen Using Thermochemical Water-Splitting Cycles，于2002年6月19-13日在佛罗里达州好莱坞在关于先进核电站的国际会议(International Congresson Advanced Nuclear Power Plants，ICAPP)上提交的论文的预印版，且出版在会议记录中。]
*T＝热化学，E＝电化学。
表5.关于H2O催化剂和H2的热可逆反应循环。[C.Perkins和A.W.Weimer，Solar-Thermal Production of Renewable Hydrogen，AIChE Journal，55(2)，(2009)，第286-293页。]
形成H2O催化剂的反应物可包括O源(例如O物种)及H源。O物种源可包括O2、空气及包括O的化合物或化合物混合物中的至少一种。包括氧的化合物可包括氧化剂。包括氧的化合物可包括氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、过氧化物及超氧化物中的至少一种。适宜的示例性金属氧化物为碱金属氧化物(例如Li2O、Na2O及K2O)、碱土金属氧化物(例如MgO、CaO、SrO及BaO)、过渡金属氧化物(例如NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3及CoO)及内过渡金属及稀土金属氧化物及其他金属及类金属的那些氧化物(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te的那些氧化物)及该氧化物及其他包括氧的元素的混合物。氧化物可包括氧化物阴离子(例如本发明的那些氧化物阴离子，例如金属氧化物阴离子)及阳离子(例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属阳离子及其他金属及类金属的那些阳离子(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te的那些阳离子))，例如MM’2xO3x+1或MM’2xO4(M＝碱土金属，M’＝过渡金属(例如Fe或Ni或Mn)，x＝整数)及M2M’2xO3x+1或M2M’2xO4(M＝碱金属，M’＝过渡金属(例如Fe或Ni或Mn)，x＝整数)。适宜的示例性金属羟基氧化物为AlO(OH)、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、CrO(OH)、MnO(OH)(α-MnO(OH)(锰榍石)及γ-MnO(OH)(水锰矿))、FeO(OH)、CoO(OH)、NiO(OH)、RhO(OH)、GaO(OH)、InO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)及Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)。适宜的示例性氢氧化物为：例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属等金属的那些氢氧化物；及其他金属及类金属(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)的那些氢氧化物；及其混合物。适宜的复合离子氢氧化物为Li2Zn(OH)4、Na2Zn(OH)4、Li2Sn(OH)4、Na2Sn(OH)4、Li2Pb(OH)4、Na2Pb(OH)4、LiSb(OH)4、NaSb(OH)4、LiAl(OH)4、NaAl(OH)4、LiCr(OH)4、NaCr(OH)4、Li2Sn(OH)6及Na2Sn(OH)6。其他示例性适宜的氢氧化物为来自Co(OH)2、Zn(OH)2、Ni(OH)2、其他过渡金属氢氧化物Cd(OH)2、Sn(OH)2及Pb(OH)中的至少一种。适宜的示例性过氧化物为H2O2、有机化合物的那些过氧化物及金属的那些过氧化物(例如M2O2，其中M为碱金属，例如Li2O2、Na2O2、K2O2)、其他离子型过氧化物(例如碱土金属的那些过氧化物，例如Ca、Sr或Ba过氧化物)、其他正电金属的那些过氧化物(例如镧系元素的那些过氧化物)及共价金属过氧化物(例如Zn、Cd及Hg的那些过氧化物)。适宜的示例性超氧化物为金属的那些超氧化物MO2(其中M为碱金属，例如NaO2、KO2、RbO2及CsO2)及碱土金属超氧化物。在一个实施方式中，固体燃料包含碱金属过氧化物和氢来源，例如氢化物、烃或储氢材料，例如BH3NH3。反应混合物可包括氢氧化物(例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属及Al、Ga、In、Sn、Pb及形成氢氧化物的其他元素的那些氢氧化物)及氧源(例如包括至少一种氧阴离子(例如碳酸根)的化合物，例如包括碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属及Al、Ga、In、Sn、Pb的化合物及本发明的其他化合物)。其他包括氧的适宜的化合物为以下组中的氧阴离子化合物中的至少一种：铝酸盐、钨酸盐、锆酸盐、钛酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、铬酸盐、重铬酸盐及锰酸盐、氧化物、羟基氧化物、过氧化物、超氧化物、硅酸盐、钛酸盐、钨酸盐及本发明的其他化合物。氢氧化物及碳酸盐的示例性反应由下式给出：
Ca(OH)2+Li2CO3→CaO+H2O+Li2O+CO2 (87)
在其他实施方式中，氧源为气态或易于形成气体(例如NO2、NO、N2O、CO2、P2O3、P2O5及SO2)。来自H2O催化剂形成的经还原的氧化物产物(例如C、N、NH3、P或S)可通过使用氧或其来源燃烧再次转化回氧化物，如在Mills的先前申请案中所给出。电池可产生可用于加热应用的过量热，或可通过例如朗肯系统或布莱顿系统等方式来将热转化成电。作为另一选择，可使用电池合成较低能量氢物种，例如分子分数氢及分数氢氢阴离子及相应化合物。
在一个实施方式中，形成分数氢(其用于产生较低能量氢物种及化合物及产生能量中的至少一种)的反应混合物包括原子氢来源及催化剂来源(其包括H及O中的至少一种，例如本发明的那些催化剂，例如H2O催化剂)。反应混合物可进一步包括酸(例如H2SO3、H2SO4、H2CO3、HNO2、HNO3、HClO4、H3PO3及H3PO4)或酸源(例如酸酐或无水酸)。后者可包括以下组中的至少一种：SO2、SO3、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5。反应混合物可包括碱及碱酐(例如M2O(M＝碱金属)、M’O(M’＝碱土金属)、ZnO或其他过渡金属氧化物、CdO、CoO、SnO、AgO、HgO或Al2O3)中的至少一种。其他示例性酐包括对H2O稳定的金属，例如Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Xr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。酐可为碱金属或碱土金属氧化物，且水合化合物可包括氢氧化物。反应混合物可包括羟基氧化物，例如FeOOH、NiOOH或CoOOH。反应混合物可包括H2O来源及H2O中的至少一种。可在原子氢存在下通过水合及脱水反应来可逆地形成H2O。形成H2O催化剂的示例性反应为
Mg(OH)2→MgO+H2O (88)
2LiOH→Li2O+H2O (89)
H2CO3→CO2+H2O (90)
2FeOOH→Fe2O3+H2O (91)
在一个实施方式中，通过以下物种的脱水来形成H2O催化剂：至少一种包括磷酸根的化合物，例如磷酸盐、磷酸氢盐及磷酸二氢盐，例如阳离子(例如包括例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属等金属的阳离子；及其他金属及类金属的那些阳离子，例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te的那些阳离子)的那些化合物；及形成缩合磷酸盐(例如多磷酸盐(例如[PnO3n+1](n+2)-)、长链偏磷酸盐(例如[(PO3)n]n-)、环状偏磷酸盐(例如[(PO3)n]n-，其中n≥3)及过磷酸盐(例如P4O10)中的至少一种)的混合物。示例性反应为
脱水反应的反应物可包括R-Ni，其可包括Al(OH)3及Al2O3中的至少一种。反应物可进一步包括金属M(例如本发明的那些金属，例如碱金属)、金属氢化物MH、金属氢氧化物(例如本发明的那些金属氢化物，例如碱金属氢氧化物)及氢源(例H2以及固有氢)。示例性反应为
2Al(OH)3+→Al2O3+3H2O (94)
Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H2O (95)
3MH+Al(OH)3+→M3Al+3H2O (96)
MoCu+2MOH+4O2→M2MoO4+CuO+H2O(M＝Li，Na，K，Rb，Cs) (97)
反应产物可包括合金。R-Ni可通过再水合再生。形成H2O催化剂的反应混合物及脱水反应可包括及涉及羟基氧化物，例如本发明的那些羟基氧化物，如在以下示例性反应中所给出：
3Co(OH)2→2CoOOH+Co+2H2O (98)
可通过解离由H2气体形成原子氢。氢离解剂可为本发明的那些氢离解剂中的一种，例如R-Ni或位于载体上的贵金属或过渡金属(例如位于碳或Al2O3上的Ni或Pt或Pd)。作为另一选择，原子H可来自渗透穿过膜(例如本发明的那些膜)的H。在一个实施方式中，电池包括例如陶瓷膜等膜以选择性地使H2扩散穿过同时防止H2O扩散。在一个实施方式中，通过电解包括氢源的电解质(例如包括H2O的水性或熔融电解质)来将H2及原子H中的至少一种供应至电池。在一个实施方式中，通过将酸或碱脱水至酐形式来可逆地形成H2O催化剂。在一个实施方式中，通过改变电池pH或活性、温度及压力中的至少一种来传播形成催化剂H2O及分数氢的反应，其中可通过改变温度来改变压力。如本领域技术人员已知，可通过添加盐来改变例如酸、碱或酐等物种的活性。在一个实施方式中，反应混合物可包括可吸收用于反应形成分数氢的气体来源(例如H2或酸酐气体)或作为该气体来源的材料(例如碳)。反应物可具有任一期望浓度及比率。反应混合物可为熔融物或包括水性浆料。
在另一个实施方式中，H2O催化剂来源为酸与碱之间的反应，例如氢卤酸、硫酸、硝酸及亚硝酸中的至少一种与碱之间的反应。其他适宜的酸反应物为以下物种的水溶液：H2SO4、HCl、HX(X-卤离子)、H3PO4、HClO4、HNO3、HNO、HNO2、H2S、H2CO3、H2MoO4、HNbO3、H2B4O7(M四硼酸盐)、HBO2、H2WO4、H2CrO4、H2Cr2O7、H2TiO3、HZrO3、MAlO2、HMn2O4、HIO3、HIO4、HClO4或有机酸(例如甲酸或乙酸)。适宜的示例性碱为包括碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属或稀土金属或Al、Ga、In、Sn或Pb的氢氧化物、羟基氧化物或氧化物。
在一个实施方式中，反应物可包括酸或碱，其分别与碱酐或酸酐反应形成H2O催化剂及分别具有碱的阳离子及酸酐的阴离子或碱酐的阳离子及酸的阴离子的化合物。酸酐SiO2与碱NaOH的示例性反应为
4NaOH+SiO2→Na4SiO4+2H2O (99)
其中相应酸的脱水反应为
H4SiO4→2H2O+SiO2 (100)
其他适宜的示例性酐可包括元素、金属、合金或混合物，例如来自以下组中的：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg。相应氧化物可包括以下中的至少一种：MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2Os、VO、VO2、V2O3、V2Os、B2O3、NbO、NbO2、Nb2Os、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、Mn2O7、HfO2、Co2O3、CoO、Co3O4、Co2O3及MgO。在一示例性实施方式中，碱包括氢氧化物(例如碱金属氢氧化物，例如MOH(M＝碱金属)，例如LiOH)，其可形成相应碱性氧化物(例如M2O，例如Li2O)及H2O。碱性氧化物可与酐氧化物反应形成产物氧化物。在LiOH与酐氧化物的释放H2O的示例性反应中，产物氧化物化合物可包括Li2MoO3或Li2MoO4、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SiO3、LiAlO2、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2B4O7、Li2NbO3、Li2SeO3、Li3PO4、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2MnO4、Li2HfO3、LiCoO2及MgO。其他适宜的示例性氧化物为以下组中的至少一种：As2O3、As2O5、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、Bi2O3、SO2、SO3、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5及本领域技术人员已知的其他类似氧化物。另一实例由方程式(91)给出。金属氧化物的适宜的反应为
2LiOH+NiO→Li2NiO2+H2O (101)
3LiOH+NiO→LiNiO2+H2O+Li2O+1/2H2 (102)
4LiOH+Ni2O3→2Li2NiO2+2H2O+1/2O2 (103)
2LiOH+Ni2O3→2LiNiO2+H2O (104)
其他过渡金属(例Fe、Cr及Ti)、内过渡金属及稀土金属及其他金属或类金属(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可替代Ni，且其他碱金属(例如Li、Na、Rb及Cs)可替代K。在一个实施方式中，氧化物可包括Mo，其中在形成H2O的反应期间，可形成进一步反应形成分数氢的新生H2O催化剂及H。示例性固体燃料反应及可能的氧化还原路径为
3MoO2+4LiOH→2Li2MoO4+Mo+2H2O (105)
2MoO2+4LiOH→2Li2MoO4+2H2 (106)
O2-→1/2O2+2e- (107)
2H2O+2e-→2OH-+H2 (108)
2H2O+2e-→2OH-+H+H(1/4) (109)
Mo4++4e-→Mo (110)
反应可进一步包括氢源(例如氢气)及离解剂(例如Pd/Al2O3)。氢可为氕、氘或氚或其组合中的任一种。形成H2O催化剂的反应可包括两种氢氧化物形成水的反应。氢氧化物的阳离子可具有不同氧化态，例如碱金属氢氧化物与过渡金属或碱土金属氢氧化物的反应的那些情况。反应混合物及反应可进一步包括及涉及来自源的H2，如在示例性反应中所给出的：
LiOH+2Co(OH)2+1/2H2→LiCoO2+3H2O+Co (111)
反应混合物及反应可进一步包括及涉及金属M，例如碱金属或碱土金属，如在示例性反应中所给出的：
M+LiOH+Co(OH)2→LiCoO2+H2O+MH (112)
在一个实施方式中，反应混合物包括金属氧化物及氢氧化物(其可用作H源)及可选的另一H源，其中金属氧化物的金属(例如Fe)可具有多种氧化态，从而其在形成H2O(其用作催化剂以与H反应形成分数氢)的反应期间进行氧化-还原反应。一实例为FeO，其中Fe2+可在形成催化剂的反应期间氧化成Fe3+。示例性反应为
FeO+3LiOH→H2O+LiFeO2+H(1/p)+Li2O (113)
在一个实施方式中，至少一种反应物(例如金属氧化物、氢氧化物或羟基氧化物)充当氧化剂，其中金属原子(例如Fe、Ni、Mo或Mn)可处于高于另一可能氧化态的氧化态。形成催化剂及分数氢的反应可使原子还原成至少一种较低氧化态。金属氧化物、氢氧化物及羟基氧化物形成H2O催化剂的示例性反应为
2KOH+NiO→K2NiO2+H2O (114)
3KOH+NiO→KNiO2+H2O+K2O+1/2H2 (115)
2KOH+Ni2O3→2KNiO2+H2O (116)
4KOH+Ni2O3→2K2NiO2+2H2O+1/2O2 (117)
2KOH+Ni(OH)2→K2NiO2+2H2O (118)
2LiOH+MoO3→Li2MoO4+H2O (119)
3KOH+Ni(OH)2→KNiO2+2H2O+K2O+1/2H2 (120)
2KOH+2NiOOH→K2NiO2+2H2O+NiO+1/2O2 (121)
KOH+NiOOH→KNiO2+H2O (122)
2NaOH+Fe2O3→2NaFeO2+H2O (123)
其他过渡金属(例如Ni、Fe、Cr及Ti)、内过渡金属及稀土金属及其他金属或类金属(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可替代Ni或Fe，且其他碱金属(例如Li、Na、K、Rb及Cs)可替代K或Na。在一个实施方式中，反应混合物包括对H2O稳定的金属(例如Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In)的氧化物及氢氧化物中的至少一种。另外，反应混合物包括氢源(例如H2气体)及可选的离解剂(例如位于载体上的贵金属)。在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含金属卤化物(例如至少一种过渡金属卤化物，例如溴化物，例如FeBr2)如形成羟基氧化物、氢氧化物或氧化物的金属中的至少一种与H2O的混合物。在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含金属氧化物、氢氧化物和羟基氧化物(例如至少一种过渡金属氧化物，例如Ni2O3)中的至少一种与H2O的混合物。
碱酐NiO与酸HCl的示例性反应为
2HCl+NiO→H2O+NiCl2 (124)
其中相应碱的脱水反应为
Ni(OH)2→H2O+NiO (125)
反应物可包括路易斯酸或碱及质子酸或碱中的至少一种。反应混合物及反应可进一步包括及涉及包含氧的化合物，其中酸与包含氧的化合物反应形成水，如在以下示例性反应中所给出：
2HX+POX3→H2O+PX5 (126)
(X＝卤离子)。类似于POX3的化合物为适宜的，例如那些通过S代替P者。其他适宜的示例性酐可包括可溶于酸中的元素、金属、合金或混合物的氧化物，例如包括碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属或稀土金属或Al、Ga、In、Sn或Pb(例如来自Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg的组中的)的氢氧化物、羟基氧化物或氧化物。相应氧化物可包括MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO或Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、Mn2O7、HfO2、Co2O3、CoO、CO3O4、Co2O3及MgO。其他适宜的示例性氧化物为以下组中的那些的氧化物：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在一个示例性实施方式中，酸包括氢卤酸且产物为H2O及氧化物的金属卤化物。反应混合物进一步包括氢源(例如H2气体)及离解剂(例如Pt/C)，其中H与H2O催化剂反应形成分数氢。
在一个实施方式中，固体燃料包括H2源(例如渗透膜或H2气体)及离解剂(例如Pt/C)及H2O催化剂来源(其包括还原成H2O的氧化物或氢氧化物)。氧化物或氢氧化物的金属可形成用作H源的金属氢化物。碱金属氢氧化物及氧化物(例如LiOH及Li2O)的示例性反应为
LiOH+H2→H2O+LiH (127)
Li2O+H2→LiOH+LiH (128)
反应混合物可包括进行氢还原得到H2O的金属的氧化物或氢氧化物(例如Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、In及Pb的那些氧化物或氢氧化物)及氢源(例如H2气体)及离解剂(例如Pt/C)。
在另一个实施方式中，反应混合物包括H2源(例如H2气体)及离解剂(例如Pt/C)及过氧化物化合物(例如H2O2，其分解成H2O催化剂及其他包括氧的产物(例如O2))。一些H2及分解产物(例如O2)可发生反应以也形成H2O催化剂。
在一个实施方式中，形成H2O催化剂的反应包括有机脱水反应，例如多元醇等醇的脱水反应，例如糖至醛和H2O。在一个实施方式中，脱水反应涉及由末端醇释放H2O形成醛。末端醇可包括释放可用作催化剂的H2O的糖或其衍生物。适宜的示例性醇为内消旋-赤藓糖醇、半乳糖醇或卫矛醇及聚乙烯醇(PVA)。示例性反应混合物包括糖+氢离解剂(例如Pd/Al2O3+H2)。作为另一选择，反应包括将金属盐(例如具有至少一个水合水的金属盐)脱水。在一个实施方式中，脱水包括从水合物(如水合离子及盐水合物，例如BaI22H2O及EuBr2nH2O)失去充当催化剂的H2O。
在一个实施方式中，形成H2O催化剂的反应包括以下物质的氢还原：包含氧的化合物(例如CO)、氧阴离子(例如MNO3(M＝碱金属))、金属氧化物(例如NiO、Ni2O3、Fe2O3或SnO)、氢氧化物(例如Co(OH)2)、羟基氧化物(例如FeOOH、CoOOH及NiOOH)及包含氧的物质(例如本发明的那些可由氢还原成H2O的物质)的化合物、氧阴离子、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、过氧化物、超氧化物及其他组合物。示例性包括氧或氧阴离子的化合物为SOCl2、Na2S2O3、NaMnO4、POBr3、K2S2O8、CO、CO2、NO、NO2、P2O5、N2O5、N2O、SO2、I2O5、NaClO2、NaClO、K2SO4及KHSO4。用于氢还原的氢源可为H2气体及氢化物(例如金属氢化物，例如本发明的那些氢化物)中的至少一种。反应混合物可进一步包括可形成包含氧的化合物或离子的还原剂。氧阴离子的阳离子可形成包含另一阴离子(例如卤化物、其他硫族化物、磷化物、其他氧阴离子、氮化物、硅化物、砷化物或本发明的其他阴离子)的产物化合物。示例性反应为
4NaNO3(c)+5MgH2(c)→5MgO(c)+4NaOH(c)+3H2O(l)+2N2(g) (129)
P2O5(c)+6NaH(c)→2Na3PO4(c)+3H2O(g) (130)
NaClO4(c)+2MgH2(c)→2MgO(c)+NaCl(c)+2H2O(l) (131)
KHSO4+4H2→KHS+4H2O (132)
K2SO4+4H2→2KOH+2H2O+H2S (133)
LiNO3+4H2→LiNH2+3H2O (134)
GeO2+2H2→Ge+2H2O (135)
CO2+H2→C+2H2O (136)
PbO2+2H2→2H2O+Pb (137)
V2O5+5H2→2V+5H2O (138)
Co(OH)2+H2→Co+2H2O (139)
Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O (140)
3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O (141)
Fe2O3+H2→2FeO+H2O (142)
Ni2O3+3H2→2Ni+3H2O (143)
3Ni2O3+H2→2Ni3O4+H2O (144)
Ni2O3+H2→2NiO+H2O (145)
3FeOOH+1/2H2→Fe3O4+2H2O (146)
3NiOOH+1/2H2→Ni3O4+2H2O (147)
3CoOOH+1/2H2→Co3O4+2H2O (148)
FeOOH+1/2H2→FeO+H2O (149)
NiOOH+1/2H2→NiO+H2O (150)
CoOOH+1/2H2→CoO+H2O (151)
SnO+H2→Sn+H2O (152)
反应混合物可包括阴离子源或阴离子及氧源或氧(例如包含氧的化合物)，其中形成H2O催化剂的反应包括可选地使用来自源的H2与氧形成H2O的阴离子-氧交换反应。示例性反应为
2NaOH+H2+S→Na2S+2H2O (153)
2NaOH+H2+Te→Na2Te+2H2O (154)
2NaOH+H2+Se→Na2Se+2H2O (155)
LiOH+NH3→LiNH2+H2O (156)
在固体燃料或CIHT电池反应混合物的另一个实施方式中，分数氢反应包括硫族化物之间的交换反应，例如包括O及S的反应物之间的交换反应。示例性硫族化物反应物(例如四面体四硫钼酸铵)含有([MoS4]2-)阴离子。形成新生H2O催化剂及可选的新生H的示例性反应包括钼酸盐[MoO4]2-与硫化氢在氨存在下的反应：
[NH4]2[MoO4]+4H2S→[NH4]2[MoS4]+4H2O (157)
在一个实施方式中，反应混合物包括氢源、包含氧的化合物及至少一种能够与反应混合物的至少一种其他元素形成合金的元素。形成H2O催化剂的反应可包括包含氧的化合物的氧及能够与氧化合物的阳离子形成合金的元素的交换反应，其中氧与来自源的氢反应形成H2O。示例性反应为
NaOH+1/2H2+Pd→NaPb+H2O (158)
NaOH+1/2H2+Bi→NaBi+H2O (159)
NaOH+1/2H2+2Cd→Cd2Na+H2O (160)
NaOH+1/2H2+4Ga→Ga4Na+H2O (161)
NaOH+1/2H2+Sn→NaSn+H2O (162)
NaAlH4+Al(OH)3+5Ni→NaAlO2+Ni5Al+H2O+5/2H2 (163)
在一个实施方式中，反应混合物包括包含氧的化合物(例如羟基氧化物)及还原剂(例如形成氧化物的金属)。形成H2O催化剂的反应可包括羟基氧化物与金属形成金属氧化物及H2O的反应。示例性反应为
2MnOOH+Sn→2MnO+SnO+H2O (164)
4MnOOH+Sn→4MnO+SnO2+2H2O (165)
2MnOOH+Zn→2MnO+ZnO+H2O (166)
在一个实施方式中，反应混合物包括含有氧的化合物(例如氢氧化物)、氢源及至少一种包含不同阴离子(例如卤离子)或另一元素的其他化合物。形成H2O催化剂的反应可包括氢氧化物与其他化合物或元素的反应，其中阴离子或元素与氢氧化物发生交换形成阴离子或元素的另一化合物，且氢氧化物与H2反应形成H2O。阴离子可包括卤离子。示例性反应为
2NaOH+NiCl2+H2→2NaCl+2H2O+Ni (167)
2NaOH+I2+H2→2NaI+2H2O (168)
2NaOH+XeF2+H2→2NaF+2H2O+Xe (169)
BiX3(X＝卤离子)+4Bi(OH)3→3BiOX+Bi2O3+6H2O (170)
可选择氢氧化物及卤化物化合物，使得形成H2O及另一卤化物的反应热可逆。在一个实施方式中，一般交换反应为
NaOH+1/2H2+1/yMxCly＝NaCl+6H2O+x/yM (171)
其中示例性化合物MxCly为AlCl3、BeCl2、HfCl4、KAgCl2、MnCl2、NaAlCl4、ScCl3、TiCl2、TiCl3、UCl3、UCl4、ZrCl4、EuCl3、GdCl3、MgCl2、NdCl3及YCl3。在高温下(例如在约100℃至2000℃的范围内)，方程式(232)的反应的焓及自由能中的至少一种约为0kJ且该反应可逆。由各反应的相应热力学参数计算可逆温度。代表性温度范围为NaCl-ScCl3：约800-900K、NaCl-TiCl2：约300-400K、NaCl-UCl3：约600-800K、NaCl-UCl4：约250-300K、NaCl-ZrCl4：约250-300K、NaCl-MgCl2：约900-1300K、NaCl-EuCl3：约900-1000K、NaCl-NdCl3：约＞1000K及NaCl-YCl3：约＞1000K。
在一个实施方式中，反应混合物包括氧化物(例如金属氧化物，例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属氧化物及其他金属及类金属的那些氧化物(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te的那些氧化物))、过氧化物(例如M2O2，其中M为碱金属，例如Li2O2、Na2O2及K2O2)及超氧化物(例如MO2，其中M为碱金属，例如NaO2、KO2、RbO2及CsO2，及碱土金属超氧化物)及氢源。离子型过氧化物可进一步包括Ca、Sr或Ba的那些过氧化物。形成H2O催化剂的反应可包括氧化物、过氧化物或超氧化物的氢还原形成H2O。示例性反应为
Na2O+2H2→2NaH+H2O (172)
Li2O2+H2→Li2O+H2O (173)
KO2+3/2H2→KOH+H2O (174)
在一个实施方式中，反应混合物包括氢源(例如H2、氢化物(例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属氢化物及本发明的那些氢化物中的至少一种)及包括可燃烧氢的氢源或其他化合物(例如金属酰胺)中的至少一种及氧源(例如O2)。形成H2O催化剂的反应可包括H2、氢化物或氢化合物(例如金属酰胺)氧化形成H2O。示例性反应为
2NaH+O2→Na2O+H2O (175)
H2+1/2O2→H2O (176)
LiNH2+2O2→LiNO3+H2O (177)
2LiNH2+3/2O2→2LiOH+H2O+N2 (178)
在一个实施方式中，反应混合物包括氢源及氧源。形成H2O催化剂的反应可包括氢源及氧源中的至少一种发生分解以形成H2O。示例性反应为
NH4NO3→N2O+2H2O (179)
NH4NO3→N2+1/2O2+2H2O (180)
H2O2→1/2O2+H2O (181)
H2O2+H2→2H2O (182)
本文在此化学反应器部分中所揭示的反应混合物进一步包括形成分数氢的氢源。源可为原子氢来源，例如氢离解剂及H2气体或金属氢化物，例如本发明的离解剂及金属氢化物。提供原子氢的氢源可为包括氢的化合物，例如氢氧化物或羟基氧化物。反应形成分数氢的H可为通过一种或多种反应物的反应形成的新生H，其中至少一种反应物包括氢源，例如氢氧化物与氧化物的反应。反应也可形成H2O催化剂。氧化物及氢氧化物可构成同一化合物。例如，羟基氧化物(例如FeOOH)可脱水以提供H2O催化剂且也在脱水期间提供用于分数氢反应的新生H：
4FeOOH→H2O+Fe2O3+2FeO+O2+2H(1/4) (183)
其中在反应期间所形成的新生H反应成分数氢。其他示例性反应为氢氧化物及羟基氧化物或氧化物(例如NaOH+FeOOH或Fe2O3)形成碱金属氧化物(例如NaFeO2+H2O)的那些反应，其中在反应期间所形成的新生H可形成分数氢，其中H2O用作催化剂。氧化物及氢氧化物可包含相同化合物。例如，羟基氧化物(例如FeOOH)可脱水以提供H2O催化剂，而且在脱水期间还提供新生H用于分数氢反应：
4FeOOH→H2O+Fe2O3+2FeO+O2+2H(1/4) (184)
其中在反应期间所形成的新生H反应成分数氢。其他示例性反应为氢氧化物及羟基氧化物或氧化物(例如NaOH+FeOOH或Fe2O3)形成碱金属氧化物(例如NaFeO2+H2O)的那些反应，其中在反应期间所形成的新生H可形成分数氢，其中H2O用作催化剂。氢氧化物离子发生还原及氧化以形成H2O及氧化物离子。氧化物离子可与H2O反应形成OH-。使用氢氧化物-卤化物交换反应可获得相同路径，例如下列反应：
2M(OH)2+2M′X2→H2O+2MX2+2M′O+1/2O2+2H(1/4) (185)其中示例性M及M’金属分别为碱土金属及过渡金属，例如Cu(OH)2+FeBr2、Cu(OH)2+CuBr2或Co(OH)2+CuBr2。在一个实施方式中，固体燃料可包括金属氢氧化物和金属卤化物，其中至少一种金属为Fe。可添加H2O及H2中的至少一种以再生反应物。在一个实施方式中，M及M’可选自以下组中：碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、第13、14、15及16族元素及氢氧化物或卤化物的其他阳离子(例如本发明的那些阳离子)。形成HOH催化剂、新生H及分数氢中的至少一种的示例性反应为
4MOH+4M′X→H2O+2M′2O+M2O+2MX+X2+2H(1/4) (186)
在一个实施方式中，反应混合物包括氢氧化物及卤化物化合物(例如本发明的那些化合物)中的至少一种。在一个实施方式中，卤化物可用于促进新生HOH催化剂及H中的至少一种的形成及维持中的至少一种。在一个实施方式中，混合物可用于降低反应混合物的熔点。
在一个实施方式中，固体燃料包含Mg(OH)2+CuBr2的混合物。产物CuBr可升华形成CuBr冷凝产物，其与非挥发性MgO分离。Br2可用冷阱捕集。CuBr可与Br2反应以形成CuBr2，且MgO可与H2O反应以形成Mg(OH)2。Mg(OH)2可与CuBr2组合以形成再生的固体燃料。
酸-碱反应是H2O催化剂的另一方式。因此，热化学反应类似于形成分数氢的电化学反应。示例性卤化物及氢氧化物混合物为Bi、Cd、Cu、Co、Mo及Cd的那些卤化物及氢氧化物混合物及Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W及Zn的组中具有低水反应性的金属的氢氧化物及卤化物混合物。在一个实施方式中，反应混合物进一步包括可用作H及催化剂中的至少一种的源的H2O(例如新生H2O)。水可呈水合物形式，其在反应期间发生分解或以其他方式发生反应。
在一个实施方式中，固体燃料包括H2O及形成新生H及新生H2O的无机化合物的反应混合物。无机化合物可包括与H2O反应的卤化物，例如金属卤化物。反应产物可为氢氧化物、羟基氧化物、氧化物、氧卤化物、羟基卤化物及水合物中的至少一种。其他产物可包括含有氧及卤素的阴离子，例如XO-、XO2 -、XO3 -及XO4 -(X＝卤素)。产物也可为还原的阳离子及卤素气体中的至少一种。卤化物可为金属卤化物，例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B及形成卤化物的其他元素中的一种的卤化物。金属或元素可另外为形成氢氧化物、羟基氧化物、氧化物、氧卤化物、羟基卤化物、水合物中的至少一种的金属或元素，及形成具有包括氧及卤素的阴离子(例如XO-、XO2 -、XO3 -及XO4 -(X＝卤素))的化合物的金属或元素。适宜的示例性金属及元素为以下中的至少一种：碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B。示例性反应为
5MX2+7H2O→MXOH+M(OH)2+MO+M2O3+11H(1/4)+9/2X2 (187)
其中M为金属(例如过渡金属，例如Cu)且X为卤素(例如Cl)。
在一个实施方式中，H2O充当催化剂，其维持在低浓度下以提供新生H2O。在一个实施方式中，低浓度通过将H2O分子分散于另一材料(例如固体、液体或气体)中来达成。H2O分子可稀释至分离的新生分子的极限。该材料也包含H来源。材料可包含离子化合物，例如碱金属卤化物，例如钾卤化物，例如KCl。新生H的低浓度也可动态达成，其中H2O由反应形成。产物H2O可以按相对于形成速率产生稳态低浓度的的速率除去以提供新生H和新生HOH中的至少一种。形成H2O的反应可包含脱水、燃烧、酸碱反应和其它反应，例如本发明的那些反应。H2O可通过例如蒸发和浓缩的方法除去。示例性反应物为形成氧化铁和H2O的FeOOH，其中新生H也由该进一步反应形成，从而形成分数氢。其它示例性反应混合物为Fe2O3+NaOH和H2中的至少一种以及FeOOH+NaOH和H2中的至少一种。反应混合物可维持在高温下，例如在约100℃至600℃范围内。H2O产物可通过在反应器的冷区(例如维持在低于100℃的气体管线)中冷凝蒸汽来除去。在另一实施方式中，分散或吸收于晶格(例如离子化合物(例如碱金属卤化物，例如钾卤化物，例如KCl)的晶格)中的包含H2O作为内含物或混合物或化合物的一部分的材料(例如H2O)可接受高能粒子轰击。粒子可包含光子、离子和电子中的至少一种。粒子可包含射束，例如电子束。轰击可提供H2O催化剂、H和形成分数氢的反应的活化中的至少一种。在SF-CIHT电池的实施方式中，H2O含量可能较高。H2O可通过高电流点燃而以高速率形成分数氢。
反应混合物可进一步包括载体，例如导电性高表面积载体。适宜的示例性载体为本发明的那些载体，例如金属粉末(例如Ni或R-Ni)、金属网(例如Ni、Ni多孔体、Ni网)、碳、碳化物(例如TiC及WC)及硼化物。载体可包括离解剂(例如Pd/C或Pd/C)。反应物可具有任一期望摩尔比率。在一个实施方式中，化学计量应使得有利于完成反应以形成H2O催化剂且提供H从而形成分数氢。反应温度可在任一期望范围内，例如在约环境温度至1500℃的范围内。压力范围可为任一期望值，例如在约0.01托至500大气压的范围内。反应为通过本文及Mills在先申请中所揭示方法实施的再生及可逆反应中的至少一种：例如HydrogenCatalyst Reactor，PCT/US08/61455，4/24/2008提交PCT；Heterogeneous HydrogenCatalyst Reactor，PCT/US09/052072，7/29/2009提交PCT；Heterogeneous HydrogenCatalyst Power System，PCT/US10/27828，3/18/2010提交PCT；ElectrochemicalHydrogen Catalyst Power System，PCT/US 11/28889，3/17/2011提交PCT；H2O-BasedElectrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，PCT/US 12/31369，3/30/2012提交；以及CIHT Power System，PCT/US 13/041938，5/21/13提交，以引用方式将其完整并入本文。如本领域技术人员已知，可通过改变反应条件(例如温度及压力)以使消耗H2O的逆反应发生来使形成H2O的反应可逆。例如，可在逆向反应中增加H2O压力以通过再水合由产物重新形成反应物。在其他情况中，可通过氧化(例如通过与氧及H2O中的至少一种进行反应)来再生氢还原产物。在一个实施方式中，可从反应除去逆反应产物，从而使逆反应或再生反应继续。通过除去至少一种逆反应产物可使逆反应变得有利(即使基于平衡热力学并不有利的情况中)。在一个示例性实施方式中，再生反应物(逆反应或再生反应产物)包括氢氧化物，例如碱金属氢氧化物。可通过例如溶剂化或升华等方法来除去氢氧化物。在后一情况中，碱金属氢氧化物在约350℃至400℃范围内的温度下发生升华且并不变化。可在Mills在先申请的动力装置系统中维持反应。来自产生动力的电池的热能可将热量提供到至少一个如先前所公开的进行再生的其他电池。作为另一选择，可通过改变如先前所揭示的系统设计(因在所选电池区域中具有冷却剂而具有温度梯度)的水壁温度来使形成H2O催化剂的反应与逆向再生反应的平衡发生移动。
在一个实施方式中，卤化物和氧化物可进行交换反应。交换反应的产物可彼此分离。交换反应可通过加热产物混合物来进行。分离可通过升华实现，该升华可通过加热和施加真空中的至少一种来驱动。在一个示例性实施方式中，CaBr2和CuO可因加热至高温(例如在约700℃至900℃范围内)而进行交换反应，形成CuBr2和CaO。可使用任何其他适合的温度范围，例如在约100℃至2000℃范围内。CuBr2可通过升华来分离和收集，该升华可通过施加热量和低压来实现。CuBr2可形成单独带。CaO可与H2O反应形成Ca(OH)2。
在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含单重态氧来源。产生单重态氧的示例性反应为
NaOCl+H2O2至O2+NaCl+H2O (188)
在另一实施方式中，固体燃料或高能材料包含芬顿反应的来源或试剂，例如H2O2。
在一个实施方式中，使用包含H和O中的至少一种的催化剂(例如H2O)合成较低能量氢物种和化合物。合成示例性较低能量氢化合物MHX的反应混合物，其中M为碱金属且可为另一金属(例如碱土金属)，其中化合物具有相应化学计量，H为分数氢(例如分数氢氢化物)，且X为阴离子(例如卤离子)，包含M和X来源(例如碱金属卤化物，例如KCl)和金属还原剂(例如碱金属)、氢离解剂(例如Ni，例如Ni筛网或R-Ni)和可选的载体(例如碳)、氢来源(例如金属氢化物(例如MH，可替换M)和H2气体中的至少一种)和氧来源(例如金属氧化物或含氧化合物)。适合的示例性金属氧化物为Fe2O3、Cr2O3和NiO。反应温度可维持在约200℃至1500℃或约400℃至800℃范围内。反应物可为任何所需比率。形成KHCl的反应混合物可包含K、Ni筛网、KCl、氢气，以及Fe2O3、Cr2O3和NiO中的至少一种。示例性重量和条件为1.6g K，20g KCl，40g Ni筛网，来自金属氧化物(例如1.5g Fe2O3和1.5g NiO)的与K等摩尔数的氧，1大气压H2和约550-600℃的反应温度。反应通过H与来自金属氧化物的O的反应形成H2O催化剂，且H与催化剂反应形成分数氢和分数氢氢化物离子(形成产物KHCl)。形成KHI的反应混合物可包含K、R-Ni、KI、氢气，以及Fe2O3、Cr2O3和NiO中的至少一种。示例性重量和条件为1gK，20g KI，15g R-Ni 2800，来自金属氧化物(例如1g Fe2O3和1g NiO)的与K等摩尔数的氧，1大气压H2和约450-500℃的反应温度。反应通过H与来自金属氧化物的O的反应形成H2O催化剂，且H与催化剂反应形成分数氢和分数氢氢化物离子(形成产物KHI)。在一个实施方式中，CIHT电池、SF-CIHT电池、固体燃料或化学电池中的至少一种的产物为H2(1/4)，其引起高场H NMR基质位移。在一个实施方式中，固体基质(例如氢氧化物(例如NaOH或KOH)的基质)中分数氢物质(例如分数氢原子或分子)的存在引起基质质子向高场位移。基质质子(例如NaOH或KOH的质子)可交换。在一个实施方式中，位移可使得基质峰相对于TMS在约-0.1ppm至-5ppm范围内。
在一个实施方式中，可通过添加H2及H2O中的至少一种来进行氢氧化物及卤化物化合物混合物(例如Cu(OH)2+CuBr2)的再生反应。可通过升华卤化物来分离例如卤化物及氧化物等产物。在一个实施方式中，可在加热条件下将H2O添加至反应混合物中而由反应产物形成氢氧化物及卤化物(例如CuBr2及Cu(OH)2)。在一个实施方式中，可通过热循环步骤来达成再生。在一个实施方式中，卤化物(例如CuBr2)具有H2O可溶性，而氢氧化物(例如Cu(OH)2)不溶。可通过过滤或沉淀来分离再生化合物。可干燥化学物种，其中热能可来自反应。可从分离的水蒸气回收热量。该回收可通过热交换器或通过使用蒸汽来直接加热或使用例如涡轮机及发电机发电来进行。在一个实施方式中，通过使用H2O裂解催化剂从CuO再生Cu(OH)2。适宜的催化剂为位于载体上的贵金属(例如Pt/Al2O3)及通过烧结CuO及Al2O3形成的CuAlO2、磷酸钴、硼酸钴、甲基硼酸钴、硼酸镍、RuO2、LaMnO3、SrTiO3、TiO2及WO3。形成H2O裂解催化剂的示例性方法为分别在0.92V及1.15V的电势下(相对于标准氢电极)于约0.1M磷酸硼酸钾电解质(pH 9.2)中对Co2+及Ni2+溶液进行控制电解。示例性热可逆固体燃料循环为
T 100 2CuBr2+Ca(OH)2→2CuO+2CaBr2+H2O (189)
T 730 CaBr2+2H2O→Ca(OH)2+2HBr (190)
T 100 CuO+2HBr→CuBr2+H2O (191)
T 100 2CuBr2+Cu(OH)2→2CuO+2CaBr2+H2O (192)
T 730 CuBr2+2H2O→Cu(OH)2+2HBr (193)
T 100 CuO+2HBr→CuBr2+H2O (194)
在一个实施方式中，选择具有H2(作为反应物)及H2O(作为产物)中的至少一种及H2或H2O(作为反应物及产物中的至少一种)中的一种或多种的固体燃料反应混合物，使得任何传统反应的最大理论自由能约为零，在限制试剂的-500kJ/摩尔至+500kJ/摩尔的范围内或优选地在限制试剂的-100kJ/摩尔至+100kJ/摩尔的范围内。可将反应物及产物的混合物维持于大约自由能约为零的最佳温度及大约反应可逆以至少在长于反应时间的持续时间内在并不维持混合物及温度的情况下获得再生或稳定动力的最佳温度的一种或多种。温度可在最佳温度的约+/-500℃或约+/-100℃的范围内。示例性混合物及反应温度为Fe、Fe2O3、H2及H2O在800K下的化学计量混合物及Sn、SnO、H2及H2O在800K下的化学计量混合物。
在一个实施方式中，其中碱金属M(例如K或Li)和nH(n＝整数)、OH、O、2O、O2和H2O中的至少一种充当催化剂，H来源为金属氢化物(例如MH)中的至少一种，金属M和金属氢化物MH中的至少一种与H来源反应形成H。一种产物可为氧化的M，例如氧化物或氢氧化物。产生原子氢和催化剂中的至少一种的反应可为电子转移反应或氧化还原反应。反应混合物可还包含H2、H2离解剂(例如本发明的H2离解剂，例如Ni筛网或R-Ni)和导电性载体中的至少一种(例如这些离解剂和其它以及本发明的载体(例如碳和碳化物、硼化物和碳氮化物))。M或MH的示例性氧化反应为
4MH+Fe2O3→+H2O+H(1/p)+M2O+MOH+2Fe+M (195)
其中H2O和M中的至少一种可充当催化剂以形成H(1/p)。反应混合物可还包含分数氢吸收剂，例如化合物，例如盐，例如卤化物盐，例如碱金属卤化物盐，例如KCl或KI。产物可为MHX(M＝金属，如碱金属；X为抗衡离子，例如卤离子；H为分数氢物种)。其它分数氢催化剂可替代M，例如本发明的催化剂，例如表1的催化剂。
在一个实施方式中，氧来源为具有类似于水的形成热的化合物以便氧来源化合物的还原产物与氢之间的氧交换在最低能量释放下发生。适合的示例性氧来源化合物为CdO、CuO、ZnO、SO2、SeO2和TeO2。其它类似物(例如金属氧化物)也可为可进行脱水反应的酸或碱的酐，正如H2O催化剂的来源为MnOx、AlOx和SiOx。在一个实施方式中，氧化物层氧来源可覆盖氢来源，例如金属氢化物，例如氢化钯。形成H2O催化剂和原子H(进一步反应形成分数氢)的反应可通过加热氧化物涂布的氢来源(例如金属氧化物涂布的氢化钯)引发。氢化钯可通过氢不渗透性层(例如金膜层)涂布于氧来源的相反侧以使释放的氢选择性地迁移至氧来源，如氧化物层，例如金属氧化物。在一个实施方式中，形成分数氢催化剂的反应和再生反应分别包含氧来源化合物与氢之间和水与还原的氧来源化合物之间的的氧交换。适合的还原的氧来源为Cd、Cu、Zn、S、Se和Te。在一个实施方式中，氧交换反应可包含用于热形成氢气的反应。示例性热法为氧化铁循环、氧化铈(IV)-氧化铈(III)循环、锌-氧化锌循环、硫-碘循环、铜-氯循环和混合硫循环和本领域技术人员已知的其它循环。在一个实施方式中，形成分数氢催化剂的反应和再生反应(例如氧交换反应)在同一反应容器中同时发生。可控制条件(例如温度和压力)以达成反应同时发生。作为选择，产物可被移出并在至少一个其它单独容器中再生，该再生可在不同于如本发明和Mills在先申请中所给出的动力形成反应的条件下发生。
在一个实施方式中，胺化物(例如LiNH2)的NH2基团充当催化剂，其中方程式(5)中对应于m＝3的势能为约81.6eV。类似于酸或碱形成酐和酐形成酸或碱的可逆的H2O消除或加成反应，酰胺与酰亚胺或氮化物之间的可逆反应形成NH2催化剂，NH2催化剂还与原子H反应形成分数氢。酰胺与酰亚胺和氮化物中的至少一种之间的可逆反应也可充当氢来源，例如原子H。
在一个实施方式中，通过H与OH和H2O催化剂中的至少一种的反应合成分数氢物种(例如分子分数氢或分数氢氢阴离子)。分数氢物种可由以下的组中的至少两种产生：金属(例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、As、Sb和Te)、金属氢化物(例如LaNi5H6和本发明的其它类似物)、水性氢氧化物(例如碱性氢氧化物，例如0.1M至饱和浓度的KOH)、载体(例如碳、Pt/C、蒸气碳、碳黑、碳化物、硼化物或腈)和氧。形成分数氢物种(例如分子分数氢)的适合的示例性反应混合物为(1)Co PtC KOH(饱和)，有或无O2；(2)Zn或Sn+LaNi5H6+KOH(饱和)；(3)Co、Sn、Sb或Zn+O2+CB+KOH(饱和)；(4)Al CBKOH(饱和)；(5)Sn Ni涂布的石墨KOH(饱和)，有或无O2；(6)Sn+SC或CB+KOH(饱和)+O2；(7)ZnPt/C KOH(饱和)O2；(8)Zn R-Ni KOH(饱和)O2；(9)Sn LaNi5H6 KOH(饱和)O2；(10)SbLaNi5H6 KOH(饱和)O2；(11)Co、Sn、Zn、Pb或Sb+KOH(饱和水溶液)+K2CO3+CB-SA和(12)LiNH2LiBr和LiH或Li和H2或其来源和可选的氢离解剂(例如Ni或R-Ni)。其它反应混合物包含熔融氢氧化物、氢来源、氧来源和氢离解剂。形成分数氢物种(例如分子分数氢)的适合的示例性反应混合物为(1)Ni(H2)LiOH-LiBr空气或O2；(2)Ni(H2)NaOH-NaBr空气或O2和(3)Ni(H2)KOH-NaBr空气或O2。
在一个实施方式中，形成分数氢的化学、SF-CIHT和CIHT电池反应中的至少一种的产物为与无机化合物络合的含分数氢或较低能量氢物种的化合物(例如H2(1/p))。化合物可包含氧阴离子化合物，例如碱金属或碱土金属碳酸盐或氢氧化物或本发明的其它这样的化合物。在一个实施方式中，产物包含M2CO3·H2(1/4)和MOH·H2(1/4)(M＝碱金属或本发明的其它阳离子)络合物中的至少一种。产物可由ToF-SIMS鉴别为分别包含和的正谱的一系列离子，其中n为整数，且整数p＞1可替代4。在一个实施方式中，包含硅和氧的化合物(例如SiO2或石英)可充当H2(1/4)的吸气剂。H2(1/4)的吸气剂可包含过渡金属、碱金属、碱土金属、内过渡金属、稀土金属、金属的组合、合金(例如Mo合金，例如MoCu)和储氢材料，例如本发明的那些材料。
用本发明方法合成的较低能量氢化合物可具有式MH、MH2或M2H2，其中M为碱金属阳离子且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MHn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MHX，其中M为碱金属阳离子，X为中性原子(例如卤素原子)、分子或带单个负电荷的阴离子(例如卤素阴离子)中的一种，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MHX，其中M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MHX，其中M为碱土金属阳离子，X为带两个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢原子。化合物可具有式M2HX，其中M为碱金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MHn，其中n为整数，M为碱金属阳离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式M2Hn，其中n为整数，M为碱土金属阳离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式M2XHn，其中n为整数，M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式M2X2Hn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式M2X3H，其中M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式M2XHn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，X为带两个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式M2XX′H，其中M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，X′为带两个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MM′Hn，其中n为1至3的整数，M为碱土金属阳离子，M′为碱金属阳离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式MM′XHn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，M′为碱金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式MM′XH，其中M为碱土金属阳离子，M′为碱金属阳离子，X为带两个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MM′XX′H，其中M为碱土金属阳离子，M′为碱金属阳离子，X和X′为带单个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MXX′Hn，其中n为1以5的整数，M为碱金属或碱土金属阳离子，X为带单个或两个负电荷的阴离子，X′为金属或类金属、过渡元素、内过渡元素或稀土元素，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式MHn，其中n为整数，M为阳离子，例如过渡元素、内过渡元素或稀土元素，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式MXHn，其中n为整数，M为阳离子，例如碱金属阳离子、碱土金属阳离子，X为另一阳离子，例如过渡元素、内过渡元素或稀土元素阳离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式[KHmKCO3]n，其中m和n各为整数，且化合物的氢内含物Hm包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式其中m和n各为整数，X为带单个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hm包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式[KHKNO3]n，其中n为整数，且化合物的氢内含物H包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式[KHKOH]n，其中n为整数，且化合物的氢内含物H包含至少一种结合能增加的氢物种。包括阴离子或阳离子的化合物可具有式[MHmM′X]n，其中m和n各为整数，M和M′各为碱金属或碱土金属阳离子，X为带单个或两个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hm包含至少一种结合能增加的氢物种。包括阴离子或阳离子的化合物可具有式其中m和n各为整数，M和M′各为碱金属或碱土金属阳离子，X和X′为带单个或两个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hm包含至少一种结合能增加的氢物种。阴离子可包含本发明的阴离子之一。适合的示例性带单个负电荷的阴离子为卤离子、氢氧根离子、碳酸氢根离子或硝酸根离子。适合的示例性带两个负电荷的阴离子为碳酸根离子、氧离子或硫酸根离子。
在一个实施方式中，结合能增加的氢化合物或混合物包含包埋于晶格(例如结晶晶格)中，例如包埋于金属或离子晶格中的至少一种较低能量氢物种，例如分数氢原子、分数氢氢阴离子和二分数氢分子。在一个实施方式中，晶格不能与较低能量氢物种反应。基质可为非质子的，例如在包埋的分数氢氢阴离子的情况下。化合物或混合物可包含包埋于盐晶格(例如碱金属或碱土金属盐，例如卤化物)中的H(1/p)、H2(1/p)和H-(1/p)中的至少一种。示例性碱金属卤化物为KCl和KI。其它适合的盐晶格包含本发明的那些。较低能量氢物种可通过用非质子催化剂(例如表1中的催化剂)催化氢来形成。
本发明化合物纯度优选为大于0.1原子％。更优选的是，化合物纯度为大于l原子％。进而更优选的是，化合物纯度为大于10原子％。最优选的是，化合物纯度为大于50原子％。在另一实施方式中，化合物纯度大于90原子％。在另一实施方式中，化合物纯度大于95原子％。
在形成分数氢的化学反应器的另一实施方式中，形成分数氢和释放动力(例如热能)的电池包含内燃机、火箭发动机或燃气轮机的燃烧腔室。反应混合物包含氢来源和氧来源以产生催化剂和分数氢。催化剂来源可为含氢物种和含氧物种中的至少一种。物种或其它反应产物可为包含O和H中的至少一种的物种中的至少一种，例如H2、H、H+、O2、O3、O、O+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH、OOH-、O-、O2 -、和催化剂可包含氧或氢物种，例如H2O。在另一实施方式中，催化剂包含nH、nO(n＝整数)、O2、OH和H2O催化剂中的至少一种。氢来源(例如氢原子来源)可包含含氢燃料，例如H2气体或烃。氢原子可在烃燃烧期间通过烃热解来产生。反应混合物可还包含氢离解剂，例如本发明的氢离解剂。H原子也可由氢离解形成。O来源可还包含来自空气的O2。反应物可还包含可充当H和O中的至少一种的来源的H2O。在一个实施方式中，水充当氢和氧中的至少一种的其它来源，氢和氧在电池中可通过H2O的热解来供应。水可在表面(例如汽缸或活塞头)上热或催化离解成氢原子。表面可包含将水离解成氢和氧的材料。水离解材料可包含以下的元素、化合物、合金或混合物：过渡元素或内过渡元素、铁、铂、钯、锆、钒、镍、钛、Sc、Cr、Mn、Co、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Cd、La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Au、Hg、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Vb、Lu、Th、Pa、U、活性炭(碳)或Cs插入碳(石墨)。H和O可反应形成催化剂和H以形成分数氢。氢和氧来源可经由相应接口或进口(例如进口阀或歧管)引入。产物可经由排出口或出口排出。流量可通过经由各自接口控制入口和出口速率来控制。
在一个实施方式中，通过加热催化剂来源及氢源(例如本发明的固体燃料)来形成分数氢。加热可为热加热及撞击加热中的至少一种。根据实验，拉曼光谱证实通过球磨固体燃料(例如氢氧化物及卤化物的混合物，例如包括碱金属(例如Li)的混合物)形成分数氢。例如，从经球磨的LiOH+LiI及LiOH+LiF在2308cm-1处观察到反拉曼效应峰。因此，适宜的示例性混合物为LiOH+LiI或LiF。在一个实施方式中，通过快速反应来达成热学加热及撞击加热中的至少一种。在此情况中，通过形成分数氢提供其他高能反应。
VII.固体燃料催化剂诱导的分数氢跃迁(SF-CIHT)电池和能量转换器
在一个实施方式中，产生直接电能和热能中的至少一种的动力系统包含：至少一个容器，反应物(包含：(a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；(b)至少一种原子氢来源或原子氢；和(c)导体和导电性基质中的至少一种)，和至少一组用于约束分数氢反应物的电极，用于传递短脉冲高电流电能的电源、重载系统、至少一个用于由这些反应产物再生初始反应物的系统，和至少一个直接转换器(如等离子体-电转换器(如PDC)、光伏转换器，以及至少一个热-电能量转换器中的至少一个)。在另一实施方式中，该容器能够承受大气压、高于大气压和低于大气压中的至少一种压力。在一个实施方式中，再生系统可包含水合、热学、化学和电化学系统中的至少一种。在另一实施方式中，该至少一个直接等离子体-电转换器可包含以下组中的至少一种：等离子体动力能量转换器、直接转换器、磁流体动力能量转换器、磁镜磁流体动力能量转换器、电荷漂移转换器、Post或Venetian Blind能量转换器、磁旋管、光子聚束微波能量转换器和光电转换器。在另一实施方式中，该至少一个热-电转换器可包含以下组中的至少一种：热机、蒸汽机、汽轮机与发电机、燃气轮机与发电机、朗肯循环发动机、布雷顿循环发动机、斯特林发动机、热离子能量转换器和热电能量转换器。该转换器可以是在Mills在先公报和Mills在先申请中指定的转换器。
在一个实施方式中，点燃H2O形成分数氢，具有呈热能、等离子体和电磁(光)能中的至少一种的形式的高释放能量。(在本发明中的“点燃”表示H至分数氢的极高反应速率，其可表现为爆发、脉冲或高能释放的其他形式)。H2O可包含在施加高电流(例如在约2000A至100000A范围内的高电流)下可点燃的燃料。这可通过施加例如约5000至100000V的高压首先形成高导电性等离子体(例如电弧)来实现。或者，可以使高电流经过包含H2O的化合物或混合物，其中所得燃料(例如固体燃料)的导电性高。(在本发明中，固体燃料或高能材料用于表示形成例如HOH等催化剂和H(进一步反应形成分数氢)的反应混合物。然而，反应混合物可包含除固体外的其他物理状态。在实施方式中，反应混合物可为气体、液体、固体、浆料、固凝胶、溶液、混合物、气体悬浮体、气动流和本领域技术人员已知的其他状态中的至少一种状态)。在一个实施方式中，具有极低电阻的固体燃料包含含有H2O的反应混合物。低电阻可归因于反应混合物的导体成分。在实施方式中，固体燃料的电阻为在以下范围内的至少一个：约10-9Ω至100Ω、10-8Ω至10Ω、10-3Ω至1Ω、10-4Ω至10-1Ω和10-4Ω至10-2Ω。在另一实施方式中，具有高电阻的燃料包含含有痕量或较小摩尔百分比的添加化合物或材料的H2O。在后一情况下，可以使高电流流过燃料以通过引起击穿来形成高导电状态(例如电弧或电弧等离子体)，从而实现点燃。
在一个实施方式中，反应物可包含用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的H2O来源和导电性基质。在另一实施方式中，包含H2O来源的反应物可包含以下至少一种：体相H2O、除体相H2O以外的状态、进行反应形成H2O和释放结合的H2O中的至少一种的一种或多种化合物。此外，结合的H2O可包含与H2O相互作用的化合物，其中H2O处于吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水中的至少一种状态。在实施方式中，反应物可包含导体和一种或多种进行体相H2O、吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水释放中的至少一种的化合物或材料，且其具有H2O作为反应产物。在其他实施方式中，新生H2O催化剂来源和原子氢来源中的至少一种可包含以下的至少一种：(a)至少一种H2O来源；(b)至少一种氧来源；和(c)至少一种氢来源。
在其他实施方式中，用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的反应物包含以下至少一种：H2O和H2O来源；O2、H2O、HOOH、OOH-、过氧离子、超氧离子、氢化物、H2、卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物、水合化合物，选自卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物中的至少一个的组中的水合化合物；和导电性基质。在某些实施方式中，羟基氧化物可包含来自TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH的组中的至少一种：氧化物可包含来自CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO和Ni2O3的组中的至少一种；氢氧化物可包含来自Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3和Ni(OH)2的组中的至少一种；包含氧的化合物可包含来自硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐和高碘酸盐、MXO3、MXO4(M＝金属，例如碱金属，例如Li、Na、K、Rb、Cs；X＝F、Br、Cl、I)、钴镁氧化物、镍镁氧化物、铜镁氧化物、Li2O、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、CoO、Co2O3、CO3O4、FeO、Fe2O3、NiO、Ni2O3、稀土金属氧化物、CeO2、La2O3、羟基氧化物、TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH的组中的至少一种，且导电性基质包含来自金属粉末、碳、碳化物、硼化物、氮化物、例如TiCN等碳氮化物或腈的组中的至少一种。
在实施方式中，反应物可包含金属、其金属氧化物与H2O的混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的。在其他实施方式中，反应物可包含金属、金属卤化物与H2O的混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的。在其他实施方式中，反应物可包含过渡金属、碱土金属卤化物与H2O的混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的。在其他实施方式中，反应物可包含导体、吸湿材料与H2O的混合物。在实施方式中，导体可包含金属粉末或碳粉，其中金属或碳与H2O的反应并非热力学上有利的。在实施方式中，吸湿材料可包含溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、例如KMgCl3·6(H2O)等光卤石、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠，以及浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、化肥、盐、干燥剂、二氧化硅、活性炭、硫酸钙、氯化钙、分子筛、沸石、潮解材料、氯化锌、氯化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和潮解盐的组中的至少一种。在某些实施方式中，动力系统可包含导体、吸湿材料与H2O的混合物，其中(金属/导体)、(吸湿材料)、(H2O)的相对摩尔量范围为以下至少一种：约(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；和(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。在某些实施方式中，与H2O具有热力学上不利的反应的金属可为以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在其他实施方式中，反应物可通过添加H2O而再生。
在其他实施方式中，反应物可包含金属、其金属氧化物与H2O的混合物，其中金属氧化物能够在低于1000℃的温度下进行H2还原。在其他实施方式中，反应物可包含以下物质的混合物：在H2和微热下不容易还原的氧化物；具有能够在低于1000℃的温度下由H2还原成金属的氧化物的金属；和H2O。在实施方式中，具有能够在低于1000℃的温度下由H2还原成金属的氧化物的金属可为以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在实施方式中，在H2和微热下不容易还原的金属氧化物包含氧化铝、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物中的至少一种。
在实施方式中，固体燃料可包含碳或活性炭和H2O，其中混合物通过包含添加H2O的再水合而再生。在其他实施方式中，反应物可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。在实施方式中，用于传递短脉冲高电流电力的电源的电流足以使分数氢反应物以极高速率进行反应形成分数氢。在实施方式中，用于传递短脉冲高电流电力的电源包含以下至少一种：经选择为引起具有在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中至少一个范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压；在100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2中至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度；电压由固体燃料或高能材料的电导率确定，其中电压由所需电流乘以固体燃料或高能材料样品的电阻得出；DC或峰值AC电压可在选自以下的至少一个范围内：约0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV，且AC频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kH范围内。在实施方式中，固体燃料或高能材料样品的电阻在选自以下的至少一个范围内：约0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ和10Ω至1kΩ，且有效形成分数氢的每单位电极面积的适合的负载的电导率在选自以下的至少一个范围内：约10-10Ω-1cm-2至106Ω- 1cm-2、10-5Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-4Ω-1cm-2至105Ω-1cm-2、10-3Ω-1cm-2至104Ω-1cm-2、10-2Ω-1cm-2至103Ω-1cm-2、10-1Ω-1cm-2至102Ω-1cm-2和1Ω-1cm-2至10Ω-1cm-2。
在一个实施方式中，固体燃料为导电性的。在实施方式中，固体燃料的一部分、团粒或等分试样的电阻为在以下范围内的至少一种：约10-9Ω至100Ω、10-8Ω至10Ω、10-3Ω至1Ω、10-3Ω至10-1Ω和10-3Ω至10-2Ω。在一个实施方式中，分数氢反应速率取决于高电流的施加或发展。例如高能分数氢催化反应的分数氢催化反应可通过低压高电流流过导电性燃料引发。能量释放可能很高，且可形成冲击波。在一个实施方式中，电压经选择为引起具有引起点燃的电流(例如在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中至少一个范围内的高电流)的高AC、DC或AC-DC混合。电流密度可在以下至少一个的范围内：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2燃料，燃料可包含团粒，例如压制的团粒。DC或峰值AC电压可在选自以下的至少一个范围内：约0.1V至100kV、0.1V至1kV、0.1V至100V和0.1V至15V。AC频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz范围内。脉冲时间可在选自以下的至少一个范围内：约10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s和10-3s至0.01s。
在一个实施方式中，固体燃料或高能材料可包含H2O来源或H2O。H2O摩尔％含量可在以下至少一个的范围内：约0.000001％至100％、0.00001％至100％、0.0001％至100％、0.001％至100％、0.01％至100％、0.1％至100％、1％至100％、10％至100％、0.1％至50％、1％至25％和1％至10％。在一个实施方式中，分数氢反应速率取决于高电流的施加或发展。在一个实施方式中，电压经选择为以引起具有在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中至少一个范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合。DC或峰值AC电流密度可在以下至少一个的范围内：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2。在一个实施方式中，电压由固体燃料或高能材料的电导率确定。固体燃料或高能材料样品的电阻在选自以下的至少一个范围内：约0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ和10Ω至1kΩ。有效形成分数氢的每单位电极面积的适合的负载的电导率在选自以下的至少一个范围内：约10-10Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-5Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-4Ω-1cm-2至105Ω-1cm-2、10-3Ω-1cm-2至104Ω-1cm-2、10-2Ω-1cm-2至103Ω-1cm-2、10-1Ω-1cm-2至102Ω-1cm-2和1Ω-1cm-2至10Ω-1cm-2。在一个实施方式中，电压由所需电流乘以固体燃料或高能材料样品的电阻得出。在示例性情况下，电阻约为1mΩ，电压低，例如＜10V。在其中电阻基本上无穷大的基本上纯H2O的示例性情况下，实现用于点燃的高电流的外加电压高，例如高于H2O的击穿电压，例如约5kV以上。在实施方式中，DC或峰值AC电压可在选自以下的至少一个范围内：约0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV。AC频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz范围内。在一个实施方式中，DC电压放电产生包含离子化H2O的等离子体，其中电流欠阻尼且在其衰减时振荡。
在一个实施方式中，高电流脉冲使用电容器(例如超级电容器)放电实现，这些电容器可以以串联与并联中的至少一种连接以实现所需电压和电流，其中电流可为DC或使用本领域技术人员已知的例如变压器(例如低压变压器)等电路元件调节。电容器可由电源(例如电网、发电机、燃料电池或电池组)充电。在一个实施方式中，电池组供应电流。在一个实施方式中，适合的频率、电压和电流波形可通过对电容器或电池组的输出进行动力调节来实现。
固体燃料或高能材料可包含导体或导电性基质或载体，例如金属、碳或碳化物，以及H2O或H2O来源，例如可反应形成H2O和可释放结合的H2O的一种或多种化合物，例如本发明的那些化合物。固体燃料可包含H2O、与H2O相互作用的化合物或材料以及导体。H2O可以以体相H2O以外的状态，例如吸收的或结合的H2O(例如物理吸附的H2O或水合水)存在。或者，H2O可以以体相H2O形式存在于混合物中，该混合物通过施加适合电压而为高导电性的或成为高导电性的。固体燃料可包含H2O和提供高导电性的材料或化合物(例如金属粉末或碳)以及用于促进形成H和可能性HOH催化剂的材料或化合物(例如氧化物，例如金属氧化物)。一种示例性固体燃料可包含单独的R-Ni，以及包含R-Ni和例如过渡金属和Al等添加剂的添加剂，其中R-Ni通过使水合的Al2O3和Al(OH)3分解来释放H和HOH。一种适合的示例性固体燃料包含至少一种羟基氧化物，例如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH，以及导电性基质，例如金属粉末与碳粉中的至少一种，以及可选的H2O。固体燃料可包含至少一种氢氧化物，例如过渡金属氢氧化物(例如Cu(OH)2、Co(OH)2、Fe(OH)2和Ni(OH)2中的至少一种)、氢氧化铝(例如Al(OH)3)、导体(例如碳粉与金属粉末中的至少一种)以及可选的H2O。固体燃料可包含至少一种氧化物，例如过渡金属氧化物中的至少一种(例如CuO、Cu2O、NiO、Ni2O3、FeO和Fe2O3中的至少一种)、导体(例如碳粉与金属粉末中的至少一种)以及H2O。固体燃料可包含至少一种卤化物，例如金属卤化物(例如碱土金属卤化物，例如MgCl2)、导体(例如碳粉与金属粉末(例如Co或Fe)中的至少一种)以及H2O。固体燃料可包含固体燃料的混合物，例如包含氢氧化物、羟基氧化物、氧化物和卤化物(例如金属卤化物)中至少两种以及至少一种导体或导电性基质和H2O的固体燃料。导体可包含以下中的至少一种：用包含固体燃料的反应混合物的一种或多种其他成分涂布的金属筛、R-Ni、金属粉末(例如过渡金属粉末)、Ni或Co多孔体、碳或碳化物，或本领域技术人员已知的其他导体或导电性载体或导电性基质。在一个实施方式中，H2O类固体燃料中的至少一个导体包括诸如金属粉末的金属，举例来说，诸如Cu、Al以及Ag的过渡金属中的至少一种。
在一个实施方式中，固体燃料包含碳，例如活性炭和H2O。在用于形成等离子体的点燃发生在真空或惰性氛围下的情况下，在等离子体-电产生后，从等离子体凝结的碳可再水合以在再生循环中重新形成固体。固体燃料可包含以下混合物中的至少一种：酸性、碱性或中性H2O与活性炭、木炭、软材木炭，蒸汽和氢处理碳中的至少一种，以及金属粉末。在一个实施方式中，碳-金属混合物的金属至少部分地与H2O不反应。对于与H2O的反应至少部分稳定的适合金属为以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。混合物可通过包含H2O添加的再水合而再生。
在一个实施方式中，基本所需的反应物为H来源、O来源和优良导体基质以允许高电流在点燃期间穿透材料。固体燃料或高能材料可装于密封容器(例如密封金属容器，例如密封铝容器)中。固体燃料或高能材料可通过低压高电流脉冲反应，该脉冲例如由点焊机产生的脉冲，例如通过泰勒-温菲尔德型ND-24-75点焊机的两个铜电极之间的约束且经受短脉冲低压高电流电能的脉冲实现。60Hz电压可为约5至20V RMS且电流可为约10,000至40,000A/cm2。
示例性高能材料和条件为以下中的至少一种：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH、SmOOH、Ni2O3·H2O、La2O3·H2O和Na2SO4·H2O，其以浆料形式涂布至Ni网筛上并干燥，接着经受约60Hz、8V RMS和至40,000A/cm2的电脉冲。
在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含H2O和用于形成新生H2O和H的分散剂和离解剂。适合的示例性分散剂和离解剂为卤化物，例如金属卤化物，例如过渡金属卤化物，例如溴化物，例如FeBr2；形成水合物的化合物，例如CuBr2；和例如具有能够具有多重氧化态的金属的氧化物和卤化物的化合物。其他包含氧化物、羟基氧化物或氢氧化物，例如过渡元素的氧化物、羟基氧化物或氢氧化物，例如CoO、Co2O3、CO3O4、CoOOH、Co(OH)2、Co(OH)3、NiO、Ni2O3、NiOOH、Ni(OH)2、FeO、Fe2O3、FeOOH、Fe(OH)3、CuO、Cu2O、CuOOH和Cu(OH)2。在其他实施方式中，过渡金属由例如碱金属、碱土金属、内过渡金属和稀土金属以及第13和14族金属等另一金属替代。适合的实例为La2O3、CeO2和LaX3(X＝卤化物)。在另一实施方式中，固体燃料或高能材料包含呈无机化合物(例如氧化物、羟基氧化物、氢氧化物或卤化物)的水合物形式的H2O。其他适合的水合物为本发明的金属化合物，例如以下组中的至少一种：硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、次氯酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、次溴酸盐、亚溴酸盐、溴酸盐、高氯酸盐、次碘酸盐、亚碘酸盐、碘酸盐、高碘酸盐、硫酸氢盐、磷酸氢盐或磷酸二氢盐、具有氧阴离子的其他金属化合物，以及金属卤化物。例如金属氧化物或卤化物等分散剂和离解剂的摩尔比为引起点燃事件的任何所需摩尔比。适合的至少一种化合物的摩尔数比H2O摩尔数在约0.000001至100000、0.00001至10000、0.0001至1000、0.01至100、0.1至10和0.5至1中的至少一个范围内，其中比率定义为(化合物摩尔数/H2O摩尔数)。固体燃料或高能材料可进一步包含导体或导电性基质，例如以下中的至少一种：金属粉末(例如过渡金属粉末)、Ni或Co多孔体、碳粉或碳化物或本领域技术人员已知的其他导体或导电性载体或导电性基质。包含至少一种化合物和H2O的水合化合物的摩尔数与导体摩尔数的适合比率在约0.000001至100000、0.00001至10000、0.0001至1000、0.01至100、0.1至10和0.5至1中的至少一个范围内，其中比率定义为(水合化合物摩尔数/导体摩尔数)。
在一个实施方式中，反应物通过添加H2O由产物再生。在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含H2O和适于本发明的低压高电流流过水合材料从而引起点燃的导电性基质。导电性基质可为以下中的至少一种：金属表面、金属粉末、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物(例如TiCN)、腈、本发明或本领域技术人员已知的其他导电性基质。添加H2O形成固体燃料或高能材料或使其由产物再生可为连续或间歇的。
固体燃料或高能材料可包含导电性基质、氧化物(例如金属与相应金属氧化物的混合物，例如过渡金属和其至少一种氧化物，例如选自Ag、Fe、Cu、Ni或Co的一种)和H2O的混合物。H2O可呈水合氧化物形式。在其他实施方式中，金属/金属氧化物反应物包含与H2O反应性低，对应于氧化物容易能够还原成金属的金属，或在分数氢反应期间不氧化的金属。具有低H2O反应性的适合示例性金属为选自以下的一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr。金属可在该反应期间转换成氧化物。对应于金属反应物的氧化物产物可通过用本领域技术人员已知的系统和方法进行氢还原来再生成初始金属。氢还原可在高温下进行。氢可通过H2O电解供应。在另一实施方式中，金属是通过碳还原、还原剂(例如更加氧活泼的金属)还原或通过电解(例如于熔融盐中电解)由氧化物再生。由氧化物形成金属可通过本领域技术人员已知的系统和方法实现。金属比金属氧化物比H2O的摩尔量为在经受如本发明中给出的低压高电流电脉冲时引起点燃的任何需要的摩尔量。(金属)、(金属氧化物)、(H2O)的相对摩尔量的适合范围为以下至少一种：约(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；和(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固体燃料或高能材料可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
