TW201521274A - 電力產生系統及與其有關之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明進一步提供一種固體燃料電源，其提供熱功率及電力中至少一者，諸如直接電或熱電，且為電力系統供電，該電力系統包含(i)至少一個反應池，其用於催化原子氫形成低能量氫；(ii)化學燃料混合物，其包含至少兩種選自以下之組分：H2O觸媒來源或H2O觸媒、原子氫來源或原子氫、用以形成該H2O觸媒來源或H2O觸媒及原子氫來源或原子氫之反應物、一或多種用以起始該原子氫之催化之反應物、及使該固體燃料具有高傳導性之材料；(iii)至少一組限制該燃料之電極，及電源，該電源提供用以起始該低能量氫反應之快速動力學的短時間低電壓、高電流電能以及由形成低能量氫引起之能量增益；(iv)產物回收系統，諸如冷凝器；(v)再裝載系統；(vi)用以自該等反應產物再生該燃料之水合系統、熱系統、化學系統及電化學系統中之至少一者；(vii)散熱片，其接受來自該等電力產生反應之熱；(viii)電力轉換系統，其可包含直接電漿-電轉換器，諸如電漿動力轉換器、磁流體動力轉換器、電磁直接(交叉場或交錯漂移)轉換器、直接轉換器及電荷漂移轉換器、或熱-電力轉換器，諸如郎肯(Rankine)型或布雷頓型(Brayton-type)電廠。

Description

電力產生系統及與其有關之方法 相關申請案的交叉參考
本申請案主張以下美國臨時申請案之優先權益：2013年11月20日申請之第61/906,792號；2013年11月26日申請之第61/909,216號；2013年12月4日申請之第61/911,932號；2013年12月20日申請之第61/919,496號；及2014年1月7日申請之第61/924,697號，其全部以全文引用之方式併入本文中。
本發明係關於電力產生領域，且具體言之，係關於用於產生電力之系統、裝置及方法。更具體言之，本發明之實施例係針對電力產生裝置及系統，以及相關方法，其產生電漿及熱功率且經由電漿-電力轉換器或熱-電力轉換器產生電力。此外，本發明之實施例描述了使用水或基於水之燃料來源之點火來產生機械功率及/或熱能的系統、裝置及方法。另外，本發明係針對產生電功率及/或熱能之電化學電力系統。該等及其他相關實施例詳細描述於本發明中。
電力之產生可採取許多形式，利用來自電漿之電力。電漿之成功商業化可取決於能夠有效形成電漿且接著捕捉所產生之電漿之電力的電力產生系統。
電漿可在某些燃料點火期間形成。該等燃料可包括水或基於水之燃料來源。在點火期間，形成過熱之剝離電子之原子的電漿雲，且向外噴出高能粒子。噴出的能量最高之粒子為氫化物離子，其可將動 能轉移至本發明之電漿-電轉換器。
亦可經由使用一種利用了由燃料在反應容器或燃燒室中點火產生之能量的系統或裝置來產生電力。如上述，該等燃料可包括水或基於水之燃料來源。此類系統或裝置之實例包括內燃機，其通常包括一或多個用於壓縮氣體且將氣體與燃料混合之機構。該燃料及氣體接著在燃燒室中點火。燃燒氣體之膨脹向諸如活塞或渦輪機輪葉之可移動元件施加力。由燃燒氣體膨脹產生之高壓力及高溫移動該活塞或輪葉，產生機械功率。
內燃機可藉由燃燒過程之形式及使用該燃燒過程之發動機之類型來分類。燃燒過程可包括往復、旋轉及連續燃燒。往復式燃燒機之不同類型包括兩衝程式、四衝程式、六衝程式、柴油式、阿金森循環式(Atkinson cycle)及米勒循環式(Miller cycle)。汪克爾發動機(Wankel engine)係一類旋轉式發動機，且連續燃燒包括氣體渦輪機及噴射式發動機。該等發動機之其他類型可與以上所列類型之發動機共有一或多種特徵，且熟習此項技術者將預期發動機之其他變化。該等變化可包括例如熱噴射式發動機。
往復式發動機通常操作具有多個衝程之循環。進氣衝程可將一或多種氣體抽吸至燃燒室中。燃料與該氣體混合且壓縮衝程壓縮該氣體。接著對該氣體-燃料混合物點火，其隨後膨脹，從而在做功衝程中產生機械功率。接著，產物氣體在排氣衝程期間自燃燒室排出。接著重複整個循環。藉由平衡單一活塞或使用多個活塞，該過程可提供持續的旋轉功率。
不同類型之往復式發動機一般以上述循環操作，但存在一些改進。舉例而言，兩衝程式發動機將進氣衝程與壓縮衝程合併在一個衝程中且膨脹過程與排氣過程合併在另一衝程中，來替代上述四衝程式循環。與四衝程或兩衝程式發動機不同，柴油式發動機去掉了火花塞 且僅使用熱及壓力來對空氣-燃料混合物點火。阿金森式發動機使用了一種改進之曲軸來提供更高效率，而米勒循環以超級增壓器及改進之壓縮衝程操作。
汪克爾發動機使用在燃燒室內不對稱旋轉之轉子來代替活塞衝程。轉子(通常呈三角形)之旋轉經過進口孔將氣體抽吸至燃燒室中。當轉子旋轉時，不對稱移動壓縮氣體，接著在燃燒室之不同部分中進行點火。當轉子持續其旋轉時，氣體膨脹至燃燒室之不同部分中。最後，轉子將排氣經由出口孔排出，且循環再次開始。
連續燃燒式發動機包括氣體渦輪機及噴射式發動機，其使用渦輪機輪葉來產生機械功率。與上述發動機相同，氣體最初被壓縮且燃料接著添加至壓縮之氣體中。該混合物接著燃燒且當其通過渦輪機輪葉時膨脹，使軸旋轉。該軸可驅動螺旋槳、壓縮機或兩者。連續燃燒式發動機之不同類型包括例如工業氣體渦輪機、輔助動力單元、壓縮空氣儲存器、徑向氣體渦輪機、微型渦輪機、渦輪噴射發動機、渦輪風扇、渦輪螺旋槳、渦輪軸、螺槳風扇、衝壓式噴射發動機及超音速燃燒衝壓式噴射發動機(scramjet engine)。
其他類型之發動機亦由點火過程供應動力，與上述依賴爆燃之發動機相對。爆燃經由亞音速燃燒來釋放熱能，而爆震係一個超音速過程。舉例而言，脈衝噴射發動機及脈衝爆震發動機使用爆震過程。該等類型之發動機通常具有很少移動構件且操作相對簡單。一般而言，燃料及氣體混合物經由打開閥抽吸至燃燒室中，接著閥關閉，且混合物反應，產生推力。該等閥接著打開且新鮮燃料及氣體置換排氣，且重複該過程。一些發動機不使用閥，而是改為依賴發動機幾何形狀來達到相同效果。重複之反應引起脈動力。
亦可經由使用電化學電力系統產生電力，該電化學電力系統可產生呈電功率及/或熱能形式之電力。一些電化學電力系統通常包括 電極及反應物，其使電子流動，接著被利用。
本發明詳細描述了用於產生各種形式電力之許多系統。在一個實施例中，本發明係針對一種電化學電力系統，其產生電能及熱能中至少一者，該電化學電力系統包含容器，該容器包含：至少一個陰極；至少一個陽極；至少一個雙極板，及反應物，其包含至少兩種選自以下之組分：a)至少一種H2O來源；b)氧來源；c)至少一種觸媒來源或觸媒，其包含選自以下之群之至少一者：nH、O、O2、OH、OH-及新生H2O，其中n為整數，及d)至少一種原子氫來源或原子氫；一或多種用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者的反應物，及一或多種用以起始該原子氫之催化的反應物，該電化學電力系統進一步包含電解系統及陽極再生系統。
在另一實施例中，本發明係針對一種產生直接電能及熱能中至少一者之電力系統，其包含：至少一個容器；反應物，其包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；b)至少一種原子氫來源或原子氫；c)導體及傳導性基質中至少一者；及至少一組用以限制低能量氫反應物之電極，用以傳遞短時間高電流電能之電源； 再裝載系統；至少一個用以自反應產物再生初始反應物的系統，及至少一個直接電漿-電轉換器及至少一個熱-電力轉換器。
在又一實施例中，本發明係針對一種電化學電力系統，其包含容器，該容器包含至少一個陰極；至少一個陽極；至少一種電解質；至少兩種選自以下之反應物：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；b)至少一種原子氫來源或原子氫；c)導體來源、傳導性基質來源、導體及傳導性基質中至少一者；及至少一種用以產生包含高離子及電子電流中至少一者之電流的電流來源，其選自內部電流來源及外部電流來源；其中該電化學電力系統產生電能及熱能中至少一者。
在又一實施例中，本發明係針對一種水電弧電漿電力系統，其包含：至少一個封閉之反應容器；包含H2O來源及H2O中至少一者之反應物；至少一組電極；用以傳遞該H2O之初始高擊穿電壓且隨後提供高電流之電源；及熱交換器系統，其中該電力系統產生電弧電漿、光及熱能。
在其他實施例中，本發明係針對一種機械功率系統，其包含：至少一個內燃型發動機之活塞式汽缸；燃料，其包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；b)至少一種原子氫來源或原子氫； c)導體及傳導性基質中至少一者；具有至少一個閥之至少一個燃料進口；具有至少一個閥之至少一個排氣出口；至少一個活塞；至少一個曲軸；高電流來源，及至少兩個限制並傳導高電流通過該燃料之電極。
本發明之某些實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；電耦接至該電源之複數個電極；經組態以接收固體燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將電功率傳遞至該固體燃料，從而產生電漿；及經定位以接收該電漿之至少一部分的電漿電力轉換器。其他實施例係針對一種電力產生系統，其包含：複數個電極；位於該複數個電極之間且經組態以接收傳導性燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將足以對該傳導性燃料點火且產生電漿及熱功率中至少一者之電流施加至該傳導性燃料；用於將該傳導性燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將該電漿轉換成非電漿形式電力之電漿-電力轉換器，或用以將熱功率轉換成包含電功率或機械功率之非熱形式功率的熱-電或機械轉換器。其他實施例係針對一種產生電力之方法，其包含：將一定量燃料傳遞至燃料裝載區，其中該燃料裝載區係位於複數個電極間；藉由施加至少約2,000A/cm2之電流至該複數個電極使該電流流過該燃料來對該燃料點火，以產生電漿、光及熱中至少一者；在電漿-電轉換器中接收該電漿之至少一部分；使用該電漿-電轉換器將該電漿轉換成不同形式之電力；及輸出該不同形式之電力。
其他實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極至少部分地包圍 燃料，電連接至該電源，經組態以接收電流從而對該燃料點火，且該複數個電極中至少一者為可移動的；用於移動該燃料之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿-電力轉換器。本發明另外提供一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極至少部分地包圍燃料，電連接至該電源，經組態以接收電流從而對該燃料點火，且該複數個電極中至少一者為可移動的；用於移動該燃料之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿-電力轉換器。
另一實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極中之至少一者包括壓縮機構；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，以致該至少一個電極之壓縮機構朝向該燃料裝載區定向，且其中該複數個電極電連接至該電源且經組態以向該燃料裝載區中所接收之燃料供電從而對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器。本發明之其他實施例係針對種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極中之至少一者包括壓縮機構；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，以致該至少一個電極之壓縮機構朝向該燃料裝載區定向，且其中該複數個電極電連接至該電源且經組態以向該燃料裝載區中所接收之燃料供電從而對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器。
本發明之實施例亦針對電力產生系統，其包含：複數個電極； 由該複數個電極包圍且經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以對位於該燃料裝載區中之燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力之電漿電力轉換器；用於移除該經點火燃料之副產物的移除系統；及可操作地耦接至該移除系統之再生系統，其用於將移除的該經點火燃料之副產物再循環至經再循環之燃料中。本發明之某些實施例亦針對一種電力產生系統，其包含：經組態以輸出至少約2,000A/cm2之電流的電源；電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成電力的電漿-電力轉換器；可操作地耦接至該電漿-電力轉換器之一或多個輸出功率端子；及電力儲存裝置。
本發明之其他實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少5,000kW之電源；電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器；經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數之感測器；及經組態以控制與該電力產生系統相關之至少一個製程的控制器。其他實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少2,000A/cm2之電源；電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時 向該燃料供電以對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器；經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數之感測器；及經組態以控制與該電力產生系統相關之至少一個製程的控制器。
本發明之某些實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW之電源；電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火，且其中該燃料裝載區中之壓力為部分真空；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿-電力轉換器。其他實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火，且其中該燃料裝載區中之壓力為部分真空；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿-電力轉換器。
其他實施例係針對一種電力產生電池，其包含：耦接至真空泵之出口孔；電耦接至至少5,000kW之電源的複數個電極；經組態以接收主要包含H2O之基於水之燃料的燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將電力傳遞至該基於水之燃料，從而產生電弧電漿及熱功率中至少一者；及經組態以將該電弧電漿及該熱功率中至少一者的至少一部分轉換成電功率的電力轉換器。亦揭示一種電力產生系統，其包含：至少5,000A/cm2之電源；電耦接至該電源之複數個電極；經組態 以接收主要包含H2O之基於水之燃料的燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將電力傳遞至該基於水之燃料，從而產生電弧電漿及熱功率中至少一者；及經組態以將該電弧電漿及該熱功率中至少一者的至少一部分轉換成電功率的電力轉換器。
其他實施例係針對一種產生電力之方法，其包含：將燃料裝載至燃料裝載區中，其中該燃料裝載區包括複數個電極；將至少約2,000A/cm2之電流施加至該複數個電極以對該燃料點火，從而產生電弧電漿及熱功率中至少一者；執行以下至少一者：使該電弧電漿通過電漿-電轉換器以產生電功率，及使該熱功率通過熱-電轉換器以產生電功率；及輸出該產生之電功率之至少一部分。亦揭示一種電力產生系統，其包含：至少5,000kW之電源；電耦接至該電源之複數個電極，其中該複數個電極經組態以將電功率傳遞至主要包含H2O之基於水之燃料，從而產生熱功率；及經組態以將該熱功率之至少一部分轉換成電功率的熱交換器。此外，另一實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少5,000kW之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極中之至少一者包括壓縮機構；經組態以接收主要包含H2O之基於水之燃料的燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，以致該至少一個電極之壓縮機構朝向該燃料裝載區定向，且其中該複數個電極電連接至該電源且經組態以向該燃料裝載區中所接收之該基於水之燃料供電以對該燃料點火；用於將該基於水之燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器。
本發明之某些實施例係針對一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將固體燃料傳遞至該點火腔室的燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該固體燃料供電，從而 產生電漿及熱功率中至少一者；及位於該點火腔室內之活塞，其經組態以相對於該點火腔室移動，從而輸出機械功率。
其他實施例係針對一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿及熱功率中至少一者之點火腔室，其中該點火腔室包括出口孔；經組態以將固體燃料傳遞至該點火腔室從而產生該電漿及該熱功率中至少一者的燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該點火腔室供電；及與該出口孔流體連通之渦輪機，其經組態以旋轉，從而輸出機械功率。
其他實施例係針對一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以旋轉從而輸出機械功率之葉輪，其中該葉輪包括經組態以產生電漿及熱功率中至少一者之中空區，且該中空區包括經組態以接收工作流體之進口孔；經組態以將固體燃料傳遞至該中空區之燃料傳遞裝置；及耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該中空區供電，從而對該固體燃料點火且產生該電漿及該熱功率中至少一者。
其他實施例係針對一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以旋轉從而輸出機械功率之可移動元件，其中該可移動元件至少部分地界定點火腔室，該點火腔室經組態以產生電漿及熱功率中至少一者；經組態以將固體燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；及耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該固體燃料供電，從而產生該電漿及該熱功率中至少一者。
其他實施例係針對一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；複數個點火腔室，其中該複數個點火腔室各自經組態以產生電漿及熱功率中至少一者；經組態以將固體燃料傳遞至該複數個點火腔室之燃料傳遞裝置；及耦接至該電源之複數個電極，其中該複數個電極中之至少一者與該複數個點火腔室中之至少一者相 聯且經組態以向該固體燃料供應電功率，從而產生該電漿及該熱功率中至少一者。
本發明之實施例係針對一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將基於水之燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電弧電漿及該熱功率中至少一者；及流體耦接至該點火腔室之活塞，其經組態以相對於該點火腔室移動，從而輸出機械功率。
此外，本發明係針對一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電弧電漿及熱功率中至少一者之點火腔室，其中該點火腔室包括出口孔；經組態以將基於水之燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電弧電漿及該熱功率中至少一者；及與該出口孔流體連通之渦輪機，其經組態以旋轉，從而輸出機械功率。
實施例亦針對一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以旋轉從而輸出機械功率之葉輪，其中該葉輪包括經組態以產生電弧電漿及熱功率中至少一者之中空區，且該中空區包括經組態以接收工作流體之進口孔；經組態以將基於水之燃料傳遞至該中空區之燃料傳遞裝置；及耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該中空區供應電功率，從而對該基於水之燃料點火且產生該電弧電漿及熱功率中至少一者。
本發明亦針對一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；複數個點火腔室，其中該複數個點火腔室各自經組態以產生電弧電漿及熱功率中至少一者；經組態以將基於水之燃料傳遞至該複數個點火腔室之燃料傳遞裝置；及耦接至該電源之複數個電 極，其中該複數個電極中之至少一者與該複數個點火腔室中之至少一者相聯且經組態以向該基於水之燃料供應電功率，從而產生該電弧電漿及該熱功率中至少一者。
本文亦提供一種點火腔室，其包含：界定中空腔室之外殼，該中空腔室經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者；與該中空腔室流體連通之燃料容器，其中該燃料容器電耦接至一對電極；及與該中空腔室流體連通之可移動元件。另外揭示一種點火腔室，其包含：界定中空腔室之外殼；與該中空腔室流體連通之注射裝置，其中該注射裝置經組態以將燃料注入該中空腔室中；
電耦接至該中空腔室之一對電極，其經組態以向該燃料供應足以在該中空腔室中產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的電功率；及與該中空腔室流體連通之可移動元件。
本發明之實施例係針對一種用於產生機械功率之方法，其包含：將固體燃料傳遞至點火腔室；使至少約5,000A之電流通過該固體燃料且將低於約10V之電壓施加至該固體燃料以對該固體燃料點火且產生電漿及熱功率中至少一者；將該電漿及該熱功率中至少一者與工作流體混合；及將該工作流體引導向可移動元件以移動該可移動元件且輸出機械功率。
本發明之其他實施例係針對一種用於產生機械功率之方法，其包含：將基於水之燃料傳遞至點火腔室；使至少約5,000A之電流通過該基於水之燃料且將至少約2kV之電壓施加至該基於水之燃料以對該基於水之燃料點火，從而產生電弧電漿及熱功率中至少一者；將該電弧電漿及該熱功率中至少一者與工作流體混合；及將該工作流體引導向可移動元件以移動該可移動元件且輸出機械功率。
亦揭示一種用於產生機械功率之方法，其包含：將固體燃料供應至點火腔室；將至少約5,000A供應至電耦接至該固體燃料之電 極；對該固體燃料點火以在該點火腔室中產生電漿及熱功率中至少一者；及將該電漿及該熱功率中至少一者之至少一部分轉換成機械功率。揭示另外一種用於產生機械功率之方法，其包含：將基於水之燃料供應至點火腔室；將至少約5,000A供應至電耦接至該基於水之燃料之電極；對該基於水之燃料點火以在該點火腔室中產生電弧電漿及熱功率中至少一者；及將該電弧電漿及該熱功率中至少一者之至少一部分轉換成機械功率。
本發明之另一實施例係針對一種經組態用於陸上輸送之機器，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電漿、該電弧電漿及該熱功率中至少一者；流體耦接至該點火腔室之可移動元件，其經組態以相對於該點火腔室移動；及機械耦接至該可移動元件之驅動軸，其經組態以向輸送元件提供機械功率。
本發明之另一實施例係針對一種經組態用於航空輸送之機器，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電漿、該電弧電漿及該熱功率中至少一者；流體耦接至該點火腔室之可移動元件，其經組態以相對於該點火腔室移動；及機械耦接至該可移動元件之航空元件，其經組態以在航空環境中提供推進。
本發明之實施例亦針對一種經組態用於海洋輸送之機器，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳 遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電漿、該電弧電漿及該熱功率中至少一者；流體耦接至該點火腔室之可移動元件，其經組態以相對於該點火腔室移動；及機械耦接至該可移動元件之海洋元件，其經組態以在海洋環境中提供推進。
本發明之其他實施例係針對一種工作機器，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電漿、該電弧電漿及該熱功率中至少一者；流體耦接至該點火腔室之可移動元件，其經組態以相對於該點火腔室移動；及機械耦接至該可移動元件之工作元件，其經組態以提供機械功率。
本文揭示用以釋放來自原子氫之能量以形成較低能態之觸媒系統，其中電子外殼係處於相對於核較封閉之位置。釋放之電力被用於電力產生且另外新的氫物質及化合物為所需產物。此等能態係根據經典物理定律預測且需要觸媒自氫接受能量以經歷相應能量釋放躍遷。
經典物理學得到氫原子、氫化物離子、氫分子離子及氫分子之閉型解(closed-form solution)且預測具有分數主量子數(fractional principal quantum number)之相應物質。使用麥克斯韋方程(Maxwell's equation)，根據邊界值問題(boundary-value problem)推導出電子結構，其中電子包含在躍遷期間隨時間變化之電磁場的源電流，其約束為n=1束縛態電子不能輻射能量。由H原子之解所預測的反應涉及自另外的穩定原子氫轉移諧振、非輻射性能量至能夠接受能量以形成能態低於先前認為可能之能態之氫的觸媒。具體言之，經典物理學預測原子氫可經歷與某些原子、準分子、離子及雙原子氫化物之催化反應，其提供淨焓為原子氫位能E h =27.2eV之整數倍的反應，其中E h 為一哈崔(Hartree)。基於已知電子能階可鑑別之特定物質(例如He+、Ar+、Sr+、K、Li、HCl，及NaH、OH、SH、SeH、新生H2O、nH(n=整數))需要與原子氫一起存在以催化該過程。該反應涉及非輻射性能量轉移，接著為q．13.6eV連續發射或q．13.6eV轉移至H以形成極熱的激發態H及氫原子，其能量低於對應於分數主量子數的未反應之原子氫。亦即，在關於氫原子之主能階之公式中：
n=1,2,3,... (2)
其中a H 為氫原子之波爾半徑(Bohr radius)(52.947pm)，e為電子電荷之量值，且εo為真空電容率，分數量子數：
替代有關氫激發態之芮得伯方程(Rydberg equation)中之熟知參數n=整數且表示稱為「低能量氫」之較低能態氫原子。接著，類似於具有麥克斯韋方程之分析解的激發態，低能量氫原子亦包含電子、質子及光子。然而，後者之電場增加了對應於能量解吸之結合而非如在激發態中一般隨著能量吸收而減弱中心場，且由此產生的低能量氫之光子-電子相互作用為穩定的而非輻射性的。
氫之n=1狀態及氫之狀態為非輻射性的，但兩種非輻射 狀態之間的躍遷，比如n=1至n=1/2，係可能經由非輻射性能量轉移發生的。氫為由方程(1)及(3)得出之穩定狀態的特例，其中氫或低能量氫原子之相應半徑係由以下得出：
其中p=1,2,3,....。為使能量守恆，必須自氫原子轉移以下單位之能量至觸媒：m．27.2eV,m=1,2,3,4,.... (5)
及使半徑轉變為。觸媒反應涉及兩個能量釋放步驟：非輻 射性能量轉移至觸媒，隨後當半徑減小至相應的穩定最終狀態時另外的能量釋放。咸信當淨反應焓與m．27.2eV較為緊密地匹配時催化速率增大。已發現淨反應焓在m．27.2eV之±10%、較佳±5%內之觸媒適用於大多數應用。在將低能量氫原子催化至較低能態之情況下，以與 低能量氫原子之位能相同的因子對m．27.2eV(方程(5))之反應焓作相對論性校正。
因此，一般反應係由以下給出：
Cat (q+r)++re -→Cat q++m．27.2eV且 (8) 總反應為
q、r、m及p為整數。具有氫原子半徑(對應於分母中之 1)及等於質子之(m+p)倍的中心場，且係半徑為H之 的相應穩定狀態。當電子經歷自氫原子半徑至此距離之半徑的 徑向加速時，能量以特徵光發射或第三體動能之形式釋放。發射可呈 邊緣在[(p+m)2-p 2-2m]．13.6eV或 nm且延伸至較長 波長之極紫外線連續輻射之形式。除輻射之外，亦可發生諧振動能轉移以形成快H。隨後此等快H(n=1)原子藉由與背景H2碰撞而激發，接著發射相應H(n=3)快原子，使巴爾麥α發射(Balmer α emission)變寬。或者，快H為充當觸媒的H或低能量氫之直接產物，其中接受諧振能量轉移認為與位能而非電離能有關。能量守恆產生動能對應於在前一情況下之位能之一半的質子，及在後一情況下處於基本上靜止之觸媒離子。快質子之H複合輻射使巴爾麥α發射變寬，此與符合過度電力平衡之熱氫之存量(inventory)不成比例。
在本發明中，諸如低能量氫反應、H催化、H催化反應、當提及氫時之催化、形成低能量氫之氫反應及低能量氫形成反應之術語均係指諸如以下反應：由方程(5)定義之觸媒之方程(6-9)之反應，其中原 子H所形成之氫狀態具有由方程(1)及(3)得出之能階。當提及催化H形成具有由方程(1)及(3)得出之能階之H狀態或低能量氫狀態的反應混合物時，諸如低能量氫反應物、低能量氫反應混合物、觸媒混合物、用於低能量氫形成之反應物、產生或形成較低能態氫或低能量氫之反應物的相應術語亦可互換使用。
本發明之催化性較低能量氫躍遷需要可呈未經催化原子氫之位能27.2eV之整數m倍的吸熱化學反應形式之觸媒，其自原子H接受能量以引起躍遷。吸熱觸媒反應可為自諸如原子或離子之物質電離一或多個電子(例如對於Li→Li 2+，m=3)且可進一步包含鍵裂解與自一或多種初始鍵搭配物電離一或多個電子的協同反應(例如對於NaH→Na 2++H，m=2)。He +因其以54.417eV(為2．27.2eV)電離而滿足觸媒準則一焓變等於27.2eV之整數倍的化學或物理過程。整數數目之氫原子亦可充當27.2eV焓之整數倍的觸媒。氫原子H(1/p)p=1,2,3,...137可經歷由方程(1)及(3)給出之向較低能態之進一步躍遷，其中一個原子之躍遷係由一或多個以諧振及非輻射方式接受m．27.2eV且伴隨位能對換之其他H原子所催化。關於由m．27.2eV諧振轉移至H(1/p')所誘導的H(1/p)躍遷至H(1/(m+p))的一般總方程係由以下表示：H(1/p')+H(1/p)→H+H(1/(m+p))+[2pm+m 2-p' 2+1]．13.6eV (10)。
氫原子可充當觸媒，其中對於一、二及三個原子分別為m=1、m=2及m=3，從而用作另一者之觸媒。當極快H與分子碰撞形成2H時，二原子觸媒2H之速率可能較高，其中兩個原子自碰撞搭配物之第三氫原子以諧振及非輻射方式接受54.4eV。藉由同一機制，兩個熱H2之碰撞提供3H以充當第四者之具有3.27.2eV之觸媒。與預測一致，觀察到在22.8nm及10.1nm下之EUV連續譜、意外的(>100eV)巴爾麥α線變寬、高度激發之H狀態、產物氣體H 2 (1/4)，及較大能量釋 放。
H(1/4)基於其多極性及其形成之選擇規則而為較佳的低能量氫狀態。因此，在形成H(1/3)之情況下，躍遷至H(1/4)可根據方程(10)由H催化而快速發生。類似地，H(1/4)為大於或等於81.6eV之觸媒能量(對應於方程(5)中m=3)的較佳狀態。在此情況下，向觸媒之能量轉移包含形成方程(7)之H*(1/4)中間物的81.6eV以及來自中間物衰變之27.2eV之整數。舉例而言，焓為108.8eV之觸媒可藉由接受81.6eV以及來自H*(1/4)衰變能量122.4eV之27.2eV來形成H*(1/4)。剩餘衰變能量95.2eV釋放至環境中以形成較佳狀態H(1/4)，其接著反應形成H2(1/4)。
適合觸媒因此可提供m．27.2eV之正的淨反應焓。亦即，觸媒以諧振方式自氫原子接受非輻射性能量轉移且將能量釋放至環境中以實現向分數量子能階之電子躍遷。由於非輻射性能量轉移，故氫原子變得不穩定且進一步發射能量，直至其達到具有方程(1)及(3)得出之主能階之較低能量非輻射性狀態為止。因此，該催化自氫原子釋放能量且氫原子尺寸相稱減小r n =na H ，其中n係由方程(3)得出。舉例而言，催化H(n=1)成為H(n=1/4)釋放204eV，且氫半徑自a H 減小至 。
觸媒產物H(1/p)亦可與電子反應形成低能量氫氫化物離子H -(1/p)，或兩個H(1/p)可反應形成相應分子低能量氫H 2 (1/p)。具體言之，觸媒產物H(1/p)亦可與電子反應形成結合能為E B 之新的氫化物離子H -(1/p)：
其中p=>1之整數，s=1/2，ħ為普朗克常數棒(Planck's constant bar)，μ o 為真空磁導率(permeability of vacuum)，m e 為電子質量，μ e 為 得出之還原之電子質量，其中m p 為質子質量，a o 為波爾半 徑，且離子半徑為。根據方程(11)，氫化物離子之電離 能計算值為0.75418eV，且實驗值為6082.99±0.15cm -1(0.75418eV)。低能量氫氫化物離子之結合能可由X射線光電子能譜(XPS)量測。
高磁場偏移之NMR峰為存在半徑相對於普通氫化物離子減小且質子之反磁屏蔽增大之較低能態氫的直接證據。位移係由兩個電子之反磁性與具有量值p之光子場的貢獻總和得到(Mills GUTCP方程(7.87))：
其中第一項適用於p=1之H -且對於H -(1/p)為p=>1之整數，且α為精細結構常數。預測的低能量氫氫化物離子峰相對於普通氫化物離子存在明顯高磁場偏移。在一個實施例中，該等峰為TMS之高磁場。相對於TMS之NMR位移可大於已知的單獨普通H-、H、H2或H+或包含其之化合物中至少一者之NMR位移。該位移可大於0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40ppm中至少一者。相對於裸質子之絕對位移範圍(其中TMS相對於裸質子之位移為約-31.5)可為-(p29.9+p22.74)ppm(方程(12))之±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm及±100ppm中大約至少一者的範圍內。相對於裸質子之絕對位移範圍可為-(p29.9+p21.59×10-3)ppm(方程(12))之約0.1% 至99%、1%至50%及1%至10%中大約至少一者之範圍內。在另一實施例中，固體基質(諸如氫氧化物基質，諸如NaOH或KOH)中低能量氫物質(諸如低能量氫原子、氫化物離子或分子)之存在引起基質質子向高磁場偏移。基質質子(諸如NaOH或KOH之質子)可交換。在一個實施例中，位移可使基質峰相對於TMS在約-0.1至-5ppm範圍內。NMR測定可包含魔角自旋1 H核磁共振光譜(MAS 1 H NMR)。
H(1/p)可與質子反應且兩個H(1/p)可反應分別形成H 2(1/p)+及H 2(1/p)。氫分子離子及分子電荷以及電流密度函數、鍵長及能量係在具有非輻射約束之橢球座標中自拉普拉斯算符(Laplacian)求解。
在長球體分子軌域之每一焦點處具有+pe之中心場的氫分子離子之總能量E T 為
其中p為整數，c為真空中之光速，且μ為減小之核質量。在長球體分子軌域之每一焦點處具有+pe之中心場的氫分子離子之總能量為
氫分子H 2(1/p)之鍵解離能E D 為相應氫原子之總能量與E T 之間的差E D =E(2H(1/p))-E T (16)
其中E(2H(1/p))=-p 227.20eV (17)
E D 係由方程(16-17)及(15)得到：E D =-p 227.20eV-E T =-p 227.20eV-(-p 231.351eV-p 30.326469eV)=p 24.151eV+p 30.326469eV (18)
H 2(1/p)可由X射線光電子能譜(XPS)鑑別，其中除電離之電子外之電離產物可為諸如以下之至少一種可能：包含兩個質子及一個電子之電離產物、H原子、低能量氫原子、分子離子、氫分子離子及H 2(1/p)，其中能量可因該基質而偏移。
催化產物氣體之NMR提供了有關H 2(1/p)之理論預測化學位移之確定性測試。一般而言，歸因於橢圓座標中之分數半徑，其中電子明顯接近核，故預測H 2(1/p)之1 H NMR諧振係相對於H 2之諧振為高磁 場。H 2(1/p)之預測位移系由兩個電子之反磁性與具有量值p之光 子場的貢獻總和得到(Mills GUTCP方程(11.415-11.416))：
其中第一項適用於p=1之H 2 且對於H 2 (1/p)，p=>1之整數。實驗絕對H 2 氣相諧振位移-28.0ppm係與預測之絕對氣相位移-28.01ppm(方程式(20))優良地一致。預測的分子低能量氫峰相對於普通H2存在明顯高磁場偏移。在一個實施例中，該等峰為TMS之高磁場。相對於TMS之NMR位移可大於已知的單獨普通H-、H、H2或H+或包含其之化合物中至少一者之NMR位移。該位移可大於0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40ppm中至少一者。相對於裸質子之絕對位移範圍(其中TMS相對於裸質子之位移為約-31.5ppm)可為-(p28.01+p22.56)ppm(方程(20))之±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm及±100ppm中大約至少一者的範圍內。相對於裸質子之絕對位移範圍可為-(p28.01+p21.49×10-3)ppm(方程(20))之約0.1%至99%、1%至50%及1%至10%中大約至少一者之範圍內。
氫型分子H 2 (1/p)之v=0至v=1躍遷的振動能E vib 為E vib =p 20.515902eV (21)
其中p為整數。
氫型分子H 2(1/p)之J至J+1躍遷的旋轉能E rot 為
其中p為整數且I為慣性矩。對於氣體中且捕集在固體基質中的電子束激發之分子觀察到H 2(1/4)之轉振發射。
旋轉能之p 2依賴性係由核間距離之逆p依賴性及對慣性矩I之相應影響引起。H 2(1/p)之預測核間距離2c'為
H2(1/p)之旋轉能及振動能中之至少一者可由電子束激發發射光譜、拉曼光譜(Raman spectroscopy)及傅里葉變換紅外(Fourier transform infrared，FTIR)光譜中之至少一者來量測。H2(1/p)可捕集於基質中以便量測，諸如捕集於MOH、MX及M2CO3(M=鹼金屬；X=鹵離子)基質中之至少一者中。
I.觸媒
He+、Ar+、Sr+、Li、K、NaH、nH(n=整數)及H2O因為其滿足觸媒準則一焓變等於原子氫位能27.2eV之整數倍的化學或物理過程，所以預測可充當觸媒。具體言之，藉由以下方式提供催化系統：將t個電子自原子各自電離至連續能階，使得t個電子之電離能總和為約m．27.2eV，其中m為整數。此外，可發生其他催化躍遷，諸如在首先形 成H(1/2)之情況下：等。一旦催化開始，低能量氫 即在稱為歧化之過程中進一步自催化，其中H或H(1/p)充當另一H或H(1/p')(p可等於p')之觸媒。
氫及低能量氫可充當觸媒。氫原子H(1/p)p=1,2,3,...137可經歷由方程(1)及(3)給出之向較低能態之躍遷，其中一個原子之躍遷係由以諧振及非輻射方式接受m．27.2eV且伴隨位能對換之第二原子所催化。關於由m．27.2eV諧振轉移至H(1/p')所誘導的H(1/p)躍遷至H(1/(m+p))的一般總方程係由方程(10)表示。因此，氫原子可充當觸媒，其中對於一、二及三個原子分別為m=1、m=2及m=3，從而用作另一者之觸媒。兩原子或三原子觸媒情形之速率只有在H密度較高時才可觀測到。但是，高H密度係不常見的。容許2H或3H充當第三或第四能量受體之高氫原子濃度可在若干情況下達成，諸如太陽及星星之表面上(歸因於溫度及重力驅動之密度)、在支撐多個單層之金屬 表面上，及在高度解離之電漿，尤其是捏縮氫電漿中。此外，當兩個H原子之產生伴隨熱H與H 2之碰撞時，易於達成三體H相互作用。此事件常常在具有一大群極快H之電漿中發生。此係由不常見之原子H發射強度證實。在該等情況下，能量可自一個氫原子轉移至經由多極耦接而在足夠接近範圍內(通常為數埃)的兩個其他原子。接著，三個氫原子之間之反應係由以下給出，其中兩個原子以諧振及非輻射性方式自第三氫原子接受54.4eV，使得2H充當觸媒：
且總反應為
其中具有氫原子半徑及等於質子之3倍的中心場且 係半徑為H之1/3的相應穩定態。當電子經歷自氫原子半徑至1/3此距離之半徑的徑向加速時，能量以特徵光發射或第三體動能之形式釋放。
在涉及直接躍遷至狀態之另一H原子觸媒反應中，兩個熱H 2 分子碰撞且解離，使得三個H原子充當第四個之具有3．27.2eV之觸媒。接著，四個氫原子之間之反應係由以下給出，其中三個原子以諧振及非輻射性方式自第四氫原子接受81.6eV，使得3H充當觸媒：
且總反應為
預測由方程(28)之中間物引起之極紫外連續輻射帶可在 122.4eV(10.1nm)處具有較短波長截止點且延伸至較長波長。此連續 譜帶係由實驗確定。一般而言，由接受m．27.2eV引起之H至 躍遷產生這樣一種連續譜帶，其具有較短波長截止點及以下得出之能 量
且延伸至比對應截止點長的波長。在星際介質、太陽與白矮星中，以實驗觀察到10.1nm、22.8nm及91.2nm連續譜之氫發射系列。
H2O之位能為81.6eV(方程(43))[Mills GUT]。接著，根據相同機制，新生H2O分子(固態、液態或氣態中無氫鍵)可充當觸媒(方程(44-47))。關於理論預測之H至較低能量(所謂「低能量氫」狀態)之躍遷所觀察到的在10.1nm處之連續輻射帶及進入較長波長僅由最先在BlackLight Power,Inc.(BLP)且在哈佛天體物理中心(Harvard Center for Astrophysics，CfA)再現之脈衝捏縮氫放電引起。所觀察到的匹配預測之H至低能量氫狀態之躍遷的在10至30nm區域中之連續輻射僅由在熱力學上有利於經歷H還原形成HOH觸媒之金屬氧化物存在下脈衝捏縮氫放電引起；而不利的該等金屬氧化物不顯示任何連續譜，即使所測試之低熔點金屬極其有利於以更有效之電漿來源形成具有強短波長連續譜之金屬離子電漿。
或者，諧振動能轉移以形成快H之發生可與對應於高動能H之意外巴爾麥α線加寬之觀察結果相符。能量轉移至兩個H亦引起觸媒激發態之抽汲，且如由例示性方程(24)、(28)及(47)及由諧振動能轉移 所給出的，直接產生快H。