固体燃料或高能材料可包含导电性基质、卤化物(例如第一金属和相应第一金属卤化物或第二金属卤化物的混合物)和H2O的混合物。H2O可呈水合卤化物形式。第二金属卤化物可比第一金属卤化物更稳定。在一个实施方式中，第一金属与H2O反应性低，对应于氧化物容易能够还原成金属，或金属在分数氢反应期间不氧化。具有低H2O反应性的适合的示例性金属为选自以下的一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr。金属比金属卤化物比H2O的摩尔量为在经受本发明中给出的低压高电流电脉冲时引起点燃的任何需要的摩尔量。(金属)、(金属卤化物)、(H2O)的相对摩尔量的适合范围为以下至少一种：约(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；和(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固体燃料或高能材料可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
在一个实施方式中，固体燃料或高能材料可包含导体(例如本发明的导体，例如金属或碳)、吸湿材料和H2O。适合的示例性吸湿材料为溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、例如KMgCl3·6(H2O)等光卤石、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠，以及浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维(例如棉花和纸)、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、)多化肥、盐(包括食盐)和本领域技术人员已知的多种其他物质，以及干燥剂，例如二氧化硅、活性炭、硫酸钙、氯化钙和分子筛(通常为沸石)或潮解材料，例如氯化锌、氯化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和本领域技术人员已知的许多不同潮解盐。(金属)、(吸湿材料)、(H2O)的相对摩尔量的适合范围为以下至少一种：约(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；和(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固体燃料或高能材料可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
在一种示例性高能材料中，将0.05ml(50mg)的H2O添加至20mg CO3O4或CuO中，密封在铝DSC锅(铝坩埚30μl，D：6.7x3(Setaram，S08/HBB37408)和铝盖D：6,7，冲压、不密封(Setaram，S08/HBB37409))中，且使用泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机在约8V RMS下用范围从约15000至25000A变动的电流点燃。观测到大能量脉冲，其使样品蒸发，各自呈高能、高度离子化、膨胀的等离子体形式。以相同方式点燃且得到类似结果的另一种示例性固体燃料包含Cu(42.6mg)+CuO(14.2mg)+H2O(16.3mg)，其密封在铝DSC锅(71.1mg)(铝坩埚30μl，D：6.7x3(Setaram，S08/HBB37408)和铝盖D：6,7，冲压、密封(Setaram，S08/HBB37409))中。
在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含新生H2O催化剂来源和H来源。在一个实施方式中，固体燃料或高能材料为导电性的或包含导电性基质材料以使新生H2O催化剂来源与H来源的混合物为导电性的。新生H2O催化剂来源与H来源中的至少一种的来源为包含至少O与H的化合物或化合物混合物和材料。包含O的化合物或材料可为以下中的至少一种：氧化物、氢氧化物和羟基氧化物，例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属、稀土金属和第13和14族金属氧化物、氢氧化物和羟基氧化物。包含氧的化合物或材料可为硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐和高碘酸盐、MXO3、MXO4(M＝金属，例如碱金属，例如Li、Na、K、Rb、Cs；X＝F、Br、Cl、I)、钴镁氧化物、镍镁氧化物、铜镁氧化物、Li2O、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、稀土金属氧化物(例如CeO2或La2O3)、羟基氧化物(例如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH)。示例性H来源为H2O、具有结合或吸收的H2O的化合物(例如水合物、氢氧化物、羟基氧化物或硫酸氢盐、磷酸氢盐或磷酸二氢盐)和烃。导电性基质材料可为以下中的至少一种：金属粉末、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物(例如TiCN)或腈。本发明的导体在不同实施方式中可呈不同物理形式，例如块体、团粒、粉末、纳米粉末和本领域技术人员已知的使包含具有导体的混合物的固体燃料或高能材料为导电性的其他形式。
示例性固体燃料或高能材料包含H2O与导电性基质中的至少一种。在一个示例性实施方式中，固体燃料包含H2O和金属导体，例如过渡金属，例如Fe，呈例如Fe金属粉末导体和Fe化合物(例如氢氧化铁、氧化铁、氧(氢氧)化铁和卤化铁)的形式，其中后者可代替H2O作为充当H2O来源的水合物。其他金属可代替Fe，呈其任何物理形式，例如金属和化合物以及例如块体、薄片、筛、网孔、线、团粒、粉末、纳米粉末和固体、液体和气体的状态。导体可包含呈一种或多种物理形式的碳，例如以下中的至少一种：块体碳、团粒碳、碳粉、碳气凝胶、碳纳米管、活性炭、石墨烯、KOH活性炭或纳米管、碳化物衍生碳、碳纤维布和富勒烯。适合的示例性固体燃料或高能材料为CuBr2+H2O+导电性基质；Cu(OH)2+FeBr2+导电性基质材料，例如碳或金属粉末；FeOOH+导电性基质材料，例如碳或金属粉末；Cu(OH)Br+导电性基质材料，例如碳或金属粉末；AlOOH或Al(OH)3+Al粉，其中添加H2供应至反应以通过Al与由AlOOH或Al(OH)3分解所形成的H2O的反应形成分数氢；H2O于可蒸汽活化的导电性纳米团粒(例如碳纳米管和富勒烯)中和H2O于金属化沸石中，其中分散剂可用于润湿疏水性材料(例如碳)；NH4NO3+H2O+NiAl合金粉；LiNH2+LiNO3+Ti粉；LiNH2+LiNO3+Pt/Ti；LiNH2+NH4NO3+Ti粉；BH3NH3+NH4NO3；BH3NH3+CO2、SO2、NO2以及硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐；LiH+NH4NO3+过渡金属、稀土金属、Al或其他可氧化金属；NH4NO3+过渡金属、稀土金属、Al或其他可氧化金属；NH4NO3+R-Ni；P2O5与本发明的氢氧化物、LiNO3、LiClO4和S2O8中每一种+导电性基质；和H来源，例如氢氧化物、羟基氧化物、储氢材料(例如本发明的一种或多种储氢材料)、柴油，和氧来源，其也可为电子受体，例如P2O5和其他酸酐，例如CO2、SO2或NO2。
形成分数氢的固体燃料或高能材料可包含至少一种高反应性或高能材料，例如NH4NO3、特里托纳尔、RDX、PETN和本发明的其他高反应性或高能材料。固体燃料或高能材料可还包含以下中的至少一种：导体、导电性基质或导电性材料，例如金属粉末、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物(例如TiCN)或腈、烃(例如柴油)、羟基氧化物、氢氧化物、氧化物和H2O。在一个示例性实施方式中，固体燃料或高能材料包含高反应性或高能材料，例如NH4NO3、特里托纳尔、RDX和PETN和导电性基质，例如金属粉末(例如Al或过渡金属粉末)和碳粉中的至少一种。固体燃料或高能材料可与如本发明中所给的高电流反应。在一个实施方式中，固体燃料或高能材料进一步包含敏化剂，例如玻璃微球。
A.等离子体能量转换器(PDC)
等离子体的正电荷离子的质量至少是电子的1800倍；因此，回旋轨道大1800倍。此结果允许电子磁性捕集在磁场线上，而离子可漂移。可发生电荷分离以提供电压至等离子体能量转换器。
B.磁流体动力(MHD)转换器
基于在横向磁场中形成离子质量流的电荷分离在本领域中作为磁流体动力(MHD)能量转换为人熟知。正离子和负离子以相反方向进行洛伦兹定向且在相应MHD电极上接收以影响其间电压。形成离子质量流的典型MHD方法为使经由喷嘴用离子接种的高压气体膨胀以产生高速流体穿过交叉磁场，其中一组MHD电极相对于偏转场交叉以接收偏转离子。在本发明中，压力通常超过大气压，但不一定如此，且定向的质量流可通过固体燃料反应形成高电离径向膨胀等离子体而实现。
C.电磁直接(交叉场或漂移)转换器， 自接转换器
磁场和交叉电场中带电粒子的导向中心漂移可用于分离和收集在空间分开的电极上的电荷。因为装置吸取垂直于导向场的粒子能量，所以等离子体膨胀可以不是必需的。理想化转换器的效能取决于离子与电子之间的惯性差异，此为电荷分离和在相对于交叉场方向的相对电极产生电压的根源。漂移收集也可独立地使用或与收集组合使用。
D.电荷漂移转换器
由Timofeev和Glagolev描述的直接能量转换器[A.V.Timofeev，“A scheme fordirect conversion of plasma thermal energy into electrical energy”，Sov.J.Plasma Phys.，第4卷，第4期，7月-八月，(1978)，第464-468页；V.M.Glagolev，和A.V.Timofeev，“Direct Conversion of thermonuclear into electrical energy adrakon system”，Plasma Phys.Rep.，第19卷，第12期，12月(1993)，第745-749页]取决于电荷喷入漂移分离的正离子，从而从等离子体吸取动力。此电荷漂移转换器包含在相对于磁通量B来源和具有场力线曲率的磁通量B来源的方向横切的方向上的磁场梯度。在两种情况下，漂移的带负电和正电离子以垂直于由B和磁场梯度方向形成的平面或B具有曲率的平面的相对方向移动。在每一情况下，分开的离子在与平面平行的相对电容器产生电压，伴有离子热能的降低。电子接收在一个电荷漂移转换器电极上且正离子接收在另一个上。因为离子迁移率比电子小得多，所以电子喷射可直接进行或通过将其从加热的电荷漂移转换器电极蒸去来进行。动力损耗小，动力平衡无过多成本。
E.磁性约束
认为爆炸或点燃事件是在H催化形成分数氢加速至很高速率时。在一个实施方式中，由爆炸或点燃事件产生的等离子体为膨胀等离子体。在此情况下，磁场流体动力学(MHD)为一种适合的转换系统和方法。或者，在一个实施方式中，等离子体受约束。在此情况下，转换可用等离子体能量转换器、磁流体能量转换器、电磁直接(交叉场或漂移)转换器、直接转换器和电荷漂移转换器中的至少一种实现。在此情况下，除SF-CIHT电池和包含点燃、重载、再生、燃料处理和等离子体-电能量转换系统的装置其余部分外，动力产生系统进一步包含等离子体约束系统。约束可用例如螺线管磁场的磁场实现。磁铁可包含永久性磁铁和电磁体中的至少一种，例如未冷却磁铁、水冷却磁铁和具有相应低温管理系统的超导磁铁中的至少一种，该低温管理系统包含以下的至少一种：液氦杜瓦瓶、液氮杜瓦瓶、可包含铜的辐射挡板、高真空保温层、辐射罩和可由基于分数氢的动力产生器的动力输出供能的低温泵和压缩机。磁铁可为开线圈，例如亥姆霍兹线圈。等离子体可进一步约束于磁瓶中且由本领域技术人员已知的其他系统和方法约束。
两个磁镜或更多可形成磁瓶以约束由H催化形成分数氢所形成的等离子体。约束理论在先前申请中给出，例如以全文引用的方式并入本文中的Microwave Power Cell，Chemical Reactor，And Power Converter，于3/7/02申请的PCT/US02/06955(短版)、于3/7/02申请的PCT/US02/06945(长版)、于9/5/03申请的US案号10/469913。在瓶中的中心区域中产生的离子将沿轴盘旋，但将由各末端的磁镜反射。具有与所需轴平行的高速度分量的更高能的离子将在瓶末端逃逸。因此，在一个实施方式中，瓶可从磁瓶末端产生基本上线性离子流至磁流体能量转换器。因为电子可因其质量相对于正离子较低而优先受约束，在本发明的等离子体动力实施方式中形成电压。动力在与受约束电子接触的阳极与收集正离子的阴极(例如约束容器壁)之间流动。动力可在外加负载中耗散。
F.固体燃料催化剂诱导的分数氢跃迁(SF-CIHT)电池
本发明的化学反应物可称为固体燃料或高能材料或两者。当引起极高反应动力学以形成分数氢的条件建立且维持时，固体燃料可表现为高能材料且由此包含高能材料。在一个实施方式中，分数氢反应速率视高电流的施加或发展而定。在SF-CIHT电池的一个实施方式中，形成分数氢的反应物经受低压高电流高脉冲，引起极快反应速率和能量释放。速率可足以产生冲击波。在一个示例性实施方式中，60Hz电压小于15V峰值，电流范围从10000A/cm2到50000A/cm2峰值变动，且功率从150000W/cm2到750000W/cm2变动。在这些参数的约1/100至100倍范围内的其他频率、电压、电流和功率是合适的。在一个实施方式中，分数氢反应速率视高电流的施加或发展而定。在一个实施方式中，电压经选择为引起具有在以下至少一个范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合：100A至1000000A、1kA至100000A、10kA至50kA。DC或峰值AC电流密度可在以下至少一个的范围内：100A/cm2至1000000A/cm2、1000A/cm2至100000A/cm2和2000A/cm2至50000A/cm2。DC或峰值AC电压可在选自以下的至少一个范围内：约0.1V至1000V、0.1V至100V、0.1V至15V和1V至15V。AC频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz范围内。脉冲时间可在选自以下的至少一个范围内：约10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s和10-3s至0.01s。
在H催化成分数氢期间，电子通过从催化成HOH的H转移的能量从HOH催化剂电离。该催化步骤是：(1)原子氢与称作催化剂的能量受体反应，其中，能量从原子氢转移至由于接受能量而形成正离子和离子化电子的催化剂；(2)然后，H的负电子下降至更接近正质子的下壳以形成更小的氢原子(分数氢)，释放能量以根据系统的设计而产生电或热；(3)催化剂正离子重新获得它们的损失电子，以重新形成用于另一循环的催化剂，释放从H(原子氢)接受的初始能量。SF-CIHT电池的高电流对抗来自失去其电子的催化剂的电荷累积的限制效应，导致灾难性的高反应速率。这些电子(步骤2)可在外加高电路电流中传导以防止催化反应由于电荷积累自体限制。高电流可以进一步产生电子受激的跃迁或电子受激的雪崩(cascade)，其中一个或多个电流电子增加氢(H)原子电子经历跃迁以形成分数氢的速率。高电流可能引起灾难性的衰减或灾难性的分数氢反应速率。由分数氢形成的等离子体能量可以直接转换成电。
爆炸由快速动力学产生，其又引起大规模电子电离。在实施方式中，使用至少一种专用等离子体-电转换器，例如MHD、PDC和直接转换器中的至少一种，将来自固体燃料点燃的等离子体动力转换成电力。这些和其他等离子体-电能量转换器的细节在在先出版物中给出，例如R.M.Mayo，R.L.Mills，M.Nansteel，“Direct Plasmadynamic Conversionof Plasma Thermal Power to Electricity”，IEEE Transactions on Plasma Science，10月，(2002)，第30卷，第5期，第2066-2073页；R.M.Mayo，R.L.Mills，M.Nansteel，“On thePotential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source toElectricity for Microdistributed Power Applications”，IEEE Transactions onPlasma Science，8月，(2002)，第30卷，第4期，第1568-1578页；R.M.Mayo，R.L.Mills，“Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity forMicrodistributed Power Applications”，40th Annual Power Sources Conference，Cherry Hill，NJ，6月10-13日，(2002)，第1-4页(“Mills在先等离子体能量转换出版物”)(其以全文引用的方式并入本文中)，以及先前申请中，例如Microwave Power Cell，Chemical Reactor，And Power Converter，于3/7/02申请的PCT/US02/06955(短版)、于3/7/02申请的PCT/US02/06945(长版)、于9/5/03申请的US案号10/469913；Plasma ReactorAnd Process For Producing Lower-Energy Hydrogen Species，于4/8/04申请的PCT/US04/010608、于10/12/15申请的US/10/552585；以及Hydrogen Power，Plasma，andReactor for Lasing，and Power Conversion，于11/8/02申请的PCT/US02/35872、于5/6/04申请的US/10/494571(“Mills在先等离子体能量转换出版物”)(以全文引用的方式并入本文中)。
转变成电的等离子体能在外电路中耗散。如通过计算和在Mills在先等离子体能量转换出版物中实验证明的，可实现超过50％等离子体能转换成电。热以及等离子体通过各SF-CIHT电池产生。热可直接使用，或使用本领域技术人员已知的转换器(例如热机，例如蒸汽机或汽轮机或燃气轮机与发电机、朗肯或布雷顿循环发动机或斯特林发动机)转换成机械动力或电力。对于动力转换，各SF CIHT电池可与Mills在先出版物中记载的热能或等离子体-机械动力或电力的任何转换器以及本领域技术人员已知的转换器(热机、汽轮机或燃气轮机系统、斯特林发动机或热离子或热电转换器)相接。其他等离子体转换器包含Mills在先出版物中公开的以下转换器中的至少一种：等离子体动力能量转换器、直接转换器、磁流体动力能量转换器、磁镜磁流体动力能量转换器、电荷漂移转换器、Post或Venetian Blind能量转换器、磁旋管、光子聚束微波能量转换器和光电转换器。在一个实施方式中，电池包含如Mills在先热能转换出版物、Mills在先等离子体能量转换公开案和Mills在先申请中给出的内燃机的至少一个汽缸。
图1中所示的固体燃料催化剂诱导的分数氢跃迁(SF-CIHT)电池发电机包含至少一个具有结构支撑框架3011a的SF-CIHT电池301，各SF-CIHT电池具有至少两个约束固体燃料303的样品、团粒、部分或等分试样的电极302和用于传递短脉冲低压高电流电能穿过燃料303的电源304。电流将燃料点燃以通过形成分数氢释放能量。动力呈能够直接转换成电的热能和燃料303的高度电离等离子体形式。(本文中“点燃或形成爆炸”是指因施加于燃料的高电流而建立高分数氢反应动力学)。可以接种等离子体以增加导电性或电导性的持续时间。在一个实施方式中，可以将诸如元素或化合物(如碱金属或诸如K2CO3的碱金属化合物)的物质组合物加入固体燃料和等离子体中的至少一种，以使其带有带电离子。在一个实施方式中，等离子体包括离子接种源，如当等离子体冷却时保持导电性的碱金属或碱金属化合物。实现固体燃料点燃以形成等离子体的示例性电源为泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机和至多10kA的EM试验型CSS 500N10浪涌电流发生器8/20US。在一个实施方式中，电源304为DC，且等离子体-电能量转换器适合于DC磁场。在DC磁场下运行的适合转换器为磁流体动力、等离子体动力和能量转换器。
在一个实施方式中，一种示例性固体燃料混合物包含过渡金属粉末、其氧化物和H2O。当电极302打开时细粉可气动喷雾至在电极302之间形成的间隙。在另一实施方式中，燃料包含粉末与浆料中的至少一种。燃料可喷入所需区域中以约束于电极302之间，从而经高电流点燃。为更好地约束粉末，电极302可具有凸形-凹形半部分，其形成腔室以容纳燃料。在一实施方式中，燃料和电极302可以相对地以静电方式充电，使得燃料流入电极间区域，并且以静电方式粘至每一个电极302的、点燃该燃料的希望区域。
在图1所示动力产生器的一实施方式中，电极表面302可以与重力轴平行，并且固体燃料粉末303可以作为间歇流从顶部料斗305随重力流动，其中，该间歇流动流的定时匹配电极302随着它们打开接收流动粉状燃料303接着闭合以点燃该燃料流的尺寸。在另一实施方式中，电极302还包括处于其端部上的辊302a，这些辊按填充有燃料流的小间隙隔开。导电性燃料303形成电极302之间的电路，且高电流流过燃料使其点燃。燃料流303可为间歇性的，以防止膨胀等离子体破坏燃料流的流动。
在另一实施方式中，电极302包含一组由结构元件302b支撑的齿轮302a。该组齿轮可通过驱动齿轮发动机302d供能的驱动齿轮302c旋转。在另一实施方式中，该组辊可通过驱动辊发动机302d供能的驱动辊302c旋转。在一实施方式中，驱动辊可包括修整轮，其中，可以调节辊电极上的施加压力。在一实施方式中，电极的轴承包括滑动轴承。电极轴承可以利用诸如MoS2或石墨润滑剂的导电性润滑剂来润滑。驱动齿轮302c可进一步充当各齿轮302a的散热器，其中热可通过从驱动齿轮302c接收热的电极热交换器，例如310除去。齿轮302a(例如人字齿轮)各自包含整数n个齿，其中当第n-1个齿间间隙中的燃料通过配对齿轮的齿n-1压缩时燃料流至第n个齿间间隙或齿底。用于齿轮或齿轮功能的其他几何形态在本发明的范畴内，例如如本领域技术人员已知的指状交叉多边形或三角形齿轮、螺旋形齿轮和螺旋钻。在一实施方式中，燃料和电极302a的齿轮齿的希望区域(例如齿底)可带相反静电荷，使得燃料流入且静电粘附到一个或两个电极302a的希望区域，其中当齿啮合时燃料点燃。在一实施方式中，燃料303(例如细粉)气动喷雾至齿轮302a的希望区域中。在另一实施方式中，燃料303喷入将约束于电极302a之间的希望区域中，例如待由高电流点燃的齿轮302a的齿的指状交叉区域。在一实施方式中，辊或齿轮302a借助于例如装载弹簧或通过气动或液压致动来维持朝向彼此的张力。齿啮合和压缩引起配对齿之间经由导电性燃料的电接触。在一实施方式中，齿轮在啮合期间接触燃料的指状交叉区域中导电，且在其他区域中绝缘，使得电流选择性地流过燃料。在一实施方式中，齿轮302a包含陶瓷齿轮，其经金属涂布以在指状交叉区域中为导电性的或在无接地路径下电绝缘。而且，驱动齿轮302c在无接地路径下为非导电性的或电绝缘。电极302至齿的指状交叉部分的电接触和供应可通过电刷提供。示例性电刷包含碳棒或条，其通过例如弹簧推至与齿轮接触。另选的是，从电极302的母线至电极的电接触可以通过套管、滑环、旋转变压器和同步器中的至少一个。在一实施方式中，从来自电源的母线至电极302的电接触可以是通过密封容器中的Hg接触。该连接可以包括在通过母线带电的Hg容器中转动的可旋转轴。该旋转轴可以连接至辊，其与辊电极302进行接触。
在另一实施方式中，电极302至齿的指状交叉部分的电接触和供应可直接经由相应齿轮轮毂和轴承提供。从电极302至辊的相对部分的电接触和供应可直接经由相应辊轮毂和轴承提供。的结构元件302b可包含电极2。如图1所示，该对电极的每个电极302可以各齿轮或辊为中心且连接至各齿轮或辊的中心以充当结构元件302b与电极302两者，其中将各齿轮或辊302a连接至其轴或轮毂的齿轮或辊轴承充当电接触，且唯一接地路径在相对齿轮或辊的接触齿或表面之间。在一实施方式中，各齿轮或辊的外部部分围绕其中心轮毂转动以经由较大半径处的额外轴承具有更多电接触。轮毂也可充当大的散热器。电极热交换器310也可附接至轮毂以自齿轮或辊移除热。热交换器310可通过绝缘体薄层(例如具有高热导率的电绝缘体，例如金刚石或类金刚石碳膜)与轮毂电绝缘。在一实施方式中，其中，诸如齿轮或辊电极的电极直接通过至少一个马达驱动，热交换器轮毂可以具有带旋转电极的滑环。轮毂热交换器与旋转辊或齿轮电极的接触面可以具有诸如滑动轴承的轴承。冷却剂也可以流经轴至齿轮或辊电极，并且还可以流经诸如齿轮或辊的电极中的中空通道。齿轮或辊的带电可使用计算机和开关晶体管(例如用于无刷DC电动机的开关晶体管)定时。在一实施方式中，齿轮或辊间歇性地供能，使得当齿轮啮合或辊接触时高电流流过燃料。燃料的流动可经定时以匹配燃料在齿轮啮合时输送至齿轮或在辊转动时输送至辊，且使电流流过燃料。随后高电流流动引起燃料点燃。燃料可连续地流过齿轮或辊302a，其旋转推动燃料穿过间隙。燃料可在旋转以充满电极302之间的包含一组齿轮的啮合区域或一组辊的相对侧面的空间时连续地点燃。在这种情况下，输出动力可以稳定。在一个实施方式中，所得等离子体向齿轮侧面外膨胀且流向等离子体-电转换器306。等离子体膨胀流可沿与各齿轮的轴平行且相对于燃料流303的流动方向横切的轴。该轴向流可以去往如图1所示的PDC转换器306或者MHD转换器。其他定向流可通过约束磁体(例如亥姆霍兹线圈或磁瓶306d的磁体)实现。
电极可为用来自固体燃料303的成分的金属连续或间歇再生的至少一个电极。固体燃料可包含的金属呈在点燃期间熔融，使得一些粘着、熔合、焊接或合金化至表面以替代在运行期间腐蚀掉或磨损的电极302a材料(例如金属)的形式。SF-CIHT电池发电机可进一步包含修复电极(例如齿轮302a的齿)形状的装置。该装置可包含浇铸模具、研磨机和碾磨机中的至少一种。齿轮侵蚀可以在运行期间持续修复。SF-CIHT电池的齿轮电极可以通过放电机械加工(EDM)或者通过借助于可以在真空中执行的EDM电镀的电镀持续修复。在真空中或者在电解槽气体(cell gas)中持续整修运行期间的齿轮或辊的系统和方法(诸如，冷喷涂、热喷涂、或溅射)是本领域技术人员所已知的。
在一实施方式中，指状交叉齿轮被设计成俘获高度导电的诸如固体燃料粉末的过量固体燃料。诸如各个齿和对应配对齿轮底部的齿轮区域具有几何设计和选择性带电中的至少一种，以使仅过量燃料的一部分爆震(detonate)。该选定部分可以通过未选择的未爆震燃料隔开与齿轮表面接触。指状交叉区域中的燃料的体积形状可以使得选定更小体积具有足够高电流以容许爆震；而该电流可以穿过的周围更大体积具有低于爆震所需的电流密度。在一实施方式中，过量的俘获燃料传导电流流过更大面积或体积的燃料并且集中到超出用于爆震的电流阈值的更小面积或体积中，从而在具有更高电流密度的燃料选定部分中引发爆震。在一实施方式中，可选择燃料部分因几何设计和可选带电(其通过该部分燃料来确定电流路径长度)而具有相对于未选择部分的更低电阻。在一实施方式中，齿轮的几何形状造成选定区域具有比未选择区域更高的压缩，致使电阻在选定区域中更低。从而，电流密度在选定区域中更高并且超过爆震阈值。与此相反，电阻在未选择区域中更高。从而，电流密度在未选定区域中更低并且低于爆震阈值。在一示例性实施方式中，选定区域包括燃料的沙漏形等分部分的箍缩(pinch)。
在一实施方式中，诸如辊或指状交叉齿轮的对电极提供燃料的初始压缩并且促使电流流入该燃料。接着，与约束燃料内的电流相关联的爆炸和磁性箍缩力按有关进一步压缩该燃料的这种方式起作用，以便实现进一步点燃所需的临界电流和压力密度。点燃可以在远离表面层的某一距离的燃料区域内发生。在一实施方式中，可选择区域中的选择性点燃通过选择性通电、选择性压缩、流过燃料的高电流的选择性箍缩力，以及爆炸前部和爆炸力的选择性整形来实现。至少一个用于实现选择性的方式可以归因于选择性几何形状。选择性可以归因于在远离齿轮表面的约束燃料区域中实现针对压力和电流的临界值。
包围的过量未爆震燃料吸收这样一些状态，即，如果齿轮直接暴露至缺乏不爆震的居间固体燃料的状态下，那么该状态将对齿轮造成侵蚀。该状态可以包括轰击或暴露至高热或高压中至少一种，如由于冲击波或爆炸压力、射弹、等离子体、电子和离子而造成的。未爆震燃料可以通过燃料回收系统连接并且再循环。关于图1和2A，燃料回收和再循环系统可以包括蒸气冷凝器315、滑槽306a、产物去除器/燃料装载器313、再生系统314以及料斗305。
在另一实施方式中，齿轮可通过诸如往复连接杆的扣件机构移动，其通过与内燃机的活塞系统的系统和方法类似的曲轴接合并致动。随着齿轮的对电极部分转动到相对配对位置，该对电极按压缩一起驱动并且在点燃之后通过扣件机构移开。该对电极可以是任何希望形状，并且可以选择性地带电，以使至少一部分燃料在选定区域中经历更大压缩，并且使电流密度在选定区域中更大。对电极可以形成半球形壳，其利用中心的最大压缩来压缩燃料。最高电流密度也可以处于中心，以选择性地在中心区域实现用于爆震的阈值。膨胀的等离子体可以流出半球形壳的开口部位。在另一实施方式中，对电极可以形成沙漏形状，其中，该选定区域可以包括沙漏的腰部或颈部。
在一实施方式中，齿轮可以由至少两种材料组成，其中，至少一种材料是导体。至少一种硬化材料可以用于耐受暴露至爆炸状态时的侵蚀的目的，其中，爆炸可以与该硬化材料接触地或者接近地发生。高导电性材料可以通过未爆震固体燃料而与爆炸分开。所述至少两种类型材料的布置提供未选定区域上的选定区域的选择性压缩和选择性通电中至少一者。在一示例性实施方式中，齿轮的指状交叉形成沙漏或箍缩形状。沙漏的颈部或腰部可以通过高度稳定或硬化的材料形成，其可以是诸如陶瓷的绝缘体。齿轮的非腰部或球形部可以包括诸如金属的导体，如过渡金属、内过渡金属、稀土金属、13族、14族以及15族金属中的至少一种，或者至少两种此类金属的合金或者诸如TiC和WC的碳化物。腰部部分可以压缩选定区域。并且电流可以在非腰部或球形区域之间通过，以在腰部区域中集中。由此，电流密度在包括该腰部的选定区域中增加，致使实现爆震阈值。该腰部因包括硬化材料的腰部材料的耐受侵蚀而被保护不受爆震破坏。由导体组成非腰部或球形区域与未选定燃料区接触，其中，居间于爆炸与这些对应齿轮表面之间的燃料保护这些表面不受爆炸侵蚀。
也可充当启动电源的点燃电源304包含至少一个电容器，例如供应实现点燃所需的低压高电流的一组低压高电容的电容器。电容器电路可设计成在放电期间避免波纹或振铃，从而延长电容器寿命。寿命可较长，例如在约1至20年范围内。电容器可以被设计成，存储在爆震时反射的电功率波的至少一部分。去往电极的母线可以包括多个层，或者包括用于实现电容的其它装置，从而偏移母线的电感，并由此衰减或控制爆震之后的无功功率。母线可以是超导的，以运送如在约1000A至1000000A范围内的大电流。电容器组电源可以包括避免放电期间的趋肤效应的电路，其将防止电流渗透到固体燃料的主体中。电源电路可以包括用于电容器放电以点燃固体燃料的LRC电路，其中，时间常数足够长以防止高频振荡或包括高频分量的脉冲放电，所述高频分量防止电流流过样品以点燃样品。
为缓冲任何间歇，一些电力可储存在电容器和可选的高电流变压器、电池组或其他储能装置中。在另一实施方式中，从一个电池的电输出可传递点燃另一个电池的燃料的短脉冲低电压高电流电能。输出电力可进一步通过用动力连接器308和308a连接的输出功率调节器307调节。输出功率调节器307可包含例如动力储存(例如电池组或超级电容器)、DC至AC(DC/AC)转换器或逆变器和变压器等元件。DC动力可转换成另一形式的DC动力，例如具有更高电压的DC动力；动力可转换成AC或DC与AC的混合。输出动力可经动力调节至所需波形，例如60Hz AC动力，且经由输出端子309供应至负载。在一实施方式中，输出功率调节器307将来自光伏转换器或热-电转换器的动力转换成所需频率和波形，例如分别为美国与欧洲标准的60或50Hz以外的AC频率。不同频率可应用于匹配针对不同频率设计的负载，例如电动机，例如用于机车、航空、航海、仪器、工具和机器、电加热和空调、电信和电子应用的电动机。动力输出端子309的输出动力的一部分可用于对电源304供电，例如约5-10V、10000-40000ADC动力。PDC能量转换器可输出很适合对电极302再次供电以使随后供应的燃料点燃的低压高电流DC动力。低压高电流的输出可供应至DC负载。DC可经DC/DC转换器调节。示例性DC负载包含DC电动机，例如电整流电动机，例如用于机车、航空、航海、仪器、工具和机器、DC电加热和空调、DC电信和DC电子应用的电动机。在机车应用的一实施方式中，车辆可以用作移动分布式发电资产。消费者客户可以通过诸如Uber Technologies，Inc提供的用于输送的服务来购买电力。例如，客户可以通过移动电话、笔记本或计算机从提供者池获取电力，并且提供者可以行驶至客户的位置并向客户提供电力，其中，该动力由具有本公开的SF-CIHT或SunCellTM的车辆产生。
点燃产生输出等离子体和热能。等离子体动力可通过光伏转换器306直接转换成电。电池可对于大气开放运行。在一实施方式中，电池301能够维持真空或小于大气压的压力。真空或小于大气压的压力可通过真空泵313a维持，以使用于固体燃料303点燃的膨胀等离子体的离子不与大气气体碰撞。在一实施方式中，包含产生等离子体的电池301和连接的光伏转换器306的系统中维持真空或小于大气压的压力。在一实施方式中，电池301可以在真空和覆盖气体中的至少一者下运行。覆盖气体可以包括诸如稀有气体的惰性气体，如氩气。在氮气与固体燃料的反应以形成诸如金属氮化物的产物不利的情况下，覆盖气体可以包括氮气。覆盖气体还可以包括一部分氢气，以与由H2O反应形成的氧反应，从而形成分数氢和氧气。氢还可以与来自大气泄漏的氧反应，以形成H2O。对于光转换电的情况来说，覆盖气体被选择成，使得其不具有对由分数氢反应所生成的光的任何希望吸收。覆盖气体还可以被选择为用于到电的光伏转换的、一个光谱至另一更希望光谱的转换器。
热能可由具有冷却液流过其电极冷却液进口管线311和电极冷却液出口管线312的电极热交换器310和具有冷却液流过其PDC冷却液进口管线319和PDC冷却液出口管线320的PDC热交换器318中的至少一种来提取。其他热交换器可用于接收来自分数氢反应的热能，例如水壁类型设计，其可进一步施加在容器301的至少一个壁、PDC转换器的至少一个其他壁上和PDC转换器的电极317背后。在一实施方式中，热交换器和热交换器的组件中的至少一个可以包括热管。热管流体可以包括熔化的盐或金属。示例性金属有铯、NaK、钾、钠、锂，和银。本领域技术人员已知用于有效和成本有效地除去来自反应的热量的这些和其他热交换器设计。热量可转移至热负载。由此，动力系统可包含由冷却液出口管线312和320中的至少一个供应的热量走向热负载的加热器或将热量转移至热负载的热交换器。冷却的冷却液可通过冷却液进口管线311和319中的至少一个返回。由冷却液出口管线312和320中的至少一个供应的热量可流向热机、蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、朗肯循环发动机、布雷顿循环发动机和斯特林发动机，以转换成机械动力，例如使轴、轮子、发电机、航空涡轮风扇或涡轮螺旋桨、航海螺旋浆、叶轮和回转轴机器中的至少一种旋转的机械动力。另选的是，热能可从冷却液出口管线312和320中的至少一个流向热-电能量转换器，例如本发明的能量转换器。适合的示例性热-电转换器包含以下组中的至少一种：热机、蒸汽机、汽轮机与发电机、燃气轮机与发电机、朗肯循环发动机、布雷顿循环发动机、斯特林发动机、热离子能量转换器和热电能量转换器。来自热-电转换器的输出动力可用于对负载供电，且一部分可对SF-CIHT电池发电机(例如电源304)的组件供电。
点燃燃料303的反应物产生动力和产物，其中动力可呈产物的等离子体形式。在一实施方式中，燃料303在分数氢反应爆炸事件期间部分地至实质地气化成气体物理状态，例如等离子体。等离子体可通过等离子体-电能量转换器306。另选的是，等离子体向光伏转换器306发射光，且复合的等离子体形成气体原子和化合物。这些通过蒸汽冷凝器315冷凝，且通过产物移除器-燃料装载机313收集且传送至再生系统314，该产物移除器-燃料装载机313包含到再生系统314的传送机连接且进一步包含到料斗305的传送机连接。蒸汽冷凝器315和产物移除器-燃料装载机313可包含例如以下的至少一种系统：静电收集系统和至少一种螺旋输送机、传送机或气动系统，例如真空或抽吸系统，以收集和移动材料。固体燃料或产物材料可以通过诸如过滤、旋风分离器、静电、离心以及磁分离的系统和方法，以及诸如离心夹具和干空气摇动台分离的重力分离，而与诸如氩气的载气分离。
来自再生系统314的等离子体产物和再生燃料可以在静电充电或磁化的输送带313上输送，其中燃料和产物颗粒粘附并被输送。由于颗粒对输送带的强静电或磁吸引力，因而，再生燃料颗粒可以从再生室314抽吸到再生室上的管道313中。适合的系统为本领域技术人员已知。燃料或产物输送还可以利用磁力来实现。例如，磁性或磁化颗粒可以通过永磁体或电磁体的磁场输送。电磁体可以以时间顺序激活，以使颗粒进行沿着希望轨迹移动、被收集、排斥以及俘获中的至少一种。
再生系统314可以包括能够具有大于大气压的压力的密闭容器或腔室，和处于再生室中的热交换器。再生热交换可以与诸如电极热交换器310和PDC热交换器318中的至少一个的热源相连。在一实施方式中，来自水箱源314a的水滴落到再生热交换器上以形成蒸汽，该蒸汽处理等离子体产物以使其水合。蒸汽可以用具有管线321的水冷凝器322从再生室314回流到水箱314a。水化可以作为分批再生进行，跟着以下步骤：冷却蒸汽并冷凝、将H2O再循环至水箱314a、将再生的固体燃料经由产物去除器/燃料加装载器313移至料斗305，以及经由产物移除器/燃料加载器313，用等离子体产物再填充再生室，以开始另一个循环。
在一个实施方式中，诸如等离子体能量转换器的等离子体-电转换器306或包括光伏转换器306的发电机系统包括滑槽或通道306a，其用于将产物传送至产物移除器-燃料装载机313中。PDC转换器306的底部、滑槽306a以及PDC电极317中的至少一个可以倾斜，使得产物流可以至少部分由重力流动引起。PDC转换器306的底部、滑槽306a以及PDC电极317中的至少一个可以机械搅动或摆动以帮助流动。流动可以通过点燃固体燃料所形成的冲击波协助。在一实施方式中，PDC转换器306的底部、滑槽306a以及PDC电极317中的至少一个包括机械刮刀或传送机以从相应表面移动产物至产物移除器-燃料装载机313。
料斗305可通过产物移除器-燃料装载机313再装入来自再生系统314的再生燃料。例如分数氢形成中消耗的任何H或H2O可由来自H2O来源314a的H2O补充。在此，废燃料再生成原始反应物或燃料，例如在分数氢形成中消耗的任何H或H2O由来自H2O来源314a的H2O补充。水来源可包含水箱、池或容器314a，其可以含有体相或气体H2O或包含H2O的材料或化合物或一种或多种形成H2O的反应物(例如H2+O2)中的至少一种。另选的是，来源可包含大气水蒸气，或从大气提取H2O的手段，例如吸湿材料，例如溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、例如KMgCl3·6(H2O)等光卤石、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠，以及浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维(例如棉花和纸)、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、许多化肥、盐(包括食盐)和本领域技术人员已知的多种其他物质，以及干燥剂，例如二氧化硅、活性炭、硫酸钙、氯化钙和分子筛(通常为沸石)或潮解材料，例如氯化锌、氯化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和本领域技术人员已知的许多不同潮解盐。
在一实施方式中，SF-CIHT电池发电机进一步包含真空泵313a，该真空泵313a可移除任何产物氧和分子分数氢气体。在一实施方式中，氧与分子分数氢中的至少一种收集于槽中，作为商业产品。泵可进一步包含选择性膜、阀、筛、低温过滤器或本领域技术人员已知用于分离氧与分数氢气体的其他构件，且可另外收集H2O蒸气，且可将H2O供应至再生系统314以在再生固体燃料中再循环。可以将H2气体添加到容器室中，以便抑制发电机组件(如齿轮或PDC或MHD电极)的任何氧化。氢气可以在存在任何氧气的情况下进行燃烧。发电机还可以包括复合器，以催化H2和O2的反应以形成水。另选的是，等离子体可以造成H2和O2的反应以形成H2O。氢可以通过H2O电解来供应，其中，H2与O2分离。该分离可以通过选择性气体膜实现。可以通过使用可与电池301连接的氢气可渗透阴极来分离气体。
在一实施方式中，燃料303包含可通过球磨再生或再加工的固体燃料所形成的细粉，其中再生系统314可进一步包含球磨机、研磨机或由较大粒子形成较小粒子的其他方式，例如本领域中已知的那些研磨或碾磨方式。一种示例性固体燃料混合物包含导体，例如导电性金属粉末，例如过渡金属、银或铝的粉末，其氧化物和H2O。在另一实施方式中，燃料303可包含可压入再生系统314中的固体燃料团粒。固体燃料团粒可进一步包含封装金属氧化物和H2O的粉末状金属或另一金属的薄箔以及可选的金属粉末。在这种情况下，再生系统314借助于例如以下的至少一种再生金属箔：在真空中加热、在还原氢气气氛围下加热和由例如熔融盐电解质等电解质电解。再生系统314进一步包含金属加工系统，例如滚轧或碾磨机，以从再生的箔金属储备形成箔。护套可通过其中封装的固体燃料可在内部冲压或按压的冲压机或压机形成。
在一示例性实施方式中，固体燃料借助于例如本发明中给出的方式，例如添加H2、添加H2O、加热再生和电解再生中的至少一种来再生。由于相对于引发反应的输入能量，分数氢反应能量增益极大，例如在NiOOH情况下为100倍(如在示例性SF-CIHT电池测试结果部分中所给出的3.22kJ输出对比46J输入)，例如Ni2O3和NiO等产物可通过电化学反应以及如在本发明中所给出的化学反应以及通过本领域技术人员已知的化学反应转换成氢氧化物，接着转换成羟基氧化物。在其它实施方式中，例如Ti、Gd、Co、In、Fe、Ga、Al、Cr、Mo、Cu、Mn、Zn、Sn、以及Sm的其它金属和相应氧化物、氢氧化物和羟基氧化物(例如本发明的那些氧化物、氢氧化物和羟基氧化物)可代替Ni。在另一实施方式中，固体燃料包含金属氧化物和H2O和相应金属作为导电性基质。产物可为金属氧化物。固体燃料可通过一部分金属氧化物经氢还原成金属，接着与已再水合的氧化物混合而再生。具有可在中等温度(例如小于1000℃)和氢下容易地还原成金属的氧化物的适合金属为Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在另一实施方式中，固体燃料包含(1)不容易由H2和微热还原的氧化物，例如氧化铝、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物中的至少一种；(2)具有能够在中等温度(例如小于1000℃)下由H2还原成金属的氧化物的金属；和(3)H2O。一种示例性燃料为MgO+Cu+H2O。接着，H2可还原和不可还原的氧化物的产物混合物可用H2处理且在温和条件下加热，使得仅仅可还原的金属氧化物转换成金属。此混合物可水合以包含再生固体燃料。一种示例性燃料为MgO+Cu+H2O；其中，产物MgO+CuO进行H2还原处理以产生MgO+Cu，其水合形成固体燃料。
在另一实施方式中，例如CuO或AgO等氧化产物通过在真空与惰性气体流中的至少一种下加热再生。温度可在以下的至少一个范围内：约100℃至3000℃、300℃至2000℃、500℃至1200℃和500℃至1000℃。在一实施方式中，再生系统314可进一步包含碾磨机，例如球磨机和碎片/研磨机中的至少一种，以将块体氧化物和金属中的至少一种碾磨成粉末，例如细粉，例如粒径在以下中的至少一种的范围内的细粉：约10nm至1cm、100nm至10mm、0.1μm至1mm和1μm至100μm(μ＝微)。
在另一实施方式中，再生系统可包含电解池，例如包含金属离子的熔融盐电解池，其中金属氧化物产物的金属可通过使用本领域中熟知的系统和方法电沉积来镀至电解电池阴极上。系统可进一步包含碾磨机或研磨机以由电镀金属形成所需尺寸的金属粒子。金属可添加至例如H2O等反应混合物的其他成分中，以形成再生固体燃料。
在一实施方式中，图1的电池301能够维持真空或小于大气压的压力。通过泵313a维持电池301中真空或小于大气压的压力，且也可在从等离子体来源电池301接收高能等离子体离子的连接的等离子体-电转换器306中维持。在一实施方式中，固体燃料包含对与H2O反应变成氧化金属基本上在热力学上稳定的金属。在这种情况下，固体燃料的金属在形成产物的反应期间不氧化。一种示例性固体燃料包含金属、氧化金属和H2O的混合物。接着，例如初始金属与金属氧化物的混合物等产物可通过产物移除器-燃料装载机313除去且通过添加H2O再生。与H2O进行基本上热力学上不利的反应的适合金属可选自以下组：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在其它实施方式中，固体燃料包含H2O不反应的金属和以下的至少一种：H2O、可包含相同或至少一种不同金属的金属氧化物、氢氧化物和羟基氧化物。
在一实施方式中，进行H2还原、在真空下还原和再水合的方法，以迅速、有效且尽可能成本有效地再生固体燃料。
在一实施方式中，固体燃料包含含有H2O的吸湿材料与导体的混合物。一种示例性燃料为水合碱土金属卤化物，例如MgX2(X＝F、Cl、Br、I)，和导体，例如过渡金属，例如Co、Ni、Fe或Cu。
固体燃料可以包括诸如具有低熔点、高导电性以及低功函中的至少一种的一元素或化合物的物质组合，如金属，其中，功函在高温下可以非常低，并且还包括H2O来源及H2O中的至少一种。在一实施方式中，固体燃料包括诸如熔化的金属的导体；来自电源4的高电流使诸如金属的导体熔化，以引起热离子或热电发射，从而形成低压电弧等离子体，并且电弧等离子体引起H2O的点燃。在一实施方式中，固体燃料高度导电并且包括至少一种低熔点金属，其在高温下具有低功函以在燃料的H2O存在下产生低电压电弧等离子体，其中燃料因此而点燃。
在一实施方式中，固体燃料包括H源，例如烃，其可以是根据方程式(6-9)的mH催化剂源，以形成分数氢。固体燃料可以包括导体、结合氢源的材料(如碳或其它疏水性基质)，以及氢源(如烃)。固体燃料可以由高电流表示，其导致形成合用的高浓度的H以及催化剂和反应物，以形成分数氢。
发电机进一步包含用于可变动力输出的构件和方法。在一实施方式中，发电机的动力输出通过控制燃料303至电极302或辊或齿轮302a的可变或可中断流动速率以及电源304的可变或可中断燃料点燃速率来控制。辊或齿轮的旋转速率也可进行控制以控制燃料点燃速率。在一实施方式中，输出功率调节器307包含功率控制器307以控制输出(可为DC)。功率控制器可控制燃料流速，通过控制使驱动齿轮302c旋转且转动齿轮302a的齿轮驱动电动机302d来控制齿轮旋转速度。基于燃料消耗速率或燃烧速率中的至少一种的机械动力或动力控制的反应时间可非常快，例如在10ms至1μs范围内。动力也可通过控制等离子体-电转换器的转换器电极的连通性来控制。例如，串联连接PDC电极增加电压，且并联连接转换器电极增加电流。改变PDC电极17的角度或以相对于磁场方向中的至少一个的不同角度选择性地连接至成组的PDC电极317改变通过改变电压与电流中的至少一个而收集的动力。
在一实施方式中，如图2A所示，能量转换器306包括光伏或太阳能电池系统。在一实施方式中，输出功率控制器/调节器307从光伏能量转换器306接收动力，并且以适于为电源304供电的形式将一些动力输送到电源304，以使固体燃料303以期望的重复率点燃。在一实施方式中，点燃因存在燃料而自动触发，其充分地减小电极之间的电阻以允许点燃。燃料可以按一速率喷入电极中，以实现希望点燃速率。由输出功率控制器/调节器307接收和调节的附加动力可以被输出以传送至电负载。伴随燃料点燃电系统的功率需求的光伏输出、电源304，以及负载源的合适集成可以利用在本领域技术人员所已知的太阳能工业领域中使用的输出功率控制器/调节器307来实现。合适的太阳能功率调节器在适合于电网的电压范围(如120V及其倍数)输出AC电力。在一实施方式中，光伏转换器的电输出的至少一部分是高电压，以减少在将电力输送到内部和外部负载时的传输损耗。该电压可以处于以下的至少一个范围内：约10V至5000V、100V至1000V、200V至500V，以及300V至400V。
功率控制器307进一步包含输入与输出参数(例如电压、电流和功率)的传感器。来自传感器的信号可送入控制发电机的处理器。可以控制上升时间、下降时间、电压、电流、功率、波形和频率中的至少一种。在一实施方式中，输出电可以是任何期望的波形，如DC或AC，例如60HzAC或不同于60Hz的另一频率，其可以包括新的电功率标准。发电机可包含电阻，例如分路电阻，超过动力负载所需或希望的动力可经由其耗散。分路电阻可连接至输出功率调节器或功率控制器307。发电机可包含嵌入式处理机和系统以提供可进一步具有禁用发电机的能力的远距离监测。
在一实施方式中，SF-CIHT发电机包括用于监测和控制发电机中的至少一者的智能移动装置。该智能移动装置还可以包括门户界面。该门户界面可以易于去往和来自SF-CHIF发电机的无线通信。在一实施方式中，该门户界面可以用作用于发送和接收因特网型和电信内容中的至少一者的方式。该智能装置可以包括智能电话和智能平板电脑中的至少一种。因特网类服务可以经由该门户界面来提供。示例性因特网类服务包括GPS、互联网连接、社交媒体、连网、电子邮件、IP传输话音或视频、搜索能力，以及本领域技术人员已知的互联网的其它用途。每个SF-CIHT发电机的门户界面可以连接到其它这种门户界面，以在互连上形成网络。该网络可以用作替代或并行互联网。诸如航行器(如飞机和无人机)中的Airborne SunCells可以用作接收机-传输塔替代。在一实施方式中，来自SF-CIHT电池门户界面的诸如互联网内容的信号可以通过可以基于DC电力的建筑物布线传输。
在一实施方式中，可以是便携式或移动式的SF-CIHT电池(如安装在车辆中的SF-CIHT电池)可以连接到诸如逆变器的功率调节设备，以将DC转换成AC电力。该功率调节设备可以被用于诸如辅助动力的任何应用。示例性辅助动力用途是车辆到固定动力，例如车辆到建筑物或工厂，以及车辆到车辆，如车辆到卡车、车辆到列车，以及车辆到船，其中，提供动力的诸如汽车的车辆可通过接收动力的车辆运送。示例性运送载具有卡车、列车、船，以及飞机。在一实施方式中，功率调节设备可以包括逆向汽车充电站，例如逆向的本领域已知的汽车充电站。在一实施方式中，通过移动SF-CIHT电池(如车辆中的SF-CIHT电池)供应的DC电力可以连接至诸如包括逆变器的功率调节设备的功率调节设备，如逆向充电站，以向诸如建筑物的固定应用供电。在一实施方式中，车辆可以包括逆向充电站。车辆可以包括功率调节设备，例如输出适合于诸如固体或辅助应用负载的外部负载的功率的逆变器。来自功率调节器的输出可以连通过连接至负载的匹配电源线连接至外部负载。到负载的示例性电线连接是连接至建筑物的断路器箱。在一实施方式中，诸如安装在车辆中电池的的SunCell可以向可能需要DC电力的诸如建筑物的外部负载输出DC电力。该连接可以通过电线。功率传递可以包括使用车辆上的发送器的感应式充电和用于接收并向诸如建筑物的辅助负载供电的接收器。功率调节设备与SF-CIHT电池之间的连接还可以包括机械和电子钥匙中的至少一个，以控制从SF-SunCell至功率调节设备的功率流。该控制还可以通过经由门户界面启用的单元的监测和控制能力来提供。
在一实施方式中，端子309的电力输出的一部分供应至以下的至少一种：电源304、齿轮(辊)驱动电动机302d、产物移除器-燃料装载机313、泵313a和再生系统314，以提供电力和能量来传播用于由反应产物再生原始固体燃料的化学反应。在一实施方式中，在具有通过冷却液进口管线311和319中的至少一个的冷却液返回循环的情况下，来自电极热交换器310与PDC热交换器318中的至少一个的一部分热通过冷却液出口管线312和320中的至少一个输入固体燃料再生系统，以提供热能和能量来传播用于由反应产物再生原始固体燃料的化学反应。来自热-电转换器306的一部分输出动力也可用于对再生系统以及SF-CIHT电池发电机的其他系统供电。
G.等离子动力等离子体-电力转换器
等离子体动力可使用基于磁性空间电荷分离的等离子体动力能量转换器306(图1)转换成电。由于其质量相对于正离子较低，所以电子优先约束于磁化PDC电极(例如圆柱形PDC电极或处于磁场中的PDC电极)的磁通线。因此，电子的移动性受束缚；而正离子相对自由，从而与固有或非固有磁化的PDC电极碰撞。电子与正离子均与未磁化的PDC电极充分碰撞。等离子体动力转换直接从等离子体的热能和势能吸取动力，且不依赖于等离子体流。作为代替，通过PDC的动力吸取利用浸入等离子体中的磁化与未磁化PDC电极之间的电势差来驱动外加负载中的电流，且由此直接从储存的等离子体热能吸取动力。热等离子体能量至电的等离子体动力转换(PDC)通过将至少两个漂浮导体直接插入高温等离子体主体中来实现。这些导体的一个通过外部电磁场或永久磁铁磁化，或其固有地具有磁性。另一个未磁化。电势差由重正离子对比轻电子的电荷迁移率的极大差别产生。此电压施加在电负载上。
在实施方式中，图1所示动力系统包含另外的内部或外部电磁体或永久磁铁，或包含多个固有磁化与未磁化的PDC电极，例如圆柱形PDC电极，例如针形PDC电极。与各PDC针电极306b平行的均匀磁场B的来源可通过电磁体，例如通过亥姆霍兹线圈306d提供。磁体可为以下的至少一种：永久磁体，例如海尔贝克阵列磁体，和未冷却、水冷却和超导电磁体。示例性超导磁体可以包括NbTi、NbSn，或高温超导材料。来自多个阳极针电极306b的负电压由阳极或负PDC电极317收集。在一实施方式中，至少一个磁化PDC针电极306b平行于外加磁场B；而所述至少一个相应的对PDC针电极306c垂直于磁场B，使得其因相对于B方向的取向而未磁化。来自多个阴极针电极306c的正电压由阴极或正PDC电极317a收集。电力可以通过负电极电源连接器308和正电极电源连接器308a传送到功率调节器/控制器。在一实施方式中，电池壁可充当PDC电极。在一实施方式中，PDC电极包括在高温大气环境中稳定的耐火金属，例如高温不锈钢和本领域技术人员已知的其它材料。在一实施方式中，等离子体转换器还包括等离子体约束结构，例如磁瓶或螺线管磁场来源(如亥姆霍兹线圈306d)，以约束等离子体且吸取高能离子更多动力作为电。
在能量转换器的另一实施方式中，离子沿z轴的流动(其中v||＞＞v⊥)可接着进入压缩部，该部分包括递增轴向磁场梯度，其中与z轴方向平行的电子运动分量v||因绝热不变量而至少部分转换成垂直运动v⊥。由v⊥引起的方位角电流围绕z轴形成。电流在运动平面上通过轴向磁场径向偏转，从而在盘形发电机磁流体动力能量转换器的内环和外环MHD电极之间产生霍尔电压。电压可经由电负载驱动电流。等离子体动力也可使用直接转换器或本发明的其他等离子体-电装置转换成电。在另一实施方式中，诸如亥姆霍兹线圈306d的磁场限制等离子体，使得其可以通过等离子体-电转换器306转换为电，转换器306可以是等离子体动力能量转换器。在一实施方式中，亥姆霍兹线圈包括磁瓶。PDC转换器306可以接近与如图1所示的亥姆霍兹线圈相对的等离子体源。对于包括位于电池容器外部的磁体的等离子体-电转换器部件来说，分隔壁可以包括诸如不锈钢的非铁材料。例如，将亥姆霍兹线圈306与包含等离子体的容器301或PDC转换器或MHD转换器的侧壁分隔开的壁可以包括磁通量易于穿透的、诸如不锈钢的材料。在这个实施方式中，磁体定位在外部以提供横向于磁化横向取向的PDC针阳极或横向于MHD转换器的等离子体膨胀方向的磁通量。
各电池也输出可分别通过进口和出口冷却液管线311和312从电极热交换器310吸取以及分别通过进口和出口冷却液管线319和320从PDC热交换器318吸取热能。热能可直接用作热量或转换成电。在实施方式中，动力系统进一步包含热-电转换器。转换可使用常规朗肯或布雷顿动力设备，例如包含锅炉、汽轮机与发电机的蒸汽设备或包含燃气轮机(例如外加热的燃气轮机)与发电机的蒸汽设备实现。适合的反应物、再生反应和系统以及动力设备可包含以下中的那些反应物、再生反应和系统以及动力设备：本发明中；在在先美国专利申请中，例如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT于4/24/2008申请的PCT/US08/61455；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT于7/29/2009申请的PCT/US09/052072；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT于3/18/2010申请的PCT/US10/27828；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT于3/17/2011申请的PCT/US11/28889；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，于3/30/2012申请的PCT/US12/31369；和CIHT Power System，于5/21/13申请的PCT/US13/041938(“Mills在先申请“)；以及在先出版物中，例如R.L.Mills，M.Nansteel，W.Good，G.Zhao，“Design for a BlackLight Power Multi-Cell Thermally Coupled Reactor Based onHydrogen Catalyst Systems”，Int.J.Energy Research，第36卷，(2012)，778-788；doi：10.1002/er.l834；R.L.Mills，G.Zhao，W.Good，“Continuous Thermal Power System”，Applied Energy，第88卷，(2011)789-798，doi：10.1016/j.apenergy.2010.08.024，和R.L.Mills，G.Zhao，K.Akhtar，Z.Chang，J.He，X.Hu，G.Wu，J.Lotoski，G.Chu，“ThermallyReversible Hydrino Catalyst Systems as a New Power Source”，Int.J.GreenEnergy，第8卷，(2011)，429-473(“Mills在先热能转换出版物”)，以全文引用的方式并入本文中。在其它实施方式中，动力系统包含本领域技术人员已知的其他热-电能量转换器之一，例如直接能量转换器，例如热离子和热电能量转换器以及其他热机，例如斯特林发动机。
在一实施方式中，10MW动力产生器经历下列步骤：
1.燃料从料斗流入一对齿轮和/或支撑部件，该对齿轮和/或支撑部件将约0.5g等分的高传导性固体燃料限制在指状交叉区域中，其中，低电压高电流流过燃料，从而引起燃料点燃。该点燃每个等分试样释放约10kJ的能量。齿轮包括60个齿并且以1000RPM旋转，使得点火速率为对应于10MW功率的1kHz。在一实施方式中，将齿轮设计成使得与齿轮直接接触的燃料粉末层不携带用于爆震的临界电流密度，而大体积区域携带该临界电流密度，致使保护齿轮不受来自燃料点燃的爆炸侵蚀。
2.本质上，完全电离的等离子体在垂直于齿轮的轴上从齿轮起膨胀出并进入磁流体动力或等离子体能量转换器，其中，等离子体流被转换成电。另选的是，从使用光伏能量转换器转换成电的等离子体发射辉光。
3.电源的一部分电力向电极供电，而其余部分可以在由相应单元进行功率调节之后供应给外部负载。通过电极热交换器从齿轮轮毂除去的热量流到再生系统热交换器，而其余热量流到外部热负荷。
4.等离子体气体冷凝为包括不含H2O的固体燃料的产物。
5.螺旋推运器(如在制药或食品工业中使用的)将产品粉末输送到再生系统，其中，其利用蒸汽再水合，其中，该蒸汽通过使H2O从H2O储存器流过再生系统热交换器的热管而形成。
6.再生的固体燃料通过螺旋推运器输送到料斗，以允许连续使用仅加回有H2O的燃料。
假设0.5克固体燃料产生1kJ的能量。假设燃料的密度是Cu的密度，8.96g/cm3，那么指状交叉区域中每齿的燃料体积为0.056cm3。如果导电深度为2mm以实现通过燃料的高导电性，则由每个齿轮的三角形齿的指状交叉间隙限定的燃料基底为4mm，并且齿轮宽度为0.11cm3/(0.2)(0.4)＝1.39cm。在另一实施方式中，示例性10MW发电机的H2O消耗给出如下：
H2O到H2(1/4)+1/2O2(50MJ/mole H2O)；10MJ/s/50MJ/mole H2O＝0.2moles(3.6g)H2O/s或13kg/h＝13liter/hr。考虑一示例性情况，其中，随着点燃和再生而再循环的固体燃料(1分钟内和0.5g)产生10kJ，固体燃料的存量如下：10MJ/s X 0.5g/10kJ＝500g/s(30kg/minute)，并且固体燃料存量为30kg或约3升。
H.具有光功率的光伏转换的电弧和高-DC、AC以及DC-AC混合电流分数氢等离子体 电池
在本公开的示例性实施方式中，具有光能的光伏转换的动力系统可以包括在此参照SF-CIHT电池公开的任何组件。例如，某些实施方式包括下列中的一个或更多个：所述容器能够承受大气压、高于大气压和低于大气压中的至少一种压力；所述反应物可包含用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的H2O来源和导电性基质；所述反应物可以包括H2O来源，H2O来源可包含以下至少一种：体相H2O、除体相H2O以外的状态、进行反应形成H2O和释放结合的H2O中的至少一种的一种或多种化合物；结合的H2O可包含与H2O相互作用的化合物，其中H2O处于吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水中的至少一种状态；反应物可包含导体和一种或多种进行体相H2O、吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水释放中的至少一种的化合物或材料，且其具有H2O作为反应产物；新生H2O催化剂来源和原子氢来源中的至少一种可包含以下的至少一种：(a)至少一种H2O来源，(b)至少一种氧来源，和(c)至少一种氢来源；用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的反应物包含以下至少一种：a)H2O和H2O来源，b)O2、H2O、HOOH、OOH-、过氧离子、超氧离子、氢化物、H2、卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物、水合化合物，选自卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物中的至少一个的组中的水合化合物，和c)导电性基质；羟基氧化物可包含来自TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH的组中的至少一种，氧化物可包含来自CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO和Ni2O3的组中的至少一种，氢氧化物可包含来自Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3和Ni(OH)2的组中的至少一种，包含氧的化合物可包含来自硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐和高碘酸盐、MXO3、MXO4(M＝金属，例如碱金属，例如Li、Na、K、Rb、Cs；X＝F、Br、Cl、I)、钴镁氧化物、镍镁氧化物、铜镁氧化物、Li2O、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、CoO、Co2O3、CO3O4、FeO、Fe2O3、NiO、Ni2O3、稀土金属氧化物、CeO2、La2O3、羟基氧化物、TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH的组中的至少一种，且导电性基质包含来自金属粉末、碳、碳化物、硼化物、氮化物、例如TiCN等碳氮化物或腈的组中的至少一种。
仍在本公开的另一些实施方式中，该动力系统可以包括以下中的一种或更多种：反应物可包含金属、其金属氧化物与H2O的混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的；反应物可包含过渡金属、碱土金属卤化物与H2O的混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的；反应物可包含导体、吸湿材料与H2O的混合物；导体可包含金属粉末或碳粉，其中金属或碳与H2O的反应并非热力学上有利的；吸湿材料可包含溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、例如KMgCl3·6(H2O)等光卤石、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠，以及浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、化肥、盐、干燥剂、二氧化硅、活性炭、硫酸钙、氯化钙、分子筛、沸石、潮解材料、氯化锌、氯化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和潮解盐的组中的至少一种；动力系统可以包括导体、吸湿材料与H2O的混合物，其中(金属)、(吸湿材料)、(H2O)的相对摩尔量范围为以下至少一种：约(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；和(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)；与H2O具有热力学上不利的反应的金属可为以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In；反应物可通过添加H2O而再生；反应物可包含金属、其金属氧化物与H2O的混合物，其中金属氧化物能够在低于1000℃的温度下进行H2还原；反应物可包含以下物质的混合物：在H2和微热下不容易还原的氧化物，具有能够在低于1000℃的温度下由H2还原成金属的氧化物的金属，和H2O；金属可以具有能够在低于1000℃的温度下由H2还原成金属的氧化物，该金属可为以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In；在H2和微热下不容易还原的金属氧化物包含氧化铝、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物中的至少一种；固体燃料可包含碳或活性炭和H2O，其中混合物通过包含添加H2O的再水合而再生；并且反应物可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种；H2O摩尔％％含量可在以下至少一个的范围内：约0.000001％至100％、0.00001％至100％、0.0001％至100％、0.001％至100％、0.01％至100％、0.1％至100％、1％至100％、10％至100％、0.1％至50％、1％至25％和1％至10％；用于传递短脉冲高电流电力的电源的电流足以使分数氢反应物以极高速率进行反应形成分数氢。
在本公开的一些实施方式中，动力系统可以包括以下中的一个或更多个：该电源可以递送短脉冲高电流电能，其包括以下中的至少一种：经选择为引起具有在100A至1000000A、1kA至100000A、10kA至50kA中的至少一个的范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压，在100A/cm2至1000000A/cm2、1000A/cm2至100000A/cm2和2000A/cm2至50000A/cm2中的至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度，所述电压由所述固体燃料或高能材料的电导率确定，其中，所述电压由所需电流乘以固体燃料或高能材料样品的电阻得出，所述DC或峰值AC电压可在选自约0.1V至500V、0.1V至100kV和1V至50kV的至少一个范围内，且AC频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz范围内；固体燃料或高能材料样品的电阻可以在选自以下的至少一个范围内：约0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ和10Ω至1kΩ，并且有效形成分数氢的每单位电极面积的适合的负载的电导率在选自以下的至少一个范围内：约10-10Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-5Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-4Ω-1cm-2至105Ω-1cm-2、10-3Ω-1cm-2至104Ω-1cm-2、10-2Ω-1cm-2至103Ω-1cm-2、10-1Ω-1cm-2至102Ω-1cm-2，以及1Ω-1cm-2至10Ω-1cm-2；再生系统可包含水合、热学、化学和电化学系统中的至少一种；所述光伏能量转换器可以包括光-电能量转换器；所述动力系统可以包括配光系统或集中式光伏装置；所述光伏能量转换器可以包括光-热能量转换器；所述动力系统可以包括热-电能量转换器、集中式太阳能设备，跟踪器，或能量存储设备；所述动力系统可运行地连接至电网；所述动力系统可以是独立系统；所述光伏能量转换器可以包括多个多结光伏电池；所述多结光伏电池可以是三结光伏电池；所述光伏能量转换器可以位于一真空池(vacuumcell)内；所述光伏能量转换器可以包括防反射涂层、光阻抗匹配涂层，或保护性涂层中的至少一种；所述光伏能量转换器可以以可运行方式耦接至清洁系统，该清洁系统被设置成清洁所述光伏能量转换器的至少一部分；所述动力系统可以包括光学滤波器；所述光伏能量转换器可以包括以下中的至少一种：单晶电池、多晶电池、非晶电池、串式/带式硅电池、多结电池、同质结电池、异质结电池、p-i-n器件、薄膜电池、染料敏化电池，以及有机光伏电池；所述光伏能量转换器可以包括多结电池，其中，所述多结电池包括以下中的至少一种：倒置电池、直立电池、晶格失配电池、晶格匹配电池，以及包括III-V族半导体材料的电池；所述动力系统可以包括可操作地耦合到光伏能量转换器的输出功率调节器和可操作地耦合到输出功率调节器的输出功率端子；所述动力系统可以包括逆变器或能量存储装置；从输出功率端子输出的功率的一部分可以被引导到能量存储装置或发电系统的组件或多个电极或外部负载或电网。
在一实施方式中，CIHT电池包括称作分数氢等离子体电池的分数氢形成等离子体电池，其中，将至少一部分光能量通过光伏转换器转换成电。所述高电流可以是DC、AC，或其组合。所述等离子体气体可以包括H来源和诸如H2O的及HOH催化剂来源中的至少一种。其它合适的等离子体气体是H2O来源、H来源、H2、氧来源、O2，以及诸如稀有气体的惰性气体中的至少一种的混合物。所述气体压力处于约0.001托至100大气压、1托至50大气压、以及100托至10大气压中的至少一个范围内。所述电压可以较高，如处于以下的至少一个范围内：约50V至100V、1kV至50kV，以及1kV至30kV。所述电流可以处于以下的至少一个范围内：约0.1mA至100A、1mA至50A，以及1mA至10A。所等离子体可以包括具有更高电流的电弧，如处于以下的至少一个范围内：约1A至100kA、100A至50kA，以及1kA至20kA。在一实施方式中，所述高电流加速分数氢反应速率。在一实施方式中，所述电压和电流是AC。所述驱动频率可以是音频频率，如处于处于3kHz至15kHz的范围内。在一实施方式中，所述频率处于约0.1Hz至100GHz、100Hz至10GHz、1kHz至10GHz、1MHz至1GHz，以及10MHz至1GHz中的至少一个的范围内。暴露至等离子体气体的至少一个电极的导体可以提供电子热离子和场发射，以支持电弧等离子体。
在一实施方式中，所述电池包括高压电源，其被应用于在包括H源和HOH催化剂来源的等离子体气体中实现击穿。等离子体气体可以包括水蒸汽，氢，氧来源以及诸如稀有气体的惰性气体(如氩气)中的至少一种。高电压电源可以包括直流电压源(DC)、交流电压源(AC)，及其混合。等离子体气体中的击穿导致电导率显着增加。所述电源能够具有高电流。施加电压低于击穿电压的高电流，导致通过HOH催化剂将H催化成分数氢以高速率发生。高电流可以包括直流电流(DC)、交流电流(AC)，及其混合。
高电流等离子体电池的一个实施方式包括能够形成HOH催化剂和H的等离子体气体。该等离子体气体包括HOH来源，和诸如H2O和H2气体的H来源。该等离子体气体还可以包括准许、增强，或维持HOH催化剂和H的附加气体。其合适气体为稀有气体。所述电池包括以下中的至少一个：至少一组电极、至少一个天线、至少一个RF线圈，以及包括天线的至少一个微波腔，并且还包括至少一个击穿电源，如能够产生足以引起等离子体气体的电击穿的电压或电子或离子能量的击穿电源。所述电压可以处于以下的至少一个范围内：约10V至100kV、100V至50kV，以及1kV至20kV。该等离子体气体初始可以处于液态，和处于气态。该等离子体可在作为液态H2O或包括液体H2O的介质中形成。所述气体压力处于约0.001托至100大气压、0.01托至760托、以及0.1托至100托中的至少一个范围内。该电池可以包括一旦实现击穿就提供高电流的至少一个次级电源。该高电流还可以通过击穿电源提供。每一个电源都可以是DC或AC。任一个频率可以处于约0.1Hz至100GHz、100Hz至10GHz、1kHz至10GHz、1MHz至1GHz，以及10MHz至1GHz中的至少一个的范围内。该高电流可以处于以下的至少一个范围内：约1A至100kA、10A至100kA、1000A至100kA，以及10kA至50kA。该高放电电流密度可以处于0.1A/cm2至1000000A/cm2、1A/cm2至1000000A/cm2、10A/cm2至1000000A/cm2、100A/cm2至1000000A/cm2，以及1kA/cm2至1000000A/cm2中的至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度。在一实施方式中，可以间歇地应用击穿和次级高电流电源中的至少一个。该间歇频率可以处于约0.001Hz至1GHz、0.01Hz至100MHz、0.1Hz至10MHz、1Hz至1MHz，以及10Hz至100kHz中的至少一个的范围内。占空比可以处于以下的至少一个范围内：0.001％至99.9％、1％至99％，以及10％至90％。在包括诸如RF电源的AC和DC电源的一实施方式中，该DC电源通过至少一个电容器一该AC电源隔离。在一实施方式中，用于形成分数氢的H来源(如H2和H2O中的至少一种)以保持分数氢成分至输出功率的速率供应给电池，该输出功率提供希望电池增益，如其中该分数氢动力分量超出输入电力。
在一实施方式中，等离子体气体被可以是纯的或包括诸如盐水的含水盐溶液的液体H2O替代。该溶液可以用诸如高频辐射的AC激发(如RF或微波激发)来入射。包括诸如盐水的H2O的被激发介质可以放置在RF发送器与接收器之间。RF发送器或天线从能够产生能够被包括H2O的介质吸收的频率和功率的RF信号的RF发生器接收RF功率。所述电池和激发参数可以是本公开的那些电池和参数之一。在一实施方式中，该RF频率可以处于约1MHz至20MHz的范围内。该RF激发源还可以包括调谐电路或匹配网络，以将负载的阻抗匹配至该发送器。金属颗粒可以悬浮在H2O或盐溶液中。该入射功率可以较高，如处于以下至少一个的范围内：约0.1W/cm2至100kW/cm2、0.5W/cm2至10kW/cm2以及0.5W/cm2至1kW/cm2，以使因入射辐射与金属颗粒的交互作用而引起等离子体中的电弧。该金属颗粒可以被调节成最优化电弧形成。合适的颗粒尺寸处于约0.1μm至10mm的范围内。该电弧携带高电流，其导致分数氢反应随着高动力学发生。在另一实施方式中，等离子体气体包括诸如H2O蒸气的H2O，并且该电池包括也以高频辐射(如RF或微波)入射的金属物体。在该金属物体的尖锐点上的场集中导致包括H2O的等离子体气体中的电弧具有极大增强的分数氢反应速率。
在一实施方式中，该高电流等离子体包括电弧。该电弧等离子体可以具有超过辉光放电等离子体的区别特性。在前一情况下，电子和离子温度可以相似，而在后一情况下，电子热能量可以比离子热能量更大。在一实施方式中，该电弧等离子体电池包括箍缩等离子体。该等离子体气体(如包括H2O的等离子体气体)被维持在足以形成电弧等离子体的压力下。该压力可以较高，如处于约100托至100大气压的范围内。在一实施方式中，该击穿和高电流电源可以相同。该电弧可以通过包括多个电容器的电源在包括液体H2O的高压H2O中形成，所述多个电容器包括这样一组电容器，即，其能够供应诸如范围在约1kV至50kV电压的高电压，和这样的高电流，即，可以在电弧形成和维持的情况下，随着电阻和电压减小而增加的电流，其中，该电流可以处于约0.1mA至100000A的范围内。该电压可以通过串联连接电容器来增加，并且该电容可以通过并联连接电容器来增加，以实现希望高电压和电流。该电容可足以将等离子体保持达较长持续时间，如0.1秒至大于24小时。电源电路可以具有用于维持一旦形成的电弧的附加部件，如次级高电流电源。在一实施方式中，该电源包括可以顺序地向电弧供电的多组电容器组，其中，随着指定的已充电电容器组被放电，每个已放电的电容器组可以通过充电电源再充电。所述多组可足以维持稳态电弧等离子体。在另一实施方式中，用于向电弧等离子体提供等离子体击穿和高电流中的至少一种的电源包括至少一个变压器。在一实施方式中，该电弧以高DC重复率(如处于约0.01Hz至1MHz的范围内)建立。在一实施方式中，阴极和阳极的作用可以周期性地反转。该反转速率可以低至维持电弧等离子体。该交变电流的周期率可以处于以下的至少一个范围内：约0Hz至1000Hz、0Hz至500Hz，以及0Hz至100Hz。电源可以具有将分数氢反应速率维持在希望速率的最大电流限制。在一实施方式中，该高电流是可变的，以控制分数氢产生的功率，从而提供可变功率输出。通过电源控制的高电流限制可以处于以下的至少一个范围内：约1kA至100kA、2kA至50kA，以及10kA至30kA。电弧等离子体可以具有负电阻，包括随着电流增加而减小的电压行为。该等离子体电弧电池功率电路可以包括正阻抗的形式(如电镇流器)，以建立按希望水平的稳定电流。该电极可以采用希望几何形状，以在两者之间提供电场。合适的几何形状是中心圆柱形电极和外同心电极、平行板电极以及相对针状体或圆柱体中的至少一种。该电极可以在阴极处提供电子热离子和场发射中的至少一种，以支持电弧等离子体。可以形成高电流密度，如高达约106A/cm2的电流密度。该电极可以由以下材料中的至少一种组成：具有高熔点的材料，如来自耐火金属族中的一种的金属(如W或Mo)和碳，和与水具有低反应性的材料，如来自以下组中的一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Ti、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在一实施方式中，该电极可移动。该电极可以彼此紧密或直接接触放置，然后机械分离以启动和维持电弧等离子体。在这种情况下，击穿电压可以远小于其中电极利用一固定间隙永久性隔开的情况。被施加以利用可移动的或间隙可调节的电极形成电弧的电压可以处于以下的至少一个范围内：约0.1V至20kV、1V至10kV，以及10V至1kV。该电极间隔可以调节，以按希望电流或电流密度来保持稳定的电弧。
在一实施方式中，在水-电弧等离子体中产生包含OH、HOH、O2、nO以及nH(n是整数)中的至少一种的催化剂。图2B示出了H2O电弧等离子体电池发电机100的示意图。该电弧等离子体电池109包括两个电极，如外侧柱电极106，和诸如中心杆的中心轴电极103，并且该该电池具有电池帽111，和绝缘体基部102，该基部102可以限定电池109的电弧等离子体室，其能够具有真空、大气压，以及大于大气压的压力中的至少一种。向该电池109供应有电弧等离子体气体或诸如H2O的液体。另选的是，电极103和106被浸入包含在容器109中的电弧等离子体气体或诸如H2O的液体中。可以通过添加诸如可溶解的离子化合物的离子来源(如盐)，使H2O更具导电性，从而实现较低电压下的电弧击穿。该盐可以包括氢氧化物或卤化物，如碱金属氢氧化物或卤化物或本公开的其它物质。供应可以来自诸如具有阀108和管线110的罐107的来源，气体或液体通过该管线110流入电池109，并且废气通过具有至少一个压力计115和阀116的出口管线126流出电池，其中泵117从电池109中移除气体以保持希望流动和压力中的至少一个。在一实施方式中，等离子体气体保持在高流动条件下，如在诸如大气压和以上的高压下的超音速流，以提供足够的反应物质量流至分数氢反应，从而按希望水平生成基于分数氢的功率。合适的示例性流速率实现超过输入功率的基于分数氢的功率。另选的是，液体水可以处于电池109中，如处于具有电极作为边界的储存器中。电极103和106通过电池电源连接器124连接到高电压-高电流电源123。去往中心电极103的连接可以经由基板101。在一实施方式中，电源123可以经由连接器122，通过诸如充电电源121的另一电源来供应。高电压-高电流电源123可以包括可以串联以提供高电压和并联以提供高电容和高电流的一组电容器，而且该电源123可以包括多个这种电容器组，其中，每一个电容器组都随时间放电和充电，以提供可以接近连续输出的功率输出。该电容器组或多组可以通过充电电源121来充电。
在一实施方式中，诸如103的电极可以由AC电源123供电，AC电源123可以是高频并且可以是诸如由诸如特斯拉线圈的RF发生器提供的高功率。在另一实施方式中，电极103包括微波等离子体炬的天线。该功率和频率可以是本公开中的一种，如分别处于约100kHz至100MHz或100MHz至10GHz和每升100W至500kW的范围内。在一实施方式中，柱电极可以仅包括电池壁并且可以由诸如石英、陶瓷或氧化铝的绝缘体构成。电池帽111还可以包括诸如接地或未接地电极的电极。该电池可运行以形成等离子体电弧或H2O的电子流(streamer)，其至少部分地覆盖电弧等离子体电池109内部的电极103。该电弧或电子流极大地增强了分数氢反应速率。