II.低能量氫
具有以下得出之結合能的氫原子
其中p為大於1之整數，較佳為2至137；係本發明之H催化反應之產物。原子、離子或分子之結合能(又稱為電離能)為自該原子、離子或分子移除一個電子所需之能量。具有方程(34)中得出之結合能的氫 原子在下文中稱為「低能量氫原子」或「低能量氫」。具有半徑之 低能量氫(其中a H 為普通氫原子之半徑且p為整數)的名稱為。具 有半徑a H 之氫原子在下文中稱為「普通氫原子」或「標準氫原子」。普通原子氫之特徵在於，其結合能為13.6eV。
低能量氫係由普通氫原子與具有以下淨反應焓之適合觸媒反應而形成：m．27.2eV (35)
其中m為整數。咸信當淨反應焓與m．27.2eV較為緊密地匹配時催化速率增大。已發現淨反應焓在m．27.2eV之±10%、較佳±5%內之觸媒適用於大多數應用。
該催化反應自氫原子釋放能量且氫原子尺寸相稱減小r n =na H 。 舉例而言，催化H(n=1)成為H(n=1/2)釋放40.8eV，且氫半徑自a H 減 小至。催化系統係藉由以下方式提供：將t個電子自原子各自電離 至連續能階，使得t個電子之電離能總和為約m．27.2eV，其中m為整數。作為電源，在催化期間放出之能量比觸媒失去之能量大得多。所釋放之能量比習知化學反應大。舉例而言，當氫氣及氧氣燃燒形成水時
已知形成水之焓為△H f =-286kJ/mol或每個氫原子1.48eV。相比之下，每個(n=1)經歷催化之普通氫原子淨釋放40.8eV。此外，亦可 發生其他催化躍遷：等。一旦催化開始，低能量氫 即在稱為歧化反應之過程中進一步自催化。該機制類似於無機離子催化之機制。但是，低能量氫催化之反應速率因焓與m．27.2eV更相配而高於無機離子觸媒。
III.低能量氫觸媒及低能量氫產物
表1中給出了能夠提供約m．27.2eV(其中m為整數)之淨反應焓以產生低能量氫之氫觸媒(其中自一個原子或離子電離出t個電子)。第一行中給出之原子或離子經電離以提供第十行中給出之m．27.2eV之淨反應焓，其中m於第十一行中給出。參與電離之電子係與電離電位(又稱電離能或結合能)一起給出。原子或離子之第n個電子的電離電位係由IP n 指定且由CRC給出。亦即，例如Li+5.39172eV→Li ++e -且Li ++75.6402eV→Li 2++e -。第一電離電位IP 1=5.39172eV，及第二電離電位IP 2=75.6402eV係分別在第二行及第三行中給出。Li雙電離之淨反應焓為81.0319eV，於第十行中給出，且方程(5)中m=3係於第十一行中給出。
本發明之低能量氫氫化物離子可由電子來源與低能量氫，即結 合能為約(其中，且p為大於1之整數)之氫原子反應而形 成。低能量氫氫化物離子係由H - (n=1/p)或H -(1/p)表示：
低能量氫氫化物離子不同於包含普通氫核及兩個電子且結合能為約0.8eV之普通氫化物離子。後者在下文中稱為「普通氫化物離子」或「標準氫化物離子」。低能量氫氫化物離子包含包括氕、氘或氚在內之氫核，以及具有根據方程(39)及(40)之結合能的兩個無法區分之電子。
低能量氫氫化物離子之結合能可由下式表示：
其中p為大於1之整數，s=1/2，π為pi，ħ為普朗克常數棒，μ o 為 真空磁導率，m e 為電子質量，μ e 為得出之還原之電子質 量，其中m p 為質子質量，a H 為氫原子半徑，a o 為波爾半徑，且e為元電荷。半徑係由以下得出
表2中顯示了低能量氫氫化物離子H -(n=1/p)隨p而變化的結合能，其中p為整數。
根據本發明，提供之低能量氫氫化物離子(H-)具有根據方程(39)及(40)之結合能，對於p=2至23，該結合能大於普通氫化物離子(約0.75eV)之結合能且對於p=24(H-)則小於普通氫化物離子之結合能。對於方程(39)及(40)中之p=2至p=24，氫化物離子結合能分別為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及0.69eV。本文亦提供包含新穎氫化物離子之例示性組合物。
亦提供包含一或多個低能量氫氫化物離子及一或多種其他元素之例示性化合物。此類化合物稱為「低能量氫氫化物離子化合物」。
普通氫物質之特徵在於以下結合能(a)氫化物離子，0.754eV(「普通氫化物離子」)；(b)氫原子(「普通氫原子」)，13.6eV；(c)雙原子氫分子，15.3eV(「普通氫分子」)；(d)氫分子離子，16.3eV(「普通氫分子離子」)；及(e)，22.6eV(「普通三氫分子離子」)。在本文中，提及氫形式時，「標準」與「普通」同義。
根據本發明之另一實施例，提供一種化合物，其包含至少一種 結合能增加的氫物質，諸如(a)結合能為約，諸如在之約 0.9至1.1倍之範圍內的氫原子，其中p為2至137之整數；(b)結合能為 約，諸如在該結合能 之約0.9至1.1倍之範圍內的氫化物離子(H -)，其中p為2至24之整數； (c)(1/p)；(d)結合能為約，諸如在之約0.9至1.1倍之範 圍內的三低能量氫分子離子(1/p)，其中p為2至137之整數；(e)結合 能為約，諸如在之約0.9至1.1倍之範圍內的二低能量 氫，其中p為2至137之整數；(f)結合能為約，諸如在之 約0.9至1.1倍之範圍內的二低能量氫分子離子，其中p為整數，較佳為2至137之整數。
根據本發明之另一實施例，提供一種化合物，其包含至少一種結合能增加之氫物質，諸如(a)總能量為約
諸如在該總能量E t 之約0.9至1.1倍範圍內的二低能量氫分子離 子，其中p為整數，ħ為普朗克常數棒，m e 為電子質量，c為真空中光速，且μ為還原核質量；及(b)總能量為約
諸如在E T 之約0.9至1.1倍之範圍內的二低能量氫分子，其中p為整數且a o 為波爾半徑。
根據化合物包含帶負電之結合能增加之氫物質的本發明之一個實施例，該化合物進一步包含一或多個陽離子，諸如質子，普通，或普通。
本文提供一種用於製備包含至少一個低能量氫氫化物離子之化合物的方法。此類化合物在下文中稱為「低能量氫氫化物化合物」。 該方法包含使原子氫與淨反應焓為約(其中m為大於1之整數， 較佳為小於400之整數)之觸媒反應，以產生結合能為約的結合 能增加之氫原子，其中p為整數，較佳為2至137之整數。另一催化產物為能量。該結合能增加之氫原子可與電子來源反應以產生結合能增加之氫化物離子。該結合能增加之氫化物離子可與一或多個陽離子反應以產生包含至少一種結合能增加之氫化物離子之化合物。
新穎氫物質組合物可包含：(a)至少一種具有以下結合能之中性、帶正電或帶負電之氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」) (i)大於相應普通氫物質之結合能，或(ii)大於任何氫物質在相應普通氫物質因為在環境條件(標準溫度及壓力，STP)下普通氫物質之結合能小於熱能或為負值而不穩定或觀察不到時之結合能；及(b)至少一種其他元素。本發明之化合物在下文中稱作「結合能增加之氫化合物」。
在此上下文中「其他元素」意謂除結合能增加之氫物質外的元素。因此，其他元素可為普通氫物質，或除氫以外之任何元素。在一組化合物中，該其他元素及結合能增加之氫物質為中性的。在另一組化合物中，該其他元素及結合能增加之氫物質為帶電的，使得該其他元素提供平衡電荷以形成中性化合物。前一組化合物之特徵在於分子及配位鍵；後一組之特徵在於離子鍵。
亦提供包含以下之新穎化合物及分子離子：(a)至少一種具有以下總能量之中性、帶正電或帶負電的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)，(i)大於相應普通氫物質之總能量，或(ii)大於任何氫物質在相應普通氫物質因為在環境條件下普通氫物質之總能量小於熱能或為負值而不穩定或觀察不到時之總能量；及(b)至少一種其他元素。
氫物質總能量為自氫物質移除所有電子之能量總和。根據本發明之氫物質的總能量大於相應普通氫物質之總能量。根據本發明的具有增加之總能量之氫物質亦稱作「結合能增加之氫物質」，即使具有增加之總能量之氫物質的一些實施例可能具有小於相應普通氫物質之第一電子結合能的第一電子結合能。舉例而言，p=24之方程(39)及(40)之氫化物離子的第一結合能小於普通氫化物離子之第一結合能， 而p=24之方程(39)及(40)之氫化物離子的總能量比相應普通氫化物離子之總能量大得多。
本文亦提供包含以下之新穎化合物及分子離子：(a)複數種具有以下結合能之中性、帶正電或帶負電的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)，(i)大於相應普通氫物質之結合能，或(ii)大於任何氫物質在相應普通氫物質因為在環境條件下普通氫物質之結合能小於熱能或為負值而不穩定或觀察不到時之結合能；及(b)視情況選用之一種其他元素。本發明之化合物在下文中稱作「結合能增加之氫化合物」。
結合能增加之氫物質可藉由使一或多個低能量氫原子與電子、低能量氫原子、含有該等結合能增加之氫物質中至少一者之化合物及至少一種除結合能增加之氫物質外之其他原子、分子或離子中的一或多者反應來形成。
亦提供包含以下之新穎化合物及分子離子：(a)複數種具有以下總能量之中性、帶正電或帶負電的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)，(i)大於普通分子氫之總能量，或(ii)大於任何氫物質在相應普通氫物質因為在環境條件下普通氫物質之總能量小於熱能或為負而不穩定或觀察不到時之總能量；及(b)視情況選用之一種其他元素。本發明之化合物在下文中稱作「結合能增加之氫化合物」。
在一個實施例中，提供一種化合物，其包含至少一種選自以下的結合能增加之氫物質：(a)根據方程(39)及(40)之結合能對於p=2直至23大於且對於p=24小於普通氫化物離子之結合(約0.8eV)的氫化物 離子(「結合能增加之氫化物離子」或「低能量氫氫化物離子」)；(b)結合能大於普通氫原子之結合能(約13.6eV)之氫原子(「結合能增加之氫原子」或「低能量氫」)；(c)第一結合能大於約15.3eV之氫分子(「結合能增加之氫分子」或「二低能量氫」)；及(d)結合能大於約16.3eV之分子氫離子(「結合能增加之分子氫離子」或「二低能量氫分子離子」)。在本發明中，結合能增加之氫物質及化合物亦稱為較低能量之氫物質及化合物。低能量氫包含結合能增加之氫物質或等同地較低能量氫物質。
IV.其他MH型觸媒及反應
一般而言，表3A中給出了藉由以下方式提供之產生低能量氫的MH型氫觸媒：M-H鍵斷裂加上t個電子自原子M各自電離至連續能階，使得t個電子之鍵能與電離能之總和為約m．27.2eV，其中m為整數。每一MH觸媒係在第一行給出且相應M-H鍵能係在第二行給出。第一行中給出的MH物質之原子M經電離以提供m．27.2eV之淨反應焓，且在第二行添加鍵能。觸媒之焓係在第八行中給出，其中m在第九行給出。參與電離之電子係與電離電位(又稱電離能或結合能)一起給出。舉例而言，NaH之鍵能1.9245eV係在第二行給出。原子或離子之第n個電子的電離電位係由IP n 指定且由CRC給出。亦即，例如Na+5.13908eV→Na ++e -且Na ++47.2864eV→Na 2++e -。第一電離電位IP 1=5.13908eV，及第二電離電位IP 2 =47.2864eV係分別在第二行及第三行中給出。NaH鍵斷裂及Na雙電離之淨反應焓為54.35eV，於第八行中給出，且方程(35)中m=2於第九行中給出。BaH鍵能為1.98991eV且IP1、IP2及IP3分別為5.2117eV、10.00390eV及37.3eV。BaH鍵斷裂及Ba三電離之淨反應焓為54.5eV，於第八行中給出，且方程(35)中m=2於第九行中給出。SrH鍵能為1.70eV且IP1、IP2、IP3、IP4及IP5分別為5.69484eV、11.03013eV、42.89eV、57eV及71.6eV。SrH 鍵斷裂及Sr電離得到Sr5+之淨反應焓為190eV，於第八行中給出，且方程(35)中m=7於第九行中給出。
在其他實施例中，表3B中給出了藉由以下提供之產生低能量氫之MH-型氫觸媒：將電子轉移至受體A、M-H鍵斷裂加上t個電子自原子M各自電離至連續能階，使得包含MH與A之電子親和力(EA)差異之電子轉移能量、M-H鍵能及t個電子自M電離之電離能的總和為約m．27.2eV，其中m為整數。每一MH-觸媒、受體A、MH之電子親和力、A之電子親和力及M-H鍵能分別在第一、第二、第三及第四行中給出。參與電離的MH之相應原子M之電子係與電離電位(亦稱為電離能 或結合能)一起在隨後各行中給出且觸媒之焓及相應整數m係在最後一行給出。舉例而言，OH及H之電子親和力分別為1.82765eV及0.7542eV，使得電子轉移能量為1.07345eV，如第五行中給出。OH鍵能為4.4556eV，於第六行給出。原子或離子之第n個電子之電離電位係由IP n 指定。亦即，例如O+13.61806eV→O ++e -且O++35.11730eV→O 2++e -。第一電離電位IP 1=13.61806eV，及第二電離電位IP 2=35.11730eV係分別在第七行及第八行中給出。電子轉移反應、OH鍵斷裂及O雙電離之淨焓為54.27eV，於第十一行給出，且方程(35)中m=2於第十二行中給出。在其他實施例中，藉由以下提供使H形成低能量氫之觸媒：使負離子電離，使得其EA加上一或多個電子之電離能的總和為約m．27.2eV，其中m為整數。或者，可將負離子之第一電子轉移至受體，隨後再電離至少一個電子，使得電子轉移能量加上一或多個電子之電離能的總和為約m．27.2eV，其中m為整數。電子受體可為H。
在其他實施例中，藉由以下提供產生低能量氫之MH+型氫觸媒：自可帶負電之供體A轉移電子、M-H鍵斷裂及t個電子自原子M各自電離至連續能階，使得包含MH與A之電離能差異之電子轉移能量、M-H鍵能及t個電子自M電離之電離能的總和為約m．27.2eV，其中m為整數。
在一個實施例中，觸媒包含能夠接受m．27.2eV (m=1,2,3,4,....(方程(5)))之能量的處於基態或激發態之任何物質，諸如原子、帶正電或帶負電之離子、帶正電或帶負電之分子離子、分子、準分子、化合物或其任何組合。咸信當淨反應焓與m．27.2eV較為緊密地匹配時催化速率增大。已發現淨反應焓在m．27.2eV之±10%、較佳±5%內之觸媒適用於大多數應用。在將低能量氫原子催化至較低能態之情況下，以與低能量氫原子之位能相同的因子對m．27.2eV(方程(5))之反應焓作相對論性校正。在一個實施例中，觸媒以諧振及無輻射之方式自原子氫接受能量。在一個實施例中，所接受之能量使觸媒之位能量值降低約自原子氫轉移之量。由於最初束縛電子之動能守恆，故可產生高能離子或電子。至少一個原子H充當至少另一原子H之觸媒，其中受體之27.2eV位能經由自經催化之供體H原子轉移27.2eV而消除。受體觸媒H之動能可作為快速質子或電子而得以保存。另外，在催化之H中形成之中間態(方程(7))隨連續能量以輻射或第三體中誘導之動能形式發射而衰減。此等能量釋放可在本發明之CIHT電池中產生電流流動。
在一個實施例中，分子或者帶正電或帶負電之分子離子中之至少一者充當自原子H接受約m27.2eV之觸媒，且該分子或者帶正電或帶負電之分子離子的位能量值減少約m27.2eV。舉例而言，Mills GUTCP中得出之H2O之位能為
自原子H接受m．27.2eV且分子位能量值降低相同能量之分子可充當觸媒。舉例而言，有關H2O之位能之催化反應(m=3)為
且總反應為
其中具有氫原子半徑及等於質子之4倍的中心場且 係半徑為H之1/4的相應穩定態。當電子經歷自氫原子半徑至1/4此距離之半徑的徑向加速時，能量以特徵光發射或第三體動能之形式釋放。基於自0℃冰成為100℃水之汽化作用之熱的10%能量變化，沸水中每個水分子之H鍵平均數目為3.6個。因此，在一個實施例中，必須以化學方式形成呈具有適合活化能之分離之分子形式的H2O以便充當觸媒，從而形成低能量氫。在一個實施例中，H2O觸媒為新生H2O。
在一個實施例中，nH、O、nO、O2、OH及H2O(n=整數)中之至少一者可充當觸媒。作為觸媒的H與OH之產物可為H(1/5)，其中該觸媒之焓為約108.8eV。作為觸媒的H與H2O之反應產物可為H(1/4)。低能量氫產物可進一步反應達到較低狀態。作為觸媒的H(1/4)與H之產物可為H(1/5)，其中該觸媒之焓為約27.2eV。作為觸媒的H(1/4)與OH之產物可為H(1/6)，其中該觸媒之焓為約54.4eV。作為觸媒的H(1/5)與H之產物可為H(1/6)，其中該觸媒之焓為約27.2eV。
另外，OH可充當觸媒，因為OH之位能為
H狀態p=1與p=2之間的能量差為40.8eV。因此，OH可自H接受約40.8eV以充當觸媒，從而形成H(1/2)。
類似於H2O，Mills GUTCP中給出之醯胺官能基NH2之位能為-78.77719eV。根據CRC，由每一相應△H f 計算的NH2形成KNH2之反應的△H為(-128.9-184.9)kJ/mol=-313.8kJ/mol(3.25eV)。根據CRC，由每一相應△H f 計算的NH2形成NaNH2之反應的△H為(-123.8-184.9)kJ/mol=-308.7kJ/mol(3.20eV)。根據CRC，由每一相應△H f 計算的NH2形成LiNH2之反應的△H為(-179.5-184.9)kJ/mol=-364.4kJ/mol(3.78eV)。因此，充當形成低能量氫之H觸媒的鹼金屬胺化物MNH2(M=K、Na、Li)可接受之淨焓分別為約82.03eV、81.98eV及82.56eV(方程(5)中m=3)，對應於醯胺基之位能與自醯胺基形成胺化物之能量的總和。低能量氫產物(諸如分子低能量氫)會引起藉由諸如MAS NMR之方法所觀察到之高磁場基質位移。
類似於H2O，Mills GUTCP中給出之H2S官能基之位能為-72.81eV。該位能之抵消亦會消除與3p殼層雜化相關之能量。該雜化能量7.49eV係由氫化物軌道半徑與初始原子軌道半徑之比率乘以殼層總能量而得出。另外，因形成兩個1.10eV之S-H鍵所致的S3p殼層之能量變化納入觸媒能量中。因此，H2S觸媒之淨焓為81.40eV(方程(5)中m=3)。H2S觸媒可由MHS(M=鹼金屬)藉由以下反應形成：2MHS至M2S+H2S (49)
該可逆反應可形成呈活性催化狀態之H2S，該狀態為產物H2S之過渡狀態，其可催化H形成低能量氫。反應混合物可包含形成H2S之反應物及原子H之來源。低能量氫產物(諸如分子低能量氫)會引起藉由諸如MAS NMR之方法所觀察到之高磁場基質位移。
此外，原子氧為一種具有兩個半徑相同且均等於原子氫之波爾半徑之不成對電子的特殊原子。當原子H充當觸媒時，接受27.2eV之能量，使得充當另一者之觸媒之每一電離之H的動能為13.6eV。類似地，O之兩個電子各自可在13.6eV動能轉移至O離子下電離，使得OH之O-H鍵斷裂以及隨後兩個外部未配對電子電離之淨焓為80.4eV，在表3中給出。在OH-電離成OH期間，可發生進一步反應得到H(1/4)及O2++2e-之能量匹配，其中釋放之204eV能量貢獻給CIHT電池之電功率。反應如下給出：
且總反應為
其中方程(5)中m=3。動能亦可保存於熱電子中。觀察到在水蒸氣電漿中有H群體反轉證明了此機制。低能量氫產物(諸如分子低能量氫)會引起藉由諸如MAS NMR之方法所觀察到之高磁場基質位移。本發明中給出了鑑別分子低能量氫產物之其他方法，諸如FTIR、拉曼法及XPS。
在氧或含氧化合物參與氧化或還原反應之一個實施例中，O2可充當觸媒或觸媒來源。氧分子之鍵能為5.165eV，且氧原子之第一、第二及第三電離能分別為13.61806eV、35.11730eV及54.9355eV。反應O2→O+O2+、O2→O+O3+及2O→2O+提供的淨焓分別為E h 之約2倍、4倍及1倍，且該等反應包含藉由自H接受該等能量引起低能量氫之形成來形成低能量氫之觸媒反應。
在一個實施例中，分子低能量氫產物係以在約1950cm-1處之反轉拉曼效應(IRE)峰來觀察。該峰藉由使用包含粗糙度特徵或與支持表面增強之拉曼散射(SERS)以顯示IRE峰之拉曼雷射波長相當之粒度的傳導性材料來增強。
V.觸媒誘導之低能量氫躍遷(CIHT)電池
圖1中所示之觸媒誘導之低能量氫躍遷(CIHT)電池400包含具有陰極405之陰極隔室401、具有陽極410之陽極隔室402、視情況存在之鹽橋420及包含至少一個雙極板之反應物。反應物在電池操作期間在各別電子流及離子質量輸送下構成低能量氫反應物以產生電能及熱能 中至少一者。反應物包含至少兩種選自以下之組分：(a)至少一種H2O來源；(b)氧來源；(c)至少一種觸媒來源或觸媒，其包含選自以下之群之至少一者：nH、O、O2、OH、OH-及新生H2O，其中n為整數；及(d)至少一種原子氫來源或原子氫；一或多種用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者的反應物；及一或多種用以起始原子氫之催化之反應物，其中陰極、陽極、反應物與雙極板之組合允許催化原子氫形成低能量氫以進行傳播，由此維持每一陰極與相應陽極之間之化學電位或電壓，從而使外部電流流過負載425，且該系統進一步包含電解系統。在另一實施例中，CIHT電池產生超過經由電極405及410施加之電解功率之電功率及熱功率的電功率及熱功率增益中之至少一者。在一個實施例中，電化學電力系統包含能夠進行氣體噴灑之多孔電極、氣體擴散電極及氫滲透性陽極中至少一者，其中氧及H2O中至少一者係自來源430經由通道460供應至陰極405且H2係自來源431經由通道461供應至陽極420。
在某些實施例中，產生電能及熱能中至少一者之電化學電力系統包含容器，該容器包含至少一個陰極；至少一個陽極；至少一個雙極板；及反應物，該等反應物包含至少兩種選自以下之組分：(a)至少一種H2O來源；(b)氧來源；(c)至少一種觸媒來源或觸媒，其包含選自以下之群之至少一者：nH、O、O2、OH、OH-及新生H2O，其中n為整數；及(d)至少一種原子氫來源或原子氫；一或多種用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者的反應物；及一或多種用以起始原子氫之催化之反應物，該電化學電力系統進一步包含電解系統及陽極再生系統。
在其他實施例中，產生電壓以及電能及熱能中至少一者之電化學電力系統包含容器，該容器包含至少一個陰極；至少一個陽極；至少一個雙極板；及反應物，該等反應物包含至少兩種選自以下之組 分：(a)至少一種H2O來源；(b)氧來源；(c)至少一種觸媒來源或觸媒，其包含選自以下之群之至少一者：nH、O、O2、OH、OH-及新生H2O，其中n為整數；及(d)至少一種原子氫來源或原子氫；一或多種用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者的反應物；及一或多種用以起始原子氫之催化之反應物。
在一個實施例中，至少一種反應物係在電池操作期間在各別電子流及離子質量輸送存在下形成。在一個實施例中，陰極、陽極、反應物與雙極板之組合允許催化原子氫形成低能量氫以進行傳播，由此維持每一陰極與相應陽極之間之化學電位或電壓。此外，該系統可進一步包含電解系統(若尚未存在的話)。在一個實施例中，電化學電力系統包含多孔電極、氣體擴散電極及氫滲透性陽極中至少一者，其中氧及H2O中至少一者被供應至該陰極且H2供應至該陽極。電化學電力系統可包含氫化陽極及封閉之氫儲集器中至少一者，該氫儲集器具有至少一個包含氫滲透性陽極之表面。電化學電力系統可包括包含背對背氫滲透性陽極及相對陰極之電池之堆疊單元，該等電池係以串聯及並聯中至少一種方式電連接。在一個實施例中，電化學電力系統進一步包含至少一個氣體供應系統，其各自包含歧管、氣體管線及連接至該電極之氣體通道。在一個實施例中，該陽極包含Mo，其在充電階段期間自電解質反應物執行以下再生反應步驟而再生：MoO3+3MgBr2至2MoBr3+3MgO(-54kJ/mol(298K)-46(600K))
MoBr3至Mo+3/2Br2(284kJ/mol 0.95V/3個電子)
MoBr3+Ni至MoNi+3/2Br2(283kJ/mol 0.95V/3個電子)
MgO+Br2+H2至MgBr2+H2O(-208kJ/mol(298K)-194kJ/mol(600K))。在一個實施例中，該陽極包含Mo，其在該充電階段期間由電解質反應物再生，該等電解質反應物包含MoO2、MoO3、Li2O及Li2MoO4中至少一者。
本發明之電化學電力系統可包含封閉之氫儲集器，其具有至少一個包含氫滲透性陽極之表面。本發明之電化學電力系統可包括組成電池之堆疊單元之背對背氫滲透性陽極及相對陰極，該等電池係以串聯及並聯中至少一種方式電連接。在一個實施例中，電化學電力系統陰極包含以下至少一者：毛細管系統及周圍有穿孔之徑向氣體通道、多孔電極及將H2O及O2中至少一者朝向電池相對於外周之中心輸送之多孔層。氫滲透性陽極可包含以下至少一者：Mo、Mo合金、MoNi、MoCu、TZM、HAYNES® 242®合金、Ni、Co、Ni合金、NiCo，及其他過渡金屬及內過渡金屬及合金，以及CuCo。在實施例中，膜厚度係在至少一個選自以下之範圍內：約0.0001cm至0.25cm、0.001cm至0.1cm及0.005cm至0.05cm。供應至滲透性或氣體噴灑陽極之氫氣壓力可維持在以下至少一者之範圍內：約1托(Torr)至500atm、10托至100atm及100托至5atm，且氫氣滲透或噴灑速率可在以下至少一者之範圍內：約1×10-13mol s-1 cm-2至1×10-4mol s-1 cm-2、1×10-12mol s-1 cm-2至1×10-5mol s-1 cm-2、1×10-11mol s-1 cm-2至1×10-6mol s-1 cm-2、1×10-10mol s-1 cm-2至1×10-7mol s-1 cm-2及1×10-9mol s-1 cm-2至1×10-8mol s-1 cm-2。在一個實施例中，氫滲透性陽極包含塗有有效促進原子氫催化形成低能量氫之材料的高度滲透性膜。氫滲透性陽極之塗佈材料可包含以下至少一者：Mo、Mo合金、MoNi、MoCu、MoCo、MoB、MoC、MoSi、MoCuB、MoNiB、MoSiB、Co、CoCu、CoNi及Ni，且H滲透性材料可包含以下至少一者：Ni(H2)、V(H2)、Ti(H2)、Nb(H2)、Pd(H2)、PdAg(H2)、Fe(H2)、Ta(H2)、不鏽鋼(SS)及430SS(H2)。在一個實施例中，該電化學電力系統之電解系統間歇性電解H2O以提供原子氫來源或原子氫且使電池放電以使該循環之淨能量平衡存在增益。
在一個實施例中，該電池之反應物包含至少一種選自以下之電 解質：至少一種熔融氫氧化物；至少一種共熔鹽混合物；熔融氫氧化物與至少一種其他化合物之至少一種混合物；熔融氫氧化物與鹽之至少一種混合物；熔融氫氧化物與鹵化物鹽之至少一種混合物；鹼金屬氫氧化物與鹼金屬鹵化物之至少一種混合物；LiOH-LiBr、LiOH-NaOH、LiOH-LiBr-NaOH、LiOH-LiX-NaOH、LiOH-LiX、NaOH-NaBr、NaOH-NaI、NaOH-NaX及KOH-KX(其中X表示鹵離子)、至少一種基質及至少一種添加劑。添加劑可包含作為至少一種陽極腐蝕產物之共同離子來源的化合物，其中相應的共同離子效應至少部分防止該陽極腐蝕。共同離子來源可防止CoO、NiO及MoO2中至少一者之形成。在一個實施例中，添加劑包含以下至少一者：包含陽極金屬陽離子及陰離子之化合物、氫氧化物、鹵化物、氧化物、硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、鉻酸鹽、過氯酸鹽及過碘酸鹽，以及包含該基質之化合物及氧化物、鈷鎂氧化物、鎳鎂氧化物、銅鎂氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO或Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2及CrO3。在實施例中，維持電解質之熔融狀態及膜之氫可滲透狀態中至少一者的電池溫度係在至少一個選自以下之範圍內：約25℃至2000℃、約100℃至1000℃、約200℃至750℃及約250℃至500℃，高於電解質熔點之電池溫度在以下至少一者之範圍內：高於該熔點約0℃至1500℃、高於該熔點0℃至1000℃、高於該熔點0℃至500℃、高於該熔點0℃至250℃及高於該熔點0℃至100℃。在一個實施例中，電解質為水溶液且呈鹼性，且電解質之pH值及電池電壓中至少一者經控制以實現陽極之穩定性。在間歇電解及放電期間每個電池之電池電壓可維持在高於防止陽極實質上氧化之電位。
在一個實施例中，電池在充電階段與放電階段之間間歇地轉變，其中(i)充電階段至少包含水在具相反電壓極性之電極處電解，且(ii)放電階段至少包含在該等電極之一者或兩者處形成H2O觸媒；其中(i)每一電池之每一電極作為陰極或陽極之作用在充電階段與放電階段之間來回轉變中逆轉，且(ii)電流極性在充電階段與放電階段之間來回轉變中逆轉，且其中充電包含施加外加電流及電壓中之至少一者。在實施例中，外加電流及電壓中之至少一者之波形包含在約0.001%至約95%範圍內之工作循環；在約0.1V至10V範圍內之每一電池之峰值電壓；約0.001W/cm2至1000W/cm2之峰值功率密度，及在約0.0001W/cm2至100W/cm2範圍內之平均功率，其中外加電流及電壓進一步包含直流電壓、直流電流中之至少一者及交流電流及電壓波形中之至少一者，其中波形包含在約1Hz至約1000Hz範圍內之頻率。對於間歇循環之電解及放電階段中之至少一者，間歇循環之波形可包含恆定電流、功率、電壓及電阻以及可變電流、功率、電壓及電阻中之至少一者。在實施例中，有關該循環至少一個階段之參數包含：間歇階段之頻率係在至少一個選自以下之範圍內：約0.001Hz至10MHz、約0.01Hz至100kHz及約0.01Hz至10kHz；每個電池之電壓係在至少一個選自以下之範圍內：約0.1V至100V、約0.3V至5V、約0.5V至2V及約0.5V至1.5V；每單位有效形成低能量氫之電極面積之電流係在至少一個選自以下之範圍內：約1μA cm-2至10A cm-2、約0.1mA cm-2至5A cm-2及約1mA cm-2至1A cm-2；每單位有效形成低能量氫之電極面積之功率係在至少一個選自以下之範圍內：約1μW cm-2至10W cm-2、約0.1mW cm-2至5W cm-2及約1mW cm-2至1W cm-2；每單位有效形成低能量氫之電極面積之恆定電流係在約1μA cm-2至1A cm-2之範圍內；每單位有效形成低能量氫之電極面積之恆定功率係在約1mW cm-2至1W cm-2之範圍內：時間間隔係在至少一個選自以下之範 圍內：約10-4s至10,000s、10-3s至1000s、及10-2s至100s、及10-1s至10s；每個電池之電阻係在至少一個選自以下之範圍內：約1mΩ至100MΩ、約1Ω至1MΩ、及10Ω至1kΩ；每單位有效形成低能量氫之電極面積的適合負載之電導率係在至少一個選自以下之範圍內：約10-5Ω-1 cm-2至1000Ω-1 cm-2、10-4Ω-1 cm-2至100Ω-1 cm-2、10-3Ω-1 cm-2至10Ω-1 cm-2、及10-2Ω-1 cm-2至1Ω-1 cm-2，且放電電流、電壓、功率或時間間隔中之至少一者大於該電解階段以在該循環內產生功率或能量增益中之至少一者。可維持放電期間之電壓超過防止該陽極過度腐蝕之電壓。
在一個實施例中，CIHT電池包含陽極，該陽極包含Mo，諸如Mo、MoPt、MoCu、MoNi、MoC、MoB及MoSi。電解質可包含熔融鹽或鹼性電解質水溶液，諸如氫氧化物或碳酸鹽水溶液。熔融鹽可包含氫氧化物且可進一步包含鹽混合物，諸如共熔鹽混合物或組成近似於共熔鹽混合物之組成的混合物，或使熔點自最高熔點化合物之熔點降低之其他混合物。氫氧化物可包含鹼金屬或鹼土金屬氫氧化物中至少一者。該混合物可包含鹵化物化合物，諸如鹼金屬或鹼土金屬鹵化物。適合的例示性熔融電解質包含LiOH-LiBr混合物。表4中給出了可為熔融混合物之其他適合電解質，諸如熔融共熔混合物。熔融鹽可在約熔點至高於500℃之溫度的溫度範圍內執行。陽極可藉由諸如滲透或噴灑之方法供應H2至表面來進行保護。供應之氫氣之壓力可在約1至100atm範圍內。供應速率可在每平方公分陽極表面0.001nmol至每平方公分陽極表面1,000,000nmol之範圍內。在一個實施例中，壓力控制滲透速率及噴灑速率中至少一者。所選速率應保護陽極免於腐蝕(諸如氧化腐蝕)，同時使相應H2消耗最少，由此可由該電池產生淨電能。
在一個實施例中，氫電極及視情況存在之氧電極係由元件雙極板507替代，如圖2中所示。電池設計可基於平坦的正方形幾何組態，其中該等電池可經堆疊以建立電壓。每一電池可形成包含陽極集電器、多孔陽極、電解質基質、多孔陰極及陰極集電器之重複單元。一個電池可由隔板與下一個隔開，隔板可包含充當氣體隔板與串聯集電器之雙極板。該板可具有交叉流動氣體組態或內部歧管。如圖2中所示，在包含複數個個別CIHT電池之CIHT電池堆疊500中，互連件或雙極板507隔開陽極501與相鄰陰極502。陽極或H2板504可為波形的或包含通道505，該等通道將分配經由具有孔口503之歧管供應之氫氣。具有通道505之板504取代其他實施例之氫滲透性膜或間歇式電解陰極(放電陽極)。該等孔口可自歧管沿著孔口503接收氫氣，該氫氣又由氫來源(諸如槽)供應。板504可進一步理想地均勻分配氫氣以鼓泡或噴灑至發生電化學反應的有效區中。雙極板可進一步在雙極板中包含結構與H2板類似之氧氣板以分配氧氣至有效區，其中氧氣歧管沿著氧氣歧管及孔口506供應來自供應之氧氣。該等波形或帶通道之板係導電的且在有效區中與陽極及陰極集電器連接並維持電接觸。在一個實施例中，所有互連件或雙極板構成允許陽極與陰極氣體分離的氣體分配網路。可藉由在兩個個別板之間壓製瓦形的諸如LiOH-LiBr-Li2AlO3或MgO之電解質/基質之延伸來形成濕封。該等密封可防止反應物氣體洩漏。電解質可包含經壓製之本發明之糰粒。形成電解質糰粒之壓力係在約1至500公噸/平方吋範圍內，該電解質糰粒諸如為包 含氫氧化物(諸如鹼金屬氫氧化物，諸如LiOH)及鹵化物(諸如鹼金屬鹵化物，諸如LiBr)及基質(諸如MgO)之糰粒。堆疊可進一步包含連接桿，其將壓力板固持在堆疊末端以向電池施加壓力，從而維持電解質(諸如糰粒電解質)與電極之間的所需接觸。在電解質或組分(諸如氫氧化物，諸如LiOH)藉由諸如蒸發之方法遷移的一個實施例中，該電解質可經收集且再循環。遷移之物質可收集在諸如收集結構或吸收電解質之芯吸結構之結構中，且再循環可藉由諸如加熱該收集或吸濕結構以使遷移逆轉之方法，以熱方式達成。
CIHT電池系統可包含改進之習知燃料電池，諸如改進之鹼性或熔融碳酸鹽型電池。在一個實施例中，CIHT電池包含雙極板之堆疊，諸如圖2中所示，其中氧及H2O中至少一者供應至陰極且H2供應至陽極。該等氣體可藉由經多孔或擴散電極擴散來提供，且H2亦可藉由經適合氫滲透性電極滲透來提供。氫滲透性電極可包含以下至少一者：Mo、Mo合金(諸如MoNi、MoCu、TZM及HAYNES® 242®合金)、Ni、Co、Ni合金(諸如NiCo)，及其他過渡金屬及內過渡金屬及合金，諸如CuCo。H2之施加量係足以延遲陽極腐蝕，同時維持電功率增益。滲透陽極可在遞增之電流密度下伴隨氫滲透速率之按比例增加來執行。氫滲透速率可藉由以下至少一者控制：增加氫氣對膜之壓力、增加電池溫度、減小膜厚度，及改變膜組成，諸如合金(諸如Mo合金)中金屬之wt%。在一個實施例中，氫解離劑，諸如貴金屬，諸如Pt或Pd，係塗佈於諸如Mo或MoCu陽極之滲透陽極的內部上，以增加原子H之量，從而增加滲透速率。氣體壓力可為維持每一電池之所需功率輸出、H2滲透速率、陽極之H2保護、氧在陰極處之還原速率中至少一者所需的任何壓力。氫氣及氧氣壓力中至少一者可在以下至少一者之範圍內：約0.01atm至1000atm、0.1atm至100atm及1atm至10atm。
在陽極經歷腐蝕之情況下，金屬可由電解質電鍍。Mo腐蝕產物可溶解於電解質中。在一個實施例中，電解質進一步包含再生化合物，其促進來自電解質之Mo腐蝕產物電沈積至陽極且允許熱力學循環再形成再生化合物。該再生化合物可與Mo腐蝕產物反應形成電沈積化合物，該電沈積化合物可溶於電解質中且能夠電鍍至陽極上。該反應可涉及陰離子交換反應，諸如氧化物-鹵化物交換反應，從而另外形成氧化物產物。該電沈積化合物可促進有利於陽極原位再生之熱力學循環。可將氫氣添加至陽極以使該循環在熱力學上為有利的。在一個實施例中，步驟包含(1)腐蝕產物，即陽極金屬之金屬氧化物與電解質之再生化合物反應形成電沈積化合物，該電沈積化合物包含陽極金屬之陽離子及能夠氧化形成氧化劑反應物的相對離子，從而使再生化合物再生。該反應可另外形成氧化物產物。例示性陽極金屬為Mo及Mo合金。例示性再生化合物為MgBr2及MgI2。(2)藉由施加適合電壓及電流，引起陽極金屬之電沈積之陽離子還原且形成氧化物反應物之相對離子氧化；例示性氧化劑反應物為Br2及I2，及(3)至少一種氧化劑反應物與視情況存在之H2(在氧化物產物存在下形成再生化合物熱力學上必需的)及另外地H2O(使反應成為熱力學上有利所需的)的反應。在一個實施例中，所維持的再生化合物(諸如MgBr2及MgI2中至少一者)的濃度範圍為約0.001mol%至50mol%。H2供應速率可在每平方公分陽極表面0.001nmol至每平方公分陽極表面1,000,000nmol之範圍內。
在一個實施例中，熔融電解質，諸如LiOH-LiBr，包含MgBr2作為添加劑以使Mo電沈積至具有Mo陽極之電池的陽極，其中原位再生反應為：MoO3+3MgBr2至2MoBr3+3MgO(-54kJ/mol(298K)-46(600K)) (53)
MoBr3至Mo+3/2Br2(284kJ/mol 0.95V/3個電子) (54)
MoBr3+Ni至MoNi+3/2Br2(283kJ/mol 0.95V/3個電子) (55)
MgO+Br2+H2至MgBr2+H2O(-208kJ/mol(298K)-194kJ/mol(600K))(56)。
在一個實施例中，最大充電電壓高於在Mo上進行電鍍或將其他陽極金屬重新電鍍至陽極上的電壓。該電壓可在以下至少一者之範圍內：約0.4V至10V、0.5V至2V及0.8V至1.3V。該陽極可包含呈合金或金屬混合物形式之Mo，諸如MoPt、MoNi、MoCo及MoCu。合金或混合物可增進Mo之電沈積。在一個實施例中，除來自電解質之OH-的H2外，Mo與H2O反應亦形成H2；因此，充電電壓係以高於主要將來自電解質中之Mo離子之Mo電沈積至陽極上的電壓操作。在一個實施例中，維持連續放電及連續充電之各別長持續時間以使得在放電期間釋放之能量高於充電。充電時間可在以下至少一者之範圍內：約0.1秒至10天、60秒至5天及10分鐘至1天。放電時間比相應充電時間長。在一個實施例中，足夠的陽極金屬(諸如Mo)在充電期間沈積以替代因腐蝕而喪失者，由此維持電極在電極穩定狀態下之恆定Mo含量及電解質中Mo化合物之濃度。
在一個實施例中，熔融電解質，諸如LiOH-LiBr，包含MgI2作為添加劑以使Mo電沈積至具有Mo陽極之電池的陽極，其中原位再生反應為：MoO2+2MgI2至MoI2+I2+2MgO(16kJ/mol(298K)-0.35kJ/mol(600K)) (57)
MoI2至Mo+I2(103kJ/mol 0.515V/2個電子) (58)
MoI2+Ni至MoNi+I2(102kJ/mol 0.515V/2個電子) (59)
MgO+I2+H2至MgI2+H2O(-51kJ/mol(298K)5kJ/mol(600K))(60)。
該陽極可包含呈合金或金屬混合物形式之Mo，諸如MoPt、MoNi、MoCo及MoCu。合金或混合物可增進Mo之電沈積。
在一個實施例中，熔融電解質，諸如LiOH-LiBr，包含MgSO4作為添加劑以使Mo電沈積至具有Mo陽極之電池的陽極。該硫酸鹽與氧化物氧化鉬發生交換反應，形成硫酸鉬，由此容許Mo電沈積於陽極上。
在一個實施例中，熔融電解質，諸如LiOH-LiBr，包含MoS2、MoSe2及Li2MoO4中至少一者作為添加劑以使Mo電沈積至具有Mo陽極之電池的陽極。在一個實施例中，硫化物及硒化物中至少一者與氧化物氧化鉬發生交換反應，形成硫化鉬或硒化鉬，由此容許Mo電沈積於陽極上。為防止硫化物氧化成硫酸鹽或硒化物氧化成硒酸鹽，氧還原陰極可用熔融氫氧化物電解質穩定性陰極代替，該陰極參與涉及不需氧之氫氧化物之氧化-還原反應化學，諸如氧(氫氧)化物陰極，諸如FeOOH或NiOOH陰極。例示性電池為經密封的[Mo/LiOH-LiBr-MoS2/FeOOH]、[Mo/LiOH-LiBr-MoSe2/FeOOH]、[Mo/LiOH-LiBr-MoS2-MoSe2/FeOOH]、[Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoS2/FeOOH]及[Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoSe2-MoS2/FeOOH]，或具有諸如氬氣氛圍之惰性氛圍者。
在另一實施例中，將與陽極金屬氧化物腐蝕產物反應形成可溶電解質中且能夠電沈積至陽極上的化合物添加至電解質中。在具有包含Mo之陽極之電池的一個實施例中，將Li2O添加至LiOH-LiBr電解質中。Li2O與MoO3腐蝕產物反應形成Li2MoO4，其可溶於電解質中且再鍍至陽極上。在一個實施例中，向密封電池供以乾燥氧來源(諸如O2氣體)或乾燥空氣以使得Li2O保持未水合形成LiOH。H2O係在操作期間於電池中形成；因此，維持乾燥O2來源之流動速率以達成電池中允許Li2O可用於反應形成Li2MoO4的H2O之濃度。在一個實施例中，所維持的Li2O濃度係在約0.001mol%至50mol%範圍內。H2O可添加至電池中，藉由冷卻電池至低於H2O與Mo反應之溫度，增加所需H2O 量，且接著再次升高電池溫度，來補足消耗之H2O。例示性電池為[Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4/NiO(O2)]及[Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoS2/NiO(O2)]。
在一個實施例中，電池包括含鎳陽極及熔融電解質(諸如LiOH-LiBr)，及另外地金屬鹵化物電解質添加劑，諸如過渡金屬鹵化物，諸如陽極之鹵化物，諸如鹵化鎳，諸如NiBr2。在一個實施例中，在不添加氧情況下將電池密封。在添加H2O及H2O來源(諸如加熱之儲集器)情況下維持電池。陰極反應可為藉由內部電解反應將H2O還原成氫氧化物及氧。不存在外部額外供應之氧將防止陽極腐蝕。氧陰離子之形成又可能導致形成氧(氫氧)化物以促進低能量氫反應。
考慮到的觸媒形成反應及在放電期間發生之相對半電池反應係由以下給出
陽極：OH -+H 2→H 2 O+e -+H(1/p) (61)
陰極：O 2+2H 2 O+4e -→4OH - (62)
總反應可為2H 2+1/2O 2→H 2 O+2H(1/p) (63)
其中H2O充當觸媒。亦引起H2O電解之例示性帶離子電解質-H2O反應為陽極：
陰極：
陽極：2OH -→H+HOO -+e - (66)
陰極：HOO -+1/2H 2 O+e -→2OH -+1/4O 2 (67)
陽極：3OH -→O 2+H 2 O+H+3e - (68)
陰極：3/4O 2+3/2H 2 O+3e -→3OH - (69)