在一个实施方式中，电弧等离子体电池109闭合以约束热能释放。接着密封的电池内的水处于根据如本领域技术人员已知的所需运行温度和压力的H2O相位图，液体与气体混合物的标准条件下。运行温度可在约25℃至1000℃范围内。运行压力可在以下至少一个的范围内：约0.001atm至200atm、0.01atm至200atm和0.1atm至100atm。电池109可包含锅炉，其中至少一个阶段包含加热水、过热水、蒸汽和过热蒸汽的相流出蒸汽出口414且供应热或机械负载(例如汽轮机)来发电。出口流冷却与蒸汽冷凝中的至少一个过程随着热能转移至负载而发生，且冷却的蒸汽或水经由回路112返回电池。或者，补充蒸汽或水返回。使系统闭合且可进一步包含泵113，例如H2O再循环或返回泵，以使H2O呈其物理相循环，充当冷却液。电池可进一步包含热交换器119，该热交换器119可在电池壁内部或外部，以除去热能至冷却液中，该冷却液在冷却液进口118以冷的状态进入且在冷却液出口120以热的状态存在。此后，热的冷却液流至热负载，例如纯的热负载或热-机械能量转换器或热-电能量转换器，例如蒸汽或燃气轮机或或热机，例如蒸汽机和可选地选用的发电机。热至机械动力或动力转换的其他示例性转换器为朗肯或布雷顿循环发动机、斯特林发动机、热离子和热电转换器和本领域中已知的其他系统。热至机械与电中的至少一种的转换的系统和方法也公开于以全文引用的方式并入本文中的Mills在先申请中。
在一个实施方式中，例如碳或金属电极(例如钨或铜电极)的电极103和106在因等离子体而腐蚀时可投入电池109中。当被腐蚀时可替换电极，或连续替换。腐蚀产物可从电池中以例如沉降物的形式收集且再循环至新的电极中。因此，电弧等离子体电池发电机进一步包含电极腐蚀产物回收系统105、电极再生系统104和再生电极连续进料125。在一个实施方式中，倾向于大部分腐蚀的至少一个电极，例如阴极，例如中心电极103，可通过本发明的系统和方法再生。例如，电极可包含选自以下的一种金属：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In，其具有可通过H2处理、加热和在真空下加热而还原的相应氧化物。再生系统104可包含用于熔融氧化物和金属中的至少一种且由再生金属浇铸或挤出电极的熔炉。用于金属熔炼和成型或碾磨的系统和方法为本领域技术人员所熟知。在另一实施方式中，再生系统104可包含电解电池，例如包含金属离子的熔融盐电解电池，其中电极金属可通过使用本领域中熟知的系统和方法电沉积来镀至电极上。
在诸如图2B所示电弧等离子体电池109的等离子体电池的一实施方式中，该H2O电弧等离子体电池输出高光能量，并且光由光伏能量转换器转换成电。在一实施方式中，电池帽111包括光伏能量转换器，以接收高光能量，并且将其转换成电。在另一实施方式中，电极103和106中的至少一个包括栅格电极，其对于光至少部分透明。该透明度可以归因于电极的导电部分之间的间隙。光伏转换器定位在栅格电极后面，以将光能量转换成电。在另一实施方式中，电极103和106为平行板。平行板电极可以限制在可以密封的电池109中。该高光能量可以被光伏转换器106a接收，该光伏转换器横向于由电极形成的平面。光伏转换器可以包括光伏电池并且还可以包括对于光能量透明的窗口，以保护电池免受来自电弧等离子体的压力波的破坏。支持等离子体和电弧等离子体(如包括H2O的等离子体)中的至少一种并且包括用于光穿透至光伏转换器的至少一个区域(如本领域技术人员已知的那些)的电极和电极配置与设计的其它实施方式处于本公开的范围内。
一实施方式中，该分数氢电池包括用于形成分数氢连续谱发射的箍缩等离子体源。该电池包括阴极、阳极、电源，以及氢来源和HOH催化剂来源中的至少一个以形成箍缩等离子体。等离子体系统可以包括致密等离子体聚焦源，例如本领域中已知的那些。等离子体电流可以非常高，如大于1kA。该等离子体可以是电弧等离子体。特点在于，等离子体气体包括H和HOH或H催化剂中的至少一种，并且可以最优化等离子体条件以产生氢连续谱发射。在一实施方式中，该光能量利用光伏转换器106a或111转换成电。
I、光伏光-电力转换器
在图2A所示SF-CIHT电池动力产生器的另选等离子体能量转换器306中，通过点燃固体燃料303而生成的等离子体被高度离子化。诸如根据方程式(6-9)和(44-47)给出的分数氢催化反应以及在形成分数氢中释放的能量导致该燃料的离子化。该离子与自由电子复合，从而发射光。额外的光由衰减激发态原子、离子、分子、化合物以及材料而发射。在一实施方式中，分数氢反应释放软X射线连续谱辐射，其在光学上厚的介质中转化为黑体可见发射。该光投射在光伏转换器306上。光伏能量转换器306包括阴极306c和阳极306b，其皆分别通过阴极和阳极输出功率连接器308a和308连接到输出功率控制器/调节器307。光可以由光子-电转换器306接收，如真空容器301内部的光伏瓦片。光伏功率转换器可以由至少一个热交换器318冷却，该热交换器通过光伏冷却剂入口管线319接收冷却的冷却剂，并通过光伏冷却剂出口管线320排出热的冷却剂。关于本文给出的SF-CIHT电池的光能量至电的光伏转换的公开也适用于具有光能量的光伏转换的电弧和高DC、AC，以及DC-AC混合电流的分数氢等离子体电池。
a、固体燃料喷射系统
在图2A所示实施方式中，固体燃料通过重力馈入SF-CIHT发电器。该燃料流系统可以包括重力流系统。该重力流可以包括进给机构，例如螺旋推运器、旋转齿轮以及一对齿轮或辊302a中的至少一个，该旋转齿轮可以从在料斗305的底部处的滑槽的底部接收燃料到其齿中，该对齿轮或辊302a可以从在料斗305的底部处的滑槽的底部接收燃料到其齿中。该固体燃料可以从包含如水泥搅拌器领域中通常已知的阿基米德螺杆的滚鼓储存器分配。在一另选实施方式中，将燃料303喷入电极302中，其导致燃料点燃。电极302可以包括辊、齿轮、诸如活塞的可移动部件中的至少一个，和在040114提交的题名为“PHOTOVOLATIC POWERGENERATION SYSTEMS AND METHODS REGARDING SAME”的PCT申请No.PCT/US14/32584中所描述的其它实施方式，其全部内容通过引用而并入于此。该辊302a可以具有处于约0.0001至1000000、0.001至10000，以及0.01至1000的至少一个范围中的长度或宽度与半径比。辊的长度与半径比可以被选择成使得实现以下中的至少一个：不阻挡来自光伏转换器的光，准许该等离子体膨胀成使得光发射至光伏转换器，允许爆炸压力通过较小的阻力消散并限制加压气体的膨胀，燃料密度低于对辊表面造成破坏的密度，热传递足以防止热破坏，以及导电性足以避免不令人满意的能量损失和辊的加热中的至少一个。诸如本公开的配光系统的镜和透镜的光收集系统可以与电极几何形状和尺寸匹配。该镜可以是抛物面的，用于接收来自焦点样光源的光，如包括具有小于1的长度或宽度与半径比的辊电极的光源。该镜可以是更加抛物面或圆柱形的，用于接收来自延伸光源的光，如包括具有大于1的长度或宽度与半径比的辊电极的光源。在一实施方式中，该等离子体可以以大于、小于，以及等于声速中的至少一个的速率膨胀。在一实施方式中，该喷射系统包括用于对燃料进行充电的装置，和用于朝着电极302电加速燃料的装置。用于对燃料充电的装置可以包括电子来源，如灯丝、冠状放电、电子枪或本领域技术人员已知的其它装置。燃料可以在喷射器料斗305或基于料斗305的喷射器处充电。诸如齿轮302a或辊的电极302可以被相反地充电，使得带电的燃料被加速至电极。燃料的速度可以通过控制以下中的至少一个来控制：在源(如料斗305或喷射器)处的燃料的电荷与电极302之间的电压差，燃料的颗粒尺寸，在施加间歇电压的情况下施加电压差的时，燃料行进通过的气体的压力，以及燃料颗粒的尺寸。可以控制燃料的速度，使得其克服来自先前燃料样品的爆震的任何压力。在一实施方式中，点燃的燃料的能量和动力主要是辐射(光能量)而非压力体积。在一实施方式中，因来自燃料爆震的压力波而造成的过压是小于100PSIg、小于50PSIg、小于10PSIg、小于5PSIg、小于2PSIg，以及小于1PSIg中的至少一个。在一实施方式中，喷射器可以利用与静电喷涂、影印中的颗粒输送、静电沉淀器中的空气污染物去除以及本领域技术人员已知的其它这种静电技术中使用的那些类似的系统和方法。
在另一实施方式中，燃料喷射和燃料喷射器包括气动喷射。燃料303可以通过诸如稀有气体的惰性气体(如氩气)的载气喷入。燃料303可以包括通过诸如齿轮或螺旋推运器的机械给料器从料斗305卸载的粉末。在示例性实施方式中，料斗305具有锥形滑槽，其在滑槽的端部处具有旋转齿轮，其中，齿轮基于由齿和底部台面形成的腔的尺寸和齿轮的旋转速率计量出受控的燃料流。可以控制气体压力，使得其克服来自先前燃料样品的爆震的任何压力。该压力可以大于来自先前燃料样品的爆震的任何压力。在一示例性实施方式中，因为爆炸压力小于大约3PSIg，所以固体燃料用较高压力的氩气射流喷射。在一实施方式中，燃料可以通过对应系统的气动和静电喷射的组合喷入电极302中。燃料303可以是通过气动喷射系统的诸如稀有气体的载气(如氩气)和静电喷射系统的电场输送和引导到电极302中的至少一种。在另一实施方式中，燃料303或产物可以是由磁场系统通过磁场传输和加速的至少一种。燃料303或产物中的至少一个是磁性的或者可以被磁化。在一实施方式中，载气和诸如产物的那些的颗粒可以通过使颗粒而不是气体偏转的磁场来分离。在一实施方式中，燃料通过机械、气动、静电以及磁系统和方法中的至少一种喷射。该喷射系统可以包括进料机构，如螺旋推运器或旋转齿轮，其可以从料斗305的底部处的滑槽的底部接收燃料到其齿中。供给燃料通过机械、气动、静电，以及磁系统和方法中的至少一种喷射。
可以喷射固体燃料以在电极上形成涂层。喷射涂层可以通过机械、气动，以及静电系统和方法中的至少一种实现。固体燃料可以是成批的(如一堆点燃产物)，其被再水合并被至少一个电极拾取并输送至进行点火的位置。再水合的燃料可以作为由于吸收、物理吸着或物理吸附、化学吸着、粘附、抽吸、压缩、热结合、收缩结合、静电结合中的至少一种而形成的涂层被拾取，其中，该燃料和至少一个电极中的至少一个可以被静电充电并且磁性结合，其中该燃料和至少一个电极中的至少一个可以是磁性的和被磁化中的至少一种。
图2C和2C1中示出了包括固体燃料的固体燃料浆料槽5源、光分配以及光伏转换器系统26a的SF-CIHT电池发电机的示意图，图2D示出了还包括施加器轮27的点燃系统，而图2E示出了包括半透射镜23和光伏电池15的配光和光伏转换器系统的内部。图2C、2C1、2C2以及2D的组件可以等同于图1和图2A所示的第一实施方式的组件，并且可以组织成不同的架构。该系统还可以包括替换在第一实施方式中不存在的组件的新组件。结合图2A所示的第一实施方式的相同组件的结构和功能，图2C、2C1、2C2、2D以及2E中所示发电机包括由结构支撑件1支撑的电池26、诸如安装在轴7上的一对辊电极8的电极(该轴在由轴承支撑件4支撑的轴承4a上旋转并且由电动机12和13供电)，以及到每个电极的电连接，如从可以从输出功率控制器/调节器3接收功率的电功率源2传输功率的母线9和10。固体燃料从槽5提升并传送至电极8接触区域，在那里高电流使其点燃。光因燃料的轨迹和较低的膨胀阻力而被向上引导。向下定向的光被抛物面镜14向上反射。由固体的点燃生成的光能量通过窗口20并入射到配光和PV转换系统26a上，该系统包括通过扣件22连接至支撑件的半透射镜23，其中，在每个列中的每个镜堆中的镜23分离入射的高强度光并将光引导至该列的对应PV板15，以被转换成在母线26b上传送至输出功率控制器/调节器3和输出电源端子6的电。点燃产物通过来自具有水射流21的冲洗管线的诸如气体流的流从窗口20清洁，该流通过具有因喷水泵17而加压的水流的窗口清洗管线16供应，并且水添加回至通过储水器11供应的在形成分数氢中消耗的水。点燃产物被冲洗到收集区域24，该收集区域被整形成用于收集，并且当燃料被喷射至点燃装置时还从旋转的辊电极8上刮下固体燃料。收集的燃料冲洗液通过辊8的旋转作用泵送通过滑槽25并收集在槽5中。多余的水用吸水泵18通过吸水管线19除去，其中，槽5可以进行振动和搅动中的至少一种，以易于回收过量的水。抽吸泵18可以包括水力旋流分离器。然后将水泵送至喷水泵17。将浆料稠度调节至希望粘度。在一实施方式中，收集的燃料冲洗液可以沿着包括诸如金属筛的筛网的滑槽流下，所述筛具有跨过其的压力梯度。浆料上侧的较高压力使一些水与浆料分离。水可以流过筛网并且由诸如抽吸泵18的泵收集。横跨筛网的压力梯度可以通过气泵维持。该气泵可以使泵送的气体循环通过气体射流，其回收和促进点燃产物的再循环。可以利用施加器(如施加器轮27)来辅助施加至辊电极8的浆料，该施加器轮包括由施加器轮马达30驱动通过施加器轴29的施加器活板(flap)28。该辊电极在横向和纵向方向中的至少一个方向上有槽，以便更好地将固体燃料保持在它们的表面上。
在一实施方式中，通过用固体燃料涂覆至少一个电极来实现喷射。该涂层可以是辅助的和通过对电极进行静电充电来实现中的至少一种。用于涂敷的燃料来源可以是与至少一个电极接触的大量集料或燃料堆。在一实施方式中，该电极包括与散装燃料接触的辊，例如散装储存器、浆料浴池以及糊剂浴池中的至少一种。该辊可以通过旋转通过诸如散装储存器、浆料浴池和糊剂浴池的燃料来源中的至少一个来涂覆。该燃料因施加至燃料和辊中的至少一个的静电荷而可以附着至至少一个辊。该燃料可以被吸引到辊上。该燃料可以吸收H2O以形成可吸收状态，如粘附至至少一个辊的糊剂或浆料。浆料或糊剂的厚度可以利用刀片来控制，该刀片以希望厚度将燃料层抹到辊上。参照图2D，该糊剂可以通过施加器轮27施加至诸如辊电极8的电极，该施加器轮27具有柔性附件，如按相对于x轴大于90°的角接合的周向接合刀片或桨叶28，该x轴由与该轮相切的轴线限定，并且正轴沿该轮的旋转方向。刀片或桨叶可从储存器5拾取燃料糊剂，通过旋转与辊电极8接触，当它们各自弯曲变形时施加压力，并且在进一步旋转的情况下执行抹平动作。在一实施方式中，使用刮刀将固体燃料涂敷并设定希望需厚度的涂层。固体燃料可以从储存器流动以由刮刀涂敷。另选的是，燃料可以利用来自储存器的泵或螺旋推运器涂敷，其中，刮刀可以辅助或促进涂敷希望厚度的层。可以利用带铸电极的方法和系统来涂敷涂层。在一实施方式中，电极通过作为燃料施加器的钢丝刷(wire brush)涂覆有固体燃料糊剂。可以选择钢丝刷的线材料、线厚度、线密度以及线弹性，以实现糊剂的希望拾取和对轮电极的涂敷。在一实施方式中，可以利用桨轮或齿轮泵的方法和系统来涂敷该涂层，该桨轮或齿轮泵将诸如糊剂或浆料的燃料从储存器喷入该对电极的电接触区域中。该喷射可以通过旋转泵部件的离心力。在一实施方式中，固体燃料糊剂利用另一个施加轮涂敷至至少一个辊式电极，其中，该施加器轮可以根据圆柱形表面的收缩而通过辊电极驱动。该电极可以通过将燃料糊剂涂抹在其上或通过刮刀从储存器刮涂在其上而涂覆有燃料糊剂。
在一实施方式中，用于将燃料涂覆到辊电极上的装置包括连续行进的厚片燃料源，其被传送成与辊电极接触。燃料厚片的运动可以利用螺旋推运器、振动台，以及传送器带来实现，该传送器带可以具有易于将燃料施加到辊电极上的棘刺。在一实施方式中，该传送器从储存器接收固体燃料。该传送器可以包括储存器的底板的至少一部分。储存器的侧面可以是倾斜的以用作到传送器表面的滑槽。该储存器可以在出口处具有可调节高度的槽，以控制由传送器输送的固体燃料的深度。该储存器可以处于可调节的腿上，并且传送器在底部，以接收具有根据腿高度确定的深度的燃料。在一实施方式中，用作固体燃料施加器的传送器可以包括带，如传动带或利用机械的定时带。该燃料可以通过进行将厚片接触和压到辊表面上中的至少一种来施加。可以使该厚片的切向速度与其上施加燃料的辊电极的切向速度紧密匹配。可以调节相对速度以将燃料施加到诸如旋转辊或齿轮电极的移动电极上。连续行进的厚片燃料源可以是从诸如槽的燃料储存器铸造的带或从诸如输送器和螺旋推运器中的至少一个的储存器机械拾取的带中的至少一种。该厚片的厚度可以通过在燃料储存器的出口处的诸如刮刀的深度叶片来设定。在一实施方式中，用作固体燃料施加器的传送器可以包括带，如传动带或利用机械的定时带。在一实施方式中，用于输送诸如浆料的燃料的螺旋推运器包括螺杆泵、也被称为螺杆泵的一类容积式泵、偏心螺旋泵，或腔泵。
在一实施方式中，通过对过量含水的浆料(预浆料)施加压力而从再水化的固体燃料中分离过量的水。压力可以通过机械方式和气动方式中的至少一种来施加。该机械压力可以通过推动预浆料的活塞并且通过振动器(如振动台、容器以及输送器中的至少一个)来施加。该气动压力可以通过包含预浆料的密封容器中的加压气体施加。在一实施方式中，该电池可以在足够的压力下操作，使得过量的水与预浆料分离以形成浆料。在一实施方式中，该预浆料被输送到至少一个可密封的电池，并且该电池用诸如氩气的气体加压。可以控制气体的压力以实现希望的水分离。在一实施方式中，可以控制预浆料和浆料中的至少一种的温度，以控制水溶性固体燃料的组分(如水结合化合物，例如形成水合物的碱土金属或过渡金属卤化物)的溶解度。可以选择金属和卤化物中的至少一种来实现希望溶解度。在MgCl2的一示例性实施方式中，可以选择氟化物用于MgX2(X＝卤化物)以降低水结合化合物的溶解度，其中，MgX2(X＝F、Cl、Br)在25℃下，摩尔数/100g H2O的溶解度分别为0.0002、0.58，以及0.55。多余的水可以通过利用诸如抽吸泵18的泵抽吸来去除。多余水的分离可在可密封的多个容器中实现。该分离可以按分批处理来进行。该分离可以顺序地和在分离过程的不同阶段中进行，使得实现浆料输出的连续或周期性流动。在另一实施方式中，该气体压力随着预浆料被输送或流动而施加，使得产生更连续的浆料流。该浆料可以被输送至浆料槽5。该输送可以利用重力下的滑槽或气动流、螺旋推运器、输送器，以及泵(如前进腔泵)中的至少一种来实现。
在一实施方式中，可以将燃料涂覆在诸如至少一个齿轮或辊的电极上。可以将燃料通过燃料施加器涂覆在至少一个电极上。在另一实施方式中，该燃料可以包括可以被机械泵送的浆料。可以泵送燃料以涂覆至少一个电极，如至少一个齿轮或辊电极。另选的是，可以泵送燃料以将燃料喷射到刚好在发生燃料点燃的点附近的电极中。燃料可以通过将其从进行收集和再水合中的至少一种的位置(如-90°的第一位置)泵送至发生点燃的第二位置(如-180°的位置)来输送。在另一实施方式中，该燃料可以中心地供给至电极并且挤出、流动、泵送或以其它方式输送至与一对对电极进行电接触的表面。该电极可以包括辊或齿轮，并且该输送可以从中心输入区域径向延伸。该流动可以通过离心力，其中诸如辊或齿轮的电极可以旋转。
在图2C、2C1、2C2、2D，以及2E所示实施方式中，点燃因存在燃料而自动触发，其充分地减小电极8之间的电阻以允许点燃。燃料可以按一速率喷入电极中，以实现希望点燃速率。该光伏转换器26a可用用作很适合对电极8再次供电以使随后供应的燃料点燃的低电压高电流DC动力来源。当燃料点燃以产生诸如开路的高相对电阻时，从电源2供应电极8的电力可被反射回电源2。参照图2C1，电源2可以包括诸如电容器或电池组(battery)27的存储部件，以接收并存储要被用于另一点燃的反射电力。该点燃系统还可以包括具有DC再生器33的DC电源。
该发电机可以通过图2C1的启动电池组27和起动器电路28来起动。作为电池组的一另选例，初始启动能量可以通过诸如输出功率控制器/调节器3之一的电容器来供应。该电容器可以包括超级电容器，并且可以具有与希望点燃频率兼容的频率响应。该点燃频率可以处于1Hz至10MHz、10Hz至1MHz、100Hz至100kHz，以及1kHz至10kHz中的至少一个范围内。诸如电动机和泵的内部负载可以由起动电源最初供电。在启动之后，点燃和内部功率负载可以由光伏转换器26a供电。由光伏转换器26a输出至至少一个内部和外部负载的电压可以较高，以减小电阻损耗。DC电力可以馈送到至少一个变频驱动器36中，以向诸如至少一个电动机或泵的内部负载提供合适的输入电力。PV输出可以被引导到至少一个伺服驱动器，以向至少一个伺服马达(如辊马达11和12以及本公开的压电致动器)供电，从而控制点燃。该DC PV输出可以利用DC/DC、AC/DC，以及DC/AC转换器中的至少一个来调节。到内部和外部负载的输出功率可以从PV转换器26a的DC输出，通过DC/AC功率逆变器35进行AC转换。要转换的DC电力可以存储在DC电力存储器34中。
启动电池组或电容器(例如27或3的一部分)和电源2可以通过光伏转换器26a再充电或者可以包括光伏转换器26a。启动电池组或电容器和电源2中的至少一个的峰值功率的范围可以处于由电压和电流范围的乘积给出的范围内。该电压可以处于约4V至20V的范围内，并且该电流可以处于大约5000A至30000A范围内。该峰值功率可以处于约20kW至600kW的范围内。该时间平均功率可以由点燃燃料所需的能量乘以点燃频率而给出。用于点燃燃料的平均能量可以处于约1J至500J的范围内，并且该点燃频率可以处于大约1Hz至100kHz范围内。该时间平均功率可以处于约1W至50MW的范围内。占空比可以由时间平均功率与峰值功率的比率给出。该点燃输入功率流的持续时间可以由实现点燃的能量除以峰值功率给出。下表7给出了一些操作参数。
表7.操作规范
该开关可以通过诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、可控硅整流器(SCR)，以及至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的至少一个以电子方式执行。另选的是，点燃可以以机械方式开关。燃料可以触发该开关，其中，电极之间的电导率随着燃料累积而降低，致使高电流流动，从而引起点燃。该开关可以利用微控制器控制。微控制器可以控制等离子体-电转换器的频率、占空比、电压、电流、功率、脉冲峰值功率、脉冲持续时间、以及燃料喷射/输送、燃料回收、燃料再生、功率调节、功率输出、冷却以及性能。
在一实施方式中，该燃料可以包括粉末。该燃料可以包括诸如金属粉末和H2O的高导电性基质。该燃料还可以包括结合H2O的材料，如吸湿性化合物。示例性吸湿化合物有诸如过渡金属氧化物的氧化物，和诸如碱土金属卤化物的卤化物(如MgCl2)。该固体燃料可以包括与低熔点金属(如Zn、Sn以及In)和Ti和Ti合金(如TiAl、TiFe、TiV、TiMo、TiC、钼-钛-锆(TZM)合金，以及TiN)以及H2O和H2O来源的组合。在一实施方式中，作为固体燃料的导体的Ag、Cu以及稀有金属，尽管金属暴露在空气中，也具有足够低的电阻，以支持诸如在4至15V的范围内的低电压，和诸如在大约5000A至35000A的范围内的高电流，以引起点燃。
在一实施方式中，H2O类固体燃料包括改变混合物的表面张力的成分。该组分可以包含诸如金属卤化物或氧化物的水结合化合物，如碱土金属卤化物或氧化物(如MgX2(X＝F、Cl、Br、I)。表面张力的变化可以促进混合物更好地粘附到点燃系统的辊上。
合适的示例性H2O类固体燃料来自以下组中的那些：金属包壳(如铝DSC锅(75mg)(铝坩埚30μl，D：6.7mm×3mm(Setaram，S08/HBB37408)和铝盖D：6.7mm，冲压，严密(Setaram，S08/HBB37409)))中的Ti+H2O、DSC锅中的Cu+H2O、DSC锅中的Cu+CuO+H2O、DSC锅中的Ag+MgCl2·6H2O、Ag+NH4NO3+H2O、DSC锅中的NH4NO3+H2O+Al、DSC锅中的NH4NO3、NH4NO3+燃料油、NH4NO3+燃料油+Al，以及Ti+Al+ZnCl2+H2O。反应混合物还可以包括以下中的至少一种：诸如金属氧化物的氧化物，诸如金属氢氧化物的氢氧化物，以及诸如包括氧阴离子的离子化合物的化合物(如硼酸盐、偏硼酸盐、钼酸盐、钨酸盐、铝酸盐、磷酸盐，以及硫酸盐)。氧化物、氢氧化物，以及包括氧的化合物中的所述至少一种可以包括水合物或者包括水合水。燃料可以包括M+M′X2+H2O含量+/-烃(M＝过渡金属，Ag；M’＝碱土金属、Zn；X＝卤素)。该金属可以是非反应性的或者对于与H2O的氧化反应具有正至轻微负的自由能。示例性金属有Ni、Cu、Ag、Mo、Co，以及Sn。该金属可以包括至少一种合金，如来自自Ni、Cu、Ag、Mo、Co、Sn，以及稀有金属的组中的至少两种金属中的一种。示例性合金为AgCu。该燃料可以包括粉末。合适的示例性烃类固体燃料由来自DSC锅中的石蜡和DSC锅中的合成油10W40的组中的那些。该反应混合物可在真空、环境压力，或大于大气压的压力下操作。在一实施方式中，该电极可以涂覆有保护它们免于熔化和爆震损坏的金属层。该涂层可以包括固体燃料的金属，如Ti。该金属可以是保护性的，因为它具有较高熔点和较硬的至少一种。该涂层可以是薄的，以使电阻较低。该金属可以和电极的金属相同，如Cu金属和Cu电极。
在一实施方式中，将诸如化合物的材料添加至固体燃料，促进以下中的至少一种：固体燃料到电极中的定向静电喷射、从配光系统排出爆炸产物，以及收集爆炸产物和将爆炸产物输送至再生系统中的至少一个。
在一实施方式中，将H2O喷入等离子体形成区域和电极上中的至少一个。该电极可以包括粗糙表面，如具有粘附的金属粉末的表面。粗糙的电极可以使喷入的水粘附，以促进H2O被输送到点燃区域中并点燃。粗糙表面可以通过用金属粉末涂覆所述轮并允许点燃的热量将金属熔合或结合至诸如轮电极的电极来形成。水可以利用本公开的水再循环系统喷入。图2C所示的示例性H2O再循环系统包括槽5、吸水管路19、吸水泵18、喷射泵17、喷射水管路16、具有喷口的冲洗管路21、刮除器和收集区域24，以及滑槽25。
合适的示例性H2O类固体燃料包括高度导电的基质，如金属(如金属粉末)和H2O、结合H2O的化合物、氧化物、氢氧化物、卤化物以及水合物(如金属水合物)中的至少一种。金属粉末可以包括过渡金属、内过渡金属、Ag、Al以及本公开的其他金属中的至少一种。该金属可以被应用为本公开的固体燃料的一部分。金属可以包括固体燃料团粒的包壳。金属可以包括氢离解剂，如Ni、Ti以及稀有金属。燃料可以包括M+M′X2+H2O含量+/-烃(M＝过渡金属，Sn、Ag；M’＝碱土金属、过渡金属、Ni、Zn；X＝卤素)。示例性固体燃料有Ti、Ag、Ni，或者MgCl2和ZnCl2+H2O、MgCl2 6H2O、ZnCl2 6H2O以及Ni+NiCl2 6H2O中的至少一种。在一实施方式中，燃料中的H2O可以通过固体燃料的蒸汽处理来添加。在一实施方式中，固体燃料包括具有加入H2O的可逆氧化物-氢氧化物反应的氢氧化物。合适的氧化物是Al2O3，诸如MgO的碱土金属氧化物以及诸如NiO的过渡金属氧化物。在一实施方式中，包括氢氧化物的固体燃料还包括卤化物，如碱土金属卤化物(如MgCl2)或过渡金属卤化物(如NiCl2或ZnCl2)，以允许卤化物-氢氧化物交换(如由方程式(185-186)给出的)，从而形成H，然后形成分数氢。
在一实施方式中，固体燃料包括导电基质和H2O和H2O结合化合物中的至少一种(如本公开的那些和H2O)。在一实施方式中，该导电基质包括石墨烯和超导体中的至少一种。
在一实施方式中，H2O类固体燃料可以包括可以与H2O反应以形成氧化物和H2的金属。可以防止形成金属氧化物中的至少一种，并且所形成的金属氧化物可以通过施加氢而还原成金属和H2O。该点燃可在氢气气氛下进行。通过点燃形成的等离子体可以形成原子氢。为了进行抑制形成金属氧化物和还原任何形成的金属氧化物中的至少一种，原子氢可以比H2更加活泼。该电池气氛可以包括氢气和诸如稀有气体的惰性气体，如氩气。该电池气氛可以是任何希望压力，如处于约0.1托至100大气压、10托至100大气压，以及1大气压托至10大气压中的至少一个范围内。该H2可以采用任何希望摩尔比，如处于以下至少一个的范围内：约0.1％至99％、1％至75％，以及10％至50％。在一示例性实施方式中，该H2O类固体燃料可以包括在H2和氩气的电池气氛下运行的Ti+MgCl2+H2O。点燃等离子体可以形成H原子，其防止形成氧化钛并与氧化钛反应以形成Ti和H2O。在一实施方式中，本公开的高电流(例如处于约100A至1MA的范围内)维持维持还原原子氢的等离子体。在一实施方式中，钛的氧化通过可由等离子体保持的原子氢而被限制为2+状态，如在TiO的情况下。在H2下并且可选地在稀有气体(如氪气)下运行以防止金属氧化的燃料的附加示例为：Al+MgCl2+H2O、Al+Ti+MgCl2+H2O，诸如Fe或Ti的过渡金属和Al+诸如本公开的一种的吸湿化合物中的至少一种(如碱土金属卤化物(如MgX2或CaX2(X＝F、Cl、Br、I)))。
在一实施方式中，该发电机还可以包括用于将金属氧化物还原成金属的分离等离子体室(如氢气还原室)，和氢等离子体室，其中金属氧化物通过H2O类固体燃料的氧化形成。
在另一实施方式中，抑制形成H2O类固体燃料中的至少一种金属的金属氧化物，并且该金属氧化物通过与碳反应而还原成金属。金属氧化物的形成可以通过碳还原来防止和逆转。碳可以包括石墨或活性炭。在一示例性实施方式中，该H2O类固体燃料可以包括Ti+MgCl2+H2O，其中，抑制任何氧化钛形成，并且任何氧化钛形成通过与碳反应被还原成Ti。在一实施方式中，可以通过进行H还原和碳还原中的至少一种，来保护或稳定H2O类固体燃料中的至少一种金属的稳定化以防止氧化。保护和稳定化中的至少一种可以通过添加烃(如汽油、柴油燃料、蜡、煤油以及油)来实现。烃可以用作碳还原的碳来源，并且烃可以用作H还原的氢来源。在一实施方式中，TiO是导电的并且由H和碳还原Ti的高级氧化物中的至少一种形成。TiO可以包括防止进一步氧化的保护层。在一实施方式中，固体燃料还可以包括导电氧化物，如TiO、ZnO、SnO、氧化钴，以及LiCoO2。在另一实施方式中，H2O类固体燃料包括诸如Ti或Al的金属，其涂覆有导电涂层，如氧化钛(TiO)、氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、碳化钛(TiC)、铝钛氮化物(TiAlN)，以及钛铝碳氮化物中的至少一种。在一实施方式中，涂层通过与氧和水中的至少一种反应来保护导电基质材料免于氧化。在其它实施例中，H2O类固体燃料的导电基质包括导电化合物，如氧化钛(TiO)、氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、碳化钛(TiC)、铝钛氮化物(TiAlN)，以及钛铝碳氮化物中的至少一种。在一实施方式中，该化合物具有朝着因与氧和水中的至少一种反应而被氧化的电阻性和非反应性中的至少一种。其它这种涂层或化合物包括铟锡氧化物，如In2O3和SnO2的混合物或者掺铝、镓或铟的氧化锌。
在一实施方式中，H2O类固体燃料中的金属是合金。与合金中的单一金属的氧化物相比，合金的氧化物可以更容易经历诸如H还原或碳还原的还原。该合金可以包括Ti，如Pt-稀有金属、Ti-Pt、Ti-其它过渡金属、TiCu，以及Ti-Ni中的至少一种。该合金可以包括能够进行H2O-金属反应以帮助H分数氢反应物(如TiAl合金和钼-钛-锆(TZM)合金)的生产的至少两种元素。Ti和Al二者可以通过在本公开中给出的点燃等离子体中的氢的存在而被保护免于氧化。
碳还原产物可以包括CO和CO2。为形成产物所消耗的碳可以在电池中(如在H2O类固体燃料中)被替换。可以将该产物捕获并从电池中移除。CO和CO2可以用清除剂、洗涤器或吸气剂移除。CO和CO2可以利用可逆化学反应来移除。在一实施方式中，该电池包括二氧化碳洗涤器、吸收二氧化碳(CO2)的装置，以除去在碳还原期间形成的CO2。洗涤器可以包括本领域技术人员已知的系统和方法，如胺洗涤、矿物质和沸石(如氢氧化钠或氢氧化锂)、再生二氧化碳去除系统，以及活性炭中的至少一种。洗涤器反应可以是可逆的，如在高温下。热可逆洗涤器反应可以包括可逆地结合CO2的胺(如单乙醇胺)、关于碳酸酯成环的氧化物，或关于苛化的氢氧化物。热化学过程的替代方案是其中横跨碳酸盐溶液施加标称电压以释放CO2的电化学过程。
在一实施方式中，高电流的施加电压超过用于断开H2O的O-H键的对应阈值能量。键断裂可以提供H原子的来源以形成分数氢。该能量可以处于以下的至少一个范围内：约2V至10V、3V至8V、4V至6V，以及4V至5V。该高电流可以处于约5000A至35000A的范围内。在另一实施方式中，H2O可以与诸如如Mg、Al以及Ti的金属反应，以形成对应氧化物和氢。在一实施方式中，将额外能量来源施加点燃等离子体，以从诸如H2O的来源形成原子氢。附加能量可以是微波、RF、辉光放电以及本公开的其它等离子体能量中的至少一个。该附加能量还可以包括激光，如选择性激发H2O的H-O键以使其从H原子断裂的激光。激光波长可以是红外的，如在约1μm至10μm的范围内。在一示例性实施方式中，该波长约为2.9μm。示例性激光器有气体激光器(如CO、CO2、HCN，以及C2H2气体激光器)，固态激光器(如稀土掺杂的硫族化物玻璃光纤激光器)，以及二极管激光器(如GaAs或III族-锑化物激光器)。该激光高功率、连续波或脉冲化。
在一实施方式中，金属粉末的涂层被粘附或允许粘附至诸如辊或齿轮的电极，以保护它们免受爆震的破坏。在一实施方式中，固体燃料中的至少一种金属可以粘附至电极，以保护电极免受爆震的破坏。示例性金属是诸如Cu和Ti的过渡金属。该层可以是薄的，以使电阻保持较低。该金属可以在操作期间持续积聚。该电极可以是可调节的，如自调节以适应电极的尺寸变化，如半径随时间的增加。电极可以具有保持恒定尺寸的装置，如进行间歇地或连续地研磨或机械加工电极表面中的至少一种的装置。一种手段是研磨机或车床，其可以由诸如计算机化控制器的控制器控制，以将电极维持在某个希望尺寸公差内。至少一个电极可以用修整轮调节。每个电极可以具有修整轮以调节表面。每个修整轮可以由传动系(如至少一个齿轮)驱动，其中，驱动系统可以通过可以由诸如微处理器的系统控制的至少一个电动机驱动。另选的是，至少一个修整轮可以通过电动机直接驱动，该电动机可以由微处理器控制或由另一控制装置控制。修整轮可以在电极表面上加印图案。该图案可以帮助将固体燃料粘附至表面。在一实施方式中，修整轮通过单独马达驱动，该马达可以沿与正被修整的辊相反的方向旋转修整轮。在另一实施方式中，反向旋转通过来自驱动离开电极驱动马达的齿轮箱的反齿轮实现，该齿轮箱还可以提供可相对于辊速度逐步升高或降低旋转速度的可变速度齿轮。在诸如图2C和2D所示的另选实施方式中，由其电动机12或13驱动的一个辊电极8用作另一个的修整轮。在一实施方式中，每个辊8由其独立的速度控制电动机12或13驱动。示例性计算机控制的DC电动机是ClearPath by Teknic。在这种情况下，一个辊的旋转速度可以被控制为相对于另一个更快或更慢。更快的旋转辊可以修整另一个，反之亦然。每个辊表面状况和转速的传感器可以由至少一个传感器和诸如微处理器的控制器控制，以维持希望燃料流和点火速率，同时还执行修整操作。辊之间的间隔也可以由诸如微处理器的控制器控制。该间距可以被设定为允许该对辊中的一个部件相对于另一个更快地旋转，并且保持希望机械压力以控制机械加工或碾磨速率。在另一实施方式中，该马达可以包括气动、液压、内燃，以及电动机和具有减速器-扭矩放大器的电动机中的至少一个。在一实施方式中，来自气动马达的排气可以被用于使气体在固体燃料回收和再生系统中流动，如通过管道53和穿孔窗口20c(图2G1、2G1a、2G1b，和2G1c)。
在一实施方式中，电极可以由未爆震粉保护。可以改变几何形状、燃料压缩强度、燃料量、燃料组成、点燃频率以及充电，以在保护诸如齿轮和辊电极中的至少一个的电极的同时实现希望功率输出。在一实施方式中，电极至少部分地包括易于氧化的金属，如Al、Zr、Mo、W、过渡金属，以及Ti中的至少一种。在具有氧化涂层并且具有诸如处于4V至15V的范围内的低施加电压的电极的实施方式中，在没有氧化物涂层的情况下，与诸如处于5000至40000A的范围内的电流相比，该电流非常低。电极的区域可以被选择性地氧化以使得氧化区域抵抗高电流，使得可以在非氧化区域中实现选择性高电流流动和燃料的选择性爆炸。在一实施方式中，用于引起燃料(如粉末燃料)的选择性压缩和充电中的至少一种的电极几何形状产生保护电极的未爆震粉末层。在一实施方式中，电极由抗爆震引起的破坏的材料构成。电极可以由用氧化铝强化的铜分散体的冷成形合金组成，如Luvata的硝化物、铜铬、铜铬锆、铜-钼、铜-钨，以及具有钨或钼面对的铜。
在一实施方式中，诸如水的冷却剂流过齿轮中的内部通道以冷却它们。该冷却剂和通道可以是电隔离的。冷却剂通道、冷却剂入口，以及冷却剂出口中的至少一个部分可以是非导电的，以实现电隔离。在一实施方式中，使用热管来从发电机的至少一个组件(如电极和光伏转换器中的至少一个)移除热能。
本公开的固体燃料可以包括通过处理固体燃料点燃产物而形成的再水化或再生固体燃料中的至少一种，其中，至少将H2O加入该产物以重整燃料。
b、固体燃料再生系统
参照图2A，点燃产物可以移动至再生系统314。该产物可以再水化并再次用作燃料。该燃料可以通过诸如红外和拉曼光谱中的至少一种在线或分批监测H2O含量。该燃料或产物可以通过机械、气动，以及静电系统和方法中的至少一种来输送。输送机可以包括机械产物移除器/燃料装载器，如螺旋推运器和传送带中的至少一个。气动产物移除器/燃料装载器313可以包括高于或低于环境压力的平均值的气体压力源，以使燃料颗粒被输送。该系统可以通过吹动或抽吸来移动颗粒。颗粒可以通过旋风分离器、过滤器，以及沉淀器中的至少一种与气体分离。静电产物移除器/燃料装载器313可以包括用于对燃料进行充电的装置，和用于通过产生加速燃料颗粒的电场来移动燃料的装置。建立加速电场的装置可以包括一系列电极，如栅格电极(如可以被充电并且对于粉末是多孔的线栅电极。可以控制充电以产生静态或部分静态电场。在一实施方式中，可以顺序地对电极充电以使粉末沿着由电极的通电的定时和位置确定的路径顺序地移动。在一实施方式中，电场定位的定时被用于移动电极之间的带电粉末。产物移除器/燃料装载器313可以包括机械、气动，以及静电系统和方法的组合。例如，该系统可以包括可静电充电的机械输送器，如输送带或螺旋推运器，其可以被充电以使电荷产物或燃料颗粒附着，然后机械地输送。可以通过放电或通过施加相反的电荷来释放颗粒。
在图2A所示实施方式中，固体燃料点燃的产物是沿着滑槽306a被主动和被动地输送至产物移除器/燃料装载器313中的至少一种。滑槽306a的底板可以倾斜，以使得产物流动可至少部分由重力流动引起。滑槽306a可以包括本公开的用于输送产物的系统和方法，如机械、气动，以及静电系统和方法中的至少一个。在一示例性实施方式中，滑槽306a的底板可以是机械搅动、摇动，以及振动中的至少一种以帮助流动。滑槽306a的底板可以包括用于运输产物的机械和气动系统中的至少一个，如鼓风机、抽吸源、螺旋推运器、刮刀、振动器，以及输送机中的至少一个，以将产物从其被收集到产物移除器-燃料装载器313的区域移动。燃料在其输送至并存储在产物移除器/燃料装载器313中时可以再水合。电池301可以包括适当的H2O蒸气分压以实现希望程度的再水化。在一实施方式中，诸如齿轮或辊302a的电极至少部分地延伸到产物移除器/燃料装载器313中，使得电极与包括再生燃料的至少一些再水合产物接触。燃料可以采用浆料或糊剂的形式，使得其粘附至齿轮或辊电极302a。产物移除器/燃料装载器313还可以包括本发明的系统，如刮刀，抹刀、带浇铸系统、喷射器，和静电电极充电器中的至少一个，以将涂层施加至齿轮或辊电极302a。在一实施方式中，产物移除器/燃料装载器313还包括将固体燃料施加或抹到电极302(如辊或齿轮电极302a)上的系统。在一实施方式中，产物移除器/燃料装载器313用作再生系统314和料斗305。在该实施方式中，产物移除器/燃料装载器313的入口和出口组件可以不是必需的。
在一实施方式中，图2A的产物移除器/燃料装载器313和再生系统314可以替换成图2C和2D所示诸如槽5、吸水管路19、吸水泵18、喷射泵17、喷射水管路16、具有喷口的冲洗管路21、刮除器和收集区域24，以及滑槽25的水冲洗和再循环系统，其中，可以利用施加器轮27辅助针对辊电极的燃料施加。
在一实施方式中，电池301(图2A)和电池26(图2C)可以具有可包括水蒸汽的气氛。该水蒸气可以再水合固体燃料。电池的气氛可以包括受控量的水蒸气以使燃料再水化。固体燃料的H2O含量(以下中的至少一种：被喷入的固体燃料，包括诸如糊剂涂层的涂层的固体燃料，包括散装材料的固体燃料，包括诸如浆料浴的浴的固体燃料固体燃料，以及包括悬浮液的)可以通过控制再水合的程度和脱水或干燥的程度中的至少一个来调节至希望水平。在任何情况下，再水合的程度可以通过控制H2O蒸气压力、包括点燃产物和水蒸汽的反应混合物的温度，以及产物暴露于水蒸气的时间中的至少一个来控制。在包括形成水合物和吸湿性的固体燃料化合物(举例来说，诸如MgCl2和ZnCl2的碱土金属卤化物中的至少一种)的实施方案中，水蒸气压力保持在允许水合物形成同时防止批量H2O吸收到任何显著程度的值。在另一实施方式中，H2O蒸气压力保持在使水合物和潮解水被吸收的值。在包括MgCl2的固体燃料的一示例性实施方式中，H2O蒸气压力保持在30托或以下，以选择性地允许形成水合物，而高于30托以形成物理吸附的H2O以及化学结合的水合水。在一实施方式中，可以控制电极的温度，使得在点燃之前驱除由燃料吸收的过量H2O。使用用于H2O的传感器，如红外光谱、拉曼光谱，以及电导率中的至少一种，可以监测H2O含量以在反馈控制回路中实现控制。在一实施方式中，可以添加并控制H2O蒸汽和诸如氨的另一气体中的至少一种作为电池气体，并通过使电池气体参与反应以形成分数氢而增加功率产出。另一种气体可以至少提供氢并增强形成分数氢催化速率。
湿燃料涂层和一对电极中的至少一个电极浸入湿燃料(如水合散装燃料或浆料)中的至少一个可以用作冷却所述至少一个电极的散热器。在一实施方式中，可以将电极的温度控制在诸如25℃至2000℃、100℃至1500℃、200℃至1000℃，以及300℃至600℃中的至少一个的范围内，使得在点燃之前驱除由燃料吸收的过量H2O。可以优化H2O含量以提供最大功率和能量，同时保持足够的导电性，使得可以实现点燃。
在图2A所示实施方式中，再生系统314可以包括流化床。流体可以包括再生燃料的气体悬浮液。该气体可以包括受控量的水蒸气以使燃料再水化。在一实施方式中，再生系统314可以包括移动床反应器，其还可以包括流化床反应器段，其中，连续供应反应物，副产物被移除接着被再生并返回反应器。该系统还可以包括分离器以分离产物混合物的组分。分离器例如可以包括用于根据诸如尺寸的物理性质方面的差异进行机械分离的筛子。分离器还可以是利用混合物的组分的密度差异的分离器，如旋风分离器。例如，基于在合适介质(如强制惰性气体)中的密度差异并且还通过离心力，可以分离无机产物。也可以实现固体和气体组分(举例来说，诸如氩气的载气)的分离。组分的分离也可以基于介电常数和带电性的差异。例如，金属氧化物可以基于对前者的静电荷施加而与金属分离，并通过电场从混合物中除去。在混合物的一种或更多种组分是磁性的情况下，可以使用磁体实现分离。可以在单独的一系列强磁体或与一个或多个筛子的组合中搅拌混合物，以基于磁性颗粒对磁体的更强粘附或吸引以及两个类别颗粒的尺寸差异中的至少一个来引起分离。在使用筛子和施加的磁场的实施方式中，后者向重力施加附加力以吸引较小的磁性颗粒通过筛子，而混合物的其他颗粒由于其较大的尺寸而保留在筛子上。
反应器还可以包括基于差分相变或反应来分离一种或多种组分的分离器。在一实施方式中，相变包括利用加热器熔化，并且通过本领域已知的方法(如重力过滤、利用加压气体辅助的过滤、离心，以及通过施加真空)将液体与固体分离。该反应可以包括从氢化物分解(如氢化物分解或反应)，并且分离可以通过熔化对应金属，随后分别分离其并通过机械分离氢化物粉末来实现。后者可以通过筛分实现。
本领域技术人员已知可以通过应用常规实验而应用于本公开的分离的其它方法。一般来说，机械分离可分成四组：沉降、离心分离、过滤，和筛分。在一个实施方式中，通过筛分和使用分级器中的至少一种来实现颗粒的分离。可以在起始材料中选择颗粒的尺寸和形状以实现产物的希望分离。
c、组合浆料点燃和再生系统
参照图2C、2C1、2C2、2D，以及2E，该发电机可以包括组合点燃和再生系统。在一实施方式中，电极8(如辊或齿轮电极)至少部分地浸没在固体燃料浆料中，使得浆料被旋转泵送到电极接触区域中，并且燃料随后点燃。固体燃料浆料可以包含在可以从收集区域24接收燃料流的储存器(如槽5)中。该流动可以通过利用水或气流来实现。水和气流中的至少一个可以由来自储存器5和11的管线16提供。该流可以通过泵17加压。该管线可以延伸至至少一个喷嘴21，该喷嘴可以具有作为压力和流量控制器的输入的压力计。该流可以通过收集系统24和25以及吸入管线19和也可以泵送流的泵18回收。另选的是，第二泵17可以通过管线和喷嘴16和21泵送流。在另一实施方式中，过量的H2O可以通过排水孔或通道从槽5排出。多余的水可以利用排水泵18泵出。泵送可以经由过滤器，如在可以包括槽5的收集容器的底部中的过滤器。槽5可以具有振动器系统(如振动台)，以将浆料搅拌至来自固体燃料的分离过量水中的至少一种，并保持固体燃料组分(如金属粉末、吸湿化合物，以及H2O)的希望粘度和混合。在一实施方式中，固体燃料的旋转泵送通过诸如辊或齿轮电极8的电极的旋转来实现。因为至少一个电极8旋转成输送并将固体燃料投入接触区域中的至少一个，所以该固体燃料可以至少暂时地粘附或涂覆至少一个电极8。该旋转保持在足以输送固体燃料浆料的速度。在具有3英寸直径铜辊电极的示例性实施方式中，在大于1000RMP的高旋转速度下运行辊以一持续速率将Ti(50摩尔％)+H2O(50摩尔％)浆料固体燃料输至点燃区域，以保持约1MW的光功率。另一种示例性燃料是(Ti+MgCl2)(50摩尔％)+H2O(50摩尔％)。该点燃系统可以包括电极刮刀24，以清洁附着的固体燃料浆料的侧面，并且还可以包括挡板和滑槽25，用来提供固体燃料相对于旋转电极的压力梯度，以进行更好地涂覆其或者引起燃料的更好粘附中的至少一个。点燃系统可以包括搅拌器(如机械振动器)，以便于通过诸如电极旋转的方式将燃料施加到电极8上以被输送到接触区域中。搅拌器可以包括本公开的叶轮。浆料搅拌器可以包括由电动机驱动的推进器或搅拌器叶片。可以通过调节电极之间的间隙和施加到电极的压力来调节燃料厚度，从而控制燃料的流速。还可以将电极间压力调节为将燃料压缩到H2O被排出的点和电阻充分降低的点中的至少一个，使得发生点燃。在一实施方式中，例如辊或齿轮电极8的电极中的至少一个是可移动的。燃料的压缩可以由可调节的张力提供，如通过可调节的弹簧、气动，或液压致动器实现的张力。与可移动电极的电连接可以是柔性的。柔性连接可以由线缆连接提供。在一实施方式中，用于分离电极8的机械系统可以包括旋转机构和线性机构中的至少一个。该旋转机构可以包括凸轮，该凸轮使辊电极来回摆动以实现分离的改变。该凸轮可以由伺服马达驱动。该电极的机械分离可以利用诸如本公开的那些的致动器来实现，如螺线管、压电、气动、伺服马达驱动、用旋转驱动连接驱动的凸轮，以及螺杆马达驱动的致动器。该分离可以处于以下的至少一个范围内：大约0.0001cm至3cm、0.01cm至1cm，以及0.05cm至0.5cm。该燃料流也可以通过控制诸如辊或齿轮的电极在浆料中的深度和旋转速率来控制。可以控制表面粗糙化以改变燃料拾取速率以控制燃料流速。
该系统还可以包括起泡器，如机械搅拌器和气动起泡器中的至少一个，举例来说，将诸如固体燃料的浆料之类的固体燃料提升到电极接触区域中的渗滤器。固体燃料可以作为燃料柱供应。起泡器可以包括作为压力与流量控制器和气体喷嘴的输入的气体压力计。该气体可以从用于清洁光学部件的气体喷射系统供应，并且促进回收用于再生的点燃产品。诸如辊电极8的电极可以至少部分地浸没。电极(如辊或齿轮电极8)的旋转动作可以将燃料输送到其中发生点燃的收缩区域。起泡器可以在至少一个部分(如下部)中填充电极之间的空间。固体燃料可以被压缩，使得电流优选地在电极之间的压缩区域中流动，致使点燃发生在该选定区域。通过点火形成的膨胀等离子体可以远离具有通过诸如起泡器的装置供应的固体燃料的区域而膨胀。由起泡器提升的燃料可以提供压力屏障，使得等离子体远离所供应燃料而膨胀。光可以由本公开的配光和光伏转换系统26a接收。光功率可以通过控制燃料流速来控制，燃料流速又可以由电极旋转速率和电极(如辊电极)上的燃料层在发生点燃的最小电极间隔的点处的厚度所控制。
在一实施方式中，旋转或投影的燃料等分试样的动能足以克服先前燃料等分试样点燃的爆炸压力波的力。在其中将燃料涂覆到诸如旋转电极的电极(如辊或齿轮)上的实施方式中，燃料与电极的粘附力和将燃料保持到轮表面的大气压力中的至少一个大于附着至电极表面的燃料等分试样上的离心力。利用对应系统，可以通过向燃料施加动能以引起燃料的等分试样的抛射状喷射来实现喷射。抛射动作可以通过电力或磁力装置以及通过机械装置来实现。本领域中已知的前者型装置的示例性实施方式是静电引擎和轨道枪。
考虑H2O类固体燃料等分试样的尺度D：6.7mm×3mm，燃料等分试样的速度v是等分试样的宽度除以光脉冲的持续时间：
旋转频率是等分试样的速度除以辊的周长。作为一示例性情况，具有半径6.5cm和周长41cm的辊具有旋转频率f：
530mg等分试样的动能K通过下式给出：
530mg等分试样的离心力FC通过下式给出：
在一示例性实施方式中，来自点燃的爆炸波的压力为2PSIg或1.37×104N/m2。燃料等分试样的横截面上的爆炸力的估计FB是：
FB＝(6.7mm)(3mm)(10-6m2/mm2)(1.37X104N/m2)＝0.275N (200)
对应于动能的力的估计FK是：
动能力大于爆炸力，因而等分试样不被前面的爆炸排斥。等分试样的大气压力的估计FA是：
该大气压力大于离心力。如果将等分试样结合至轮的力是大气压力，则等分试样将被输送至点燃区域并且在不被离心力排出的情况下被引爆。
在一实施方式中，旋转频率可以处于约1RPM至100000RPM、10RPM至10000RPM，以及100RPM至2000RPM中的至少一个范围内。诸如辊或齿轮电极的旋转电极皆可以具有处于以下的至少一个范围内的半径：大约0.1cm至1m、1cm至100cm，以及1cm至25cm。该点燃频率可以处于约1Hz至100000Hz、10Hz至10000Hz，以及500Hz至3000Hz中的至少一个范围内。旋转电极(如辊或齿轮电极)的圆周速度可以处于约0.01m/s至200m/s、0.1m/s至100m/s、1m/s至50m/s、1m/s至25m/s中的至少一个范围内。旋转电极的宽度可以处于约0.01cm至10μm、0.1cm至1m、1cm至100cm，以及1cm至10cm中的至少一个范围内。在一实施方式中，辊宽度的增加导致在给定旋转速度下燃料流量的增加。该点燃电流可以增加以保持通过燃料的恒定点燃电流密度。在另一实施方式中，增加的燃料流量可以增加等离子体强度和对应的固有形成电流，使得通过电极的点燃电流可以减小。该发电机可以用比每当由较宽辊电极供给的燃料点燃时维持等离子体和光功率所需的电流更高的电流的脉冲启动，其中，该等离子体对电流有贡献。该脉冲化电流可以由示例性部件提供，举例来说，如本公开中公开的电容器和电池组中的至少一个。该启动可以利用低至至没有旋转速度的辊实现，使得累积的能量被沉积以易于点燃。该旋转速度可以在点燃之后增加。对等离子体的分数氢功率贡献可以促进减少维持固体燃料点燃所需的输入功率。当电极旋转以提供连续的横截面时，可以通过在沿着电极的横截面的多个位置上以高于平均密度的顺序定位电流来促进点燃发生。在一示例性实施方式中，用于维持等离子体的点燃电流保持在4000A，辊宽度从1.3cm增加到2.6cm。在一实施方式中，点燃电流可以作为电极表面积的函数缩放，其中，点燃利用处于大约10A/cm2至1MA/cm2、100A/cm2至500KA/cm2、1KA/cm2至100A/cm2，以及5KA/cm2至50kA/cm2中的至少一个范围内的足够电流密度来实现。在一示例性实施方式中，点燃电流从约30000A至40000A的范围缩放至约3000A至4000A，但用1cm至2.5cm宽乘4cm半径的辊电极代替5/8英寸直径的柱形电极。该固体燃料层的厚度可以处于以下的至少一个范围内：大约0.001cm至10cm、0.01cm至1cm，以及0.1cm至1cm。所应用的固体燃料的水组成可以为约0.01摩尔％至99.9摩尔％、0.1摩尔％至80摩尔％，以及1摩尔％至50摩尔％中的至少一个范围。
在其中燃料包括导电基质和结合H2O的化合物的实施方式中，电流密度通过具有电流瞬变的趋肤效应而增加。快速瞬变可以通过脉冲化直流电流、交流电流，及其组合中的至少一种来实现。引起点燃的电源可以包括脉冲电流源，其中，该频率越高，固体燃料的导电基质中的电流的趋肤深度就越浅，致使电流密度在燃料的一部分中增加。控制最大电流和脉冲频率以实现希望电流密度，如引起至少一部分固体燃料点燃的电流密度。可以控制电流密度以优化包括输出能量和输入能量的比率的发电机的能量增益。快速脉冲化可以通过如本公开中所公开的电子脉冲化和机械脉冲化中的至少一种来实现。还可以通过减小燃料和电极中的至少一个的电流流动的接触面积或电截面来增加电流密度。可以通过减小辊直径和辊宽度中的至少一个来减小辊电极的接触面积。在一实施方式中，辊电极可以包括不同半径。该电极同样可以修改。例如，一对辊中的至少一个辊的辊表面可以具有凸角和隆起中的至少一个(如突起)，这些突起进行以下中的至少一个：在旋转时使这些辊相对于彼此机械振动以引起电流中断，和在减小的表面积的区域处进行电接触以使电流集中在该区域中。在一实施方式中，一对中的至少一个电极可以包括具有导电材料(举例来说，诸如铜的金属)和非导电或绝缘材料(如陶瓷、氧化金属或阳极化金属)的交替区域的圆形表面。非导电材料可以包括处于辊表面上的层，或者可以包括表面和主体的辊区段。在两个电极都具有中间非导体表面的情况下，电极对的相似区域的接触可以同步化。由于辊的几何或材料改变，因而导电性和对应电流因交替导电性而脉冲化。该脉冲化可以在通过趋肤效应的电流集中引起点燃时增加最大电流的有效性。
在一实施方式中，来自趋肤效应的高电流可能引起由燃料的点燃所形成的等离子体的磁箍缩等离子体。箍缩可以引起等离子体约束，其可以增加等离子体密度和约束时间之一，以增加水合反应速率和产率中的至少一个。
图2A提供了电极的示例性取向。所述至少一个涂覆电极可以将燃料输送至高电流在电极之间通过该燃料的点，以实现点燃。输送可以通过电极302的旋转来实现，如齿轮或辊电极302a的旋转，该电极在与点火点不同的位置处涂覆有燃料。考虑相对于如图2A所示的发电机系统的球面笛卡尔坐标系，其中z轴垂直取向，并且+x轴水平取向于图的右手侧，而角θ＝0°，φ＝0°沿着z轴。燃料可以从右侧的辊上的第一位置(如其被涂覆的位置θ＝180°，φ＝0°)输送至第二位置(如在发生点燃的位置θ＝90°，φ＝180°)，其中，左辊逆时针旋转，而右辊顺时针选转。在另一实施方式中，燃料可以从右侧的辊上的第一位置(如其被涂覆的位置θ＝180°，φ＝0°)输送至第二位置(如在发生点燃的位置θ＝90°，φ＝180°)，其中，左辊顺时针旋转，而右辊逆时针选转。在另一实施方式中，两个电极都被涂覆并且通过旋转将燃料输送至点燃点。在一实施方式中，该对电极302(如辊或齿轮302a)可以沿着z轴对准。在一示例性实施方式中，底部电极可以在第一位置(如在θ＝180°，φ＝0°的位置)涂覆，并顺时针旋转，以将燃料涂层输送至第二位置(如发生点燃的位置θ＝90°，φ＝180°)；另选的是，底部电极可以被涂覆并逆时针旋转以将燃料涂层从第一位置(如在θ＝180°，φ＝0°的位置)输送至第二位置(如在发生点燃的位置θ＝90°，φ＝180°)。在一实施方式中，离开一个旋转电极离心飞散的固体燃料至少部分地被反向旋转电极捕获以被输送到点燃区域中。
参照图2C，在一实施方式中，点燃产物可以通过诸如H2O的液体蒸汽和诸如氩气的气流中的至少一种，从其收集的表面(如窗口20)回收、至配光和光伏转换系统26a。在一实施方式中，窗口20可以带静电和保持有诸如H2O的液体薄膜中的至少一种，以防止点燃产物粘附到窗口。在一实施方式中，该窗口并且可选为任何电池反射表面涂覆有防粘附层或防粘贴层，使得阻止点燃产物的粘附。该涂层可以包括本领域已知的纳米技术涂层。该涂层可以包括超疏水涂层。该涂层可以包括防污涂层，如由Jones所报道的：http：//phys.org/news/2014-01-self-cleaning-solar-panel-coating-optimizes.html其全部内容通过引用而并入于此。该涂层在有用于光伏转换成电的波长上可以是透明的。该窗口上的任何表面材料可以利用气流和H2O流冲洗。该流的应用可以作为光栅，如通过利用喷射流21的受控激活序列。该光栅运动可以由微处理器控制器控制。去除可以是一像素或一次有限数量的像素，使得进行光阻挡和集中流中的至少一个。冲洗可以到收集区域24(或图2A的产物移除器/燃料装载器313)。在一实施方式中，至少顶部窗口20包括拱部。气流和H2O流中的至少一个可以至少部分切向地施加至拱的至少一个基部，使得流的压力造成气体或H2O(或能够进行清洁和冷却中的至少一种的其它合适液体)沿拱行进、从表面拾取产物材料并流到诸如24的收集区域。在一实施方式中，可以移除悬浮在电池气体中的诸如导电基质材料的点燃产物(如金属粉末或碳粉末和任何吸水材料的粉末)，以清除具有这些潜在吸收器的光路。该清除可以通过气流和H2O流中的至少一种来实现。该流可以横向于光的传播以将其从光路中去除。所清除材料可以收集在至少一个电池区域上，如窗口20、电池26的壁，以及收集区域24，并且可以作为再生的固体燃料返回至固体燃料储存器(如浆料槽5)。
在一实施方式中，包围电极的本公开的抛物面镜14(如具有在焦点处环绕的电极的抛物面镜，其将光朝着诸如顶部窗口20的光学窗口引导)可以是通过来自诸如具有喷嘴21的冲洗管线的来源的气体和H2O流中的至少一个来进行冲洗和冷却中的至少一种。该镜可以直接连接至侧构件结构部件，如可以是反射性的并且可以包括镜的电池26的壁。在一实施方式中，H2O流可以从窗口20、侧部件26，以及抛物面镜14中的至少一个移除产物。水可以流至到收集区域24，然后通过抛物面镜14中的通道。该通道可以将水流引导至每个电极的、与发生点燃的面相对的表面，然后沿着滑槽25并进入诸如槽5的燃料储存器。辊电极8可以沿H2O流的流动方向旋转到槽5中。辊的旋转可以有助于泵送H2O流。在一实施方式中，诸如辊或齿轮8的电极沿将固体燃料向上旋转泵送到发生点燃的收缩区域中的方向旋转，并将水流向下泵送到滑槽25和诸如槽5的燃料储存器中。在一另选实施方式中，该抛物面镜是独立的，不连接至侧构件部件。气流和H2O流可以分离地施加至抛物面镜14和电池26的侧构件。分离的流可以组合或仍保持独立并流至收集区域24，收集区域24将水流引导至每个电极(如辊电极8)的表面，该电极沿着H2O流的流动方向旋转通过直至槽5的任何通道。
该产物可以通过H2O流再水化。诸如H2O流的流可以流至诸如24的收集区域(或者图2A的产物移除器/燃料装载器313)。诸如H2O的过量液体或诸如氩气的气体可以通过滤网、泵、过滤器、旋风分离器，以及离心分离器和本公开的其它分离系统和方法以及本领域已知的那些中的至少一种来去除。诸如氩气的气体和诸如H2O的液体可以通过诸如泵的装置再循环。在一实施方式中，该发电机包括再循环系统，该再循环系统包括通向H2O储存器的管道，该H2O储存器在入口处具有抽吸泵，在出口处具有H2O喷射泵。另选的是，该再循环系统包括通向H2O抽吸泵18的管道19，其从槽5中移除过量的H2O并将其泵送至选择泵17，该选择泵17使水再循环以通过水管16和具有喷嘴21的清洗管线来清洁电池组件。喷射泵17可从H2O储存器11汲取额外的水以补充通过例如形成分数氢的装置消耗的水。H2O可以被喷射至窗口20、抛物面镜14，以及收集区域24中的至少一个。H2O可以引起点燃产物从窗口20输送至收集区域24和引起点燃产物从收集区域24输送至产物槽5中的至少一种。另选地或者除了H2O流输送以外，该点燃产物可以通过气流从窗口20和抛物面镜14输送至收集区域24和槽5中的至少一个。在一实施方式中，吸水泵18包括旋液分离器，其中，去除过量的水，并且被脱水的浆料通过输送器(如运送器、螺旋推运器，以及泵(如螺杆泵、也被称为螺杆泵的一类容积式泵、偏心螺旋泵，或腔泵)中的至少一种)返回至槽5。
在一实施方式中，水被用于从电池收集和回收点燃产物并形成从浆料槽5施加至电极8的浆料。除去超过使H2O类固体燃料再水合和形成希望浆料中的至少一种的量的过量水。所希望浆料可以具有处于以下至少一个wt％(wt％)范围内的H2O含量：大约0.000001％至100％、0.00001％至99％、0.0001％至90％、0.001％至80％、0.01％至75％、0.1％至70％、1％至65％、10％至60％、0.1％至50％、1％至25％，以及1％至10％。另选的是，被施加至电极8的浆料固体燃料的水组成可以为约0.01摩尔％至99.9摩尔％、0.1摩尔％至80摩尔％，以及1摩尔％至50摩尔％中的至少一个范围。可以利用水射流除去过量的水。水射流可以与含有过湿浆料的储存器的垂直方向成一定角度，使得在浆料表面处产生气流的切向分量。在一实施方式中，该切向气流引起H2O流，其将过量的水与剩余的希望浆料分离。诸如槽5的储存器可以被部分地填充，使得多余的水通过切向流被垂直地向上推到储存器的至少一个壁。该过量的水因其较低质量、较低粘度，以及较大流动性中的至少一个，而可以在固体燃料上选择性地除去。该气体射流可以包括脉冲压力或连续压力中的至少一个，以选择性地去除过量的H2O。在一实施方式中，强制流可以处于防浪板或闸门上方以增加分离，其中，可以是部分水平和部分垂直中的至少一种。该水流可以选择性地粘附至分离器结构，如吹动水的垂直取向曲线。由于柯恩达(Coanda)效应，水可能绕着结构的表面弯曲或沿着结构的表面流动。可以利用这种效果来实现更好的分离。在一实施方式中，过量的水可以通过逆流的水和浆料被更大程度地分离除去。在一实施方式中，去除的水可以包含比浆料更高摩尔百分比的水。该水可以再循环以从电池收集和回收点燃产物并形成浆料。水可以利用泵(如吸水泵18和喷水泵17)泵送。泵可以包括蠕动泵或前进腔泵。
在一实施方式中，过量的H2O可通过蒸发除去。水可以是利用气体射流除去的水和从收集和回收点燃产物的冲洗液直接获得的水中的至少一种。蒸发的水可以在冷凝器中冷凝，该冷凝器可以包括热交换器、排热系统，以及可以从电池或发电机系统去除过量热量的冷却器系统中的至少一个。冷凝的水可以再循环用于收集和回收点燃产物。在一示例性实施方式中，从水冷凝释放的热量可以在热交换器中消散，从而可以将多余的热量从系统中去除。用于实现蒸发的示例性热源是电极8以及配光和光伏转换器26a的光伏电池上的任何热交换器。
在一实施方式中，浆料冷却诸如辊8的电极。而且，诸如浆料涂层的燃料涂层可以保护诸如辊8的电极免受爆炸破坏。在一实施方式中，浆料、浆料槽5，以及用于流(如气流和水流中的至少一个)的储存器中的至少一个利用对应热交换器、冷却器、散热器，以及冷却系统(图2C1中的31)中的至少一个来冷却。在一实施方式中，辊电极可以被轮辐化，以防止热量被传递到中心轴承。
在一实施方式中，来自点燃固体燃料的光可以入射产生蒸汽的光吸收材料。该光吸收材料可以包括多个层，如两种形式的碳，举例来说，如石墨薄片和多孔碳。光吸收材料可以漂浮在体相水上，并且可以利用毛细作用将水吸入结构中以形成蒸汽。顶层可以是选择性的，以吸收光并变热，并且至少一个其它层可以用作针对第一层的绝缘和水导管，其中由被吸收的光加热的水形成蒸汽。该蒸汽可以被用于诸如加热负载或涡轮之类的蒸汽负载中以发电。
d、配光系统
在一实施方式中，操作该系统以最大化诸如黑体辐射的光功率。该光功率可以通过诸如将膨胀等离子体保持为光学上薄的，而增加超过其它功率存量(如热和压力体积功)。这可以通过允许等离子体以更高速率膨胀同时延缓吸收物质的膨胀来实现。可以通过本公开将吸收物质从光学路径吹除或冲洗。可以调节系统气体压力以实现不同的膨胀速度。可以改变辊直径以通过诸如减小限制的方式来降低压力体积功。可以选择电池气体、燃料组合物，以及针对燃料组合物的添加剂中的至少一种，以降低压力体积功，使得来自分数氢形成的能量基本上呈光的形式。例如，可以改变电池气体的质量以减小压力体积功。另选的是，这些组合物中的任何一种可以引起超过组合物或点燃产物的平移能的光子。可以调节辊宽度。可以调节点燃功率波形。可以调节电流密度。水分和其它吸收气体可以在电池中降低。可以调节燃料的水含量和其它组分。可以调节喷射速度和对应产物速度。可以向电池气氛中添加添加剂，举例来说，诸如Kr或Xe的稀有气体。添加剂可以添加至燃料，以释放更多的能量作为光，或者将诸如黑体发射的发射移动至更希望的光谱范围，如更短的波长。在一实施方式中，电池气体可以包括一些氧，以实现将光谱移动到希望光谱范围和增加光能量中的至少一个。燃料可包括氧稳定组分，如Ag和ZnCl2水合物。
参照图2C、2C1、2C2、2D，以及2E，SF-CIHT动力产生器的光伏功能量转换器26a还可以包括配光系统26a，以在可以按紧凑设计布置的多个光伏电池15处提供SF-CIHT电池的光能量。至少一个电池壁(如电池26的顶部)可以包括窗口20，该窗口透射电池光并将其引导至光伏转换器26a。窗口20可以采用平面、拱形、圆顶、多边形、栅格球顶、诸如至少一个菲涅尔(Fresnel)透镜的透镜，以及本领域技术人员已知的另一合适的建筑学形式的形式。窗口材料对于发射光的波长频带中的至少一个是透明的，如EUV、UV、可见光、红外光，以及近红外光。示例性材料有玻璃、石英，以及诸如聚碳酸酯、Lexan和丙烯酸的塑料。
在光伏转换器的实施方式中，光输出(光功率)被引导到多个光伏转换器。光输出可以通过配光和光伏转换系统分配，这种系统包括镜、透镜，光缆、以及光波导中的至少一个。在诸如包括辊或齿轮电极的SF-CIHT发电机的实施方式中，该发电机包括镜，该镜至少部分地围绕发光区域，以将光反射至光伏转换器和配光系统中的至少一个，该配光系统将光输送并引导到光伏电池。在配光系统和光伏转换器(图2C的26a)的实施方式中，光通过一系列半透射镜23分配至多个PV电池或面板15。
在一个实施方式中，光利用抛物面镜的焦点处的透镜形成光束，并且被引导到另一个抛物面镜的焦点处的透镜，该抛物面镜输出入射在光伏电池上的平行光线。该系统包括多个这种抛物面镜，透镜，以及光伏电池，并且还可以包括光波导。光也可以利用分束器、棱镜、光栅、漫射器以及本领域技术人员已知的其它光学部件来引导和分配。在一实施方式中，诸如图2G1e3的20的窗口包括漫射器或均化器，以将光更均匀地分配至光伏转换器。诸如棱镜、多色层、单色仪、滤波器，以及光栅的部件可以分离光输出的多个波长范围或频带，使得分离的光可以被引导至在每个频带的波长范围内具有最大光-电转换效率的光伏电池。
在另一实施方式中，光能量被收集在一束光缆中。该收集可以利用至少一个或更多个透镜和一个或更多个光阻抗匹配板(如四分之一波片)来实现。该配光系统还可以包括至少一个镜，其用于进行将光引导至透镜与光缆和将从光缆反射的任何光反射回至线缆入口、光收集系统、以及针对线缆的阻抗匹配板中的至少一个。该镜可以大约处于点燃的中心，其中，该光充当来自镜中心的点光源。该镜可以处于图2A的齿轮电极的平面处。该镜可以包括一对反射镜，其以相反方向将光反射至如图2A所示的相对匹配的光伏转换器。该相对的镜可以将光反射回到配光系统中，如包括光缆的配光系统。该镜可以具有优化将背反射光反射至配光系统的形状。该镜可以是抛物线形的。该光缆的光缆部件对于波长频带可以是选择性的，其可以选择性地将光传导至在该频带的波长范围内具有最大光-电转换效率的多个匹配的光伏电池。在另一实施方式中，该配光系统和光伏能量转换器包括按堆设置的多个透明或半透射光伏电池，使得当光穿透到该堆中时来自点燃的光能量在该堆的部件处被转换成电。在一实施方式中，该光伏电池的表面可以涂覆有多色物质，该多色物质将入射光分离成波长频带，并将每个频带引导至响应于该波长频带的光伏电池的一部分。在一实施方式中，在黑体辐射通过诸如膨胀的机制冷却之前收集来自点燃的光。该等离子体可以保持在诸如由图2A的亥姆霍兹线圈306d生成的磁瓶中，以防止膨胀或碰撞损失，使得最大功率可以通过辐射来提取。
在一实施方式中，该固体燃料可以包括添加剂以将等离子体谱移动至希望波长频带，从而匹配光伏电池响应的波长频带。在一实施方式中，该光谱移动至较短波长。该添加剂可以包括氧化物，举例来说，诸如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属、稀土金属、第13族，以及第14族氧化物的金属氧化物中的至少一种。该氧化物可以包括准金属化合物。该氧化物可以包括第13、14、15或16族元素。用于偏移光谱的示例性金属氧化物和氧化物有MgO、CuO、FeO、CaO、TiO、AlO、Al2O3和SiO2中的至少一种。在一实施方式中，添加剂可以具有增强分数氢反应速率和产率中的至少一种。诸如MgO或MgBr2的添加剂可以增加黑体温度，从而引起光谱向较短波长偏移。在一实施方式中，可以添加气体，以进行以下中的至少一个：将光谱移动至希望波长区域，增加发射强度、增加原子H和催化剂中的至少一种的浓度，增加分数氢反应的速率和产率中的至少一个，有助于防止固体燃料中的金属氧化，以及用于在再生期间输送点燃产物。该气体可以包括诸如He、Ne、Ar、Kr，以及Xe的稀有气体。可以向该气体中添加氢气以实现防止固体燃料中的金属氧化，和提供加成原子H作为分数氢反应的反应物中的至少一种。示例性电池气体是Kr和氢气按任何希望比率和总压力的混合物。
该光伏转换器可以是模块化和可扩展的。该光伏转换器可以包括诸如聚光器电池的光伏电池。在一实施方式中，每个光伏电池都包括极紫外光、紫外光、可见光，以及红外光伏电池中的至少一种。该电池可以被组织为可以环绕光能量源的周边定位的可堆叠模块。该配光系统基于希望输出功率是可扩展的，其中，该光功率被控制，以生成希望的电平，从而实现希望电输出。该光功率可以通过控制点燃频率，在间歇点燃中点燃的燃料量，燃料的成分，以及点燃波形的参数来控制。
在一实施方式中，该配光系统包括也可以用作聚光器的光收集器。该收集器可以具有定向反射。该光收集器可以包括抛物面镜。该定向反射可以在可以包括一个或更多个透镜、镜、光波导，以及光缆的配光系统上。在一实施方式中，该定向光可以入射在光缆的入口上。该光可以通过至少一个透镜聚焦到该入口上。一系列透镜(如按平面设置的一系列)可以将光聚焦到可以包括光纤束的多个光缆上。透镜照明的光缆束的面积可变。该可变照明面积可以通过改变透镜的焦距来调节。每个或所述多个透镜的焦点可以通过改变任何给定透镜和从透镜接收光的对应光缆之间的间隔距离来改变。该透镜系统可以包括类似于通过引用并入本文的US 6730840中描述的透镜系统。每个光缆可以入射到至少一个光伏(PV)电池，如三结聚光器光伏电池。另选的是，每个透镜可以将光聚焦到将光输送至一个或更多个对应的光伏电池的镜或光波导的系统上。诸如光缆的光分布组件的输出与其照明的PV电池之间的距离可调节。该光伏电池可以包括聚光器光伏电池。该光伏电池可以堆叠以形成模块化可扩展设计。该PV电池堆可以包括与在通过引用并入本文的US 5575860中所描述的电池类似的一个。由发电机输出的电功率可以通过以下步骤中的至少一个的步骤放大：(i)通过控制来自点燃燃料的功率来增加光功率，(ii)散焦该透镜系统，以在入射到PV电池上的光缆、镜系统或光波导系统的成比例增加的面积上分布入射光，(iii)对应于PV电池堆中的PV电池数量的增加而成比例地增加PV电池面积，和(iv)增加至少一个光纤的出口与其照明的PV电池之间的路径长度，使得在PV电池的平面处照明更大的面积，其中，PV电池面积被扩大以匹配入射光的范围。
光伏转换器可以包括用于抗反射层或涂层(如一氧化硅)、光学阻抗匹配，以及防止等离子体或动力学材料侵蚀或破坏中的至少一个的涂层。该膜可以包括窗口。该窗口还可以包括用于清洁覆盖窗口并且至少部分地阻挡光传输到光伏转换器的爆震产物的系统。在一实施方式中，该光学窗口被清洁。该清洁可以包括化学清洁或蚀刻和等离子体清洁或蚀刻的至少一个系统和方法。该窗口可以包括多个窗口，每个窗口都是可移除的，使得一个替换另一个窗口并且用于将光传输至转换器，同时至少一个其它窗口被清洁爆震产物。在一实施方式中，该光学窗口被清洁。该清洁可以包括化学清洁或蚀刻和等离子体清洁或蚀刻的至少一个系统和方法。在一实施方式中，诸如惰性气体的气体流沿与膨胀的点燃等离子体相反的方向流动，以便防止产物涂覆保护窗口、光收集系统(如镜、透镜、光缆、光波导，以及光伏转换器中的至少一个)中的至少一个。在一实施方式中，诸如惰性气流的气流(如氩气流)可以横向于等离子体的膨胀方向被引导，以使点燃产物流出等离子体与光学器件和光伏转换器之间的光学路径。该气流可以迫使产品去往收集区域。用于提供气流的气体射流可以包括作为压力与流量控制器和气体喷嘴的输入的气体压力计。在一实施方式中，保持诸如气体或H2O流材料的流材料的薄层，以保护窗口免受等离子体的破坏。
在一实施方式中，可以处于升高的压力和速度的气体和液体流中的至少一个(如高压射流)执行防止喷出的粉末积聚在配光系统组件的表面上的至少一个功能，并且清洁点燃产物的组分，其中，示例性配光系统组件包括以下至少一个：镜、透镜，光缆，以及光波导。该速度和压力可足以去除任何累积的点燃产物。诸如镜的配光系统组件可以包括静电系统，以利用与希望被排斥的颗粒相同的极性对组件(如镜)充电。该镜可以带正电荷以排斥膨胀等离子体中的带正电荷的产物颗粒。另选的是，诸如带电电极的带负电的集电极(如栅格电极)可以收集带电粒子。参照图2A，所收集颗粒可以被输送至再生系统314，使得燃料被再生。
在一实施方式中，膨胀等离子体由带正电的颗粒和电子组成。在一实施方式中，该电子具有比正离子高的迁移率。可能会产生空间电荷效应。在一实施方式中，将该空间电荷效用于进行收集产物离子和排斥产物离子中的至少一个。在一实施方式中，电子在不希望使颗粒聚集的表面上电接地。该表面可以进一步带正电荷以排斥带正电荷的颗粒。该表面可以包括配光系统的至少一个部件，如光波导、镜、透镜、以及诸如入口的光缆组件。在一实施方式中，该SF-CIHT电池发电机包括静电颗粒排斥系统和气动颗粒排斥系统中的至少一个。该排斥系统可以防止诸如燃料点燃产物的产物积聚在配光系统和光伏转换器中的至少一个上。该配光系统可以包括透镜、镜、光波导，以及光缆。在一实施方式中，该等离子体颗粒可以通过施加电子而带电，并且该颗粒可以通过施加排斥电场来停止。电子的施加可以是诸如冠状放电的手段。在一实施方式中，能够阻止来自点燃燃料的压力波而透射光的透明隔膜或窗口(如玻璃板)包括诸如导电线栅的装置，以对该表面进行静电充电，从而排斥产物颗粒。在一实施方式中，该透明隔膜被充电，使得防止产物粘附。在另一实施方式中，将磁力用于进行排斥颗粒和防止它们粘附中的至少一种。
在一实施方式中，该排斥电场的电压足以停止动能为K＝1/2mv2的颗粒，其中，m是颗粒质量，而v是颗粒速度。停止距离上的对应电压可以由eV＞K给出，其中，e是颗粒的基本电荷，而V是施加的电压。该电压可以处于以下的至少一个范围内：大约1V至1MV、10V至1MV、100V至100kV，以及1000V至50kV。该电场可以处于以下的至少一个范围内：大约1V/m至108V/m、10V/m至107V/m、100V/m至106V/m，以及1000V/m至105V/m。
在一实施方式中，该发电机包括抛物面镜，并且该点燃区域位于一区域，使得点燃产生的光被反射至该配光系统的窗口、透镜，以及光波导中的至少一个。燃料点燃点相对于抛物面镜的位置可以在抛物面镜的焦点处或焦点附近。该透镜可以包括至少半圆柱透镜，并且光缆和光波导中的至少一个沿着每个圆柱的轴对准，以将聚焦的光接收到光缆和波导中的至少一个上。该波导可以包括表面上的PV电池。该透镜可以嵌入到窗口中以消除光学界面。该窗口、透镜、光缆、光波导，以及光伏电池中的至少一个可以涂覆有四分之一波片或其它光学涂层，以使入射光更好地阻抗匹配至光学部件，使得光被传输到该部件中或穿过该部件。不用作针对光学系统的窗口的组件(如电池的不透明壁、电极、燃料施加器，以及电池光入射在其上的其它组件)可以具有反射表面，以使光被反射并且最终传输至配光和光伏转换系统。在一实施方式中，这些窗口中至少一个，和暴露于点燃产物的任何光学部件(如镜、透镜、光缆、波导，以及PV电池)可以利用气体和H2O的组合间歇地或连续地清洁，同时最小化光学不透明度，其中，H2O对可见光具有强吸收频带。被冲洗产物可以通过例如气体和H2O流中的至少一种的流运送至收集区域。
考虑相对于如图2A所示的发电机系统的球面笛卡尔坐标系，其中z轴垂直取向，并且+x轴水平取向于图的右手侧，而角θ＝0°，φ＝0°沿着z轴。在诸如图2F所示实施方式的一实施方式中，光入射到至少一个镜40上，该镜相对于由结构支撑件1限定的电池的侧面倾斜，如一个环绕θ＝45°，φ＝0°取向，而一个环绕θ＝45°，φ＝180°取向，使得该光垂直反射至诸如配光系统的透镜或波导的光学部件。该光可以通过围绕电极的镜(如中心平面镜41或抛物面镜)被引导到倾斜的镜。在一实施方式中，将光引导至多个透镜，其将光聚焦到可以在至少侧面或前表面上具有PV电池的光波导中。该镜的角度可以是实现到配光系统的光学部件的希望反射的任何希望角度。可以将平铺反射镜安装在包围等离子体的窗口系统的外部，其中，光透过窗口，入射在镜上，并被反射至光学元件。该光可以被垂直地反射至多个光学部件，如透镜或波导(诸如矩形玻璃或石英块的厚片)。诸如抛物面镜或系统的镜或镜系统可以围绕电极以垂直地引导光。通过执行限制等离子体使得其垂直膨胀和通过使燃料在垂直方向上具有动能中的至少一个，而可以进一步垂直地引导光。该固体燃料可以通过喷射而被垂直加速。该喷射可以通过利用诸如旋转泵的泵(如包括旋转辊电极的泵)和通过本公开的气动、静电、磁性，以及机械装置泵送来实现。电池的顶壁可以包括窗口，其将光透射至配光系统，如由透镜、光缆、波导，以及PV电池组成的系统；包括波导和PV电池的系统；以及包括诸如半透射镜和PV电池的分束器的系统中的至少一个系统。
在一实施方式中，马达和泵中的至少一个在用于包含等离子体的密封室的外部，该密封室具有至少一个窗口，以将光透射至配光系统和PV转换器。光可以通过诸如抛物面镜14的装置被向上引导至配光系统和PV转换器，该抛物面镜14可以座落成使得点燃发生在镜的大约中心处。图2G中示出了SF-CIHT电池发电机的示意图，其示出了布置在容纳辊电极的区域外侧的马达、泵，以及其它组件。可以设置在轴承上的轴可以运行至旋转电极。电池渗透可以被密封。在一实施方式中，该发电机包括多个独立马达，以运行每个组件，举例来说，诸如可旋转辊或齿轮电极的可移动电极，诸如修整轮的电极表面修复系统，诸如贮槽泵、抽吸泵、H2O喷射泵，以及气体喷射泵的泵。在另一实施方式中，多个马达中的至少一个可以由从另一个马达运行的齿轮箱替换。该齿轮箱可以包括可调节齿轮以控制诸如旋转之类的动作的速度。该控制可以利用计算机或微处理器来实现。
波导可以在该波导的至少一个表面或侧面上具有光伏电池，以接收被捕获在波导中并且透射通过表面的光。多个波导的入口被紧密地封装，使得最大量的入射光可以被传输到波导中。膨胀等离子体包括动态光源，其中，该光随着时间以不同的角度进入波导，并因此可以随时间存在于直接的侧面位置。在一实施方式中，至PV电池的波导光出口位置的变化随时间扫描PV电池表面上的强光，以随时间分布光强度。光的时间分布可以更好地匹配PV电池的最大容量。波导可以被设置为与入口紧密接触的风扇，从而波导更远地展开，使得PV电池可以紧固到表面上。任何不具有接收光的PV电池的表面可以是镜面化的。在另一实施方式中，光入射在将光聚焦到光波导中的多个透镜上。波导和PV电池的整体可以被冷却。可以通过在波导和PV电池周围的循环水流来实现冷却。
在一实施方式中，PV电池是能够接受大于太阳光的强度光的高强度光的聚光器电池，例如处于约1.5个太阳(sun)至75000个太阳、10个太阳至10000个太阳，以及100个太阳至2000个太阳中的至少一个的强度范围内。该聚光器PV电池可以包括可以在大约1至1000个太阳的范围内操作的c-Si。该PV电池可以包括多个结，例如三结。该聚光器PV电池可以包括诸如III/V族半导体的那些层的多个层，举例来说，如以下组中的至少一个：InGaP/InGaAs/Ge；InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge；GaInP/GaAsP/SiGe；GaInP/GaAsP/Si；GaInP/GaAsP/Ge；GaInP/GaAsP/Si/SiGe；GaInP/GaAs/InGaAs；GaInP/GaAs/GaInNAs；GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs；GaInP/Ga(In)As/InGaAs；GaInP-GaAs-H2O-InGaAs；GaInP-Ga(In)As-Ge；以及GaInP-GaInAs-Ge。多个结(如三结或双结)可以串联连接。在另一实施方式中，这些结可以并联连接。这些结可以以机械方式堆叠。这些结可以进行晶片接合。在一实施方式中，结之间的隧道二极管可以被晶片接合替代。晶片接合对于由后续或更深的结所转换的波长区域来说，可以是电隔离和透明的。每个结可以连接至独立的电连接或母线。独立的母线可以串联或并联连接。针对每个电独立结的电接触可以包括栅格导线。导线遮蔽区域可以因用于独立结或结组的多个并联电路或互连上的电流分布而最小化。可以横向地移除电流。晶片接合层可以包括透明导电层。示例性透明导体有透明导电氧化物(TCO)，如铟锡氧化物(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)，以及掺杂的氧化锌，和导电聚合物、石墨烯，以及碳纳米管和本领域技术人员已知的其它材料。苯并环丁烯(BCB)可以包括中间接合层。该接合可以在诸如玻璃的透明材料(如硼硅酸盐玻璃)与PV半导体材料之间。示例性双结电池是包括结合至GaAs(GaInP//GaAs)底层的GaInP晶片顶层的两结电池。示例性四结电池在InP衬底上包括GaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAs，其中，每个结可以通过隧道二极管(/)或隔离透明晶片结合层(ii)单独隔开，如由InP上的GaInP//GaAs//GaInAsP//GaInAs给出的电池。二极管和晶片接合的所有组合在本公开的范围内。在297倍浓度的AM1.5d光谱下具有44.7％的转换效率的示例性四结电池由法国SOITEC制造。PV电池可以包括单结。示例性单结PV电池可以包括单晶硅电池，如Sater等人给出的那些电池之一(B.L.Sater，N.D.Sater，“High voltagesilicon VMJ solar cells for up to 1000suns intensities”，PhotovoltaicSpecialists Conference，2002.Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE，19-24May 2002，pp.1019-1022.)，其全部内容通过引用并入于此。另选的是，单结电池可以包括GaAs或掺杂有诸如来自III和V族的其它元素的GaAs。在一示例性实施方式中，PV电池包括在约1000个太阳下操作的三结聚光器PV电池或GaAs PV电池。在另一示例性实施方式中，PV电池包括在250个太阳下操作的c-Si。在一示例性实施方式中，PV可以包括可以对小于900nm的波长选择性地响应的GaAs，和在InP、GaAs，以及Ge中的至少一种上的InGaAs，其可以选择性地响应于处于900nm和1800nm之间的区域中的波长。包括处于InP上的GaAs和InGaAs的这两类PV电池可以组合使用以增加效率。可以使用两个这样的单结类型电池，以使具有双结电池的效果。该组合可以通过利用分色镜、二向色滤光器，以及单独的或与镜组合的电池的架构中的至少一个来实现，以实现如在本公开中给出的光的多次回弹或反射。在一实施方式中，每个PV电池包括分离和分类传入光的多色物质层，将其重定向以撞击多结电池中的特定层。在一示例性实施方式中，该单元包括用于可见光的铟镓磷化物层和用于红外光的砷化镓层，其中相应的光被引导。