其中方程(64)、(66)及(68)之氫可反應形成低能量氫：2H→2H(1/4) (70)
總反應為H 2 O→1/2O 2+2H(1/4) (71)
H 2 O→1/2O 2+H 2 (72)
其中方程(64)、(66)及(68)之氫可另外反應形成H2O觸媒，且方程(65)、(67)及(69)之氧可分別根據方程(61)及(62)反應且形成OH-。其他氧物質，諸如氧化物、過氧化物、超氧化物及HOO-以及相應氧化-還原反應可涉及於H2O之自發電解中，以形成H、觸媒及低能量氫中至少一者，同時載運由低能量氫形成所放出之能量而產生的過量電流。在另一實施例中，陽極包含Mo且電解質添加劑包含鹵化鉬。
在一個實施例中，電解質、陽極及陰極中至少一者包含經由金屬氧(氫氧)化物中間物形成HOH觸媒及H之材料及化合物。該電池可包含熔融鹽電解質，諸如LiOH-LiBr；或電解質水溶液，諸如KOH。氫氧化物及氧(氫氧)化物(諸如Ni或Co之氫氧化物及氧(氫氧)化物)在陽極處形成HOH觸媒之例示性反應為Ni(OH)2+OH-至NiOOH+H2O+e- (73)及Ni(OH)2至NiO+H2O (74)。
該或該等反應可至少部分由熱驅動的。在一個實施例中，陽極 之表面維持部分氧化之狀態。該氧化狀態包含羥基、氧羥基及氧化物基團中至少一者。氧化表面之基團可參與形成低能量氫之諸如HOH及原子氫之至少一種觸媒的形成，其中該原子氫可與陽極及電解質中至少一種物質反應形成低能量氫觸媒及低能量氫中至少一者。在一個實施例中，陽極及電解質中至少一者包含支持部分氧化之物質或材料。陽極可包含形成氧化表面之金屬、合金或混合物，其中該氧化表面可能實質上不腐蝕。陽極可包含可逆形成氧化物塗層之以下至少一者：稀有金屬、貴金屬、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Ag、Co、Cu及Ni。其他適合材料為可氧化且氧化形式易於用氫還原之材料。在一個實施例中，將至少一種化合物或物質添加至電解質中以維持陽極之氧化狀態。例示性添加劑為鹼金屬及鹼土金屬鹵化物，諸如LiF及KX(X=F、Cl、Br、I)。在一個實施例中，電池係在使陽極維持適合氧化狀態以傳播低能量氫反應之電壓範圍內操作。該電壓範圍可進一步允許在無顯著陽極腐蝕情況下操作。間歇電解波形可維持適合的電壓範圍。該範圍可為以下至少一者：約0.5V至2V、約0.6V至1.5V、約0.7V至1.2V、約0.75V至1.1V、約0.8V至0.9V及約0.8V至0.85V。在間歇循環之每一充電及放電階段期間的波形可為電壓受限或電壓受控、時間限制受控及電流受控中至少一者。在一個實施例中，在陰極處由氧還原形成之氧離子載運電池之離子電流。氧離子電流經控制以維持所需的陽極氧化狀態。氧離子電流可藉由增加電池電流及藉助諸如增加陰極及陽極氧壓力中至少一者之方法增加氧還原速率中至少一者來增加。可藉由在陰極處使用陰極氧反應觸媒(諸如NiO、鋰化NiO、CoO、Pt及稀土金屬氧化物)增加氧還原速率來增加氧流量，其中氧電流之增加支持了陽極處氧(氫氧)化物之形成。在一個實施例中，CIHT電池溫度經調整以使偏好高溫之低能量氫反應動力學最大化，同時避免偏好低溫之氧(氫氧)化物分解。在一個實施例中，該溫 度係在以下至少一者之範圍內：25℃至1000℃、300℃至800℃及400℃至500℃。
在一個實施例中，間歇或連續放電循環中充電及放電中至少一者之電流密度極高以使低能量氫形成之動力學增加。峰值電流密度可在以下至少一者之範圍內：0.001mA/cm2至100,000A/cm2、0.1mA/cm2至10,000A/cm2、1mA/cm2至1000A/cm2、10mA/cm2至100A/cm2及100mA/cm2至1A/cm2。電池對於該循環之每一階段可在高電流下以短持續時間進行間歇充電及放電，以便維持充電與放電電壓範圍之間的可容許之差異，從而由該電池產生淨電力。時間間隔係在至少一個選自約10-6s至10s及10-3s至1s之範圍內。電流可為AC、DC或AC-DC混合。在包含磁流體動力電漿-電力轉換器之一個實施例中，電流為DC，由此DC磁場係由該電流產生。在一個實施例中，充電及放電電流中至少一者包含AC調變。該AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。該調變之峰值電壓可在至少一個選自以下之範圍內：約0.001V至10V、0.01V至5V、0.1V至3V、0.2V至2V、0.3V至1.5V及0.5V至1V。在一個實施例中，電流脈衝係沿傳輸線傳遞以達成較高電壓或電流中至少一者。在所施加之高電流脈衝為AC之例示性情形中，當電流係在約0A下以其最大速率變化，對應於自樣品抽取電荷之最大能力時，可達成最快速之動力學。可使電極間隔減至最小以降低電池電阻，從而允許高電流密度。間隔距離可藉由監測電流密度、電池電阻、電壓及其他電參數且使用該等值中之一或多者調整間隔來進行動態控制。電極可設計成將電流集中在表面之特定區域處，諸如在尖銳邊緣或點處。在一個實施例中，電極包含立方體或針或者具有尖銳邊緣之其他幾何形狀，以集中電場及電流密度，從而達成高電流密度，諸如約500mA/cm2或更高。
在一個實施例中，陽極包含形成氫化物及氫鍵中至少一者之材料，諸如金屬，諸如以下至少一者：稀有金屬、過渡金屬及內過度金屬。該材料可增加陽極表面上之有效原子氫。表面氫增加可使氫噴灑或滲透速率降低以維持所需低能量氫反應速率及防止陽極腐蝕中至少一者。例示性金屬為Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Co、Cu、Ni、V及Nb以及混合物，其可以任何所需量單獨或以混合物或合金形式存在。該材料(諸如金屬)可充當氫解離劑。原子氫增加可用於提供低能量氫反應速率增加及存在之氫防止腐蝕之有效性增強中至少一者。例示性解離性金屬為Pt、Pd、Ir、Ru、Co、Ni、V及Nb。在一個實施例中，將增加電池電壓之化合物或材料添加至陽極及電解質中至少一者中。該增加可歸因於電極過電位、低能量氫反應速率及陽極費米能級中至少一者之改變。解離性金屬可增加氫橫過氫滲透性陽極之流動速率。例示性陽極金屬添加劑為Pt及Au，其中該添加劑可為Ni佔主導之陽極，由此形成合金或混合物。例示性電解質添加劑為MgI2、CaI2、MgO及ZrO2。在一個實施例中，包含貴金屬或摻雜貴金屬之呈混合物或合金形式之金屬(諸如PtNi或PtAuPd)的陽極之操作電壓高於不存在貴金屬之基本金屬(諸如Ni)，因為其具有較低的過電位且在充電階段期間電解產生氫之產率較高。H2維持平坦高電壓譜帶可能歸因於在儲集器中儲存的在放電期間滲透出來之電解作用。在一個實施例中，供應至陽極表面之H2僅來自電解作用。
在一個實施例中，可將一種化合物添加至諸如LiOH-LiBr之電解質中以增加陰極表面處之反應速率且使陽極穩定。適合添加劑為以下至少一者：鹼金屬氫氧化物(諸如CsOH及NaOH中至少一者)、鹼土金屬氫氧化物、鹼金屬或鹼土金屬鹵化物及氧化物(諸如CoO、NiO、LiNiO2、CoO、LiCoO2)及稀土金屬氧化物(諸如ZrO、MgO)、增加鹼性之其他化合物、CeO2、La2O3、MoOOH、MoCl4、CuCl2、CoCl2、 氧(氫氧)化物(諸如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH)、Fe化合物(諸如氧化物，諸如Fe2O3；或鹵化物，諸如FeBr2)、硫酸鹽(諸如Li2SO4)、磷酸鹽(諸如Li3PO4)、鎢酸鹽(諸如Li2WO4)、碳酸鹽(諸如Li2CO3)、可在陽極處形成LiNiO2之NiO或Ni(OH)2、在陽極處形成LiFeO2之鐵化合物(諸如Fe2O3)、在陽極處形成MgNiOx之MgO、具有較大陽離子之化合物(諸如具有較大穩定分子陽離子者或穩定金屬錯合物(諸如六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑-3-鎓鹽、雙(三氟甲烷磺醯基)亞胺基甜菜鹼或雙(三氟甲烷磺醯基)亞胺基N-丁基-N-甲基吡咯錠)，及包含HS-之化合物(諸如LiHS)。在一個實施例中，添加劑包含具有較大陽離子(諸如CsOH之Cs+離子)之化合物或具有較高電荷(諸如鹼土金屬化合物之電荷或鉍化合物之Bi3+陽離子)者。濃度經調整以避免過度腐蝕。例示性低濃度為約<1mol%或<5mol%。在一個實施例中，添加之添加劑可在陰極處還原，遷移至陽極且在陽極處氧化。因此，該化合物除來自方程(61-63)所給出之反應的電流外，亦引起寄生電流。該添加劑可具有多種穩定氧化狀態。例示性適合添加劑為鐵化合物，諸如FeBr2、FeBr3、FeO、Fe2O3、Fe(OH)2及Fe(OH)3，及代替Fe之其他金屬，諸如過渡金屬。該添加劑可引起高電流以增加低能量氫反應速率。
在一個實施例中，陽極包含初生金屬及添加劑，諸如以下至少一者：Ag、稀土金屬氧化物(諸如CeO2或La2O3)，及貴金屬或貴金屬之混合物或合金，諸如Pt、Ir、Re、Pd或AuPdPt。Li2CO3、Li2O、NiO或Ni(OH)2中之一者可充當添加劑以在陽極中形成LiNiO2。LiNiO2可改變電導率，促進氧化物-氫氧化物在電池電化學操作期間相互轉換，或促進Li++電子反應以有助於低能量氫反應。添加劑可分別在充電及放電期間降低陽極處H2或H2O放出中至少一者之過電位。在實 施例中，包含Pt陽極添加劑及CsOH電解質添加劑之電池為[NiPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO]、[CoPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO]及[MoPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO]。在一個實施例中，添加至陽極(諸如澆帶1(tape cast one))及電解質中至少一者中的添加劑包含固體氧化物燃料電池電解質、氧化物導體、釔穩定之氧化鋯(YSZ；其亦可包含Sr)(諸如常見之8%形式Y8SZ)、氧化鈧穩定之氧化鋯(ScSZ)(諸如常見之9mol% Sc2O3-9ScSZ)、釓摻雜之氧化鈰(GDC)或氧化釓摻雜之氧化鈰(CGO)、鎵酸鑭、鉍銅釩氧化物(諸如BiCuVOx)、MgO、ZrO2、La2O3、CeO2、鈣鈦礦材料(諸如La1-xSrxCoyO3-□)、摻雜鈰酸鋇及鋯酸鋇之質子導體及SrCeO3型質子導體，諸如鍶鈰釔鈮氧化物及HxWO3。此外，該添加劑可包含金屬，諸如Al、Mo、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬。
在一個實施例中，陽極、陰極或電解質中至少一者包含達成與高電流相同之增加低能量氫觸媒反應速率之功能的添加劑。添加劑可移除在H催化期間形成的電子。添加劑可經歷電子交換反應。在一個例示性實施例中，添加劑包含碳，其例如可添加至陽極或陰極中。電子與碳反應形成Cx -，其夾入來自電解質之Li+中以維持中性。因此，碳充當接收槽以與高電流類似之方式移除電子。
在CIHT電池之一個實施例中，陽極包含H2儲集器以藉由滲透或噴灑提供H2，其中外壁與電解質接觸且包含陽極表面。陽極進一步包括包含添加至儲集器內部之化合物或材料的添加劑。該添加劑可改變陽極處之電壓以促進以較高速率進行低能量氫反應及/或維持電壓以基本上防止陽極腐蝕。添加劑可包含可與H可逆反應之化合物，其中H可經歷跨儲集器壁之輸送。可在充電期間輸送至儲集器中且在放電期間輸送出儲集器。在陽極內部包含氫化物或儲氫材料之添加劑可在放電期間充當氫來源，其係藉由充電再生。氫解離劑，諸如貴金屬 (諸如Pt)可增加氫解離及橫過氫滲透性陽極之氫通量。添加劑可包含儲氫材料，諸如LiH、氫化鈦、MgH2、ZrH2、VH、NbH、LaNi6Hx、LiH+LiNH2或Li3N，或混合物，諸如鹼金屬氮化物或其他金屬氮化物(諸如鋁或鎂氮化物)之共熔混合物，以在陽極內部製備傳導性液體。與跨H滲透性陽極輸送之H反應的添加劑可產生陽極電壓貢獻。該電壓可歸因於添加劑與H反應對跨陽極輸送H之依賴性，其中在陽極表面處之外部電化學反應產生或消耗H。其他適合的添加劑為MoO2、MoS2、金屬(諸如過渡金屬，諸如Co；及貴金屬，諸如Pd)。藉由內部添加劑與外部之相互作用而有助於電壓之例示性添加劑反應為4OH- (外部)+Li3N(內部)至LiNH2(內部)+2LiH(內部)+4e-+2O2(外部)(75)
OH- (外部)+Li(內部)至LiH(內部)+e-+1/2O2(外部) (76)及6OH- (外部)+LaNi5(內部)至LaNi5H6(內部)+6e-+3O2(外部) (77)
在一個實施例中，NH2 -觸媒及H係在陽極內部形成，以使得在陽內部以及外部形成低能量氫。後一情形中之觸媒可為HOH。陽極內部NH2 -觸媒與H之形成可歸因於跨氫滲透性陽極之H輸送。經歷輸送之H的形成可歸因於OH-之氧化或來自由低能量氫形成中所釋放之能量電解之H2O。H可歸因於陽極處之氧化反應及陰極處之還原反應，且由此引起之低能量氫形成及大能量釋放包含使用HOH及NH2 -中至少一者作為觸媒的CIHT電池之另一實施例。形成NH2 -觸媒之反應物可包含本發明之Li-N-H系統。
在CIHT電池(諸如包含電解質水溶液之CIHT電池)之一個實施例中，陽極包含鹼蝕刻之NiAl。陽極可包含澆帶NiAl合金。鹼蝕刻之合金可包含R-Ni。或者，陽極可包含金屬化聚合物，其充當H2滲透性陽 極，諸如對於電池水溶液而言。在一個實施例中，金屬化聚合物陽極包含Ni、Co及Mo中至少一者。熔融鹽電解質電池以及電解質電池水溶液可包含具有高熔點之金屬化陽極聚合物，諸如鐵氟龍(Teflon)。
在CIHT電池之一個實施例中，低能量氫反應速率取決於高電流之施加或產生。CIHT電池可充電且接著在高電流下放電，以增加低能量氫反應之速率。該電池可間歇地充電及放電，以使得由於低能量氫反應之貢獻而達成電能增益。在能夠達成高充電及放電電流中至少一者之一個實施例中，鎳-金屬-氫化物-蓄電池型(NiMH型電池)CIHT電池包含容器；含有氫氧化鎳之正極板，其至少部分充電形成氧(氫氧)化鎳作為其活性材料；包含吸氫合金(諸如NiFe、MgNi及LaNi5)之負極板，其充電形成相應氫化物作為活性材料；隔板，諸如Celgard或其他精細纖維，諸如聚烯烴，其可為非編織或編織的；及鹼性電解質。適合的電解質為氫氧化物鹽水溶液，諸如鹼金屬氫氧化物，諸如KOH、NaOH或LiOH。可添加另一種鹽，諸如鹼金屬鹵化物(諸如LiBr)，以改善電導率。在一個實施例中，所選具有高電導率以載運高電流之電解質(諸如LiOH-LiBr)應限制任何氧還原反應且限制腐蝕。
在一個實施例中，觸媒HOH係在H來源或H存在下於負電極處形成，以使得催化H形成低能量氫。在一個實施例中，活性陽極材料係H來源，且陰極之活性材料係氧來源或包含O(諸如OH-)之化合物。對於NiMH型電池，適合活性陽極材料為鎳金屬氫化物，且適合活性陰極材料為氧(氫氧)化鎳NiO(OH)。在此NiMH型電池中發生之反應為：陽極反應(負電極)：OH-+MH至H2O+M+e- (78)
陰極反應(正電極)：NiO(OH)+H2O+e-至Ni(OH)2+OH- (79)
在NiMH型電池之負電極中「金屬」M包含起到可逆形成金屬氫化物化合物之混合物作用的至少一種化合物。M可包含金屬間化合物，諸如以下至少一者：AB5，其中A為稀土金屬鑭、鈰、釹、鐠之混合物，且B為鎳、鈷、錳及/或鋁；及基於AB2化合物之較高容量之負電極材料，其中A為鈦及/或釩且B為鋯或鎳，經鉻、鈷、鐵及/或錳改質。M可包含其他適合氫化物，諸如本發明之氫化物。
在一個實施例中，吸氫合金組合了氫化物會放熱之金屬(A)與氫化物會吸熱之金屬(B)以產生適合結合能，由此可在常壓及常溫水準下或在接近常壓及常溫之水準下吸收且釋放氫。取決於組合金屬之方式，合金包含以下類型：AB，諸如TiFe；AB2，諸如ZnMn；AB5，諸如LaNi5；及A2B，諸如Mg2Ni。例示性適合陽極合金為鑭族金屬，其中鎳充當主體金屬；及AB2型合金，其中鈦及鎳充當主體金屬。
在一個實施例中，除被動內部放電反應(諸如方程(78-79)之反應)外，放電係以外部電流或電源驅動以迫使高電流通過CIHT電池，從而達成較高的低能量氫反應速率。高放電電流密度可在以下至少一者之範圍內：0.1A/cm2至100,000A/cm2、1A/cm2至10,000A/cm2、1A/cm2至1000A/cm2、10A/cm2至1000A/cm2及10A/cm2至100A/cm2。低能量氫反應接著貢獻給放電電力，由此使電池及任何外部電流來源再充電所需之輸出減去輸入的淨值達成電力及能量增益。在一個實施例中，外部電流來源可包含另一CIHT電池。如方程(71)中所給出的，形成低能量氫之反應在電池中產生氧作為產物。低能量氫氣體可自電池擴散出來，且氧可藉由添加可在陽極處供應之氫氣而重新轉化成水，如圖1及2中所給出的。
在一個實施例中，電解質包含熔融鹽，諸如本發明之熔融鹽，諸如LiOH-LiBr，且陽極H來源及陰極氧來源在暴露於熔融鹽電解質之操作溫度下穩定。例示性高電流驅動電池為[MH/LiOH- LiBr/FeOOH]，其中MH為金屬氫化物，其在操作溫度及條件下為穩定的。該氫化物可包含儲氫材料，諸如金屬，諸如鈦、釩、鈮、鉭、鋯及鉿氫化物、稀土金屬氫化物、釔及鈧氫化物、過渡元素氫化物、金屬間氫化物，及如以下文獻中給出的此項技術中已知之其合金：W.M.Mueller,J.P.Blackledge及G.G.Libowitz,Metal Hydrides,Academic Press,New York,(1968)，Hydrogen in Intermetallic Compounds I,L.Schlapbach編輯，Springer-Verlag,Berlin，及Hydrogen in Intermetallic Compounds II.,L.Schlapbach編輯，Springer-Verlag,Berlin，其以引用之方式併入本文中。金屬氫化物可包含稀土金屬氫化物，諸如鑭、釓、鐿、鈰及鐠中之一者的氫化物；內過渡金屬氫化物，諸如釔及釹中之一者的氫化物；過渡金屬氫化物，諸如鈧及鈦中之一者的氫化物；及合金氫化物，諸如鋯-鈦(50%/50%)中之一者的氫化物。在一個實施例中，H2氣體為陽極處之H來源。例示性電池為[Ni(H2)/LiOH-LiBr/FeOOH]。
本發明進一步針對一種產生熱能之電力系統，其包含：至少一個容器，其能夠承受大氣壓、高於大氣壓及低於大氣壓中之至少一種壓力；至少一個加熱器；構成低能量氫反應物之反應物，其包含：(a)包含新生H2O之觸媒來源或觸媒，(b)原子氫來源或原子氫，(c)包含氫氧化物化合物及鹵化物化合物之反應物，其用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者；及一或多種用以起始該原子氫之催化之反應物，其中該反應在混合及加熱該等反應物中至少一者時發生。氫氧化物化合物及鹵化物化合物中至少一者包含以下至少一者：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，以及Al、Ga、In、Sn、Pb、Bi、Cd、Cu、Co、Mo及Ni、Sb、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W及Zn。在一個實施例中，反應物進一步包含H2O來 源，其與產物反應以使反應物再生。