在具有大于光伏电池的最大照明容量的辐照度(W/m2)的实施方式中，该辐照度通过配光系统根据以下至少一种方法来缩减：在光伏电池的更大面积上恒定地分布光的方法和及时在更大面积上分布光的方法。在前一情况下，该配光系统可以包括本公开的透镜系统、光缆，存在的狭缝、光波导以及光伏电池，其中，入口焦点可以被调节成覆盖可调节数量的光缆，并且可以调节电池上的光纤出口焦点，以控制由每个光纤照明的光伏有源区域。另选的是，光可以利用至少一个分束器(如半透射镜)分离，其中，入射光被部分反射至PV电池或面板，并且透射光最终被引导入射到至少一个其它PV电池。PV面板，或PV面板的另一部分上。
在时间分配方法中，配光系统可以包括多个可移动光学部件，其可以接收来自点燃固体燃料的光，并且横跨接收光并将其输送至光伏电池的多个光接收部件(如透镜、镜、光缆、以及光波导)光栅化或扫描光。另选的是，光被横跨多个光伏电池进行光栅化或扫描。该可移动元件可以包括主动镜和主动透镜中的至少一个。该可移动光学部件可以按在光接收部件当中划分光的频率及时地进行光栅化或扫描，并将其传送到光伏电池，使得最大化光伏电池容量的利用。在一实施方式中，横跨接收部件光栅化或扫描光的频率按大于光伏电池的响应时间的频率，使得照射实际上是恒定的。该速率包括时间融合速率。在实施方式中，根据需要，在时间融合速率的约1％至10000％的范围内，光栅化或扫描速率可以更快或更慢。在一实施方式中，诸如主动镜或透镜的可移动光学部件包括压电致动器、气动致动器，以及机械致动器。扫描镜系统的示例性组件(举例来说，诸如压电尖/倾斜镜的动态镜，和转向镜，以及诸如机动微定位台和致动器、马达控制器，以及位置传感器的辅助系统组件)在http：//www.physikinstrumente.com/en/products/prdetail.php？sortnr＝300710给出。
在一实施方式中，该可移动光学部件包括分段镜。在一实施方式中，分段镜由压电致动器、气动致动器，以及机械致动器中的至少一个驱动。在一实施方式中，该可移动光学部件包括诸如旋转多面镜的旋转镜，其横跨光接收部件光栅化或扫描光。该光栅化或扫描将光调制到光接收部件中，使得调制光具有比入射到可移动光学部件上的光更低的时间平均强度。该接收光学部件可以包括光波导和PV电池中的至少一个。该波导可以具有安装在至少一个表面上的PV电池，以接收光并将其转换成电。针对光波导的入口可以是紧密包装的，并且远端部分可以扩展到多个波导之间的中间空间中，以提供空间将PV电池安装在包括边缘和面中的至少一个的表面上。该接收元件可以包括将光聚焦到其它光学部件(如波导、光缆、镜、以及PV电池中的至少一个)上的透镜。在一实施方式中，可以利用作为时间的函数的PV输出功率来控制可移动光学部件对光的调制，该PV输出功率响应于对准到光接收部件中的光而改变，并且该扫描或光栅化速率产生输入至PV电池的光功率和对应电功率输出。
在一实施方式中，配光系统包括诸如在电池顶部的窗口和包括至少一个透镜以使入射光散焦的透镜系统。该透镜系统可以包括多个透镜。该透镜可以接合至窗口以减少光学接口的数量。散焦的光可以入射在包括至少一个PV电池的PV转换器上。散焦的光可以入射在至少一个光学部件上，如至少一个镜、透镜、光缆，以及将光引导至PV转换器的波导。另用于空间地降低光强度以与PV电池的能力兼容的另一方式是，将电池放置在距覆盖更大面积的光源更远的距离处。反距离(reciprocal distance)平方强度减小的光可以从至少一个光学部件(如至少一个镜、分束器、透镜、光缆，以及波导)直接入射或二次入射。
参照图2C、2C1、2C2、2D，以及2E，在一实施方式中，光透射通过窗口20(如电池26顶部处的窗口)，并且入射在包括多个半透射镜23(如至少一个空间上重复堆叠的一系列半透射镜)的配光和光伏转换系统26a上。该镜安装至一支撑结构。诸如矩形镜方格或面板的每个反射镜可以利用诸如端部支架22的紧固件安装至支撑结构，以避免因反射镜紧固件或支撑件而造成的任何光阻挡。在一实施方式中，半透射镜23包括本领域中已知为分束器的光学部件，除了电池光包括波长频带并且不是单色的、不是相干的，而且可以包括发散光线以外。每个镜23将入射光的一部分反射至至少一个对应光伏电池或面板15，并将剩余的光传输到该系列中的下一个镜。总的来说，该镜堆用作配光系统，以降低来自电池的光的强度，并使其以光伏电池15能够将光转换为电的强度入射该光伏电池或面板15上。该镜堆架构可以类似于百叶帘或百叶窗，其每个都包括百叶窗板条。每个第(n+1)个镜相对于第n个镜的垂直间隔使得透射光入射在第(n+1)个镜的表面上，并且从其表面反射的光不被第n个镜阻挡。每个镜相对于被称作z轴的镜间轴线的角度可以相同或不同。该角度可以使得来自第(n+1)个镜的反射光不被第n个镜的背侧阻挡。该镜角度可以使得光被反射至不是回到电池中的位置。光可以被反射至另一光学部件和PV电池中的至少一个。镜相对于称作z轴的镜轴间线的角度可以处于以下中的至少一个范围内：θ＝1°至89°、θ＝10°至75°，以及θ＝30°至50°。每个第(n+1)个镜相对于每个第n个镜的垂直间隔可以至少是每个镜的宽度乘以与z轴的角度的余弦。在一实施方式中，镜与z轴成约θ＝45°的角度，并且间隔距离为镜宽度的至少约0.71倍。每个镜的长度可以是这样的，即，用于接收从电池发射的全部或基本上全部光。在一实施方式中，每个第(n+1)个镜相对于每个第n个镜的垂直间隔可以小于每个镜的宽度乘以与z轴的角度的余弦，其中，每个镜对于在该镜面朝电池的前部上以入射方向行进的光来说是半透射的(某一反射率)，而对于在该镜远离电池的背部上以入射方向行进的光来说是透明的(基本上无反射率)。PV电池可以定位在横向于光传播方向的xy平面中，以通过接收没有被百叶窗式镜堆中的镜反射的剩余光而覆盖于该百叶窗式镜堆。图2E示出了SF-CIHT电池发电机的示意图，其示出了包括半透射镜23和光伏电池15的配光和光伏转换器系统26a的透视内部。
在一实施方式中，使光入射至诸如图2E所示的具有半透射镜的光捕获腔，该半透射镜将光反射到多个光伏电池类型中的至少一个上。该光伏电池可以包括所述腔中的光入射表面。该PV电池类型对于不同的波长区域(如可见光与近红外光)来说可以是选择性的。反射可以使得光被最佳地捕获在所述腔中，其中，它可以经历多次反射，直到其被光伏电池吸收为止，其中，一波长频带的光子被可选择用于相同光频带的光伏电池类型选择性地吸收。在一实施方式中，入射在不可选择用于对应波长以产生电子和空穴的光伏电池上的光被反射至可选择的电池。反射率可以通过每个光伏电池上的反射背衬来实现，如导电金属背衬。在一实施方式中，二向色滤光器可以在光伏电池的表面上。二向色滤光器可以选择适于匹配光伏电池的选择性的光。未选择的光可以被反射至对反射光具有选择性的另一光伏电池。光可以经历多次反射，甚至经历在给定光伏电池上具有多个入射的轨迹，直到发生选择性吸收为止。在这种光的多次回弹和入射的情况下，效率可以增加。通过二向色滤光器对光的分离还可以提高光-电转换的效率。在一实施方式中，光通过光阀并在光腔中捕获，其中，光入射在至少一个PV电池上并且可以经历至少一次回弹以入射在PV电池或多个PV电池中的其它PV电池上。被捕获的光被最少地部分地转换成电。在一实施方式中，给定波长区域灵敏度的至少一个第一光伏电池可以用作用于不同波长区域灵敏度的至少另一光伏电池的二向色滤光器。第一光伏电池可以吸收其为选择性的光，并将未选择的光反射到具有不同波长区域灵敏度的另一些光伏电池中的至少一个上。第一和至少另一光伏电池可以具有使得第一电池接收来自点燃燃料的光并将光反射到至少另一光伏电池上的取向。未选择的光可以从第一光电池反射至对反射光具有选择性的另一个光伏电池。光可以经历多次反射，甚至经历在给定光伏电池或至少另一个光伏电池上具有多个入射的轨迹，直到发生选择性光吸收和光-电转换为止。
在一实施方式中，镜的材料导致所述部分光透射率和反射率。在另一实施方式中，围绕镜的诸如气体、液体，或固体的镜介质具有因介质-镜界面处的介电常数的适当变化而造成选择性透射和反射的介电常数。在一实施方式中，镜可以具有除了平面以外的形状，如半球形、弯曲、多边形，以及波浪形(如正弦曲线形)。在一实施方式中，每个PV电池或面板的背面可以被镜面化，使得PV面板之间的柱中的光最终被反射或引导到PV电池或面板面。在另一实施方式中，PV材料可以在如图2E所示的垂直电池或面板15的两侧上，使得PV材料接收来自半透射镜的反射光，并且可以通过柱的相对PV壁，接收柱内的随机反射光、散射光，以及传播光中的至少一种。以将该光转换成电。PV材料可以夹持共用的散热器，如水冷却的热交换器。
另选地或者除了垂直方向以外，配光和光伏转换系统26a可以利用光子传播的水平轴定向，并且电池的光可以通过水平方向上的电池发射，和通过因至少一个光学部件(如镜、透镜，以及波导)而沿水平方向的光折射、反射，或二次发射中的至少一种，而至少部分地沿着该水平轴引导。
在一实施方式中，配光和光伏转换系统26a包括多个镜堆23，每个堆具有邻接的对应PV电池板15，其中，每个镜堆23将其反射光引导至对应PV面板15。PV面板15可以制造得尽可能薄以避免遮蔽该镜堆。每个PV面板15的基部可以包括至少一个光学部件，以将入射到每个PV面板基部的光反射或以其它方式引导到镜堆。例如，覆盖每个PV面板的基底的覆盖区的成角度的镜可以重定向入射在每个基底上的光，使得其最终被引导到镜堆及其对应PV面板。另选的是，基底可以利用至少一个透镜覆盖，例如柱面透镜，以将入射在基底上的光引导至光伏电池和镜中的至少一个。光也可以被引导回到电池中并进一步反射至PV转换器。沿着z轴取向的镜堆和PV面板的系统可以包括用于通过窗口20接收来自电池26的光并将其转换为电的PV转换器塔。每个镜的角度可调节并且响应于入射光而动态改变，以在对应光伏电池或面板上进行希望光分布。
镜的反射率可以沿着透射光的轴变化。该可变性可以是这样的，以优化去往电池的光分布，从而实现最高容量和效率，而不会以过大的入射功率损坏该电池。在一实施方式中，光强度作为远离光源的堆中的垂直位置的函数而减小。由此，在一实施方式中，镜的反射率可以对应地作为垂直位置的函数而增加，使得反射到对应光伏电池或面板的每个区域上的光的量可以大约恒定。垂直堆的最后一个镜可以是大约100％反射的，使得没有光从该堆损失。来自电池的光大约100％被镜堆引导成入射在光伏电池或面板上。在一实施方式中，反射率(R)和透射率(T)可以处于大约R＝0.0001％至100％和T＝0％至99.999％、R＝0.01％至95％和T＝0.01％至95％，并且其中，反射率可以增加并且透射率可以作为沿着堆的垂直位置的函数而减小，并且反射率和透射率可以在至少一个范围内。
在一实施方式中，该反射率可以动态控制。具有可变反射率的合适的有源部件是电光器件，如电致变色镜。动态反射率可以由诸如微处理器的控制器控制。该反射率可以响应于从其对应镜接收光的PV电池的功率输出来控制。该控制可以实现PV电池的最佳照射，以实现峰值效率和峰值功率输出中的至少一个，而不损坏电池。镜材料可以包括对于可见光波长具有低损耗的材料，如光纤材料。在一实施方式中，每个镜角度和每个镜的反射率和透射率是可调节的。前者可以用伺服马达或诸如本公开的那些的其它致动器改变，而后者可以通过改变镜上的、改变电致变色镜涂层的不透明度的施加电压来调节。
在一实施方式中，光谱的一部分在给定的镜处被选择性地反射和透射。接着，在一实施方式中，对应光伏电池对选择性反射的波长具有选择性响应。在第n个镜上方的堆中的至少一个其它镜可以是选择性的，以反射选择性反射光的至少一部分，并将该光引导到对选择性反射的波长具有选择性响应的对应光伏电池或面板。镜和响应匹配的对应PV电池或面板的波长选择反射率可以作为沿着该堆的位置的函数而重复，以优化沿着镜堆的波长色散，从而实现比在缺乏选择性的情况下更高的功率和效率中的至少一个。
在一实施方式中，由于反射率的选择性，因而更长的波长从堆的底部向顶部增加。在一实施方式中，底部上的对应PV电池对于较短波长是选择性的，而顶部上的PV电池对于较长波长是选择性的。在一示例性实施方式中，底层上的镜是选择性反射可见光而透射红外线，并且对应PV电池对于可见光具有高效率。顶层上的镜是选择性地反射红外线，并且对应PV电池对于红外光具有高效率。合适的可见光电池是单晶硅或GaAs，并且合适的红外电池是锗或硅锗。用于波长选择性的合适的示例性材料是二向色镜、二向色反射器，以及二向色滤光器。在一实施方式中，PV电池15可以是主动和被动冷却中的至少一种。冷却系统可以包括诸如冷却片(fin)的散热器。散热器可以由诸如铝和铜的高导热材料构成。该散热器可以分别通过气体或液体介质(如空气和水)中的至少一种来冷却。在一实施方式中，PV电池15可以利用空气冷却(如通过定向在PV电池处的空气射流)和通过水冷却(如水流过PV电池的背表面或PV面板直至热交换器(如散热器或冷却器)以排出热量)中的至少一种来冷却。散热器可以是对流、传导，以及强制对流冷却中的至少一种。另一种气体(如氦)可以代替空气作为气体冷却剂。在一实施方式中，每个PV电池利用微通道冷却器冷却，例如在电池背面上的一个，其中，冷却剂(如H2O和乙二醇中的至少一种)通过排热系统循环，例如热交换器和冷却器中的至少一个。在一实施方式中，配光系统26a的镜可以通过传导、对流、强制空气冷却，以及水冷却中的至少一种来冷却。水冷却系统可以包括沿着镜的微通道，其使光阻塞最小化。光可以通过对应光学部件在微通道的位置处反射或折射。
参照图2C1，暴露于点燃产物的窗口20和镜14可以利用气体和H2O的组合间歇地或连续地清洁，同时最小化光学不透明度，其中H2O对可见光具有强吸收频带。在一实施方式中，保持诸如气体或H2O流材料的流材料的薄层，以保护窗口20免受等离子体的破坏。点燃产物可以从收集区域(如24)冲洗并且最终与水流一起流入槽5。可以除去过量的水。槽5可以位于电池26的底部。诸如辊或齿轮电极8的旋转电极可以浸入在槽5中的固体燃料浆料中。诸如辊的可移动电极可以将燃料浆料输送至该对辊电极8之间的接触区域，以引起点燃。
在一实施方式中，红外波长与较短波长分离并且在其中通过限制H2O传输路径而最小化水衰减的区域中，从电池发射。可以在电池内部实现该分离。该分离可以通过诸如二向色镜的方式进行。红外光可以是利用本公开的系统和方法可选地向配光系统并且向光伏转换器透射、反射，以及聚焦中的至少一种。气体可以被用于在靠近窗口20的区域中取回和再循环燃料，以避免由于水的光衰减。气体可以被用于向下推动任何向上行进的点燃产物，以保持对光的透明度。
在一实施方式中，该固体燃料通过利用气体和H2O流中的至少一种将点燃产物输送至镜14(图2C)来再循环。在图2C1所示实施方式中，该发电机包括诸如氩气供应源29的气体供应源和诸如氩气分配系统30的氩气射流的气体射流，以抑制点燃产物向下并且清洁窗口20。氩气射流可以包括在窗口20处的氩气刀以清洁它。图2C2示出了气体再循环系统的另一角度。气体射流燃料取回和再循环系统除了气体分配管线和喷嘴30之外，还可以包括以下中的至少一个：气体泵入口37a、气体泵37和鼓风机，以及气泵回流管线38。气体射流以及泵和鼓风机可以定位成实现取回和再循环。在一实施方式中，气体流动模式相对于具有来自电池顶部的周边的回流的喷射等离子体沿着电池的中心向下。点燃产物可以被迫使到抛物面镜14上并且通过旋转的辊电极8的背侧冲洗到浆料槽5中，其中H2O射流21被训练到抛物面镜14上。水射流可以被定位成形成水流模式以实现H2O再循环。抛物面镜上的示例性图案在具有来自抛物面镜的周边的回流的每一个侧面上，沿着辊电极的背面从中心往下。水反射可以使横跨配光和光伏转换系统的光分布随机化。
在一实施方式中，沿着点燃等离子体膨胀方向的相反方向的气流由气体流动系统提供。关于图2C1和2C3，在一实施方式中，强制气流的方向可以处于负z方向上，其中，膨胀点燃等离子体的平均方向为正z方向。该气流系统可以包括包括多个风扇叶片的风扇。该风扇对于由等离子体发射的光的光谱的至少一部分(如可见光和近红外光谱)来说可以是透明的。该风扇可以包括多个可移动的窗板(百叶窗板)39。在一实施方式中，该窗口20可以是平的。该风扇可以包括百叶窗风扇20A。该百叶窗风扇可包括平面窗，其在板条39处于关闭位置时平行于窗口20。在一实施方式中，该板条可以是杯形或弯曲的中的至少一种，并且按彼此相对的角取向交错以更好地移动气体。在一实施方式中，该板条彼此相对地成角度取向，使得板条边缘的整体随着板条旋转而扫出行波。在另一实施方式中，该板条成对，并且相邻的板条沿相反的方向旋转。在一实施方式中，板条被安装成偏离中心纵向轴线以更好地移动气体。在一实施方式中，板条被安装成围绕一个纵向边缘旋转。每个板条39可以在每个板条的两端处连接至支架40。每个支架40可以通过枢轴或轴承42结合至支架保持器41，使得每个板条可以围绕纵向板条轴自由旋转。板条支架40可以处于每个板条39的端部处，以防止通过百叶窗风扇20A的光阻挡。该板条可以由石英或玻璃构成，如具有来自等离子体的可见光和近红外光的最小衰减的光纤玻璃或PV盖玻璃。板条39的边缘可以被镜化以反射边缘上的光。该板条旋转可以对入射光的反射进行时间平均，以形成横跨配光和光伏转换系统26a的均匀分布。该百叶窗风扇可以包括用于光学分布系统的配光系统。该板条可以通过至少一个电动机43驱动。所述多个板条的旋转可以串联或同步化。该协调旋转可以通过同步马达或具有多个驱动连接的单个马达来实现。在一实施方式中，每个板条可以包括双滑轮44、一个从动，而一个是邻接板条的驱动器。每个双板条滑轮44可以通过驱动皮带45驱动，并且该滑轮44可以利用板条皮带46驱动邻接板条。每个大滑轮可以具有惰轮以防止皮带打滑。另选的是，皮带45和46可以包括带槽口的同步皮带或链条。另选的是，本领域中已知的其它连接(如齿轮或链条)可以驱动板条旋转。可以驱动板条的旋转以引起负z轴引导的气流。在旋转周期期间，板条前缘的向下旋转直接向下推动气体，而板条后缘的对应向上旋转将气体抵着窗口20向上推动，该窗口将气体向下重定向。由此，顺时针或逆时针旋转结果是向下引导气体蒸汽(沿着负z轴)。
该辊电极可以用作针对固体燃料的向上旋转泵和针对气体和H2O中的至少一种的向下旋转泵。在一实施方式中，辊垫圈47防止浆料越过障碍到诸如百叶窗风扇20A和窗口20的光学部件上。如果某些浆料中的至少一种因诸如辊垫圈(如47)故障或点燃不良的事件而无意中越过障碍直至光学器件和点燃粉末积聚在该光学器件上，那么可以利用气体射流、气刀、水射流，以及水刀中的至少一种来清洁浆料。除了将点燃产物向下强制到抛物面镜14上之外，该板条旋转可以机械地去除未被向下引导的气体阻挡的任何粘附的点燃产物。在板条处和在顶部窗口20处生成的气体湍流还用于保持这些表面不粘附点燃产物。包括旋转板条或叶片再循环系统的该百叶窗风扇还可以包括用于板条或叶片上的产物粘附的传感器，和板条或叶片清洁器，如至少一个气刀和可以包括蒸汽射流的至少一个H2O射流。该百叶窗风扇的气流还可以用于冷却窗口20、百叶窗风扇20A，以及百叶窗风扇组件(如板条39)中的至少一个。
如图2G1和2G1a所示，该百叶窗风扇沿着从电池顶部处的窗口至抛物面镜14的方向吹送气体，并且返回气流可以通过具有处于电池下边缘处(如处于抛物面镜14的边缘)的气体收集入口64的管道53。该返回气体可以经沟槽流动至窗口20与百叶窗风扇20A之间的区域。
在图2G1b所示另一实施方式中，图2G1所示百叶窗风扇可以由穿孔的透明窗口20c代替。顶部窗口20和下部穿孔窗口20c可以形成空腔。该窗口可以是平行的。这些窗口可以是平行平面窗口。该空腔可以从气体分配管道53接收加压气体。如图2G1c所示，进入空腔的气体的压力和流动可以通过管道鼓风机53a维持。该加压气体可以流过穿孔以向下分布，以抑制点燃产物的向上流动，如在百叶窗风扇实施方式的情况下。向下传输的点火产物可以再水合以形成再循环的固体燃料，如本公开中所述的。
关于图2G1、2G1a、2G1b，以及2G1c，管道泵和管道鼓风机53a中的至少一个可以与管道53成一直线，以通过百叶窗风扇20A和穿孔窗口20c，从电池顶部增加管道53中的返回气体流率、体积，以及压力中的至少一个，和向下气体流率、体积，以及压力中的至少一个。泵和鼓风机53a中的至少一个还可以在抛物面镜14的水平处提供气体的抽吸。该气体可以通过鼓风机53a从抛物面镜14的区域起，经由管道入口64c、增压室(plenum)65，以及管道53吸入鼓风机入口64a，该鼓风机53a通过鼓风机出口64b排出气体。该气体可以通过管道53和另一增压室65流入窗口20与百叶窗风扇20A或穿孔窗口20c之间的区域。管道中的气体可以用热交换器和冷却器冷却。在其它实施方式中，抛物面镜14可以由其它结构部件和反射器代替，如用作用于收集点燃产物并将它们引导至浆料槽的那些，和也可以用作反射器以将电池的光能量引向光伏转换器的那些。抛物面镜的示例性另选例是具有反射壁的滑槽。
在一实施方式中，鼓风机装置包括诸如旋风风扇的圆周风扇，如商业上由Dyson制造的。
关于图2G1、2G1b、2G1c、以及2G1d，在另选实施例中，管道鼓风机53a通过至少一个侧壁中的至少一个管道并通过浆料下方的玻璃料(frit)49并接着进入连接至返回管道53的下层管道而在电极壳体20b中提供气体吸入。在一实施方式中，从玻璃料49收集的气体由泵18通过管线19吸入管道65中、传送至喷射泵17，并在由管线16供应的射流21处喷射。在其它实施方式中，水替换气体作为该再循环介质。至少部件16、17、18、19、21、49，以及65能够使诸如水的液体介质再循环，如本公开中给出的。
在一实施方式中，发电机包括仅粉末点燃产物回收和再循环系统，其中该点燃产物粉尘用诸如百叶窗风扇20A和穿孔窗口20c的吹风机装置向下吹。该气体流过辊的向下旋转部分中的通道52(图2G1和2G1b)。通道52连接至导管，并且气体流过导管并且在浆料48表面下方起泡，以使点燃产物粉尘与湿浆料混合。该气体可以通过可包括电极壳体20b的浆料槽5的侧面或底部49处的至少一个筛网回收。在一实施方式中，侧气体返回管道在抛物面镜14下方并且在位于抛物面镜下方的浆料槽5和浆料48的上方。该气体可以流入导管53以在电池的顶部返回，如在窗口20与百叶窗风扇20A或穿孔窗口20c之间的区域。在一另选实施方式中，该气体可以流过每个辊电极8的周边侧、通过通道52，并且被汲取到延伸以与电极壳体20b连接的管道53中。该抽吸可以由气体管道鼓风机53a提供。该鼓风机可迫使气体通过管道53在电池的顶部喷射。在另一实施方式中，该气体管道可以是图2G1的电极壳体20b的侧壁。在这个实施方式中，用于气体管线的管道可以在抛物面镜14下方并且在位于抛物面镜下方的浆料上方。
在图2G1和2G1b所示实施方式中，气体沿相反方向移动，如等离子体膨胀方向，举例来说，沿向下或负z轴方向。该气体可以通过百叶窗风扇20A或穿孔窗口20c向下流动。该气体可以沿着抛物面镜14的表面经沟道流动并且流入旋转辊8的外部部分上的通道，在那里它们沿向下方向旋转。该旋转辊可以用作旋转泵以将气体移动到抛物面镜14下方的电极壳体20b中，其中，沿着该气体流动的点燃产物可以与可包括电极壳体20b的槽5中的浆料接触。用于气体的通道出口可以在浆料表面之上或之下，使得气体和传输的点燃产物粉末与浆料接触，并且粉末变成浆料的一部分。沿着辊电极8的侧表面的垫圈47可以包含电极壳体20b区域中的浆料，除了被旋转泵送至辊接触区域并点燃之外。在另一实施方式中，粉末与电极壳体20b中的气体一起循环，其中，该气体流过浆料48并流出选择性气体可渗透隔膜49，直至用作气体返回至电池顶部的导管的管道。在一实施方式中，该气体必须进行接触浆料的表面和流过浆料中的至少一种，以便流出诸如精细筛网的选择性渗透隔膜(如精细不锈钢网筛)或玻璃料49，以进入管道。示例性筛网包括处于大约5微米至50微米范围内的不锈钢网。图2G1、2G1b，以及2G1d示出了筛网49的另选实施方式。
在图2G1、2G1a、2G1b、2G1c，以及2G1d所示的另一组合气体和H2O再循环系统实施方式中，百叶窗风扇20A或穿孔窗口20c向下推动点燃产物，并且气体通过沿抛物面镜的周边的气体收集管道64和气体分配管道53返回至窗口20与百叶窗风扇20A或穿孔窗口20c之间的区域。该气流可以通过管道鼓风机53a加强。通过向下的气流被强制到抛物面镜14上的点燃产物可以通过可包括至少一个蒸汽射流的H2O射流21而清洗到浆料槽中。在一实施方式中，镜14包括诸如石英、玻璃，或派热克斯玻璃(Pyrex)的表面，其上通过表面张力附着有H2O。水可以通过图2G1和2G1b的通道52流入浆料槽中，并且可以通过抽吸(如通过吸水泵18的抽吸)，经由与浆料48接触(如在浆料槽5的侧面或底部)的水可渗透隔膜、屏障，或过滤器49去除过量的水。该隔膜可以对水具有选择性，使得固体燃料的固体反应物仍保留在浆料槽中。隔膜、屏障，或过滤器49可以包括诸如不锈钢网的网，或诸如多孔陶瓷玻璃料的玻璃料，举例来说，如25微米不锈钢网。从含有过量水的浆料中泵送水的速率和程度中的至少一个可以通过控制隔膜、屏障，或过滤器的面积和横跨屏障的差压中的至少一个来控制。在一实施方式中，通过筛网49的H2O流的速率可以利用诸如通过搅拌器或振动器提供的搅拌来增加。在一实施方式中，从含有过量水的浆料泵送水的速率和程度中的至少一个通过控制槽5中的浆料的表面上的增加压力和有关与隔膜、屏障，或过滤器接触的浆料的真空中的至少一个来控制。压力梯度可以用传感器测量。在一实施方式中，水在其被阻塞的情况下，可以反向泵送以使隔膜、屏障，或过滤器解堵。可以通过控制器响应于流量传感器来控制解堵。差压可以通过吸水泵18实现和维持。水可以被吸入吸水口65和吸水管路19。水可以通过水喷射泵17经由由管线16供应的管线21再循环。可以包括电极壳体20b的槽5还可以包括H2O传感器50，并且浆料处的水合可以通过响应于水合读数，从储水器11添加水，而保持在如本公开中的一个范围的希望范围内。水合水平的读数和控制可以通过诸如包括计算机的控制器来实现。示例性浆料水合传感器包括声音传播速度、热导率，以及电导率传感器中的至少一个。该发电机还可以包括至少一个浆料搅拌器66，其由浆料搅拌器马达67驱动以进行以下中的至少一个：混合水和燃料从而形成并保持浆料，促进通过诸如横跨膜49的抽吸的方式从浆料中去除过量的H2O，以及将浆料推入其中旋转电极8可以将其汲取到点燃过程中的区域中。在另一实施方式中，该水通过离心作用去除。该水可以流过玻璃料并且通过泵去除。
每个搅拌器可以包括螺旋推运器。每个搅拌器可以包括多个混合器叶片，如每个搅拌器一对混合器叶片。该叶片可以沿相反方向旋转，如在商用双叶片混合器的情况下。在另一实施方式中，螺旋推运器可以通过转动单一轴的一个马达驱动，其中，相对两半上的螺旋推运器的螺距具有相反的旋向性。发电机还可以包括氢来源，如具有单独供应氢气的装置的氢气罐68和H2O电解系统中的至少一个，如选择性隔膜或本领域技术人员已知的其它系统。氢气可以通过氢气供给线70供应至电池。该发电机还可以包括氢气传感器69和用于控制氢气分压的装置，如可以包括计算机的控制器。该发电机可以包括外部氢气传感器和用于警告外部氢泄漏的报警器。在外部氢泄漏的情况下，该控制器可以禁用发电机并停止来自源的氢气流。
在图2G1d所示实施方式中，浆料槽5包括可以倾斜的侧面。该斜面可以将较大表面积的顶部周边部分连接至较小表面积的底部部分。该底部可以是诸如U形的通道形状。该通道可容纳搅拌器66。至少一个浆料槽侧壁(如矩形截头状浆料槽的两个相对的长壁)可以是V形的，并且可以是锥形的，以将矩形顶部连接到U形基部。该V形壁可以包括水可渗透隔膜49。包括V形壁的槽还可以包括外部壳体壁20d，其形成真空密封水室20e，以接收通过水可渗透隔膜49吸入的水。该吸入可以通过吸水泵18提供，其通过吸水管线19将水从室20e中抽出。该水可以根据由管线16供应的、来自水喷射泵17的压力经由喷嘴21喷射(图2G1和2G1b)。喷射的水可以将点燃粉末冲洗到浆料槽5中。在图2G1d所示实施方式中，浆料搅拌器(如螺旋推运器66)位于辊8下方，使得它们从两侧将浆料供给到中间，其中，它很好地被吸入辊中以点燃。来自抛物面镜14的冲洗可以处于远离中心的端部，其中，该浆料可以下沉至下面的螺旋推运器66以被混合并且随着自流(welling)动作被迫上升。该浆料流可以包括在浆料槽5中的混合循环。在另一实施方式中，腔室20e包含气体和水，并且该发电机系统还包括维持横跨水可渗透隔膜/玻璃料49的抽吸的真空泵。该泵入口可以处于室20e中的水位之上并且穿透电极壳体20b。泵入口管线可以从室20e接收气体，并且泵输出管线可以将气体排出至电池的、在浆料槽5和电极壳体20b中的至少一个外部的另一区域。在一实施方式中，该气体可以被排放至管道53。在一实施方式中，控制气泵压力和水泵压力，使得实现通过水可渗透隔膜/玻璃料49的希望水吸入、通过水泵18和17的水吸入，以及通过气体泵的气体泵送。在一实施方式中，控制相对泵压力以避免水被泵送到气泵中。
能量库存的针对非光组件的功率和能量损失(如压力-体积工作、加热H2O类固体燃料反应物和诸如金属粉末基质的产物，以及加热和汽化水)可以通过以下中的至少一个来缩减：改变辊电极的曲率半径，通过这种改变辊的旋转速度方式来改变燃料的动能，降低爆炸产物的密度，以及通过诸如经由半透隔膜的抽吸和通过辊对燃料施加压力的方式来改变H2O含量。
在一实施方式中，诸如镜14的发电机组件和至少一个附接部件(如通向管道53和水射流21的入口)通过本领域已知的至少一种方法(如3-D打印、铸造，以及碾磨)制造。
在一另选实施方式中，可以通过诸如抽吸的气流去除诸如脱水固体燃料的粉末的粉末点燃产物。该粉末可以收集在过滤器上。收集的材料可以被去除并且再水化和再循环为H2O类固体燃料。该去除可以是通过H2O冲洗。该去除可以是气动地去除，其中，该粉末可以在浆料槽5中可控地水合。该冲洗或粉末可以借助于本公开输送至浆料。在浆料冲洗被输送至浆料槽之前或之后，可以通过本公开去除过量的水。在一示例性实施方式中，该点燃产物粉末利用真空吸尘器收集，该真空吸尘器过滤器利用H2O周期性地或连续地冲洗，所得浆料流入H2O分离容器(如槽5)，并且通过诸如至少一个气体射流除去过量的水，所述气体射流吹去额外的H2O并通过选择性H2O渗透隔膜抽吸。另选的是，真空吸吮或抽吸的点燃产物粉末可以直接输送至浆料槽，或者首先作为粉末输送至水合储存器。该粉末可以在浆料槽5中或在储存器中再水化并且输送至浆料槽5。该系统可以是基本上密封的，使得其在诸如运输应用(例如航空)的应用中不会受到重力或离心力的明显影响。可以通过本公开(如气动或机械装置)将粉末或浆料输送至槽。另选的是，包含点燃粉末的气体可以流入封闭的储存器中，该储存器收集粉末并且可选地使其再水合，接着通过本公开将粉末或浆料输送至浆料槽5。
在一实施方式中，旋转电极8以足够的旋转速度操作，以将固体燃料从诸如浆料槽5的储存器输送至一对电极(例如辊)的接触区域，以引起点燃。在具有3英寸直径铜辊电极的示例性实施方式中，使下部浸没在Ti(50摩尔％)+H2O(50摩尔％)或Ti+MgCl2(50摩尔％)+H2O(50摩尔％)浆料中的、以高旋转速度运行的辊将燃料从位置θ＝180°，φ＝0°输送至位置θ＝90°，φ＝180°，并且在辊接触区域处的压缩导致点燃。光主要垂直(z轴的方向)行进。这可以是期望的，因为等离子体可能不能够由于浆料的压力而向下膨胀，并且由辊施加的燃料的垂直指向动能导致垂直等离子体膨胀。在一实施方式中，镜系统14围绕诸如辊电极8的电极并且垂直地引导光。该镜系统可以包括抛物面镜14。该电极8可以处于诸如在焦点处或附近的位置，使得光被最佳地向上指向电池的顶部。电池的顶壁可以包括窗口20，该窗口将光透射至配光和光伏转换器系统26a，如包括堆叠的一系列半透射镜23和光伏面板15的系统(图2C和2C1)。
利用Edgertronics相机执行对包含Ti+MgCl2+H2O的H2O类燃料的点燃的高速视频记录。因分数氢反应而造成的一些观察到的现象是：(i)H2O类燃料在初级点火之后显示分形型微爆流(microburst)，即观察到一连串的后续点燃；(ii)分形型微爆流叠加在快速燃料喷射和点燃上以生成非线性倍增功率输出；(iii)在H2O类固体燃料点燃时的微雾化产生等离子体闪耀型现象，以及(iv)在经历点燃的Al DSC锅中的燃料团粒(如Ti+H2O)显示冲击波混响。在一实施方式中，通过施加外部电场、电流，和外部磁场中的至少一个，在速率和程度中的至少一个方面增强了微爆流的雪崩。外部电场和电流可以通过与点燃输出接触的电极提供，如通过点燃H2O类固体燃料而形成的等离子体和可以通过该发电机供电的外部电源。该电场和电流可以分别处于本公开的范围内，如0.01V/m至100kV/m和1A至100kA。所施加的电场和电流的频率可以处于本公开的等离子体激发的范围内，如在0Hz至100GHz的范围内。在示例性实施例中，AC、RF，以及微波发可以通过本公开的发电机来提供。该磁场可以通过诸如本公开的电磁体和永磁体中的至少一个来提供。该电磁体可以包括亥姆霍兹线圈。该磁场可以处于0.001T到10T的范围内。该磁场可以是恒定的或在时间上交变的。所施加的交变磁场的频率可以处于以下中的至少一个范围内：大约0.001Hz至10GHz、0.1Hz至100MHz、1Hz至1MHz、1Hz至100kHz，以及1Hz至1kHz。在一实施方式中，该交变磁场可以通过旋转永磁体或电磁体来实现。该旋转可以利用以机械方式旋转磁体的马达来实现。在另一实施方式中，该磁场以电子方式旋转。如本领域技术人员已知的，该电子旋转可以通过按空间和时间控制电流的改变来实现。在一实施方式中，该磁场约束等离子体以增加分数氢反应物的浓度，并由此增加分数氢反应的速率。
在一实施方式中，光可以经由至少一个光学部件输出，该至少一个光学部件通过诸如散焦或漫射光的方式来降低光强度。强度降低的光可以入射到配光和光伏转换器系统26a上，其可以具有比窗口20更大的覆盖区或者覆盖比窗口20更大的横截面积。在一示例性实施方式中，该窗口20包括使入射在具有较大横截面积的配光和光伏转换器系统26a上的光散焦的透镜。该窗口20可以包括凹透镜。该透镜可以包括菲涅耳透镜。该配光和光伏转换器系统26a可以包括附加的入口光学部件，如至少一个镜、透镜、光缆，以及光波导，以将诸如漫射或散焦光的、降低强度的光引导到配光和光伏转换器系统26a的多个柱中。在另一实施方式中，该光可以通过至少一个光学部件输出，该至少一个光学部件通过诸如聚焦或聚集光的方式增加光强度。强度增加的光可以入射到配光和光伏转换器系统26a上，其可以具有比窗口20更小的覆盖区或者覆盖比窗口20更小的横截面积。在一示例性实施方式中，该窗口20包括使入射在具有较小横截面积的配光和光伏转换器系统26a上的光聚焦的透镜。该窗口20可以包括凸透镜。该透镜可以包括菲涅耳透镜。该配光和光伏转换器系统26a可以包括附加的入口光学部件，如至少一个镜、透镜、光缆，以及光波导，以将诸如聚集或聚焦光的、增加强度的光引导到配光和光伏转换器系统26a的多个柱中。在这种情况下，包括用作光源的点燃和再生系统的标准尺寸电池26可以是能够输出诸如在10kW至50MW范围内的光功率范围的模块，并且配光和光伏转换器系统26a大小可以调整成将该光功率转换成电功率，其中，窗口20与配光和光伏转换器系统26a的横截面可以不同。表8中给出了针对10MW电功率的一些示例性操作参数。一些独立参数在没有用于计算的协议的情况下给出。表8给出了用于计算其它独立参数的方法。这些参数是用于10MW电功率的示例性参数。这些参数可以针对其它功率按比例缩放。
表8、具有旋转点燃-再生的10MW SF-CIHT发电机以及配光和光伏转换器系统的操作规范。
该镜可以动态移动。该主动镜可以按在接收光伏电池当中划分光的频率及时地进行光栅化或扫描，使得最大化光伏电池容量的利用。该光划分也可以通过镜堆中的镜的半透射性质来实现。在一实施方式中，横跨接收部件光栅化或扫描光的频率按大于光伏电池的响应时间的频率，使得照射实际上是恒定的。该速率包括时间融合速率。在实施方式中，根据需要，在时间融合速率的约1％至10000％的范围内，光栅化或扫描速率可以更快或更慢。在一实施方式中，该可移动镜或主动镜包括压电致动器、气动致动器，以及机械致动器。扫描镜系统的示例性组件(举例来说，诸如压电尖/倾斜镜的动态镜，和转向镜，以及诸如机动微定位台和致动器、马达控制器，以及位置传感器的辅助系统组件)在http：//www.physikinstrumente.com/en/products/prdetail.php？sortnr＝300710给出。在一实施方式中，每一个镜包括分段镜。在一实施方式中，分段镜由压电致动器、气动致动器，以及机械致动器中的至少一个驱动。在一实施方式中，该可移动镜包括诸如旋转多面镜的旋转镜，其光栅化或扫描横跨接收PV电池的光。在一实施方式中，可以利用作为时间的函数的PV输出功率来控制可移动镜对光的调制，该PV输出功率响应于光光栅化速率并且对准到接收PV电池中而改变。
来自PV转换器的功率可以被传送至诸如锂离子电池系统(图2C1的27或34)的电池系统。PV转换的电可以对电池充电。该电池可为点燃系统供电，并可通过输出功率控制器/调节器进一步调节。该电池和输出功率控制器/调节器可以包括与本领域技术人员已知的用于太阳能发电场功率调节的系统相似的系统。
在一实施方式中，该点燃系统包括有关来自PV转换器的功率的调节器。调节的功率可以至少部分地为点燃系统供电。经调节的PV功率可以包括AC、DC，及其变型。PV功率可以对诸如图2C1的27之类的电容器和电池中的至少一个的存储部件充电。该存储部件可以连接至点燃系统的电路元件，如电源、母线，以及电极。该电路部件可以自触发。该触发可以在该存储部件充电至一阈值电平时实现。另选的是，该存储部件可以利用开关触发，如可控硅整流器(SCR)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)，以及气体管的组中的一个或更多个构件中的至少一个或多个。在一实施方式中，诸如直流电流的高电流源包括单极发电机。在一实施方式中，该点燃功率连续施加。实现点燃的电流在启动时与稳定操作相比可以显著更高。在一实施方式中，高起动或启动电流可以由启动电路提供，该启动电路可以包括电力存储部件(如包括至少一个电容器和电池的电力存储部件)和电源中的至少一个。在一实施方式中，该启动可以利用标准稳态工作电流来实现，其中，等离子体在施加的电流下随时间建立至稳态水平。用于连续操作的、小于用于间歇点燃的电流的合适电流(举例来说，利用诸如本公开的机械或电子开关的开关所施加的电流)可以处于间歇施加的点燃电流的0.1％至90％、1％至80％、5％至75％，以及10％至50％中的至少一个范围内。示例性的连续施加的点燃电流处于大约100A至10000A、500A和7500A、1000A和5000A、1500A和2000A的至少一个范围内。点燃功率与燃料输送速率的匹配可以利用控制器来实现，以在给定的希望输出功率下最优化功率增益。该控制器可以将点燃能量与来自对应点燃燃料的光能量相匹配，以实现因形成分数氢造成的最佳功率增益。该控制器可以控制燃料流率、点燃电流，以及点燃电压中的至少一个。该燃料流率可以通过控制辊旋转速度和施加至辊或其它类型的可移动电极的燃料的厚度来控制。该控制器可以从可以确定电极之间存不存在燃料的传感器接收输入。该传感器可以是光学的。该传感器可以感测燃料相对于电极的反射、散射，以及吸收中的至少一个。该传感器可以包括诸如高速摄像机的成像装置。
在一实施方式中，该点燃系统包括开关，用于在一旦实现点燃时就启动电流和中断电流中的至少一个。电流的流动可以由完成电极之间的间隙的团粒启动。用于启动电流的开关可以是机械和电子中的至少一种。该电子开关可以包括IGBT、SCR，以及MOSFET开关中的至少一个。该电流可以在点燃之后中断，以便相对于输入点燃能量最优化输出分数氢产生的能量。该点燃系统可以包括一开关，以在其中产生称作等离子体点燃阶段的等离子体的阶段期间，允许可控量的能量流入燃料以引起爆震并关闭该功率。在一实施方式中，该电流通过耗尽对点燃供电的可用功率、能量、电流，或电荷(如电容器、电容器组，或电池上的电荷)，或者变压器中的电流中的至少一个来终止。在一实施方式中，终止或中断去往等离子体的电流通过从辊电极之间机械地移除导电燃料来实现。可以控制导电燃料通过电极间接触区域的输送速率来控制电接触持续时间。去除导电燃料的定时可以通过控制电极的旋转速度来实现。可以增加轮速度以更快地失去接触，从而在点燃之后的等离子体阶段期间导致针对当前终止或中断的更短持续时间。点燃之后终止电流可以最优化输入能量。在点燃的等离子体阶段期间终止电流流动可以通过诸如电流、电压、电导率、功率、光，以及压力传感器中的至少一个的传感器和诸如计算机的控制器来控制。
在另一实施方式中，该开关可以包括机械开关。电极之间的接触可以通过以足够的距离物理分离它们而周期性地中断，使得低电压无法保持它们之间的电接触。在伴随电极分离的情况下具有电流流动的实施方式中，该分离足以使电流不包括来自充电系统的显著寄生损耗(drain)，如调节的功率或来自PV转换器的直接功率。在一实施方式中，用于间歇地和可选为周期性地分离电极的机械系统可以包括旋转机构和线性机构中的至少一个。该旋转机构可以包括凸轮，该凸轮使辊电极来回摆动以实现随着时间分离的改变。该凸轮可以由伺服马达驱动。该电极的机械分离可以利用诸如本公开的那些的致动器来实现，如螺线管、压电、气动、伺服马达驱动、用旋转驱动连接驱动的凸轮，以及螺杆马达驱动的致动器。在一实施方式中，该间歇分离可以通过来自点燃事件的压力来实现，该点燃事件推动电极分开，其中，通过诸如弹簧的恢复机构恢复接触。该分离可以处于以下的至少一个范围内：大约0.001cm至3cm、0.01cm至1cm，以及0.05cm至0.5cm。该点燃可以利用以下至少一种机制来自触发：将电压充电至足够高的电平，和分离间隙因电极移动得更靠近在一起而足够小。在一实施方式中，该电极通过至少最小的间隙分开，以防止在没有燃料的情况下点燃。将高导电性燃料输送到间隙间区域中导致电极之间的充分电接触，以允许大电流流动，从而引起点燃。在一实施方式中，其中，该间隙间区域中的燃料被点燃并且因点燃而损耗，电流因存在间隙而没有燃料电连接而基本上停止。
在一实施方式中，机械张力和定位系统保持该对电极相对于彼此的张力和位置，使得电流可以保持在大约恒定电流或最佳地保持为恒定。在另一实施方式中，该机械张力和定位系统保持该对电极相对于彼此的张力和位置，使得电流是脉动的。该机械系统可以包括以下中的至少一个：螺杆、气动的，液压的、压电的以及本领域中已知的能够致动的其它机械系统，如至少一个电极相对于另一个的线性致动，以引起电极之间的分离和张力中的至少一个的改变。该定位和张力可以通过控制器控制，如具有传感器和计算机的控制器。该传感器可以检测与最佳电流条件下的变化相对应的信号。该信号可以是来自至少部分中断的点燃电流、因张力变化而造成诸如伺服马达的马达的扭矩改变，以及光发射的变化的无功电流或反射电流。该定位可以是动态的，响应于点燃之后的光发射持续时间的时间标度。另选的是，该定位可以基本上是刚性的，发生于较长的时间标度上。该系统可以具有更多或更少的挠曲以响应于由燃料的爆震产生的动态压力而提供希望电流。该设定位置可以周期性地调节。该调节可以通过机械张力和定位系统进行。示例性机械系统是连接至具有安装的一个辊和驱动马达的可移动台的螺杆。该螺纹杆可以具有拧紧或松开的螺母，使得工作台朝向或远离可以固定在适当位置的相对电极移动。在一另选示例性实施方式中，该电极(如安装在可移动工作台上的具有其驱动马达的电极)通过压电致动器移动。该致动器可以通过电源驱动。该电源可以通过控制器控制。在除了基于最优化操作条件的调节之外，该电极保持在相对固定位置的情况下，该电极通过碾磨来保持。该碾磨可以利用固定磨料刀片来实现，该固定磨料刀片随着辊电极的旋转而碾磨表面。叶片的高度是可调节的。
在一实施方式中，该辊电极可以环绕诸如滑动轴承的轴承旋转。该滑动轴承的直径和对应周长可足以防止过度加热和卡住。该表面可以电镀或涂覆有导体，如改进耐久性的Ag、Cu、Ti、TiO，或Cr。该轴承面可以包括不同的材料以改进耐久性，如在一个上的Cu和在另一个上的镀银铜。在一实施方式中，该滑动轴承是弹簧加载的。可膨胀内电极环可以通过弹簧压靠外电极环以进行电接触，其中，所述一个环相对于另一个环旋转。该滑动轴承可以被冷却。该轴承可以是水冷却的。该滑动轴承可以包括滑环。通过滑动轴承连接和通电的旋转轴可以由除了诸如辊轴承的滑动轴承之外的其它轴承支撑。本领域技术人员已知的另选轴承(如球轴承和具有增加对球轴承(如具有圆柱形部件的球轴承)的球的电流接触的部件的轴承)也在本发明的范围内。在一实施方式中，如图2C1所示的母线(如9)可以在与辊8连接相对的端部处的框架安装件处枢转。去往母线的可移动或柔性连接器可以从电源提供点燃功率的低电压高电流。除了去往电源的连接器之外，该母线还可以是电隔离的。示例性连接器是编织导线。考虑该对辊电极的每个构件。该辊可以通过马达驱动，该马达可以安装至框架或安装成使得其与母线9或10的枢轴一起枢转。该辊可以通过诸如皮带、链条，或齿轮的驱动连接器驱动。另选的是，该辊可以由与辊电极接触的第二辊驱动，其中，该第二辊可以通过诸如电动机的马达来驱动。在另一实施方式中，该辊可以通过磁性驱动器驱动。该磁性驱动器可以包括安装在辊上的永磁体或电磁体(辊磁体)中的至少一个，其中独立的相对永磁体或电磁体安装在驱动机构(驱动磁体)上，并且在辊磁体与驱动磁体之间具有间隙。该驱动磁体可以通过诸如电动机的马达旋转。该旋转驱动磁体可以与辊磁体机械耦合以使它们转动并且伴随地转动辊电极。该辊和驱动磁体可以包括具有执行为转子的一组磁体和执行为定子的另一组磁体的电动机。该马达可以包括电刷或者可以是无刷的，如电子换向马达。在另一实施方式中，该马达可以安装至框架，并且该马达可以经由机械联接器通过轴7直接驱动辊8，该机械联接器可以具有电隔离器和挠曲件中的至少一个或者能够弯曲以适应辊的移动。该挠曲可以适应辊从接触点起的大约1mm到1cm的最大位移范围。在其它实施方式中，轴7、辊8以及母线9或10可以安装在导轨上的可移动台上，以允许电极在接触和位移方面的往复运动。在一实施方式中，该母线是超导的。该超导母线可以比常规导电母线更紧凑。
在图2G1d1所示实施方式中，在电池安装端处的电隔离的枢轴连接(如轴承或挠曲部)处枢转的至少一个母线9处于电极壳体20b的外部。该杆可以通过连接的柔性导体(如导线75)电连接至电源2。辊8可以刚性地连接至穿过电极壳体20b的外壁20d的轴7。允许轴7贯穿壁20d的摆动运动的槽利用驱动轴垫圈59密封。该轴7连接至一轴承，如滑动轴承73a和本公开的安装在枢转母线9的、与枢转安装端相对的端部上的其它轴承。该轴7还可以包括处于轴7的、穿过轴承的一部分上的安装突起上的间接驱动机构。该间接驱动机构可以包括由轴74转动的滑轮71和分离安装至框架的马达12或13。连接至由驱动轴承73保持的驱动轴74的辊驱动带轮71a可以由通过驱动带轮71驱动的轴驱动皮带72来驱动。另选驱动机构包括转子-定子机构，其中，辊磁体可以被紧固至轴7的端部处的圆形对称安装结构，例如安装盘。母线9可以是利用弹簧57进行弹簧加载，该弹簧57连接至安装件57a，该安装件57a向该母线施加压力以在辊电极8上施加张力。电极壳体20b的外部壳体壁20d可以包括金属，以屏蔽转子-定子驱动器免受由点燃电流产生的磁场。枢转凸轮母线实施方式的优点是，允许将母线电隔离定位在远离更靠近辊电极8的更热区域的底部枢转点处。
能够枢转的母线允许辊电极之间的张力和间隙如本公开中给出的那样是可变的。用于在固体燃料点燃之后的分离力的恢复机构可以是本公开内容之一。示例性恢复机构是弹簧、气动、液压，以及压电致动。包括在具有分离安装的马达并且通过恢复机构恢复的母线上枢转的辊的实施方式可以具有比其中辊驱动马达和辊安装在可移动工作台上的实施方式更快的恢复响应时间。该响应因质量减小而可以更快。该响应时间还可以通过利用具有更高有效弹簧常数的恢复机构来减小。可以将该响应时间调节成希望的响应时间。该调节可以是产生希望功率和能量增益中的至少一个。该调节可以通过控制器和计算机执行，如包括至少一个传感器的控制器，举例来说，如张力传感器、位置传感器以及张力传感器中的至少一个。
在另一实施方式中，周期性接触可以通过旋转电极中的至少一个上的不均匀表面来实现，如包括凸角或刻面的旋转电极，其包括凸起和凹陷或圆齿状区域。当相对电极上的凸起区域旋转接近时可以实现接触，而当凹陷区域并置时接触失去。另选的是，当凸角状电极的凸起区域随着旋转与圆形表面对辊电极接触时可以实现接触，反之亦然。交替电接触导致电流脉冲化。具有不均匀的表面周长以提供间歇接触的合适的电极设计在先前于2014年4月1日提交的、题名为“Photovoltaic Power Conversion Systems and MethodsConcer Same”的PCT/US14/32584中的040114和2014年1月10日提交的、题名为“Powergeneration systems and methods regarding same”的PCT No.PCT/IB2014/058177中给出，其全部内容通过引用而并入于此。另选的是，至少一个辊的辊电极周边可以是具有居间的相对非导电或绝缘部分、区域，或区段的均匀水平。该绝缘辊部分可以包括表面并且可以可选地包括下层的主体部分、区域，或区段。导电材料的辊部分可以包括诸如铜的金属，并且非导电或绝缘材料的辊部分可以包括陶瓷、氧化金属，或阳极化金属。交替的非导电材料可以包括处于辊的表面上的层或者可以包括辊表面和主体的一部分。在两个辊的表面具有混合非导电部分和导电部分的情况下，电极对的类似区域的接触可以同步化，以使导电性和对应电流被脉冲化。另选的是，当导电部分接触恒定导电辊时进行接触。该交替导电性导致电流中的脉冲化。
在一实施方式中，具有通过并置每对旋转电极的、导致接触的那些区域而实现的周期性接触的旋转电极包括多对这种电极。沿着每对旋转电极中的至少一个构件的周边的不均匀表面高度包括凸角或刻面，其包括在凸角之间具有凹陷或圆齿状区域的凸起区域。每对可以包括独立的电源以引起点燃。每个电源可以从PV转换器接收功率和能量。多个电极对(如辊电极对)可以被定时成，以定相循环方式经历点燃，以实现大约恒定的点燃和光持续时间或希望的其它参数。对于n对，其中至少一个构件具有与根据循环中的相对相位几何地布置的非凸角化面积相对的m％凸角面积，可以以希望占空比(如10％)来实现希望点燃率，如连续点燃。这里，占空比可以是固定的，但是可以通过改变具有凸角的辊上的辊凸角数来改变。点燃定时也可以改变，或者还可以通过控制点燃电路而电子地改变。多个n个电极对的每个构件电极的旋转速度需要以仅为具有均匀表面的一对电极的旋转速度的1/n的速度旋转。例如，十对需要仅以200RPM旋转，以实现与具有2000RPM旋转速度的单对均匀电极相同的占空比和点燃速率。每个表面积的热量在两种情况下同样等效。在具有多个周期性导电的辊电极对的实施方式中，对的数量为单对的约1/占空比，其中，每个辊沿着周边连续地导电并且在相同RPM下操作。在具有1/占空比的辊对数的周期性导电辊对的实施方式中，点燃电路的数量约为1/占空比，并且每个可以具有如下的电容器，即，该电容器充电大约为单对的点燃电路的电容器充电的快速程度的1/占空比，其，其中，每个辊沿着周边连续地导电并且在相同RPM下操作。
该点燃系统还可以包括用于将来自多个电极对的光均匀地引导跨过配光和光电转换系统的装置。该引导系统可以包括本公开的光学部件，举例来说，诸如主动镜或透镜的主动光学部件。该引导系统还可以包括机械系统，如用于移动点燃系统以实现环绕电池居中来自所述多个电极中的每对电极的点燃的装置。
在所述多个电极对的实施方式中，电连接被提供给隔离的每对，其中，用于每个辊的驱动器由独立驱动马达、具有通过至少一个公共马达刚性地接合并且驱动的多个辊的轴，以及诸如齿轮、皮带，或通过马达驱动的链条的驱动连接中的至少一个来提供，其中该驱动连接可以驱动至少一个辊。在一实施方式中，作为用于驱动多个辊的机构的一部分的驱动连接包括辊之间的电隔离。该电隔离可以通过驱动机构的非导电部件提供。多个(n个)辊电极对可以包括n个电极-点燃系统，如图2C1所示的一对。在一实施方式中，一辊对中的一个构件连接至一个轴，而另一个构件接合至用于多对(如n对)的另一个轴。每个轴可以通过电动机驱动。电极之间的每个轴中的非导电部分可以使辊彼此电隔离。电极可以独立地通电。每个可以具有独立的连接，其可以包括滑环或导电轴承(如滑动轴承)，以允许轴和接合的辊在提供电流的同时旋转。在一实施方式中，该电连接可以包括诸如图2C1的9或10的母线，其可以包括滑环或诸如滑动轴承的导电轴承。
该点燃系统可以通过进行在至少一个电极(举例来说，诸如辊电极的旋转电极)上施加力和改变电极之间的间隔中的至少一个来控制。压力施加和分离变化中的至少一个可以通过机械、气动、液压、压电致动中的至少一种来实现。电极之间的分隔距离可以处于以下的至少一个范围内：大约0至50mm、0至10mm、0至2mm，以及0至1mm。一个电极针对该对电极中的另一电极的压力可以处于以下的至少一个范围内：大约0.1N至100000N、1N至10000N、10N至1000N，以及20N至200N。响应于施加的电压而膨胀和收缩的压电致动器可以实现分离间隙和压力中的至少一个。在一实施方式中，该压电致动器可以向紧固电极的母线施加压力，以使其可逆地弯曲，由此施加压力。另选的是，该电极可以具有另一恢复机构(如弹簧)，以在点燃周期的、释放压力的阶段，迫使所述至少一个辊电极远离该对电极中的另一个部件。在一实施方式中，该压电致动器可以进行施加压力和闭合电极之间的间隔中的至少一个，造成高电流流动以引起点燃，其中，至少一个其它压电致动器经历收缩紧固电极的母线的往复动作，以使其可逆地弯曲，由此施加压力。在一实施方式中，该压电致动器可以移动其上安装有至少一个电极和对应电极驱动马达的工作台。该压电致动器可以安装在诸如发电机框架上的特定位置处，以建立初始间隙和初始压力中的至少一个。该位置可以通过诸如机械、气动、螺线管，以及液压位置调节器之一的位置调节器来调节。合适的机械位置调节器包括千分尺。该压电致动器可以包括可以按串联和并联中的至少一种起作用的多个单元。在一实施方式中，该压电致动器可以按串联和并联中的至少一种方式布置。可以使用并联布置来实现更强的力。可以使用串联布置来实现更大的位移。该压电致动器可以包括机械系统(如杠杆臂)，以增加其运动范围。该杠杆臂可以接合至电极系统的、希望被移动或加压的部分。
至少一个压电致动器来回移动至少一个辊电极，以打开和闭合所述一对辊电极之间的对应间隙，从而打开和闭合点燃电路。该辊电极可以安装在连接至滑动导轨的轴承上的工作台上。该辊电极可以通过也可以安装在滑动台上的电动机直接驱动。
在一实施方式中，该压电致动器点燃系统包括至少两个压电致动器，其被设置成造成往复动作，以进行施加和释放压力以及闭合和打开电极之间的间隔中的至少一个，从而导致或终止引起点燃的高电流流动。在一实施方式中，一个压电致动器经历膨胀和收缩的往复动作，而另一个压缩致动器经历收缩和膨胀的相反往复动作。所述至少两个致动器以相反的运动操作，以通过进行施加和释放压力以及闭合和打开分离间隙中的至少一个而在电极处引起间歇点燃。由此，相对的压电致动器可以提供恢复动作。频率、力、位移，以及占空比可以是本公开的那些，其中相对的致动器经历180°相移的运动。在一示例性实施方式中，该间隙可以是大约50μm，该频率可以是1000至2000Hz，所述一个致动器可以膨胀以引起对电极对施加压力并闭合达大约50μs至100μs，而另一个致动器收缩以去除恢复力达50μs至100μs。接着，一个致动器收缩，而另一个致动器膨胀以释放压力并打开间隙达约500μs至1000μs。压电致动器的动作可以利用控制电源的可编程控制器来控制，其中，该压电致动器的力和行进距离可以根据所施加电压的强度来控制。该频率和占空比可以由控制器通过控制施加至压电致动器的电压波形来控制。在一实施方式中，施加压力和提供恢复力的功能由同一压电致动器在点燃和非点燃周期期间，按膨胀和收缩模式来提供。该点燃可以通过进行以下中的至少一个来实现：将机械动作直接或间接地施加至至少一个电极，和将机械动作直接或间接地施加至具有至少一个安装电极的工作台。在一实施方式中，示例性压电体包括石英、钛酸钡，以及锆钛酸铅中的至少一种。在一实施方式中，压电晶体的高响应速率和快速畸变允许这些步骤在非常高的频率(如高于5MHz)下进行。这给出了大约每秒钟800mm或接近2.9km/h的示例性最大线速度；然而，其它希望速度可以更高或更低，如在大约10mm/s至10000mm/s和100mm/s至1000mm/s中的至少一个范围内。在一实施方式中，该压电致动器利用电压激活以实现足以引起点燃的电极之间的接触。包括高电流流过燃料的时间的点燃或激活时间可以与对应非点燃或去激活时间不同。包括点燃与非点燃时间的比率的占空比可以处于大约0.01％至99％、0.1％至50％，以及1％至20％中的至少一个范围内。压电致动器可以在点燃阶段期间被激活以应用压力或缩减电极分离中的至少一个。该激活可以通过施加电压来实现。该电压可以通过函数发生器、电源，以及诸如计算机的控制器来施加。例如，可以施加方波激活电压达50μs，并且可以不施加电压或者施加具有相反极性电压的方波达500μs。该激活频率和去激活频率中的所述至少一个可以处于大约1Hz至1MHz、10Hz至100kHz，以及100Hz至10kHz中的至少一个范围内。激活持续时间和去激活持续时间中的至少一个可以处于大约1μs至100s、10μs至10s以及25μs至1s中的至少一个范围内。
图2G1e示出了压电致动器系统的示意图。在一实施方式中，用于进行接通和断开点燃以及控制电极之间的分离和张力中的至少一个的压电系统包括相对的压电致动器54和55，以相对于彼此移动电极。该压电致动器可以安装在压电致动器安装座56上。支撑在辊轴7上的马达12和13以及电极8和用于辊轴4的轴承支撑件可以单个地安装一个可移动台62，其通过压电致动器54和55相对于彼此移动。恢复力可以通过由拉伸弹簧安装件57a支撑的拉伸弹簧57来提供。台62的移动可以由底座支撑件61中的滑轨60引导。该马达可以通过马达安装件63安装在台62上。电极辊轴7的移动可以通过包含浆料槽5的电极壳体20b的壁中的柔性垫圈59来适应。该电极壳体可以通过电极壳体支架58安装至基部支撑件61。
固体燃料的点燃可以通过流动高电流来实现。该点燃可以间歇地启动和终止。辊之间的电流流动时间可以不同于没有电流流动的时间。针对施加电流的占空比可以处于大约0.01％至99％、0.1％至50％以及1％至20％中的至少一个范围内。该中断可以通过进行降低电极施加至燃料的压力和打开电极之间的间隙中的至少一个来实现。在一实施方式中，诸如辊或齿轮电极的至少一个电极随着来自电动机的间接驱动而旋转，如皮带和滑轮、齿轮和链条，以及齿轮驱动中的至少一个。该辊电极可以安装在杠杆上，该杠杆可以包括处于具有通过轴承紧固的辊的端部与另一端之间的枢轴。另一端可以被驱动。该运动可以是周期性地，以进行打开和闭合电极之间的间隙中的至少一个并且对燃料施加压力。另一端的驱动运动可以通过机械、气动以及压电致动中的至少一个来引起。从动端的往复机械运动可以通过连接至凸轮或曲轴的连杆来实现。该凸轮可以被整形成实现希望占空比。该凸轮可以多凸角化。该往复运动也可以通过诸如具有扬声器设计的螺线管系统来实现。扬声器型致动器的螺线管线圈和磁体可以通过诸如定向和磁屏蔽的手段来保护而免受高点燃电流的高场。伺服马达也可以是磁屏蔽的。该屏蔽可以用mu-锰金属实现。响应于所施加电压而膨胀和收缩的压电马达或致动器可以实现控制间歇点燃的运动。可以控制来自函数发生器和电源的施加电压以实现希望占空比。
在一实施方式中，电极恒定地接合在导电位置。诸如辊电极的电极可以装载有弹簧或其它装置，以在它们之间施加压力来保持电接触。在一实施方式中，辊电极8(图2C、2G1，以及2G1b)由单一马达驱动。电机驱动辊可以在它们进行接触时驱动该对辊电极中的另一个辊。一个辊在另一个上的张力可以通过将辊推动在一起以进行接触的至少一个弹簧来提供。每个辊可以通过至少一个刮刀修整，如施加至辊表面的固定刮刀，其随着辊转动来移除外来材料。电机安装座和母线连接可以是刚性的或接近刚性的。点燃电流可以通过可以从PV转换器获得功率的电源恒定地维持。另选的是，点燃电流可以以小于100％的占空比间歇地施加。引起点燃电流的开关可以包括机械开关。在一实施方式中，机械开关是母线的一部分，其中，移动母线电路触头以打开和闭合电路，而不是包括通过移动电极和可选为移动驱动电动机和安装台来进行接触的开关元件。在这种情况下，质量、行程距离，以及施加的力可以极大地减小，使得可以实现分别为大约2000Hz和10％的可编程开关和占空比。
该机械开关可以包括接合和脱离母线电路的一部分的接触的运动。该部分可以包括导线，如具有可以通过致动器进行接触的端部连接器的编织线。在一实施方式中，通过诸如压电致动器的致动器移动导体的一小部分以打开和闭合点燃电路。可以使母线电路的部分之间的接触面积非常大并且非常平坦，使得分离可以非常小以断开接触，如在大约10nm至200μm、100nm至100μm，以及1μm至50μm中的至少一个分离范围内。该接触可以处于两个大平板之间。连接至开关的相对两侧的母线部分可以接合至引导件。该引导件可以包括挠曲件、弹簧，以及具有轴承的滑动轴环中的至少一个。该引导件和开关本身中的至少一个可以具有用于致动器的支架或附件，该致动器移动至少一个开关部件并且引导以闭合开关。
该开关可以包括诸如铜、银的高导电材料和诸如铝的轻重量的高导电金属中的至少一种。在一实施方式中，电压过低，不能引起电弧，因此，表面保持平坦。在一实施方式中，该开关可以保持在防止氧化的诸如稀有气体气氛(如氦气气氛)的惰性气氛中，并且还可以防止因He的高电离能量引起的电弧。另选的是，该开关可以保持在真空下以防止电弧和氧化中的至少一种。开关的、诸如大平板的接触表面可以涂覆有诸如Au或Ag的惰性材料以防止氧化。该开关表面可以涂覆有具有高功函的金属(如钨)，以防止电弧。在一实施方式中，杠杆臂或其它机械系统用于增加致动器的运动范围以打开和闭合电路。在另一实施方式中，该机械开关致动器包括本公开的液压、气动、螺线管、凸轮驱动、曲轴驱动，以及伺服马达驱动的致动器中的至少一个。该凸轮可具有多个凸角。引起电接触的凸角面积可以包括占空比百分比，如针对10％占空比为10％。另选的是，该凸轮可以打开开关，并且凸角可以包括面积的100％减去占空比百分比。在任一情况下，该恢复机构可以包括弹簧、气动、液压以及机械恢复器，如相对的凸轮。
压力施加和电极分离中的至少一个可以利用旋转凸轮轴和曲轴机械中的至少一个以及可能的往复式致动器(如具有针对电极组件的连接杆的螺线管)来实现，该连接杆希望是加压和移动中的至少一个。在另一实施方式中，伺服电动机在小于180°的弧上顺时针和逆时针重复旋转，以使凸轮前后移动。该凸轮可以具有与辊电极的轴连接，以使其相对于一对电极中的第二辊电极来回移动，以打开和闭合点燃电路。该辊可以安装在连接至滑动导轨的轴承上的工作台上，其中，该辊可以通过也可以安装在工作台上的电动机直接驱动。
在一实施方式中，该点燃是机械和电子系统的混合。在一实施方式中，该点燃系统包括具有带电引线的分配器，带电引线移动至电连接至一对电极中的至少一个构件的至少一个触点。该引线运动至触点允许电流从带电引线流至电极，如辊电极。完整电路可以包括电源、连接至带电分配器引线的电源的端子、分配器触头、该对电极、连接至该对电极中的一个构件的触点，接触的电极、该对电极中的连接至电源的另一端子的另一个构件。电流的流动导致在辊电极之间的燃料点燃。该接触可以间歇地进行，如周期性地进行，其中，控制占空比以允许电源有足够时间来存储足够的能量，从而在电路闭合时引起点燃。分配器的带电引线可以包括连接至电源的一个端子的中心集线器。该对电极中的一构件可以电连接至该至少一个触点。相对的辊电极可以电连接至电源的另一端子。所述至少一个触点可以周向定位，使得通过分配器引线的旋转与其进行接触。
在一实施方式中，电流和电压中的至少一个被脉冲化，以增加分数氢反应速率和输出功率相对于输入功率的增益中的至少一个。该脉冲化可以通过电子脉冲化和机械脉冲化中的至少一种来实现。该电子脉冲系统可以包括本公开的电子开关，如包括硅控整流器、绝缘栅双极晶体管以及MOSFET的电子开关。电压和电流中的至少一个可以脉冲化。可以控制峰值电流、峰值电压、偏移电流或最小电流、偏移电压或最小电压、波形形状或形式、脉冲持续时间、脉冲频率，以及占空比中的至少一个，以实现希望点燃功率脉冲化。该控制可以通过诸如包括至少一个电压和电流传感器的控制器和计算机来实现。该脉冲化还可以包括受控波形包络，如电流和电压斜坡中的至少一个，其可以包括本领域技术人员已知的锯齿波形、正弦曲线以及其它波形包络。该峰值电流可以处于约10A至1MA的范围内。该偏移或最小电流可以处于0至10kA的范围内。该峰值电压可以处于大约0.1V至1000V的范围内。该偏移电压可以大于大约0V至100V。该脉冲持续时间可以处于大约100ns至1s的范围内。该脉冲频率可以处于大约10Hz至1MHz的范围内。该占空比可以处于大约1％至99％的范围内。
该机械脉冲化可以主动地或被动地实现。用于实现脉冲化的主动机械系统包括本公开的机械开关，例如凸轮开关和压电开关。用于实现脉冲化的被动机械系统可以包括机械开关和开关组件，如枢转母线(图2G1d1)和机械恢复(如恢复弹簧)。该机械频率可以通过改变点燃系统的弹簧常数和可移动部分的质量来调节。在一示例性实施方式中，通过利用安装在轻重量母线(如不直接加载有驱动马达的枢转母线)上的间接驱动辊来减小质量。在一实施方式中，该机械脉冲化可以利用本公开的、具有非均匀圆周的至少一个辊来实现，如本公开的凸角化辊电极或多个电极。在一实施方式中，通过控制辊电极的旋转速度来实现机械脉冲化。可以调谐点燃燃料的爆震压力的动力学和机械响应来引起脉冲化。这种装置包括通过诸如旋转速度的方式控制燃料供应给点燃的速率。其它方式包括控制燃料厚度和每种燃料的能量产量。可以利用本公开的燃料施加器装置来控制厚度。每种燃料的能量产量可以通过控制燃料组成(如H2O含量和混合物的其它组分)来控制，举例来说，如本公开中给出的导电基质和水结合化合物。
在一实施方式中，该点燃系统是机械和电子系统的混合，其中，监测机械和电子状态以实现点燃的希望速率和定时中的至少一个。该点燃可以主要以电子方式或以机械方式脉冲化，其中，电子触发脉冲可以提前或延迟以适应机械生成脉冲，反之亦然。在后一情况下，该机械点燃系统可以是控制驱动的。示例性受控机械点燃系统包括本公开的压电、凸轮，以及电磁驱动系统中的至少一个。该点燃系统可以包括诸如计算机和传感器的控制器，以遵循希望点燃周期中的机械运动、位置，以及电导率和定时，从而触发电子和机械触发点燃中的至少一个。在燃料包括本公开的离散团粒的情况下，该传感器还可以感测团粒在其进入和通过其点燃的轨迹期间的位置、导电性，以及压力。该传感器可以是光学的、电的(如电导率传感器)，以及机械的(如压力传感器)中的至少一个。
在一实施方式中，该燃料除了包括浆料以外，还可以包括粉末。该燃料可以在诸如包括惰性气体的惰性气氛(举例来说，诸如氩气或氪气的稀有气体)和水蒸气下点燃。诸如固体燃料粉末的固体燃料可以包括对于与H2O反应基本上稳定的金属，如Ag、Cu、Ni、Co、Te、Sn、Sb、Mo、Cd、Pb以及Bi中的至少一种，和Ag、Cu、Ni、Co、Fe、As、Tc、Ru、Rh、Pd、Cd、Sb、Te、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、TI、Pd以及Bi的组之一，并且还可以包括H2O源，如吸收的水和水结合化合物中的至少一种，如卤化物、氢氧化物，以及氧化物中的至少一种，和多种卤化物、氢氧化物，以及氧化物及其混合物。H2O结合化合物可以包括来自以下族中的一种或更多种：水合的碱土金属和过渡金属卤化物(如MgBr2和ZnCl2)，和水合的碱金属、内过渡金属以及稀土金属卤化物，和水合的类金属卤化物，和水合的碱金属、碱土金属、过渡金属，内过渡金属和稀土金属以及准金属氧化物或氢氧化物。反应混合物还可以包括以下中的至少一种：诸如金属氧化物的氧化物，诸如金属氢氧化物的氢氧化物(如碱金属，碱土金属，过渡金属，内过渡金属，稀土金属，或第13、14或15族金属或准金属氧化物或氢氧化物)，以及诸如包括氧阴离子的离子化合物的化合物(如硼酸盐、偏硼酸盐、钼酸盐、钨酸盐、铝酸盐、磷酸盐，以及硫酸盐)。氧化物、氢氧化物，以及包括氧的化合物中的所述至少一种可以包括水合物或者包括水合水。在一实施方式中，固体燃料包括具有加入H2O的可逆氧化物-氢氧化物反应的氢氧化物。示例性氧化物是Al2O3，诸如MgO的碱土金属氧化物以及诸如NiO的过渡金属氧化物。例如，氢氧化铝、Al(OH)3、旧称氧化铝水合物或三水合氧化铝(Al2O3·3H2O)可以可逆地经历水合和脱水：
固体碱土金属氢氧化物经历可逆的水合和脱水反应。例如，氢氧化镁在332℃下经历吸热分解，而相反MgO与水反应形成氢氧化镁：
类似的是，稀土氢氧化物经历可逆的水合和脱水反应。
过渡金属氧化物形成可以包括氢氧化物的水合物。相互转化通过H2O的损失或增加是可逆的。例如，Fe2O3·H2O(也写作2Fe(O)OH)在约200℃下脱水：
类似的是，在高于200℃的温度下氢氧化铁(III)的热分解由下式给出：
碱金属氢氧化物(如LiOH)也经历可逆的水合和脱水反应：
在一实施方式中，通过与包括氧的化合物(如氧化物或氢氧化物)反应，H2O从固体燃料中释放。涉及包括在约400℃下利用分数氢部分还原Fe2O3的含氧化合物的H2还原的示例性H2O释放反应产生包含Fe(III)和Fe(II)的四氧化三铁：
导电基质(如金属粉末)可以对与水合H2O结合化合物的反应稳定。该固体燃料可以包括Cu和Ag中的至少一种与诸如氯化物的稀土卤化物，如被水合的La、Ce、Pr、Ho、Dy、Er、Lu、Nd的那些。该固体燃料可以包括金属的混合物，如按不同比例选自Ag、Cu、Ni、Co、Te、Sn、Sb、Mo、Cd、Pb以及Bi的组中的多种金属，作为更优化的燃料。具有高电阻的材料可以与具有低电阻的材料混合。示例性导电基质包括按不同比例的高导电性Ag和低导电性Ni的混合物。具有优化组分比例的燃料混合物可以通过常规实验获得，并且可以针对希望特性进行选择，如功率或能量产量、光谱分布和辐照度、燃料对不希望反应的稳定性、希望颗粒尺寸分布的稳定性、相对热稳定的并且可以在形成或维持燃料时存在的升高温度下形成或稳定的诸如MgBr2 6H2O或BaI2 2H2O的水合物、动力学和再水合的程度、在爆震条件下H2O释放的速率和程度，其中具有较低分解温度的水合物(如ZnCl2·4H2O)可能更有利，其限制燃料中电极材料的范围，电极侵蚀防止，以及促进表面重修涉及燃料材料的电极的能力。可以选择电池材料以避免与燃料或产物的反应性。在一实施方式中，该电池可以由不锈钢、钼合金、TZM，以及蒙乃尔金属(monel metal)中的至少一种构成。在形成卤素气体的情况下，暴露于气体的电池和发电机组件可以包括耐卤素侵蚀的金属，如不锈钢和蒙乃尔金属中的至少一种。
在一实施方式中，燃料或燃料的组分(举例来说，诸如银粉末的导电金属基质)可以掺入已知量如重量百分比的其它元素的痕量杂质，以追踪对材料的任何盗窃。
在一实施方式中，如图2G1e1所示，固体燃料从燃料储存器5垂直地喷入辊中。该喷射可以通过本公开的装置和方法。在一实施方式中，利用粉末燃料的气动和机械喷射将燃料再循环到辊和气动点燃产物移除/收集系统(如包括管道、风扇，和旋风分离器的系统)，以将燃料返回至槽待重新喷射。在一实施方式中，该点燃产物被吹出或吸出电池并喷入到辊中。电池气体可以用作点燃产物的载气。该喷射可以是气动的。该粉末可以气动地流过旋风分离器，其中一部分气流被用于气动地喷射燃料。旋风分离器可以分离载气和点燃产物。来自旋风分离器的一些气流可以被用于喷射燃料粉末。气流的一部分可以被用于使粉末流入辊以被点燃。该燃料可以从旋风分离器流流动至槽5，其中，它通过诸如气动的方式被喷入到辊中。旋风分离器可以连接至管道53和槽5中的至少一个(图2G1b)。入口和出口的指定可以随着管道和电池中的气流方向的反转而互换。电池气体可以流过诸如在电池顶部的窗口20c处的通道。另选的是，气体可以穿过电池侧面中的至少一个窗口。去往电池的开口可以包括多个穿孔反射器，以选择性地允许气体通过，同时将光子反射出管道。
在图2G1e1所示实施方式中，浆料48被粉末固体燃料替代，如包括导电基质(如金属粉末)和水结合化合物(如水合物)的固体燃料。示例性粉末固体燃料是Ag+MX2(M＝Mg、Ca、Sr、Ba；X＝F、Cl、Br、I)和Cu+MX2(M＝Mg、Ca、Sr、Ba；X＝F、Cl、Br、I)。在一实施方式中，粉末燃料被供给到可以用作旋转泵的旋转辊电极8。粉末可以通过由搅拌器马达67驱动的粉末搅拌器66搅拌。搅拌器66可以包括具有一个马达67和在同一轴上的两个相反螺距螺杆的螺旋推运器。燃料也可以用振动器搅拌。粉末还可以以气动方式搅拌。在一实施方式中，搅拌器鼓风机或泵18通过气体喷入管线19将诸如电池气体的气体(举例来说，如氩气和氪气的稀有气体)喷入室20e。该气体可以流过透气隔膜49，以被吹入粉末燃料48中，从而使其被搅动。在另一实施方式中，该粉末可以通过可由气体喷入管线19供应的气体射流气动搅拌。该粉末可以通过机械和气动搅拌中的至少一种而部分悬浮，以使燃料被输送至电极8，其中，旋转辊电极8的旋转泵送动作可进一步有助于燃料的喷射。在一实施方式中，该点燃可以按电流脉冲化，如在本公开中给出的参数，如大约1kHz、50％占空比、1kA最大电流。该辊可以基本上固定在适当位置，并且母线中具有一些弯曲部分，以使点燃动力基本上由脉冲电源驱动。诸如至少一个滑动轴承的轴承可以远离辊定位，以避免过热。在一示例性实施方式中，该滑动轴承可以位于电极壳体20b的外部。辊8可以固定至由具有滑动轴承73a的母线9(图2G1d1)充电的轴7。
在一实施方式中，Ag+碱土金属卤化物水合物的燃料性能似乎取决于水合物的温度稳定性。该水合物的更高稳定性允许在更高温度下操作辊电极。示例性热稳定燃料是Ag和Cu粉末中的至少一种，和BaI2 2H2O、MgBr2 6H2O，以及CaCl2·6H2O中的至少一种。可以通过使诸如水的冷却剂流过辊轴7来冷却辊电极。每个辊电极还可以包括冷却剂通道，该冷却剂通道可以被铣出并且用诸如焊接板的密封板覆盖。另选的是，该通道可以铸造。该冷却剂可以通过可以包括至少一个热交换器和风扇的冷却器冷却。在一实施方式中，包括Ag金属粉末的燃料不会使金属粉末燃烧，并且不需要防爆马达和其它组件。
在一实施方式中，粉末被回收并气动地再循环。可以通过再循环鼓风机或泵17经由气体抽吸管线17a将电池气体泵出电极壳体20b。再循环鼓风机17可以向搅拌器鼓风机18供应气体，并且还可以将经由喷射气体管线16喷射的气体供应至图2G1b的气体喷嘴21。该返回气体可以经由通道52流动至电极壳体20b，以将点燃产物运送至燃料槽5。在一实施方式中，诸如镜14的电池壁可以包括平滑陡峭的电池壁以用作返回通道52和燃料槽5的滑槽，使得粉末燃料容易流动。可以利用诸如振动器的搅拌器对壁进行机械搅动，以增加点燃产物的流动。
该粉末可以回收用于在电池的上部以及包括电极壳体20b的下部中的气动再循环。在图2G1b和2G1c所示实施方式中，电池气体经由管道入口64和增压室65进入气体收集管道64，沿着管道53流动通过鼓风机入口64a进入管道鼓风机53a，并且通过鼓风机53a吹出鼓风机出口64b到达增压室65和赶出管道出口64d。该气体可以在窗口20与穿孔窗口20c之间流动以被向下吹到电池底板镜14上并且通过通道52。向下的流动可以携带点燃产物并将其向下输送以使输送至槽5。在燃料流到或传送至槽5期间，该燃料可以再水合。该粉末可以通过从电池气体吸收H2O而再水合。电池气体的H2O分压可以维持在实现固体燃料(举例来说，诸如六水合物的水合物)的希望程度的水合或水含量的水平。在另一实施方式中，电池气体再循环的方向可以反转。
在一实施方式中，燃料喷射或燃料供应系统包括流化床。在一实施方式中，该燃料包括水合粉末，如Ag+BaI2 2H2O、Ag+MgBr2 6H2O，或Cu+ZnCl2水合物，如气动再循环的ZnCl2·4H2O。该电极可以包括固体燃料中的金属的表面涂层。图2G1e2示出了SF-CIHT电池发电机，其示出了具有鼓风机的燃料粉末喷射和点燃系统以及旋风分离器燃料再循环-再生系统的细节。点燃的粉末产物可以通过抽吸到鼓风机77的入口管道76中而抽取。夹带在气流上的产物可从鼓风机77的出口78吹出并流入旋风分离器80的旋风分离器入口79。在一实施方式中，使用抗静电管或金属管来避免点燃产物颗粒静电粘附至再循环系统的壁。该固体颗粒可以落入旋风分离器80中，并且气体可以在旋风分离器80的顶部处退出气体返回管道81。该加压气体可以返回至电池，经由返回管道81返回至刚好在窗口20下方的电池的顶部。收集在旋风分离器80中的粉末可以通过鼓风机77气流加压。若需要，可以沿着燃料再循环系统的管道和组件添加额外的鼓风机，以实现粉末的改善运动和希望流动。该粉末可以流入槽5中以被喷射到辊中。旋风分离器可以包括可以进给到螺旋推运器66中的出口滑槽82。另选的是，螺旋推运器66或螺旋推运器和槽5可以充分延伸以允许滑槽82以允许燃料自由流动的角度来供应燃料，如在压力施加至旋风分离器80中的燃料顶部的情况下。该压力可以由来自鼓风机77的气体施加。在其它实施方式中，用作将燃料粉末输送至辊8下方的区域的装置的螺旋推运器可以被另一种输送器(如本公开的运送器带和其它输送器)替换。
来自槽的粉末燃料喷射可以通过加压气体流来促进。如图2G1e1所示，从鼓风机77输出的高压气体可以经由气体喷射管线19进入腔室20e，并流过射流或透气隔膜49，以使粉末48悬浮在槽5中，从而被吸入辊8中，以点燃。槽5中的燃料可以被进行搅拌和推动至槽5的中心的至少一种，以使可用于通过搅拌器66(如由搅拌器马达67驱动的螺旋推运器)被输送到辊8中。
在图2G1e2和2G1e3所示的另一实施方式中，该燃料通过气体射流和气刀83中的至少一个或更多个来进行流化和雾化中的至少一种。该气流可以以一角度被引导至燃料粉末的表面，使得流动方向具有沿着负z轴的投影，与从槽5到辊电极的方向的投影相反的方向。例如，高速气体可以沿着负z轴被引导，使得燃料悬浮在由与燃料粉末和槽5的底板以及壁中的至少一个的撞击所产生的湍流中。悬浮的粉末可以流入电极间区域以被点燃。槽5的底板和壁可以被整形成，使该湍流搅动和悬浮燃料粉末，以使其喷射到辊中以供点燃。在一实施方式中，该点燃系统包括在槽的每一侧上的喷嘴83，以将高速气体向下喷入粉末中，该粉末因来自离开槽壁的气体流的背压而被向上推动。该点燃系统可以包括沿着辊电极的侧面的垫圈47(图2G1b)，以将槽5中的雾化功率约束在粉末上方并且在抛物面镜14下方。高速气体可以通过来自鼓风机77的高压侧的管线供给。另选的是，该发电机还可以包括供应也可以处于高压的高速气体的气体泵或压缩机。速度和压力可以是实现燃料搅拌和悬浮的任何所希望的，如分别处于大约1m/s至1000m/s和约1PSIG至1500PSIG的范围内。气体喷嘴或刀83可以移动以覆盖希望区域。该移动可以处于横向平面中。该移动可以包括位移的重复模式。该喷嘴或刀83可以在给定区域上光栅化以更好地搅拌和悬浮燃料粉末。该移动可以用诸如电磁机械装置的致动器来实现。示例性致动器可以根据本领域中公知的电铃或扬声器的原理工作。在一示例性实施方式中，该燃料粉末在螺旋推运器堆积粉末的中部，通过槽的相对两侧上的1/8英寸直径、35PSIG气体喷嘴形成流化云，并且燃料云流过辊以被点燃。
在一实施方式中，该辊电极包括机械机构，以在辊电极的接触区域处将燃料粉末从槽输送至点燃区中。所述机构可以包括齿轮、刀片、铲斗、桨叶、或附接至旋转并且将燃料向上运输的辊或与该辊连续的其它突出件或附件。在一实施方式中，该辊电极被屏蔽件覆盖以返回未被点燃的燃料。抛物面盘14可以在辊的后侧上具有通道52，以将未点燃的燃料返回至槽。
该燃料可以通过吸收可以被控制以实现希望水合的电池气体的湿度而再水合。该再水合可以在连续点燃事件之间的传输期间发生。在一实施方式中，使燃料流化和雾化以引起燃料喷射的气流可以携带悬浮水和水蒸气中的至少一种，以引起燃料的再水化。水可以通过在水柱中鼓泡而夹带在气体中。可以通过在该温度下保持最冷点以在液相和气相的稳态下实现希望压力来控制电池的H2O蒸气压，其中，电池的平衡保持在比最冷点更高的温度。在一实施方式中，可以升高电池气体的温度，如在da约26℃至2000℃的温度范围内，使得H2O的平衡分压不受更冷的水源的温度限制。在一实施方式中，液体H2O和包含H2O蒸汽的气流中的至少一种可以在选定再水合区域中被引导到粉末燃料上，如在可以用螺旋推运器66搅动的槽5中。定向的水可以由雾化装置或喷雾器提供，如超声波或气动的。该气动系统可以在来自鼓风机的气体压力的作用下操作。在一实施方式中，水合物通过施加液态水和水蒸气中的至少一种而形成，并且对于电池和电池气体的升高的温度是稳定的。任何过量的水(如潮解水)可以蒸发以产生具有结合的水合水的化合物。蒸发的水可以被冷凝以保持较低的蒸气压，从而防止光的衰减。在一示例性实施方式中，在诸如旋风分离器和槽中的至少一个的区域中，收集的点燃产物可以用超过水合水的H2O加湿。水合物对于辊的升高的温度是稳定的，并且超过水合水的水含量在与辊接触时蒸发。蒸发的水可以用更冷的冷凝器或除湿器冷凝，以防止蒸汽在窗口20上冷凝，从而避免诸如可见光和近红外光的光衰减到从电池向外传播到诸如光伏功率转换器的功率转换器。冷凝器或除湿器可以处于希望区域中，如在鼓风机的入口处，其从光传播通过的电池腔去除H2O水。在一实施方式中，蒸汽可以再循环以可用于再水合点燃产物。鼓风机可以抽吸来自电池的蒸汽并将其吹送到希望区域(如在旋风分离器或螺旋推运器)中的燃料上。在再水化燃料时蒸发过量的水可以用于从辊移除热量。在一实施方式中，因辊加热而造成的冷却负荷由于通过蒸汽移除的热量而减小。蒸汽可以在冷凝器中冷凝，并通过热交换器和冷却器中的至少一个从系统中除去。
在一实施方式中，辊包括鼓风机叶片，如涡轮泵的鼓风机叶片，以引起相对于固体燃料(如槽中的粉末燃料)的抽吸和吹送中的至少一种。该吹动可搅拌粉末以使其悬浮，使得一些流入辊的接触区域中并点燃。在其中叶片产生抽吸的另一实施方式中，燃料被吸入辊接触区域并经历点燃。在一实施方式中，固定至辊电极的旋转叶片包括可以代替鼓风机77的鼓风机。在另一实施方式中，旋转叶片由诸如电动机或齿轮箱的装置独立地驱动，该装置可以是可变的，可选择从系统的另一个马达驱动。燃料可以被吸入电极接触区域并被点燃。点燃产物可以被吹入至少一个返回管道中并且以电池气体作为载体返回至槽5。另选的是，点燃产物可以吹入旋风分离器80中。点燃产物颗粒可以在再循环期间再水合。该颗粒可以从电池气体载体中沉淀出来并且从旋风分离器槽82流出到槽5中，并且通过诸如螺旋推运器66的装置输送至辊8下方的区域以被再次喷射。来自旋风分离器80的滑槽出口82的电池气体可以通过返回管道流回至槽5。该气体可以通过气体扩散器在槽处扩散。由旋转叶片产生的、辊8上方的气流可以冷却该辊。热量可以利用诸如管道中的热交换器的热交换器来去除，如在将流动气体返回至槽中的管道中的热交换器。
在一实施方式中，至少一个辊电极及其支撑轴和轴承可以安装在可移动平台上，如滑动轴承和导轨上的工作台，如图2G1e所示。该滑动轴承可以在引导诸如直线运动的运动的杆上滑动。该轴承可以利用诸如陶瓷的高温绝缘体与可移动平台电隔离。电极壳体的辊轴贯穿部具有用于轴因电极间距离改变而经历小平移的空间。该可移动轴可以在电极壳体贯穿部中具有细长间隙，其包括狭槽，以允许辊轴在操作期间随着电极间隔改变而行进。这些贯穿部可以用柔性密封件密封。该密封件可以包括具有金属到陶瓷或玻璃接头的波纹管。另选的是，该贯穿部可以不被密封。而相反，该密封件可以是开放的，并且气密外壳可以包含点燃系统的其它组件，如用于容纳该贯穿部的母线以及诸如滑轮和驱动皮带至辊马达安装件的驱动系统。壳体还可以包围该可移动平台。该点燃系统可以包括壳体室内部的、接合至可移动平台上的可移动电极的母线弯曲部，其中，该母线可以在其壳体贯穿部处用绝缘体密封剂刚性密封(如硅堵缝)。由壳体形成的壳体室可以与包括诸如氩气或氪气的惰性气体和一些水蒸气的电池气体连通。其中轴贯穿电极壳体的每个开放密封件可以包括电绝缘衬套，如围绕辊轴的陶瓷衬套，在圆周衬套与轴之间具有间隙，并且还可以包括气体喷嘴，以吹回间隙处的粉末燃料，在本实施方式中包括粉末燃料。在静止或固定的对辊电极的固定辊轴的贯穿部处的轴承可以被密封。
在一实施方式中，点燃电源或电力供应包括输入至逆变器以输出AC电力的光伏转换器DC输出的适当部分的功率分配器。到逆变器的示例性输入电压是400V DC，并且逆变器的合适输出电压是480V AC。AC电压可以用变压器降压至小于20V，并且电流增加到至少1000A。在一实施方式中，可以增加变压器的频率以减小其尺寸。AC电压可以被整流以向电极施加低电压、高直流电流(DC)，从而点燃固体燃料。横跨辊电极的示例性压降(drop)是1V和10000ADC。示例性AC整流器包括二极管桥式电路，如C&H Technologies，CHA1BU2450F2FRCMVF单相二极管桥、空气冷却和Powerex单相桥。DC电力可以作为基本上恒定的电流施加到电极，其中，电流密度足以引起燃料点燃。另外，该电流可以脉冲化，以通过趋肤效应造成电流集中，其中，电流密度的增加足以引起燃料点燃。在这些和其它实施方式中，可以将快速响应超级电容器用于功率调平。
电源可以包括向大母线供电的光伏(PV)电池。在一实施方式中，高直流电流通过光伏转换器直接提供或者利用DC-DC功率调节来提供，以实现希望电压和电流。PV电池的输出端子可以连接至向辊电极提供低电压、高电流的大母线。另选的是，可以从该大母线调节功率。在另一实施方式中，PV转换器的单个PV电池或PV电池的多个子集可以被单个地控制，以将它们的对应功率输出贡献给大母线，其供应功率调节设备、辊电极、电力存储器，以及输出电源端子中的至少一个。来自PV转换器的每个PV或PV电池的每个子集的功率流可以通过开关控制，该开关将串联和并联的功率分量组合，以向大母线输出希望电压和电流，举例来说，诸如小于10V的低电压，和诸如大于1000A的高电流。在一实施方式中，可以调节电流以作为燃料流率的函数有效地点燃该燃料。可以调节该电流，以提供足够的功率来加热燃料直至其在点燃区域停留时将其引爆。
在包括来自PV转换器的DC电源的实施方式中，该PV电池可以串联和并联连接，以递送至少一个希望电压和电流。该PV电源可以包括根据PV电池的适当并联和串联连接的多个或电压和电流输出。该PV电源例如可以包括低和高电压DC输出。该PV电源例如可以输出用于点燃电源的诸如1至10V的低电压和用于伺服马达的诸如10V至400V的更高电压。发电机的内部负载可以选择为与来自PV转换器的可用DC输出匹配。例如，伺服马达的内部负载可以包括低电压、高电流操作。
在一实施方式中，诸如母线9和10的载流部件被冷却，以减小这些部件上的电阻和功率下降。该冷却可以用与部件接触的冷却剂来实现，其中，该冷却剂利用诸如包括热交换器和风扇的冷却器冷却。在一实施方式中，诸如母线9和10的载流部件可以包括超导体。可以通过冷却或通过利用超导体来减小沿着载流部件的电压降。可以使用液氮超导体，因为该目的不是用于产生磁场。具有超导材料的组件可以包括低温管理系统。该低温管理系统可以包括以下的至少一种：液氦杜瓦瓶、液氮杜瓦瓶、可以包括铜的辐射挡板、高真空保温层、辐射罩，以及低温回收系统，如包括可由基于分数氢的动力产生器的动力输出供能的低温泵和压缩机的低温回收系统。
在一实施方式中，该粉末燃料被辊电极8压缩到足以引起燃料在燃料的氢含量最优地转化为分数氢的情况下爆震。在一实施方式中，该压力处于0.1巴至500巴的范围内。辊马达12和13针对扭矩和动力调节尺寸，以提供对应于压缩燃料的压力体积功。
在一实施方式中，该固体燃料包括小颗粒，如粉末或浆料颗粒。来自电源的电流可以脉冲化。可以选择颗粒尺寸以增强用于点燃燃料的趋肤效应的效率。在一实施方式中，该电源可具有较低的最大电流，但由于电流的高频脉冲化而点燃燃料颗粒，其通过趋肤效应显著增加电流密度。该脉冲化可以是DC、AC，及其组合。可以选择诸如脉冲化频率、波形、峰值电流、峰值电压、偏移电流、偏移电压，以及占空比和颗粒尺寸的电流参数中的至少一个，以实现每输入能量点燃的最佳燃料量(即，最高点燃效率)。燃料颗粒尺寸可以通过选择燃料组分中的至少一种的颗粒尺寸来选择，举例来说，诸如金属粉末的导电性基质(如Ag或Cu金属粉末)和诸如MgBr2 6H2O或ZnCl2 4H2O的H2O结合化合物。组分颗粒尺寸可以处于大约0.01μm至1mm的范围内。燃料颗粒尺寸可以处于大约0.01μm至1mm的范围内。可以控制燃料的流速以实现最佳有效的能量输入，从而实现点燃。该辊可以包括用于将燃料保持在聚集体中的图案，该聚集体可以通过电流的趋肤效应集中而引爆。该图案可以在操作期间或在间歇维护期间通过机器加工而利用操作保持。在一实施方式中，该燃料可以形成可以流入电极并点燃的燃料聚集体。该点燃可以通过因趋肤效应而造成在燃料聚集体的表面上的电流集中来促进。该燃料聚集体可以通过进行添加水和干燥中的至少一种来形成。在一实施方式中，该点燃产物(如粉末)可以进行加湿和润湿以及干燥中的至少一种。加湿和润湿以及干燥中的至少一个可以在诸如旋风分离器和槽中的至少一个的电池区域中执行。该燃料聚集体可以被加工成更小的更希望尺寸化的燃料聚集体。该加工可以机械地执行。该螺旋推运器可以用于处理燃料聚集体。该处理可以在将颗粒喷入辊中以供点燃时进行。该燃料聚集体的颗粒尺寸可以通过喷射系统(如通过选择性地悬浮具有希望尺寸的燃料聚集体的气体喷嘴)来选择。该尺寸例如可以通过控制由气体喷嘴施加的载气的压力和流速来选择。
在一实施方式中，该燃料包括非导电颗粒以周期性地中断电路。该电路中断可以导致电流脉冲化。该脉冲化或快速变化的电流可以通过趋肤效应而集中该电流，从而引起燃料点燃。该颗粒可以包括不规则形状、珠粒，以及球体中的至少一种。该颗粒可以包括氧化铝、过渡金属氧化物(如CuO)、碱土金属氧化物(如MgO、CaO、SiO2)、稀有金属氧化物(如La2O3)、玻璃、石英，或氧化铝(如阳极氧化铝金属球)。该珠粒可以具有足以引起点燃电流中断的尺寸，以使发生因趋肤效应而造成所得脉冲化电流的期望浓度。珠粒尺寸可以处于直径大约10μm至5mm的范围内。该脉冲频率可以通过诸如添加和去除颗粒以及通过控制颗粒的尺寸并且通过控制燃料喷射参数(如辊转速)来控制。该非导电颗粒因它们的质量高于固体燃料中的金属和水结合化合物颗粒，而可以在旋风分离器中选择性地去除。在用于碾磨辊的实施方式中，磨料在槽5中运行。该磨料可以至少部分地替换固体燃料。在一实施方式中，该磨料包括不导电颗粒。
在一实施方式中，该燃料喷射系统包括用于使燃料流入电极间接触区域的装置，和用于使流动断续的装置。该间隙流可以随着存在的导电燃料完成电极之间的电路而导致电流脉冲化，而不存在导电燃料基本上导致开路。燃料的间歇流可以通过间歇地使燃料流动的喷射器来实现。该喷射器可以是本公开的一种。该喷射器可以包括气动喷射器(如气体喷嘴)和充当旋转泵的辊。该喷射器还可以包括机械喷射器和电动喷射器。该机械喷射器可以包括在大约上死点位置处向后折叠的旋转桨叶或铲斗组，以允许在每个桨叶或铲斗中输送的燃料样品飞入电极的接触区域。该桨叶或铲斗可以安装在经历旋转运动的皮带或链条上。另选的是，它们可以安装在旋转轮或本领域技术人员已知的类似结构上。燃料可以从诸如保持在槽5中的储存器拾取。在一实施方式中，该燃料流利用断续装置断续。该断续装置间歇地阻止燃料流动。在一实施方式中，该断续装置包括横向于燃料流动方向的旋转盘，在盘的一部分区域中具有燃料通道。该通道间歇地与燃料流动路径对准。燃料流过该通道，直到其旋转成与燃料流动路径不对准并且非通道部分旋转到该位置为止。由此，该旋转盘用作燃料流的机械断续装置。间歇流量和电流脉冲速率可以通过控制盘的旋转速率来控制。在另一实施方式中，该断续装置包括快门。该断续装置还可以包括旋转轴。
在一实施方式中，该脉冲化点燃电流通过间歇地供应导电燃料团粒来提供。在一实施方式中，该粉末燃料形成为团粒，其被输送到诸如辊电极的电极之间的区域中，其中，该电路通过导电团粒在非导电的电极间间隙上完成。图2G1e2和2G1e3所示的系统可以包括诸如机械、液压或压电致动器的装置和锁定机构，以将可移动工作台62固定在固定位置，从而固定诸如辊8的电极之间的电极间间隙。该间隙可以大致包括通过团粒闭合的开路。施加至固体燃料以形成示例性的1mm至10mm直径的团粒的压力可以对应于0.01吨至10吨范围内的力。电极上的压力可调节并且对应于在1mm至10mm直径的颗粒上的、处于大约1lb至1000lb的范围内的力。该间隙可以设定成在团粒进入电极间区域时在在其上施加希望压力。该间隙可以小于该团粒，使得将压力施加至该团粒。该机械系统可以包括一些挠曲，以在施加压力的同时和保持基本上固定台62位置的同时适应该团粒。示例性间隙可以处于约0.001mm至10mm的范围内。
该团粒可以具有任何所需的形状，如圆柱形或球形。可以选择希望形状(如球形)，以增强在一个或更多个位置处的电流密度，从而以比在没有几何增强的情况下更低的电流引起点燃。电流密度还可以增强，并且可选地通过因电流的快速变化而造成的趋肤效应来放大。该快速变化可以通过借助诸如机械、电子或物理开关的方式使电流脉冲化来实现。该物理开关可以通过在电极之间间歇地提供导电燃料(如以团粒的形式)来实现。另选的是，该物理开关可以通过在流入电极的接触区域的导电燃料流内提供非导电材料(如非导电颗粒)而使电流中断来实现。
在其中在诸如辊电极8的电极中存在诸如团粒取向、位置、速度以及压力的优选条件的实施方式中，本公开的电子脉冲式点燃系统包括用于检测诸如位置的条件的传感器，如光学或电导率传感器，并且还包括在诸如位置的最佳条件下点燃电流的脉冲的触发。控制点燃定时和点燃触发中的至少一个可以包括计算机控制和电子装置。在其中在触发定时与电流到达之间存在失配的实施方式中，该点燃电路包括功率调节系统，举例来说，提供电流延迟(如延迟线)或者电流提前(如提前触发)的功率调节系统。
该喷射可以是静电、气动，以及机械喷射中的至少一种。在一实施方式中，该点燃系统包括造粒机，以形成被供给到电极的接触区域中以便引爆的燃料的压缩样本。该团粒可以提供涡轮风扇、气体喷嘴，以及辊旋转泵中的至少一个来进给。另选的是，团粒喷射可以通过团粒喷射器实现。在一实施方式中，诸如槽5中的储存器的团粒储存器供应被气动地输送到电极8的接触区域中的团粒。参照图2G1e2和2G1e3，该输送可以通过由包括辊电极8的旋转泵、气体喷嘴83，以及由鼓风机77保持的压力梯度所造成的抽吸中的至少一种来气动地实现。该团粒可以是被吸入和吹入电极接触区域中的至少一种。该团粒可以通过振动器(如振动轴、平台或工作台)供给到辊中。该轴可以具有推入槽5中的团粒堆中的形状和至少一个向上的槽。该振动器可以包括压电致动器。底部例如可以是锥形的，而顶部平坦或成杯状。另选的是，团粒可以部分悬浮以使该团粒通过一个或更多个气体台和至少一个下层气体喷嘴供给到辊中。该团粒还可以通过向下突出的喷嘴83投掷到辊，该喷嘴用于通过从槽5反射的气体来引起搅动。诸如旋转泵、气体喷嘴、振动器，以及气体台的喷射器可以提供螺旋推运器66来供应。该团粒可以单一地和顺序地流动，因为由团粒n的爆炸产生的过压可以推离团粒n+1(n为整数)达一时段，如大约0.1至100ms，在其期间，压力消散以允许第n+1颗粒流入接触区域以经历爆震。点火间隔可以通过改变辊几何形状(如宽度和直径中的至少一个)来控制，以控制爆炸超压消散的时间。该点燃系统可以包括顺序点燃燃料团粒的多个辊电极对。该点燃系统可以并联电连接，以使随着电流流过引爆团粒，一个团粒可以一次引爆一个。另选的是，该发电机系统可以包括多个点燃电源，其具有同时引爆多个团粒的能力。点燃产物可以由旋风分离器收集，燃料如本公开中所公开地再水化，并且再生的燃料可以从旋风分离器流动至造粒机。
造粒机可以包括动力燃料的压模，或诸如本领域技术人员已知的制片机(tabletmaker)的机器。造粒机可以包括挤出机-刀型或啮合齿轮型。造粒机可以包括制丸机。造粒机可以包括在扩散行程之间间歇地填充的料斗。该行程可以扩散燃料，然后飞回以接收和流入要被造粒的另一填充燃料。团粒可以通过指状交叉齿轮形成，其将供给到接触区域中的燃料压缩成团粒。在一实施方式中，该造粒通过诸如将团粒形成与点燃过程分离的指状交叉齿轮的机构来执行。用于形成团粒的一对齿轮中的一个构件的至少一部分包括诸如塑料的非金属，如尼龙、特氟隆，或聚碳酸酯。在一实施方式中，齿轮包括非金属齿表面，其抵抗形成在指状交叉齿之间的团粒粘附。该齿可以通过相邻的齿保持就位，防止其张开，直到团粒被释放为止。颗粒可以通过部分地且可逆地展开可延展齿的张开齿轮而从齿轮对的构件释放。
在一实施方式中，在数据I部分中描述了，包括比例为200mg∶60mg(30wt％MgBr2·6H2O)的Ag+MgBr2 6H2O的固体燃料混合物的40mg样品在水浴量热计中给出357J的过量能量。该燃料采用直圆柱形团粒的形式，其为3mm OD×1mm H＝7.1×10-3cm3，在压机中形成0.1至0.75吨，并且在水浴弹式量热计的样品紧固螺栓之间保持在90至175磅力下。团粒密度根据团粒质量和体积的比率给出：40×10-3g/7.1×10-3cm3＝5.65g/cm3。样品中水的摩尔数根据样品重量乘以wt％水合物除以水合物MgBr2 6H2O的分子量乘以每摩尔水合物的摩尔H2O而给出：(40mg×0.30)/292.2×6＝2.46×10-4摩尔H2O。燃料的每摩尔H2O的能量产量根据每个团粒的能量和每个团粒的H2O摩尔数的比率给出：357J/2.46×10-4摩尔H2O＝1.44MJ/摩尔H2O。针对H2O至H2(1/4)+1/2O2的理论能量为50MJ/摩尔。分数氢的产量根据燃料的每摩尔H2O的能量产量与对应理论能量的比率得出：1.44MJ/50MJ＝2.88％。由过剩能量除以点燃能量所给出的增益为357J/40J＝8.9倍。在一实施方式中，在诸如图2G1e2的图中所示的连续发电机中充分再现了用于点燃量热团粒的条件，以在两个实施方式中实现每质量燃料相同的能量产量。接着，该工程原理可以针对来自团粒数据的高速率下的重复连续点燃的情况加以确定。燃料可以包括各种形式，如燃料粉末、由辊电极压缩的粉末，以及可以在辊中形成或在造粒机中预成型的燃料团粒。考虑以1000Hz的示例性频率点燃(每毫秒一次点燃)的、产出357J的40mg燃料样品。接着，总连续过剩功率为357J×1000Hz＝357000W。燃料质量流速率根据燃料样品质量和点燃速率的乘积给出：40mg×1000Hz＝40g/s。燃料质量流速率根据燃料样品质量和点燃速率的乘积给出：40g/s/(5.65g/cm3)＝7.1cm3/s。针对单一点燃的输入库仑根据RMS电流除以峰值频率给出：样本点燃能量根据样本电压降和电流的RMS乘积给出：1/2×0.5V×20000A×1/120Hz＝42J。对应连续电流根据每个样本的库仑乘以点燃速率的乘积给出：118C×1000Hz＝118000A或具有因脉冲化而造成的10X趋肤效应的11800A，如本公开中给出的。连续功率根据每个样本的能量乘以点燃速率的乘积给出：42J×1000Hz＝42kW或具有因脉冲化而造成的10X趋肤效应的4.2kW，如本公开中给出的。该功率和电流在稳定的高功率等离子体的条件下与团粒的冷点燃的条件下相比可以减小。而且，功率增益曲线预期为正非线性的。针对10cm直径、1cm宽的辊电极的1800RPM的参数的燃料厚度根据燃料体积流速率除以辊的旋转速度和表面积给出：7.1cm3/s×60s/分钟/1800RPM×1/(π×10cm×1cm)＝0.0075cm。在数据I部分中描述了，对包括比例为200mg∶30mg(15wt％BaI2·2H2O)的Ag(4-7um)+BaI2 2H2O的固体燃料混合物的40mg样品使用相同分析，其在水浴量热计中给出380J的过量能量，27％的H2O氢进入分数氢H2(1/4)，能量增益为9.5倍，并且对应总连续过量功率为380000W。
在一示例性实施方式中，该团粒包括40mg团粒Cu+MgBr2 6H2O(13wt％)、40mg团粒Ag+MgBr2 6H2O(23wt％)，或者40mg团粒40mg Ag+BaI2 2H2O(15wt％)。在一实施方式中，在缺少团粒时，诸如辊的电极可以在它们之间具有电间隙，如大约0.1至10mm的间隙，以防止显著的电流流动，如引起点燃的电流，并且团粒的存在完成电路以允许足够的电流流动以引起点燃。间歇地存在的团粒可以引起间歇电流脉冲化，其可以通过趋肤效应集中电流，以降低实现点燃所需的最大电流。团粒可以在施加至燃料上的压力为大约0.1吨至1吨的情况下形成。由电极施加到团粒的压力可以为大约10lbs至500lbs。在一示例性实施方式中，利用跨电极的大约0.2V至0.5V的压降和大约10kA的最大电流点燃具有2mm直径的40mgAg+Bal2 2H2O(15wt％)的团粒。该点燃在氩气、氪气或氙气气氛中在发生约1ms，并发射强烈的白光达大约1ms。在另一实施方式中，该团粒包括40mg的在Cu+BaI2 2H2O(13wt％)球粒上的10％Ag，其通过在石墨或陶瓷板上的惰性气氛手套箱中对粉末进行TIG焊接加热而形成，并在氪气气氛中点燃。在一实施方式中，该团粒在诸如石墨或铜表面的导电表面上形成。
在一实施方式中，该发电机包括用于再水合燃料的蒸汽发生器。快速再水合动力学可以利用对点燃产物品施加蒸汽来实现。该蒸汽发生器可以接收来自由电池产生的热的至少一些热量，如在固体燃料点燃期间因电阻加热和分数氢形成中的至少一种而在辊处释放的热。该热量可以通过热交换器传递至蒸汽发生器。该热量可以通过热管传递至蒸汽发生器。点燃产物可以通过诸如暴露于水蒸汽(如在0.1托的范围内)至超饱和蒸汽的压力(如大于1大气压)的方式再水合。另选的是，燃料可以通过水再水合，如通过利用水喷雾或水雾暴露。超过诸如最优化能量产量(举例来说，诸如处于大约0至100wt％的范围内的水合物和额外水的能量产量)的所需量的过量水，可以通过施加压力来去除，如在用于形成燃料团粒的压缩期间。另选的是，燃料可以通过将点燃产物添加至诸如碱土金属卤化物(如BaI2)的水结合化合物的饱和溶液中并且收集沉淀的金属粉末和诸如碱土金属卤化物(如BaI2 2H2O晶体)的水合水结合化合物而再水合。可选的是，燃料可以被离心分离，以除去过量的水。燃料可以被干燥。干燥热可以通过废热提供。燃料可以通过本公开的方法形成为团粒。
在一实施方式中，团粒通过物理或化学工序形成，如通过形成被碾磨成团粒(如球形团粒)的固体。另选的是，一示例性工序是基于表面张力形成球粒。该球粒可以随着将熔融材料置于非粘附表面(如陶瓷表面)上或者例如悬浮在液体介质中而通过表面张力形成。其它这种工序是本领域技术人员已知的。在一实施方式中，将诸如Ag+BaI2、Cu+BaI2以及Ag+Cu+BasI2中的至少一种的固体燃料混合物熔化，并将熔融混合物冷却成团粒，如球形或柱形团粒。该导电混合物可以是金属的混合物，如具有明显低于混合物中的单个成员的最高熔点的熔点的共晶混合物，如Ag-Cu(28.1wt％)合金(m.p.＝779℃)、Ag-Sb(441wt％)合金(m.p.＝485℃)(其中，可以使用较少量的Sb(如25wt％(m.p.＝562℃)来保持高导电性)、Cu-Sb(19wt％)合金(m.p.＝645℃)，以及Cu-Sb(63wt％)合金(m.p.＝525℃)。另选的是，示例性合金包括90/10at％的Ag-Ti合金(m.p.＝1150℃)，和95/5at％的Ag-Ti合金(m.p.＝961℃)。该固体燃料可以包括至少三种不同导电基质的混合物，如金属和合金以及不同的水结合化合物的混合物。该组合可以从对于与H2O反应基本上稳定的金属中选择，如Ag、Cu、Ni、Co、Te、Sn、Sb、Mo、Cd、Pb以及Bi的组中的至少一种，并且还可以包括H2O源，如吸收的水和水结合化合物中的至少一种，如卤化物、氢氧化物，以及氧化物中的至少一种，和多种卤化物、氢氧化物，以及氧化物及其混合物。该固体燃料可以被烧结以形成团粒。可以通过在模具中烧结固体燃料粉末来实现希望形状。该团粒可以通过施加水蒸汽和诸如雾化或喷射水的水中的至少一种来水合。固化的熔融团粒和烧结的团粒可以在其形成期间或之后再水合。另选的是，诸如卤化物(举例来说，诸如BaI2或LaBr3 xH2O(如LaBr3 6H2O)的碱土金属卤化物)或者氧化物(如La2O3)的水结合化合物在用于形成团粒的工序中，可以在燃料混合物熔化、金属熔化，以及燃料被烧结中的至少一个之前再水合。对于仅金属熔化的情况来说，诸如金属卤化物或氢氧化物(水合氧化物)(如Mg(OH)2、Al(OH)3、La(OH)3、硼砂、水合B2O3以及硼酸)的水结合化合物可以被捕获在金属中，其随着团粒形成而固化。该水合物可以是高度稳定的，并且在加工期间不会超过分解温度。例如，在一实施方式中，包括BaI2·2H2O的固体燃料混合物不被加热超过其740℃的分解温度，其中，诸如合金(如Ag或Cu和Sb的合金)的导电基质在低于BaI2 2H2O分解温度下熔化。其它示例性燃料包括Ag和Cu中的至少一种与可以与H2O反应稳定的另一种低熔点金属(如Pb、Bi、Sb以及Te中的至少一种，如10wt％至50wt％)的合金和诸如BaI2 2H2O的水合物。示例性三元合金是具有258℃的熔点的Ag(5at％)、Cu(0.5at％)、Bi(94.5at％)。在一实施方式中，H2O蒸气压力保持超过防止水合物在燃料的熔点下分解的水蒸气压力。在其中燃料熔点高于水合物分解温度，并且脱水反应的动力学缓慢的另一实施方式中，燃料保持在熔融状态，以形成团粒达比分解时间更少的时间。点燃产物可以如本公开中给出的那样回收和再水合，然后熔化以形成燃料团粒。在其它实施方式中，选择诸如可以包括至少三种不同导电基质的混合物(如金属和合金以及不同的水结合化合物的混合物)的固体燃料，使得粉末在施加来自诸如辊电极的电极的可持续压力和电流的情况下容易点燃以达到高分数氢产量。合适的电流处于大约1000A至1MA和1000A至30000A中的至少一个范围内。合适的压力处于大约1大气压至10000大气压的范围内。辊上的合适的力处于大约10lbs至4000lbs的范围内。
在另一实施方式中，粉末燃料可以流向点燃系统并且在进入点燃过程之前转化成团粒。该团粒可以在原位预爆震中形成。原位造粒机系统可以包括：用于将粉末流动至点火系统的装置(如辊电极)，通过施加至流动粉末以引起团粒形成的低电流、高电压脉冲产生的等离子体源，用于使团粒流动至点燃系统的装置(举例来说，诸如气体喷嘴的气动系统，或诸如压电驱动喷射器的机械系统)，以及诸如能够随着因团粒而造成的电路闭合来传递脉冲化功率的低电压、高电流点燃系统这样的点燃系统。该点燃系统可以包括诸如辊电极的电极，和针对点燃系统的电源，如包括PV转换器和可选为电容器的点燃系统。
在图2G1e2和2G1e3所示的实施方式中，点燃产物可以利用旋风分离器系统回收。该点燃产物可以从旋风分离器流动至造粒机。点燃的粉末产物可以通过抽吸到鼓风机77的入口管道76中而抽取。夹带在气流上的产物可从鼓风机77的出口78吹出并流入旋风分离器80的旋风分离器入口79。该固体颗粒可以落入旋风分离器80中，并且气体可以在旋风分离器80的顶部处退出气体返回管道81。在水结合化合物的水合物对熔化、烧结，以及机械造粒对固体燃料中的至少一种稳定的情况下，点燃产物可以在传送或停留至旋风分离器系统的同时，通过将该点燃产物暴露于水蒸汽和诸如雾或喷雾的水中的至少一种而再水化，该旋风分离器系统包括：鼓风机77、旋风分离器80、诸如76和78的入口和出口、出口滑槽82，以及最佳的是，诸如螺旋推运器66和槽5的输送系统。该加压气体可以经由返回管道81返回至电池，至刚好在窗口20下方的电池的顶部。收集在旋风分离器80中的粉末可以通过鼓风机77气流加压。旋风分离器可以包括可以进给到螺旋推运器66中的出口滑槽82。另选的是，滑槽82可以进入造粒机，从而团粒可以从造粒机输送或流动至电极8。该螺旋推运器66可以输送团粒。在其它实施方式中，用作将团粒输送至辊8下方的区域的装置的螺旋推运器可以被另一种输送器(如本公开的运送器带和其它输送器)替换。在一实施方式中，该喷射器包括用于分离具有在希望范围之外的尺寸的弹粒或团粒的移位器。该喷射器还可以包括输送器，以将不适当尺寸的弹粒或团粒返回至造粒机。另选的是，不同尺寸的弹粒或团粒可以分类成具有相似尺寸范围的多个批料，如具有直径大约1mm±50％、2mm±50％，以及3mm±50％的弹粒或团粒。可以按一组对应点燃参数(如被调节成最优化功率和能量释放的电极间隔)点燃每个批次的弹粒或团粒。
在实施方式中，用于收集点燃产物并将其供应至造粒机和喷射器中的至少一个的再循环系统包括来自以下组的系统的至少一个或更多个特征：(i)穿孔窗口20c和可选为在电池顶部的窗口20，其中气体经由鼓风机77向下流动至辊电极8的外侧上的抛物面镜14的后部并进入旋风分离器80；(ii)在电池上部侧面的多个管道出口64d，以在电池周围产生气旋流，气体入口64a在电池底部，优选为在辊电极8外侧上的区域中，其经由鼓风机77并进入旋风分离器80；(iii)无管设计，其包括在电极区域处的至少一个抽吸入口52或64a，如在辊电极8的外部上，其经由鼓风机77并进入旋风分离器80，其中去往旋风分离器79的入口在其一侧上以产生气旋性气体流。在一实施方式中，该抽吸入口在大约亥姆霍兹线圈的位置处在辊电极的大约上方并横向于辊电极，以及在如图2H1所示的辊下方处。旋风分离器80的顶部可以对电池开放，以最小化气体流动背压。该再循环系统可以包括开放电池设计，如盒中盒，其中，电池壁被整形成将光向上反射至PV转换器。电池的顶部可以是开放的，并且壁、开顶旋风分离器，以及PV转换器中的至少一个可以容纳在密封壳体中，而不是保持在具有受控压力的惰性气氛下。PV电池或面板可以包括保护窗口20，该保护窗口20可以进一步包括保持在气流条件下的穿孔窗口20c。诸如20的窗口可以在至少一个壁和窗口之间具有开放间隙，以允许气流沿着壁返回到抽吸入口52中。间隙的尺寸是可变的，以改变气流速率和模式。该电池底板可以包括料斗，该料斗具有一可选装置，其用于帮助将不被抽吸入口处的吸力夹带的点燃产物移动至旋风分离器和造粒机中的至少一个。示例性输送装置是气动的(如抽吸和吹风)和机械的(如振动)。
在具有低电阻的点燃系统的实施方式中，母线9和10皆包括诸如Woehner挤压母线的挤压母线，举例来说，如具有诸如1600mm2的大横截面的TCC型。点燃电源可以包括光伏转换器。阻尼电容器可以非常靠近辊定位，以供快速响应输入和无功功率。在另一实施方式中，该无功功率可以利用可以与母线并联连接的分流二极管耗散。用于瞬态抑制的示例性二极管是瞬态电压抑制二极管(TVS)，其中，在特定阈值电压以上发生良好表征的雪崩击穿。充当具有不显著泄漏的电阻器的二极管变成能够具有点燃电流量级的电流的分流器，如多千安，并且在击穿之后具有一些耗散能力。在另一实施方式中，利用至少一个变阻器抑制无功电压和电流瞬变。在希望从因燃料团粒而造成第一电路闭合的时间起的延迟的情况下，可以将某些电抗(如电感或电容)设计到电路中。该电容器可以用DC电流充电以降低用于从PV转换器向电容器运送的电流的母线的电阻。在一实施方式中，来自无功功率的无功能量较低，使得其可以在对应电路部件中耗散。通过耗散无功分量，可以消除功耗整流和PV保护。在另一实施方式中，设计的电抗可以与点燃电路的电抗相反。
在一实施方式中，该点燃电源包括：至少一个电容器(如可以按串联和并联中的至少一种连接的电容器组)，光伏功率转换器，其用于接收来自SF-CIHT电池的光并将其转换成电，如低电压、高电流DC电力，以诸如电容器组的对电容器充电，以及母线，其用于将PV转换器连接至电容器组并且将电容器组连接至辊电极。该连接可以串联或并联。在一实施方式中，PV转换器并联连接至电容器和电极。来自PV转换器的母线可以包括电感器，以在点燃事件之后抑制来自电极的反射或反向无功功率。该无功功率可以从PV转换器偏转或分流至可以恢复无功功率的至少一些能量的电容器组。该电感器可以选择性地为反射功率提供阻抗，而不是正向DC充电功率。功率分流可以保护PV转换器免受无功功率的损害。在一实施方式中，诸如分流二极管的二极管可以分流并耗散至少一些无功功率以保护PV转换器。
在一实施方式中，造粒机可以包括至少一种模壳或模具，以包含可以水合的至少一种燃料样品，或者不包含可以取决于水合物的热稳定性的燃料样品。每个样品可以被加热至烧结成团粒或从团粒熔化中的至少一种，其中，冷却熔体可以至少部分地形成球粒。如果团粒不包括H2O，则其可以水合。烧结或熔化可以通过进行直接或间接加热每个燃料样品中的至少一种来实现。模壳或模具可以在烘箱中加热，如电阻炉或电弧炉。在一实施方式中，用于点燃反应的热量通过如本领域已知的热管输送至燃料烧结或熔融区。在另一实施方式中，每个样品可以通过直接加热器(如电弧或放电或等离子体焰炬)直接加热。该电弧或放电加热器可以包括用于每个燃料样品的电极，其中，该燃料样品和模壳或模具包括反电极。该模壳或模具可以包括多个燃料样品容器，举例来说，诸如圆柱形孔的孔，或者诸如板中的半球形凹陷的凹陷部。该燃料、烧结燃料、熔化燃料，以及团粒中的至少一种可以抵抗粘附至板。该样品可以通过样品分配器作为等分试样分配。另选的是，燃料可以施加在板的表面上，并且可以去除不在孔或凹陷中的多余部分。该去除例如可以通过诸如利用气流的气动方式或者通过刮刀或振动的机械方式。其它过量燃料去除方式对于本领域技术人员是已知的。利用加热，熔体可以分别从熔体形成烧结团粒，如圆柱形和球形固化团粒。
造粒机可以包括多个这样的板，该板包括多个这样的模壳或模具。这些板可以安装在包括输送机模具的传送皮带或链条上。可以将样品施加至输送机模具的板上，并且输送机模具可以将加载燃料的板输送到加热器中。加热器可以间接或直接加热样品以形成团粒。用于板的电弧或放电加热器可以包括电极阵列，其中每个燃料样本具有电极，每个对应的燃料样本用作反电极。另选的是，直接加热器可以包括多个等离子体焰炬、至少一个光栅化等离子体焰炬，以及至少一个光栅化电弧或放电电极(其与包括样品的对电极组合形成电弧或放电)中的至少一个。另选的是，可以将诸如电子束的射束用于加热燃料以制造团粒。可以将转向电极或磁体用于转向该射束，以在可以在输送机模具上移动的多个燃料样品上制成光栅上的颗粒。该电子束加热器可以包括电子束焊机。该焊机可以包括电源和控制与监测电子器件，电子枪、射束转向机构，以及真空室。在一实施方式中，可以将诸如二极管激光器的激光器或诸如CO2激光器的气体激光器用于加热燃料以制造团粒。在一实施方式中，从SF-CIHT电池输出的光可以用于加热燃料样品以形成团粒。在一实施方式中，诸如白炽灯、荧光灯、电弧，以及卤素灯中的至少一个的灯和发光二极管、激光泵源、闪光灯泡，或本领域已知的其它光源可以被用于加热燃料样品以形成团粒。该光可以通过诸如抛物面镜的镜引导至燃料样品。该光可以通过诸如透镜和镜中的至少一个或更多个的光学部件聚焦。该光可以通过本公开的至少一个光学部件(如透镜、镜，以及光缆中的一个或更多个)来传送。由光子加热的燃料样品可以在热绝缘支撑体上，以防止被传递以加热燃料样品的能量的过度损失。可以将转向光学器件用于操纵激光束、光束或来自电池的光，以在可以在输送器模具上移动的多个燃料样本上的光栅中制造团粒。可以利用至少一个直接加热器的光栅化和通过输送器模具传送样品的组合运动来加热样品区域。样品板的样品区域通过以下组中的至少一种方法加热：(i)在所述区域上光栅化至少一个直接加热器，(ii)沿着直线对至少一个直接加热器光栅化，并且输送器模具通过输送将所述线性光栅从所述第n行(n是整数)推进到第n+1行，(iii)至少一行直接加热器加热一行样品，并且输送器模具通过输送使所述线性加热器从第n行(n为整数)前进到第n+1行，以及(iv)加热器的二维阵列加热板的一部分的样本区域或板的所有样品区域，并且输送器模具使加热器阵列从第n个区域推进到第n+1个区域。在一示例性实施方式中，一行10个5mm间隔的电极通过高电压、低电流放电直接加热10个5mm间隔的样品。该电压和电流可以是本公开的那些。该样品(如30至40mgAg+·BaI2·2H2O)处于非粘附材料(如陶瓷或石墨)的单个板或多个板中的凹陷中。在一实施方式中，该团粒在诸如石墨或铜表面的导电表面上形成。这些板被安装在输送器上并且包括以大约1m/s平均移动的输送器模具。通过具有大约一毫秒的持续时间的脉冲放电递送大约10J/样本的能量。通过10mm的输送器输送，将该行10个5mm间隔的电极从第n行移动到第n+1行。超过一秒钟，覆盖的行数为100，使得在一秒钟内形成1000个球形团粒。
一旦形成团粒，它们就可以从板上移除并输送至点燃电极。该团粒可以倾倒到螺旋推运器66和槽5中，以被输送至辊电极。另选的是，该团粒例如可以通过诸如利用气流的气动方式或者通过刮刀或振动的机械方式从输送器模具的板移除。其它团粒去除方式对于本领域技术人员是已知的。团粒形成工序可以连续进行，因为输送器模具的多个板易于形成和释放团粒的步骤的重复循环。在其它实施方式中，将输送器模具替换为另一类型的造粒机，如本领域技术人员已知的齿轮或挤出机类型。燃料可以从旋风分离器80流入造粒机(如本领域已知的一种)，并且团粒可以离开造粒机以输送至电极8。该团粒可以通过槽5中的螺旋推运器66输送，以递送至辊电极8。
在一实施方式中，造粒机可以包括制丸机。在一实施方式中，该造粒机包括加热料斗，其中，固体燃料被熔化并且通过喷嘴或滴落器流入水容器中。水可以利用水结合化合物(如BaI2)饱和，以抑制燃料中的、诸如BaI2的化合物溶解，其中，针对BaI2 2H2O的水合可能发生在储水器中。该加热器可以包括本公开的一种。在一实施方式中，可以搅动或搅拌熔体，以保持金属和水结合化合物(如BaI2和BaI2 2H2O)的均匀混合。该搅拌可以通过喷入也可以进行水合和保持水结合化合物的水合物中的至少一种的水或蒸汽来实现。该加热器可以是电阻加热器或电弧加热器。该喷嘴可以形成熔融燃料滴，其迅速冷却并在水浴中形成基本上球形的团粒。该团粒还可以在气体或真空滴中或在冷却载体上形成并且冷却。该团粒可以从储水器中移出并流入螺旋推运器66以被输送至电极8。该去除可以是机械方式。在一实施方式中，该团粒从浴中应变。另选的是，水被泵送至诸如另一储存器。该团粒可以在输送器皮带上输送，并且该团粒可以倾倒出，如进入螺旋推运器66。该储水器还可以用作散热器，以在需要时冷却系统。例如，该电极和滑动轴承可以被冷却。
在一实施方式中，该燃料包括这样的团粒，该团粒具有：(i)诸如金属或合金的导电材料，如包括水不反应性组分(如Ag、Pb、Bi、Sb以及Te中的至少一种或多种)的导电材料，和(ii)水合水结合材料，如导电材料和形成水合物的材料中的至少一种，举例来说，诸如金属卤化物、水合氧化物以及氢氧化物的化合物，如本公开的那些。示例性金属卤化物水合物、水合氧化物以及氢氧化物是碱金属、碱土金属以及过渡金属卤化物水合物(如、如BaI22H2O，MgBr2 6H2O和ZnCl2水合物)，和碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属、第13、14、15和16组，以及稀土金属水合氧化物和氢氧化物(如NaOH、Mg(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3、硼砂、水合B2O3或其它氧化硼、硼酸和La(OH)3)。在一实施方式中，该固体燃料包括与氢反应的氧化物(如CuO)，并且电池气体包括氢气，使得通过氧化物与电池气体氢气的反应形成催化剂HOH。该点燃产物可以通过熔化和再水合的步骤形成为团粒。这些步骤可以按任何次序或同时进行。该团粒可以通过金属弹粒方法形成，其中，点燃产物熔化并通过喷嘴滴落或倒入水性冷却储存器中以形成团粒。水结合材料可以在滴入或倒入储水器之前水合。另选的是，水结合材料可以在浸入储水器时被水合。在一实施方式中，诸如金属或金属合金的导电材料包括熔化并滴落或倒入储水器中的点燃产物。一些水可能在冷却团粒时变成蒸汽，并且蒸汽可能形成空腔并被捕获在形成的燃料团粒中。体相水也可被捕获在所得燃料团粒中。
用于形成熔体的加热器可以包括本公开中的一个，如电阻式、电弧式或电感耦合式加热器。从SF-CIHT电池输出的光可以用于加热燃料样品以形成团粒。该光可以通过诸如抛物面镜的镜引导至燃料样品。该光可以通过诸如透镜和镜中的至少一个或更多个的光学部件聚焦。该光可以通过本公开的至少一个光学部件(如透镜、镜，以及光缆中的一个或更多个)来传送。
在一示例性实施方式中，燃料团粒通过熔化银并将大约40mg样品滴入水中(优选在惰性气氛下)而形成。蒸汽可以形成空腔，并且H2O可以被捕获在团粒中。还可以将银熔体滴入形成水合物的无机化合物盐水中，如BaI2 2H2O盐水，其中，该水合物可以作为水合物并入团粒中。示例性能量释放为10kJ/g。假设从H2O到H2(1/4)+1/2O2的能量释放为50MJ/摩尔，则10kJ将需要2E-4摩尔(3.6mg)的H2O。由此，银团粒必须包含至少0.36wt％的H2O。在另一实施方式中，团粒包括诸如Ag或Ag合金的金属(如Ag(72wt％)-Cu(28wt％))，以及H2和H2O中的至少一种，其可以在滴入储存器和并入来自储存器的H2O之前，通过诸如在熔体中起泡的方式，在团粒形成期间并入金属中。
燃料可包括诸如水合金属或金属合金材料的水合多孔材料，举例来说，如金属或金属合金泡沫、海绵、网、空化金属或合金，或者垫块。水合多孔材料可以通过熔融金属或金属合金的蒸汽和水处理中的至少一种形成，其中，H2O可以被捕获在材料中。该金属或金属合金可以是Ag、Cu、Pb、Bi、Sb以及Te中的至少一种。该多孔材料可以以比燃料样品或团粒更大的单位形成，并且诸如团粒的燃料样品可以通过机械加工形成，如通过从更大单位的材料冲压或冲出团粒。该材料可以在机械加工成希望尺寸的团粒之前或之后水合。在一实施方式中，金属泡沫通过向金属中加入盐、加热至金属和盐的熔点之间的温度、利用通过惰性气体施加的压力迫使熔融金属进入盐中，并将混合物冷却成固体来制成。该盐可以通过将材料置于水中并溶解该盐而加以去除。该材料可以形成为厚片，并且泡沫可以被机械加工成块并且用水水合。在另一实施方式中，可以将金属-盐混合物切割成团粒并水合以形成燃料团粒。另选的是，金属-盐混合物中的盐可以包括水合物，并且该混合物可以被切割或冲成团粒以形成燃料团粒。在一实施方式中，多孔金属或金属合金或金属-盐混合物可以被铸造成圆柱体或另一细长形状，并且通过诸如送丝造粒机的机器切割成团粒。在一实施方式中，该盐可以包括焊剂。该金属可以包括银，并且该焊剂可以包括硼砂、硼酸，以及碱金属碳酸盐(如碳酸钠)中的至少一种。在盐脱水的情况下，该盐被再水合以形成燃料。
在一实施方式中，该燃料可以包括诸如金属或金属合金的导电基质，如Ag-Cu(50-99wt％/1至50wt％)，其中并入了氢源、氢、H2O来源，以及H2O，并且可选地包括可以包括水合物的水结合化合物。该燃料可以包括弹粒和团粒中的至少一种。在一实施方式中，在诸如金属或合金的固体燃料中的导电基质材料的熔融形式中，氢、氢来源，以及H2O中的至少一种的溶解度增加。该熔融基质材料(如熔融金属或合金)可以暴露于氢、氢来源，以及H2O中的至少一种。氢、氢来源，以及H2O中的至少一种的压力可以是任何希望的，如小于、等于，或大于大气压力。该压力可以处于约1毫托至100大气压的范围内。该温度可以增加以增加氢吸收。在一实施方式中，选择金属和合金的组成中的至少一种以增加氢、氢来源以及H2O中的至少一种的并入。在一实施方式中，选择包括Ag和Cu的合金中的Ag和Cu的组成以最优化氢、氢来源以及H2O中的至少一种的并入。可以向熔融合金中加入添加剂(如氧化物和氢氧化物中的至少一种)，以增加可以用作H来源和HOH催化剂中的至少一种的氢和氧中至少一种的含量。已经吸收氢来源、氢、H2O来源，以及H2O源中的至少一种的熔融基质材料最初可以在外表面上固化，以捕获氢来源、氢气、H2O来源，以及H2O中的至少一种。H2和H2O中的至少一种在固体中比在熔融金属或合金中的溶解性差得多。包括H2和H2O中的至少一种的气体的腔或穴可以在固化的金属或合金中形成。在一实施方式中，通过引起脆化的技术将氢结合到固化的熔体中，如本领域已知的那些。由具有溶解的氢来源、氢气、H2O来源，以及H2O中的至少一种的熔体形成的弹粒或团粒可以是多孔的，或者包括金属泡沫或海绵，其中并入了H来源、催化剂来源、H2O来源、H2以及H2O中的至少一种。已经吸收氢气源、氢气、H2O来源，以及H2O中的至少一种的熔融基质材料可以通过在液体或气态冷却剂(如水或惰性气体)中冷却而固化形成团粒(如弹粒)。另选的是，该熔体可以被固化为可以采用任何希望形式的固体，如线或厚片。该团粒可以由固体机械地形成。该团粒可以通过剪切线或通过冲压厚片而形成。在另一实施方式中，该团粒可以由还包含水结合材料(如本公开的那些)的熔融导电基质材料形成，本公开的那些水结合材料如形成水合物的金属卤化物或氧化物，举例来说，水合物如ZnCl2水合物，BaI22H2O或MgCl2·6H2O。
在一实施方式中，可以将气体吹入熔体中以形成弹粒。吹入熔体中的气体可以形成多孔金属或金属泡沫，当将熔体滴入水中时，水被收集到该多孔金属或金属泡沫中。气体可以将熔融金属从喷嘴吹出。可以使用诸如旋转轮的机械分配器来捕获滴落物并将它们投到水浴中以进行冷却。该造粒机可以包括离心雾化器或造粒机。熔融团粒材料可以滴入杯中或滴在旋转的锥体或圆盘上，该锥体或圆盘以足以生成形成团粒的实质离心力的速度旋转。在旋转电极过程实施方式中，固体燃料或至少一种组分的棒在该棒通过加热器在端部熔化以形成团粒时旋转。该加热器可以包括诸如来自钨电极的电弧。可以施加水喷雾以至少部分地冷却下落的团粒。该团粒可以滴落到除水之外的冷却剂中，如不那么致密的冷却剂(如油)。
在其它实施方式中，该团粒可以通过使用除水以外的工作流体或冷却剂和使用除了滴入体相水中之外的方法中的至少一种来形成。本领域技术人员已知的合适的方法是流体或气体雾化，(如水雾化)，其涉及通过冲击高能量的流体射流(举例来说，诸如水的液体或诸如惰性气体的气体)来分散熔融团粒材料的细流。在该雾化过程中，所产生的颗粒形状取决于可用于表面张力的时间，以在熔融液滴冷却成固体时形成最小表面积与体积比。低热容量气体通过延长冷却时间而有利于球形。滴管或喷嘴可以允许颗粒或多或少地自由下落，其中，称作紧密耦合或限制雾化的前一种情况包括喷嘴和头部设计，其提供可调节的雾化气体，使得气体射流和熔融流的冲击恰好在喷嘴下方发生。
在一实施方式中，随着其流出滴管以在团粒中形成孔，可以将燃料的未熔化组分(如粉末点燃产物)添加至熔体中，如包括熔融合金(举例来说，诸如Ag(72wt％)-Cu(28wt％)的Ag-Cu合金，或Ag(50wt％)+Cu、Pb、Bi、Sb或Te)的点燃产物。在水和蒸汽之间的相变期间，团粒表面的至少一部分上的压力可能改变，所述相变可能产生孔隙。可以将团粒滴入不同温度的水中，以通过对形成的团粒进行鼓泡或蒸汽作用而产生孔。可将团粒滴入具有溶解气体(如氩气或CO2)的水中以形成多孔团粒。多孔团粒也可以通过将诸如氩气的气体鼓泡到熔体中而形成。在一实施方式中，将超声波施加至浴中的冷却团粒以形成孔。超声波可以足够强以引起空化。团粒可以集中超声功率以增加形成多孔团粒的效率。多孔团粒可以通过加入可溶解在水浴中的盐而形成。可以通过在孔中捕集H2O来使团粒水合。在一实施方式中，该团粒可以包含沸石结构。具有希望尺寸或尺寸范围的团粒可以通过诸如通过控制温度和通过控制滴落器或喷嘴的孔的尺寸的方式控制熔体的粘度来制备。该希望尺寸可以处于约10um至2cm，100um至10mm，以及1mm至5mm中的至少一个范围内。可以使用蒸汽发生器来促进团粒的水合。示例性燃料为TiO+H2O 3mm团粒、Cu锅(Cu pan)+H2O、Ag+ZnCl24H2O、Ag+CaCl2 6H2O、Ag+MgBr2 6H2O、Ag+MgCl2 6H2O、Ag+CeBr3 7H2O、Ti+ZnCl2+H2O(185∶30∶30)100mg(装载到Cu盖中)、Ag+水合硼砂、Ag+CeCl3 7H2O、Ag+SrCl2 6H2O、Ag+SrI2 6H2O、Ag+BaCl2 2H2O、Ag+BaI2 6H2O、Cu+水合硼砂、Cu+ZnCl2 4H2O、Cu+CeBr37H2O、Cu+CeCl37H2O、Cu+MgCl2 6H2O、Cu+MgBr2 6H2O、Cu+CaCl2 6H2O、Cu+SrCl2 6H2O、Cu+SrI2 6H2O、Cu+BaCl22H2O，以及Cu+BaI2 6H2O。
在一实施方式中，来自点燃固体燃料的粉末通过旋风分离器收集并形成模具，如线型或板坯模具。该粉末可以通过本公开(如机械方式和气动方式)分散。可以将该粉末加热至在良好绝缘以保存能量的炉中的熔体。该熔体在冷却器部分中冷却，该冷却器部分可以具有由热交换器从电池的热部分提供的一些热量。诸如金属-盐混合物的固化材料(如Ag+ZnCl2或Ag+MgBr2的混合物)被水合。该水合可以通过施加体相水、水雾或蒸汽来实现。在后一情况下，蒸汽可以被再循环以节省能量。可以通过诸如冲孔、冲压以及切割中的至少一种的方式将燃料条片机械加工成团粒。该团粒可以通过诸如输送器或螺旋输送器(如螺旋输送器66)的方式输送至辊。该团粒可以被喷射到辊中以通过诸如本公开之一的喷射器点燃。
在一实施方式中，至少一个喷嘴或滴管在其将熔融燃料排放到非粘附表面(如传送器皮带的非粘附表面)上时在线或区域上按空间光栅化，其中该非粘附表面将液滴珠粒化成团粒球或半球。该光栅可以在线上，其中，可以在发生滴落时移动传送器皮带以实现在一区域上的分配。另选的是，该光栅在在独立于传送器平移的区域上分配期间可以处于一平面上。在其它实施方式中，一排喷嘴或滴管沿着一条线同时分配，并且可以通过沿横向方向光栅化或者通过利用传送器的运动而在不同横轴位置处沿一条线分配，从而分配在一个区域上。在其中滴管将熔融燃料排放到具有非粘附表面的传送器皮带上，该非粘附表面将滴落物珠粒化成团粒球或半球的实施方式中，燃料可以包括诸如Sb的添加剂，该添加剂用于将熔点降低到低于水合物分解温度，如在BaI2 2H2O的情况下为740℃。
造粒机可以包括第一和第二容器，该第一和第二容器可以包括加热器或熔炉，以用作点燃产物的熔化器，该点燃产物可以包括金属，举例来说，诸如Ag、Cu或Ag-Cu合金的纯金属或合金。用于形成熔体的加热器可以包括本公开中的一个，如电阻式、电弧式或电感耦合式加热器。从SF-CIHT电池输出的光可以用于加热燃料样品以形成团粒。来自热交换器的热可以将热量从SF-CIHT电池的另一组件传递至熔体。该加热器可以包括具有能够高温的加热元件的电阻加热器，如包括镍铬合金、钨、钼、SiC或MoSi2的加热元件。该部件可以是气密密封的。该加热器可以包括非丝类型，如电弧加热器。在一实施方式中，通过诸如旋风分离器的装置收集点燃产物。收集的产物可以流入还包括加热器的第一容器、坩埚或料斗中。该产物可以通过加热器熔化，并且熔体可以通过连接通道流入第二容器。进入第二容器的通道出口可以浸没在第二容器中的诸如熔融点燃产物的熔体的表面下方。第一容器可以在第二容器的表面下排出熔体。任一容器中的熔体水平可通过电阻探针感测，举例来说，诸如W或Mo线的折射器线，其与容器壁电隔离，以感测不与熔体接触时的开路，和在与熔体接触时的低电阻。从第一至第二容器的流动可以根据第一与第二容器之间的压力差，基于第一和第二容器中的熔体水平以及第一和第二容器中的任何气体压力来控制。可以改变熔体水平以控制容器之间的流动。在一实施方式中，在通道和第一容器中的至少一个中的熔融点燃产物的柱高度使得由熔体密度、重力加速度，以及柱高度的乘积给出的对应压力加上第一容器中的气体压力大于或等于第二容器中的压力。第一容器中的气体压力可以包括SF-CIHT电池的气体压力。在一实施方式中，利用至少一个压力传感器、至少一个阀、至少一个气体压力控制器、至少一个泵，以及计算机来控制第一和第二容器中的至少一个中的压力。经由该通道的流动还可以或进一步通过阀、小旋塞或闸阀控制。
第二容器或坩埚还包括至少一个喷嘴或铲斗以形成弹粒。该熔体可以从第二容器的孔口或喷嘴流出到储水器以形成弹粒，并且所得水平和压力变化可以导致熔体从第一容器流动至第二容器。在一实施方式中，可以控制孔口或喷嘴开口尺寸，以控制弹粒尺寸和金属流速中的至少一个。可调节尺寸的示例性孔口可以包括电磁阀、快门阀，或闸阀。开口尺寸可以利用螺线管或其它机械、电子或机电致动器来控制。在另一实施方式中，该孔口可以具有针对诸如Ag-Cu(72％/28％)的合金的、直径为1mm的固定尺寸。该孔口可以具有处于大约0.01mm至10mm的范围内的直径。弹粒的尺寸可以通过可控地调节以下至少一个来控制：孔口尺寸、燃料熔化温度、容器之间的连接通道的直径、第一容器中的压力、第二容器中的压力、第一和第二容器之间的压力差、诸如如下的组成的燃料组成，即，上述组成具有导电基质(举例来说，诸如Ag-Cu合金的金属合金中的纯金属成分的重量百分比)中的至少一个，和水结合化合物、水含量以及氢含量的百分比组成中的至少一个。
在一实施方式中，该点燃产物在具有强加热的第一区域或容器中熔化，如由电弧提供的点强加热，例如具有直接承载至少一些电弧电流的点燃产物的电弧，和在接近第一容器的、诸如点燃产物粉末流过其中的难熔金属管上的电弧中的至少一个电弧。该熔体可以流入具有高于点燃产物熔点的温度的另一区域或容器，该温度可以通过诸如电阻加热器(如包括镍铬合金、SiC以及MoSi中的至少一种的电阻加热器)的第二容器加热器来维持。在一实施方式中，为避免在熔化点燃产物粉末时劣化电弧等离子体电极，第一容器加热器包括感应加热部件，举例来说，诸如交流频率(AC)电感耦合加热器的电磁加热器。第二容器加热器可以包括感应耦合加热器。该频率可以处于以下的至少一个范围内：大约1Hz至10GHz、10Hz至100MHz、10Hz至20MHz、100Hz至20MHz、100kHz至1MHz、500Hz至500kHz、1kHz至500kHz，以及1kHz至400kHz。该容器可以包括诸如陶瓷的耐热AC透明材料，举例来说，诸如Si3N4的氮化硅、Al2O3、氧化铝，或氧化锆，锆氧化物。加热器可以包括容器和电感耦合线圈之间的高绝缘，其可以通过诸如水冷却的方式来冷却。在另一实施方式中，第二容器可以是由在第一容器中形成并升高温度的熔体部分地和单独地进行加热的至少一种。诸如感应耦合加热器的第一容器加热器可将熔体加热至比第二容器中所需的温度更高的温度，以向第二容器提供热量。可以控制从第一容器流至第二容器的金属的温度和流速，以在第二容器中实现希望温度。在一实施方式中，第一容器和第二容器中的至少一个的加热器包括感应耦合加热器、用于传导源自所述反应物的反应的热能的热交换器，以及用于递送源自所述反应物的反应的光能量的至少一个光学部件中的至少一个。造粒机还可以包括一个或多个电磁泵，以控制粉末和熔体中的至少一种通过造粒机的流动。在一实施方式中，所述造粒机还包括热回收器，该热回收器从冷却弹粒回收或收回至少一些热，并将热传导至传入点燃产物，以随着该点燃产物进入熔炉或包括加热器的第一容器而预热该点燃产物。该熔体可以从滴管滴落到储水器中，并形成在热的时候回收的热弹粒。来自冷却弹粒的热量可以由回流换热器至少部分地回收或收回。回收或收回的热可以被用于进行预热回收的点燃产物粉末、熔化粉末、加热熔体，以及维持造粒机的至少一部分的温度中的至少一个。该造粒机还可以包括热泵以增加回收热量的温度。
该第二容器能够将气体保持在小于、等于或大于大气压的压力下。该第二容器可以被密封。该第二容器能够在气流条件下保持希望受控气氛。可以在静态或流动条件下将诸如H来源、H2、催化剂来源、H2O来源，以及H2O中的至少一种的气体供应至第二容器中。在一实施方式中，诸如氢气和水蒸气以及混合物的气体可以再循环。该再循环系统可以包括至少一个阀、一个泵、一个流量和压力调节器，以及一个气体管线的组中的一个或多个。在一实施方式中，多种气体(如H2和H2O)可以是利用公共管线或分开的管线流入或流出容器的至少一种。为允许气体通过熔体起泡，入口气体端口可以浸没在熔体中，而气体出口可以在熔体上方。H2和H2O都可以通过使气体混合物流动来供应，举例来说，包括诸如稀有气体的电池气体与诸如Ar/H2(5％)的添加气体的气体混合物，或包括H2、H2O，以及H2和H2O的混合物中的至少一个的气体混合物。该气体可以流过H2O起泡器以在气流(例如H2气流)中夹带H2O，然后混合物可以流入熔体。经气体处理的熔体可以滴入H2O中，以形成并入有诸如H2O和H2中的至少一种的气体的弹粒。添加的或流动的气体可以包括单独的H2和单独的H2O。该熔体可以包括氧化物，以进一步增加H来源、催化剂来源、H2，以及H2O中的至少一种的弹粒含量。该氧化物可以通过添加可以流入熔体中的O2来源或O气而形成。该氧化物可以包括本公开的那些，如过渡金属氧化物。诸如CuO的氧化物可以用H2(CuO+H2至Cu+H2O)还原，或者其可以包括耐H2还原的氧化物，如碱金属氧化物、碱土金属氧化物，或稀土氧化物。该氧化物能够可逆地水合。水合/脱水可以分别通过加入H2O和加热或点燃来实现。在一实施方式中，可以向熔体中添加诸如硼砂的助熔剂，以增强将H2和H2O中的至少一种并入到弹粒中。
在一实施方式中，该弹粒燃料可以包括H来源、H2、催化剂来源、H2O来源，以及H2O中的至少一种。可以将H来源、H2、催化剂来源、H2O来源，以及H2O中的至少一个供应至由点燃燃料(如弹粒或团粒燃料)形成的等离子体。可以将氢供应至其中形成等离子体的电池。该氢可以作为气体来供应。在一实施方式中，将水供应至其中形成等离子体的电池中的等离子体。水可以作为气体提供，如来自加热的储水器的蒸汽。另选的是，可以将水注入等离子体中。定向的水可以由雾化装置或喷射器或喷雾器提供，如超声波或气动的。喷水器或喷射器可包括喷雾器，如Fog Buster Model#10110，美国专利No.5390854。水喷雾还可以用作诸如辊电极的冷却剂的冷却剂。过量的蒸汽可以通过冷凝器冷凝。供应的氢可以用作H、催化剂来源、催化剂、水源，以及HOH来源中的至少一种的主要或次要或补充来源中的至少一种。所供应的水可以用作H和HOH催化剂中的至少一种的主要或次要或补充来源中的至少一种。
在一实施方式中，燃料组成中的至少一种(如H来源、催化剂来源、H2、H2O来源以及H2O中的至少一种和诸如磷的添加剂)，以及诸如稀有气体的电池气体和电池气体压力可以动态地控制，从而控制所产生的光的光谱以匹配PV转换器灵敏度的光谱。可以利用光谱仪和PV转换器的电输出中的至少一个来监测该匹配。H来源、H2、催化剂来源、H2O来源，以及H2O中的至少一种的压力、流量，和暴露时间中的至少一个可以在第二容器中加以控制，以控制燃料组成。该光谱还可以通过控制点燃速率、辊速度、弹粒喷射速率、弹粒尺寸、点燃电流、点燃电流持续时间，以及点燃电压来加以控制。
在一实施方式中，燃料中的H2O的反应是H2O至H2(1/p)+1/2 O2，如p＝4。可以将氧并从电池中移除。另选的是，可以将氢添加至电池中，以替换形成分数氢H2(1/p)的氢。氧可与氧产物反应以形成H2O。燃烧可以通过电池等离子体来促进。氢可以在H2O的外部电解期间通过穿过阴极的渗透来供应。在另一实施方式中，氧可以在电池中清除。氧可以通过氧吸收剂清除，举例来说，诸如可以细分的金属的材料。该吸气剂可以选择性地与电池中的其它气体(如H2O)上的氧反应。示例性金属是本公开的对与水反应具有抗性的那些。具有低水反应性的示例性金属包括Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W以及Zn的组的那些。该吸气剂或氧气洗涤器(oxygen scrubber)可以从SF-CIHT池中去除并再生。该去除可以是周期性的或间歇性的。该再生可以是通过氢还原。该再生可以原位发生。该原位再生可以是间歇的或连续的。诸如沸石和形成包括氧的可逆配体键的化合物的其它氧气吸气剂及其再生(举例来说，诸如2-氨基对苯二甲酸-链接脱氧系统的硝酸盐的盐[{(bpbp)Co2 II(NO3)}2(NH2bdc)](NO3)2.2H2O(bpbp-＝2，6-双(N，N-双(2-吡啶基甲基)氨基甲基)-4-叔丁基苯酚，NH2bdc2-＝2-氨基-1，4-苯二羧酸酯)是本领域技术人员已知的。当氧气水平增加时(如通过电池氧含量的氧传感器感测的)，可以确定氧气洗涤器再生的定时。
在一实施方式中，将团粒从造粒机输送至团粒喷射器。在其中团粒形成在储水器中的实施方式中，该团粒可以通过可以对水多孔的运送器从水浴中去除。水也可以在对水是多孔的槽5中去除。该团粒可以通过螺旋推运器66输送至辊电极下方的区域。该团粒可以通过气体喷嘴83喷射到辊中。该气体喷嘴可以指向槽5的底部，其中，向下指向的空气射流83提升团粒，以经由反射的空气和湍流实现团粒喷射。团粒通过的辊下方的一个或多个准直器和挡板中的至少一个可以引起接近的单纵列(single-file)团粒流动，其还可以用于产生文丘里效应，以将团粒吸入辊中。
槽5可以包括用于包含加压气体的壳体。该槽和壳体可以包括内部具有螺旋推运器66的圆柱形管。螺旋推运器66可以将该管基本上靠紧至气流。该团粒可以被输送至处于螺旋推运器66的中心处的料斗。该料斗可以包括诸如83的空气喷嘴，其可以按诸如向上的希望方向指向，以使一堆团粒流化。该气体喷嘴可形成燃料团粒的流化床，其可流过至少一个准直器或挡板，从而流入辊电极8的电极间区域以待点燃。
在一实施方式中，团粒喷射器包括诸如本公开之一的压电致动器，其中行进轴线是轴向的，朝向电极间区域。该喷射器可以被进给来自螺旋推运器66的团粒。该压电致动器可以包括延伸轴，使得存在穿过团粒堆延伸至顶部的细轴，其中轴端将团粒从堆顶推向电极。团粒的喷射可以至少部分地利用来自辊上方的抽吸加以辅助。该抽吸可以由包括至少一个或更多个风扇、鼓风机或泵(例如鼓风机77)的燃料再循环系统提供。在其它实施方式中，该喷射器可以包括辅助轮或齿轮或者诸如声学扬声器的螺线管致动器中的至少一个，以将团粒投入电极间间隙区域中。除了至少一个准直器或挡板之外，可以调节辊电极的宽度，以更好地促进以大约每毫秒1个的速率顺序地发射团粒。
在一实施方式中，该喷射器包括气动喷射器，其包括诸如料斗的团粒来源和用于调节团粒流入气动喷射器的阀，该气动喷射器可以包括含有加压流动气体以将团粒运送至管开口的管，团粒通过该管开口，沿着一迹线通向电极间区域。该阀可以包括去往团粒输送管线的旋转式气闸阀。该管中的气体可以由分离的管线供给，团粒从团粒输送管线流入该管线中。在联合两条管线的下游的管包括将团粒输送至指向电极的开口的喷射管。喷射管中的气体流可以通过文丘里效应增加。气动喷射系统可以包括用于使产生文丘里效应的气体流动的至少一个通道。该流动气体可以通过至少一个风扇、鼓风机或泵来加压。该气动团粒料斗和喷射器是图2H3和2H4所示的轨道枪实施方式的另选例。
团粒喷射可以是通过电场和磁场中的至少一个来进行促进和控制中的至少一种。该团粒可以被诸如栅格电极的电极充电并引导到辊电极8之间的点燃区域中。该团粒可以被充电或具有施加的电压，并被引导到具有所施加电压的相反电荷或极性的辊电极8的点燃区域。该团粒可以包括可磁化材料，如铁磁性纳米颗粒，并且可以被磁化。该铁磁材料可以抗氧化。该颗粒可以具有抗氧化涂层，如氧化物涂层。该团粒可以在造粒期间(如在弹粒形成期间)并入到团粒中。该团粒可以通过电磁体和永磁体中的至少一种来磁化。该磁化团粒可以通过磁场引导到点燃区域中。该磁场可以通过电磁体和永磁体中的至少一个提供和控制。辊电极8可以被相反地磁化以将团粒引导到点燃区域中。
在一实施方式中，燃料团粒被输送到包括团粒选择器的鼓中，如皆适于保持一团粒的穿孔和凹痕。该团粒可以通过气体压力梯度保持在选择器中。该鼓可以被加压，并且加压气体可以通过穿孔泄漏。该气流可以通过存在至少部分地阻塞穿孔的团粒而衰减，其中，部分阻塞的流动导致压力梯度，使得团粒保持就位。该加压可以利用风扇或鼓风机实现。该鼓可以旋转，以将在选择器(如包括穿孔和凹痕的选择器)中选择的团粒移动至这样的位置，即，该穿孔被诸如外部辊组的装置覆盖，鼓在该辊组下方旋转。存在阻塞每个穿孔的每个辊去除了气体压力梯度，以使对应团粒被释放。每个团粒可以落入连接至气体管线的对应歧管中。该团粒可以通过从加压鼓至辊电极下方的位置的气流在气体管线中输送。从歧管至电极的气体压力梯度可以将团粒推进到在其被点燃的辊电极之间的区域中。在另一实施方式中，在运送器模具上形成的团粒可以直接落入歧管和连接的气体管线中，其中，从输运送器歧管至辊电极的的区域的压力梯度利用动能将团粒输送至辊电极，以使它们被喷射至点燃过程。
该团粒可以通过辊加速以匹配辊速度。该辊速度可以使得团粒在点火持续时间期间的行进距离可以类似于团粒直径，并且点燃功率可以匹配，以在对应团粒点燃停留时间(点燃持续时间)期间供应点火能量。例如，该团粒可以具有2mm的直径并且点燃持续时间可以是1ms。因而，随着2m/s的辊圆周速度，团粒行进距离在点燃持续时间期间为2mm。利用输入功率5kW，匹配点燃能量的输入能量为5J。
在一实施方式中，光可以从点燃燃料的位置沿任何方向发射。光可以直接或间接地利用诸如本公开的那些光学部件，沿任何希望方向传播至一窗口以进一步入射到光伏转换器上。在另一实施方式中，光可以通过至少一个光学部件(举例来说，诸如图2G所示的抛物面14的至少一个镜)沿优选方向(如向上)引导。待喷射的燃料可以包括团粒和在点燃之后再生的粉末的混合物。粉末和团粒的混合物可以密封电极的底部部分，以迫使等离子体向上朝着窗口20膨胀，以将光发射约束至电池而非槽区域5。在一实施方式中，诸如团粒的燃料可以是沿希望方向发射，以造成优选轨迹，并且对应光发射是电池的期望区域。在一示例性实施方式中，喷射系统中的至少一个(如气动喷射器、气体喷嘴、由鼓风机77(图2G1e2和2G1e3)造成的压力梯度，以及包括旋转辊电极8的旋转泵中的至少一个)将团粒从槽5向上发射，以造成点燃和光发射发生在抛物面镜14上方的电池空间中。
在包括诸如浆料、粉末，以及粒化燃料(如包括燃料团粒和粉末的混合物的粒化燃料)中的至少一种的燃料的实施方式中，一些燃料(如在辊之间流动的粉末)被加热，而一些金属粘附至辊以修补爆炸损坏。该点燃系统还可以包括用于从辊中移除多余材料以维持它们的碾磨机。在除了基于最优化操作条件的调节之外，该电极保持在相对固定位置的示例性情况下，该电极通过碾磨来保持。该碾磨可以利用固定磨料刀片来实现，该固定磨料刀片随着辊电极的旋转而碾磨表面。叶片的高度是可调节的。在一实施方式中，辊的外层可以包括硬化层，如18200等级3的铜轮缘，其可以压配合在可以具有更高导电性的中心辊部分上。在一实施方式中，诸如金属粉末的金属可以烧结到电极上以保护它们免受爆炸。该烧结可以在操作期间发生，并且可以至少在点燃区(因爆炸而至少部分加热)和辊上的另一位置中的至少一个中发生。在后一情况下，金属粉末可以流到辊上并且通过辊和诸如电弧或电阻加热器的加热器中的至少一个加热，以使金属通过诸如烧结的方式粘附至辊。辊侵蚀可以在操作期间连续地或间歇地修复。利用淀积系统，该辊电极可以在操作期间被翻新和修复，或者在临时关闭的情况下间歇地保持。淀积系统的一实施方式包括放电机械加工(EDM)系统，或电镀系统，如可以在真空中操作的EDM电镀系统。在真空中或在惰性气氛(如包括诸如氩气、氪气或氙气的稀有气体的惰性气氛)中的操作期间，可以提供齿轮或辊的连续翻新的系统和方法包括淀积系统的另选实施方式。本领域技术人员已知的示例性淀积系统包括激光焊接，或利用二极管激光器的烧结，例如，非常适于铜淀积的冷喷涂、诸如利用等离子弧、电弧、火焰喷涂(如高速、氧-燃料(HVOF))的喷涂的热喷涂，以及溅射。在一示例性实施方式中，银和铜喷雾分别在大约200℃和400℃下施加。喷雾压力在250至500PSI的范围内，气体速度为大约2.2马赫，粉末室压力为大约25PSI，气流为大约50SCFM，而载气为诸如He、Ne或Ar的稀有气体。用于保持喷雾温度的加热可以至少部分地由SF-CIHT电池的热功率提供。其它范围是可能的，如这些值加或减75％。在一实施方式中，在操作期间磨损的电极(如辊电极)的外部部分包括与燃料类似或相同的金属合金，使得它们可以在操作(包括修复和翻新)期间混用和互换。通过碾磨、研磨、擦光、超精加工以及热处理中的至少一种，可以使辊平滑并形成为希望半径。在另一实施方式中，电极修补或修复系统包括用于检测辊破坏的诸如光学传感器的传感器，如激光器。控制器可以控制淀积以修复爆炸损坏。该电池或其它电池组件可以通过本公开的涂覆方法(如等离子体喷涂)涂覆有耐腐蚀涂层，如氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)。碾磨的材料和过量的冷喷涂材料可以通过本公开的输送器(如气动或机械输送器)返回至旋风分离器和造粒机中的至少一个。
在一实施方式中，诸如辊电极的电极或其表面层可以包括燃料中的金属。在一实施方式中，一些燃料弹粒或团粒金属熔合或焊接至电极表面。在诸如利用高速弹粒或团粒喷射的一实施方式中，淀积可以超出材料因点燃事件而从电极变形或撕脱的速率，使得在表面上发生净金属堆积。可以通过控制弹粒或团粒尺寸、点燃电流、点燃电压、点燃功率、点燃电流相对于弹粒或团粒在电极间区域中的位置的触发、辊速度、辊间距以及辊温度中的至少一个，来控制弹粒或团粒材料(如金属)在辊上的淀积。可以通过诸如机械加工的方式去除超过包括原始电极尺度的多余金属。在一实施方式中，将电动点燃产物和粉末状燃料中的至少一个喷射到电极间区域中，其中，在共同喷射的燃料的点燃期间产生等离子体。点燃产物和粉末燃料可以包括金属粉末，如Ag或Ag合金(如Ag-Cu粉末)。该金属粉末可以进行结合至辊电极的表面、焊接或熔合至辊电极表面、涂敷辊电极，以及粉末涂敷辊电极中的至少一种。诸如点燃产物的粉末(举例来说，诸如银金属粉末的金属粉末)可以气动地喷射。该喷射可以伴随燃料或者与点燃产生等离子体的燃料同步。该金属粉末可以利用可以包含氢和水中的至少一种的、直径为大约1mm至5mm的燃料团粒或弹粒(如银弹粒)来喷射。该点燃产物可以从燃料再循环系统转向。例如，粉末可以从旋风分离器中取出，或者可以绕过旋风分离器并且可以随着诸如银弹粒的燃料喷射。在一实施方式中，可以使小颗粒(如直径小于10μm的小颗粒)绕过旋风分离器，并直接喷射到辊中以粘合至表面。在这种情况下，可能不需要静电除尘器来除去旋风分离器难以去除的颗粒。不粘合至辊电极的粉末可以与直接在点燃中形成的点燃产物一起再循环。在一示例性实施方式中，Ag粉末与Ag弹粒共同喷射到辊电极中，以在点燃期间将Ag粉末粘合至表面，以原位修复辊，即，在操作时修复辊。在一实施方式中，压力可以由一个辊施加在另一个辊上。可以在发生粉末淀积时施加压力。可以通过闭合辊之间的任何间隙来施加压力。可以在辊接触的同时连续施加电流，并且喷射粉末以粘合至辊。可以通过施加在辊之间的高电流(如电弧电流)和由点燃燃料(如颗粒和粉末燃料中的至少一种)所产生的等离子体中的至少一种来促进该粘合。粉末喷射可以通过利用团粒或弹粒的气动喷射和本公开的其它方法来实现，如通过气体射流将气体喷射到槽中以使粉末流流入所公开的电极间区域。诸如Ag金属的过量材料可以利用诸如精密研磨机或车床的表面精加工工具加工掉，其可以在辊停止时间歇地或者在辊转动时连续地操作。经加工的去除材料可以再循环。该材料可以通过输送至旋风分离器而再循环。在另一实施方式中，可以在点燃期间将诸如具有低功函的材料的材料(举例来说，诸如银粉的金属)喷射到电极间区域中，以被离子化以支撑等离子体。该材料可以具有低功函以更好地离子化来支撑等离子体。要离子化的示例性气态材料是诸如氩气的惰性气体。等离子体的增强可以增加分数氢反应速率和功率。
在一实施方式中，在点燃事件开始的分数氢反应释放高能量光，如极紫外和紫外线。通过在适当的压力下保持适当的覆盖气体，所得等离子体可以变得完全离子化并且在光学上是厚的。该压力可以保持在低于大气压、大气压或高于大气压。该覆盖气体可以包括诸如氩气、氪气、或氙气的稀有气体，或者H2O或H2O来源，如水蒸气或水合燃料，其中，水可以是化学结合或物理吸收的。可以向反应混合物中添加其它元素或化合物(如ZnCl2或ZnCl2水合物)，以使等离子体具有光学厚度。该添加剂可以具有低离子化能量，以形成更多的离子和电子。光学上厚的等离子体可以发射黑体辐射。该黑体辐射对于光伏转换是所希望的。可以选择电池气体、添加剂、燃料、点燃条件以及压力中的至少一个，以实现对于将光有效地光伏转换成电来说最优化的黑体辐射的希望光谱。该光伏转换器可以包括将紫外光转换成电的PV电池。示例性紫外PV电池包括以下中的至少一种：p型半导体聚合物PEDOT-PSS：淀积在掺杂铌的氧化钛(SrTiO3：Nb)(PEDOT-PSS/SrTiO3：Nb异质结构)上的、由聚(4-苯乙烯磺酸盐)膜掺杂的聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)，GaN、掺杂有诸如锰的过渡金属的GaN、SiC、金刚石、Si以及TiO2。
在一实施方式中，燃料的点燃导致产生等离子体的分数氢反应的高速率。该等离子体可以包括完全离子化的等离子体，其可以是光学厚的并且可以发射其特征黑体辐射。在一实施方式中，基本上全部能量可以作为光子发射，除加热和压力体积能量以外，其可以通过本公开最小化为小的分量。
在一实施方式中，该固体燃料被允许在爆炸后膨胀，使得诸如新生HOH和H的催化剂的气体密度被形成以最佳地传播分数氢反应。在非限制条件下的点燃可以通过分数氢反应来增加功率、光，和分数氢产物中的至少一种。对于包括Ag+ZnCl2+H2O(74∶13∶13wt％)的、大约50至100mg的示例性固体燃料团粒，或者包括Ag(4-7μm)+BaI2 2H2O的、比例为200mg∶30mg(15wt％BaI2 2H2O)的40mg固体燃料混合物样品：利用Edgertronic摄像机记录的高速(18000帧/秒)视频显示，等离子体球具有大约10cm的半径，其针对等离子体发射事件的实质持续时间可以是相对静态的。该等离子体在大约100us内实现这个半径，并且即使在电流为零之后该等离子体球仍然存在。针对该电流衰减的典型时间为1ms，而针对持续的等离子体为10ms。该等离子体以大约4.2升的相同维持体积均匀地冷却。在控制材料(如具有扭结的Sn线)的电弧等离子体形成中仅观察到弱等离子体的连续膨胀。这表明，在一实施方式中，分数氢反应需要具有对应等离子体密度的固定体积，以保持催化剂新生的HOH和H。燃料(如g+ZnCl2+H2O(74∶13∶13wt％)和Ag+MgCl2 6H2O(83∶17wt％))的无约束爆震的可见红外光谱是连续谱黑体发射，具有至少5至10倍于单独的银或铝的控制电弧等离子体的集成密度。在一实施方式中，在Al DSC锅中的诸如Ti+ZnCl2 4H2O、Ti+MgCl2 6H2O，以及Ti+H2O的化学辅助(其可以具有与诸如Cu(OH)2+FeBr2的热固体燃料的机制类似的机制)，可以补偿在受约束体积中的爆震。在一实施方式中，该电极可以变窄或倾斜以减少对爆炸的约束。将以非限制性方式引爆的示例性固体燃料是以下中的至少一种：Ag MgCl2·6H2O、Ag+ZnCl2 4H2O、Ag+CeBr3 7H2O、Ag+BaI2 6H2O、Ag粉末+DIW、Ag+CaCl2 6H2O、Ag+MgBr2 6H2O、Ag+水合硼砂、Ag+CeCl3 7H2O、Ag+SrCl2 6H2O、Ag+SrI2 6H2O、Ag+BaCl2 2H2O、Ag+水合碱金属卤化物如LiCl·H 2 O、Ag+水合硼砂、Ag+KMgCl3·6(H2O)、Ag+水合碱金属卤化物如LiCl·H 2 O；Cu+MgCl26H2O、Cu+ZnCl2 4H2O、Cu+CeBr3 7H2O、Cu+BaI2 6H2O、Cu粉末+DIW、Cu+CaCl2 6H2O、Cu+MgBr26H2O、Cu+水合硼砂、Cu+CeCl3 7H2O、Cu+SrCl2 6H2O、Cu+SrI2 6H2O、Cu+BaCl2 2H2O、Cu+水合碱金属卤化物如LiCl·H 2 O、Cu+水合硼砂、Cu+KMgCl3·6(H2O)、Cu+水合碱金属卤化物如LiCl·H 2 O、DSC锅中的NH4NO3。在一实施方式中，至少一种催化剂(如HOH和H)来源被保持在电池中。例如，可以添加氢和水蒸气中的至少一种或者使其流过电池。可以通过在流动的惰性覆盖气体(如氩气)中起泡来添加H2O。
在固体-燃料点燃等离子体膨胀成真空的情况下观察到在10.1nm处具有短波长截止的连续谱EUV，其中，该膨胀导致光学上薄的等离子体以及可支持分数氢反应的低密度等离子体。在H2O电弧等离子体的一实施方式中，消除了对过度压力的限制。在一实施方式中，产生电弧等离子体，并将其保持在气态H2O中，如具有可以高于大气压的压力的蒸汽。该电池可以包括处于容器中的两个电极，该容器能够将等离子体气体的希望气氛维持在希望压力，如大约1托至100大气压的压力范围。H2O气体可以利用转变成高电流、低电压等离子体的高电压电弧点燃。可以调节H2O压力，以实现按高速率传播分数氢反应的等离子体密度-温度条件。该电池可以保持高于在所需压力下的蒸汽冷凝的温度以上。该蒸汽可以由密封单元中的给定水量的水形成。另选的是，该蒸汽可以从蒸汽发生器流入电池。该电弧等离子体放电可以形成并保持在阴极与阳极之间，该阴极和阳极可以连接至开关和诸如包括一组电容器的高压电源的高压电源，如本公开中和Mills在先公报中所述。该电压可以处于大约0.1至100kV的范围内，并且电流可以处于约1mA至100kA的范围内。
在按真空压力运行的一实施方式中，强烈的软X射线辐射被观察到与分数氢发射一致，为具有10.1nm(122.4eV)的短波长截止的连续谱软X射线。在按大气压力操作的一实施方式中，主要观察到UV、弱可见光，以及中等水平的近红外光。分数氢软X射线辐射使介质离子化，其随后表现为紫外(UV)和更长波长。加热的燃料可以根据温度以近红外线发射。因为该发射来自等离子体，，所以基本上所有能量都应当作为光子发射。在一实施方式中，系统和方法被应用以实现用于有效光伏转换为电的高能量光。在一实施方式中，窗口20对诸如UV光的高能量光是透明的。对应光伏转换器可以将UV光转换成电。
等离子体混合物可以包括诸如添加剂的装置，其可以将EUV或UV发射等离子体转换成发射对于PV转换器是容易获得的更长波长的等离子体。例如，高能量光可以通过使光学上较厚而将能量下转换成可见光和近红外波长。光学厚的等离子体可以包括在希望黑体温度下的高压、完全离子化的等离子体。粉末密度和离子化可以通过控制燃料、电池气体和添加剂组成的组成和量，以及诸如压力和电流的点燃参数来控制。在包括Ag+ZnCl2水合物的一实施方式中，近红外发射(NIR)强度比可见光发射强度更强。吸湿性ZnCl2例如可以相对于Ag+BaI2 2H2O燃料的BaI2 2H2O下转换光能。H2O和ZnCl2中的至少一种可以被用于将UV下转换成与商业PV电池(如聚光器电池)匹配的更长波长。H2O在诸如NIR的长波长下是光学厚的；因而，可以控制到PV的路径长度中的H2O蒸汽压力，以保持对NIR光的透明度。ZnCl2是另一候选。
短波长光可以通过保持在电池中的气体下转换成更长波长的光。该气体可以吸收短波长的光(如UV)，并且再发射光作为更长希望波长的光。再发射的光能够PV转换成电，如可见光。吸收短波长光(如UV)并按更长波长再发射的示例性气体是诸如氙气的惰性气体，和诸如H2O和N2的分子气体。可以调节气体压力以最优化从短波长到希望波长的转换。可以将磷光体(如在将来自Hg蒸汽放电的UV转换成可见光的荧光灯中使用的那些)用于将SF-CIHT中的UV转换为可见光。该磷光体可以包括结晶磷光体，如MgWO4和(ZnBe)2SiO4·Mn的混合物，或单组分磷光体，如由锑和锰活化的卤化磷酸钙。该磷光体可以并入到燃料中，或者可以涂覆在光学组件上，举例来说，诸如20或20c的至少一个窗口。本领域技术人员已知的示例性磷光体是过渡金属和稀土金属化合物。另一些示例性磷光体在链接http//en.wikipedia.org/wiki/Phosphor中给出，其全部内容通过引用并入。该磷光体可以被选择成使通过光子下转换的能量损失最小化。在一示例性实施方式中，该磷光体可以包括黑光磷光体，如掺杂铕的氟硼酸锶(SrB4O7F：Eu2+)、掺杂铕的硼酸锶(SrB4O7F：Eu2+)、掺杂铅的硅酸钡(BaSi2O5：Pb+)、铅活化的偏硅酸钙、铕活化的焦硼酸锶、SrP2O7、Eu、SrB4O7、Eu、BaSi2O5、Pb、SrAl11O18、Ce，或MgSrAl10O17，Ce。
在一实施方式中，通过分数氢反应以光、热以及等离子体中的至少一种形式释放的能量加热发射体，诸如碳的高温使能发射体，或诸如钼、钨的难熔金属，诸如在燃气轮机或喷气发动机中使用的超级合金的金属或合金，如合金718、Hastelloy、Inconel、Waspaloy、Rene合金、MP98T、TMS合金、CMSX单晶合金、铝化钛、陶瓷，以及陶瓷涂覆的金属或合金。该高温可以处于约1000K至4000K的范围内。在一实施方式中，光穿过诸如石英或蓝宝石窗口的窗口并加热发射体。加热的发射体发射黑体辐射，其可以利用光伏电池(举例来说，诸如InGaAs或Ge电池的NIR电池)或者通过利用热光伏电池来转换为电。在一实施方式中，该发射体可以包括环绕电池中的电极的、可以通过窗口20发射光的部分封装或封装。
在一实施方式中，固体燃料(如燃料团粒)的样品在浸没在水下时被点燃。该点燃可以利用高电流实现。该电压可以较低。示例性高点燃电流可以处于大约100至100000A的范围内，示例性低电压可以处于约1V至100V的范围内。释放的能量可以加热水。水可以转化成蒸汽。加热的水和蒸汽中的至少一种可以直接使用。另选的是，蒸汽可以利用蒸汽轮机和发电机转换成电力。
在一实施方式中，该固体燃料包括氢来源和不会氧化导电基质(如金属粉末基质)的催化剂来源。该非氧化燃料可以包括氢。该非氧化燃料可以包括烃。烃中的氢可以用作H和H催化剂反应物以形成分数氢。该烃可以喷射到电极间区域中。该烃可以被喷射到旋转的辊电极的接触区域中。该旋转可以将燃料输送到待点燃的接触区域中。可以将诸如金属粉末的导电基质喷射到电极间区域中。包括导电基质(如金属粉末和烃)的分数氢反应混合物可以分别同时或单个地从相同或不同的喷射器喷射，以构成该燃料。该燃料可以通过诸如通过辊电极的旋转的方式来输送，以经历点火。
该点燃产物可以通过本公开的气动装置(如通过抽吸)来收集。可以通过抽吸将粉末点燃产物(如包括诸如金属粉末的导电基质的产物)收集到过滤器上。未被点燃的烃同样可以被收集和再循环。该产物可以被输送并用于重构该燃料。该燃料可以通过将烃添加至导电基质来重构。烃可以直接添加以形成可以喷射的燃料。另选的是，可以分离地喷射回收的导电基质和烃，其中，它们随着同时喷射到点燃系统中而形成该燃料。
在其中抛射体颗粒可以通过点燃爆炸和旋转辊8中的至少一个而朝窗口20向上越过障碍的一实施方式中，该颗粒被抑制或阻止与电池顶部的窗口20碰撞。该抑制和阻止可以通过来自再循环系统的气体的流动来实现，如来自旋风分离器80的气体返回管道18。在一实施方式中，该颗粒可以带电，并且该抑制和阻止可以通过诸如磁路的磁场来实现。该磁场和磁路通量中的至少一个可以具有来自点燃系统的电流的贡献。该磁路可以包括铁磁材料。该磁场可以包括电磁体(如电阻性磁体或超导磁体)和永磁体中的至少一个。
在另一实施方式中，该抑制和阻止可以通过施加的电场来实现。电场可以排斥离子。该电场可以由颗粒流过的至少一对电极来施加。该电极可以生成冠状放电、使颗粒带电，并将颗粒吸引至对电极以被收集。该颗粒去除可以通过流过颗粒-电池气体混合物的电流来实现。该颗粒抑制和阻止系统可以包括基本上类似于本领域技术人员已知的静电除尘器系统的系统。在一实施方式中，在燃料爆震后，压力增加以降低点燃产品的速度。该静电除尘器可以包括至少一个带负电荷的中心导线和至少一个带正电荷的粉末收集板。该板可以围绕该导线呈周向。该静电除尘器可以包括多个中心导线和收集板，其可以是圆周形的(如管)。在一实施方式中，该静电除尘器板被定位成至少部分地在来自电池的光的视线之外。在一实施方式中，该静电除尘器电极或板位于电池的区域中，其中，不存在来自点燃过程的等离子体使电短路该板。示例性位置是处于本公开的挡板上方的一个位置。在一实施方式中，该静电除尘器可以是其中等离子体不存在的再循环系统(如在旋风分离器中)的部件。小颗粒可以通过中心电极(如线电极)充电，并且该颗粒可以通过周向电极收集，如包括或靠近旋风分离器的壁的电极。该静电除尘器可以除去小颗粒，举例来说，处于诸如大约小于10um直径的尺寸范围内，其对于旋风分离器来说难以除去。旋风分离器可以在结构上具有修改，举例来说，诸如灯泡的加宽部分，以减慢或停止气体速度，从而允许颗粒附着至静电除尘器电极的板上，并落入诸如造粒机的希望系统中。该收集电极或板可以将材料滴落到旋风分离器的底部。气旋气流也可以移去收集的颗粒并将它们输送至旋风分离器的底部。该移去可以通过机械装置(如本公开的振动装置和其它沉积槽)来实现。该板可以是产物非粘附板，如本公开的那些。管收集板的直径可以足够大，使得来自点燃过程的光的射线路径基本上不会拦截板。在有效无限半径的极限中，没有射线路径将拦截带正电的板。所收集的点燃产物可以通过本公开的清洁装置连续地或间歇地移除，如气体射流、气刀、强制通过电极板中的穿孔的气体(如在气体流过本公开的穿孔电池壁的情况下)，以及诸如超声波施加或者通过机械刮刀的机械清洁。该电极可以基于间歇或连续的方式替换，其中，该清洁可以从入射光区域远程执行。在一示例性实施方式中，静电除尘器电极可以诸如在皮带上移动，或者其可以包括移动的皮带。该点燃系统还可以包括抛物面镜。该镜可以被清洁。例如，该镜可以利用空气射流恒定地清洁。管壁可以具有足够半径，以避免实质上直接或者从抛物面镜拦截任何射线路径。在较高压力下，由于诸如氩气的电池气体的增加击穿电压，因而，该管可以被制造得更大。
在另一实施方式中，该颗粒抑制和阻止系统可以包括加压气体射流。另选的是，该加压气体可以流过穿孔窗口20c的穿孔。该气体可以从旋风分离器80的顶部流过气体返回管道81(图2G1e3)。在一实施方式中，来自气体射流的气流可以包括燃料再循环系统，其中还可以施加加压气体以再循环点燃产物。
在一实施方式中，该点燃产物对接触和粘附至SF-CIHT电池的反射和透明表面(如电池壁、诸如抛物面镜的任何镜，以及诸如针对PV转换器的窗口的任何窗口)中的至少一种进行阻止和抑制中的至少一种。该反射和透明表面可以包括抛光、光滑表面(如在反射表面的情况下的抛光金属)，和清洁任何点燃产物-粘合剂污染物(如油脂)。该表面可以通过点燃过程和至少一个加热器中的至少一个而加热至高温，其中，该高温降低了点燃产物的粘附。该电池壁可以包括能够进行高温操作、高反光、耐点燃产物粘附中的至少一个的材料。该电池壁可以包括不形成氧化物涂层的材料或镀层(如Ag、Au、Pt、Pd，或其它稀有金属)。该电池壁可以包括不形成氧化物的材料或镀层(如Al、NI，或Cu)。可以施加机械搅拌(如振动或超声波)，使得点燃产物粉末不太能够粘附。在一实施方式中，该SF-CIHT电池表面(如电池壁)可以包括声学扬声器，其以一频率和振幅振动，以防止点燃产物粉末粘附，使得电池壁仍保持反射来自点燃固体燃料的入射光。还可以通过使用气体壁和静电斥力中的至少一个或者通过使用静电除尘器来移除点燃产品，来防止该点燃产物粘附至该表面上。
在一实施方式中，该电池壁可以随着穿孔或气体喷口而带反射性。通向穿孔或喷口的加压气体可以在包括气体供应管道的壁的两个平行板之间流动。具有气体穿孔或喷口的一个板可面向电池，并且管道的另一个镜面壁可以定位成将光穿透气体穿孔或喷口而反射回电池中。穿孔壁的背面同样可以镜面化，使得可以发生壁之间的多次弹回，以允许光返回至电池。在另一实施方式中，穿孔或喷口可以按相对于该表面的角取向。该穿孔可以具有诸如锥形的几何形状以实现气体分散。包括喷口或气体穿孔的壁可以包括筛网或格网，如1至50um网筛。该筛网可以包括不锈钢或其他耐腐蚀金属或合金。该穿孔或喷口可以执行以在壁处理想地产生均匀的气体压力屏障，其将阻碍粉末点点燃产物接触电池壁和粘附至电池壁中的至少一种。对点燃产物和壁中的至少一个的静电充电以使前者被后者排斥也可以加以应用，以防止粉末粘附至壁。通过电池的气流可以输送点燃产物粉末以再循环燃料。
在一实施方式中，向上传播的点燃产物入射到诸如对于光透明的屏障的屏障或挡板上，举例来说，诸如窗口和穿孔窗口组合20和20c的窗口。该屏障阻止向上的颗粒轨迹。然后除去速度延缓的颗粒。该除去可以通过诸如气动方式的本公开方式(如通过抽吸或吹风)进行。在一实施方式中，通过抽吸除去速度延缓的颗粒。该抽吸可以是针对基本上打开的旋风分离器。对应再循环系统可以包括无管设计或采用盒式设计的盒。该屏障或挡板可以减缓来自点燃的颗粒的速度，以允许通过本公开的静电除尘器除去该颗粒。该挡板可以包括透明的耐热和抗粘附材料，举例来说，在诸如石英的透明衬底上的蓝宝石、熔融石英、熔融二氧化硅、石英以及蓝宝石中的至少一种。该挡板可以对紫外光透明。合适的挡板包括蓝宝石、LiF、MgF2以及CaF2中的至少一种。该挡板可以包括透镜，该透镜可以执行聚焦和漫射来自点燃燃料的光中的至少一种，以形成横跨针对光-电转换器(如光伏转换器、光电转换器以及热离子转换器中的至少一种)的孔径的均匀分布。该挡板透镜可以被整形成，接收入射点燃光并将其聚焦在光-电转换器上，如光伏转换器、光电转换器以及热离子转换器。该透镜可以至少部分地凹入以将光传播出去。在另一实施方式中，漫射光可以更加聚焦并且利用可以至少部分地凸起的透镜聚光。在一实施方式中，点燃产物和挡板、壁以及窗口中的至少一个的静电充电以使前者被后者排斥也可以加以应用，从而防止粉末粘附至壁。通过电池的气流可以输送点燃产物粉末以再循环燃料。该充电可以通过诸如本公开的静电除尘器的电极的电极来进行。在诸如挡板和窗口的透明组件的情况下，该电极可以包括细栅格导线或诸如透明导电氧化物(TCO)的透明导体，如铟锡氧化物(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)，以及掺杂的氧化锌，和本领域技术人员已知的其它材料。