本發明係針對一種產生電能及熱能中至少一者之電化學電力系統，其包含封閉成大氣壓之容器，該容器包含至少一個陰極；至少一個陽極；至少一個雙極板；及在電池操作期間於各別電子流及離子質量輸送存在下構成低能量氫反應物之反應物，該等反應物包含至少兩種選自以下之組分：(a)至少一種H2O來源，(b)至少一種觸媒來源或觸媒，其包含選自以下之群之至少一者：nH、OH、OH-、新生H2O，H2S或MNH2，其中n為整數且M為鹼金屬，及(c)至少一種原子氫來源或原子氫；一或多種用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者的反應物；一或多種用以起始原子氫之催化之反應物，及載體，其中陰極、陽極、反應物與雙極板之組合可維持每一陰極與相應陽極之間之化學電位，以允許原子氫之催化傳播，且該系統進一步包含電解系統。在一個實施例中，該電化學電力系統之電解系統間歇電解H2O以提供原子氫來源或原子氫且使電池放電以使該循環之淨能量平衡存在增益。反應物可包含至少一種選自以下之電解質：至少一種熔融氫氧化物；至少一種共熔鹽混合物；熔融氫氧化物與至少一種其他化合物之至少一種混合物；熔融氫氧化物與鹽之至少一種混合物；熔融氫氧化物與鹵化物鹽之至少一種混合物；鹼金屬氫氧化物與鹼金屬鹵化物之至少一種混合物；LiOH-LiBr、LiOH-LiX、NaOH-NaBr、NaOH-NaI、NaOH-NaX及KOH-KX(其中X表示鹵離子)、至少一種基質及至少一種添加劑。電化學電力系統可進一步包含加熱器。高於電解質熔點的電化學電力系統之電池溫度可在至少一個選自以下之範圍內：高於該熔點約0℃至1500℃、高於該熔點約0℃至1000℃、高於該熔點約0℃至500℃、高於該熔點0℃至250℃及高於該熔點約0℃至100℃。在實施例中，電化學電力系統之基質包含以下至少一者：氧陰離子化合物、鋁酸鹽、鎢酸鹽、鋯酸鹽、鈦酸鹽、硫 酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽、鉻酸鹽及錳酸鹽、氧化物、氮化物、硼化物、硫族化物、矽化物、磷化物及碳化物、金屬、金屬氧化物、非金屬及非金屬氧化物；鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B，及可形成氧化物或氧陰離子之其他元素的氧化物；至少一種氧化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B，及可形成氧化物之其他元素的氧化物，及一個氧陰離子，且進一步包含至少一個來自以下之群的陽離子：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，及Al、Ga、In、Sn及Pb陽離子；LiAlO2、MgO、Li2TiO3或SrTiO3；陽極材料及電解質化合物之氧化物；陽離子及電解質氧化物中之至少一者；電解質MOH(M=鹼金屬)之氧化物；包含以下之群之元素、金屬、合金或混合物的電解質之氧化物：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及M'，其中M'表示鹼土金屬；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、CoO、Co2O3、Co2O3、Co3O4及MgO；陰極材料之氧化物及視情況選用之電解質之氧化物；Li2MoO3或Li2MoO4、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SiO3、LiAlO2、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2B4O7、Li2NbO3、Li2SeO3、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2MnO4、Li2HfO3、LiCoO2及M'O(其中M'表示鹼土金屬)及MgO；陽極元素或同一族元素之氧化物，及Li2MoO4、MoO2、Li2WO4、Li2CrO4及Li2Cr2O7(在Mo陽極之情況下)，且添加劑包含以下至少一 者：S、Li2S、氧化物、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、MgO、Li2TiO3、LiAlO2、Li2MoO3或Li2MoO4、Li2ZrO3、Li2SiO3、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2B4O7、Li2NbO3、Li2SeO3、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2MnO3或LiCoO2、MnO及CeO2。以下反應中至少一者可在電化學電力系統操作期間發生：(a)在放電陽極處由H2O電解形成H及H2中之至少一者；(b)在放電陰極處由H2O電解形成O及O2中之至少一者；(c)由反應混合物之反應形成氫觸媒；(d)在放電期間形成低能量氫以產生電功率及熱功率中之至少一者；(e)OH-氧化且與H反應以形成充當低能量氫觸媒之新生H2O；(f)OH-氧化形成氧離子及H；(g)在放電陰極處還原氧離子、氧及H2O中之至少一者；(h)H與新生H2O觸媒反應以形成低能量氫；及(i)在放電期間形成低能量氫以產生電功率及熱功率中之至少一者。在電化學電力系統之一個實施例中，在電池放電期間發生OH-之氧化與氧離子、氧及H2O中至少一者之還原中的至少一個反應，產生的能量超過在間歇電解之電解階段期間的能量。隨時間之放電電流可超過在間歇電解之電解階段期間隨時間之電流。在一個實施例中，陽極半電池反應可為OH-+2H至H2O+e-+H(1/4)
其中第一H與OH-反應形成H2O觸媒及e-與第二H經H2O催化形成低能量氫一起進行。在實施例中，放電陽極半電池反應具有相對於標準氫電極針對操作溫度熱力學校正的約1.2V之至少一種電壓，及相對於標準氫電極及25℃在約1.5V至0.75V、1.3V至0.9V及1.25V至1.1V中至少一個範圍內之電壓，且陰極半電池反應具有針對操作溫度熱力學校正之約0V之至少一種電壓，及相對於標準氫電極及25℃ 在約-0.5V至+0.5V、-0.2V至+0.2V及-0.1V至+0.1V中至少一個範圍內之電壓。
在本發明之電化學電力系統之一個實施例中，陰極包含NiO，陽極包含Ni、Mo、HAYNES® 242®合金及碳中至少一者，且雙金屬接面包含哈氏合金(Hastelloy)、Ni、Mo及H HAYNES® 242®合金中至少一者，其不同於陽極之金屬。電化學電力系統可包含至少一個電池堆疊，其中雙極板包含隔開陽極與陰極之雙金屬接面。在一個實施例中，向電池供應H2O，其中H2O蒸氣壓係在至少一個選自以下之範圍內：約0.001托至100atm、約0.001托至0.1托、約0.1托至1托、約1托至10托、約10托至100托、約100托至1000托及約1000托至100atm，且至少達成大氣壓之其餘壓力係由所供應之惰性氣體提供，該惰性氣體包含稀有氣體及N2中至少一者。在一個實施例中，電化學電力系統可包含水蒸氣發生器以向該系統供應H2O。在一個實施例中，電池在充電階段與放電階段之間間歇轉變，其中(i)充電階段至少包含水在具相反電壓極性之電極處電解，且(ii)放電階段至少包含在該等電極之一者或兩者處形成H2O觸媒；其中(i)每一電池之每一電極作為陰極或陽極之作用在充電階段與放電階段之間來回轉變中逆轉，且(ii)電流極性在充電階段與放電階段之間來回轉變中逆轉，且其中充電包含施加外加電流及電壓中之至少一者。在實施例中，外加電流及電壓中之至少一者之波形包含在約0.001%至約95%範圍內之工作循環；在約0.1V至10V範圍內之每一電池之峰值電壓；約0.001W/cm2至1000W/cm2之峰值功率密度，及在約0.0001W/cm2至100W/cm2範圍內之平均功率，其中外加電流及電壓進一步包含直流電壓、直流電流以及交流電流及電壓波形中至少一者中之至少一者，其中波形包含在約1Hz至約1000Hz範圍內之頻率。間歇循環之波形可包含間歇循環之電解及放電階段中之至少一者的恆定電流、功率、電壓及電阻以及可變電 流、功率、電壓及電阻中之至少一者。在實施例中，有關該循環至少一個階段之參數包含：間歇階段之頻率係在至少一個選自以下之範圍內：約0.001Hz至10MHz、約0.01Hz至100kHz、及約0.01Hz至10kHz；每個電池之電壓係在至少一個選自以下之範圍內：約0.1V至100V、約0.3V至5V、約0.5V至2V、及約0.5V至1.5V；每單位有效形成低能量氫之電極面積之電流係在至少一個選自以下之範圍內：約1μA cm-2至10A cm-2、約0.1mA cm-2至5A cm-2、及約1mA cm-2至1A cm-2；每單位有效形成低能量氫之電極面積之功率係在至少一個選自以下之範圍內：約1μW cm-2至10W cm-2、約0.1mW cm-2至5W cm-2、及約1mW cm-2至1W cm-2；每單位有效形成低能量氫之電極面積之恆定電流係在約1μA cm-2至1A cm-2之範圍內；每單位有效形成低能量氫之電極面積之恆定功率係在約1mW cm-2至1W cm-2之範圍內：時間間隔係在至少一個選自以下之範圍內：約10-4s至10,000s、10-3s至1000s、及10-2s至100s、及10-1s至10s；每個電池之電阻係在至少一個選自以下之範圍內：約1mΩ至100MΩ、約1Ω至1MΩ、及10Ω至1kΩ；每單位有效形成低能量氫之電極面積的適合負載之電導率係在至少一個選自以下之範圍內：約10-5至1000Ω-1 cm-2、10-4至100Ω-1 cm-2、10-3至10Ω-1 cm-2、及0.10-2至1Ω-1 cm-2，且放電電流、電壓、功率或時間間隔中之至少一者大於該電解階段以在該循環內產生功率或能量增益中之至少一者。可維持放電期間之電壓超過防止該陽極過度腐蝕之電壓。
在電化學電力系統之一個實施例中，形成觸媒之反應係由以下給出：O2+5H++5e-至2H2O+H(1/p)；相對半電池反應相對半電池反應係由以下給出：H2至2H++2e-；且 總反應係由以下給出：3/2H2+1/2O2至H2O+H(1/p)。
以下產物中至少一者可在電化學電力系統操作期間由氫形成：(a)拉曼峰在0.23至0.25cm-1之整數倍處加上在0cm-1至2000cm-1範圍內之基質位移的氫產物；(b)紅外峰在0.23cm-1至0.25cm-1之整數倍處加上在0cm-1至2000cm-1範圍內之基質位移的氫產物；(c)X射線光電子能譜峰在475eV至525eV範圍內或在257eV、509eV、506eV、305eV、490eV、400eV或468eV之能量處加上在0eV至10eV範圍內之基質位移的氫產物；(d)引起高磁場MAS NMR基質位移之氫產物；(e)具有相對於TMS超過-5ppm之高磁場MAS NMR或液體NMR位移之氫產物；(f)至少兩個電子束發射譜峰在200nm至300nm範圍內且具有0.23cm-1至0.3cm-1之整數倍之間距加上在0cm-1至5000cm-1範圍內之基質位移的氫產物；及(g)至少兩個UV螢光發射譜峰在200nm至300nm範圍內且具有0.23cm-1至0.3cm-1之整數倍的間距加上在0cm-1至5000cm-1範圍內之基質位移的氫產物。
本發明進一步係針對一種電化學電力系統，其包含氫陽極，該氫陽極包含氫滲透性電極；熔融鹽電解質，其包含氫氧化物；以及O2及H2O陰極中之至少一者。在實施例中，維持電解質之熔融狀態及膜之氫滲透性狀態中至少一者的電池溫度係在至少一個選自以下之範圍內：約25℃至2000℃、約100℃至1000℃、約200℃至750℃及約250℃至500℃，高於電解質熔點之電池溫度係在以下至少一個範圍內：高於該熔點約0℃至1500℃、高於該熔點0℃至1000℃、高於該熔點0℃至500℃、高於該熔點0℃至250℃及高於該熔點0℃至100℃；膜厚度係在至少一個選自以下之範圍內：約0.0001cm至0.25cm、0.001cm至0.1cm及0.005cm至0.05cm；氫氣壓力係維持在至少一個選自以下之範圍內：約1托至500atm、10托至100atm及100托至5atm；氫滲透 速率係在至少一個選自以下之範圍內：約1×10-13mol s-1 cm-2至1×10-4mol s-1 cm-2、1×10-12mol s1 cm-2至1×10-5mol s-1 cm-2、1×10-11mol s-1 cm-2至1×10-6mol s-1 cm-2、1×10-10mol s-1 cm-2至1×10-7mol s-1 cm-2及1×10-9mol s-1 cm-2至1×10-8mol s-1 cm-2。在一個實施例中，電化學電力系統包含氫陽極，其包含氫噴灑電極；熔融鹽電解質，其包含氫氧化物；以及O2及H2O陰極中之至少一者。在實施例中，維持電解質之熔融狀態之電池溫度係在至少一個選自以下之範圍內：高於電解質熔點約0℃至1500℃、高於電解質熔點0℃至1000℃、高於電解熔點0℃至500℃、高於電解質熔點0℃至250℃及高於電解質熔點0℃至100℃；每單位幾何面積H2鼓泡或噴灑電極之氫氣流動速率係在至少一個選自以下之範圍內：約1×10-13mol s-1 cm-2至1×10-4mol s-1 cm-2、1×10-12mol s-1 cm-2至1×10-5mol s-1 cm-2、1×10-11mol s-1 cm-2至1×10-6mol s-1 cm-2、1×10-10mol s-1 cm-2至1×10-7mol s-1 cm-2及1×10-9mol s-1 cm-2至1×10-8mol s-1 cm-2；在相對電極處之反應速率匹配或超過在氫反應之電極處之反應速率；H2O及O2中至少一者之還原速率足以維持H或H2之反應速率，且相對電極具有足以支持該足夠速率之表面積及材料。
本發明進一步針對一種產生熱能之電力系統，其包含：至少一個容器，其能夠承受大氣壓、高於大氣壓及低於大氣壓中之至少一種壓力；至少一個加熱器；構成低能量氫反應物之反應物，其包含：(a)包含新生H2O之觸媒來源或觸媒，(b)原子氫來源或原子氫，(c)用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者之反應物；及一或多種用以起始該原子氫之催化之反應物，其中該反應在混合及加熱該等反應物中至少一者時發生。在實施例中，用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫之電力系統反應包含至少一個選自以下之反應：脫水反應；燃燒反應；路易斯酸(Lewis acid)或鹼 及布朗斯特-勞耐酸(Bronsted-Lowry acid)或鹼之反應；氧化物-鹼反應；酸酐-鹼反應；酸-鹼反應；鹼-活性金屬反應；氧化-還原反應；分解反應；交換反應；及鹵化物、O、S、Se、Te、NH3與具有至少一個OH之化合物的交換反應；包含O之化合物的氫還原反應，且H來源為當反應物經歷反應時形成之新生H及來自氫化物或氣體來源及解離劑之氫中之至少一者。
VI.化學反應器
本發明亦針對用於產生本發明之結合能增加之氫物質及化合物(諸如二低能量氫分子及低能量氫氫化物化合物)的其他反應器。其他催化產物取決於電池類型而為電力及視情況存在之電漿及光。此類反應器在下文中稱為「氫反應器」或「氫電池」。氫反應器包含用於製備低能量氫之電池。用於產生低能量氫之電池可呈化學反應器或氣體燃料電池(諸如氣體放電電池)、電漿炬電池或微波動力電池，及電化學電池的形式。用於製備低能量氫之電池的例示性實例可呈液體燃料電池、固體燃料電池、非均質燃料電池、CIHT電池及SF-CIHT電池之形式。此等電池各自包含：(i)原子氫來源；(ii)至少一種選自固體觸媒、熔融觸媒、液體觸媒、氣態觸媒或其混合物的用於產生低能量氫之觸媒；及(iii)用於使氫與觸媒反應以製備低能量氫之容器。如本文所使用且如本發明所預期的，除非另作說明，否則術語「氫」不僅包括氕(1 H)，而且亦包括氘(2 H)及氚(3 H)。例示性化學反應混合物及反應器可包含SF-CIHT、CIHT或本發明之熱電池實施例。其他例示性實施例在本化學反應器部分中給出。本發明給出了具有在混合物反應期間形成之H2O作為觸媒的反應混合物之實例。其他觸媒(諸如表1及3中給出之觸媒)可用於形成結合能增加之氫物質及化合物。表3A之例示性M-H型觸媒為NaH。可根據該等例示性情形在諸如反應物、反應物wt%、H2壓力及反應溫度之參數方面調整反應及條件。適合反應物、 條件及參數範圍係本發明之該等反應物、條件及參數範圍。藉由預測的13.6eV之整數倍之連續輻射譜帶、由H線之多普勒譜線(Doppler line)變寬所量測的在其他方面無法解釋之超高H動能、H線反轉、在不破壞磁場情況下形成電漿及如在Mills先前公開案中所報導的不規則電漿餘暉持續時間顯示低能量氫及分子低能量氫為本發明之反應器的產物。其他研究人員已在裝置外獨立驗證資料，諸如有關CIHT電池及固體燃料之資料。由本發明之電池形成低能量氫亦藉由在較長持續時間內連續輸出的電能證實，該等電能為電輸入之多倍，其在大多數情形中超過在無替代性來源情況下之輸入的超過10倍。預測的分子低能量氫H2(1/4)藉由以下方法鑑別為CIHT電池及固體燃料之產物：MAS H NMR，其顯示預測的約-4.4ppm之高磁場偏移之基質峰；ToF-SIMS及ESI-ToFMS，其顯示H2(1/4)與吸氣劑基質複合成為m/e=M+n2峰，其中M為母離子之質量且n為整數；電子束激發發射光譜及發光發射光譜，其顯示預測的具有H2能量之16倍或量子數p=4之平方的H2(1/4)之旋轉及振動譜；拉曼光譜及FTIR光譜，其顯示1950cm-1之H2(1/4)旋轉能，其為H2旋轉能之16倍或量子數p=4的平方；XPS，其顯示預測的500eV之H2(1/4)總結合能；及到達時間在m/e=1峰之前的ToF-SIMS峰，該m/e=1峰對應於動能為約204eV之H，其將預測的H變為H(1/4)之能量釋放與轉移至第三體H之能量相匹配，如以下中所報導：Mills先前公開案，及R.Mills X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,「Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell」,International Journal 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)，其以全文引用之方式併入本文中。
使用水流量熱計及Setaram DSC 131差示掃描量熱計(DSC)兩者， 藉由觀察到來自形成低能量氫之固體燃料的超過最大理論能量60倍之熱能，證實了本發明之電池(諸如包含固體燃料之電池)形成低能量氫以產生熱功率。MAS H NMR顯示出預測的約-4.4ppm之H2(1/4)高磁場基質位移。在1950cm-1處開始之拉曼峰匹配H2(1/4)之自由空間旋轉能(0.2414eV)。該等結果報導於Mills先前公開案及R.Mills,J.Lotoski,W.Good,J.He,「Solid Fuels that Form HOH Catalyst」,(2014)中，其以全文引用之方式併入本文中。
在一個實施例中，固體燃料反應形成H2O及H作為產物或中間反應產物。H2O可充當形成低能量氫之觸媒。反應物包含至少一種氧化劑及一種還原劑，且反應包含至少一個氧化還原反應。還原劑可包含金屬，諸如鹼金屬。反應混合物可進一步包含氫來源及H2O來源，且可視情況包含載體，諸如碳、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)或腈。載體可包含金屬粉。在一個實施例中，氫載體包含Mo或Mo合金，諸如本發明者，諸如MoPt、MoNi、MoCu及MoCo。在一個實施例中，藉由諸如以下方法來避免載體氧化：選擇不使載體氧化之其他反應混合物組分、選擇非氧化性反應溫度及條件，及維持如熟習此項技術者已知之還原氛圍，諸如H2氛圍。H來源可選自以下之群：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬、稀土金屬氫化物及本發明之氫化物。氫來源可為氫氣，其可進一步包含在諸如碳或氧化鋁及本發明之其他之載體上之解離劑，諸如本發明之解離劑，諸如貴金屬。水來源可包含脫水之化合物，諸如氫氧化物或氫氧化物錯合物，諸如Al、Zn、Sn、Cr、Sb及Pb之氫氧化物或氫氧化物錯合物。水來源可包含氫來源及氧來源。氧來源可包含含氧化合物。例示性化合物或分子為O2、鹼金屬或鹼土金屬氧化物、過氧化物或超氧化物、TeO2、SeO2、PO2、P2O5、SO2、SO3、M2SO4、MHSO4、CO2、M2S2O8、MMnO4、M2Mn2O4、MxHyPO4(x、y=整數)、POBr2、 MClO4、MNO3、NO、N2O、NO2、N2O3、Cl2O7及O2(M=鹼金屬；且鹼土金屬或其他陽離子可替代M)。其他例示性反應物包含選自以下之群之試劑：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(四硼酸鋰)、LiBO2、Li2WO4、LiAlCl4、LiGaCl4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2TiO3、LiZrO3、LiAlO2、LiCoO2、LiGaO2、Li2GeO3、LiMn2O4、Li4SiO4、Li2SiO3LiTaO3LiCuCl4、LiPdCl4、LiVO3、LiIO3LiBrO3、LiXO3(X=F、Br、Cl、I)、LiFeO2、LiIO4、LiBrO4、LiIO4、LiXO4(X=F、Br、CI、I)、LiScOn、LiTiOn、LiVOn、LiCrOn、LiCr2On、LiMn2On、LiFeOn、LiCoOn、LiNiOn、LiNi2On、LiCuOn及LiZnOn(其中n=1、2、3或4)、氧陰離子、強酸之氧陰離子、氧化劑、分子氧化劑(諸如V2O3、I2O5、MnO2、Re2O7、CrO3、RuO2、AgO、PdO、PdO2、PtO、PtO2，及NH4X，其中X為硝酸根或CRC中給出的其他適合陰離子)，及還原劑。另一鹼金屬或其他陽離子可替代Li。其他氧來源可選自以下之群：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為鹼金屬且n=1、2、3或4)、氧陰離子、強酸之氧陰離子、氧化劑、分子氧化劑(諸如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、Cl2O3、Cl2O6、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5)。反應物可為能形成低能量氫之任何所需比率。例示性反應混合物為0.33g LiH、1.7g LiNO3、及1g MgH2與4g活性C粉末之混 合物。另一例示性反應混合物為火藥，諸如KNO3(75wt%)、軟木木炭(其可包含大致調配物C7H4O)(15wt%)及S(10wt%)；KNO3(70.5wt%)及軟木木炭(29.5wt%)，或該等比率在約±1-30wt%範圍內。氫來源可為包含大致組成C7H4O之木炭。