该SF-CIHT发电机可以包括用于透明或反射电池组件(如挡板、窗口，以及电池壁)中的至少一个的蓝宝石部件(如板、平铺块或窗格)。每个透明蓝宝石部件都可以具有背衬镜(backing mirror)。该镜可以用真空间隙分离以减少热传递。该组件还可以包括来自蓝宝石部件和镜中的至少一个的周向附加辐射屏蔽、绝缘，以及冷却系统。蓝宝石可以在足够高的温度下操作，以防止粘附点燃产物。蓝宝石可以在点燃产物蒸发的温度下操作。可以通过诸如喷雾的方式添加H2O，以进行冷却挡板和润湿点燃产物中的至少一种，从而增强其再循环的容易性。由于接触时形成蒸汽，因而，润湿的点燃产物可以从诸如壁和光学组件的组件(如窗口和挡板)上成珠脱落。水喷雾还可以冷却至少一个电池组件，如挡板、壁以及窗口中的至少一个。可以将其它材料可以用作该部件，如LiF、碱土金属卤化物(举例来说，诸如MgF2、CaF2以及BaF2和CdF2的氟化物)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼硅酸盐，以及Infrasil(ThorLabs)。该部件可以在最小化粘附的温度下操作，其中，粘附能量可以在高温下最小化。该部件材料可以具有点燃产物的低表面吸收能量，并且在有利于PV转化的波长上对于光能量具有高透射率。在一实施方式中，该点燃产物包括至少一个组分，如基本上不粘附至电池壁和窗口的导电基质。在一实施方式中，该非粘附基质包括银。该壁可以包括抗点燃产物粘附的诸如金属的材料，举例来说，如银或诸如具有镜密封剂(如蓝宝石或二氧化硅)的银的密封银。在一示例性实施方式中，该膜为大约100nm厚。该膜可以小于大约40μm厚。在另一实施方式中，通过在Al上涂敷薄的Ag涂层，Ag的高反射率可以扩展到400nm以下，如至200nm，其中，UV区域中的较短波长透射通过Ag并且被下层的Al反射。在一实施方式中，该壁包括能够在UV波长下具有高反射率的材料，如MgF2涂覆的Al。该壁可以包括薄的氟化物膜，如铝上的MgF2或LiF膜或SiC膜。该壁可以在诸如Ag或Ag-Cu合金的点燃产物可以粘附的温度以下操作，如低于200℃。该壁可以通过允许水经历从液体至蒸汽的相变，同时保持蒸汽低于希望最高温度(如200℃)来冷却。在其它实施方式中，该壁可以在更高的温度下运行，其中，可以应用气体射流，振动或本公开的用于去除粘附点燃产物的其它方法。可以将具有高反射率的其它示例性合适反射涂层用于诸如稀有金属、铂、钌、钯、铱、铑，以及金和银的组中的至少一种。
在一实施方式中，粘附点燃产物可以通过气体射流或气刀中的至少一种、通过振动、通过加热，以及通过轰击或蚀刻来去除。该轰击或蚀刻可以利用离子。该离子可以包括稀有气体离子，如由电池气体形成的那些。该离子可以通过诸如冠状放电的放电形成。该离子可以通过施加的电场来加速。可以控制离子能量以移除粘附的点燃产物，同时避免显著蚀刻诸如电池壁的电池组件或光学部件，举例来说，诸如窗口20和20c的窗口。
在一实施方式中，点燃产物可以通过利用诸如水的液体冲洗来除去。该液体可以通过液体射流施加。该冲洗可以收集在槽中。过量的液体(如水)可以通过诸如本领域已知的那些的湿式洗涤器(如垂直(逆流)或水平(交叉流动)配置的那些)和利用抽吸的筛网或隔膜中的至少一个来除去。该湿式洗涤器可以包括喷雾塔、文丘里洗涤器、冷凝洗涤器，以及诸如旋风分离器的除雾器中的至少一种。该湿式洗涤器可以包括饱和器、文丘里洗涤器、夹带分离器、再循环泵、再循环液体(如水)，以及风扇和管道系统中的至少一个。
该配光系统和光伏转换器26a(图2C)可以是模块化和可扩展的。光功率可以通过以下来增加：增加间歇点燃的点燃频率，最优化点燃波形的参数，选择赋予更多功率的燃料的组成，增加燃料流速率、增加旋转电极(如辊或齿轮电极8)的旋转速率和半径，增加涂覆在旋转电极上的燃料的量，以及增加旋转电极(如辊或齿轮电极8)的宽度。该光伏转换器可以包括聚光器电池，如三结电池、c-Si电池以及GaAs电池。在一实施方式中，每个光伏电池都包括极紫外光、紫外光、可见光、近红外光，以及红外光伏电池中的至少一种。该配光系统和光伏转换器基于希望输出功率是可扩展的，其中，该光功率被控制，以生成希望的电平，从而实现希望电输出。该规模可以通过增加以下来增加：电池26和窗口20的光输出面积、配光系统和光伏转换器26a的尺寸、PV电池或面板15的数量、PV电池15的效率、PV电池15的强度容量、半透射镜23的数量和宽度，以及镜和PV板26a的柱的高度。这些组件可以是模块化的。例如，可以添加附加电极部分，以增加电极宽度，并且可以利用对应附加模块来增加配光和PV转换器系统的柱的数量和高度，从而增加功率容量。
在一实施方式中，该发电机可以包括安全系统(如联锁开关)，以防止向辊电极施加电力，直到辊正以一速度旋转以向点燃燃料赋予足够速度为止，从而防止来自点燃的压力和等离子体对辊造成实质损坏。
在一实施方式中，包括旋转泵的旋转电极将浆料保持在槽5中。在一实施方式中，抛物面镜14的顶部与由图2G1的百叶窗风扇20A和图2G1、2G1a、2G1b以及2G1c的管道鼓风机中的至少一个保持的浆料之间的压力差是，使得电池可以随着浆料保持在槽5中而在相对于重力的任何取向下操作，同时存在进入点燃区域的固体燃料流和去往该槽的返回流。例如，一个大气压的压力梯度可以补偿相当于105N/m2的每单位面积的燃料重量。
该发电机可以处于正压力下，使得用于再循环燃料流的流相对于槽5处于正压力下，其中，压降因燃料随着其被输送至点燃区域被去除而发生。在另一实施方式中，该发电机可以接合至附接至诸如飞机或卫星的结构的可旋转支撑件，该可旋转支撑件具有用于旋转的多个自由度，使得发电机可相对于该结构的旋转而转动，以相对于地球重力保持该发电机的直立取向。紧固至该结构的示例性可旋转支撑件是陀螺仪。
在一实施方式中，SF-CIHT发电机可以包括围绕SF-CIHT电池1布置的真空室，用于降噪。在一另选实施方式中，该电池包括主动噪声抑制，举例来说，诸如本领域技术人员已知的那些的噪声消除系统。在一实施方式中，该SF-CIHT发电机和任何随时间变化的电子组件(如用于点燃燃料的电源)中的至少一个可以包括涂覆的导电室，如为了电磁干扰减小而周向布置的镍涂覆室。
在另一实施方式中，该等离子体由磁场或电场约束中的至少一个约束，以使等离子体与光子-电转换器的接触最小化。该磁约束件可以包括磁瓶。该磁约束可以由亥姆霍兹线圈6d提供。在另一实施方式中，转换器将来自等离子体中的带电或中性物质(例如能量电子，离子和氢原子)的动能转换成电。该转换器可以与等离子体接触以接收能量物质。
在一实施方式中，该SF-CIHT发电机包括氢催化电池，其产生具有由式(1)给出的结合能的原子，和密集群体的电子激发态原子和离子(如燃料材料中的那些)的至少一种。该能量作为具有自发发射或受激发射的光子发射。利用本公开的光-电转换器(如光电或光伏电池)将光转换成电。在一实施方式中，该电力电池还包括本公开的氢激光器。
在一实施方式中，光子执行传播至光伏电池并且变得入射在光伏电池上和离开激光腔的半透射镜并照射光伏电池中的至少一个动作。可以利用光伏电池将非相干功率和激光功率转换为电，如在下面有关光伏电池的参考文献中所描述的，将激光功率转换成电功率，其全部内容通过引用而并入于此：L.C.Olsen，D.A.Huber，G.Dunham，F.W.Addis，″Highefficiency monochromatic GaAs solar cells″，in Conf.Rec.22nd IEEE PhotovoltaicSpecialists Conf.，Las Vegas，NV，Vol.I，Oct.(1991)，pp.419-424；R.A.Lowe，G.A.Landis，P.Jenkins，″Response of photovoltaic cells to pulsed laserillumination″，IEEE Transactions on Electron Devices，Vol.42，No.4，(1995)，pp.744-751；R.K.Jain，G.A.Landis，″Transient response of gallium arsenide andsilicon solar cells under laser pulse″，Solid-State Electronics，Vol.4，No.11，(1998)，pp.1981-1983；P.A.Iles，″Non-solar photovoltaic cells″，in Conf.Rec.21stIEEE Photovoltaic Specialists Conf.，Kissimmee，FL，Vol.I，May，(1990)，pp.420-423。
在光学和激光功率转换器中的至少一个的实施方式中，利用射束形成光学器件，光束和激光束中的至少一个被缩减并散布在更大的面积上，如在L.C.Olsen，D.A.Huber，G.Dunham，F.W.Addis，″High efficiency monochromatic GaAs solar cells″，inConf.Rec.22nd IEEE Photovoltaic Specialists Conf.，Las Vegas，NV，Vol.I，Oct.(1991)，pp.419-424中所描述的，其全部内容通过引用而并入于此。该射束形成光学器件可以是透镜或漫射器。电池1还可以包括用于将光引导到光伏上的镜或透镜。镜也可以存在于电池壁处，以增加光的路径长度，如氢Lyman系列发射，从而维持可能由碰撞或光子进一步激发的激发态。
在另一实施方式中，来自水类燃料等离子体的自发或受激发射利用光伏转换成电功率。可以利用具有与波长匹配的带隙的现有光伏(PV)电池，在显著功率密度和效率下实现将自发和受激发射中的至少一个转换成电。响应紫外线和极紫外光的本公开的功率转换器的光电池包括辐射硬化的常规电池。由于光子的较高能量，因而，与转换较低能量光子的那些相比，潜在地可实现更高的效率。该硬化可以通过保护涂层实现，如铂或其它稀有金属的原子层。在一实施方式中，光伏具有高带隙，如由氮化镓构成的光伏。
在将光伏用于能量转换的实施方式中，高能量光可以通过磷光体转换成低能量光。在一实施方式中，该磷光体是有效地将电池的短波长光转换成光伏更加响应的长波长光的气体。磷光体气体的百分比可以处于任何希望范围内，如处于大约0.1％至99.9％、0.1％至50％、1％至25％，以及1％至5％中的至少一个范围内。该磷光体气体可以是诸如稀有气体的惰性气体，或者通过爆震而被气化的元素或化合物的气体，举例来说，诸如碱金属、碱土金属或过渡金属的金属。在一实施方式中，氩气包括用于如在爆炸中使用的氩气烛，以发射处于适于光伏转换成电的可见光范围内的明亮光。在一实施方式中，该磷光体涂覆在电池1的透明壁上，使得由被激发的磷光体发射的光子更加紧密地匹配可以围绕磷光体涂覆的壁的、光伏的峰值波长效率。在一实施方式中，将形成受激子的物质添加至等离子体，以吸收来自形成分数氢的能量，并有助于形成大量激发态和大量反向激发态中的至少一种。在一实施方式中，该固体燃料或添加的气体可以包括卤素。可以添加至少一种稀有气体(如氦气、氖气以及氩气)，使得形成受激子。该能量可以通过受激子自发或激光发射来提取。该光能量入射光伏转换器6并被转换为电。
在一实施方式中，该等离子体发射显著部分的光动力和能量作为EUV和UV光。该压力可以通过保持电池1的反应室中的真空来降低缩减，以将等离子体保持在较小光学厚度的条件下，从而降低高能光子向较长波长光子的下转换速率，和EUV和UV光至较低能量、较长波长光子的转换程度中的至少一个。功率谱波长范围还可以通过向固体燃料中添加其它覆盖气体(举例来说，诸如氩气的稀有气体)和添加剂(举例来说，诸如过渡金属的金属和诸如金属化合物的至少一种无机化合物(如碱金属、碱土金属，以及过渡金属卤化物，氧化物以及氢氧化物中的至少一种)来改变。
在该示例性实施方式中，该SF-CIHT电池发电系统包括光伏能量转换器，其被设置成捕获由燃料点燃反应产生的等离子体光子并将它们转换成可用能量。在一些实施方式中，可能希望高转换效率。反应器可以沿多个方向(如至少两个方向)排出等离子体，并且反应的半径可以是大约几毫米至几米的规模，例如，半径为大约1mm至大约25cm。另外，通过点燃燃料产生的等离子体的光谱可以类似于由太阳产生的等离子体的光谱，和/或可以包括附加短波长辐射。图3示出了一示例性的、点燃包括吸收H2和H2O的80mg银弹粒的处于120nm至450nm区域的绝对光谱，该吸收H2和H2O来自在滴入储水器中之前熔化的银的气体处理，其示出了基本上全部处于紫外线光谱区中的、172kW的平均光学功率。利用Taylor-Winfield型ND-24-75点焊机，用低电压、高电流实现点燃。横跨弹粒的电压降小于1V，而电流为约25kA。高强度UV发射具有大约1ms的持续时间。控制光谱在UV区域是平坦的。在一实施方式中，该等离子体基本上100％离子化，其可以通过测量H Balmerα线的斯塔克展宽来确认。固体燃料的辐射(如线和黑体发射中的至少一个)可以具有处于大约2至200000个太阳、10至100000个太阳、100至75000个太阳中的至少一个范围内的强度。
根据维恩位移法[A.Beiser，Concepts of Modern Physics，Fourth Edition，McGraw-Hill Book Company，New York，(1978)，pp.329-340]，在T＝6000K时，黑体的具有最大能量密度的波长λmax为
斯蒂芬-波尔兹曼定律[A.Beiser，Concepts of Modern Physics，FourthEdition，McGraw-Hill Book Company，New York，(1978)，pp.329-340]将每单位面积物体辐射的功率R等同于发射率e乘以斯蒂芬-波尔兹曼常数σ，乘以温度的四次幂T4。
R＝eσT4 (211)
针对包括黑体的光学上厚的等离子体的发射率e＝1，σ＝5.67X10-8Wm-2K-4，和测量的黑体温度为6000K。由此，根据点燃的固体燃料的每单位面积辐射的功率为
R＝(1)(σ＝5.67X10-8Wm-2K-4)(6000K)4＝7.34X107Wm-2 (212)
在等离子体处于稳定状态的情况下，6000K的等离子体球的半径rps可以根据R和由1000J的爆炸能量Eblast与20X10-6s的爆炸时间τ的商给出的爆炸的典型功率Pblast来计算
对于膨胀等离子体的情况来说，平均半径由诸如声速的膨胀速度343m/s的1/2倍乘以诸如25μs至5ms的爆炸持续时间给出。
膨胀等离子体球的示例性平均半径在6000K的平均黑体温度下为23cm。根据Beiser[A.Beiser，Concepts of Modern Physics，Fourth Edition，McGraw-Hill BookCompany，New York，(1978)，pp.329-340]，在具有半径23cm的体积中的光子的总数N为
根据Beiser[1]，光子的平均能量为
额外的等离子体温度、等离子体发射率、每单位面积辐射的功率、等离子体半径、光子总数，以及光子的平均能量处于本公开的范围内。在一实施方式中，等离子体温度处于大约500K至100000K、1000K至10000K，以及5000K至10000K中的至少一个范围内。在一实施方式中，等离子体发射率处于大约0.01至1、0.1至1，以及0.5至1中的至少一个范围内。在一实施方式中，根据方程式(212)的每单位面积辐射功率处于大约103Wm-2至1010Wm-2、104Wm-2至109Wm-2，以及105Wm-2至108Wm-2中的至少一个范围内。在一实施方式中，光光子的半径和总数根据每单位面积辐射的功率R和由爆炸的能量Eblast和爆炸的时间τ的商给出的爆炸的功率Pblast，分别由下式(213)和(214)给出。在一实施方式中，该能量处于大约10J至1GJ、100J至100MJ、200J至10MJ、300J至1MJ、400J至100kJ、500J至10kJ，以及1kJ至5KJ中的至少一个范围内。在一实施方式中，该时间处于大约100ns至100s、1μs至10s、10μs至1s、100μs至100ms、100μs至10ms，以及100μs至1ms的至少一个范围内。在一实施方式中，该功率处于大约100W至100GW、1kW至10GW、10kW至1GW、10kW至100MW，以及100kW至100MW中的至少一个范围内。在一实施方式中，该半径处于大约100nm至10m、1mm至1m、10mm至100cm，以及10cm至50cm中的至少一个范围内。在一实施方式中，根据式(214)的光子的总数处于107至1025、1010至1022、1013至1021，以及1014至1018中的至少一个范围内。在一实施方式中，根据式(215)的光子的平均能量处于大约0.1eV至100eV、0.5eV至10eV，以及0.5eV和3eV中的至少一个范围内。
e、紫外光伏光-电转换器系统、光电子光-电转换器系统、轨道枪喷射器，以及重力 和等离子体轨道枪回收系统
SF-CIHT单元的输出动力可以包括热动力和光伏可转换的光动力。在一实施方式中，光-电转换器可以包括利用光伏效应、热离子效应，以及光电子效应中的至少一个的光-电转换器。该能量转换器可以是将高能电子的动能转换成电的直接能量转换器。在一实施方式中，SF-CIHT电池的动力可以至少部分地采用热能的形式或者可以至少部分地转换成热能。电能量转换器可以包括热离子能量转换器。示例性热离子阴极可以包括钪掺杂的钨。该电池可以采用光子增强的热离子发射(PETE)，其中，该光子效应通过将半导体发射器中的电子能量跨带隙带入电子热发射的导带中来增强电子发射。在一实施方式中，该SF-CIHT电池可以包括光的吸收器，如极紫外(EUV)、紫外(UV)、可见光，以及近红外光中的至少一种。该吸收器可以在电池外部。例如，其可以在窗口20的外部。作为吸收的结果，该吸收器的温度升高。该吸收器温度可以处于大约500℃至4000℃的范围内。该热可以输入至热-光伏或热离子电池。本领域已知的热电和热发动机(如斯特林、兰金、布雷顿，以及其它热发动机在本公开的范围内。
至少一个第一光-电转换器(如利用多个转换器的光伏效应、热离子效应以及光电子效应中的至少一个的光-电转换器)对于电磁光谱的第一部分可以是选择性的，而对于电磁光谱的至少第二部分是透明的。该第一部分可以在对应第一转换器中转换成电，而对于第一转换器来说为非选择性的第二部分可以传播至另一个第二转换器，其对于电磁光谱的传播的第二部分的至少一部分来说是选择性的。
在一实施方式中，该等离子体发射显著部分的光动力和能量作为EUV和UV光。该压力可以通过保持电池1的反应室中的真空来降低缩减，以将等离子体保持在较小光学厚度的条件下，从而减少短波长光的衰减。在一实施方式中，该光-电转换器包括本公开的、包括光伏(PV)电池的光伏转换器，其响应于从电池发射的光的实质波长区，如对应于光能量输出的至少10％的光。在一实施方式中，该燃料可以包括具有捕获的氢和捕获的H2O中的至少一种的银弹粒。该光发射可以主要包括紫外光，如处于大约120nm至300nm的波长区内的光。该PV电池可以响应于大约120nm至300nm的波长区域的至少一部分。该PV电池可以包括诸如InGaN、GaN以及AlGaN中的至少一种的III族氮化物。在一实施方式中，该PV电池可以包括多个结。这些结可以串联分层。在另一实施方式中，这些结是独立的或电平行的。该独立结可以以机械方式堆叠或者晶片接合。示例性多结PV电池包括至少两个结。其包括n-p掺杂半导体，如来自InGaN、GaN以及AlGaN的组中的多个。n掺杂剂GaN可以包括氧，而p掺杂剂可以包括Mg。一示例性三结电池可以包括InGaN//GaN//AlGaN，其中，//可以指隔离透明晶片接合层或机械堆叠。该PV可以在与聚光器光伏(CPV)的光强度相等的高光强度下运行。该基板可以包括蓝宝石、Si、SiC，以及GaN中的至少一种，其中，后两者可以为CPV应用提供最佳的晶格匹配。多个层可以利用本领域已知的金属有机气相外延(MOVPE)方法淀积。该电池可以通过冷板冷却，如在CPV或二极管激光器(如商用GaN二极管激光器)中使用的那些。格栅触点可以安装在电池的前表面和后表面上，如在CPV电池的情况下。在一实施方式中，该PV转换器可以具有对其响应的光基本上透明的保护窗口。该窗口对于该响应光来说可以是至少10％透明的。该窗口可以对UV光透明。该窗口可以包括诸如PV电池上的UV透明涂层的涂层。该涂层可以包括本公开的UV窗口的材料，如蓝宝石或MgF2窗口。其它合适的窗口包括LiF和CaF2。该涂层可以通过诸如气相沉积的淀积方式来涂敷。
该SF-CIHT电池能量转换器可以包括光电子(PE)转换器。该光电子效应包括当由普朗克公式给出的光子能量超过一功函Φ时，随着喷射的电子，而通过诸如具有该功函的金属的材料吸收的光子。对于光子能量hν来说，激发电子的总能量为hν，并且超过逃离该金属所需的功函Φ的能量呈现为动能其中，h是普朗克常数，ν是光子频率，me是电子质量，而v是电子速度。能量守恒需要动能是吸收光子的能量和金属的功函之差，其是结合能。该关系为
因发射的电子而产生的电流与辐射的强度成比例。本公开的光-电转换器(如紫外光-电转换器)利用光电子效应将光子能量转换为电能。热量还可以帮助喷射可能有助于器件电流的电子。该光-电转换器可以包括光电能量转换器，其包括图2G1e4所示的至少一个电池，每个都能够接收诸如紫外光205的入射光，其包括透明壳体201、光阴极或电子发射体204、阳极或电子集电极202、诸如抽真空的电极间空间203的分隔空间，以及阴极与阳极之间的经由负载206的外部电连接207。当暴露至光和热中的至少一种时，阴极204发射由阳极202收集的电子，阳极202通过间隙或空间203与阴极分离。在一实施方式中，光阴极204具有比阳极202更高的功函，其中，前者用于电子发射体，后者用作当电池暴露于诸如紫外光的光时的电子集电极。两个电极的不同材料之间的功函差用于将电子从较高功函光阴极加速至较低功函阳极，以提供一电压，以在外部电路中执行有用功。阳极的功函可以较低，以增强输出至负载的电池动力。光电子电池还包括用于将电子传导至光阴极的电连接207和用于从阳极去除电子的电连接。该电连接可以包括通过横跨电流流过的负载206进行接合的电路。该电池可以被密封。该间隙203可以处于真空下。
在实施方式中，光阴极可以被分成图2G1e4所示的两组透射或半透射的，以及图2G1e5和2G1e6所示的反射或不透明的。参照图2G1e4，半透射光电池实施方式典型地包括在透明窗口201上的涂层，如蓝宝石、LiF、MgF2和CaF2，其它碱土卤化物(举例来说，诸如BaF2、CdF2的氟化物)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼硅酸盐，以及Infrasil(ThorLabs)，其中光照在光阴极204的一个表面上，并且电子从204的相对表面射出。在一“半透射”模式实施方式中，该电池包括光阴极204、阳极202，以及电极203之间的分离间隙，并且辐射205穿过窗口201进入电池，光阴极204在电池的内部上沉积在该窗口201上。电子从光阴极204的内表面(如间隙或真空界面203)发射。
图2G1e5和2G1e6所示的不透明或反射光电池实施方式通常包括形成在不透明金属电极基底上的光阴极材料，其中，光进入并且电子从同一侧射出。变型是双反射类型，其中，金属基底为镜状，致使穿过光阴极而不引起发射的光在吸收和光发射时被反弹回以第二次通过。在一“不透明”模式实施方式中，图2G1e5所示电池包括：透明壳体201、光阴极204、透明阳极208、诸如抽真空的电极间空间203的分隔空间，以及阴极与阳极之间的经由负载206的外部电连接207，其中，诸如UF辐射205的辐射进入该电池，并且直接入射在光阴极204上。辐射在间隙203(如真空间隙接触面)处进入阴极204，并且电子从同一接触面发射。参照图2G1e6，光205可以穿过具有处于窗口201的内侧上的阳极(如栅格阳极209)的透明窗口201进入该电池。该不透明模式可以被认为包括直接照明的阴极，其中，入射辐射首先穿过窗口201、阳极208或209，以及间隙203。
在一实施方式中，SF-CIHT发电机的电池可以保持在真空下。光电(PE)转换器可以包括光阴极、栅格阳极，以及该电极之间的真空空间，其中，该真空与电池的真空连续。在一实施方式中，PE转换器可以没有窗口。
电极的电连接栅格可以包括光伏电池的电连接栅格，例如细线栅格，其中，光可以在栅格线之间通过。这些栅格是本领域技术人员已知的。多个光电子效应电池可以采用串联和并联中的至少一种来连接，以实现希望电压和电流。该收集可以实现更高电流和更高电压中的至少一个。例如，该电池可以串联连接以增加电压，并且该电池可以并联连接以增加电池电流。栅格和互连可以连接至至少一个母线26b，以将较高功率运送至一负载，如运送至功率调节设备3以及SF-CIHT电池(图2c1)的寄生负载和功率输出6。
作为从光阴极到阳极的自由电子流的电流发射在该间隙中产生空间电荷。因空间电荷而造成的相反的负电压VSC由Child Langmuir方程给出：
其中，J是电流密度，me是电子质量，ε0是介电常数，e是电子电荷，而d是对应于电极之间的间隙的电极间隔距离。在一实施方式中，光电池的电压VPE由光阴极功函ΦC和阳极功函ΦA之差给出，由相反的负空间电荷电压VSC来修正
VPE＝ΦC-ΦA+VSC (218)
光电子电池的功率密度PPE可以根据光电池电压VPE和电流密度J的乘积给出：
PPE＝VPEJ (219)
使用方程(217-219)与电流密度J和电极间距d的所选择值，相反的的空间电荷电压VSC，光电池电压VPE，和功率密度PPE在表9中给出。
表9、分别具有光阴极功函ΦC＝5V和阳极功函ΦA＝0.75V的光电池的参数。
在一实施方式中，该间隙或电极间隔d处于以下的至少一个范围中：大约0.1um至1000um、1um至100um、大约1um至10um，以及大约1至5um。该间隙间距可以利用绝缘间隔体(如氧化铝或氧化铍)来实现。在一实施方式中，光电子效应电池还包括电压源，以在给定的电流和功率密度下施加电子收集电压，来改善空间电荷及其电压。示例性施加的电压与由式(217)给出的电压相反，在大约±50％内。温度可以保持较低，如小于500℃，以避免可能导致间隙短路的热变形效应。在按升高的温度操作的一实施方式中，该间隙可以大于3至5μm，以避免近红外损失。热离子以及光电子发射可以在升高的温度下(如在500℃至3500℃的范围内)加以利用。
在一实施方式中，皆包括由一间隙隔开的两个电极的单个光电池可以被单个地密封。该间隙可以保持在低于大气压、大气压或高于大气压下。该间隙可以保持在真空下。在实施方式中，间隙压力可以保持在大约0托至10000托、10-9托至760托、10-6托至10托，以及10-3托至1托中的至少一个范围内。在一实施方式中，皆包括由一间隙隔开的两个电极的单个光电池可以不单个地密封，而是包含在能够保持密封电池的压力的容器中。该容器可以是仅包含光电池的容器。在另一实施方式中，该容器可以包括SF-CIHT电池。在一实施方式中，该间隙可以包含用于缩减来自从阴极发射的电子的空间电荷的材料。示例性材料是碱金属，如铯蒸气。在一实施方式中，该空间电荷可以利用碱金属蒸气(如铯蒸气)和氧气来减少。该材料可以在点燃模式下生成等离子体，而在非点燃模式下不生成等离子体。利用例如1至10μm的小间隙，铯可以在阴极处离子化，而非由等离子体离子化。该离子化可以通过来自阴极的热能和电能中的至少一种。
在用于消除空间电荷的一实施方式中，该电池可以包括处于间隙中的栅极电极和纵向磁场，以使电子避免在栅极电极处被收集。该栅极电极可以被穿孔，以允许被捕获在磁场线上的电子穿过其而不被收集。
在点燃模式下，铯原子的密度可以为大约1016/cm3(1托)，并且等离子体密度在电极间空间中可以为大约1013/cm3至1014/cm3。该材料可以存在于超过电极间空间的更大外壳中，并且可以接收电能和热能中的至少一种，以从电极和除了电极之外的其它接触表面中的至少一个形成等离子体。在一实施方式中，需要小于大约0.5eV的电弧降来保持等离子体。在另一实施方式中，该电弧电压降处于大约0.01V至5V的范围内。离子可以通过从可以是热的阴极表面发射而形成，尤其是在低材料压力和使电子散射最小化的紧密电极间间隔的情况下。该离子化可以归因于来自阴极的热能和电能中的至少一种。在称为克努森(Knudsen)放电的实施方式中，电极之间的压力保持足够低，使得电子平均自由程大于电极间间隙，以使电子传输在基本上不发生散射的情况下进行。在极限情况下，不会发生因空间电荷而造成的电压降。在一实施方式中，选择并保持诸如气态材料(如气化碱金属)的材料，来提供用于从阴极(发射体)去除电子的缩减功函和用于在阳极(集电极)处收集它们的缩减功函。在另一实施方式中，光阴极可以具有相对于光的入射方向成角度的表面，使得辐射压力可以缩减空间电荷。
该光阴极包括光电子效应活性材料。该光阴极可以包括具有与入射辐射的离子化光谱的功函匹配的功函的材料。光阴极功函可以大于阳极的功函。光阴极功函的量值可以大于空间电荷的相反电压能量的量值与集电极或阳极的功函的量值之和。代表性的能量量值分别为0.8eV和1eV。在一实施方式中，来自SF-CIHT电池的辐射包括短波长辐射，如极紫外(EUV)和紫外(UV)。诸如氦的电池气体或诸如大约真空的操作压力可以有利于短波长光的发射。在一实施方式中，光阴极响应来自SF-CIHT电池的紫外辐射。因为与该功函相比更高能量的辐射可能损失至动能和潜在的热量，所以，光阴极的功函可以匹配成接近诸如紫外线辐射的光的能量。例如，对于波长比690nm短的辐射来说，光阴极功函可以大于1.8eV，而对于波长比350nm短的辐射来说，光阴极功函可以大于3.5eV。该光阴极功函可以处于大约0.1V至100V、0.5V至10V、1V至6V，以及1.85eV至6V中的至少一个范围内。该光阴极可以是以下的至少一种：具有大约3.5eV的带隙的GaN(其响应波长区为150-400nm的光)及其合金(如AlxGa1-xN、InxGa1-xN)，具有大约5.4eV的带隙的诸如KI、KBr，以及CsI的碱金属卤化物(其响应于小于200nm的波长区中的光)，诸如包括Na-K-Sb-Cs的S20Hamamatsu的多碱金属(其响应于大于150nm的波长区中的光)，响应于大于300nm的波长区中的光的GaAs，响应于150-300nm的波长区中的光的CsTe，具有大约5.47eV的带隙的金刚石(其响应于小于200nm的波长区中的光)，响应于大于150nm的波长区中的光的Sb-Cs，响应于峰值波长为185nm的光的Au，响应于300-1200nm的波长区域中的光的Ag-O-Cs，诸如Sb-Rb-Cs、Sb-K-Cs或Na-K-Sb的双碱金属，以及InGaAs。示例性不透明光阴极可以包括GaN、CsI以及SbCs中的至少一种。示例性半透射光阴极可以包括CsTe。III-V型材料UV光阴极具有合适的大带隙，如对于GaN来说为3.5eV，而对于AlN拉斯为6.2eV。可以通过诸如通过改变光阴极的材料组成(如通过改变AlxGa1-xN中的GaN与AlN的比例)的方式，来微调能量或波长响应区。p掺杂材料薄膜例如可以通过利用铯或Mg与氧进行适当表面处理而活化成负电子亲和力。附加示例性光阴极包括Ag、MgF2、MgO、CuI2上MgO薄膜。示例性金属光阴极包括Cu、Mg、Pb、Y，以及Nb。示例性涂覆金属光阴极包括Cu-CsBr、Cu-MgF2、Cu-Cs，以及Cu-CsI。示例性金属合金光阴极包括CsA，和分别具有少量Li、Ba以及BaO的纯金属(如Al、Mg，以及Cu)的合金。示例性半导体光阴极包括CsTe、RbTe、碱金属锑化物、Cs3Sb、K2CsSb、Na2KSb、NaK2Sb、CsK2Sb、Cs2Te、超碱、正电子亲和力(PEA)型；Cs：GaAs、Cs：GaN、Cs：InGaN、Cs：GaAsP、分级掺杂、三级结构、负电子亲和力(NEA)型。半导体光阴极可以保持在高真空中，例如小于大约10-7Pa。PE电池的尺寸可以是所希望的并且能够被制造。例如，已经制造了亚毫米尺寸至大至20cm×20cm的PE电池，其被气密密封，包括光阴极、阳极，以及作为密封结构的组件的窗口。
在一实施方式中，光阴极的有效性被表示为定义为发射的电子和入射光子或光量子的比率的量子效率。在一实施方式中，量子效率通过提供强电场和通过诸如添加诸如碱金属的添加剂来最优化几何形状、温度以及材料组成中的至少一个而加以最优化。在一实施方式中，选择光阴极以最优化光子吸收参数、电子传输特性，以及表面能态，从而实现最大光电子效率。在后一情况下，该表面可以被处理或活化为负电子亲和力，使得到达表面的传导电子具有比真空电子高的能量，并因此最佳地形成光电子。金刚石的表面例如可以通过cesiation、氢化、具有单层LiF和RbF的涂层，以及利用PH3化学气相沉积的磷掺杂来处理或活化为负电子亲和力。GaN光阴极的表面可以利用Cs和氧活化。在半透射模式实施方式中，选择窗口背面上的膜厚度以最优化量子效率，其中，波长依赖性方式，入射光子的吸收随着膜厚度增加，而电子传输到表面的可能性下降。在示例性半透射实施方式中，光阴极膜厚度可以处于大约0.1nm至100μm、1nm至10μm、10nm至5μm，以及100nm至1μm中的至少一个范围内。一般来说，电极、阴极或阳极、诸如电极膜厚度的厚度可以处于大约0.1nm至100μm、1nm至10μm、10nm至5μm，以及100nm至1μm中的至少一个范围内。
在一实施方式中，光阴极包括多个层，以转换更宽范围的光子波长。该多层光阴极可以包括对于沿传播路径的连续层的光子来说透明的薄层。在一示例性实施方式中，顶层针对最小穿透光可以是选择性的，并且连续层基于分层结构中的衰减速率或穿透深度而被设置为是选择性的。在示例性三层光阴极中，顶层针对最小穿透波长可以是选择性的，并且具有对应最高功函，中间层针对中间穿透波长可以是选择性的，并且具有对应中间功函，而沿光传播路径的底部或最远层针对最多穿透波长可以是选择性的，并且具对应最低功函。穿透深度、相对层位置，以及功函的其它组合处于本公开的范围内。
阳极包括能够收集电子的材料。阳极功函可以尽可能低，以根据式(218)增加电池电压。阳极功函可以低于以下中的至少一个：大约2V、1.5V、1V、0.9V、0.8V、0.7V、0.6V、0.5V、0.4V，以及0.3V。该阳极可以包括以下中的至少一种：诸如铯的碱金属、具有大约0.76eV的功函的铝酸钙电极(C12A7：e)、具有大约0.9eV的功函的掺磷金刚石纳米膜，以及钪掺杂的钨。
阴极和阳极中的至少一个电极可以使其表面的至少一部分结构化或非平面的，使得入射光的一部分可以反射至另一个光阴极、该光阴极的一部分，以及光学部件(如反射光并将其反射到该光阴极的另一部分或至少一个其它光阴极上的镜)中的至少一个。按这种方式，光阴极接收入射光的多次弹回(反射)，以增加用于生成光电子的光阴极的吸收横截面。在一实施方式中，光阴极包括结构化基板以增加效率，其中，光阴极中的光子吸收路径增加，而电子逸出路径保持与平面基板相同或更小。示例性结构化表面具有交替内角为45°的Z字形。在另一实施方式中，Z字形角可以在45°和90°之间交替。其它角度在本公开的范围内。
在一实施方式中，增加材料内的光子吸收，同时减小光电子必须行进至表面的距离可以通过进行改变入射辐射的角度和在光阴极内使用多个全内反射中的至少一个来实现。利用后一种方法，关于从光阴极的背面反射光电子，当每个光子生成至多单一光电子时，对于一些材料来说促进达到大于50％的转换效率。例如，一些GaN光阴极生长在AlN的薄缓冲层上，其具有大的带隙能量并且用作反射层。作为入射辐射角的函数的光转换效率随着相对于法线入射的角度而增加，直到到达全反射点为止。而且，如果以半透射模式操作的光阴极可以生长在透明基板上，使得其具有Z形光活性层，那么，传导电子比在平坦基板的情况下更靠近逸出表面生成，因此应当具有更高的逃逸到真空中的可能性。另选的是，光阴极生长在平坦表面上，以避免由晶格失配而引起的实质劣化。例如，GaN通常生长在表面上具有C-平面的蓝宝石或碳化硅基板的匹配晶格上。在另一实施方式中，类似的反射系统和方法可以应用于阳极。在半透射模式电池中，阳极可以包括双反射型，其中，金属基底是镜面状的，使通过光阴极而不引起发射的光反弹回到用于第二照明的光阴极。
用于光进入电池的窗口可以对该光透明，举例来说，诸如紫外光的短波长光。示例性紫外光具有大于大约1.8eV的能量，其对应于大约小于690nm的波长。该窗口可以包括蓝宝石、LiF、MgF2以及CaF2、其它碱土金属卤化物(举例来说，诸如BaF2、CdF2的氟化物)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼硅酸盐，以及Infrasil(ThorLabs)中的至少一种。
在一实施方式中，光电(PE)转换器可以安装在本公开的再循环系统的挡板后面。在一实施方式中，该挡板由PE转换器代替。PE转化器的窗口可以将挡板的功能用作阻止点燃产物流的向上轨迹并且为光进入光-电转换器(本实施方式中的PE转换器)提供透明度的手段。
在一实施方式中，膨胀等离子体由带正电的颗粒和电子组成。在一实施方式中，该电子具有比正离子高的迁移率。可能会产生空间电荷效应。在一实施方式中，通过将电池的至少一个导电组件(如电池壁)接地来消除空间电荷。在另一实施方式中，两个电极电连接至电池，其中，基本上从电源2(图2C1)到辊电极的所有电流流过燃料，从而因燃料(如燃料弹粒或团粒)的低得多的电阻而引起点燃。消除空间电荷及其对应电压可以增加分数氢反应速率。在一实施方式中，该电池在真空下运行。该真空条件可以促进消除可能降低分数氢反应速率的空间电荷和约束中的至少一种。该真空条件还可以防止衰减希望用于PE转换为电的UV光。
针对电池在抽空条件(如真空)下操作的情况，SF-CIHT电池发电机可以包括真空泵，以将抽空维持在由压力计和控制器控制的希望压力。产物气体(如氧气)可以通过泵送和吸气剂(如氧气吸气剂)中的至少一种来移除，该吸气剂可以进行连续地和周期性地再生中的至少一种。后者可以通过除去吸气剂并通过施加氢还原该吸气剂以形成诸如水的产物再生该吸气剂来实现。
该电池可以在抽空条件下操作。该电池可以包括真空室，如可以具有圆顶形端盖的圆柱形室或锥状圆柱形室。在一实施方式中，向上膨胀的点火等离子体的回收通过重力来实现，该重力抵抗向上的速度以减慢、停止、然后向下加速点燃产物，从而最终收集在造粒机中以重整成燃料。该收集可以是借助于本公开。该电池的高度可以通过使初始动能等于重力势能来计算：
1/2mv2＝mgh (220)
其中，m是粒子质量，v是初始粒子速度，g是重力加速度(9.8m/s2)，而h是因重力减速而造成的最大粒子轨迹高度。对于最初以5m/s行进的颗粒，最大高度为1.2m，使得电池可以高于1.2m。在一实施方式中，可以通过本公开的挡板减慢向上的速度以减小电池高度要求。
在另一实施方式中，通过利用洛伦兹力、采用轨道枪的原理(如还可以包括增强轨道枪类型的等离子体电枢类型)实现燃料再循环。洛伦兹力使点燃等离子体被引导并流入收集区域，如板或收集箱，其可将产物材料进给到造粒机中。电流和磁场可以处于水平或xy平面中，使得根据等式(221)的洛伦兹力沿着负z轴向下指向收集系统组件，如收集板或料箱。在另一实施方式中，电流可以处于xy平面中并且B场沿着z轴指向，使得根据等式(221)的洛伦兹力在xy平面中横向地指向收集系统组件。点燃等离子体可以将来自电源2(图2C1)的电流运送至辊电极或者从外部电源传送用作等式(221)中的电流。使用点燃电流的至少一部分，电极和母线以及对应电路中的至少一个可以被设计成在点燃期间提供等离子体电流和磁场中的至少一个，以生成希望洛伦兹力，从而按希望方式移动等离子体，如离开该区域，其中，该等离子体在点燃期间形成。为等离子体电流和磁通量中的至少一个供电以提供洛伦兹力的点燃电流可以通过延迟电路部件(如延迟线)延迟，以在比点燃事件晚的时间提供该电流和磁通量。该延迟可以允许等离子体在被洛伦兹力移除之前发射光。该延迟可以通过本领域已知的电路或控制装置来控制。诸如高DC电流的电流也可以由电源通过平行板电极沿希望方向施加，其中电流方向沿着板间轴线。电流源能量可以从诸如PE或PV转换器的能量转换器导出，其中，该能量可以存储在电容器组中。等式(221)的磁场可以由点燃期间流过辊的电流和增强磁场(在此称为增强等离子体轨道枪回收系统的增强轨道枪设计)中的至少一个来提供。增强磁场的源可以包括电磁体和永磁体中的至少一个。增强等离子体轨道枪的磁场可以通过亥姆霍兹线圈施加，如一对分离的轴向对准的线圈，其中场处于沿着线圈间轴线的希望方向上。该磁场的强度可以通过电流控制器控制，以控制洛伦兹力的强度，并因此控制点燃产物的回收速率。多个电磁体可以具有不同的受控磁场，以将等离子体和点燃产物引导至希望位置以供收集。在一实施方式中，增强的电场和磁场中的至少一个可以通过至少一个感应线圈和交流电压或电流驱动器感应地产生。在另一实施方式中，该磁场可以由一对分离的轴向对准永磁体，其中磁场处于沿着极间面轴的希望方向上。该永磁体可以包括AlNiCo、稀土，或本领域已知的其它高场磁体。该磁通量可以是任何希望的，如处于大约0.001T至10T、0.01T至1T，以及0.1T至0.5T中的至少一个范围内。该电磁体可以通过电源供电，其中，电磁能量可以从诸如PE或PV转换器的能量转换器导出，其中，该能量可以存储在电容器组中。来自电源2(图2C1)至辊电极和增强磁场来源中的至少一个的磁场被配置成导致点燃产物等离子体根据洛伦兹力进入收集系统中的希望流动。该收集系统可以包括本公开的收集系统，如可以进给到造粒机中的收集板和料箱中的至少一个。该料箱可以是造粒机的第一容器。在另一实施方式中，增强等离子体轨道枪(电磁泵)可以被用于进行使等离子体聚焦和将等离子体泵送至电池中的希望位置中的至少一个，以使等离子体发射光被引导至光伏转换器。该增强等离子体轨道枪(电磁泵)可以通过进行空间和时间引导等离子体中的至少一种，来实现将等离子体光聚焦或准直到能量转换器上的效果。
在电池的压力低(如真空)的情况下，点燃产物的再循环可以利用本公开的其它手段(如静电沉淀(ESP))来实现。该ESP收集电极可能在由分数氢反应产生的光的射线路径的视野之外。该ESP可以在点燃等离子体区域中操作。该等离子体操作可以由低电池气体压力(如真空)所支持。该ESP可以在基本上不接触至少一种类型的ESP电极(如作为阴极或阳极的收集电极)的区域中与点燃等离子体一起操作。ESP收集电极可以在点燃等离子体周围，具有真空和低压区域中的至少一个，其在从计数器到收集电极的电路径中具有高电阻。一对的ESP电极中的至少一个可以包括势垒电极。该势垒电极可以限制电流并且保持高电场以静电地收集点燃产物。一种电极类型可以覆盖有高电阻层，以允许称作电阻势垒放电的DC操作。该电极势垒可以包括半导体(如砷化镓层)，以代电介质势垒层，从而使能使用高电压DC。该电压例如可以处于580V至740V的范围内。该高电压可以脉冲化。该点燃产物可以从收集电极输送至造粒机。该输送可以是重力辅助输送和通过本公开的其它方法(如气动方法)实现的输送中的至少一种。
该电池可以在抽空条件下操作。该电池可以包括真空室，如可以具有圆顶形端盖的圆柱形室或锥状圆柱形室。该锥状圆柱形室可有益于以最小电池体积最优化来自锥体的、从电极发射的光的传播。在另一实施方式中，该电池具有足够的直径，使得点燃等离子体光基本上在离开PV或PE转换器的窗口20和直接入射在PV或PE转换器上中的至少一个之前不接触壁。该点燃产物可以收集在电池壁上并且诸如通过振动而机械地移去。该点燃产物可以通过重力或通过本公开的其它手段(如气动装置)收集在容器(如造粒机的第一室)中。电池可以在低压(如真空)下操作。
在一实施方式中，点燃产物可以通过以下中的至少一种来移除：(i)重力，其中，电池可以在缩减压力减压下操作，如处于0至100托的范围内的真空，(ii)利用点燃等离子体作为电枢的增强轨道枪(在此被称为增强等离子体轨道枪回收系统)，以及(iii)静电除尘器。在一实施方式中，较大的颗粒可以通过诸如电晕放电的方式充电，并且通过诸如静电场的电场从光-电转换器排斥，该电场可以通过电源施加至排斥栅格。在一实施方式中，该增强等离子体轨道枪回收系统移除或回收基本上所有的细颗粒，使得电池对由点燃产生的光来说是透明的。重力可以移除或回收剩余部分。在一实施方式中，电池高度是足够的，使得未被增强的等离子体轨道枪回收系统移除或回收或通过重力停止在向上轨迹中的颗粒被冷却至使得该颗粒不粘附至转换器的窗口或者诸如如PV或PE转换器的转换器。该SF-CIHT发电机可以包括用于从窗口或转换器的表面去除点燃产物的装置，如可以在表面上扫掠或光栅扫描的离子溅射束。另选的是，用于从窗口或转换器的表面去除点燃产物的清洁装置可以包括机械刮刀，举例来说，诸如周期性地移过该表面的剃刀片的刀片。该运动可以是针对具有窗口宽度的刀片进行扫掠或在较小刀片的情况下的光栅扫描运动。本公开的挡板还可以包括机械刮刀，如刀片或离子束清洁器，其以相同的方式从挡板移除点燃产物。
在一实施方式中，该喷射器是静电的、电的、电动的、磁的、磁动力的，以及电磁的喷射器中的至少一种。该路径的轨迹处于电极间区域中，如在相对的辊电极的最靠近接触的中心点。目标化输送可以包括喷射燃料弹粒或团粒。该喷射可以导致辊之间的电接触的完成，其可以导致高电流流动，从而使弹粒或团粒被点燃。在一实施方式中，该喷射器包括诸如本公开之一的静电喷射器。该弹粒或团粒可以以静电方式充电，辊电极可以被相反地充电，并且该弹粒或团粒可以通过电场推进，以喷入电极间区域以待点燃。在一实施方式中，燃料弹粒或团粒的高电导率允许感应因时间相关地施加磁场和电场中的至少一个而而造成的表面电流，其中，所感应电流产生由弹粒或团粒所产生的磁场。对应地磁化的弹粒或团粒可以沿着诸如由引导磁场提供的路径加速，如由载流轨道提供的磁场。磁场的梯度可以随着时间产生，以沿着路径加速弹粒或团粒。
在另一实施方式中，该弹粒或团粒包括轨道枪。在一实施方式中，该轨道枪包括高电流源、包括高导体的至少一对轨道，以及包括还用作抛射体的弹粒或团粒的电枢。该轨道枪可以包括可重复使用的镗片。另选的是，该轨道枪可以使用等离子体电枢，该等离子体电枢可以包括金属，该金属可以是点燃产物和燃料中的至少一种，当其携带高电流并且使弹粒或团粒沿着轨道枪喷射器的轨道加速时，其在弹粒或团粒后面蒸发并变为等离子体。该电流源可以提供处于以下中的至少一个范围内的电流脉冲：大约1A至100MA、10A至10MA、100A至1MA、1000A至100KA，以及1kA至10kA。该电流源可以包括针对引起点燃的辊电极的电源2(图2C1)，如包括由光-电转换器(如PV或PE转换器)充电的一组电容器的电源。该轨道可以包括正轨道和负轨道，其包括诸如铜和银中的至少一种的高导体。该轨道枪喷射器可以按希望频率(如1000Hz)激活，以提供足够的燃料来维持希望的燃料点燃速率，其中，导电的到达弹粒或团粒可以完成辊电极之间的电路，以引起弹粒或团粒点燃。在一实施方式中，该喷射激活频率可以被控制成处于大约0.01Hz至1MHz、1Hz至10kHz，以及10Hz至1kHz中的至少一个范围内。可以控制该喷射激活频率以控制SF-CIHT电池的能量输出。该喷射激活控制可以包括开关。该开关可以包括用于针对辊电极的电源2(图2C1)的本公开的开关中的一个，举例来说，诸如包括IGBT、SCR，和MOSFET晶体管中的至少一个的机械或电子开关。在另一实施方式中，该轨道被连续地通电为开路，该开路闭合以允许高电流随着电路通过燃料弹粒或团粒完成而流动。在一实施方式中，每当弹粒或团粒接触轨道以完成电路时，其被加速并喷射到电极中以被点燃。该电源能够在任何给定时间维持针对沿轨道加速的多个弹粒或团粒中的每个弹粒或团粒的希望电流。该电流可以通过电路部件和控制器中的至少一个来控制。在另一实施方式中，该轨道枪电流在整数n个弹粒或团粒中划分，该弹粒或团粒按给定距离在轨道上加速，使得根据式(221)的单一弹粒或团粒的喷射速度的降低通过该n个弹粒或团粒的同时加速和顺序喷射来补偿。该补偿机制可以保持大约取决于轨道枪电流的恒定喷射速率。在另一实施方式中，横跨轨道的电压保持大约恒定，而与弹粒或团粒的数量无关，使得每弹粒或团粒的电流因弹粒或团粒的类似电阻而大约相同。该大约恒定电压可以通过包括大电容的电源(如包括一组电容器的电源)来供应。在一实施方式中，该轨道可以提供连续的引导路径，但包括用于电流的分段部分，使得该电流可以是可变的并且随着弹粒沿不同部分传播而加以控制。每个部分中的电流可以通过计算机、传感器，以及多个电流源控制，以控制任何给定部分中的弹粒的速度和能量，从而控制喷射或多次喷射的定时，其中多个弹粒可以处于包括该可变电流部分的轨道上。
该恒定电压可以保持在造成电弧和随后的弹粒-轨道焊接或轨道电弧损坏的电压以下。在一实施方式中，该电压可以是以下中的至少一个：小于约100V、小于约50V、小于约20V、小于约10V、小于约5V、小于约1V、小于约0.5V，以及小于约0.25V。在一实施方式中，该轨道可以是散热器，以避免弹粒-轨道焊接。该散热器可以与包括轨道和弹粒的电路电隔离。也可以是良好的热导体的电绝缘体可以提供电隔离。示例性散热器包括高质量的高导热材料，如一块Al、Cu或Ag，其可与金刚石膜的顶层电绝缘，该金刚石膜也是良好的热导体，同样是电绝缘体。在另一实施方式中，该轨道可以包括诸如耐受焊接的石墨的导体。在另一实施方式中，该轨道可以包括耐熔金属导体，如耐焊接的钨或钼。该轨道可以通过诸如空气或水冷却的方式来冷却以防止焊接。在一实施方式中，该轨道至少部分地浸没在冷却轨道和弹粒并防止焊接的水中。该水也可以防止弹粒与轨道之间的电弧。该电流可以小于造成弹粒-轨道焊接的电流。在一实施方式中，轨道可以是围绕它们的纵向轴线(圆柱坐标系中的z轴)旋转以便更好地接触弹粒的长圆柱体。相对轨道旋转可以朝向该对的中心反向旋转，以将弹粒更紧地推靠在轨道上。更紧密的连接可以减少弹粒与轨道的焊接。
通过利用由诸如电磁体或永磁体的磁体施加的磁场增强磁场，洛伦兹力可以较高，具有来自轨道电流的低磁场贡献。在示例性增强轨道枪实施方式中，施加的磁场可以由一对亥姆霍兹线圈提供，其中一个在轨道平面之上，一个在轨道平面之下(xy平面)；每个平行于xy平面以提供垂直于xy平面的磁场。类似的z轴取向磁场可以由两个永磁体产生，如在xy平面中替换亥姆霍兹线圈的圆盘。在另一实施方式中，永磁体可以包括在具有沿着z轴定向的场的轨道上方和下方并且平行于轨道延伸的矩形杆。该永磁体可以包括AlNiCo、稀土，或本领域已知的其它高场磁体。该磁通量可以是任何希望的，如处于大约0.001T至10T、0.01T至1T，以及0.1T至0.5T中的至少一个范围内。在一实施方式中，多个弹粒可以存在于轨道上以划分所施加能量，从而防止产生电弧和对应焊接动力-轨道，或者电弧对轨道的损坏。引起焊接或轨道损坏的电流浪涌可以通过诸如分流二极管、延迟线，以及电路电感器中的至少一个的阻尼电路部件来改善。轨道枪喷射器可以具有冗余性，使得如果一个失效，则另一个可以在其位置起作用，直到失效的轨道枪被修复为止。在故障因轨道上的团粒焊接造成的情况下，其可以例如通过研磨或车床加工机械地去除，或者诸如通过在高电流下蒸发而电气地去除。
轨道枪喷射器可以包括低摩擦、低压弹簧加载的顶部导引部，以易于弹粒与轨道之间的电接触。在一实施方式中，弹粒-轨道电接触通过施加至喷射器的振动来辅助。可以施加振动以造成轨道与弹粒之间的低电阻电接触。该接触还可以通过搅拌器(如图2I4和2I5所示的机械和水射流搅拌器)来促进。在一实施方式中，增强轨道枪喷射器的所施加磁场可以包括平行于团粒运动的方向并且横向于穿过弹粒的电流的分量，使得根据由式(221)给出的洛伦兹力迫使弹粒在轨道上向下，以在弹丸与轨道之间形成并保持良好的电接触。运动-平行磁场可以通过永磁体和电磁体中的至少一个提供。在后一情况下，可以改变磁场以控制弹粒上的向下力，从而优化接触，同时避免过多的摩擦。磁场的控制可以通过计算机、传感器，以及可变电流电源来提供。在一实施方式中，该轨道可以包括抗氧化材料(如银轨道)，以限制轨道氧化和对应电阻增加。
轨道枪喷射器可以包括多个轨道枪喷射器，所述多个轨道枪喷射器可以具有可以利用诸如微处理器或计算机的控制器来控制的同步喷射激活。所述多个喷射器可以增加喷射速率。所述多个轨道枪喷射器可以包括喷射器阵列以增加喷射速率。轨道枪的轨道可以是直的或弯曲的，以实现从弹粒或团粒供应到发生点燃的电极间区域的希望喷射路径。可以增加辊电极的旋转速度以适应更多的燃料并增加SF-CIHT电池的能量输出。辊直径可以被缩放以实现增加的旋转速度。例如，针对钢的最大转速为大约1100m/s[J.W.Basams，“Ultrahigh-Speed Rotation”，pp.135-147]。考虑其中弹粒或团粒的直径加上一系列弹粒或团粒的间隔空间为3mm的示例性情况，那么，由该轨道枪或多个轨道枪提供的最大燃料流速为每秒367000次。利用每弹粒或团粒为500J的示例性能量，要转换成电的相应总功率可以是180MW。附加功率可以通过添加具有喷射器的多个辊电极对来实现，其中，该电极可以处于相同或不同的轴上。
在另一实施方式中，该喷射器包括高斯枪或线圈枪，其中，团粒或弹粒包括抛射体。该团粒或弹粒可以包括铁磁材料，如Ni、Co，或Fe中的至少一种。示例性弹粒包括捕获有H2和H2O的Ag以及铁磁材料。线圈枪可以包括沿着枪管的至少一个电流线圈，该枪管包括用于团粒或弹粒的导引部，用于在所述至少一个线圈中提供高电流和磁场的电源，以及用于使电流流动以朝向该线圈的中心拉动弹粒或团粒的开关，其中在弹粒或团粒通过线圈中心而经受反向力之前切断该电流。该开关可以是本公开之一，如包括IGBT的开关。该电源可以包括至少一个电容器。在一实施方式中，电流流过弹粒或团粒，以通过施加外部能量或通过外部时间相关场(如时间相关磁场)产生弹粒或团粒磁场。弹粒或团粒电流电流可以通过磁感应实现。该磁感应可以由电流线圈的随时间变化的磁场引起。在一实施方式中，控制针对所述至少一个电流线圈的时间电流流动以沿着枪管推进该弹粒或团粒。
为了将高强度光转换成电，该发电机可以包括诸如图2C所示的配光系统26a。光-电面板15可以包括PE、PV，和热离子电池中的至少一种。镜20对诸如短波长光的光可以是透明的。该窗口可以包括蓝宝石、LiF、MgF2以及CaF2、其它碱土金属卤化物(举例来说，诸如BaF2、CdF2的氟化物)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼硅酸盐，以及Infrasil(ThorLabs)中的至少一种。半透射镜23对于短波长光可以是透明的。该材料可以与窗口20的材料相同，其具有反射材料的部分覆盖，举例来说，诸如UV镜的镜。半透射镜23可以包括诸如UV镜的反射材料的方格图案，举例来说，如MgF2涂覆的Al和诸如MgF2或LiF膜的氟化物薄膜或铝上的SiC膜中的至少一种。
在一实施方式中，可以控制在辊电极表面上的弹粒或团粒的递送速度和位置，以可控地修复对表面的任何点燃破坏。例如，可以通过控制弹粒或团粒加速电流脉冲的定时以及轨道枪喷射器的电流、位置以及转向能力来实现该控制。伴随控制辊速度和点燃电流的受控位置递送可以促进弹粒或团粒与电极的结合。该结合可以是进行将弹粒或团粒烧结、熔合以及焊接至希望位置处的电极表面中的至少一种。在一实施方式中，可以使特定百分比的弹粒或团粒具有较少至没有分数氢反应物，如氢和HOH中的至少一种。在一实施方式中，这可以通过在造粒机中不添加蒸汽和H2中的至少一种而形成弹粒来实现。H2O和H2的减少或消除可以通过在弹粒形成期间降低熔体温度来消除供应或降低在熔体中的溶解度而实现。另选的是，可以使团粒不含或含有减少量的H2和H2O中的至少一种。对应的“哑弹(dud)”弹粒或团粒可以分离地施用或按希望百分比与普通弹粒或团粒混合施用。在一个实施例中，整数n个中的一个弹粒或团粒是在喷射时变为结合至电极的哑弹。该整数n可以根据要修复的损伤的量而被控制为更大或更小。在一实施方式中，点燃粉末被回收，放弃弹粒形成过程，并且通过等离子体轨道枪喷射器或增强等离子体轨道枪喷射到电极中，其中，一些粉末支撑等离子体以使其被推进。由点燃其它弹粒所支持的点燃电流和点燃等离子体中的至少一个可以使粉末结合至电极。过量的材料可以通过诸如使用精密研磨机或车床的方式而机械加工掉。另选的是，可以通过放电机械加工(EDM)来去除多余的材料，其中，该EDM系统可以包括电极和电源。
在轨道枪喷射器的实施方式中，电流从电源的正极端子流出，沿着正轨道向上，穿过包括燃料弹粒或团粒的电枢，并且沿负轨道向下回到电源。在轨道中流动的电流产生围绕每个轨道轴线的方位或环形磁场。磁场线围绕正轨道沿逆时针圆周而围绕负轨道沿顺时针圆周运行，在轨道之间的净磁场垂直指向。在诸如增强轨道枪的其它实施方式中，电流以通道流过附加的平行导体对，其被设置成增加施加至弹粒或团粒的磁场。另外，当电流流过弹粒或团粒时，可以施加作用在其上的外部磁场。弹粒或团粒抛射体经历垂直于磁场并且垂直于横跨包括弹粒或团粒的电枢流动的电流的方向引导的洛伦兹力。平行于轨道的洛伦兹力F由下式给出：
F＝Li×B (221)
其中，i是电流，L是通过轨道之间的弹粒或团粒的电流的路径长度，而B是磁通量。该力可以通过增加燃料弹粒或团粒的直径或者电流的量来提升。弹粒或团粒的动能可以通过增加轨道的长度来增加。该抛射体在洛伦兹力的影响下加速至轨道的末端并离开以飞行至电极间区域。该出口可以通过一孔。利用该出口，电路断开，其结束电流流动。对于1kA的示例性电流，3mm的弹粒直径和0.01T的B通量来说，力为0.03N。针对于5cm长的轨道的对应动能为0.0015J。根据该动能，80毫克弹粒的最终速度为6米/秒。
该弹粒或团粒可以进给到喷射器中。该进给可以来自料斗。进给器可以包括本公开中的一个，如机械进给器。该进给器可以包括振动器。该进给器可以包括压电振动器和致动器中的至少一个。该进给器可以包括螺旋推运器和槽中的至少一个。后者可以具有沿着底部的狭槽，以沿着轨道枪进给。该弹粒或团粒可以沿着轨道枪喷射器从多个位置进给。该进给可以通过机械和气动方式中的至少一种方法来实现。
在一实施方式中，从淬火水浴中回收的弹粒在诸如烤炉的干燥器(如真空炉)中干燥，然后进入喷射器系统的抽空区域，如向诸如轨道枪喷射器的喷射器的进给。在一实施方式中，用于冷却和形成弹粒的造粒机、储水器或浴槽中的至少一个以及用于从储水器移除弹粒的输送器在真空条件下连接到电池。该输送器可以从弹粒中排出多余的水。示例性输送器包括可透水的运送器。杆弹粒可以在足够热时蒸发除去表面吸收的水。从弹粒和储水器中的至少一个蒸发的水可以从多次气氛中除去，以通过诸如真空泵或低温泵的泵来保持希望的低压。该低温泵可以包括水冷凝器。可以使用冷凝器代替真空泵，以进行部分抽空电池和保持电池处于缩减压力下中的至少一种。水冷凝器可以通过冷凝水来降低因水蒸汽而造成的压力。水可以再循环至储存器或浴槽。来自冷凝器的水可以通过返回水管线(如回水滴水管线)再循环到储存器或浴槽中。水冷凝器可以用冷却器冷却，如空气冷却散热器、致冷机冷却器，以及Peltier冷却器中的至少一个。本领域已知的其它冷却器可以被用于将冷凝器冷却至希望温度。在一实施方式中，电池中的水蒸汽压力由冷凝器的温度确定，其可以处于大约0℃至100℃的范围内。在一示例性实施方式中，典型的工业水冷却器在约17℃下操作，其对应于大约13托的水蒸气压力。在另一实施方式中，冷却器可以直接冷却储存器或浴槽，使得水蒸气直接冷凝到该储存器或浴槽中并且消除回水管线。干燥弹粒可以通过第二输送器器(如针对弹粒喷射器的螺旋推运器)输送至喷射器。该弹粒喷射器可以包括轨道枪喷射系统，其中，高导电弹粒可以用作电枢，并且其与带电轨道的接触可以触发横跨轨道的电流，从而造成洛伦兹力将弹粒推进到诸如辊电极的电极中。
示例性弹粒包括具有俘获气体(如H2和H2O中的至少一种)的银球。该弹粒可以通过在浴槽或储存器(如水浴槽或储存器)中滴下并淬冷对应熔融材料来形成。在一实施方式中，弹粒输送器螺旋推运器和弹粒喷射器进给螺旋推运器被更换。在一实施方式中，水射流使水流化床进给至轨道炮喷射器，其中，针对轨道枪的入口在水浴槽中并且在浴槽外行进直至喷射部位。该流化水浴可以用于防止热/冷却弹粒粘附的目的，并且用于与本公开的气动喷射器的气体/弹粒流化床相同的目的。在一实施方式中，用于冷却熔体并形成弹粒的水浴槽或储存器还包括用于搅动弹粒的搅拌器。该搅拌器可以包括可以通过至少一个水泵驱动的水射流。该水射流的作用可形成流化床。该搅拌器还可以包括诸如螺旋推运器的机械搅拌器、搅动器，或诸如电磁或压电致动器的振动器，以及本领域已知的其它搅拌器。在一实施方式中，该浴槽包括处于用于接收弹粒并将其推进到电极中以供点燃的位置中的轨道枪。该轨道枪的弹粒输入部分可以位于浴槽的底部，并且可以包括用于接收由搅拌器在水浴槽中搅拌的弹粒的槽或料斗。该轨道枪喷射器可以穿透浴槽的壁以被引导到电极的点燃区域。该轨道枪可以具有引导路径形状，其将弹粒从浴槽底部输送至电极(如辊电极)的点燃区域。该轨道枪可以包括用于随着弹粒以在浴槽的水平面上方的至少一些垂直行进而行进的同时，将随着弹粒移动的任何水排回到浴槽中的装置。不回流到浴槽中的水(如随着弹粒喷射的水)可能落入电池底部的接收料斗，并且用排水泵泵回到浴槽中。通过热弹粒蒸发的水可以通过浴槽冷却器冷凝到浴槽中。该弹粒可以是热的以提供干燥。升高的弹粒温度可以来自未完全冷却的熔化状态的剩余热量，和来自轨道枪中的、根据通过弹粒的用于引起洛伦兹力的电流流动的电阻加热的剩余热量。在一实施方式中，电池，造粒机(如包括室、造粒机，水浴槽，以及喷射器轨道枪的造粒机)可以针对气体压力和抽空电池气氛来保持连续性。
在一实施方式中，SF-CIHT电池可以根据独立于其相对于地面的取向和独立于重力中的至少一个来操作。该弹粒水浴槽可以被密封、可膨胀，并且能够保持处于大约0.001托至100大气压的范围内的压力。压力P可以大致匹配或超过由式(222)给出的高度为h的浴槽的水压柱的压力，其中，密度ρ是水的密度，而g是重力加速度(9.8m/s2)。
P＝ρgh (222)
弹粒滴管可以非常高度绝热，以防止滴管中的熔体因与浴槽水接触而过度冷却。输送燃料和点燃产物的系统可以利用由本征或增强的磁场和电流所施加的洛伦兹力来操作。该弹粒喷射系统可以包括本公开的增强轨道枪。点燃产物回收系统可以包括本公开的增强等离子体轨道枪。造粒机可以利用包括施加的磁场和流过粉末和熔体中的至少一种的施加电流的增强轨道枪，来输送粉末点燃产物和熔体中的至少一种。在一实施方式中，该电流和磁场横向于希望流动方向，并且根据式(221)相互垂直。该系统可以包括适当的电流电极和磁体以实现输送。该轨道枪输送器可以具有传感器和控制器以监测洛伦兹力、流速，并且施加电流以实现希望的力和流速。将粉末和熔体中的至少一种输送通过造粒机的装置可以包括泵，举例来说，诸如文献中已知的那些的电磁泵。诸如水射流的搅拌器可以搅拌浴槽中的弹粒以输入至轨轨道枪。该机械搅拌器还可以将弹粒进给到增强轨道枪喷射器中。在一实施方式中，机械搅拌器可以相对于水浴槽较大，使得搅拌器可以起作用，而与电池相对于重力的取向无关。在一示例性实施方式中，具有与储水器的顶部和底部相等的间隙的大直径螺旋推运器可以独立于电池的取向将弹粒推动至轨道枪。水泵可以通过以与任何损失相匹配的速率，泵送通过轨道枪喷射器从弹粒水浴槽损失的任何水而返回所述水。
该系统可以包括：(i)诸如真空电池的电池，(ii)包括辊电极和母线的点燃系统，(iii)诸如轨道枪喷射器的喷射器，(iv)点燃产物回收系统，其可以包括增强等离子体轨道枪回收系统和重力回收系统中的至少一种，(v)连接至电池底部的料斗，(vi)造粒机，其包括用于从料斗接收点燃产物的第一容器、用于熔化点燃产物的加热器，以及用于向熔体施加氢和蒸汽中的至少一种的第二容器，(vii)诸如H2O浴槽的浴槽，其用于接收从第二容器的滴管滴落的熔体以形成弹粒，(viii)弹粒运送器，(ix)用于接收弹粒的诸如真空炉的干燥器，(x)用于将弹粒输送至喷射器的装置，如具有可控真空锁通道的滑槽，(xi)诸如螺旋推运器的输送器，其用于将弹粒输送至诸如轨道枪喷射器的喷射器，以及(xii)用于抽空电池的真空泵。
图2H1示出了SF-CIHT电池发电机的一实施方式，其示出了能够保持真空的电池、具有由两个输送器进给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及光伏转换器系统。如图2H1所示，SF-CIHT电池发电机可以包括：i)电池26(如真空电池)，其可以包括具有真空泵13a的锥形圆柱体；ii)具有电源2的点燃系统8a；iii)光伏转换器系统26a，其包括用于接收来自点燃燃料的光并将其转换成电的光伏电池或面板15，该转换器具有用于冷却的热交换器87，其中，热的冷却剂通过入口31b流入光伏转换器冷却系统31，而冷却的冷却剂通过出口31c排出，以及iv)燃料形成和递送系统8b，其具有用于淬灭滴下的熔体以形成弹粒的储水器，该储存器具有冷却系统31a，其中，热的冷却剂通过入口31d流入储水器冷却系统31a，而冷却的冷却剂通过出口31e排出。图2H2示出了点燃系统8a及其电源2。在一实施方式中，点燃系统8a包括电力源2，以使大电流流过母线9和10、滑环73a、轴7，以及安装在轴7上的辊电极8，该轴7通过接合至结构支撑件4的轴承4a悬挂，该结构支撑件安装在基座支撑件61上。该轴和附接电极8由辊驱动滑轮71a转动，该辊驱动滑轮通过皆具有皮带张紧器72a的多个皮带72、悬挂在轴承73上的马达轴和滑轮71，以及马达12和13来驱动。图2H3中示出点燃系统8a和光伏转换器系统26a的细节。在一实施方式中，燃料可以通过增强轨道枪喷射器8f喷射。电源2可以从光伏转换器26a接收能量并且向辊电极8供应高电流以引起燃料的点燃，从而在点燃位置8e中形成等离子体。点燃产物的向上轨迹可以被可以是凹形的透光挡板8d截断。点燃产物可以通过抽空电池26中的重力和包括亥姆霍兹线圈磁体8c和经由等离子体在电极8之间流动的电流的增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一种来恢复。图2H4示出了点燃8a和包括点燃产物回收系统8c和用于形成弹粒燃料5a的造粒机以及喷射系统8f的燃料形成和递送系统8b的细节。在一实施方式中，弹粒燃料可以通过增强轨道枪喷射器8f喷射到辊电极8中，该增强轨道枪喷射器8f从造粒机5a的储水器11进给团粒，由弹粒输送螺旋推运器66a运送到喷射器螺旋推运器料斗66b中，然后由喷射器螺旋推运器马达和驱动轴67驱动该喷射螺旋推运器66。辊电极8可以从电源2接收流过每个顺序喷射的弹粒以引起燃料的点燃的大电流，从而形成由光伏转换器26a转换成电的辉光发射等离子体(图2H1和2H3)。点燃产物的向上轨迹可以被透光挡板8d截断，并且点燃产物可以通过抽空电池26中的重力和包括亥姆霍兹线圈磁体8c和经由等离子体在电极8之间流动的电流的增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一种来恢复。点燃产物可以流入造粒机5a的第一容器5b，该造粒机5a可以包括可以用绝缘体5e绝缘的坩埚5d。该产物可以通过感应耦合加热器5f加热成熔体。不点燃的弹粒可以与回收的点燃产物一起流至造粒机5a的第一容器5b。该熔体可以流入造粒机5a的第二容器5c中，其中，该熔体可以暴露于由入口管线5g和5h供应的蒸汽和氢气中的至少一种。该气体可以被再循环，以将该气体并入熔体中，该熔体滴出弹粒滴管5i并在储水器11中淬火骤冷以形成弹粒。该氢从通过水的电解而再填充的罐供应，并且该水从水罐供应，其中，两种情况下的水随着水的消耗而周期性地再填充。该储存器可以具有冷却系统31a，其中热的冷却剂通过入口31d流入储水器冷却系统31a，而冷却的冷却剂通过出口31e排出。可以控制与抽空电池26相连的浴槽的温度，以控制电池中的水蒸气的蒸气压力。该电池压力还可以利用图2H1所示的真空泵13a来控制。
图2I1从两个透视图示出了的SF-CIHT电池发电机的一实施方式，其示出了能够保持真空的电池、具有直接从造粒机供给的轨道枪弹粒喷射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机，以及光伏转换器系统。如图2I2中的一个透视图所示，SF-CIHT电池发电机可以包括：i)电池26(如真空电池)，其可以包括具有真空泵13a的锥形圆柱体；ii)具有电源2的点燃系统8a；iii)光伏转换器系统26a，其包括用于接收来自点燃燃料的光并将其转换成电的光伏电池或面板15，该转换器具有用于冷却的热交换器87，其中，热的冷却剂通过入口31b流入光伏转换器冷却系统31，而冷却的冷却剂通过出口31c排出，以及iv)燃料形成和递送系统8b，其具有用于淬灭滴下的熔体以形成弹粒的储水器，该储存器具有冷却系统31a，其中，热的冷却剂通过入口31d流入储水器冷却系统31a，而冷却的冷却剂通过出口31e排出。图2H2示出了点燃系统8a及其电源2的细节。图2I3中示出点燃系统8a和光伏转换器系统26a的细节。在一实施方式中，燃料可以通过增强轨道枪喷射器8f喷射。电源2可以从光伏转换器26a接收能量并且向辊电极8供应高电流以引起燃料的点燃，从而在点燃位置8e中形成等离子体。点燃产物的向上轨迹可以被可以是凹形的透光挡板8d截断。点燃产物可以通过抽空电池26中的重力和包括亥姆霍兹线圈磁体8c和经由等离子体在电极8之间流动的电流的增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一种来恢复。图2H4示出了点燃8a和包括点燃产物回收系统8c和用于形成弹粒燃料5a的造粒机以及喷射系统8f的燃料形成和递送系统8b的细节。在一实施方式中，弹粒燃料可以通过增强轨道枪喷射器8f喷射到辊电极8中，该增强轨道枪喷射器8f从造粒机5a的储水器11进给团粒，由螺旋推运器搅拌器16a或者通过搅拌器水射流管线15进给的水射流搅拌器来运送(图2I5)。辊电极8可以从电源2接收流过每个顺序喷射的弹粒以引起燃料的点燃的大电流，从而形成由光伏转换器26a转换成电的辉光发射等离子体(图2I1、2I2，以及2I3)。点燃产物的向上轨迹可以被透光挡板8d截断，并且点燃产物可以通过抽空电池26中的重力和包括亥姆霍兹线圈磁体8c和经由等离子体在电极8之间流动的电流的增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一种来恢复。点燃产物可以流入造粒机5a的第一容器5b，该造粒机5a可以包括可以用绝缘体5e绝缘的坩埚5d。该产物可以通过感应耦合加热器5f加热成熔体。不点燃的弹粒可以与回收的点燃产物一起流至造粒机5a的第一容器5b。该熔体可以流入造粒机5a的第二容器5c中，其中，该熔体可以暴露于由入口管线5g和5h供应的蒸汽和氢气中的至少一种。该气体可以被再循环，以将该气体并入熔体中，该熔体滴出弹粒滴管5i并在储水器11中淬火骤冷以形成弹粒。该储存器可以具有冷却系统31a，其中热的冷却剂通过入口31d流入储水器冷却系统31a，而冷却的冷却剂通过出口31e排出。可以控制与抽空电池26相连的浴槽的温度，以控制电池中的水蒸气的蒸气压力。该电池压力还可以利用图2I1、2I2，以及2I3所示的真空泵13a来控制。
本公开通过混合和匹配本公开的当前实施方式的多个方面来预期其它实施方式。例如，图2A的料斗305可以包含弹粒，其中，再生系统314包括本公开的造粒机。该产物移除器313可以包括本公开的增强等离子体轨道枪回收系统或气动回收系统。PV面板可以被定向成最大化光的捕获，其中，预期除了对于图2A的光伏转换器306示出的位置之外的其它位置，而且可以由本领域技术人员利用常规知识来确定。这同样适用于本公开的系统的其他系统和组合的相对定向。
在一实施方式中，该光-电转换器包括本公开的、包括光伏(PV)电池的光伏转换器，所述光伏(PV)电池响应于从电池发射的光的实质波长区，如对应于光能量输出的至少10％的光。在一实施方式中，该燃料可以包括具有捕获的氢和捕获的H2O中的至少一种的银弹粒。该光发射可以主要包括紫外光，如处于大约120nm至300nm的波长区内的光。该PV电池可以响应于大约120nm至300nm的波长区域的至少一部分。该PV电池可以包括聚光器UV电池。入射光强度可以处于大约2至100000个太阳和10至10000个太阳中的至少一个范围内。该PV电池可以包括诸如InGaN、GaN以及AlGaN中的至少一种的III族氮化物。在一实施方式中，该PV电池可以包括多个结。这些结可以串联分层。在另一实施方式中，这些结是独立的或电平行的。该独立结可以以机械方式堆叠或者晶片接合。示例性多结PV电池包括至少两个结。其包括n-p掺杂半导体，如来自InGaN、GaN以及AlGaN的组中的多个。n掺杂剂GaN可以包括氧，而p掺杂剂可以包括Mg。一示例性三结电池可以包括InGaN//GaN//AlGaN，其中，//可以指隔离透明晶片接合层或机械堆叠。该PV可以在与聚光器光伏(CPV)的光强度相等的高光强度下运行。该基板可以包括蓝宝石、Si、SiC，以及GaN中的至少一种，其中，后两者可以为CPV应用提供最佳的晶格匹配。多个层可以利用本领域已知的金属有机气相外延(MOVPE)方法淀积。该电池可以通过冷板冷却，如在CPV或二极管激光器(如商用GaN二极管激光器)中使用的那些。栅格触点可以安装在电池的前表面和后表面上，如在CPV电池的情况下。在一实施方式中，该PV转换器可以具有对其响应的光基本上透明的保护窗口。该窗口对于该响应光来说可以是至少10％透明的。该窗口可以对UV光透明。该窗口可以包括诸如PV电池上的UV透明涂层的涂层。该涂层可以包括本公开的UV窗的材料，如蓝宝石或MgF2窗口。其它合适的窗口包括LiF和CaF2。该涂层可以通过诸如气相沉积的淀积方式来涂敷。SF-CIHT发电机可以包括用于从表面去除点燃产物的装置，如机械刮刀或离子溅射束。
f、其它应用
在图2G1d1和2J所示一实施方式中，该发电机包括热功率转换器，该热功率转换器包括在电池壁中的热交换器87、至少一个冷却剂入口管线84、至少一个冷却剂出口管线85、可选地第二热交换器、锅炉、诸如蒸汽涡轮机的涡轮机，以及发电机86。在一实施方式中，该热功率转换器包括本领域技术人员已知的除水之外的其它冷却剂。在另一实施方式中，电池的壁包括加热冷却剂的热交换器。诸如水的冷却剂可以响应于从电池接收热量而沸腾。在气体为蒸汽的情况下，通过沸腾而形成的气体可以流入热机，举例来说，诸如蒸汽涡轮机的涡轮机。在一实施方式中，该电池可以包括锅炉。蒸汽和热水中的至少一种可以用于回收点燃产物并将它们冲洗到浆料槽中，使得燃料可以再循环。该系统还可以包括至少另一个热交换器、并且包括加热器、预热器、锅炉、冷凝器以及热能量转换器的其它组件，如本领域技术人员已知的那些。
在另一实施方式中，该单元壁的至少一部分包括与热力发动机(如斯特林发动机)接触的热交换器。该壁和热力发动机可以通过热导管连接，如将热从电池和电池壁中的至少一个传递至热力发动机的热管。
在一实施方式中，能量从电池辐射并且被收集在光子收集器中。在一实施方式中，电池壁是高度反射的并且在操作期间保持为高反射性以将光子从电池反射到光子收集器。在一实施方式中，配光和光电转换器被光子收集器替代。该光子可以处于诸如紫外线、可见光、近红外线，以及红外线的波长范围内。在一实施方式中，光子收集器捕获光子并将光子转化成热。热可以直接使用或转换成电。在一实施方式中，光子收集器包括太阳能收集器。该光子收集器可以包括具有高发射率的多个表面，其还可以具有高热导率，举例来说，诸如黑色铝的黑色金属。该光子收集器可以包括多个表面或部件，其包括入射从电池直接或间接发射的光子的表面，其中，反射可以发生在收集器的一个表面到另一个表面，并且在多次反射期间发生能量吸收。所述多个表面可以是具有一角度的，以支持多次反射，从而增加入射在光子收集器上的光子能量的吸收。该表面可以是波纹状或肋状的。该收集器可以包括多个百叶窗对，其中，光从一个板条反射至另一个板条。该板条可以被定向成通过反射表面或诸如板条的部件之间的多次反射来最大化吸收。该光子收集器可以按比电池高得多的温度操作。
在一实施方式中，光伏转换器可以包括热光伏转换器。参照图2I2，电池26可以包括吸收来自点燃燃料的光和热的至少一个壁或黑体腔(吸收器/发射器)。该吸收器/发射器可以包括耐火材料，举例来说，如碳和诸如W和Mo的难熔金属中的至少一种。该吸收器/发射器可以被热隔离，以通过安装在薄基座或柱上来减少传导热损失，该薄基座或柱可以包括低热导率的材料，举例来说，诸如氮化硅、氧化铝或者或氧化锆的陶瓷。可以将该吸收器/发射器加热至黑体温度，如处于大约500℃至6000℃、1000℃至4000℃，以及1000℃至3000℃中的至少一个范围内的黑体温度。在一实施方式中，加热的吸收器/发射器将光发射至光伏转换器26a。该光伏转换器26a可以处于可以密封的电池26的外部。该PV电池15可以包括响应于吸收器/发射器的发射的PV材料。该PV材料可以包括GaAs、Si、InGaAs以及Ge中的至少一种。该PV电池可以包括多结电池，如Si或GaAs/InGaAs或Ge，其中，/指定层。诸如光伏热交换器87的热交换器具有能够进行高热能量传递的冷却剂。该冷却剂可以包括水或其它液体，如本领域技术人员已知的溶剂或液体金属或盐。在一实施方式中，热交换器和热交换器的组件中的至少一个可以包括热管。热管流体可以包括熔化的盐或金属。示例性金属有铯、NaK、钾、钠、锂，和银。
在一实施方式中，来自SF-CIHT的的光发射被调制。该调制可以通过进行控制点燃过程和阻挡或偏转光中的至少一个来实现。该调制可以在AC频率下，以在PV转换器中产生AC电。该AC电压可以利用本领域已知的至少一个变压器或其它升压功率调节设备来升高。较高的电压可以降低PV电路和母线中的至少一个上的电流以减少电阻损耗和发热中的至少一个。除了电学地以外，能量可以磁性地传递，和通过诸如微波射束和激光射束的射束来传递。
热量可以通过至少一个热交换器传递至能量转换系统，如包括至少一个Sterling发动机的组的能量转换系统，该Sterling发动机可以包括输入热管、锅炉、蒸汽发生器、涡轮机，以及发电机。斯特林发动机系统可以包括黑体热量收集器，用于将热量传递至斯特林发动机的热管，以及斯特林发动机，和连接至斯特林发动机的发电机或其它机械负载。这种系统在本领域中是已知的，如具有集中的太阳能热能作为能量输入源的那些系统。在另一实施方式中，诸如涡轮机的热力发动机的工作介质可以包括除水之外的其它一种工作介质，如本领域技术人员已知的有机液体或可冷凝气体(如二氧化碳)。在另一实施方式中，热量可以传递至诸如斯特林发动机的热力发动机。该热量可以通过热交换器和热管中的至少一个来传递。在一实施方式中，光子收集器在诸如大约800℃至3500℃的范围内的高温下操作。黑体辐射可入射在热-光伏转换器上以产生电。
本公开的另一应用是光源。光能量来自本公开的固体燃料的点燃。在一实施方式中，SF-CIHT发电机包括可以至少部分由分数氢反应供电的金属卤化物灯。金属和金属卤化物可以是常规金属卤化物灯的那些，并且还可以包括至少一种固体燃料。活性金属卤化物灯材料可以包括固体燃料，该固体燃料包括诸如Ag或Cu中的至少一种的金属，和水合物，举例来说，诸如BaI2 2H2O和MgBr2 6H2O中的至少一种的碱土卤化物水合物，以及诸如ZnCl2水合物的过渡金属卤化物水合物，和诸如Mg(OH)2、Al(OH)3、La(OH)3、硼砂，水合B2O3或其它氧化硼，以及硼酸的水合氧化物。该光源包括图2I2所示的电池1的至少一个透明或半透射壁。该透明或半透射壁可以涂覆有磷光体，以将包括光的能量转换成希望的波长带。该点燃可以以足够的频率发生，使得光看起来是恒定的。在一实施方式中，由点燃固体燃料而形成的等离子体在短波长下产生高输出。显著的光能量可以处于EUV和软X射线区域中。该短波长光源(如UV光源)可以被用于化学反应传播、材料加工，以及本领域已知的、针对强力UV光源的其它用途，如具有高达几百千瓦至几兆瓦的大部分为UV光的光源。该UV光可以利用诸如本公开的那些之一的UV窗口(如MgF2窗口)离开电池。诸如EUV光源的短波长光源可以被用于光刻。该EUV光可以使用无窗口出射通道离开电池。在一实施方式中，来自固体燃料的点燃等离子体膨胀成真空，使得其对于诸如在EUV区域中的短波长光来说变得光学上薄的。固体燃料和等离子体中的至少一种可以用另一种材料、化合物和元素中的至少一种来接种，所述另一种材料、化合物和元素中的所述至少一种变得进行在等离子体中被激发和被短波长光激发中的至少一种，以发射所需波长范围内的光。在一实施方式中，示例性的另一材料、化合物以及元素包括在20nm内的13.5nm的波长范围内发射的另一材料、化合物以及元素，如Sn或Xe。
可以通过利用滤波器或单色仪来选择该辐射的波长区域。该功率非常高。在一示例性实施方式中，在0.5ms中发射100J以上，对应于来自小于10μl的燃料体积的200000W以上。所选择的辐射可以被用于医疗，举例来说，针对诸如皮肤癌和其它皮肤病学疾病的疾病的皮肤治疗。
在另一应用中，由SF-CIHT电池输出的短波长光可以被用于破坏病原体的DNA，如细菌和病毒的DNA。光的波长可以被选择成进行破坏病原体的DNA和杀菌的至少一种。示例性波长带是UV-C。该波长区域可以处于大约100nm至280nm的范围内。该功率可以是高的，例如处于大约10W至10MW的范围内。通过使用输出希望区域中的辐射的H2O类固体燃料和通过添加将光谱移位至希望区域的燃料添加剂中的至少一个，可以选择希望波长区域。在另一实施方式中，可以改变电池的气氛以实现希望波长输出。在一示例性实施方式中，该电池气体包括氢和诸如Xe的稀有气体中的至少一种，其输出希望波长发射以进行杀菌。在另一实施方式中，可以利用至少一个滤光器来选择波长。
J、基于通过HOH催化剂进行H催化的H2O类固体燃料电源
a、实施方式的催化反应
经典物理定律预测原子氢可以经历与某些物质(包括其本身)的催化反应，其可以接受原子氢的势能的整数倍的能量m·27.2eV，其中m是整数。该预测的反应涉及从其它方面稳定的原子氢到能够接受能量的催化剂的共振、非辐射能量转移。该乘积为H(1/p)，称为“分数氢原子”的原子氢的分数Rydberg状态，其中，在用于氢激发态的Rydberg方程中，n＝1/2、1/3、1/4、...、1/p(p≤137是整数)代替公知的参数n＝整数。每个分数氢状态还包括电子、质子以及光子，但与能量解吸而非吸收相对应地，来自光子的场贡献增加了结合能量，而不是减少它。因为原子氢的势能为27.2eV，所以m个H原子用作针对另一第(m+1)个H原子的m·27.2eV的催化剂。例如，H原子可以通过经由空间能量传递(如通过磁性或感应电偶极-偶极耦合)从另一H接受27.2eV而用作针对其的催化剂，以形成随着短波长截止的连续谱带和能量为的发射而衰减的中间体。在涉及转变成到状态的H-原子催化剂反应中，m个H原子用作针对另一第(m+1)个H原子的m·27.2eV的催化剂。接着，m+1个氢原子之间的反应(由此m个原子以共振和非辐射方式从第(m+1)氢原子接受m·27.2eV，使得mH充当催化剂)由以下给出：
而且，且总反应为
除了原子H以外，从原子H接受m·27.2eV且分子势能量值减少相同能量的分子还可以用作催化剂。H2O的势能为81.6eV；因而，新生H2O分子(并非以固态、液态或气态键合的氢)可以用作催化剂。基于从0℃冰变成100℃水的汽化热的10％能量变化，沸水中每水分子的H键的平均数为3.6；由此，H2O必须在化学上形成为具有适合活化能的隔离分子，以便用作催化剂来形成分数氢。关于新生H2O的势能的催化反应(m＝3)为：
而且，总反应为
电化学CIHT(催化剂诱发分数氢转换)电池从可以利用充电和放电周期而从空气中提取的H2O蒸气产生电，以将H2O转化为分数氢、氧，以及过量电。在充电阶段期间，通过分别在阳极和阴极电解H2O而产生氢和氧。接着，电池放电，并且电解OH-在阳极氧化，OH-与H反应形成HOH，并且由通过HOH催化剂对H催化来形成分数氢。该电化学电池反应最初消耗进给到电池中的氢接着是H2O，以产生电输出方面的大增益增益。该CIHT电能在长持续时间上连续输出，在不同的系统、配置，以及操作模式上测量，并且通常是电输入的多倍，其在最近的较高功率密度情况下，按大约10mW/cm2阳极面积，超过输入大约2倍。该功率密度进一步增加了10倍以上，同时通过运行对应高电流来保持增益。