在一個實施例中，反應混合物包含形成氮、二氧化碳及H2O之反應物，其中H2O充當在反應中亦形成之H之低能量氫觸媒。在一個實施例中，反應混合物包含氫來源及H2O來源，H2O來源可包含硝酸鹽、硫酸鹽、過氯酸鹽、過氧化物(諸如過氧化氫)、過氧化合物(諸如三丙酮-三過氧化物(TATP)或二丙酮-二過氧化物(DADP))，該過氧化合物亦可充當H來源，尤其在添加O2或另一氧來源(諸如硝基化合物，諸如硝基纖維素(APNC)、氧氣或其他含氧化合物或氧陰離子化合物)時。反應混合物可包含包括結合至氮之氫、碳、烴及氧中之至少兩者的化合物來源或化合物或者官能基來源或官能基。反應物可包含硝酸鹽、亞硝酸鹽、硝基及硝胺。硝酸鹽可包含金屬(諸如鹼金屬)硝酸鹽，可包含硝酸銨，或熟習此項技術者已知之其他硝酸鹽，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬，或Al、Ga、In、Sn或Pb之硝酸鹽。硝基可包含有機化合物官能基，諸如硝基甲烷、硝基甘油、三硝基甲苯或熟習此項技術者已知之類似化合物。例示性反應混合物為NH4NO3及碳源，諸如長鏈烴(CnH2n+2)，諸如取暖油、柴油燃料、煤油，其可包含氧(諸如糖蜜或糖)或硝基(諸如硝基甲烷)或碳源(諸如煤粉)。H來源亦可包含NH4、烴(諸如燃油)或糖，其中結合至碳之H提供H之控制釋放。H釋放可藉由自由基反應進行。C可與O反應以釋放H並形成碳-氧化合物，諸如CO、CO2及甲酸鹽。在一個實施例中，單一化合物可包含形成氮、二氧化碳及H2O之官能基。進一步包含烴官能基之硝胺為環三亞甲基三硝胺，通常稱為旋風炸藥(Cyclonite)或代號為RDX。可充當H來源及H2O觸媒來源(諸如O來源 及H來源中至少一種來源)中至少一者的其他例示性化合物為選自以下之群之至少一者：硝酸銨(AN)、黑火藥(75% KNO3+15%木炭+10% S)、硝酸銨/燃油(ANFO)(94.3% AN+5.7%燃油)、四硝酸赤藻糖酯、三硝基甲苯(TNT)、阿瑪托炸藥(amatol)(80% TNT+20% AN)、特屈爾炸藥(tetrytol)(70%特屈爾+30% TNT)、特屈爾(2,4,6-三硝基苯基甲基硝胺(C7H5N5O8))、C-4(91% RDX)、C-3(基於RDX)、組合物B(63% RDX+36% TNT)、硝基甘油、RDX(環三亞甲基三硝胺)、semtex(94.3% PETN+5.7% RDX)、PETN(異戊四醇四硝酸酯)、HMX或八角硝胺(八氫-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮雜環辛烷)、HNIW(CL-20)(2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮雜異伍茲烷(isowurtzitane))、DDF、(4,4'-二硝基-3,3'-氧化偶氮呋咱)、七硝基立方烷、八硝基立方烷、2,4,6-參(三硝基甲基)-1,3,5-三嗪、TATNB(1,3,5-三硝基苯；1,3,5-三疊氮基-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)、D型炸藥(dunnite)(苦味酸銨)、苦味酸甲酯、苦味酸乙酯、苦味酸鹽氯化物(2-氯-1,3,5-三硝基苯)、三硝基甲酚、收斂酸鉛(2,4,6-三硝基間苯二酚鉛，C6HN3O8Pb)、TATB(三胺基三硝基苯)、硝酸甲酯、硝基甘醇、甘露糖醇六硝酸酯、伸乙基二硝胺、硝基胍、四硝基甘脲、硝基纖維素、硝酸脲及六亞甲基三過氧化二胺(HMTD)。氫、碳、氧及氮之比率可為任何所需比率。在硝酸銨(AN)及燃油(FO)之反應混合物(稱為硝酸銨/燃油(ANFO))之一個實施例中，產生大致平衡之反應的適合化學計量為約94.3wt% AN及5.7wt% FO，但FO可過量。AN及硝基甲烷之例示性平衡反應為3NH4NO3+2CH3NO2至4N2+2CO2+9H2O (80)
其中一些H亦轉化成較低能量之氫物質，諸如H2(1/p)及H-(1/p)，諸如p=4。在一個實施例中，氫、氮及氧之莫耳比與諸如具有式C3H6N6O6之RDX中類似。
在一個實施例中，能量藉由使用原子氫之添加來源增加，該添加來源諸如H2氣體或氫化物(諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬氫化物)及解離劑(諸如Ni、Nb或貴金屬/載體(諸如碳、碳化物、硼化物或氮化物或二氧化矽或氧化鋁))。反應混合物可在反應形成H2O觸媒及原子H期間產生壓縮或衝擊波以增加形成低能量氫之動力學。反應混合物可包含至少一種用以在反應形成H及H2O觸媒期間增加熱的反應物。反應混合物可包含可分散於固體燃料顆粒或小珠之間的氧來源(諸如空氣)。舉例而言，AN小珠可包含約20%空氣。反應混合物可進一步包含敏化劑，諸如填充空氣之玻璃珠。在一個例示性實施例中，添加粉末狀金屬(諸如Al)以增加反應之熱及動力學。舉例而言，Al金屬粉末可添加至ANFO中。其他反應混合物包含煙火材料，其亦具有H來源及觸媒來源(諸如H2O)。在一個實施例中，低能量氫之形成具有可由高能反應(諸如高能或煙火材料之高能反應)提供之高活化能，其中低能量氫之形成有助於反應混合物之自加熱。或者，活化能可由電化學反應提供，諸如具有對應於11,600K/eV之高等效溫度的CIHT電池之電化學反應。
另一例示性反應混合物為可在約0.01atm至100atm壓力範圍內之H2氣體、硝酸鹽(諸如鹼金屬硝酸鹽，諸如KNO3)及氫解離劑(諸如Pt/C、Pd/C、Pt/Al2O3或Pd/Al2O3)。混合物可進一步包含碳，諸如石墨或GTA級柔性石墨(Grade GTA Grafoil)(Union Carbide)。反應比率可為任何所需值，諸如約0.1wt%至10wt%之混合物中約1至10% Pt或Pd/碳與約50wt%之硝酸鹽混合，且其餘為碳；但在例示性實施例中，該等比率可變化約5至10倍。在使用碳作為載體之情況下，溫度維持在低於產生形成諸如碳酸鹽(諸如鹼金屬碳酸鹽)之化合物之C反應的溫度。在一個實施例中，溫度係維持在諸如約50℃-300℃或約100℃-250℃範圍內，以使得NH3經N2形成。
反應物以及再生反應及系統可包含本發明及先前之美國專利申請案中之反應物以及再生反應及系統，諸如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US08/61455，2008年4月24日申請之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，2009年7月29日申請之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US10/27828，2010年3月18日申請之PCT；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US11/28889，2011年3月17日申請之PCT；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，PCT/US12/31369，2012年3月30日申請；及CIHT Power System，PCT/US13/041938，13年5月21日申請(「Mills先前申請案」)，以全文引用之方式併入本文中。
在一個實施例中，反應可包含氮氧化物(諸如N2O、NO2或NO)而不是硝酸鹽。或者，亦向反應混合物中添加氣體。NO、NO2及N2O及鹼金屬硝酸鹽可由已知工業方法，諸如依次藉由哈柏法(Haber process)及奧斯特瓦爾德法(Ostwald process)產生。在一個實施例中，例示性步驟順序為：
具體言之，可使用哈柏法，使用諸如含α-鐵之某種氧化物之觸媒，在較高溫度及壓力下由N2及H2產生NH3。奧斯特瓦爾德法可用於在觸媒(諸如熱鉑或鉑-銠觸媒)下氧化氨形成NO、NO2及N2O。在一個實施例中，產物為氨及鹼金屬化合物中之至少一者。NO2可由NH3藉由氧化而形成。NO2可溶解於水中以形成硝酸，硝酸與鹼金屬化合物(諸如M2O、MOH、M2CO3或MHCO3)反應形成M之硝酸鹽，其中M為鹼金屬。
在一個實施例中，氧來源(諸如MNO3，M=鹼金屬)形成H2O觸媒 之反應；(ii)由諸如H2之來源形成原子H之反應；及(iii)形成低能量氫之反應中至少一種反應係藉由可加熱之習知觸媒(諸如貴金屬，諸如Pt)或在該習知觸媒上發生。加熱之觸媒可包含熱長絲。長絲可包含熱Pt長絲。氧來源(諸如MNO3)可為至少部分呈氣態的。氣態及其蒸氣壓力可藉由加熱MNO3(諸如KNO3)來控制。氧來源(諸如MNO3)可於敞開舟皿中，可加熱該敞開舟皿以釋放氣態MNO3。加熱可用加熱器(諸如熱長絲)進行。在一個例示性實施例中，MNO3係置放於石英舟中，且Pt長絲捲繞在該舟周圍以充當加熱器。MNO3之蒸氣壓力可維持在約0.1托至1000托或約1托至100托之壓力範圍內。氫來源可為維持在約1托至100atm、約10托至10atm、或約100托至1atm壓力範圍內的氣態氫。長絲亦用於解離可經由氣體管線供應至電池的氫氣。電池亦可包含真空管線。電池反應產生H2O觸媒及原子H，其反應形成低能量氫。反應可維持在能夠維持真空、環境壓力或超過大氣壓之壓力中至少一者的容器中。產物，諸如NH3及MOH，可自電池移除且再生。在一個例示性實施例中，MNO3與氫來源反應形成H2O觸媒及NH3，該NH3在單獨反應容器中或作為單獨步驟藉由氧化而再生。在一個實施例中，氫來源，諸如H2氣體，係由水藉由電解或熱中至少一種方式產生。例示性熱方法為鐵氧化物循環、氧化鈰(IV)-氧化鈰(III)循環、鋅-氧化鋅循環、硫-碘循環、銅-氯循環及混合硫循環，及熟習此項技術者已知之其他循環。形成H2O觸媒以與H進一步反應形成低能量氫之例示性電池反應為KNO 3+9/2H 2→K+NH 3+3H2O. (82)
KNO 3+5H 2→KH+NH 3+3H2O. (83)
KNO 3+4H 2→KOH+NH 3+2H2O. (84)
KNO 3+C+2H 2→KOH+NH 3+CO2. (85)
2KNO 3+C+3H 2→K 2 CO 3+1/2N 2+3H2O. (86)
形成氮氧化物之例示性再生反應係由方程(81)給出。產物(諸如K、KH、KOH及K2CO3)可與藉由向水中添加氮氧化物所形成之硝酸反應以形成KNO2或KNO3。形成反應物H2O觸媒及H2中至少一者之其他適合例示性反應係於表5、6及7中給出。
形成H2O觸媒之反應物可包含O來源，諸如O物質；及H來源。O物質來源可包含以下至少一者：O2、空氣及含O化合物或化合物混合物。含氧化合物可包含氧化劑。含氧化合物可包含氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、過氧化物及超氧化物中之至少一者。適合的例示性金屬氧化物為鹼金屬氧化物(諸如Li2O、Na2O及K2O)、鹼土金屬氧化物(諸如MgO、CaO、SrO及BaO)、過渡金屬氧化物(諸如NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3及CoO)、以及內過渡金屬及稀土金屬氧化物、及其他金屬及類金屬之氧化物(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之氧化物)、以及含氧之該等及其他元素之混合物。氧化物可包含氧化物陰離子(諸如本發明之氧化物陰離子，諸如金屬氧化物陰離子)，及陽離子，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬陽離子，以及其他金屬及類金屬之陽離子(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之陽離子)，諸如MM'2xO3x+1或MM'2xO4(M=鹼土金屬，M'=過渡金屬，諸如Fe或Ni或Mn，x=整數)及M2M'2xO3x+1或M2M'2xO4(M=鹼金屬，M'=過渡金屬，諸如Fe或Ni或Mn，x=整數)。適合例示性金屬氧(氫氧)化物為AlO(OH)、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、CrO(OH)、MnO(OH)(α-MnO(OH)錳榍石(groutite)及γ-MnO(OH)水錳礦)、FeO(OH)、CoO(OH)、NiO(OH)、RhO(OH)、GaO(OH)、InO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)及Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)。適合的例示性氫氧化物為諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬之金屬之氫氧化物，及諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之其他金屬及類金屬之氫氧化物，及混合物。適合的錯合離子氫氧化物為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 他例示性適合氫氧化物為來自以下之至少一者：Co(OH)2、Zn(OH)2、Ni(OH)2、其他過渡金屬氫氧化物、Cd(OH)2、Sn(OH)2及Pb(OH)。適合的例示性過氧化物為H2O2、有機化合物過氧化物及金屬過氧化物，諸如M2O2(其中M為鹼金屬，諸如Li2O2、Na2O2、K2O2)、其他離子過氧化物(諸如鹼土金屬過氧化物，諸如Ca、Sr或Ba過氧化物)、其他正電性金屬過氧化物(諸如鑭系金屬過氧化物)及共價金屬過氧化物(諸如Zn、Cd及Hg之過氧化物)。適合的例示性超氧化物為金屬超氧化物MO2(其中M為鹼金屬，諸如NaO2、KO2、RbO2及CsO2)及鹼土金屬超氧化物。在一個實施例中，固體燃料包含鹼金屬過氧化物及氫來源，諸如氫化物、烴或儲氫材料，諸如BH3NH3。反應混合物可包含氫氧化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬、以及Al、Ga、In、Sn、Pb及形成氫氧化物之其他元素之氫氧化物；及氧來源，諸如包含至少一個氧陰離子之化合物，諸如碳酸鹽，諸如包含鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬、以及Al、Ga、In、Sn、Pb及本發明之其他元素之碳酸鹽。其他適合的含氧化合物為以下之群之至少一種氧陰離子化合物：鋁酸鹽、鎢酸鹽、鋯酸鹽、鈦酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽、鉻酸鹽、重鉻酸鹽及錳酸鹽、氧化物、氧(氫氧)化物、過氧化物、超氧化物、矽酸鹽、鈦酸鹽、鎢酸鹽。氫氧化物及碳酸鹽之例示性反應係由以下給出Ca(OH)2+Li2CO3至CaO+H2O+Li2O+CO2 (87)。
在其他實施例中，氧來源為氣態的或容易形成氣體，諸如NO2、NO、N2O、CO2、P2O3、P2O5及SO2。由H2O觸媒之形成得到的經還原氧化物產物(諸如C、N、NH3、P或S)可藉由與氧或其來源一起燃燒而再次轉化回氧化物，如Mills先前申請案中所給出。電池可產生可用於加熱應用之過量熱，或熱可藉由諸如朗肯(Rankine)或布雷頓 (Brayton)系統之方法轉換成電。或者，電池可用於合成低能量氫物質，諸如分子低能量氫及低能量氫氫化物離子及相應化合物。
在一個實施例中，用於形成低能量氫以進行產生低能量氫物質及化合物以及產生能量中之至少一者的反應混合物包含原子氫來源以及包含H及O中之至少一者的觸媒來源，諸如本發明之觸媒來源，諸如H2O觸媒。反應混合物可進一步包含酸，諸如H2SO3、H2SO4、H2CO3、HNO2、HNO3、HClO4、H3PO3及H3PO4；或酸來源，諸如酸酐或無水酸。後者可包含以下之群中之至少一者：SO2、SO3、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5。反應混合物可包含鹼及鹼酐(諸如M2O(M=鹼金屬)、M'O(M'=鹼土金屬)、ZnO或其他過渡金屬氧化物、CdO、CoO、SnO、AgO、HgO或Al2O3中之至少一者。其他例示性酐包含對H2O穩定之金屬，諸如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。該酐可為鹼金屬或鹼土金屬氧化物，且水合化合物可包含氫氧化物。反應混合物可包含氧(氫氧)化物，諸如FeOOH、NiOOH或CoOOH。反應混合物可包含H2O來源及H2O中之至少一者。H2O可藉由水合及脫水反應在原子氫存在下可逆地形成。形成H2O觸媒之例示性反應為Mg(OH)2至MgO+H2O (88)
2LiOH至Li2O+H2O (89)
H2CO3至CO2+H2O (90)
2FeOOH至Fe2O3+H2O (91)
在一個實施例中，H2O觸媒係由至少一種包含磷酸根之化合物脫水形成，諸如磷酸鹽、磷酸氫鹽及磷酸二氫鹽，諸如陽離子，諸如包含以下金屬之陽離子之該等鹽：諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，及其他金屬及類金屬，諸如Al、Ga、In、 Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te，以及混合物，由此形成縮合磷酸鹽，諸如以下至少一者：聚磷酸鹽，諸如[P n O3n+1](n+2)-；長鏈偏磷酸鹽，諸如[(PO3) n ] n-；環狀偏磷酸鹽，諸如[(PO3) n ] n-，其中n3；及超磷酸鹽，諸如P4O10。例示性反應為
脫水反應之反應物可包含R-Ni，其可包含Al(OH)3及Al2O3中之至少一者。反應物可進一步包含金屬M，諸如本發明之該等金屬(諸如鹼金屬)、金屬氫化物MH、金屬氫氧化物(諸如本發明之金屬氫氧化物，諸如鹼金屬氫氧化物)；及氫來源，諸如H2，以及固有氫。例示性反應為2Al(OH)3至Al2O3+3H2O (94)
Al2O3+2NaOH至2NaAlO2+H2O (95)
3MH+Al(OH)3至M3Al+3H2O (96)
MoCu+2MOH+4O2至M2MoO4+CuO+H2O(M=Li、Na、K、Rb、Cs) (97)
反應產物可包含合金。R-Ni可藉由再水合而再生。形成H2O觸媒之反應混合物及脫水反應可包含且涉及氧(氫氧)化物，諸如本發明之氧(氫氧)化物，如以下例示性反應中所給出：3Co(OH)2至2CoOOH+Co+2H2O (98)。
原子氫可由H2氣體藉由解離形成。氫解離劑可為本發明該等氫解離劑中一者，諸如R-Ni，或在載體上之貴金屬或過渡金屬，諸如在碳或Al2O3上之Ni或Pt或Pd。或者，原子H可由H滲透穿過膜(諸如本發明之膜)得到。在一個實施例中，電池包含膜(諸如陶瓷膜)以允許H2選擇性擴散穿過，同時防止H2O擴散。在一個實施例中，H2及原子H中之至少一者藉由包含氫來源之電解質(諸如包含H2O之水性或熔融電解 質)電解來供應至電池。在一個實施例中，H2O觸媒係藉由酸或鹼脫水形成酐形式而可逆地形成。在一個實施例中，形成觸媒H2O及低能量氫之反應係藉由改變電池pH值或活性、溫度及壓力中至少一者來傳播，其中該壓力可藉由改變溫度來改變。如熟習此項技術者所知，一種物質(諸如酸、鹼或酐)之活性可藉由添加鹽來改變。在一個實施例中，反應混合物可包含可吸收氣體(諸如H2或酸酐氣體)或作為該氣體之來源用於形成低能量氫之反應的材料，諸如碳。反應物可為任何所需濃度及比率。反應混合物可為熔融的或包含水性漿料。
在另一實施例中，H2O觸媒來源為酸與鹼之間的反應，諸如氫鹵酸、硫酸、硝酸及亞硝酸中之至少一者與鹼之間的反應。其他適合的酸反應物為以下各物之水溶液：H2SO4、HCl、HX(X-鹵離子)、H3PO4、HClO4、HNO3、HNO、HNO2、H2S、H2CO3、H2MoO4、HNbO3、H2B4O7(M為四硼酸根)、HBO2、H2WO4、H2CrO4、H2Cr2O7、H2TiO3、HZrO3、MAlO2、HMn2O4、HIO3、HIO4、HClO4，或有機酸，諸如甲酸或乙酸。適合的例示性鹼為包含鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬或者Al、Ga、In、Sn或Pb之氫氧化物、氧(氫氧)化物或氧化物。
在一個實施例中，反應物可包含酸或鹼，其分別與鹼或酸酐反應以形成H2O觸媒及相應地鹼陽離子與酸酐陰離子之化合物或鹼酐陽離子與酸陰離子之化合物。酸酐SiO2與鹼NaOH之例示性反應為4NaOH+SiO2至Na4SiO4+2H2O (99)
其中相應酸之脫水反應為H4SiO4至2H2O+SiO2 (100)
其他適合的例示性酐可包含一種元素、金屬、合金或混合物，諸如來自以下之群者：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg。相應氧化物可包含以下至 少一者：MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、Ni2O3、FeO、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。在一個例示性實施例中，鹼包含氫氧化物，諸如鹼金屬氫氧化物，諸如MOH(M=鹼金屬)，諸如LiOH，該氫氧化物可形成相應鹼性氧化物(諸如M2O，諸如Li2O)及H2O。鹼性氧化物可與酐氧化物反應形成產物氧化物。在LiOH與酐氧化物反應並釋放H2O之一個例示性反應中，產物氧化物化合物可包含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。其他適合的例示性氧化物為以下之群之至少一者：As2O3、As2O5、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、Bi2O3、SO2、SO3、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5，及熟習此項技術者已知之其他類似氧化物。另一實例係由方程(91)給出。適合的金屬氧化物反應為2LiOH+NiO至Li2NiO2+H2O (101)
3LiOH+NiO至LiNiO2+H2O+Li2O+1/2H2 (102)
4LiOH+Ni2O3至2Li2NiO2+2H2O+1/2O2 (103)
2LiOH+Ni2O3至2LiNiO2+H2O (104)