热能也可以由H到H(1/4)的催化产生，其中新生H2O用作催化剂，并且化学反应是原子氢和催化剂的来源。形成HOH催化剂和H的固体燃料也显示出多倍的最大理论能量。利用水流量热法测量来自固体燃料反应的过量热，并且这些结果通过在测试实验室的差示扫描量热(DSC)运行而独立地证实。通过以下技术将预测的分子分数氢H2(1/4)标识为能量产生电池、CIHT电池以及热电池的产物：如MAS 1H NMR、ToF-SIMS、ESI-ToFMS、电子束激发发射光谱、拉曼光谱、具有表面增强拉曼散射(SERS)的拉曼光谱、飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)、电喷雾离子化飞行时间质谱(ESI-ToFMS)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子XPS光谱，以及光致发光发射光谱。而且，m H催化剂被标识成为在天文来源(如太阳、星星以及星际介质)中具有活性，其中分数氢产物的特性与宇宙的暗物质的特性相匹配。
大于50eV的Balmer α谱线展宽揭示了在某些混合氢等离子体(如水蒸汽和连续发射氢箍缩等离子体)中具有非常高的动能氢原子的群体是一个确立的现象；然而，该机制已经有的争议在于，因场加速度而造成的常规观点不被数据和关键测试所支持。而相反表明其原因归是由于在分数氢形成中释放的能量。首先在BlackLight Power，Inc.(BLP)观察到并且在哈佛天体物理学中心(CfA)再现的仅由包括一些氢的、非常低能量的脉冲箍缩气体放电而产生的10-30nm区域中的EUV辐射，被确定为是由于H转变成其发射与其中消除替代来源所观察到的发射相匹配的较低能量的氢或分数氢态H(1/4)。HOH被标识为针对转变的最可能原因。箍缩等离子体的多千安的大电流是这种明亮的分数氢过渡辐射源的独特特征。
基于该催化剂机制，高电流通过提供用于抑制由HOH催化剂的离子化而产生的空间电荷累积的接收器(sink)来促进快速转变速率(更高的动力学)。固体燃料-催化剂-诱发-分数氢-转变(SF-CIHT)电池通过利用包括具有结合水的导电基质的固体燃料来产生非凡的能量。通过将燃料约束在电池的相对电极之间，并且施加经由燃料的大约12000A的电流，将水点燃成由H2O的氢转变成分数氢所释放的光能量的异常辉光闪光。具体来说，观察到当高电流(如10000-20000A)流过包括M+H2O(M＝Ti、Cu、Al)(其是HOH催化剂和H的来源)的固体燃料时，由HOH催化剂催化H至H(1/4)的动力学可能是爆炸性的。得到的功率密度比针对居前CIHT电池或热固体燃料观察到的功率密度大大约1×1010倍。该能量归因于H2O至H2(1/4)和1/2O2的反应。通过极紫外(EUV)光谱证实H到H(1/4)的转变。通过使低电压、高电流通过燃料以产生爆炸性等离子体，HOH催化剂通过点燃包括H和HOH催化剂来源的固体燃料源而显示，在小于15至30nm的区域中产生EUV辐射。没有化学反应可以释放这样的高能量光，并且该场对应于对于初始超大气碰撞等离子体小于15V的电压。没有高场存在以形成高度离子化的离子，其可以在该区域中产生辐射。该等离子体源用作针对存在通过HOH作为催化剂将H转化为分数氢H(1/4)的强有力证据。
测试包括用于产生爆炸力和过量能量的结合H2O的SF-CIHT电池的固体燃料。具体来说，H2O类固体燃料(如包括Ti+H2O的固体燃料)通过流过高电流而爆炸。辉光发光等离子体及其时间演化的特征在于分别包括高速(6500帧/秒视频)和快速光电二极管。该事件的能量平衡和时间分别由弹式(bomb)量热法和通过爆炸事件的电压和电流波形的机械破坏时间以及支持快速响应光电二极管结果而分离地确定。根据这些参数和燃料体积，确定功率和功率密度。所预测的分数氢产物H2(1/4)通过拉曼光谱、光致发光发射光谱，以及X射线光电子能谱(XPS)来标识。
b.SF-CIHT电池的固体燃料的量热法
能量平衡针对表10所示的H2O类固体燃料来测量，包括：M+H2O或M+MO+H2O(M＝Ti、Cu、Al)、Ag+MgCl2·6H2O、Ti+MgCl2·6H2O、Ti+ZnCl2+H2O、Ag+NH4NO3+H2O、NH4NO3+H2O+Al，以及NH4NO3。烃类固体燃料包括石蜡、Nujol油以及合成油0W40。在氩气气氛手套箱中加热以使水合表面氧化物涂层脱水的金属箔用作校准控制以确定量热计热容量。一示例性燃料包括Cu(45mg、Alfa Aesar stock#41205、铜粉末、625筛目、APS 0.50-1.5微米、99％(金属基础))+CuO(45mg、Alfa Aesar stock#33307)+H2O(30mg)，其密封在铝DSC锅(75mg)(铝坩埚30μl，D：6.7mm×3mm(Setaram，S08/HBB37408)和铝盖D：6.7mm，冲压、密封(Setaram，S08/HBB37409))中。样品还包括不包含在DSC锅中的金属粉末混合物。用于能量平衡确定(图4)的Parr 1341量热计的设置包括未改进的量热计护套(21)和量热计盖(1)(组合的Parr部件号A1100DD)。温度分辨率为±0.0001℃的热敏电阻(2)(Parr部件号1168E2)穿过量热计盖并固定，使得其读取和处于与水桶(19)底部相距2.54cm的距离处的弹式组装件一致的水温。定制的0.051cm厚的不锈钢椭圆形桶重417.8g，并且具有12.7cm英寸的小直径，18.4cm的大直径，以及10.2cm的高度。水桶盛装1225±.01克去离子水以及定制量热计弹式组装件。搅拌组装件(6)包括搅拌器滑轮(Parr部件号37C2)，搅拌器轴承组装件(Parr部件号A27A)，以及带叶轮的搅拌器轴(11)(Parr部件号A30A3)。将其安装在量热计盖上并通过由马达(9)驱动的搅拌器驱动皮带(7)(Parr部件号37M2)通过马达滑轮(8)(Parr部件号36M4)连接至马达组装件(Parr部件号A50MEB)。该马达组装件通过L托架马达连接器(10)从外部连接至量热计，以防止马达的热输出影响量热测量。两个1.6cm OD实心铜电极(3)穿过量热计盖中的定制孔，并进一步穿过特氟隆位置稳定块，然后连接至ACME 75kVA电阻焊机的主导体。0.32cm厚的不锈钢定制圆柱形弹式电池(bomb cell)(14)具有7.62cm直径和2.54cm高度，具有0.64cm厚的12.4cm法兰。电极贯穿具有提供电隔离和气密密封的特氟隆绝缘套圈密封件(15)的电极馈通件(13)穿透法兰盖。能量经由1.3cm直径、0.48cm厚的铜紧固件旋转接头(17)，通过3.0cm长、0.95cm直径的铜样品紧固螺栓(16)传送至固体燃料(18)，该铜样品紧固螺栓通过电极基部。通过将样品紧固螺栓拧紧至大约1.81Nm的扭矩(如通过高精度平梁扭矩扳手测量的)，导致针对样品的大约1112N力(如通过压阻力传感器测量的)，从而将固体燃料包含在紧固件旋转接头之间(测量专业，FC2311-0000-0250-L)。通过紧挨着电极馈通件上方的电极上安装的散热片(12)使能实现有效的热传递，其确保了通过电极和从封闭系统流出的热损失最小。桶架(20)将弹式电池升至量热计的顶部，以最小化操作Parr 1341量热计所需的材料的尺度和量，并改进测量的准确度。
每个样品在氩气下点燃，并且施加的峰值60Hz电压小于10V，峰值电流大约为20000A。通过接收来自正探针连接器(4)和负探针连接器(5)的输入的定制接口记录输入功率。当在输入时间上对电压与电流的乘积进行积分时，得到校准和对固体燃料点燃的输入能。通过资料获取系统(DAS)测量电压，此系统包含PC与National Instruments USB-6210资料获取模组和Labview VI。也通过同一DAS、使用精确度为0.3％的Rogowski线圈(CWT600LF型，配有700mm电缆)作为信号源来测量电流。在83KS/s下获得V和I输入数据且利用电压衰减器使模拟输入电压处于USB-6210的+/-10V范围内。
处理输入功率数据以计算在点燃至开路之后的快速功率衰减期间的输入能量。采用从紧挨着在5/8″OD Cu棒上的水位之上的电压分接头获得的测量电压波形与由罗果夫斯基(Rogowski)线圈给出的测量电流波形的乘积来产生功率波形。时间积分功率波形产生提供给系统的累积能量，直至发生点燃或爆震事件的时间点。点焊机变压器的次级电路随着电极尖端被爆炸的力推开而暂时断开。在大约10μs的时间标度上，电路快速转变成高电阻，作为变压器中的快速塌陷磁通量的结果，随着无功电压瞬变的发展而有效地变为开路。电流下降至零，因为电压瞬变在功率波形中产生相应的反射波无功功率分量，其通常以约500μs至1ms的量级快速衰减。为了在电流衰减的时间上消除该无功功率分量，通过将在这段时间期间的电压和电流分量拟合到它们在预爆炸条件期间的典型幅度和相位，功率波形在紧接的爆炸后时间段被平滑，直到电流达到零为止。这种方法的准确性通过实现与对照样品的能量平衡来证实。
c、利用低电压、高电流以及等离子体持续时间确定点燃H2O类固体燃料
测试样本包括：(i)密封在DSC锅中的H2O类固体燃料100mg Cu1+30mg H2O，和密封在DSC锅中的100mg Ti(Alfa Aesar stock#10386，钛粉末，325筛目，99％(基于金属)(＜44微米))+30mg H2O，(ii)密封在DSC锅中的烃类固体燃料(如油或石蜡)，(iii)对照H2O类反应混合物：185mg In+30mg CaCl2+15mg H2O，185mg In+30mg ZnCl2+15mg H2O、185mg Bi+30mgZnCl2+5mg H2O，以及185mg Sn+30mg ZnCl2+5mg H2O，其不催化形成分数氢，以及(iv)不包括H2O的对照导电材料，如0.0254cm直径的金线环和2.38mm直径的InSn线环，每个都针对轴向电流流动取向并且在真空/预脱水金属箔中预热，其被加载到Acme 75KVA焊接机的电极中，该焊接机被激活以施加通过每个样品的高电流。AC电流通常处于10000-30000A的范围内，并且峰值电压通常小于6V，除了由于低电压和相对高的电阻而具有低得多的电流的线样品以外。利用Phantom v7.3高速摄像机以每秒6500帧记录由固体燃料点燃形成的膨胀等离子体。
利用具有光谱范围350-1100nm、峰值敏感波长980nm、有效面积13mm2、上升/下降时间10ns，以及在20V下为24pF的结电容的光电二极管(Thorlabs，型号SM05PD1A)，来测量密封在DSC锅中的固体燃料Cu+H2O的时间演变。利用没有增益的放大器(Opto Diode型号PA100)和10V偏压来处理该信号。并且利用60MHz示波器(Pico Technology，Picoscope5442B)以25ns的扫描间隔进行记录。该测量距离为25cm。通过记录针对根据由函数发生器(Agilent 33220A 20MHz任意波形发生器)产生的1μs、10μs，以及1ms的脉冲来供电的发光二极管的响应，确认光电二极管的时间分辨率在规格范围内。在每一种情况下，观察到该脉冲的时间宽度的宽度方波。
d、用于光谱标识分子分数氢的分析样品
被用于量热确定能量平衡的固体燃料也用作理论预测的分子分数氢产物H2(1/4)的来源。该分子分数氢样品包括置于氩气下的密封容器中的铟证实板或KOH-KCl混合物，其中，利用点燃产生的分数氢被捕获在铟或KOH-KCl混合物的基质中，从而用作分子分数氢吸气剂。对反应产物执行拉曼光谱、光致发光发射光谱，以及X射线光电子能谱(XPS)。未暴露于分数氢来源的原材料被用作对照。
定量X射线衍射(XRD)。利用Panalytical X′Pert MPD衍射仪，利用在45KV/40mA的Cu辐射，在10°-80°的范围内，步长为0.0131°，每步计数时间为250秒，对原材料和反应产物进行XRD。一旦获得该图案，就在ICDD数据库的帮助下标识各相并通过Rietveld细化进行定量。
拉曼光谱。在铟金属箔证实板和在固体1g KCl+1g KOH样品上执行拉曼光谱，其中，各自保持在1.45cm OD×2.5cm高度下，顶部敞开的Al2O3坩埚中。在一系列固体燃料团粒点燃中的每次点燃之后，铟箔暴露于该产物气体达一分钟。在氩气气氛中顺序点燃50个固体燃料团粒，每个都包括密封在DSC锅中的100mg Cu+30mg H2O。固体燃料团粒的每次点燃都利用Acme型号3-42-75AR点焊机来执行，其供应的电能短脉冲呈约8V RMS的60Hz低电压和约15000至25000A的高电流形式。利用具有780nm二极管激光器的Thermo ScientificDXR SmartRaman光谱仪获得光谱。根据仪器焦距、波长范围，以及光栅，分辨率通常为1-5cm-1。还在暴露于来自密封在DSC锅中的50mg NH4NO3的氩气气氛点燃的产物气体的In金属箔上记录拉曼光谱。
将分数氢吸气剂1g KCl+1g KOH在250℃加热15分钟，并冷却(对照)，然后放置在坩埚中并在室温下，在氩气气氛中暴露于固体燃料团粒的50次连续点燃。每个团粒包括密封在DSC锅中的100mg Cu+30mg H2O。另外的固体燃料80mg Ti+30mg H2O和100mg Ti+50mgAl+30mg ZnCl2+15mg H2O作为粉末进行测试，其中三次点燃暴露各自暴露于未被加热的分数氢吸气剂KOH∶KCl(1∶1wt％)，并保持在不锈钢网袋(每平方厘米32×32，0.014cm直径的丝)中。固体燃料团粒的每次点燃都利用Acme型号3-42-75AR点焊机来执行，其供应的电能短脉冲呈约8V RMS的60Hz低电压和约15000至25000A的高电流形式。利用具有HeCd 325nm激光器的Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis Raman光谱仪在显微镜模式下以40X的缩放倍率在吸气剂上记录拉曼光谱。
XPS光谱。利用Scienta 300XPS光谱仪或Kratos Analytical Axis Ultra在铟箔证实板和固体KOH-KCl样品上进行一系列XPS分析。使用固定分析仪传输模式和扫描获取模式。在测量扫描中的步进能量为0.5eV，而在高分辨率扫描中的步进能量为0.15eV。在调查扫描中，每步时间为0.4秒，扫描次数为4次。按284.5eV的C 1s被用作内部标准。
利用Scienta 300XPS光谱仪，在Lehigh大学针对在铟金属箔证实板执行XPS，其最初通过拉曼光谱分析并显示出强的1982cm-1IRE峰值(Sec.e.3)。上述样品包括暴露于来自点燃固体燃料的气体的In箔，其包括密封在铝DSC锅中的100mg Cu+30mg去离子水。
另外，XPS在置于不锈钢托盘中的KOH∶KCl(1∶1wt％)吸气剂上执行，该吸气剂暴露于来自密封在铝DSC锅中的固体燃料70mg Ti+30mg H2O的三次点燃的产物气体。针对每次顺序暴露，保持在氩气下的固体燃料在密封的初级室中点燃，并且在点燃后10秒，允许产物气体流入包含也在氩气下的KOH∶KCl(1∶1wt％)吸气剂的第二初始密封室中。
研究包括炸药的固体燃料的点燃产物是否存在作为产物的分数氢。还在暴露于来自氩气气氛点燃密封在铝DSC锅中的固体燃料50mg NH4NO3+KOH+KCl(2∶1∶1wt％)+15mg H2O的气体的KOH-KCl(1∶1wt％)吸气剂上记录XPS光谱。
e、结果和讨论
1、利用低电压、高电流以及等离子体持续时间确定点燃H2O类固体燃料
将表10所示的对照金属箔样品以及0.010″直径的金线环装入Acme 75KVA焊机的电极中，该焊机被激活以通过每个样品施加高电流。对于金属箔和线控制器来说，仅观察到电阻加热。不催化以形成分数氢并用作对照的另外的H2O类反应混合物(如185mg In+30mgCaCl2+15mg H2O、185mg In+30mg ZnCl2+15mg H2O、185mg Bi+30mg ZnCl2+5mg H2O，以及185mg Sn+30mg ZnCl2+5mg H2O)同样显示出只有电阻性加热行为。与此相反，所有的H2O类固体燃料经历了爆震事件，具有大声爆炸、辉亮的白光发射，以及压力冲击波。白光是用光谱法证实的约5000K的黑体发射温度的特征。该样品呈现为已经完全蒸发和雾化以形成离子化的膨胀等离子体，如利用Phantomv7.3摄像机以每秒6500帧的高速视频证明的(图5)。通过测量H Balmer线的Stark展宽确认等离子体基本上100％离子化。密封在DSC锅中的示例性固体燃料100mg Cu+30mgH2O的爆炸事件的光电二极管测量的持续时间为0.7ms(图6)。
除了HOH以外，通过示范在DSC锅中的烃类固体燃料石蜡的点燃期间的辉亮的发光等离子体和爆炸，发现m H原子催化剂是有效的。如在H2O类固体燃料的情况下，观察到温度约5000K的黑体辐射也匹配太阳光谱。利用快速光电二极管，该点燃事件被确定为包括两个独特的光-发射，第一个具有约500μs的持续时间，并且第二个的持续时间是约750μs。
2、SF-CIHT电池的固体燃料的量热法
利用表10中的金属箔，被用于测量固体燃料样品的能量平衡的量热计和电极装置的热容量被确定为8017J/℃。被用于根据在平衡和点燃之后的温度对时间响应来确定热输出的量热法是在Parr 1341弹式量热计的操作手册中描述的分析方法。净能量是热输出和能量输入之间的差。该增益是热能和能量输入的比率。
表10、通过弹式量热法确定固体燃料的能量平衡。
a将样品密封在DSC锅中，除了团粒和箔样品以外。
如表10所示，在对照金属箔以及Al DSC锅上一致地测量零净能量平衡。与此相反，对于H2O类的固体燃料，观察到高达7倍的非常显著的能量增益，其中HOH用作根据式(227-230)的催化剂。这些值非常守恒在于，输入能量的大部分在量热计燃料点燃电路的六个接头中耗散，仅有约20％的输入能量实际递送至燃料样品，以使其点燃。能量生产的层次为：Ti+H2O(DSC锅)＞Ti+ZnCl2+H2O(Cu帽)＞Cu+H2O(DSC锅)＞H2O(DSC锅)＞NH4NO3+H2O+Al＞Ti+MgCl2·6H2O＞Ag+MgCl2+H2O＞Cu+CuO+H2O(DSC锅)＞NH4NO3。另外，包含油或蜡的H类固体燃料产生一些过量能量，其中nH用作根据式(223-226)的催化剂。H类燃料没有理论能量，因为反应在氩气气氛下运行。
在其用于密封固体燃料混合物的情况下，必须考虑H2O可能与DSC锅中的Al发生放热反应的可能性。考虑固体燃料Cu+H2O(DSC锅)。如表11所示，Cu与水的反应是高度吸热的。具体来说，该反应Cu+H2O至CuO+H2具有+130kJ/mole的正焓。接着，对于常规化学的唯一理论能量是Al与水反应形成Al2O3。已知该反应具有非常缓慢的动力学。从Al-水反应生产H2在气动力学方面是困难的；从而，利用诸如H2O等离子体的其它方法来增加速率。即使在含有Al的爆炸物爆震期间，Al的H2O氧化是缓慢的反应。因为H2O类固体燃料的点燃对于固有慢的速率来说具有小于1ms的持续时间，所以预期将形成非常少的Al2O3。这通过XRD证实。表12中示出了在Ar气氛中测试的密封在75mg Al DSC锅中的、与30mg去离子水混合的100mg Cu的样品的固体燃料产物的XRD的组成分析结果。没有观察到铝氧化产物，由此，证明通过量热法记录的输出能量不是由于Al氧化。类似的是，针对固体燃料Ti+H2O的产物的XRD示出不是Ti的氧化。由此，针对Cu和Ti所释放的能量，H2O类固体燃料被分配以形成分数氢。通过多种方法鉴定分数氢产物在Sec.e.3中给出。
表11、Cu金属与H2O在298K下的反应的热力学参数。
表12、点燃固体燃料100mg Cu+30mg去离子水的产物的XRD结果。该点燃于Ar气氛下在铜电极处执行。未检测到Al2O3；由此，Al氧化对能量平衡没有贡献。
表10中的用于点燃固体燃料的输入能量的主要部分归因于在Al DSC锅上的熔化，这是不必要的。例如，1cm2镍网导体(其涂覆有NiOOH的薄(＜1mm厚度)流延涂层、11wt％的碳，和27wt％的Ni粉末)利用5J输入能量来引爆。这种固体燃料产生非常大量的EUV连续谱能量产量，如通过EUV光谱测量的。然而，与仅需要添加回H2O的M+H2O(M＝Ti、Cu、Al)相比，NiOOH固体燃料在连续能量循环中更难以再生。不是使用Al锅，而是测试了通过再水合再生的简单压制金属粉末，如Ag+MgCl2·6H2O。这些也产生了显着的过量能量，如表10所示。而且，没有来自常规化学的理论能量，Ag金属与MgCl2·6H2O的反应，如表13所示。初始固体燃料和点燃后的产物的XRD的结果分别在表14和15中示出。没有来自常规化学的净正能量贡献可以归因于反应产物。对于反应物Ti+ZnCl2+H2O的类似分析显示来自常规化学的可忽略的能量。
表13、Ag金属与MgCl2·6H2O在298K下的反应的热力学参数。
表14、初始固体燃料粉末团粒150mg Ag+50mg MgCl2·6H2O的XRD的结果。
MgCl2(H2O)6 67.5％
Ag 31.4％
MgCl2 1.1％
表15、在Ar气氛中测试的150mg Ag+50mg MgCl2·6H2O的样品的固体燃料点燃产物的XRD结果显示出对净能量平衡没有积极贡献的预期的常规化学产物。
固体燃料NH4NO3是公知的高能材料，其在热分解时释放能量。由形成的热计算的分解反应NH4NO3至N2O和H2O按ΔH＝-124.4kJ/mole NH4NO3放热：
NH4NO3→N2O+2H2O (231)
在升高温度下，发生进一步分解。由形成的热计算的NH4NO3至N2、O2，以及H2O的分解反应能量按ΔH＝-206kJ/mole NH4NO3放热：
NH4NO3→N2+1/2O2+2H2O (232)
对于5mg NH4NO3来说，理论能量释放为12.8J(式(232))。假设Al金属锅的氧化具有缓慢的动力学，表10中给出的实验能量平衡是442.7J，是由式(232)给出的最多放热的常规化学反应的34.6倍。额外的能量归因于分数氢的形成。通过用非反应性的Ag代替导电Al基质证实高的过剩能量平衡。固体燃料159mgAg+34mg NH4NO3+7mg H2O、6mm团粒产生370.3J的净能量，是常规化学的88J(式(232))最大理论能量的4.2倍。产物H2(1/4)通过光谱观察到，如在Sec.e.3中给出的。非凡能量和分数氢产物鉴定是非常有力的证据，包括H和HOH来源(如具有元素组成CHNO的那些)的高爆炸物中的冲击波产生的机制基于通过形成H2(1/4)而释放的非常能量。这个结果分支出用于利用高能材料的冲击波的分数氢机制来增强这种特性的方法，如在Sec.e.3中讨论的。如在Sec.e.1中给出的，所有H2O类固体燃料被点燃并产生表现为高能材料的冲击波，除了基本上所有的能量都是可见辐射而非压力-体积的形式以外。该功率和功率密度是非凡的。
固体燃料的功率和功率密度可以由表10中给出的反应所释放的能量、释放的持续时间，以及燃料的体积来确定。考虑来自80mg Ti+30mg H2O的866.0J，典型持续时间为0.7ms，如图6所示。因而，该功率为1.24MW。假定燃料体积为30μl，对应功率密度为41GW/l。观察到，基于发光峰值的半宽度的功率持续时间的长度可以通过调节由约束电极施加至固体燃料样品的压力、固体燃料组成的性质，以及流过固体燃料的大电流的波形，而在2ms至100μs的范围内变化。由此，该功率和功率密度可分别控制在0.433MW至8.66MW和14.4GW/l至289GW/l的范围内。
除了HOH以外，测试m H原子催化剂，如通过观察来自包括高导电性材料和氢来源(如表10所示的烃)的固体燃料的热能所证实的。因为在氩气气氛下进行热量测定，所以不可能有常规的放热化学。超过100J的能量释放是显著的并证实了m H用作催化剂来形成分数氢。而且，烃类固体燃料的点燃可以产生一些匹配条件，如存在于太阳和恒星(如白矮星)表面上的那些黑体辐射体的H原子的基本液体密度为5500-6000K。因而，分数氢形成的动力学应该随着在存在电弧电流条件下，在点燃等离子体中形成的H的高密度而可感知。通过观察来自点燃烃类固体燃料的EUV辐射和5500-6000K黑体辐射，证实了m H原子催化剂在固体燃料点燃等离子体条件下形成分数氢的有效性。
3、光谱鉴定分子分数氢
所预测的分数氢产物H2(1/4)通过拉曼光谱和XPS来标识。利用具有780nm二极管激光器的Thermo Scientific DXR SmartRaman，在点燃(一系列50次点燃)固体燃料团粒之后，在暴露于产物气体的铟金属箔上观察到宽度为40cm-1的在1982cm-1处的吸收峰(图7)。每个团粒包括密封在DSC锅中的100mg Cu+30mg去离子水。被视为来源的唯一可能元素是In和O。对照物的置换未再现该峰，只有暴露于气体的样品显示出吸收峰。由于已知无其它元素或化合物可以吸收处于1.33eV(780nm激光的能量减去2000cm-1的能量)下的单一40cm-1(0.005e V)近红外谱线，因此考虑H2(1/4)。始于1950cm-1的吸收峰与H2(1/4)的自由空间旋转能(0.2414eV)匹配达四位有效数字，且40cm-1的宽度与轨道-原子核耦合能级分裂匹配。就J′＝1向J″＝0跃迁的H2(1/4)旋转能而言，吸收被指配给逆拉曼效应(IRE)峰。
通过入射的6keV电子束激发俘获在KCl吸气剂的晶格中的H2(1/4)的旋转振动(ro-vibration)发射(所谓的260nm频带)，并且通过无窗口UV光谱法在KCl吸气剂上从枪粉末反应的密封反应剂KNO3与具有配方C7H4O的软材木炭记录激发发射光谱。UV光谱显示260nm频带包括峰Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、P(1)、P(2)、P(3)以及P(4)H2(1/4)，与H2的整数间距为p2(p20.01509eV＝0.249eV，p＝4)。分数氢反应产生具有有利于形成HOH和H的CHNO结构的高爆炸物的常规化学的能量的200倍(式(227-230))，并且观察到通过高能材料枪粉末产生分数氢H2(1/4)。因此，合理地研究分数氢反应是否是高能材料独特形成冲击波的机制。将期望某些特征和识别特征信息。通过向高能材料施加高电流来预测非凡的功率和能量平衡，因为这种机制增加了固体燃料的分数氢反应的动力学。如表10所示，NH4NO3在高电流点燃下产生了多倍的可能热能；其中，点燃在微量(5mg)并且没有引爆剂的情况下无特性地发生。寻求这种高能材料的分数氢产物。利用Thermo Scientific DXR SmartRaman光谱仪和780nm激光器，来记录在暴露于密封在DSC锅中的50mg NH4NO3的氩气气氛点燃的In金属箔上获得的拉曼光谱。在1988cm-1观察到逆拉曼效应吸收峰(图8)，其与H2(1/4)的自由转子能量(0.2414eV)匹配到四个有效数字。压倒性的证据是观察到来自NH4NO3点燃的软X射线发射。实际上，从在真空室中点燃的5mgNH4NO3发射125J软X射线能量，并使其膨胀，使得所得等离子体对于这种发射而言是光学上薄的。该能量分量超过来自12.8J(式(232))的直接常规NH4NO3反应的最大理论值乘以因子10。由此，在这些条件下来自这种高能材料的能量释放的主要来源是H2(1/4)的形成。这意味着，引起冲击波的高爆炸物的区别方面不是特别的常规化学动力学；而相反，其是形成分数氢的200倍高的能量释放。由于H具有小于CHNO组成的质量的10倍，因此，每质量2000倍以上的能量，伴随更有效的冲击波产量，在最优化分数氢机制的情况下是可行的。
分子分数氢H2(1/p)(如H2(1/4))可以是吸收和捕获在基质中的至少一种，举例来说，所述基质诸如包括卤化物的化合物和包括氧的化合物的无机化合物的合成物。多种化合物的阳离子可以是碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属，以及稀土金属和准金属中的一种。该氧物质可以包括氧阴离子，如氢氧根、碳酸根、碳酸氢根、磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、硫酸根、硫酸氢根、硼酸根、偏硼酸根、硅酸根、砷酸根，以及本公开的其它氧阴离子。该合成物可以通过机械加工和加热中的至少一种形成。该机械加工可以包括球磨。该合成物可以包括晶格缺陷，如夹杂物、空位，以及晶格错配，其允许分数氢进行吸收和捕获在基质中的至少一种。通过球磨和加热中的至少一种形成的合适的示例性合成物是KCl-KOH和KCl-K3PO4。该比率可以是任何所希望的，例如大约1∶1wt％或大约1∶1摩尔％。
搜寻分数氢光谱时另一成功的交叉确认技术涉及使用拉曼光谱仪，以记录H2(1/4)的旋转振动，作为与在紫外线、260nm电子束带中观察到的一阶光谱匹配的二阶荧光。来自固体燃料团粒的50次连续氩气气氛点燃的产物气体的KOH∶KCl(1∶1wt％)吸气剂的拉曼光谱(每个团粒包括密封在DSC锅中的100mg Cu+30mg去离子水)，利用具有HeCd 325nm激光器的Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis Raman光谱仪在显微镜模式下以40X的缩放倍率加以记录。在起始材料吸气剂中没有观察到特征。加热包括氢氧化物-卤化物固体燃料的吸气剂导致在8000cm-1至18000cm-1区域中观察到的1000cm-1(0.1234eV)等能量间隔的拉曼峰的低强度系列。在暴露于点燃产物气体时观察到在该一系列峰中的强烈的、超过一个数量级的增加。拉曼光谱到荧光或光致发光光谱的转换显示了与通过电子束激发首次观察到的260nm频带对应的H2(1/4)的二阶旋转振动光谱的匹配。将Q(0)指配给最强的峰，将表16中给出的峰指配给图9所示的光谱的Q，R和P分支为分别在13183、12199、11207、10191、9141、8100、14168、15121、16064、16993，以及17892cm-1所观测到的Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、R(3)、R(4)、P(1)、P(2)、P(3)、P(4)，和P(5)。与观察到的拉曼光谱相比具有峰指配的理论跃迁能量显示在表16和图10中。另外的固体燃料80mg Ti+30mg H2O和100mg Ti+50mg Al+30mg ZnCl2+15mg H2O作为粉末利用未被加热的分数氢吸气剂KOH∶KCl(1∶1wt％)进行测试。未加热的KOH∶KCl(1∶1wt％)对照没有显示H2(1/4)旋转振动系列峰，但固体燃料Ti+H2O和Ti+Al+ZnCl2+H2O显示与图9和10中所示相同的光谱特征，后者的燃料粉末的强度更大。
表16、理论过渡能量和过渡指配与观察到的拉曼峰的比较。
激发被认为是通过激光的高能UV和EUV He和Cd发射达成，其中激光光学装置对于至少170nm而言为透明的且光栅(Labram Aramis 2400g/mm 460mm焦距系统，1024×26μm2像素CCD)为分散的且在光谱范围(范围与260nm频带相同)的较短波长一侧具有其最高效率。例如，镉在214.4nm具有极强谱线(5.8eV)，基于电子束激发数据，此与KCl基质中的H2(1/4)旋转-振动激发能匹配。该CCD在500nm(中心位于520nm的260nm频带的二阶区域)反应也最强。
总体而言，拉曼结果(如对0.241eV(1940cm-1)拉曼逆拉曼效应峰和与260nm电子束光谱匹配的间隔0.2414eV的拉曼光致发光频带的观测结果)有力证明分子分数氢的核间距离为H2核间距离的1/4。后者情况中的证据通过以下进一步证实：位于无已知一阶峰或基质峰的可能指配的区域中，这些峰与理论预测一致达四位有效数字。利用KCl-K3PO4(1∶1wt％)吸气剂获得相似的结果。H2(1/4)的这些特征性的旋转振动标志与在热和电化学电池上观察到的标志相匹配。
利用Scienta 300XPS光谱仪，XPS在Lehigh大学在铟金属箔上进行，其在暴露于来自固体燃料团粒的系列点燃的气体之后显示出强的1982cm-1IRE峰，每个团粒包括密封在DSC锅中的100mg Cu+30mg去离子水。在498.5eV处观察到强峰(图11)，其不能指配给任何已知元素。由于仅观测到In、C、O，以及痕量K峰，因此具有唯一可能性的Na、Sn，以及Zn容易基于这些元素的任何其它相应峰的缺乏而加以排除。该峰与理论上允许的分子分数氢H2(1/4)的双离子化的能量相匹配。该结果通过拉曼光谱分析证实了分子分数氢指配，逆拉曼效应吸收峰中心在1982cm-1。
利用Lehigh University Scienta 300XPS光谱仪，还在顺序暴露于来自密封在铝DSC锅中的固体燃料70mg Ti+30mg H2O的三次点燃的气体的KOH-KCl(1∶1wt％)吸气剂上记录XPS光谱。由于仅观察到K、C、O、N，以及痕量I峰，因此在指配为H2(1/4)的496eV处观察到强峰(图12)。这些元素没有一个在感兴趣的区域中具有峰，并且基于不存在任何其它对应的主要元素峰，在496eV的区域中具有峰的元素不存在。
利用Lehigh University Scienta 300XPS光谱仪，还在暴露于来自氩气气氛点燃密封在铝DSC锅中的固体燃料50mg NH4NO3+KOH+KCl(2∶1∶1wt％)+15mg H2O的气体的KOH-KCl(1∶1wt％)吸气剂上记录XPS光谱。由于仅观察到K、Cu、Cl、Si、Al、C、O，以及痕量F峰，在指配为H2(1/4)的496eV处观察到强峰(图13)。这些元素没有一个在感兴趣的区域中具有峰，并且基于不存在任何其它对应的主要元素峰，在496eV的区域中具有峰的元素不存在。
K.来自氢的低能量箍缩放电的软X射线连续谱辐射和固体燃料的超低场点燃的机 理
a.用于发射连续谱EUV辐射的实施方式的催化剂反应
原子氢被预测形成称为“分数氢原子”的分数Rydberg能态H(1/p)，其中，在用于氢激发态的Rydberg方程中(p≤137是整数)代替公知的参数n＝integer。通过针对匹配的能量受体的非辐射共振能量转移m·27.2eV(m是整数)发生H至具有结合能p2·13.6eV的稳定分数氢态的跃迁。根据同一机制，新生H2O分子(不是以固体、液体或气体状态结合的氢)可以通过接受81.6eV(m＝3)而作为催化剂，以形成中间体，该中间体衰减具有10.1nm的短波长截止和122.4eV的能量的连续谱带的发射。在BlackLight Power，Inc.(BLP)首次观察到H至较低能量(所谓的“分数氢”态H(1/4))的理论预测跃迁的连续谱辐射带(在10.1nm处且延伸至较长波长)仅源于脉冲箍缩气体放电，且在Harvard Center for Astrophysics(CfA)by P.Cheimets and P.Daigneau进行了再现。
根据GEN3合作伙伴签订的一顶研究，在Harvard Smithsonian Center forAstrophysics(CfA)的EUV区域记录了纯氢和氦中高电流箍缩放电的光谱，试图再现由BlackLight Power，Inc.(BLP)公布的实验结果，显示由于10-30nm区域中的氢导致的预测的连续谱辐射。替代解释是将对连续谱辐射的所要求解释认为是在H至低能态(分数氢)的跃迁期间发射的连续谱辐射。在匹配BLP的结果的10-30nm区域中，在CfA观察到连续谱辐射。考虑到每脉冲5.2J的低能量、在大约120eV至40eV的能量范围内观察到的辐射、等离子体气体的参考实验和分析、冷冻过滤以去除污染物，以及电极金属的光谱，没有常规解释被发现似乎真实，包括污染物、关于电子温度的热电极金属发射，以及韧致辐射，离子重组，分子或分子离子带辐射，以及涉及在CCD处反应的原子团和能量离子以及在检测器室处的H2再辐射的仪器假象。而且，通过Balmer α线的对应多普勒展宽观察到预测的选择性非常高的动能H。
在能量转移至催化剂之后(式(223)和(227))，形成具有H原子的半径和m+1倍质子中心场的中心场的中间体预测该半径随着电子经历径向加速度，而降低至半径具有未被催化的氢原子的的1/(m+1)半径的稳定状态，并且释放m2·13.6eV的能量。预测归因于中间物(例如，式(224)和式(228))的极紫外线连续谱辐射带具有短波长截止和根据下式给出的能量
且延伸至大于相应截止值的波长。这里，由于H*[aH/4]中间体的衰变而引起的极紫外连续谱辐射带被预测E＝m2·13.6＝9·13.6＝122.4eV(10.1nm)处具有短波长截止[其中，在式(5)中，p＝m+1＝4和m＝3]并延伸到更长的波长。观察到10.1nm处的连续谱辐射带，并且对于理论上预测的H至较低能量(所谓的“分数氢”态H(1/4))的跃迁到达较长波长，仅仅由包括一些氢的脉冲箍缩气体放电产生。根据式(223)和(227)预测的另一观察是由快速H+的复合形成快速激发态H原子。该快原子引起展宽的Balmer α发射。大于50eV的Balmerα谱线展宽揭示了在某些混合氢等离子体中具有非常高的动能能量氢原子的群体是一个公认的现象；然而，该机制已经有的争议在于，因场加速度而造成的常规观点不被数据和关键测试所支持。而相反表明其原因归是由于在分数氢形成中释放的能量。在连续谱发射箍缩等离子体中观察到快速H。
两种可能的催化剂m H和HOH可以是在10至30nm区域中观察到的频带的源。两种物种都存在。氢作为添加的等离子体气体通过Balmer可见光谱线证实，并且来自电极的氧可通过特征氧离子线识别，其中，氧与H反应，在电极表面形成HOH。为了测试HOH是否是主要催化剂，记录了利用金属电极维持的脉冲箍缩氢放电的光谱，每个金属电极都形成氧化物涂层，其在热力上对H还原不起反应。将这些结果与仅仅由利用皆具有金属氧化物涂层的电极的脉冲箍缩含氢放电产生的连续谱带的早先观察结果进行比较，该金属氧化物涂层在热力学上有利于经历HH还原以形成HOH催化剂。
观察到匹配预测的H至氢化态H(1/4)的跃迁的10至30nm区域中的连续谱辐射，仅起因于利用热力学上有利于经历H还原以形成HOH催化剂的金属氧化物的脉冲箍缩含氢放电；而不利的那些不显示任何连续能谱，即使所测试的低熔点金属非常有利于在更强大的等离子体源中形成具有强短波长连续谱的金属离子等离子体。在这两种可能催化剂m H中，后者更可能基于具有氧化物涂覆的电极的行为，并且期望H至H(1/(m+1))的跃迁的强度显示因n体冲突的较低横截面(其中n分别为2、3，以及4)而造成的具有λ≥91.2nm的H(1/2)＞H至具有λ≥22.8nm的H(1/3)＞H至具有λ≥10.1nm的H(1/4)的分布曲线(profile)。通过使低电压、高电流通过燃料以产生爆炸性等离子体，HOH催化剂通过点燃H和HOH催化剂的固体燃料源而显示产生具有相同性质的EUV辐射。
通过HOH催化剂催化H到H(1/4)的动力学被观察到当大电流(如10000-25000A)流过固体燃料时是爆炸性的，该固体燃料包括嵌入在高导电矩阵中的H和HOH来源。得到的辉光发射膨胀等离子体被预测成，当其膨胀到真空室中时发射根据式(233)的EUV连续谱辐射，使得其大气压力被充分耗散以克服光学厚度。这种光源立刻克服了EUV连续谱发射的任何替代机制，如由于高电场而产生高带电离子，因为点火电流源的电压具有低于15V的AC峰值电压。而且，化学反应不能超过几个电子伏特(eV)；而连续谱辐射超过70eV(估计超过100eV，较短的波长被Al滤波器截止)。由于等离子体中的元素的光学厚度，因此，如预期地在连续谱辐射背景上观察到因连续谱吸收和再发射作为谱线而造成的离子发射谱线。相同的机制适用于H箍缩等离子体发射。除了HOH以外，如预测的，充当催化剂的m H原子通过观察来自包括高导电性材料和氢来源(如烃)的固体燃料(通过其流动低电压、高电流)的EUV辐射而证实。
而且，具有H至H(1/2)的最可能跃迁的m H催化剂在天体物理来源中显示活性。具体来说，H与另一种催化剂的多体碰撞反应用作催化剂，以形成都具有大量原子H的恒星、太阳，以及星际介质中的H(1/p)。针对H-H碰撞的有利条件是非常密集的原子H群体，如在太阳和恒星中。发现来自氢的高能连续谱辐射(因为它形成更稳定的形式)具有天体物理学含义，如分数氢是暗物质身份的候选物，并且对应发射是高能天体和恒星连续谱辐射的来源。例如，白矮星EUV连续谱光谱匹配氢箍缩等离子体的分布曲线。
b、实验方法
1、EUV箍缩等离子体光谱
图14和15示出了用于记录利用钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)、铝(Al)，以及镁(Mg)电极的脉冲等离子体的EUV光谱的光源和实验装置。利用配备有铂涂覆的600g/mm或铂涂覆的1200g/mm光栅的McPherson掠入射EUV光谱仪(型号248/310G)记录该光谱。入射角为87°。波长分辨率为大约0.05nm，入口狭缝宽度＜1μm。通过冷却至-60℃的CCD检测器(Andor iDus)检测EUV光。另外，CfA提供具有铂涂覆的1200g/mm光栅的McPherson 248/310G光谱仪。光谱仪以及CfA和BLP光栅都用作测量程序的一部分。
放电电池包括具有由Mo、Ta、W、Al，或Mg制成的电极的中空阳极(3mm孔)和中空阴极(3mm孔)(参见图14)。该电极按3mm间隙分隔。使用高压直流电源对与电极并联连接的一组二十个5200pF电容器进行充电。该阴极在触发之前保持在-10kV的电压，而阳极接地。在一些实验中，电压增加直至-15kV并降低至-7kV，以确定该参数对观察到的光谱的影响。由高压脉冲发生器(DEI，PVX 4140)驱动的电子枪(Clinton Displays，Part#2-001)提供具有1-3keV的电子能量和0.5ms的脉冲持续时间的脉冲电子束。该电子束以5Hz的重复速率触发高电压脉冲放电。放电也是自触发的，以确定电子束对光谱发射的影响，并且电子束触发重复率在1和5Hz的范围内变化，以通过改变电极温度和蒸发速率来确定电极金属是否是连续谱来源。
该放电电池利用激光器与光谱仪对准。CCD检测器与电子束触发器同步门控。对于具有大约300ns的击穿时间的每个放电脉冲，其具有100ms的曝光时间。每个记录的光谱累积来自500或1000次放电的辐射，并且在一种情况下累积5000次放电。从累积光谱中减去CCD暗计数。波长校准通过来自以金属氧化物形式存在于电极上的氧的OV和OVI线确认。通过限制从放电室到检测器室的气流的孔来测量辐射。两级差动泵浦导致检测器室中的低气体压力(在1×10-6托的范围内)，而放电室中的气体压力保持在0.1至1.3托的范围内。超高纯度氦、氢，以及混合物的典型流速范围为1至10sccm，并且通过质量流控制器(MKS)控制放电室中的压力。在线质谱和可见光谱两者被用于监测等离子体形成气体中的污染物。
利用铝(Al)(150nm厚度，Luxel Corporation)滤波器记录纯氢EUV光谱，以证明软X射线从等离子体发射。由光栅分散的光束中的CCD检测器位置从以20nm为中心改变为10nm，以利用600g/mm的光栅和Ta电极确定大约10nm的氢连续谱辐射的短波长截止。
2、点燃固体燃料的EUV光谱和EUV光学功率平衡的光谱测量
对包括以下的固体燃料样品执行EUV光谱分析(图16)：(i)0.08cm2镍网导体，其涂敷有NiOOH的薄(＜1mm厚度)流延涂层、11wt％的碳，以及27wt％的Ni粉末，(ii)40mg的Ag(87wt％)+BaI2 2H2O(13wt％)，(iii)密封在铝DSC锅(75mg)中的5mg高能材料NH4NO3(铝坩埚30μl，D：6.7mm×3mm(Setaram，S08/HBB37408)和铝盖D：6.7mm、冲压、Setaram，S08/HBB37409))(DSC锅)，(iv)密封在Al DSC锅中的5mg高能材料枪粉末，以及(v)密封在DSC锅中的30mg石蜡。每个样品被包含在抽真空至5×10-4托的真空室中。材料被约束于点焊机(Taylor-Winfield型号ND-24-75点焊机，75KVA)的两个铜电极之间，使得样品的水平面与EUV光谱仪的光学装置对准，如通过对准激光所确认。使电极成斜角，以允许Ag(87wt％)+BaI2 2H2O团粒的更大的发光立体角。使样品经受低电压、高电流电力的短脉冲。所施加60HzAC电压为小于15V峰值，且峰值电流为大约10000-25000A。该高电流使样品点燃为接近大气压的辉光发射膨胀等离子体。为了使等离子体变得光学上薄的使得EUV光可以出现，点燃发生在容纳点燃的样品的12升真空室中。该室中的压力为1×10托。利用配备有铂涂覆的600g/mm光栅的McPherson掠入射EUV光谱仪(型号248/310G)记录该EUV光谱。入射角为87°。入射狭缝宽度为100μm的波长解析度在CCD中心为大约0.15nm且在50nm的CCD波长范围窗口的界限处为0.5nm。将两个铝滤波器(Luxel Corporation)放置在光路中以阻挡强烈的可见光并防止从爆炸碎片对光谱仪的破坏。每个Al滤波器的透射率具有在17nm至80nm的范围内的透射窗口，如图17A所示。第一个800nm厚的Al滤波器放置在光谱仪的入口狭缝的前面，而第二个150nm厚的Al滤波器放置在光栅与CCD检测器之间。为了在选择性阻挡可见光的同时搜索H(1/4)跃迁连续谱辐射的10.1nm短波长截止，将150nm厚的Zr滤波器(LuxelCorporation)放置在光栅与CCD检测器之间的光路中。Zr滤波器的透射率具有在10nm区域内的透射窗口，如图17B所示。从点燃的固体燃料样品等离子体源到光谱仪入口的距离为75cm。通过冷却至-60℃的CCD检测器(Andor iDus)检测EUV光。CCD检测器以20nm为中心，并且覆盖的波长区域为0至45nm。使用在高压脉冲放电光谱中观察到的已知的氧和氮离子谱线来校准0至45nm区域的波长。在利用W电极的100毫托的空气等离子体气体中，针对高电压放电获得校准光谱。
通过Sec.b.1的方法和系统形成的氢箍缩等离子体用作已知入射辐射能量的标准光源，该标准光源通过针对伴随被视为点源的发射的光，存储在电容器中的能量的效率计算来确定。校正入射能量的距离和立体角以给出狭缝处H2箍缩等离子体的能量密度。利用狭缝尺度，计算通过50um狭缝的光子能量。校正针对EUV的光栅效率为15％，针对EUV的CCD量子效率(QE)为90％，Al滤波器透射率(0.15μm Al箔)为80％，Al滤波器透射率(0.8μm Al箔)为15％，得到计算的检测能。测量校准H2箍缩等离子体光谱的总EUV光子计数(Sec.b.1)。利用40nm的平均光子波长(其中Al滤波器具有从17至80nm的带通)，计算对应测量或观察的能量。计算的和观察到的能量的比率给出了考虑检测中的其它低效率的校准因子。在平均波长为40nm的光子能量的反向施加和应用于固体燃料的总EUV光子计数的校正因子允许计算对应入射辐射能量。
3、利用低电压、高电流以及等离子体持续时间确定点燃H2O类固体燃料
测试样品包括(i)密封在DSC锅中的H2O固体燃料100mg Cu2+30mg H2O，密封在DSC锅中的80mg Cu+30mg H2O，1cm2镍网导体，其涂敷有NiOOH的薄(＜1mm厚度)流延涂层、11wt％的碳，以及27wt％的Ni粉末，以及涂覆在Cu(87wt％)+BaI2 2H2O(13wt％)上的55.9mgAg(10at％)，(ii)密封在DSC锅中的烃类固体燃料或石蜡，(iii)对照H2O类反应混合物：185mg In+30mg CaCl2+15mg H2O，185mg In+30mg ZnCl2+15mg H2O、185mg Bi+30mg ZnCl2+5mg H2O，以及185mg Sn+30mg ZnCl2+5mg H2O，其不催化形成分数氢，以及(iv)不包括H2O的对照导电材料，如预脱水金属和0.0254cm直径的金线环以及2.38mm直径的InSn线环，其中每根导线针对轴向电流流动来取向并在真空中预热。样品被装入Acme 75KVA焊机的电极中，该焊机被激活以施加通过每个样品的高电流。AC电流通常处于10000-30000A的范围内，并且峰值电压通常小于6V，除了由于低电压和相对高的电阻而具有低得多的电流的线样品以外。
利用具有光谱范围350-1100nm、峰值敏感波长980nm、有效面积13mm2、上升/下降时间10ns，以及在20V下为24pF的结电容的光电二极管(Thorlabs，型号SM05PD1A)，来测量都密封在DSC锅中的H2O类固体燃料(如Cu+H2O和Ti+H2O)和烃类固体燃料石蜡的时间演变。利用具有增益1X和10V偏压的放大器(Opto Diode型号PA 100)来放大该信号，并且利用60MHz示波器(Pico Technology，Picoscope 5442B)以25ns的扫描间隔进行记录。该测量距离为25cm。通过记录针对根据由函数发生器(Agilent 33220 A 20MHz任意波形发生器)产生的1μs、10μs，以及1ms的脉冲来供电的发光二极管的响应，确认光电二极管的时间分辨率在规格范围内。在每一种情况下，观察到该脉冲的时间宽度的宽度方波。
利用Phantom v7.3高速摄像机以处于每秒6500帧和150000帧的范围内的速率记录由固体燃料点燃形成的膨胀等离子体。在视频背景中使用标尺，根据帧之间的距离的增加和帧之间的时间间隔来确定等离子体的膨胀速度。还利用一对空间分离的电导率探针来测量在点燃密封在DSC锅中的固体燃料100mg Cu+30mg H2O之后的等离子体前沿的膨胀速度。第一探针距离原点2.54cm，而第二探针相对于第一探针径向放置1.5875cm。每个探针包括按1.27cm分隔的两个铜线，横跨初始开路施加300V偏压。每个探针的导线对中的地线具有终端100欧姆电阻器。该电阻器具有横跨其连接的浮置10X示波器探头，以利用测量通过示波器探头的电压的示波器来测量作为时间的函数的电导率。使用具有125MS/s的60MHz示波器(Pico Technology，Picoscope 5442B)实现10ns的时间标度。该示波器触发电压为3V。
包括55.9mg Ag(Cu)(87wt％)+BaI2 2H2O(13wt％)的固体燃料团粒的等离子体发射以17791帧/秒同步记录，其中对应功率参数作为时间的函数，以确定来自点燃燃料的光功率与输入功率的关系。样品室利用氩气吹扫并充满氪气。使用的摄像机是ColorEdgertronic，并且利用数据获取系统(DAS)以每个样品12微秒的时间分辨率记录作为时间的函数的电流和电压轨迹，该数据获取系统包括具有National Instruments USB-6210数据采集模块和Labview VI的PC。使用精确到0.3％的Rogowski线圈(型号CWT600LF，具有700mm电缆)作为电流信号源，并且使用电压衰减器将模拟输入电压带到USB-6210的+/-10V范围内。另外，使用Picoscope 5442B也以每个样品208纳秒的时间分辨率监测电压信号。
利用与光缆耦合的海洋光学可见光谱仪(Ocean Optics Jaz，具有ILX511b检测器、OFLV-3滤波器、L2透镜、5μm狭缝、350nm-500nm的波长)记录在350nm至1000nm的波长区域上的可见光谱，)。
4.可见光功率平衡的光谱测量
将包括密封在Al DSC锅中的80mg Ti+30mg H2O，利用NiOOH的薄(＜1mm厚)流延涂层涂覆的1cm2镍筛导体、11wt％碳以及27wt％Ni粉末，以及密封在Al DSC锅中的5mg高能材料NH4NO3的固体燃料的样品以施加的峰值60Hz电压3-6V和大约10000-25000A的峰值电流点燃。利用Ocean Optics可见光谱仪记录可见光功率密度和能量密度光谱。利用OceanOptics HL-2000和辐射计(Dr.Meter Model SM206)的标准光源对光功率密度进行光谱仪校准。为了确保记录固体燃料的短持续时间光脉冲，校准的光谱仪被用于在比1ms以下的光脉冲持续时间长得多的5秒的持续时间内记录和时间积分点燃的固体燃料的功率密度谱。记录期间背景灯熄灭。尽管实际获取时间较短，但记录的距离相距爆炸的原点为353.6cm，以避免因比常规灯的等离子体发射强度更大数量级的等离子体发射强度而造成的饱和。通过在波长范围上对能量密度谱积分而确定的总能量密度除以所测量的脉冲持续时间并针对记录距离进行校正。该距离被视为由测量的膨胀速度和光事件的持续时间(二者均通过Sec.b.3的方法测量)所计算的因等离子体膨胀而造成的平均球形半径。
5.测量由固体燃料的爆震而产生的压力
随着包括密封在DSC锅中的30mg H2O、密封在DSC锅中的100mg Cu+30mg H2O和密封在DSC锅中的80mg Ti+30mg H2O的固体燃料的爆震而产生的峰值侧向过压利用PCBPiezotronics型号137B23B ICP石英爆炸压力传感器与PCB Piezotronics型482C05四通道ICP传感器信号调节器进行测量。石英传感器的满刻度为50PSIg。线性度为0.10％满刻度(0.05PSIg)。不确定性为+/-1％至95％置信水平内，并且分辨率为10mPSIg。传感器被进行NIST可追踪校准。该信号由数据获取系统(如National Instruments USB-6210模块)以高达250kS/s的采样率或者Picoscope 5442B数字示波器以高达125MS/s的采样率进行记录。将石英爆炸传感器定位在距离爆炸起点13英寸的距离处。
6.Balmer α线展宽测量
记录从点燃密封在DSC锅中的固体燃料100mg Cu+30mg H2O和80mg Ti+30mg H2O两者的等离子体所发射的656.3nm Balmerα谱线的宽度，以确定电子密度。通过高质量UV(200-800nm)光缆将等离子体发射光纤耦合至Jobin Yvon Horiba 1250M光谱仪。该光谱仪具有1250mm的焦距和2400g/mm的光栅，以及包括具有13.5μm×13.5μm的部件尺寸的Symphony型号、液氮冷却的背照式2048×512CCD阵列的检测器。通过利用入射和出射狭缝设置成20μm的632.8nm HeNe激光线来确定光谱仪分辨率。记录期间背景灯熄灭。
7、具有光伏转换的SF-CIHT电池的LED功率平衡
对固体燃料团粒执行一系列点燃，每个固体燃料团粒都包括密封在DSC锅中的80mg Ti+30mg H2O。将团粒以1.9cm的间距粘附至铜金属条上，并且在National ElectricWelding Machines缝焊机(100kVA型号#100AOPT SPCT 24)的辊盘周围形成条带，接着利用施加的峰值60HzAC电压约4-8V和峰值电流约10000-35000A来点燃。调节旋转速度，使得当辊以大约1Hz的引爆频率将每个团粒移动至缝焊机的上死点位置时发生爆震。辉光闪烁的白光被光伏转换器转换成电，并且在发光二极管(LED)阵列中耗散电。
具有附接的Lexan壁的三面金属框架设置在缝焊机盘周围，使得矩形封壳的壁与焊机盘的最近间隔为约大20cm。将30W、12V太阳能面板接合至外壳的三个壁中的每一个。每个面板包括高效多晶硅电池，低铁钢化玻璃以及具有TPT背板的EVA膜，以利用阳极化铝合金框架(型号6063-T5UL Solar)封装电池。其它太阳能面板规格有：电池(多晶硅)：15.6cm×3.9cm；电池数和连接：36(4×9)；模块尺度：66.6×41.1×2.50cm；重量：3.63kg。电特性为：按STC的功率：30W；最大功率电压(Vpm)：17.3V；最大功率电流(Ipm)：1.77A；开路电压(Voc)：21.9V；短路电流(Isc)：1.93A；公差：±5％；标准测试条件：温度25℃，辐照度1000W/m2，AM＝1.5；最大系统电压：600V DC；系列保险丝额定值：10A；温度系数Isc：0.06％/K，Voc：-0.36％/K，Pmax：-0.5％/K；操作温度：-40℃至+85℃；存储湿度：90％；输出端子类型：接线箱；线缆：300cm。
太阳能面板连接至LED阵列。LED阵列包括Genssi LED Off Road 4×4防水工作灯27W、12 V6000 K(30度光斑)，具有300xSMD3528和粘合剂基座的LEDwholesalers 5m柔性LED灯带12V、白色，2026WH(总功率24W)，以及9W、12V水下LED灯景观喷池白色灯泡。在LED的额定电压和瓦特数下的总估计功率输出为27W+24W+9W＝60W。在1太阳稳态条件下，三个太阳能面板的总输出功率为90W。
c.基本实验结果与讨论
1.EUV箍缩等离子体光谱
图18A-B示出了通过具有Mo、Ta以及W电极和不同光栅、光谱仪以及许多CCD图像叠加的EUV掠入射光谱仪记录的、在纯氦和氢中的电子束引发的箍缩放电的EUV发射光谱。测量在高纯氦中的放电的先前光谱，作为用于在不存在氢的情况下验证连续谱自由光谱的参考。在没有任何连续谱辐射的情况下观察到已知的氦离子线。在所有光谱中也类似地观察到氧离子线，包括来自因金属电极上的氧化物层而造成的氢放电的那些线。与氦光谱形成对比，当纯氢放电时观察到连续谱带。从氢放电观察10至30nm区域中的连续谱辐射，而与具有与氢分压成比例的强度的电极材料、光谱仪或光栅无关。在氦-氢混合物中也观察到连续谱强度对H2压力的这种依赖性，如图19所示。寻求在其中氢先前未知发射的区域中对氢独有的连续谱辐射的常规机制。考虑到每脉冲5.2J的低能量、在大约120eV至40eV的能量范围内观察到的辐射、等离子体气体的参考实验和分析、冷冻过滤以去除污染物，以及电极金属的光谱，在现有工作中没有常规解释被发现似乎真实，包括污染物、热电极金属发射，以及韧致辐射，离子重组，分子或分子离子带辐射，以及涉及在CCD处反应的原子团和能量离子以及在检测器室处的H2再辐射的仪器假象。
考虑连续谱发射的潜在催化剂和机制。在利用各自具有氧化物涂层的金属电极保持的H和混合H等离子体中，主催化剂候选物是mH和HOH，并且两者都可以是活性的。利用HOH作为催化剂释放的能量为来自H*(1/4)中间体的122.4eV，并且在跃迁期间包括HOH催化剂的能量为204eV，其可导致发射至6nm。类似的是，在氢-氦微波等离子体中，经历利用H(m＝1)作为催化剂的催化的H可以在He(1s2)至He(1s12p1)跃迁(58.5nm，21.21eV)的激发下引起总能量为40.8eV的协调能量交换，从而产生具有λ≤63.3nm(≥19.59eV)的宽连续发射。在独立复制实验中，在氦-氢微波等离子体和氢箍缩等离子体中分别观察到这种性质的宽的63.3nm发射和连续谱辐射。但是，应该是连续谱辐射的主要来源，因为等离子体包括氢和来自电极的一些氧。利用mH催化剂，针对在这个范围内的连续谱辐射的可能性是10.1nm连续谱(在式(223-226)和(233)中，m＝3)和22.8nm连续谱(在式(223-226)和(233)中，m＝2)。对mH作为催化剂的一个证据是任何10.1nm连续谱在强度上应该显著低于22.8nm连续谱的发射。与此相反，针对HOH催化剂的证据是已经观察到针对10.1nm连续谱的强度在具有W和Ta电极的H箍缩等离子体中更高。这通过具有10.1nm连续谱发射作为10-30nm频带来源的HOH来解释。包括经历氢还原以形成HOH的金属氧化物和氢氧化物的固体燃料显示出大量过量的能量。这些结果以及利用HOH催化剂的电化学(CIHT)电池的结果表明，HOH催化剂具有比mH催化剂高得多的动力学，并且该反应有利于金属氧化物(如Mo、W以及Ta的氧化物)，其有利地经历氢还原有以形成HOH催化剂。来自H箍缩等离子体的连续谱中的强氧离子线显示存在允许HOH机理的金属氧化物。相反的是，对于形成HOH的反应不是热力学有利的金属氧化物(如图20A-D中所示的Al和Mg的氧化物)，在5J/脉冲的低能量条件(其对应于估计为＜10eV的箍缩等离子体源的电子温度)下不显示连续谱辐射。
所有高Z金属在足够高的电子温度下发射连续谱辐射。具体来说，它由Awe等人表明，Al在高得多的能量和电子温度下形成强的金属离子连续谱。我们的源的连续谱发射与通常由其它更强大的源按高两个数量级的电子温度实现的连续谱发射的任何重合，可能是由于通过金属原子吸收高能量连续谱辐射而形成的二次发射，以形成等离子体中的高度离子化的金属离子，或者是由于通过相同的机制显著增加环境物质例如低丰度离子的背景发射。例如，需要163eV的电子温度来观测EBIT来源中的W连续谱辐射。在非常低的电子温度下，我们的氢箍缩源估计为＜10eV，否则需要比实际温度高得多的电子温度的任何高度离子化的离子发射必须是由于根据式(223-230)和(233)提供的高能量。这种离子发射是非热性质的，如根据在可见区域中缺乏这些离子和平衡物种的线的所需发射而证实的。在太阳电晕中显示了相同机理，作为非热高离子化离子发射以及在Sec.c.9中的白矮星中的离子发射的基础。在后一情况下，观察到连续谱背景中的实际少数物种吸收线(图35)。由此，根据观察到的离子和线强度比，发射与电子温度不一致。具体来说，如在W阳极的况下，非常弱的原子W可见光发射和低电子温度不支持短波长连续谱是由于高度离子化的W离子，除非存在连续发射能量源来激发这些离子，即使它们另外以低丰度存在。高度离子化的离子发射的这种指配通过观察来自没有高电场的等离子体源的相同类型的离子发射来证实，即如Sec.c.6中所示的点燃的固体燃料。
在介质在某些波长区域上光学厚的情况下，可以仅观察到部分宽发射(图18A对比图18B)。从而，该连续谱辐射可以被间接地观察为与离子和强度比方面的热起源不一致的高度离子化的离子发射。该发射取决于原子和离子横截面，其用于连续谱辐射的吸收和再发射以及入射连续谱线图。后者取决于分数氢反应，其又依赖于介质，其中，除了H以外的其它物质可以用作催化剂，如在HOH作为催化剂的情况下。还可以观察到因催化剂反应而造成的离子发射，如在式(223)和(227)中给出的。对于HOH作为催化剂的参与，根据式(227)预期O离子余辉，其中，81.6eV可产生高度离子化的氧离子。在利用通道电子倍增器检测器和多通道标量计数器的时间分辨研究中，仅在短脉冲期间观察到连续谱发射；而氧离子显示长余辉。例如，与在23.9nm处的O3+离子线的4μs寿命相比，在25.0nm处的连续谱具有大约0.5μs的短寿命。由此，在没有强金属离子线的情况下观察O离子线，被认为是由于除了EUV连续谱的吸收和再发射之外，由催化反应激发的长的O-离子激发态寿命。该观察进一步支持HOH在氢箍缩等离子体发射中具有活性。类似的是，观察到氦发射具有长余辉，其中He+充当54.4eV(2·27.2eV)的催化剂。
在其中HOH催化剂形成是有利的情况下，仅仅氢的添加产生或至少大大增强了连续谱和等离子体强度。针对氦箍缩等离子体的H添加降低氦离子寿命；因而，H添加应当减少任何金属离子连续谱；然而，观察到是相反的。由Trabert报道了气体混合物和杂质的冷却效果。与此相反，不存在例如氧气、氩气、氦气、氮气、空气、或混合物的连续谱。Mo阳极H2箍缩等离子体的10-22nm区域中的短波长辐射，与Phelps和Clementson指出的常规等离子体模型不匹配，其中，他们不能排除分数氢解释。该连续谱不能被解释为归因于H溅射(如由Phelps和Clementson所建议的)，因为H+朝向阴极加速并轰击阴极；然而，连续谱与阴极金属无关。而且，消除了在阳极上增加的电子溅射的解释，因为利用非氢等离子体中存在的痕量H观察到连续谱，如具有来自100％氦等离子体的不可区分的等离子体参数的、基本上纯的氦等离子体。该观察还消除了与氦中的连续谱相对于氢的减少透射有关的增强光学不透明性论点。进一步观察到，即使当等离子体与检测器之间的光路长度减小一半，也不存在来自氦的连续谱，这进一步消除了增强的光学不透明性论点。分数氢跃迁是针对所有结果的唯一可行的解释。而且，由分数氢反应释放的能量可以基于针对EUV连续谱的H2流速和可用性，每个跃迁的能量以及量子产率，来说明相对于来自输入能量的EUV发射的连续谱发射能量。
类似的是，观察到的快速H可能是由于在通过HOH催化剂形成分数氢时释放的能量，特别是在诸如水蒸汽等离子体的情况下，其中，展宽大于100eV。除了H等离子体中的mH催化剂之外，HOH也可以是重要的贡献者，其中，已经观察到快速H需要一表面，以在部分群体和能量方面实现显著效果。例如，在氢等离子体中没有观察到线展宽，除非存在可以支持原子H或HOH形成的表面，如金属。包括金属电极的辉光放电和RF放电电池显示出强的效果。金属通常具有氧化物涂层，使得催化剂机制可以是HOH以及mHOH。这可以解释在长持续时间运行之后，在利用H等离子体的情况下，在＞100eV的非常高的能量下的大群体。需要缓慢积累氧，来产生与H2O等离子体类似的展宽。除了在10-30nm区域的连续谱辐射和非常快的H以外，进一步证实，通过形成分数氢释放的能量产生高动能H，是在m/e＝1之前到达的离子的ToF-SIMs观测，其证实了式(226)和(230)的能量释放表现为大约204eV的高动能H-。
2.利用低电压、高电流以及等离子体持续时间确定点燃H2O类固体燃料
将H2O类固体燃料样品(如密封在DSC锅中的Cu+H2O、密封在DSC锅中的Ti+H2O，以及NiOOH+Ni+C)和不包括H2O的对照导电材料(如针对轴向电流流动取向的0.010″直径的金丝环和在真空中预热的金属箔)，加载到被激活以施加通过每个样品的高电流的Acme 75KVA焊机的电极中。对于对照物来说，仅观察到电阻加热。不催化以形成分数氢并用作对照的另外的H2O类反应混合物(如185mg In+30mg CaCl2+15mg H2O、185mg In+30mg ZnCl2+15mgH2O、185mg Bi+30mg ZnCl2+5mg H2O，以及185mg Sn+30mg ZnCl2+5mg H2O)同样显示出只有电阻性加热行为。
活性的H2O类固体燃料经历了爆震事件，具有大声爆炸、辉光发射，以及压力冲击波。每一个样品呈现为已经完全蒸发和雾化以形成离子化的膨胀等离子体，如利用Phantomv7.3摄像机以每秒6500帧的高速视频证明的(图21A)。利用以17791帧每秒的等离子体发射和作为时间的函数的对应电流和电压的同步记录(图21B)，固体燃料Ag(Cu)+BaI2 2H2O的点燃显示，等离子体持续达21.9ms，而输入功率在1.275ms等离子体为零。具有约100kW功率且没有电输入功率并且没有化学反应的等离子体可能证明，存在由EUV光谱(Sec.c.6)所示的新能量来源，并且等离子体产物的分析表征归因于H至H(1/4)的反应。
从该视频以高达每秒150000帧测量的膨胀速度是声速343m/s，或更大，如900m/s。由点燃固体燃料100mg+30mg H2O形成的等离子体的膨胀速度也通过在两个空间分离的电导率探针引爆固体燃料之后，作为时间的函数测量等离子体电导率而确定为声速，如图22所示。明亮的光发射是白色的；与太阳的5500-6000K黑体光谱相比，白光是示例性固体燃料Cu+H2O和Ti+H2O的5000-6000K黑体发射的特征(如图23所示)。通过测量H Balmer α线的Stark展宽确认等离子体基本上100％离子化(Sec.c.4)。
密封在DSC锅中的示例性固体燃料80mg Ti+30mg H2O的爆炸事件的光电二极管测量的持续时间为0.5ms(图24)。观察到，基于发光峰值的半宽度的功率产生持续时间的长度可以通过调节由约束电极施加至固体燃料样品的压力、固体燃料组成的性质，以及流过固体燃料的大电流的波形，而在25μs s至40ms的范围内变化。
除了HOH以外，通过示范在DSC锅中的烃类固体燃料石蜡的点燃期间的辉亮的发光等离子体和爆炸，发现m H原子催化剂是有效的。如在H2O类固体燃料的情况下，观察到温度大约5000-6000K(图25)的黑体辐射也匹配图23所示的太阳光谱。利用快速光电二极管，该点燃事件被确定为包括两个独特的光-发射，第一个具有大约500μs的持续时间，并且第二个的持续时间是约750μs。
3.测量由固体燃料的爆震而产生的压力
随着石英爆炸传感器定位在距离爆炸起点13英寸的距离处，从引爆密封在DSC锅中的30mg H2O、密封在DSC锅中的100mg Cu+30mg H2O，以及密封在DSC锅中的80mg Ti+30mgH2O所产生的峰值侧向过压，分别为0.8PSIg、1.3PSIg，和2.0PSIg。由固体燃料产生的压力与内燃机的压力相比较低，735PSIg和高爆炸物7.35×105PSIg。由此，采用压力-体积工作形式的爆炸的能量是非常低的。这与由点燃事件形成的固体燃料等离子体基本上完全离子化(包括5500-6000K的黑体)的观察结果一致。该能量基本上都是可见辐射的形式。
4.Balmerα线展宽测量
图26A-B示出了在利用具有20μm狭缝的Jobin Yvon Horiba 1250M光谱仪测量的HBalmer α谱线的光谱区域中的高分辨率、可见光谱。632.8nm HeNe激光线的全宽度半最大值(FWHM)为其确认了高光谱分辨率。与此相反，来自密封在DSC锅中的点燃固体燃料100mg Cu+30mg H2O的发射的Balmer α谱线的FWHM为大规模展宽，并且该谱线移位对光谱分布的Voigt拟合给出了FWHM为的展宽，其对于包括显著的多普勒或压力展宽贡献来说远远过量。利用Gigosos等人的公式从Stark展宽确定4×1023/m3的电子密度，其对应全宽度半面积为在6000K的黑体温度下，等离子体几乎完全电离。来自密封在DSC锅中的点燃固体燃料80mg Ti+30mg H2O的发射的Balmer α谱线宽度因过宽而无法测量，其显著大于与至少5000K的黑体温度下的100％离子化的等离子体相对应的
5.可见光功率平衡的光谱测量
图27中示出了利用Ocean Optic光谱仪记录的、点燃密封在DSC锅中的固体燃料80mg Ti+30mg H2O之后的等离子体的可见能量密度谱。如根据斯塔克展宽(Sec.c.4)确定的，该等离子体基本上100％离子化；从而，它是一个黑体辐射体。与太阳的光谱分布紧密匹配的光谱分布(图23)对应于大约5000K的黑体温度。该温度可以被用于计算可以与所测量的辐照度相比较的辐照度R或每单位面积的功率。与此相反，当在不存在H2O类固体燃料的情况下单独运行Al锅时，在可见区中没有观察到黑体发射。仅观察到线发射。
根据维恩的位移定律，在T＝5000K时，黑体的具有最大能量密度的波长λmax为
斯蒂芬-波尔兹曼定律将每单位面积物体辐射的功率R等同于发射率e乘以斯蒂芬-波尔兹曼常数σ，乘以温度的四次幂T4。
R＝eσT4 (235)
针对包括黑体的光学上厚的等离子体的发射率e＝1，σ＝5.67X10-8Wm-2K-4，和测量的黑体温度为5000K。由此，根据点燃的固体燃料的每单位面积辐射的功率为
R＝(1)(σ＝5.67X10-8Wm-2K-4)(5000K)4＝35X106Wm-2 (236)
如在Sec.c.2报告的，膨胀等离子体的测量传播速度是声速。可以根据声速传播速度和发光持续时间的时间演变来计算5000K的等离子体球的半径平均值rps。利用有关密封在DSC锅中的固体燃料80mg Ti+30mg H2O的声速343m/s(图22)和利用快速光电二极管记录的500μs持续时间，该等离子体球的平均半径rps为：
通过积分利用Ocean Optic光谱仪测量的能量密度谱而获得的光学能量密度，在353.6cm的距离处记录为5.86J/m2。将测量的光学能量密度除以脉冲持续时间5×10-4s，得到在隔开(stand-off)距离为353.6cm处的功率密度。在该等离子体球的平均半径处的功率密度通过乘以隔开半径与平均等离子体球半径之比的平方(353.6cm/8.57cm)2而给出。所得到的测量光光学功率为与式(236)完全一致的21MW/m2，考虑到该信号随着气流的回流而增加70％，该回流用于部分地去除由爆炸产生的光学厚的金属粉末粉尘，并且进一步考虑到一些能量在光谱仪的波长区域之外。
6.点燃固体燃料的EUV光谱
利用Al滤波器的空气(100毫托)中高电压脉冲放电的波长校准发射谱(0-45nm)(图28)示出了在缺少连续谱的情况下，仅已知氧和氮谱线以及零级峰。显著的是，在17至40nm的相同区域中观察到EUV发射带，在NiOOH固体燃料的光谱中具有强烈的EUV零级峰(图29)，该NiOOH固体燃料在不存在高电压的情况下通过高电流点燃至等离子体。根据爆炸光谱的记录，确认Al滤波器窗口为完整的。利用放置在光路中的1/4″厚的石英窗口(其截止任何EUV光，但通过可见光)针对另一点燃固体燃料样品记录的第二光谱显示出，平坦光谱证实短波长光子信号不归因于所散射的可见光通过Al滤光器。爆炸光谱显示信号在17nm以下截止，这归因于Al滤波器透射率缺口(图17A)。因为电源的最大施加电压小于15V，所以不可能因场加速度而辐射大于70eV的能量(比17nm光子短的波长)。如上证实，对具有利用快速参数诊断仪器化的电源的固体燃料的独立样品施加高电流显示出，随着大约10000A的电流、大约5V的电压，以及小于5J的输入能量而发生爆震。当Al锅在没有H2O类固体燃料的情况下运行时，未观察到EUV辐射。而且，没有已知的化学反应可以释放超过几个电子伏特(eV)。为了消除任何可能的化学反应作为等离子体能量来源，运行包括Ag和Cu金属以及没有已知放热化学的水合BaI2的固体燃料。利用两个Al滤波器记录的、利用具有小于15V的AC峰值电压的高电流源点燃的3mm导电Ag(10％)-Cu/BaI2 2H2O燃料团粒的等离子体发射的发射谱(0-45nm)显示出，显示出在17至45nm的区域中具有二次离子发射的强EUV连续谱，其在10至17nm处具有特征Al滤波器陷波(图30)。根据式(227-230)和(233)，40nm至小于17nm的区域内的辐射带和通过AL滤波器截止的更短波长，匹配H至分数氢状态H(1/4)的理论预测跃迁。为了在选择性阻挡可见光的同时搜索H(1/4)跃迁连续谱辐射的10.1nm短波长截止，将150nm厚的Zr滤波器(Luxel Corporation)(其在10nm的区域中具有透射窗口)(图17B)放置在光栅与CCD检测器之间的光路中。利用高电流AC源点燃的3mm导电Ag(10％)-Cu/BaI22H2O燃料团粒的等离子体发射的发射光谱(0-45nm)显示出，具有如根据式(230)和(233)预测的10.1nm截止值的强EUV连续谱，如图31所示。在高能EUV区域(图29-31)中观察到的线必须是由于从来自除了电场之外的其它来源吸收高能量的固体燃料材料的离子线。由于这种背景辐射的吸收和再发射作为谱线，因此，发射线被预期处于分数氢连续谱辐射的顶部。相同的机制适用于H箍缩等离子体发射，并且其解释了在太阳和其它天文来源中存在非热能性质的高离子化离子，如Sec.c.9所示。
除了HOH以外，测试m H原子催化剂，如通过观察来自包括高导电性材料和氢来源(如烃)的固体燃料的EUV辐射所证实的。如在H2O类固体燃料的情况下，利用低压(＜15V)，高电流(10000-30000A)引爆DSC锅中的石蜡。从最初通过在真空或惰性气氛中加热而脱水的Al DSC锅未观察到EUV光。然而，DSC锅中的蜡的EUV光谱(图32)显示出零级的EUV辐射，其足够大以证实m H用作形成分数氢的催化剂。如在HOH产生EUV的情况中，没有常规的解释。EUV强度因膨胀等离子体在光学上厚的而可以小于与通过量热法观察到的热成比例。而且，烃类固体燃料的点燃可以产生一些匹配条件，如存在于太阳和恒星(如白矮星)表面上的那些黑体辐射体的H原子的基本液体密度为5500-6000K。因而，分数氢形成的动力学应该随着在存在电弧电流条件下，在点燃等离子体中形成的H的高密度而可感知。基于多体反应的动力学的最有利的跃迁是具有连续谱辐射的H至H(1/2)，并且λ≥91.2nm，处于掠入射EUV光谱仪和Al滤波器的范围之外。低强度零级EUV的观测符合预期。
7.EUV光学功率平衡的光谱测量
图33示出了利用两个Al滤波器(单独地，和另外利用一石英滤波器)记录的、利用具有小于15V的AC峰值电压的高电流源点燃的第二导电NiOOH团粒的等离子体发射的发射谱(0-45nm)。因质量发射和大狭缝宽度100μm的EUV光子散射而观察到格外强的零级峰和EUV连续谱。EUV光谱(0-45nm)和零级峰完全被石英滤波器截除，证实固体燃料等离子体发射是EUV。该发射包括2.32×107光子计数。利用标准能量光源，可以确定EUV发射的总能量。
在箍缩等离子体中，该总能量ET是焦耳加热能量Ej和辐射能量Er的和，其中，该焦耳加热能量Ej约等于辐射能量Er：
Ej≈Er (238)
存储在具有电容C＝104nF和电压V＝10000伏特的电容器中的能量EC是
根据式(238)，
基于Sec.c.1中所示的光谱，EUV辐射大于总辐射的95％。由此，Er变为
Er＝(0.95)(2.6J)＝2.5J (241)
该能量被释放到约14μl体积的氢气中，因此这种发射可以被视为点源。接下来，计算针对距离和立体角的校正。从等离子体到光谱仪狭缝的距离为750mm。由此，利用式(241)，在狭缝处H2箍缩等离子体的入射EUV能量密度Ei为
利用狭缝尺度，通过50um狭缝的光子能量Es为
Es＝(2mm)(50X10-3mm)(3.54X10-7J/mm2)＝3.54X10-8J (243)
针对EUV的光栅效率为15％，针对EUV的CCD量子效率(QE)为90％，Al滤波器透射率(0.15μmAl箔)为80％，Al滤波器透射率(0.8μmAl箔)为15％，校正得到计算的检测能Ecal为
Ecal＝(0.15)(0.90)(0.80)(0.15)(3.54X10-8J)＝5.73X10-10J (244)
校准H2箍缩等离子体光谱的总EUV光子计数为391759。利用40nm的平均光子波长(其中Al滤波器具有从17至80nm的带通)，对应测量或观察的能量Eobs为
Eobs＝(391759photons)(4.97X10-18J/photon)＝1.95X10-12J (245)
由式(244)和(245)给出的(Ecal)和观测能量(Eobs)的比率，校准因子C0为
这个因素说明检测中的其它低效率。
NiOOH点燃等离子体光谱的总EUV光子计数(图33)为23170428。利用式(245)给出观测能量Eobs为
Eobs＝(23170428photons)(4.97X10-18J/photon)＝1.15X10-10J (247)
根据C0(式(246))，和光栅、CCD QE，以及两个Al箔的效率(式(244))校正式Eobs(247)，通过狭缝的光子能量Es为
利用式(248)和(243)，在100um狭缝处的点燃等离子体的EUV入射能量密度Ei为
在等离子体的平均半径为85.7mm(式(237))的情况下，发射等离子体的半径处的爆炸能量密度Er(ps)为
式(238)考虑到等离子体(如H2箍缩等离子体)的能量输入的大约1/2被从等离子体电阻功率(I2R)的焦耳加热中消散。在点燃等离子体的情况下，没有这种电阻加热以减少总能量的辐射能量分量。然而，存在通过吸收而损失的辐射能量。爆震等离子体在大气压力的光学上厚的条件下开始并且在EUV光谱学装置的室中膨胀成真空以变得光学上薄的。然而，将EUV辐射下转换成可见辐射，直到等离子体变得对EUV至少部分透明。总能量ET通过在由式(237)给出的半径rps处的立体角上积分Er(ps)(式(250))而得出。利用伴随式(238)的式(242)，其合理地校正仅计数所发射的EUV辐射能量，给出总EUV能量ET为
如在Sec.c.6中所讨论的，由于低的施加场和大气压力条件的高碰撞性质，带电粒子的电场离子化和随后在EUV能量区域中的复合发射是不可能的。常规反应在该高能量区域中不能产生光。而且，2NiOOH分解成Ni2O3+H2O是吸热的；因而，甚至预期没有能量。大规模EUV发射是用于形成完全离子化的等离子体(Sec.c.2)的离子化来源，和如图29-31所示高度离子化的离子，其假设在大气压力条件下是非凡的。高离子化离子也通过吸收图18A-B和图19所示的连续谱辐射背景形成，其中，等离子体在光学上薄的，否则具有不足够低的电子温度＜10eV。
图34示出了利用两个Al滤波器(单独地，和另外利用一石英滤波器)记录的、利用具有小于15V的AC峰值电压的高电流源点燃的密封在导电Al DSC锅中的5mg高能材料NH4NO3的等离子体发射的发射谱(0-45nm)。观察到格外强的零级峰，如通过与利用Sec.b.1的方法记录的H2箍缩放电发射(下迹线)相比所示出的。EUV光谱(0-45nm)和零级峰完全被石英滤波器截除，证实固体燃料等离子体发射是EUV。该发射包括9.82×106光子计数。利用校准因子C0(式(246))以及效率和尺度校正，可以确定EUV发射的总能量。
NH4NO3点燃等离子体光谱的总EUV光子计数(图34)为9818041。利用式(245)给出观测能量Eobs为
Eobs＝(9818041photons)(4.97X10-18J/photon)＝4.88X10-11J (252)
根据C0(式(246))，和光栅、CCD QE，以及两个Al箔的效率(式(244))校正Eobs式(252)，通过狭缝的光子能量Es为
利用式(253)和(243)，在50um狭缝处的点燃等离子体的EUV入射密度Ei为
在等离子体的平均半径为85.7mm(式(237))的情况下，发射等离子体的半径处的爆炸能量密度Er(ps)为
总能量ET通过在由式(237)给出的半径rps处的立体角上积分Er(ps)(式(255))而得出。利用伴随式(238)的式(242)，其合理地校正仅计数所发射的EUV辐射能量，给出总EUV能量ET为
固体燃料NH4NO3是公知的高能材料，其在热分解时释放能量。由形成的热计算的分解反应NH4NO3至N2O和H2O按ΔH＝-124.4kJ/mole NH4NO3放热：
NH4NO3→N2O+2H2O (257)
在升高温度下，发生进一步分解。由形成的热计算的分解反应NH4NO3至N2、O2，以及H2O按ΔH＝-206kJ/mole NH4NO3放热：
NH4NO3→N2+1/2O2+2H2O (258)
对于5mg NH4NO3来说，理论能量释放为12.8J(式(258))。假设Al金属锅的氧化具有缓慢的动力学，实验量热法测量能量平衡被测量出为442.7J，是由式(234)给出的最多放热的常规化学反应的34.6倍。通过用非反应性的Ag代替导电Al基质证实高的过剩能量平衡。单独考虑该分量，125J的软X射线发射能量(式(256))是该理论能量的10倍。额外的能量归因于分数氢的形成。大规模软X射线的观察证实氢具有较低的能量水平。分数氢反应产生具有有利于形成HOH和H的CHNO结构的高爆炸物的常规化学的能量的200倍(式(227-230))。从高能材料NH4NO3发射的软X射线是非常有力的证据，包括H和HOH来源(如具有元素组成CHNO的那些)的高爆炸物中的冲击波产生的机制基于通过形成H2(1/4)而释放的非常能量。实际上，用光谱法观察到H2(1/4)作为枪粉反应和NH4NO3反应的产物，并且在本研究中，从枪粉末观察到EUV连续谱辐射(零级辐射的1500计数)。非凡的能量和分数氢产物标识针对利用高能材料的冲击波的分数氢机制的方法有一个分支，以增强这种特性。如在Sec.e.2中给出的，所有H2O类固体燃料被点燃并产生表现为高能材料的冲击波，除了基本上所有的能量都是可见辐射而非压力-体积的形式以外。
8.具有光伏转换的SF-CIHT电池的LED功率平衡
固体燃料80mg Ti+30mg H2O的爆震产生具有与所测量的黑体温度相同的白色明亮闪光，其与太阳Sun的5500-6000K相同(Sec.c.2)。Ti+H2O团粒在1Hz下的一系列连续爆震维持LED阵列在全光输出下基本上连续操作。考虑由固体燃料团粒爆震释放的能量和由三个太阳能面板收集的能量的平衡。每燃料团粒平均起来，LED输出大约60W达约1秒，即使爆炸甚至短得多，为500μs(Sec.c.2)。多晶光伏材料具有不太适合兆瓦短脉冲的响应时间和最大功率。但是，由于一些电容，太阳能电池在每团粒爆震的1s时间间隔内用作大约60J能量的负载调平器。在Lexan上的光的反射被确定为大约40％，相应的透射率为60％，并且多晶电池被评定为在将5800K光转换成电时具有12％的最大效率。由此，有效效率约为7.2％。不包括从等离子体的背面、顶部，以及底部损失的光，针对7.2％效率校正60J对应于833J。该能量与测量的量热能量平衡以及在Sec.c.5中给出的光学功率平衡相匹配，其中，在500μs点火事件上入射到太阳能面板上的对应光学功率为1.67MW(833J/500μs)。对于这些需要熔融随后爆震的DSC团粒，引起爆震的典型能量为大约60J。对应能量增益为大约14X。二十五年保修的、在高功率辐射下的三结聚光器光伏(PV)在超过1MW/m2时实现了50％的转换效率，并且正在开发具有10倍该强度能力的新一代PV电池。商业可行性由这些结果证明。
9.支持m H催化剂机制的天体物理数据
本公开的EUV连续谱结果为许多其它无法解释的天体观测提供了解决方案，其中：(a)来自分数氢跃迁的能量和辐射是有关太阳电晕问题的非凡温度和功率的来源、太阳黑子和其它太阳活动的原因，以及为什么太阳发射X射线，(b)分数氢-跃迁辐射是加热WHIM的辐射源，并且在观察到扩散Hα发射在整个星系中普遍存在之后，需要广泛的向短(shortward)通量源，以及(c)暗物质的身份是分数氢。
恒星也包括氢等离子体，其表面由基本致密的原子氢构成，其允许多体H相互作用以传播H到H(1/(m+1))的跃迁，其中m H用作催化剂。这种跃迁被预测为根据式(223-226)和(233)发射EUV连续谱辐射。来自产生极高浓度氢的白矮星的发射被建模为约50000K气体的光学厚厚的黑体，主要包括氢和氦。图35示出了来自Barstow和Holberg的、从10nm至＞91.2nm的全光谱范围的模型化复合光谱，具有丰度He/H＝10-5。尽管白矮星光谱可以利用分层和可调的He和H柱密度和离子化部分进行曲线拟合，以消除光学和EUV光谱之间的一些不一致，并且对后者进行独立测量，但在短波长处匹配光谱是有问题的。另选的是，将图18A-B中所示的发射与91.2nm连续谱结合给出具有在10.1nm、22.8nm，以及91.2nm处的边缘的连续谱的光谱，其与白矮星光谱匹配。然而，所提出的等离子体的性质和机制是非常不同的。在我们的研究中的发射被指配给没有任何氦的冷气体的、光学上薄的等离子体中的分数氢跃迁。白矮星和天体模型可能需要修正并且受益于我们发现的高能H连续谱发射。
例如，没有现有的物理模型可以耦合日冕/色球源的外部大气(色球，跃迁区，以及日冕)的不同离散区域中的温度和密度条件。典型地讲，日冕被建模为比表面更热三个数量级，该表面是日冕加热的来源，其看起来是无视热力学第二定律。通过m2·13.6eV(式(233))连续谱辐射的线吸收和再发射的机制来提供调和。预期较长波长的91.2nm连续谱突出(比10.1nm和22.8nm频带衰减更少)，并且在太阳极紫外光谱中观察到(如图36所示)，尽管通过日冕气体衰减。高能光子激发比具有T～106的热机制更合理，给出4000K表面温度，并且在太阳大气中观察到4.7μm的CO吸收带，其中CO不能存在于4000K以上。考虑到10.1nm频带作为源，基于大约106K的激发的日冕温度的上限是能量匹配。除了温度以外，另一个非凡的观察是，尽管太阳的外层的总平均能量输出是的光球辐射，但局部瞬态事件可以产生超过光球通量的能量通量。后者的能量源在性质上可以是磁性的，但是不建立高度离子化的日冕源的身份。太阳的总能量平衡也没有被调和。基于以前未被发现的过程，在太阳中革命性发现新能源的可能性是一个开放的问题，如Bahcall在他的Noble lecture中所讨论的。该m H催化的分数氢跃迁发生在恒星和太阳中[N.Craig，M.Abbott，D.Finley，H.Jessop，S.B.Howell，M.Mathioudakis，J.Sommers，J.V.Vallerga，R.F.Malina，“TheExtreme Ultraviolet Explorer stellar spectral atlas”113，(1997)，pp.131-193]，明显的，通过其光谱中的对应连续谱可以解决日冕问题，太阳黑子和其它太阳活动的原因，以及为什么太阳发射X射线。
在观察到漫射Hα发射在整个星系中普遍存在并且需要广泛的向短通量源之后，本公开的EUV连续谱结果对于解决暗物质的身份和辐射源的身份具有进一步的意义[S.Labov，S.Bowyer，″Spectral observations of the extreme ultravioletbackground″，The Astrophysical Journal，371，(1991)，pp.810-819]，如Labov和Boywer报道的。暗物质的身份一直是宇宙的奥秘。预期的是，星际物质的极紫外背景的发射光谱具有暗物质的光谱信号特征。Labov和Bowyer设计了一种掠入射光谱仪来测量和记录漫射极紫外背景。该仪器在探空火箭上携带，并且在与之间(大约每的数据点)获得数据。观察到包括与暗物质相关的强发射的几条线，其具有相当大的天体物理重要性，如作者指出的：
“无论来源，观察到的发射可能是离子化的主要来源。Reynolds(1983、1984、1985)已经表明，漫射Hα发射在整个星系中普遍存在，并且需要广泛的向短通量源。脉冲星分散测量(Reynolds 1989)表明相关离子化材料的高尺度高度。因为用于向短辐射的路径长度低，所以这意味着离子化来源还必须具有大规模的高度并且是广泛的。瞬态加热似乎不太可能，并且稳态离子化速率大于宇宙射线、软X射线背景、B星，或热白矮星可以提供的(Reynolds 1986；Brushweiler&Cheng 1988)。Sciama(1990)和Salucci&Sciama(1990)认为，多种观测可以通过星系中暗物质的存在来解释，该暗物质随着低于的辐射的发射而衰变。
产生氢离子化所需的辐射通量由F＝ζH/σλ＝4.3X104ζ-13photons cm-2s-1给出，其中，ζ-13是以每H原子10-13s-1为单位的离子化速率。Reynolds(1986)估计，紧邻太阳附近，需要0.4与3.0之间的稳态离子化速率ζ-13。为了产生这个离子化范围，我们观察到的强度必须分布在天空的7％-54％。”
63.5±0.47nm谱线与针对H(其经历利用H(m＝1)作为催化剂进行催化)预测的分数氢跃迁匹配，从而随着He 1s2至1s12p1跃迁的激发而导致总能量为40.8eV的协同能量交换。通过向氦微波等离子体中添加氢来观察与暗物质相关的预测的63.3nm发射。Labov和Bowyer提出的另一种分配方法是需要大规模非热离子化源的63.0nm O V线。来自跃迁至低水平分数氢状态的连续谱辐射可以提供这种辐射。实际上，63.3nm线的观察也与星际X射线背景的存在相关。
大约25年前检测并报告了第一软X射线背景[S.Bower，G.Field，and J.Mack，″Detection of an anisotrophic soft X-ray background flux，″Nature，Vol.217，(1968)，p.32]。很自然地，假定这些软X射线发射来自热气体中的离子化原子。Labov和Bowyer也将该数据解释为热气体的发射。然而，作者根据他们的介绍进行了一些其它解释与下列声明：
“现在通常认为这种漫射软X射线背景是由星际介质的高温成分产生的。然而，这种发射的热性质的证据是间接的，因为它不基于对线发射的观测，而是基于间接证据，其没有建议与观察性证据的某些组成部分不冲突的似真的非热机制。”
作者还声明“如果这种解释是正确的，则存在几种温度下的气体”。具体来说，发射归因于三个范围内的气体：5.5＜log T＜5.7；log T＝6；6.6＜log T＜6.8。利用HST和FUSE进行紫外线观察[C.W.Danforth，J.M.Shull，“The low-z intergalactic medium.III.H Iand metal absorbers at z＜0.4”，The Astrophysical Journal，Vol.679，(2008)，pp.194-219]，而且，XMM-Newton[N.Werner，A.Finoguenov，J.S.Kaastra，A.Simionescu，J.P.Dietrich，J Vink，H.“Detection of hot gas in the filamentconnecting the clusters of galaxies Abell 222and Abell 223”，Astronomy&Astrophysics Letters，Vol.482，(2008)，pp.L29-L33]证实了扩散性星际介质(IGM)的这些非凡温度并且揭示了宇宙的重子物质的大分量呈WHIM(温热离子化介质)的形式。暗物质的身份、观察到的暗星际介质谱、扩散X射线背景的来源，以及IGM的离子化来源的奥秘通过根据发射状态跃迁和条件的EUV和X射线连续谱而形成分数氢来解决；该连续谱产生发射非热源离子辐射的高度离子化的离子；氢至H(1/2)的分数氢跃迁导致63.3nm线，并且充当54.4eV(2·27.2eV)的催化剂的He+泵浦氦离子线的强度，如与观察一致的30.4nm线。在星际介质中，不需要第三体碰撞地带走用于2H到H2的替代过程的键能。
催化反应的产物具有的结合能m·27.2eV，使得它们可以进一步用作催化剂。由此，可以发生其它催化跃迁：等。由此，低能氢原子分数氢可以通过共振和非辐射地接受来自另一H或分数氢原子的能量m·27.2eV而充当催化剂。预测分数氢的这种歧化反应引起X射线区域中的特征。如式(230)所示，HOH催化剂的反应产物为在含有H2O气体的氢云中的可能跃迁反应是H原子至的跃迁，其中用作催化剂，得到在E＝3481.6eV；0.35625nm处具有短波长截止的宽峰。最近由NASA的Chandra X射线天文台和XMM-Newton在Perseus Cluster中观察到具有3.48keV截止的宽X射线峰[E.Bulbul，M.Markevitch，A.Foster，R.K.Smith，M.Loewenstein，S.W.Randall，“Detection of an unidentified emission line in the stacked X-Ray spectrum ofgalaxy clusters，”The Astrophysical Journal，Volume 789，Number 1，(2014)A.Boyarsky，O.Ruchayskiy，D.Iakubovskyi，J.Franse，“An unidentified line in X-rayspectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster，”(2014)，arXiv：1402.4119[astro-ph.CO]]其与任何已知的原子跃迁没有匹配。由BulBul等人指配给具有未知身份的暗物质的3.48keV特征匹配跃迁，并进一步将分数氢确认为暗物质的身份。
针对来自分数氢跃迁的EUV发射的证据也来自星际介质(ISM)，因为它提供了扩散泛在的EUV宇宙背景的来源。具体来说，10.1nm连续谱匹配观察到的强烈的11.0-16.0nm带[M.A.Barstow and J.B.Holberg，Extreme Ultraviolet Astronomy，CambridgeAstrophysics Series 37，Cambridge University Press，Cambridge，(2003)；R.Stern，S.Bowyer，“Apollo-Soyuz survey of the extreme-ultraviolet/soft X-raybackground”，Astrophys.J.，Vol.230，(1979)，pp.755-767]。而且，其提供了用于ISM的氦高离子化和来自星系团的过量EUV辐射的机制，其不能以热方式加以解释[S.Bowyer，J.J.Drake，S.Vennes，“Extreme ultraviolet spectroscopy”，Ann.Rev.Astron.Astrophys.，Vol.38，(2000)，pp.231-288]。而且，最近的数据显示，来自远距离活动星系核的X射线被星系附近的氧离子选择性吸收[A.Gupta，S.Mathur，Y.Krongold，F.Nicastro，M.Galeazzi，“A huge reservoir of ionized gas around theMilky Way：Accounting for the missing mass？”The Astrophysical Journal Letters，Volume 756，Number 1，(2012)，P.L8，doi：10.1088/2041-8205/756/1/L8]。吸收光晕的温度在100万与250万开尔文之间，或者是太阳表面的几百倍。对应能量范围是86eV至215eV，其处于针对H至H(1/4)的跃迁所释放的能量的范围内。另外的天体物理证据是观察到，在没有常规离子化能量来源的情况下，宇宙的重子物质的大分量呈WHIM(温热离子化介质)的形式，和分数氢与暗物质的身份匹配。后一种情况通过观察信号特征电子-正电子湮灭能而得以进一步支持。
暗物质包括宇宙的大部分质量以及星系内的质量[F.Bournaud，P.A.Duc，E.Brinks，M.Boquien，P.Amram，U.Lisenfeld，B.Koribalski，F.Walter，V.Charmandaris，“Missing mass in collisional debris from galaxies”，Science，Vol.316，(2007)，pp.1166-1169；B.G.Elmegreen，″Dark matter in galactic collisional debris″，Science，Vol.316，(2007)，pp.32-33]。由于来自存在于中心处的超质量黑洞(当物质落入其中时，会发射伽马射线)的高重力，因此可以预期集中在银河系的中心。由于分数氢各自是具有质子核的氢的状态，因此，高能伽马射线撞击暗物质将导致成对生成。相应观察到的特征信号特征是成对生成的511keV湮灭能量的发射将暗物质识别为分数氢[P.Jean，etal.，“Early SPI/INTEGRAL measurements of 511keV line emission from the 4thquadrant of the Galaxy”，Astron，Astrophys.，Vol.407，(2003)，pp.L55-L58；M.Chown，“Astronomers claim dark matter breakthrough，”NewScientist.com，Oct.3，(2003)，http：//www.newscientist.com/article/dn4214-astronomers-claim-dark-matter-breakthrough.html；C.Boehm，D.Hooper，J.Silk，M.Casse，J.Paul，“MeV dark matter：Hasit been detected，”Phys.Rev.Lett.，Vol.92，(2004)，p.101301]。星际介质、伽马射线爆发，以及太阳耀斑也发射511keV线辐射。在伽马射线爆发中正电子的主要来源可能是光子在光子上或在强磁场上的成对生成。太阳耀斑发射可能是由于在加速电荷相互作用中生成放射性正电子发射体；而通过星际介质的漫射511keV辐射与分数氢作为暗物质在根据入射宇宙辐射的成对生成中的作用一致。
分数氢的特征光谱信号特征和特性与归因于宇宙的暗物质的信号特征和特性相匹配。宇宙主要由氢和少量的氦组成。这些元素存在于空间的星际区域中，并且期望它们包括大部分星际物质。然而，随着相距发光星系中心的距离的增加，许多星系的观测恒定角速度只能通过非发光弱相互作用物质(暗物质)的存在来解释。之前接受的是，暗物质存在于星系的冷边缘和冷的星际空间。这已经被Bournaud等人的观察所否定[F.Bournaud，P.A.Duc，E.Brinks，M.Boquien，P.Amram，U.Lisenfeld，B.Koribalski，F.Walter，V.Charmandaris，“Missing mass in collisional debris from galaxies”，Science，Vol.316，(2007)，pp.1166-1169；B.G.Elmegreen，″Dark matter in galacticcollisional debris″，Science，Vol.316，(2007)，pp.32-33]，其表明星系主要由暗物质组成，并且数据持续支持暗物质可能占据普遍质量的大部分。
对于暗物质存在的又一最佳证据是，其直接观测被作为由不发射或吸收光的背景星系的引力透镜所证明的大质量引力质量的来源，如图37所示。已经公布了一些支持分数氢存在的意想不到的天体物理学结果。Bournaud等人表明暗物质是呈致密分子形式的氢，除了其重力效应之外，其在不可观察的方面以某种方式不同地表现。理论模型预测出，由大量星系的碰撞碎片形成的矮星应该不含非重子暗物质。因而，它们的重力应与其内的恒星和气体相符。通过分析观测到的这种再生星系的气体运动学，Boumaud等人已经测量了一系列矮星系的重力质量，这些星系位于最近经历碰撞的大规模星系周围的环中。与冷-暗物质(CDM)理论的预测相反，他们的结果表明，它们包含合计大约两倍可见物质的大量暗成分。这种重子黑物质被认为是冷分子氢，但它不同于普通分子氢，因为其通过传统方法根本追踪不到。这些结果匹配暗物质是分子分数氢的预测。
另外，天文学家Jee等人[M.J.Jee，A.Mahdavi，H.Hoekstra，A.Babul，J.J.Dalcanton，P.Carroll，P.Capak，“A study of the dark core in A520with theHubble Space Telescope：The mystery deepens，”Astrophys.J.，Vol.747，No.96，(2012)，pp.96-103]利用来自NASA的哈勃望远镜的数据绘制了在由大规模星系团强烈碰撞形成的合并星系团Abell 520的核心中的暗物质、星系以及热气的分布，并且已经确定，如果暗物质与暗物质和星系锚定在一起时无碰撞，那么暗物质已经收集在暗核中，其包含比所预期的星系少得多的星系。离开碰撞区的星系所留下的碰撞碎片表现为氢，这表明暗物质的身份是分子分数氢。
而且，对于诸如超对称性粒子(如中性粒子(neutralinos))的暗物质的替代假设身份的检测已经在大型强子对撞机中失败；也没有在大型地下氙(LUX)实验中观察到弱相互作用的大质量粒子或WIMP的单一事件。HADES搜索暗物质消除了作为一种可能性的主要候选“暗光子”或U Boson。
d.实施方式的结果概述
观察到匹配预测的H至分数氢态H(1/4)的跃迁的10至30nm区域中的连续谱辐射，仅起因于利用热力学上有利于经历H还原以形成HOH催化剂的金属氧化物的脉冲箍缩氢放电；而不利的那些不显示任何连续能谱，即使所测试的低熔点金属非常有利于在显著更强大的等离子体源中形成具有强短波长连续谱的金属离子等离子体。显示没有连续谱的等离子体表明，箍缩源太低能量而不能产生与Bykanov的分析一致的高度离子化的金属连续谱发射。任何高能离子发射必须归因于来自吸收的分数氢连续谱的非热二次发射。在这两种可能催化剂m H和HOH中，后者更可能有关基于短波长下的强度分布的氧化物涂覆电极的行为，以及有关阳极处金属氧化物对HOH的热力学有利反应的依赖性。类似的机制在CIHT电池中是起作用的。除了对于由HOH催化的H至H(1/4)的分数氢跃迁来说，具有短波长截止m2·13.6eV；m＝3的特征连续谱辐射之外，该跃迁环产生通过Balmer α线的对应展宽观察到的、预测的选择性非常高的动能H。
实验室实验具有天文意义。从跃迁以形成分数氢的氢连续谱与白矮星的发射相匹配，提供了链接日冕/色球来源的不同离散层的温度和密度条件的可能机制，并且除了解析其它宇宙学上的奥秘以外，还提供了漫射普遍存在的EUV宇宙背景来源，其具有与观察到的强烈的11.0-16.0nm带相匹配的10.1nm连续谱。m H催化剂在天文来源中显示活性。来自氢的高能连续谱辐射的发现，因为它形成更稳定的状态具有天体物理学意义，如分数氢是暗物质的身份的候选物，并且相应的发射是高能天体和恒星连续谱辐射的源。例如，白矮星的EUV谱匹配H(1/2)、H(1/3)，以及H(1/4)的连续谱，而H到H(1/4)的跃迁的10.1nm连续谱从星际介质观测到。分数氢连续谱辐射匹配漫射普遍存在的EUV和软X射线宇宙背景，在漫射Hα发射在整个星系中普遍存在并且需要广泛的向短通量源的观测之后的辐射源，以及星际介质(ISM)的离子化来源，其中，在没有常规离子化能量来源的情况下，宇宙的重子物质的大分量呈WHIM(温热离子化介质)的形式。而且，最近的X射线吸收数据表明，星系光晕气体的温度在86eV至215eV的范围内，这在H至H(1/4)的跃迁所释放的能量的范围内。来自非热离子源的间接发射在我们的实验室中，是天文来源中分数氢跃迁以及氧化电极和固体燃料等离子体中的氢箍缩等离子体发射的连续谱辐射的特征。
不是离子的电场加速的机理导致高度离子化离子的密集发射作为氢等离子体的10-30nm连续谱辐射来源，而是连续谱顶部的离子线发射被确定为由于吸收的连续谱辐射的二次发射，如在天文源的情况下。在两种情况下的发射被确定为非热性质。而且，在我们的实验室中，从基本上没有场的等离子体观察到10-30nm EUV连续谱。通过使超低电压、高电流通过燃料以产生爆炸性等离子体，形成在SF-CIHT电池中的HOH催化剂通过点燃H和HOH催化剂的固体燃料源，而显示产生具有和在箍缩等离子体中相同性质的10.1nm短波长截止EUV连续谱辐射。
没有化学反应可以释放这种高能量的光，并且电场对应于针对大气压碰撞等离子体小于15V的电压。任何无功电压尖峰在1μs内发生，其对于等离子体来说是太短的时间帧以至于在光学上不能是薄的，其中，此时的等离子体基本上为固体密度。电场被约束在电极之间，并且等离子体以声速或更大速度膨胀。等离子体必须膨胀到远离电极的真空中，以具有足够的光学薄度来观察软X射线发射。由此，基本上所有的发射发生在电极区域之外。因此，电子温度较低，大约1eV，比支持观察到的＞100eV连续谱辐射所需的电子温度低100倍。在低密度下难以实现这种高电子温度，并且极不可能通过常规方法在固体至固体燃料等离子体的大气高密度下形成。没有高场存在以形成高度离子化的离子，其可以在该区域中产生辐射。而且，如图21B所示，点燃之后，在没有功率输入的情况下观察到高功率等离子体。在多种情况下，软X射线能量的量超过等离子体的总输入能量。3500至5500K的黑体温度除了电输入之外，还需要离子化机制，高能量源。对照显示没有软X射线发射。作为新能量来源，该等离子体源用作通过HOH作为催化剂而存在H至分数氢H(1/4)的跃迁的有力证据。H2O类固体燃料表现为超高功率密度的高能材料，其中对比压力体积工作，大部分能量作为高能量光释放。这个方面可以通过比较分数氢类(图21A-B)和显示沸腾的烟和火的常规爆炸物的高速视频记录来理解。
基于光谱测量的斯塔克线展宽，H2O类燃料点燃产生辉光发光等离子体，该燃料的基本上完全离子化的气态物理状态基本上包括正离子和自由电子。太阳的5800K黑体温度和点燃等离子体的黑体温度大约相同，因为在两种情况(H至分数氢的催化)下，加热机制是相同的。高爆炸物的温度也高达5500K。如果高温源是分数氢的形成，那么这是预期的，如由以下所支持的：观察到的大规模软X射线发射和过量EUV能量平衡(Sec.c.6)，具有大约5J的点燃能量和每40mg固体燃料的约200至300J的典型过量能量的过量量热测量的能量平衡，以及分数氢的光谱特征。由于太阳能电池已经被优化成将5800K的黑体辐射转换成电，因此，利用太阳能电池的光伏转换是如通过这些测试证实的、SF-CIHT发电机的功率转换的合适手段。简单地更换所消耗的H2O再生燃料，从而燃料可以连续地进给到电极中以连续地输出能量。

Claims (98)

1.一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，该动力系统包括：
至少一个容器；
包括反应物的弹粒，所述反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种H2O来源或H2O；
c)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
d)导体和导电性基质中的至少一种；
至少一个弹粒喷射系统；
至少一个弹粒点燃系统，其使得所述弹粒形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一个；
用于回收所述反应物的反应产物的系统；
至少一个再生系统，该至少一个再生系统根据所述反应产物再生附加反应物，并且形成附加弹粒，
其中，所述附加反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种H2O来源或H2O；
c)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
d)导体和导电性基质中的至少一种；以及
光和热输出至电力和/或热能中的至少一种的至少一个能量转换器或输出系统。
2.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述容器能够具有低于大气压的压力。
3.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述弹粒点燃系统包括：
a)用于约束所述弹粒的至少一组电极；和
b)用于递送短脉冲高电流电能的电源。
4.根据权利要求3所述的动力系统，其中，所述短脉冲高电流电能足以使所述反应物反应以形成等离子体。
5.根据权利要求3所述的动力系统，其中，所述电源接收来自所述能量转换器的电力。
6.根据权利要求3所述的动力系统，其中，所述弹粒点燃系统包括被分离以形成开路的至少一组电极，其中，所述开路通过喷射所述弹粒而闭合，以使所述高电流流动从而实现点燃。
7.根据权利要求3所述的动力系统，其中，所述用于递送短脉冲高电流电能的电源包括以下中的至少一个：
被选择以引起具有在100A至1000000A、1kA至100000A、10kA至50kA中的至少一个的范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压；
在100A/cm2至1000000A/cm2、1000A/cm2至100000A/cm2和2000A/cm2至50000A/cm2中的至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度；
其中，所述电压由固体燃料或高能材料样品的电导率确定，其中，所述电压由所需电流乘以所述固体燃料或高能材料样品的电阻得到；
所述DC或峰值AC电压在0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一个的范围内，且
AC频率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一个的范围内。
8.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述点燃系统包括电源、母线、滑环、轴、轴承、电极、轴承结构支撑件、基部支撑件、辊驱动滑轮、电动机驱动滑轮、皮带、皮带张紧器、电动机轴、辊滑轮轴承、电动机轴承和至少一个电动机。
9.根据权利要求8所述的动力系统，其中，所述电极包括安装在所述轴上的一对辊，所述轴通过附接到安装在基座支撑件上的结构支撑件的轴承悬挂，其中，所述轴和附接电极由辊驱动滑轮转动，所述辊驱动滑轮通过皆具有皮带张紧器的多个皮带、悬挂在轴承上的电动机轴和电动机滑轮、以及电动机驱动。
10.根据权利要求9所述的动力系统，其中，所述电动机是计算机控制的伺服电动机。
11.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述弹粒包括银、铜，以及水合物中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的动力系统，其中，所述水合物包括碱金属水合物，碱土金属水合物和过渡金属水合物中的至少一种。
13.根据权利要求12所述的动力系统，其中，所述水合物包括MgCl2·6H2O、BaI2·2H2O，以及ZnCl2·4H2O中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述弹粒包括银、铜、吸收氢，以及水中的至少一种。
15.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述弹粒喷射系统包括增强轨道枪喷射器和气动喷射器中的至少一个，其中，所述气动喷射器包括用于推进所述弹粒的高压流动气源。
16.根据权利要求15所述的动力系统，其中，所述增强轨道枪包括分离的带电轨道和生成垂直于所述轨道的平面的磁场的磁体，并且所述轨道之间的电路开路，直到通过所述弹粒与所述轨道的接触而闭合为止。
17.根据权利要求16所述的动力系统，其中，所述弹粒与所述轨道的接触致使电流流过所述弹粒，从而所得电流与所述磁场交互作用，以生成致使所述弹粒沿所述轨道推进的洛伦兹力。
18.根据权利要求16所述的动力系统，其中，所述弹粒喷射系统还包括至少一个输送器，该输送器用于将弹粒供给到所述增强轨道枪和所述气动喷射器中的所述至少一个。
19.根据权利要求18所述的动力系统，其中，所述输送器包括至少一个螺旋推运器。
20.根据权利要求17所述的动力系统，其中，所述增强轨道枪喷射器的所施加磁场包括平行于团粒运动方向并且横向于通过所述弹粒的所述电流的分量。
21.根据权利要求20所述的动力系统，其中，所述电流与所述磁场交互作用，以生成致使所述弹粒被强制下降到所述轨道上的洛伦兹力，从而形成并保持所述弹粒与所述轨道之间的良好电接触。
22.根据权利要求16或20所述的动力系统，其中，垂直于所述轨道的平面的所述磁场和运动平行磁场通过永磁体和电磁体中的至少一个来提供。
23.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述用于回收所述反应物的产物的系统包括重力和用于生成针对所述等离子体的洛伦兹力并将所回收产物引导至收集区的系统中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的动力系统，其中，所述用于生成针对所述等离子体的洛伦兹力并将所回收产物引导至收集区的系统包括增强等离子体轨道枪回收系统。
25.根据权利要求24所述的动力系统，其中，所述增强等离子体轨道枪回收系统包括提供磁场的至少一个磁体和矢量交叉电流分量。
26.根据权利要求25所述的动力系统，其中，所述至少一个磁体包括亥姆霍兹线圈和永磁体中的至少一个。
27.根据权利要求26所述的动力系统，其中，所述增强等离子体轨道枪回收系统还包括在点燃电极外围的至少一组附加电极，其中，电流源包括在所述点燃电极之间流动的电流和在所述至少一组附加电极之间流动的电流中的至少一个。
28.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述用于回收所述反应物的产物的系统包括透光挡板和透光窗口中的至少一个，其中，所述透光窗口包括所述能量转换器上的涂层。
29.根据权利要求28所述的动力系统，其中，所述透光挡板和所述窗口对于紫外光透明。
30.根据权利要求29所述的动力系统，其中，所述透光挡板和所述窗口包括选自蓝宝石、LiF、MgF2和CaF2、其它碱土卤化物、碱土氟化物、BaF2、CdF2、石英、熔融石英、UV玻璃、硅酸盐，以及Infrasil的组中的至少一种。
31.根据权利要求28所述的动力系统，其中，所述透光挡板和所述窗口中的至少一个包括透镜，该透镜用于将由点燃所述弹粒而发射的光聚焦到所述能量转换器上。
32.根据权利要求28所述的动力系统，所述动力系统还包括：去除系统，该去除系统用于从所述透光挡板和透光窗口的表面去除点燃产物，其中，所述透光窗口包括处于所述能量转换器上的涂层，该去除系统包括离子溅射束或刀片或剃刀片机械刮刀。
33.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述系统包括再生系统，该再生系统从所述反应产物再生初始反应物，并且形成弹粒。
34.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述再生系统包括造粒机，该造粒机包括用于形成熔融反应物的熔炉、用于将H2和H2O添加至所述熔融反应物的系统、熔体滴管，以及用于形成弹粒的冷却剂。
35.根据权利要求34所述的动力系统，其中，所述用于形成弹粒的冷却剂包括储水器和/或水浴。
36.根据权利要求35所述的动力系统，所述动力系统还包括保持真空的系统。
37.根据权利要求36所述的动力系统，其中，所述保持真空的系统包括真空泵和所述储水器和/或水浴的冷却器中的至少一个。
38.根据权利要求34所述的动力系统，其中，所述熔炉包括绝缘容器和加热器。
39.根据权利要求38所述的动力系统，其中，所述加热器包括感应耦合加热器、用于传导源自所述反应物的反应的热能的热交换器，以及用于递送源自所述反应物的反应的光能量的至少一个光学部件中的至少一种。
40.根据权利要求39所述的动力系统，其中，所述造粒机包括通过所述感应耦合加热器加热的第一绝缘容器、用于接收针对所述第一绝缘容器的熔体的第二绝缘容器、滴管，以及用于形成弹粒的储水器。
41.根据权利要求40所述的动力系统，其中，所述第二绝缘容器包括熔化点燃产物、进入所述第二绝缘容器内部的氢和蒸汽管线、连接至所述氢和蒸汽管线的、所述熔体的氢和蒸汽起泡器、连接至泵以循环所述氢和蒸汽的至少一个出气管线。
42.根据权利要求41所述的动力系统，其中，进入所述第二绝缘容器内部的所述氢和蒸汽管线运送所述氢和蒸汽，所述氢和蒸汽通过所述熔体起泡以并入所述熔体中，其中存在的过量气体通过至少一个泵经由至少一个出口管线循环通过所述第二绝缘容器，并且经气体处理的熔体流向所述滴管，以滴入所述储水器中，从而形成弹粒。
43.根据权利要求42所述的动力系统，其中，所述造粒机包括热回收器。
44.根据权利要求43所述的动力系统，其中，所述热回收器从冷却弹粒回收或收回至少一些热，并将所回收的热传导至传入点燃产物，以随着所述传入点燃产物进入所述熔炉或第一绝缘容器而预热所述传入点燃产物。
45.根据权利要求41所述的动力系统，其中，所述氢从通过水的电解而再填充的罐供应，并且所述水从水罐供应，其中，两种情况下的水随着水的消耗而周期性地再填充。
46.根据权利要求35所述的动力系统，其中，所述储水器包括用于将弹粒供给到所述弹粒喷射系统中的搅拌器。
47.根据权利要求15所述的动力系统，其中，所述弹粒喷射系统还包括至少一个搅拌器，该搅拌器用于将弹粒供给到所述增强轨道枪喷射器中。
48.根据权利要求46所述的动力系统，其中，所述搅拌器包括螺旋推运器和喷水器中的至少一种。
49.根据权利要求48所述的动力系统，其中，所述储水器包括用于将弹粒供给到所述弹粒喷射系统中的输送器。
50.根据权利要求49所述的动力系统，其中，所述输送器包括第一螺旋推运器，该第一螺旋推运器将所述弹粒从所述水浴输送至弹粒料斗，其中，作为弹粒螺旋推运器的第二螺旋推运器将弹粒供给到所述弹粒喷射系统中。
51.根据权利要求50所述的动力系统，其中，所述弹粒喷射系统包括增强轨道枪和气动喷射器中的至少一个。
52.根据权利要求42所述的动力系统，所述动力系统包括辊电极再生系统，该辊电极再生系统包括：(1)回收点燃产物以及缺氢弹粒和缺H2O弹粒中的至少一个中的至少一种，(2)所述弹粒喷射系统，(3)所述点燃系统，以及(4)用于将所述电极再生至它们的原始形式的碾磨系统。
53.根据权利要求52所述的动力系统，其中，所述缺氢弹粒和缺H2O弹粒包括在没有利用氢或蒸汽处理所述熔体的情况下，由通过所述造粒机熔化的所述点燃产物所形成的弹粒；
其中，所述缺H2O弹粒和回收点燃产物中的至少一种通过所述弹粒喷射系统喷射到辊电极中；
其中，所述点燃系统的高电流流动造成所述缺氢弹粒或粉末焊接或粘接至辊电极表面，从而所述碾磨系统去除过量粘接物质，以将所述电极再生至它们的初始形式。
54.根据权利要求53所述的动力系统，其中，所述碾磨系统包括修整轮、研磨机、车床、铣床以及放电加工工具中的至少一个。
55.根据权利要求1所述的动力系统，其中，反应动力输出的所述至少一个能量转换器包括由光伏转换器、光电子转换器、等离子体动力转换器、热离子转换器、热电转换器、斯特林发动机、布雷顿循环发动机、兰金循环发动机和热力发动机，以及加热器所构成的组中的至少一个。
56.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述容器包括能反射由所述等离子体发射的紫外光、可见光，以及近红外光中的至少一个的壁。
57.根据权利要求55所述的动力系统，其中，所述光伏转换器包括透光窗口。
58.根据权利要求55所述的动力系统，其中，光伏电池涂敷有透光窗口。
59.根据权利要求58所述的动力系统，其中，通过所述电池发射的光主要为紫外光。
60.根据权利要求58所述的动力系统，其中，所述窗口包括磷光体，所述磷光体将所述电池发射光的光谱移位至所述光伏转换器的所述光伏电池选择性地响应的光谱。
61.根据权利要求60所述的动力系统，其中，所述光伏电池包括可见光聚光器光伏电池和红外聚光器光伏电池。
62.根据权利要求59所述的动力系统，其中，所述能量转换器包括光伏转换器，并且所述光伏电池包括紫外聚光器光伏电池。
63.根据权利要求62所述的动力系统，其中，所述光伏电池包括选自III族氮化物、GaAlN、GaN以及InGaN中的至少一种化合物。
64.根据权利要求63所述的动力系统，其中，所述光伏电池是多结光伏电池，所述多结光伏电池包括：多个结，所述多个结串联分层，或者所述多个结是独立的或电并联，其中，独立的结以机械方式堆叠或者晶片接合；基板；栅格连接；以及冷却系统。
65.根据权利要求64所述的动力系统，其中，所述多结光伏电池包括两个结、三个结，以及多于三个的结中的至少一种，每一个多结光伏电池都包括来自InGaN、GaN，以及AlGaN的组中的n-p掺杂半导体，其中，GaN的n掺杂剂包括氧，而p掺杂剂包括Mg；
所述多结光伏电池包括InGaN//GaN//AlGaN，其中，//指隔离透明晶片接合层或机械堆叠；
所述多结光伏电池的所述基板包括蓝宝石、Si、SiC，以及GaN中的至少一个，其中，后两者为聚光器光伏应用提供最佳的晶格匹配；
层利用金属有机汽相外延(MOVPE)方法淀积；
冷却剂系统包括冷板、热交换器，以及冷却器，并且
栅格触点包括安装在所述电池的前表面和后表面上的细线。
66.根据权利要求55所述的动力系统，其中，所述光伏转换器包括配光系统，该配光系统包括一系列堆叠的半透射和半反射镜，所述半透射和半反射镜将该堆中的每一个镜上的入射光的一部分引导至对应光伏电池，同时将光的剩余部分透射至该堆中的下一个镜。
67.根据权利要求66所述的动力系统，其中，每一个所述半透射和半反射镜都包括对入射光透明的窗口，该窗口被部分镜面化，以反射所述入射光的一部分。
68.根据权利要求67所述的动力系统，其中，每一个所述半透射和半反射镜都包括二向色镜或分束器。
69.根据权利要求68所述的动力系统，其中，所述窗口利用二向色膜部分地镜面化，以选择性地将所述入射光的一部分反射到选择性地响应所反射波长的光伏电池上。
70.根据权利要求69所述的动力系统，其中，二向色镜和对应光伏电池中的每一个都被设置成当在光伏转换器表面区域上分配所述光时增加功率转换效率。
71.根据权利要求70所述的动力系统，其中，所述半透射和半反射镜包括UV透射和UV反射材料。
72.根据权利要求57、58和71中任一项所述的动力系统，其中，UV透射窗口、所述光伏电池的UV透射窗口涂层，以及UV透射镜材料中的至少一个包括蓝宝石、LiF、MgF2和CaF2、其它碱土卤化物、碱土氟化物、BaF2、CdF2、石英、熔融石英、UV玻璃、硅酸盐，以及Infrasil的组中的至少一种化合物。
73.根据权利要求56和71中任一项所述的动力系统，其中，UV反射壁涂层和UV反射镜材料中的至少一个包括Ag、Al、Al上的Ag薄涂层、在UV波长下能够具有高反射率的材料、薄氟化物膜、MgF2涂覆Al、Al上的MgF2膜、Al上的LiF膜，以及Al上的SiC膜的组中的一种。
74.根据权利要求55所述的动力系统，其中，所述光伏转换器还包括热交换器和冷却器。
75.根据权利要求55所述的动力系统，其中，所述光伏转换器包括多个光电池，其中，每一个光电池都包括具有大于1.8eV的功函的光阴极、阳极、电极之间的真空空间、以及窗口。
76.根据权利要求75所述的动力系统，其中，所述光电池包括透射或半透明型，或者不透明或反射型光电池的组中的至少一种。
77.根据权利要求76所述的动力系统，其中，所述透射或半透明型光电池包括光阴极、阳极，以及所述电极之间的分离间隙。
78.根据权利要求76所述的动力系统，其中，所述不透明或反射型光电池包括以下组中的一种：具有形成在不透明金属电极基底上的光阴极材料的电池，其中，在同一侧上光进入并且电子离开；和双反射型，其中，金属基底为镜状，致使通过光阴极而不引起发射的光在吸收和光发射时被反弹回以第二次通过。
79.根据权利要求78所述的动力系统，其中，所述不透明或反射型光电池包括透明壳体、光阴极、透明阳极、分隔空间或排空的电极间空间，以及所述阴极与阳极之间的经由负载的外部电连接，其中，辐射进入所述电池，并且直接入射在所述光阴极上；辐射在间隙界面进入所述阴极，并且电子从同一界面发射。
80.根据权利要求77和79中任一项所述的动力系统，其中，所述电极之间的间隙在0.1μm至1000μm、1μm至100μm、1μm至10μm，以及1μm至5μm中的至少一个的范围内。
81.根据权利要求79所述的动力系统，其中，所述不透明或反射型光电池包括透明窗口，其中所述光通过具有处于所述窗口内侧上的栅格阳极的所述透明窗口进入所述电池。
82.根据权利要求77和79中任一项所述的动力系统，其中，所述窗口包括蓝宝石、LiF、MgF2和CaF2、其它碱土卤化物、其它碱土氟化物、BaF2、CdF2、石英、熔融石英、UV玻璃、硅酸盐，以及Infrasil中的至少一种。
83.根据权利要求75所述的动力系统，其中，所述光阴极的功函是以下组中的至少一个：对于波长比690nm短的辐射来说大于1.8eV、对于波长比350nm短的辐射来说大于3.5eV，以及在0.1V至100V、0.5V至10V、1V至6V，以及1.85eV至6V中的至少一个的范围内。
84.根据权利要求83所述的动力系统，其中，所述光电池的所述光阴极包括以下组中的一个：GaN、GaN合金、AlxGa1-xN、InxGa1-xN、碱金属卤化物、KI、KBr、CsI、多碱、包括Na-K-Sb-Cs的S20Hamamatsu、GaAs、CsTe、金刚石、Sb-Cs、Au、Ag-O-Cs、双碱、Sb-Rb-Cs、Sb-K-Cs、Na-K-Sb、InGaAs、包括GaN、CsI以及SbCs中的至少一个的不透明光阴极、包括CsTe的半透明光阴极、具有在对于GaN而言的3.5eV和对于AlN而言的6.2eV的范围内的合适大带隙的III-V族材料UV光阴极、具有通过改变光阴极的材料组成而微调的能量或波长响应区的光阴极、具有通过改变AlxGa1-xN中的GaN与AlN的比率而微调的能量或波长响应区的光阴极、通过适当表面处理而活化为负电子亲和力的p掺杂材料薄膜、通过利用铯或Mg和氧适当表面处理而活化为负电子亲和力的p掺杂材料薄膜、包括Ag上MgO薄膜、MgF2、MgO、CuI2的光阴极、金属光阴极、包括Cu、Mg、Pb、Y以及Nb中的至少一种的金属光阴极、涂敷金属光阴极、包括Cu-CsBr、Cu-MgF2、Cu-Cs以及Cu-CsI中的至少一种的涂敷金属光阴极、金属合金光阴极、涂敷金属合金光阴极、包括CsAu的金属合金光阴极、包括纯金属Al、Mg，以及Cu的合金的光阴极、包括分别具有少量Li、Ba以及BaO的纯金属Al、Mg，以及Cu的合金的光阴极、半导体光阴极、包括CsTe、RbTe、碱金属锑化物、Cs3Sb、K2CsSb、Na2KSb、NaK2Sb、CsK2Sb、Cs2Te、超碱的半导体光阴极、正电子亲和力(PEA)型光阴极；Cs:GaAs、Cs:GaN、Cs:InGaN、Cs:GaAsP、分级掺杂光阴极、三级结构光阴极，以及包括负电子亲和力(NEA)型的光阴极。
85.根据权利要求84所述的动力系统，其中，半导体光阴极保持在小于10-9Pa、10-7Pa、10-5Pa、10-3Pa，以及10-1Pa的中的至少一个的范围内的高真空中。
86.一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，该动力系统包括：
至少一个容器；
包括反应物的浆料，所述反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种H2O来源或H2O；
c)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
d)导体和导电性基质中的至少一种；
至少一个浆料喷射系统，其包括旋转辊电极，所述旋转辊电极包括旋转浆料泵；
至少一个浆料点燃系统，以使弹粒形成发光等离子体；
用于回收所述反应物的反应产物的系统；
至少一个再生系统，该至少一个再生系统从所述反应产物再生附加反应物，并且形成附加浆料，
其中，所述附加反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种H2O来源或H2O；
c)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
d)导体和导电性基质中的至少一种；以及
光和热输出至电力和/或热能中的至少一种的至少一个能量转换器或输出系统。
87.根据权利要求86所述的动力系统，其中，所述用于使所述弹粒形成发光等离子体的点燃系统包括用于递送短脉冲高电流电能的电源。
88.根据权利要求87所述的动力系统，其中，用于递送短脉冲高电流电能的电源包括以下中的至少一个：
被选择以引起具有在100A至1000000A、1kA至100000A、10kA至50kA中的至少一个的范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压；
处于100A/cm2至1000000A/cm2、1000A/cm2至100000A/cm2和2000A/cm2至50000A/cm2中的至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度；
所述电压由固体燃料或高能材料样品的电导率确定，其中，所述电压由所需电流乘以所述固体燃料或高能材料样品的电阻得到；
DC或峰值AC电压处于0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一个的范围内，且
AC频率处于0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一个的范围内。
89.根据权利要求86所述的动力系统，其中，所述点燃系统包括电源、母线、滑环、轴、轴承、电极、轴承结构支撑件、基部支撑件、辊驱动滑轮、电动机驱动滑轮、皮带、皮带张紧器、电动机轴、辊滑轮轴承、电动机轴承和至少一个电动机。
90.根据权利要求89所述的动力系统，其中，所述电极包括安装在所述轴上的一对辊，所述轴通过附接到安装在基座支撑件上的结构支撑件的轴承悬挂，其中，所述轴和附接电极由辊驱动滑轮转动，所述辊驱动滑轮通过皆具有皮带张紧器的多个皮带、悬挂在轴承上的电动机轴和电动机滑轮、以及电动机驱动。
91.根据权利要求86所述的动力系统，其中，所述浆料包括金属和水合物中的至少一种。
92.根据权利要求91所述的动力系统，其中，所述水合物包括碱金属水合物，碱土金属水合物和过渡金属水合物中的至少一种。
93.根据权利要求92所述的动力系统，其中，所述水合物包括MgCl2·6H2O、BaI2·2H2O，以及ZnCl2·4H2O中的至少一种，所述金属包括过渡金属、Ti、Cu，以及Ag中的至少一种。
94.根据权利要求86所述的动力系统，其中，反应动力输出的所述至少一个能量转换器包括由光伏转换器、光电子转换器、等离子体动力转换器、热离子转换器、热电转换器、斯特林发动机、布雷顿循环发动机、兰金循环发动机，以及热力发动机所构成的组中的至少一个或更多个。
95.根据权利要求86所述的动力系统，其中，所述用于回收所述反应物的反应产物的系统包括喷水器和浆料槽。
96.根据权利要求95所述的动力系统，其中，从所述反应产物再生初始反应物并且形成浆料的系统包括至少一个筛、网或过滤器和在所述浆料槽的壁中的至少一个吸水泵，以及旋转泵输送螺旋推运器。
97.一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，该动力系统包括：
能够具有低于大气压的压力的至少一个容器；
包括反应物的弹粒，所述反应物包括：
e)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
f)至少一种H2O来源或H2O；
g)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
h)导体和导电性基质中的至少一种；
包括至少一个增强轨道枪的至少一个弹粒喷射系统，其中，所述增强轨道枪包括分离的带电轨道和生成垂直于所述轨道的平面的磁场的磁体，并且所述轨道之间的电路开路，直到通过所述弹粒与所述轨道接触而闭合为止；
至少一个点燃系统，以使所述弹粒形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一个，至少一个点燃系统包括：
a)用于约束所述弹粒的至少一组电极；和
b)用于递送短脉冲高电流电能的电源；
其中，所述至少一组电极形成开路，其中，所述开路通过喷射所述弹粒而闭合，以使高电流流动从而实现点燃，并且所述用于递送短脉冲高电流电能的电源包括以下中的至少一个：
被选择以引起具有在100A至1000000A、1kA至100000A、10kA至50kA中的至少一个的范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压；
在100A/cm2至1000000A/cm2、1000A/cm2至100000A/cm2和2000A/cm2至50000A/cm2中的至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度；
所述电压由固体燃料或高能材料样品的电导率确定，其中，所述电压由所需电流乘以所述固体燃料或高能材料样品的电阻得到；
DC或峰值AC电压在0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一个的范围内，且
AC频率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一个的范围内；
用于回收所述反应物的反应产物的系统，其包括重力和增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一个，该增强等离子体轨道枪回收系统包括提供磁场的至少一个磁体和点燃电极的矢量交叉电流分量；
至少一个再生系统，该至少一个再生系统从所述反应产物再生附加反应物并且形成附加弹粒，该至少一个再生系统包括造粒机，该造粒机包括用于形成熔融反应物的熔炉、用于将H2和H2O添加至所述熔融反应物的系统、熔体滴管，以及用于形成弹粒的储水器，
其中，所述附加反应物包括：
e)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
f)至少一种H2O来源或H2O；
g)至少一种原子氢来源或原子氢；以及
h)导体和导电性基质中的至少一种；以及
光和热输出至电力和/或热能中的至少一种的至少一个能量转换器或输出系统，其包括由光伏转换器、光电子转换器、等离子体动力转换器、热离子转换器、热电转换器、斯特林发动机、布雷顿循环发动机、兰金循环发动机和热力发动机，以及加热器所构成的组中的至少一个或更多个。
98.一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，该动力系统包括：
能够具有低于大气压的压力的至少一个容器；
包括反应物的弹粒，所述反应物包括银、铜、吸收氢，以及水中的至少一种；
包括至少一个增强轨道枪的至少一个弹粒喷射系统，其中所述增强轨道枪包括分离的带电轨道和生成垂直于所述轨道的平面的磁场的磁体，并且所述轨道之间的电路开路，直到通过所述弹粒与所述轨道接触而闭合为止；
至少一个点燃系统，以使所述弹粒形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一个，至少一个点燃系统包括：
a)用于约束所述弹粒的至少一组电极；和
b)用于递送短脉冲高电流电能的电源；
其中，所述至少一组电极被分离以形成开路，其中，所述开路通过喷射所述弹粒而闭合，以使高电流流动从而实现点燃，并且所述用于递送短脉冲高电流电能的电源包括以下中的至少一个：
被选择以引起具有在100A至1000000A、1kA至100000A、10kA至50kA中的至少一个的范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压；
在100A/cm2至1000000A/cm2、1000A/cm2至100000A/cm2和2000A/cm2至50000A/cm2中的至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度；
所述电压由固体燃料或高能材料样品的电导率确定，其中，所述电压由所需电流乘以所述固体燃料或高能材料样品的电阻得到；
DC或峰值AC电压在0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一个的范围内，且
AC频率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一个的范围内；
用于回收所述反应物的反应产物的系统，其包括重力和增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一个，该增强等离子体轨道枪回收系统包括提供磁场的至少一个磁体和点燃电极的矢量交叉电流分量；
至少一个再生系统，该至少一个再生系统从所述反应产物再生附加反应物并且形成附加弹粒，该至少一个再生系统包括造粒机，该造粒机包括用于形成熔融反应物的熔炉、用于将H2和H2O添加至所述熔融反应物的系统、熔体滴管，以及用于形成弹粒的储水器，
其中，所述附加反应物包括银、铜、吸收氢，以及水中的至少一种；
包括聚光器紫外光伏转换器的至少一个能量转换器或输出系统，其中，光伏电池包括选自III族氮化物、GaAlN、GaN以及InGaN中的至少一种化合物。
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Families Citing this family (95)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106414312B (zh) 2013-11-20 2018-10-12 辉光能源公司 动力生成系统和与该系统有关的方法
US10559864B2 (en) 2014-02-13 2020-02-11 Birmingham Technologies, Inc. Nanofluid contact potential difference battery
CN109247031B (zh) * 2016-01-19 2023-02-17 辉光能源公司 热光伏发电机
FR3050338B1 (fr) * 2016-04-15 2023-01-06 Enerbee Generateur d'electricite comprenant un convertisseur magneto-electrique et procede de fabrication associe
TWI729144B (zh) 2016-05-30 2021-06-01 美商明亮光源能源公司 熱光伏打電力產生器、其網路及用於彼等之方法
TWI577481B (zh) * 2016-06-30 2017-04-11 The electrode holder of the air plasma cutting device
TWI586969B (zh) * 2016-08-15 2017-06-11 旺矽科技股份有限公司 用於探針測試及清潔設備的探針高度應用方法及其設備
KR102438987B1 (ko) * 2016-08-31 2022-09-02 원 사이언티픽 인코포레이티드 물의 수소 및 산소로의 전환을 통하여 전력을 생성하기 위한 시스템, 기구 및 방법
US11589661B2 (en) * 2017-01-12 2023-02-28 Dyson Technology Limited Hand held appliance
US10732378B2 (en) * 2017-01-25 2020-08-04 Flir Systems, Inc. Mounting optical elements in optical systems
AU2018261199A1 (en) * 2017-02-12 2019-08-29 Brilliant Light Power, Inc. Magnetohydrodynamic electric power generator
US11680341B2 (en) * 2017-03-20 2023-06-20 University of Pittsburgh—of the Commonwealth System of Higher Education Mandrel-less electrospinning processing method and system, and uses therefor
US10168273B1 (en) * 2017-07-01 2019-01-01 Kla-Tencor Corporation Methods and apparatus for polarizing reticle inspection
EP3451523A1 (en) * 2017-08-31 2019-03-06 General Electric Technology GmbH Voltage source converters
CN107398123B (zh) * 2017-09-19 2023-03-21 西南石油大学 一种用于烟道气的超声速旋流捕捉处理系统
TWI680632B (zh) * 2017-10-03 2019-12-21 首利實業股份有限公司 高功率電源供應器之電路結構
CN109991360B (zh) * 2017-12-14 2023-04-21 特利丹菲力尔探测公司 在流动路径中保留可变形记忆材料
JP7151089B2 (ja) * 2018-02-06 2022-10-12 株式会社サタケ 光学式選別機
EP3537488B1 (en) * 2018-03-07 2020-10-21 poLight ASA Determining and applying a voltage to a piezoelectric actuator
TWI655834B (zh) * 2018-04-03 2019-04-01 富田電機股份有限公司 Motor unit with rapid heat dissipation
CN108844567B (zh) * 2018-04-19 2021-01-05 大连民族大学 一种全钨面向等离子体样品台
CN108717484B (zh) * 2018-05-15 2022-04-19 安徽理工大学 一种低切换随机输入波形缓解nbti效应的方法及系统
US11153960B1 (en) * 2018-06-08 2021-10-19 Innoveering, LLC Plasma-based electro-optical sensing and methods
US11487994B2 (en) * 2018-07-19 2022-11-01 Sacramento Municipal Utility District Techniques for estimating and forecasting solar power generation
CN108728803A (zh) * 2018-08-13 2018-11-02 东莞市典雅五金制品有限公司 一种循环脉冲扫描轴向磁场发生装置
CN108863096B (zh) * 2018-08-16 2021-02-26 重庆市渝大节能玻璃有限公司 玻璃镀膜用防溅射的阴极底板
AU2019325602B2 (en) 2018-08-24 2022-06-30 Hexagon Purus North America Holdings Inc. Battery system for heavy duty vehicles
EP3844088A4 (en) * 2018-08-29 2022-05-11 Laitram, L.L.C. ICE COVERED TRAY CONVEYOR
CN109301915B (zh) * 2018-08-31 2021-12-10 南京航空航天大学 一种低温等离子体场下静态多重换能系统
CN108933502B (zh) * 2018-09-11 2020-04-10 许昌学院 一种虚拟同步发电系统
CN109167317B (zh) * 2018-09-12 2020-06-30 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 一种自调节线缆张紧装置
CN109559510B (zh) * 2018-11-22 2021-04-06 太原理工大学 基于随机分布控制算法的多个mfd子区边界协调控制方法
DE102018133377A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-25 RF360 Europe GmbH Piezoelektrisches Material und piezoelektrische Vorrichtung
US10749446B2 (en) * 2019-01-02 2020-08-18 General Electric Company Virtual synchronous generator system and method with virtual inertia control
CA3124016A1 (en) * 2019-01-18 2020-07-23 Brilliant Light Power, Inc. Magnetohydrodynamic hydrogen electrical power generator
US10998376B2 (en) 2019-01-29 2021-05-04 International Business Machines Corporation Qubit-optical-CMOS integration using structured substrates
DE102019202001B3 (de) * 2019-02-14 2020-06-25 Bruker Biospin Gmbh MAS-Probenkopf mit thermisch isolierter Probenkammer
CN117623221A (zh) * 2019-02-18 2024-03-01 燃料电池能有限公司 使用熔融碳酸盐电解池的燃烧式涡轮机的能量储存
USD938114S1 (en) * 2019-03-22 2021-12-07 Sungrow Power Supply Co., Ltd. Intelligent cleaning robot
KR20210151862A (ko) * 2019-04-04 2021-12-14 나믹스 가부시끼가이샤 다공질 탄소 및 수지 조성물
CN109872828B (zh) * 2019-04-09 2020-10-20 大连理工大学 一种利用水合物法分离氙气氪气混合气的系统及方法
BR112021020928A2 (pt) 2019-04-19 2022-01-25 Hexagon Purus North America Holdings Inc Conjunto de dispositivos acessórios de extremidade dianteira elétrica
US10731557B1 (en) 2019-04-19 2020-08-04 Hamilton Sundstrand Corporation Cyclonic dirt separator for high efficiency brayton cycle based micro turbo alternator
US11040610B2 (en) 2019-04-19 2021-06-22 Hexagon Purus North America Holdings Inc. Electric powertrain system for heavy duty vehicles
US11696388B2 (en) * 2019-05-07 2023-07-04 Transient Plasma Systems, Inc. Pulsed non-thermal atmospheric pressure plasma processing system
CN111068919A (zh) * 2019-05-21 2020-04-28 湖南科技大学 一种电除尘装置的节能优化的方法和装置
CN110180241A (zh) * 2019-05-25 2019-08-30 禹涵（上海）环保科技有限公司 一种润滑油颗粒u形耦合分散装置
JP7285152B2 (ja) * 2019-07-08 2023-06-01 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
CN110470212B (zh) * 2019-07-10 2021-04-20 哈尔滨工业大学（威海） 一种轮毂电机动态偏心故障检测方法
US11434149B2 (en) 2019-08-22 2022-09-06 Massachusetts Institute Of Technology Pressure-driven treatment of fluid
WO2021039632A1 (ja) * 2019-08-28 2021-03-04 国立研究開発法人産業技術総合研究所 プラズマアクチュエータ
CN110543740B (zh) * 2019-09-12 2023-11-24 湘潭大学 一种基于矩形弯波导微放电研究的方法
TWI706808B (zh) * 2019-10-31 2020-10-11 富氫生物科技股份有限公司 含氫空氣的安全輸出裝置及其安全輸出方法
WO2021091666A1 (en) 2019-11-05 2021-05-14 Ess Tech, Inc. Method and system for redox flow battery performance recovery
CA3161967A1 (en) * 2019-11-26 2021-06-03 Hexagon Purus North America Holdings Inc. Electric vehicle power distribution and drive control modules
CN111414666B (zh) * 2020-03-11 2022-02-11 燕山大学 一种获取精密风电齿圈加热器的设计方法
CN111485173B (zh) * 2020-04-09 2020-12-08 广东德纳斯金属制品有限公司 一种新型恒温材料及其制备方法和应用
US20210387533A1 (en) * 2020-04-21 2021-12-16 LCR Dynamics LLC Dynamic Wireless Inductive Charge Transfer System
KR102230879B1 (ko) * 2020-05-19 2021-03-23 (주)킴즈 진공용 전자석장치 및 그 제조방법
US11621172B2 (en) * 2020-07-01 2023-04-04 Applied Materials, Inc. Vapor phase thermal etch solutions for metal oxo photoresists
US11351570B2 (en) 2020-07-22 2022-06-07 Saudi Arabian Oil Company Apparatus for coating dust particles uniformly on flat surfaces for accelerated testing
CN111896851B (zh) * 2020-08-04 2023-04-14 云南电力技术有限责任公司 一种短空气间隙击穿电压的预测方法、系统及存储介质
JP7107589B2 (ja) * 2020-08-28 2022-07-27 株式会社ヒューモラボラトリー チップ電子部品検査用のローラ電極接触子を備えた装置
KR102439532B1 (ko) * 2020-09-07 2022-09-02 운해이엔씨(주) 공기정화 및 살균 기능을 지닌 에어샤워 장치
US11926207B2 (en) 2020-10-09 2024-03-12 Hexagon Purus North America Holdings Inc. Battery and auxiliary components for vehicle trailer
CN112170134A (zh) * 2020-10-20 2021-01-05 依合斯工程塑胶（上海）有限公司 一种应用于聚氨酯滚轮制造轮毂喷胶的工艺方法
CN112349439B (zh) * 2020-11-07 2022-07-15 华能山东石岛湾核电有限公司 一种高温气冷堆卡球故障在线解除装置及方法
US11527611B2 (en) 2020-11-09 2022-12-13 The Aerospace Corporation Method of forming nanowire connects on (photovoltiac) PV cells
CN112447266B (zh) * 2020-11-17 2024-04-05 武汉理工大学 一种考虑水分子迁移的全钒液流电池容量衰减建模方法
CA3205080A1 (en) 2020-12-11 2022-06-16 Hexagon Purus North America Holdings Inc. Trailer hookup breakaway mitigation systems and methods
CN112652793B (zh) * 2020-12-21 2022-09-16 清华大学 发电装置和发电方法
CN113052202A (zh) * 2021-01-29 2021-06-29 昆明理工大学 一种用于分类全日面图像中太阳黑子群的方法
WO2022174229A1 (en) * 2021-02-09 2022-08-18 Joby Aero, Inc. Aircraft propulsion unit
CN114910850B (zh) * 2021-02-10 2024-04-23 清华大学 一种双核mri的图像增强超构表面器件
CN114910840B (zh) * 2021-02-10 2024-04-23 清华大学 磁场增强组件及磁场增强器件
GB2604853B (en) * 2021-02-26 2023-04-05 Energynetiq Ltd Heating systems and methods
TWI786557B (zh) * 2021-02-26 2022-12-11 國立臺灣科技大學 超薄奈米發電總成及其應用
CN116367947A (zh) * 2021-04-12 2023-06-30 三菱电机株式会社 多线放电加工机
CN113194590B (zh) * 2021-04-20 2023-03-14 核工业西南物理研究院 一种静电探针探头
KR102514468B1 (ko) * 2021-06-16 2023-03-29 박종민 스크류실린더를 이용한 가스처리설비용 파우더제거장치
CN113354018B (zh) * 2021-07-09 2023-10-24 中国科学院近代物理研究所 一种太阳能蒸发层级结构及其制备方法
FR3125648B1 (fr) * 2021-07-21 2024-04-12 Marbeuf Conseil Et Rech Installation de production d’électricité comportant une pile à combustible à hydrogène et un réacteur chimique apte à produire du dihydrogène – procédé associé
TWI780909B (zh) * 2021-09-14 2022-10-11 致茂電子股份有限公司 檢測晶圓表面用的取像裝置及其取像設備
CN115958954A (zh) * 2021-10-08 2023-04-14 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于模块化动态分配容量存储系统的主动安全管理系统
US20230188013A1 (en) * 2021-12-09 2023-06-15 Bamboo Dynamics Corporation., Ltd. Motor control system and motor control method
CN114071813B (zh) * 2022-01-18 2022-03-18 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 一种高压多重电极装置
CN114492675B (zh) * 2022-04-01 2022-07-12 武汉格蓝若智能技术有限公司 一种电容式电压互感器故障原因智能诊断方法
WO2023212816A1 (en) * 2022-05-04 2023-11-09 Kleen Hy-Dro-Gen Inc. Process and apparatus for combusting hydrogen and recycling combustion products
CN115287737A (zh) * 2022-08-03 2022-11-04 昆明理工大学 一种钛基梯度复合二氧化锰阳极板及其制备方法
US11846273B1 (en) 2022-08-17 2023-12-19 Venus Aerospace Corp Reactor rocket engine
CN115283124B (zh) * 2022-10-08 2023-01-31 中铁工程服务有限公司 一种机制砂细度模数控制方法
US11840360B1 (en) * 2023-03-14 2023-12-12 Beta Air, Llc Apparatus and a method for an indicating system for ground support equipment for an electric aircraft
CN116535087A (zh) * 2023-04-28 2023-08-04 北方夜视科技(南京)研究院有限公司 气体储存用玻璃毛细管阵列及其制备方法
CN116921817B (zh) * 2023-09-15 2023-12-15 中建安装集团有限公司 自动tig焊电弧聚集度在线监测及智能预警方法
CN117670054B (zh) * 2023-12-09 2024-05-07 民航中南机场设计研究院(广州)有限公司 光伏面板的闪烁和眩光对航空安全影响的评估方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103460469A (zh) * 2011-04-05 2013-12-18 布莱克光电有限公司 以水为主的电化学氢催化剂动力系统
CN102906925B (zh) * 2010-03-18 2016-05-25 布莱克光电有限公司 电化学氢催化剂动力系统

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU62545A1 (zh) 1971-02-04 1972-12-05
US4182650A (en) 1973-05-17 1980-01-08 Fischer Albert G Pulsed nuclear fusion reactor
US4603043A (en) 1985-03-01 1986-07-29 Gte Products Corporation Controllable nitrate fusion
JP2941370B2 (ja) * 1990-07-02 1999-08-25 三菱重工業株式会社 レールガン式加速装置
US5390854A (en) 1992-10-01 1995-02-21 Hench; Lee E. Coolant spray system
US5575860A (en) 1994-08-11 1996-11-19 Cherney; Matthew Fiber optic power-generation system
RU2180458C2 (ru) * 1995-06-06 2002-03-10 Блэк Лайт Пауэр, Инк. Способ и устройство, основанные на использовании водорода с более низкой энергией
US7559494B1 (en) 1996-09-03 2009-07-14 Ppg Industries Ohio, Inc. Method of forming non-stoichiometric nanoscale powder comprising temperature-processing of a stoichiometric metal compound
US6630257B2 (en) 1998-06-10 2003-10-07 U.S. Nanocorp. Thermal sprayed electrodes
JP2005504956A (ja) * 2001-03-07 2005-02-17 ブラックライト パワー インコーポレーティド マイクロ波パワーセル、化学反応炉、及びパワー変換装置
JP2002289900A (ja) 2001-03-23 2002-10-04 Canon Inc 集光型太陽電池モジュール及び集光型太陽光発電システム
WO2003066516A2 (en) * 2001-11-14 2003-08-14 Blacklight Power, Inc. Hydrogen power, plasma, and reactor for lasing, and power conversion
WO2003078540A2 (en) 2002-03-18 2003-09-25 Engineuity Research & Development Ltd A closed loop energy system for power generation and transportation based on metal fuel and condensed phase oxidizer
CN1239587C (zh) 2003-04-03 2006-02-01 中国石油化工股份有限公司 一种复合粉末及其制备方法和用途
US10443139B2 (en) 2003-09-05 2019-10-15 Brilliant Light Power, Inc. Electrical power generation systems and methods regarding same
US7455829B2 (en) 2005-07-12 2008-11-25 Honeywell International Inc. Low temperature hydrogen generator
JP5372927B2 (ja) * 2007-07-06 2013-12-18 エヴァコ エルエルシー 水を単体ガスに使用箇所で安価かつカーボンフリーに解離して水素関連発電を行う方法と装置
US20130084474A1 (en) 2010-03-18 2013-04-04 Randell L. Mills Electrochemical hydrogen-catalyst power system
US20150237372A1 (en) 2012-10-08 2015-08-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for coding multi-layer video and method and apparatus for decoding multi-layer video
CN106414312B (zh) * 2013-11-20 2018-10-12 辉光能源公司 动力生成系统和与该系统有关的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102906925B (zh) * 2010-03-18 2016-05-25 布莱克光电有限公司 电化学氢催化剂动力系统
CN103460469A (zh) * 2011-04-05 2013-12-18 布莱克光电有限公司 以水为主的电化学氢催化剂动力系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017527091A (ja) 2017-09-14
TWI810709B (zh) 2023-08-01
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US11885034B2 (en) 2024-01-30
AU2015266760A1 (en) 2017-01-12
SG11201609924RA (en) 2016-12-29
TWI748931B (zh) 2021-12-11
CN107077893A (zh) 2017-08-18
SG10202009862QA (en) 2020-11-27
TW202226738A (zh) 2022-07-01
CA2948640A1 (en) 2015-12-03
EP3882923A3 (en) 2022-06-22
EP3882923A2 (en) 2021-09-22
IL249224A0 (en) 2017-02-28
WO2015184252A9 (en) 2016-03-24

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