其他過渡金屬(諸如Fe、Cr及Ti)、內過渡金屬及稀土金屬及其他金屬或類金屬(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可替代Ni或Fe，且其他鹼金屬(諸如Li、Na、K、Rb及Cs)可替代K。在一個實施例中，氧化物可包含Mo，其中在反應形成H2O期間，新生H2O觸媒及H可形成，其可進一步反應形成低能量氫。例示性固 體燃料反應及可能之氧化還原途徑為3MoO2+4LiOH→2Li 2 MoO 4+Mo+2H 2 O (105)
2MoO 2+4LiOH→2Li 2 MoO 4+2H 2 (106)
O2-→1/2O2+2e - (107)
2H2O+2e -→2OH -+H 2 (108)
2H2O+2e -→2OH -+H+H(1/4) (109)
Mo 4++4e -→Mo (110)
該反應可進一步包含氫來源，諸如氫氣及解離劑，諸如Pd/Al2O3。氫可為氕、氘或氚或其組合中之任一者。形成H2O觸媒之反應可包含兩種氫氧化物形成水之反應。氫氧化物之陽離子可具有不同氧化態，諸如鹼金屬氫氧化物與過渡金屬或鹼土金屬氫氧化物之反應之陽離子氧化態。反應混合物及反應可進一步包含且涉及來自來源之H2，如例示性反應中所給出：LiOH+2Co(OH)2+1/2H2至LiCoO2+3H2O+Co (111)
反應混合物及反應可進一步包含及涉及金屬M(諸如鹼金屬或鹼土金屬)，如例示性反應中所給出：M+LiOH+Co(OH)2至LiCoO2+H2O+MH (112)
在一個實施例中，反應混合物包含金屬氧化物及可充當H來源之氫氧化物及視情況選用之另一H來源，其中金屬氧化物之金屬(諸如Fe)可具有多種氧化態以便其在形成H2O以充當觸媒與H反應形成低能量氫的反應期間經歷氧化還原反應。實例為FeO，其中Fe2+可在形成觸媒之反應期間經歷氧化而形成Fe3+。例示性反應為FeO+3LiOH至H2O+LiFeO2+H(1/p)+Li2O (113)
在一個實施例中，至少一種反應物(諸如金屬氧化物、氫氧化物或氧(氫氧)化物)充當氧化劑，其中金屬原子(諸如Fe、Ni、Mo或Mn)之氧化態可高於另一可能的氧化態。形成觸媒及低能量氫之反應可使 原子經歷還原而形成至少一個低氧化態。使金屬氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物形成H2O觸媒之例示性反應為2KOH+NiO至K2NiO2+H2O (114)
3KOH+NiO至KNiO2+H2O+K2O+1/2H2 (115)
2KOH+Ni2O3至2KNiO2+H2O (116)
4KOH+Ni2O3至2K2NiO2+2H2O+1/2O2 (117)
2KOH+Ni(OH)2至K2NiO2+2H2O (118)
2LiOH+MoO3至Li2MoO4+H2O (119)
3KOH+Ni(OH)2至KNiO2+2H2O+K2O+1/2H2 (120)
2KOH+2NiOOH至K2NiO2+2H2O+NiO+1/2O2 (121)
KOH+NiOOH至KNiO2+H2O (122)
2NaOH+Fe2O3至2NaFeO2+H2O (123)
其他過渡金屬(諸如Ni、Fe、Cr及Ti)、內過渡金屬及稀土金屬及其他金屬或類金屬(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可替代Ni或Fe，且其他鹼金屬(諸如Li、Na、K、Rb及Cs)可替代K或Na。在一個實施例中，反應混合物包含對H2O穩定之金屬氧化物及氫氧化物中至少一者，該等金屬諸如為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。此外，反應混合物包含氫來源(諸如H2氣體)及視情況存在之解離劑(諸如在載體上之貴金屬)。在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含金屬鹵化物(諸如至少一種過渡金屬鹵化物，諸如溴化物，諸如FeBr2)及形成氧(氫氧)化物、氫氧化物或氧化物之金屬中至少一者與H2O之混合物。在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含金屬氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物(諸如至少一種過渡金屬氧化物，諸如Ni2O3)中至少一者與H2O之混合物。
鹼酐NiO與酸HCl之例示性反應為2HCl+NiO至H2O+NiCl2 (124)
其中相應鹼之脫水反應為Ni(OH)2至H2O+NiO (125)。
反應物可包含路易斯酸或鹼及布朗斯特-勞瑞酸或鹼中之至少一者。反應混合物及反應可進一步包含且涉及含氧化合物，其中酸與該含氧化合物反應形成水，如例示性反應中所給出：2HX+POX3至H2O+PX5 (126)
(X=鹵離子)。類似化合物(如POX3)係適合的，諸如P經S替代之化合物。其他適合的例示性酐可包含可溶於酸中之元素、金屬、合金或混合物之氧化物，諸如包含鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬，或Al、Ga、In、Sn或Pb的氫氧化物、氧(氫氧)化物或氧化物，諸如來自以下之群者：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg。相應氧化物可包含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。其他適合的例示性氧化物為以下之群之氧化物：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及In。在一個例示性實施例中，酸包含氫鹵酸且產物為H2O及該氧化物之金屬鹵化物。反應混合物進一步包含氫來源(諸如H2氣體)及解離劑(諸如Pt/C)，其中H與H2O觸媒反應形成低能量氫。
在一個實施例中，固體燃料包含H2來源(諸如滲透膜或H2氣體)及 解離劑(諸如Pt/C)及包含還原成H2O之氧化物或氫氧化物之H2O觸媒來源。氧化物或氫氧化物之金屬可形成金屬氫化物，其充當H來源。鹼金屬氫氧化物及氧化物(諸如LiOH及Li2O)之例示性反應為LiOH+H2至H2O+LiH (127)
Li2O+H2至LiOH+LiH (128)。
反應混合物可包含經歷氫還原形成H2O之金屬氧化物或氫氧化物，諸如以下之氧化物或氫氧化物：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及In；及氫來源(諸如H2氣體)；及解離劑(諸如Pt/C)。
在另一實施例中，反應混合物包含H2來源(諸如H2氣體)及解離劑(諸如Pt/C)以及分解成H2O觸媒及其他含氧產物(諸如O2)之過氧化物化合物(諸如H2O2)。一些H2與分解產物(諸如O2)可反應，亦形成H2O觸媒。
在一個實施例中，形成作為觸媒之H2O的反應包含有機脫水反應，諸如醇(諸如多元醇，諸如糖)脫水形成醛及H2O。在一個實施例中，脫水反應涉及自末端醇釋放H2O以形成醛。末端醇可包含糖或其衍生物，其釋放可充當觸媒之H2O。適合的例示性醇為內赤蘚醇、半乳糖醇、甜醇及聚乙烯醇(PVA)。例示性反應混合物包含糖+氫解離劑，諸如Pd/Al2O3+H2。或者，反應包含金屬鹽(諸如具有至少一個水合水之金屬鹽)之脫水反應。在一個實施例中，脫水包含自水合物(諸如水合離子及鹽水合物，諸如BaI2 2H2O及EuBr2 nH2O)失去H2O以充當觸媒。
在一個實施例中，形成H2O觸媒之反應包含含氧化合物(諸如CO)、氧陰離子(諸如MNO3；M=鹼金屬)、金屬氧化物(諸如NiO、Ni2O3、Fe2O3或SnO)、氫氧化物(諸如Co(OH)2)、氧(氫氧)化物(諸如 FeOOH、CoOOH及NiOOH)以及氫可還原成H2O之化合物、氧陰離子、氧化物、氫氧化物、氧(氫氧)化物、過氧化物、超氧化物及含氧物質之其他組合物(諸如本發明之組合物)的氫還原反應。例示性含氧化合物或氧陰離子為SOCl2、Na2S2O3、NaMnO4、POBr3、K2S2O8、CO、CO2、NO、NO2、P2O5、N2O5、N2O、SO2、I2O5、NaClO2、NaClO、K2SO4及KHSO4。用於氫還原之氫來源可為H2氣體及氫化物(諸如金屬氫化物，諸如本發明之金屬氫化物)中之至少一者。反應混合物可進一步包含可形成含氧化合物或離子之還原劑。氧陰離子之陽離子可形成含另一陰離子之產物化合物，該陰離子諸如鹵離子、其他硫族離子、磷離子、其他氧陰離子、氮離子、矽離子、砷離子或本發明之其他陰離子。例示性反應為4NaNO3(c)+5MgH2(c)至5MgO(c)+4NaOH(c)+3H2O(l)+2N2(g) (129)
P2O5(c)+6NaH(c)至2Na3PO4(c)+3H2O(g) (130)
NaClO4(c)+2MgH2(c)至2MgO(c)+NaCl(c)+2H2O(l) (131)
KHSO4+4H2至KHS+4H2O (132)
K2SO4+4H2至2KOH+2H2O+H2S (133)
LiNO3+4H2至LiNH2+3H2O (134)
GeO2+2H2至Ge+2H2O (135)
CO2+H2至C+2H2O (136)
PbO2+2H2至2H2O+Pb (137)
V2O5+5H2至2V+5H2O (138)
Co(OH)2+H2至Co+2H2O (139)
Fe2O3+3H2至2Fe+3H2O (140)
3Fe2O3+H2至2Fe3O4+H2O (141)
Fe2O3+H2至2FeO+H2O (142)
Ni2O3+3H2至2Ni+3H2O (143)
3Ni2O3+H2至2Ni3O4+H2O (144)
Ni2O3+H2至2NiO+H2O (145)
3FeOOH+1/2H2至Fe3O4+2H2O (146)
3NiOOH+1/2H2至Ni3O4+2H2O (147)
3CoOOH+1/2H2至Co3O4+2H2O (148)
FeOOH+1/2H2至FeO+H2O (149)
NiOOH+1/2H2至NiO+H2O (150)
CoOOH+1/2H2至CoO+H2O (151)
SnO+H2至Sn+H2O (152)
反應混合物可包含陰離子來源或陰離子及氧來源或氧(諸如含氧化合物)，其中形成H2O觸媒之反應包含陰離子-氧交換反應，且視情況選用的來自來源之H2與氧反應形成H2O。例示性反應為2NaOH+H2+S至Na2S+2H2O (153)
2NaOH+H2+Te至Na2Te+2H2O (154)
2NaOH+H2+Se至Na2Se+2H2O (155)
LiOH+NH3至LiNH2+H2O (156)。
在另一實施例中，反應混合物包含硫族化物之間之交換反應，諸如含O及含S反應物之間之交換反應。例示性硫族化物反應物，諸如四面體四硫代鉬酸銨，含有([MoS4]2-)陰離子。形成新生H2O觸媒及視情況存在之新生H的例示性反應包含鉬酸根[MoO4]2-與硫化氫在氨存在下之反應：[NH4]2[MoO4]+4H2S至[NH4]2[MoS4]+4H2O (157)。
在一個實施例中，反應混合物包含氫來源、含氧化合物及能夠與反應混合物之至少一種其他元素形成合金的至少一種元素。形成H2O觸媒之反應可包含含氧化合物之氧與能夠與氧化合物之陽離子形 成合金之元素的交換反應，其中氧與來自來源之氫反應形成H2O。例示性反應為NaOH+1/2H2+Pd至NaPb+H2O (158)
NaOH+1/2H2+Bi至NaBi+H2O (159)
NaOH+1/2H2+2Cd至Cd2Na+H2O (160)
NaOH+1/2H2+4Ga至Ga4Na+H2O (161)
NaOH+1/2H2+Sn至NaSn+H2O (162)
NaAlH4+Al(OH)3+5Ni至NaAlO2+Ni5Al+H2O+5/2H2(163)。
在一個實施例中，反應混合物包含含氧化合物(諸如氧(氫氧)化物)及還原劑(諸如形成氧化物之金屬)。形成H2O觸媒之反應可包含氧(氫氧)化物與金屬形成金屬氧化物及H2O之反應。例示性反應為2MnOOH+Sn至2MnO+SnO+H2O (164)
4MnOOH+Sn至4MnO+SnO2+2H2O (165)
2MnOOH+Zn至2MnO+ZnO+H2O (166)。
在一個實施例中，反應混合物包含含氧化合物(諸如氫氧化物)、氫來源及至少一種包含不同陰離子(諸如鹵離子)或另一元素之其他化合物。形成H2O觸媒之反應可包含氫氧化物與該其他化合物或元素之反應，其中陰離子或元素與氫氧化物交換以形成該陰離子或元素之另一化合物，且氫氧化物與H2反應形成H2O。陰離子可包含鹵離子。例示性反應為2NaOH+NiCl2+H2至2NaCl+2H2O+Ni (167)
2NaOH+I2+H2至2NaI+2H2O (168)
2NaOH+XeF2+H2至2NaF+2H2O+Xe (169)
BiX3(X=鹵離子)+4Bi(OH)3至3BiOX+Bi2O3+6H2O (170)。
氫氧化物及鹵化物化合物可經選擇以使得形成H2O及另一鹵化物之反應為熱可逆的。在一個實施例中，一般交換反應為 NaOH+1/2H2+1/yMxCly=NaCl+6H2O+x/yM (171)
其中例示性化合物MxCly為AlCl3、BeCl2、HfCl4、KAgCl2、MnCl2、NaAlCl4、ScCl3、TiCl2、TiCl3、UCl3、UCl4、ZrCl4、EuCl3、GdCl3、MgCl2、NdCl3及YCl3。在較高溫度(諸如在約100℃至2000℃之範圍內)下，方程(171)之反應具有焓及約0kJ之自由能中至少一者且為可逆的。可逆的溫度係由每一反應之相應熱力學參數計算。代表性溫度範圍為在約800K-900K下之NaCl-ScCl3、在約300K-400K下之NaCl-TiCl2、在約600K-800K下之NaCl-UCl3、在約250K-300K下之NaCl-UCl4、在約250K-300K下之NaCl-ZrCl4、在約900K-1300K下之NaCl-MgCl2、在約900K-1000K下之NaCl-EuCl3、約>1000K之NaCl-NdCl3及約>1000K之NaCl-YCl3。
在一個實施例中，反應混合物包含氧化物，諸如金屬氧化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬氧化物，以及其他金屬及類金屬氧化物，諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之氧化物；過氧化物，諸如M2O2(其中M為鹼金屬)，諸如Li2O2、Na2O2及K2O2；及超氧化物，諸如MO2(其中M為鹼金屬)，諸如NaO2、KO2、RbO2及CsO2，及鹼土金屬超氧化物；及氫來源。離子過氧化物可進一步包含Ca、Sr或Ba之離子過氧化物。形成H2O觸媒之反應可包含形成H2O之氧化物、過氧化物或超氧化物之氫還原反應。例示性反應為Na2O+2H2至2NaH+H2O (172)
Li2O2+H2至Li2O+H2O (173)
KO2+3/2H2至KOH+H2O (174)。
在一個實施例中，反應混合物包含氫來源，諸如H2、氫化物(諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬氫化物及本發明氫化物中之至少一者)及含易燃氫之氫來源或其他化合物(諸如金 屬胺化物)中之至少一者，及氧來源(諸如O2)。形成H2O觸媒之反應可包含H2、氫化物或氫化合物(諸如金屬胺化物)之形成H2O之氧化反應。例示性反應為2NaH+O2至Na2O+H2O (175)
H2+1/2O2至H2O (176)
LiNH2+2O2至LiNO3+H2O (177)
2LiNH2+3/2O2至2LiOH+H2O+N2 (178)。
在一個實施例中，反應混合物包含氫來源及氧來源。形成H2O觸媒之反應可包含氫來源及氧來源中之至少一者分解形成H2O的反應。例示性反應為NH4NO3至N2O+2H2O (179)
NH4NO3至N2+1/2O2+2H2O (180)
H2O2至1/2O2+H2O (181)
H2O2+H2至2H2O (182)。
本文在此化學反應器部分中所揭示的反應混合物進一步包含氫來源以形成低能量氫。來源可為原子氫來源，諸如氫解離劑及H2氣體或金屬氫化物，諸如本發明之解離劑及金屬氫化物。提供原子氫之氫來源可為包含氫之化合物，諸如氫氧化物或氧(氫氧)化物。反應形成低能量氫之H可為由一或多種反應物之反應(諸如氫氧化物與氧化物之反應)形成的新生H，其中至少一種反應物包含氫來源。反應亦可形成H2O觸媒。氧化物及氫氧化物可包含相同化合物。舉例而言，氧(氫氧)化物(諸如FeOOH)可脫水提供H2O觸媒，而且在脫水期間提供新生H以用於低能量氫反應：4FeOOH至H2O+Fe2O3+2FeO+O2+2H(1/4) (183)
其中在反應期間形成之新生H反應形成低能量氫。其他例示性反應為氫氧化物與氧(氫氧)化物或氧化物(諸如NaOH+FeOOH或Fe2O3) 形成鹼金屬氧化物(諸如NaFeO2)+H2O之反應，其中該反應期間形成之新生H可形成低能量氫，其中H2O充當觸媒。氧化物及氫氧化物可包含相同化合物。舉例而言，氧(氫氧)化物(諸如FeOOH)可脫水提供H2O觸媒，而且在脫水期間提供新生H以用於低能量氫反應：4FeOOH至H2O+Fe2O3+2FeO+O2+2H(1/4) (184)
其中在反應期間形成之新生H反應形成低能量氫。其他例示性反應為氫氧化物與氧(氫氧)化物或氧化物(諸如NaOH+FeOOH或Fe2O3)形成鹼金屬氧化物(諸如NaFeO2)+H2O之反應，其中該反應期間形成之新生H可形成低能量氫，其中H2O充當觸媒。氫氧根離子在形成H2O及氧離子中經歷還原及氧化兩者。氧離子可與H2O反應形成OH-。可在諸如以下所示之氫氧化物-鹵化物交換反應下獲得相同路徑2M(OH) 2+2M'X 2→H2O+2MX 2+2M'O+1/2O2+2H(1/4) (185)
其中例示性M及M'金屬分別為鹼土金屬及過渡金屬，諸如Cu(OH)2+FeBr2、Cu(OH)2+CuBr2或Co(OH)2+CuBr2。在一個實施例中，固體燃料可包含金屬氫氧化物及金屬鹵化物，其中至少一種金屬為Fe。可添加H2O及H2中至少一者以使反應物再生。在一個實施例中，M及M'可選自以下之群：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、第13、14、15及16族元素，以及氫氧化物或鹵化物之其他陽離子，諸如本發明之該等陽離子。形成HOH觸媒、新生H及低能量氫中至少一者之例示性反應為4MOH+4M'X→H2O+2M' 2 O+M 2 O+2MX+X 2+2H(1/4)(186)。
在一個實施例中，反應混合物包含氫氧化物及鹵化物化合物中至少一者，諸如本發明之該等化合物。在一個實施例中，鹵化物可用於促進新生HOH觸媒及H中至少一者之形成及維持中至少一者。在一個實施例中，該混合物可用於降低反應混合物之熔點。
在一個實施例中，固體燃料包含Mg(OH)2+CuBr2之混合物。產 物CuBr可昇華形成CuBr縮合產物，由此使其與非揮發性MgO分離。Br2可用冷阱捕集。CuBr可與Br2反應形成CuBr2，且MgO可與H2O反應形成Mg(OH)2。Mg(OH)2可與CuBr2組合形成再生之固體燃料。
酸-鹼反應為獲得H2O觸媒之另一方法。因此，該熱化學反應類似於形成低能量氫之電化學反應。例示性鹵化物及氫氧化物混合物為Bi、Cd、Cu、Co、Mo及Cd之鹵化物及氫氧化物混合物，以及以下之群之具有低水反應性之金屬的氫氧化物及鹵化物之混合物：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及Zn。在一個實施例中，反應混合物進一步包含H2O，其可充當H及觸媒(諸如新生H2O)中至少一者之來源。水可呈水合物形式，其在反應期間會分解或以其他方式反應。
在一個實施例中，固體燃料包含H2O及形成新生H及新生H2O之無機化合物的反應混合物。無機化合物可包含與H2O反應之鹵化物，諸如金屬鹵化物。反應產物可為以下至少一者：氫氧化物、氧(氫氧)化物、氧化物、氧鹵化物、羥基鹵化物及水合物。其他產物可包括含氧及鹵素之陰離子，諸如XO -、XO 2 -、XO 3 -及XO 4 -(X=鹵素)。產物亦可為還原之陽離子及鹵素氣體中至少一者。鹵化物可為金屬鹵化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，以及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B，以及形成鹵化物之其他元素之鹵化物。該金屬或元素可另外為形成氫氧化物、氧(氫氧)化物、氧化物、氧鹵化物、羥基鹵化物、水合物中至少一者的金屬或元素，及形成具有含氧及鹵素之陰離子(諸如XO -、XO 2 -、XO 3 -及XO 4 -(X=鹵素))之化合物的金屬或元素。適合的例示性金屬及元素為以下至少一者：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，以及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、 N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B。例示性反應為 5MX2+7H2O至MXOH+M(OH)2+MO+M2O3+11H(1/4)+9/2X2(187)
其中M為金屬，諸如過渡金屬，諸如Cu，且X為鹵素，諸如Cl。
在一個實施例中，H2O充當觸媒，其維持在低濃度下以提供新生H2O。在一個實施例中，低濃度係藉由將H2O分子分散於另一材料(諸如固體、液體或氣體)中來達成。H2O分子可稀釋至分離的新生分子之極限。該材料亦包含H來源。該材料可包含離子化合物，諸如鹼金屬鹵化物，諸如鹵化鉀，諸如KCl；或過渡金屬鹵化物，諸如CuBr2。新生H之低濃度亦可動態地達成，其中H2O係由反應形成。產物H2O可相對於形成速率以一定速率移除，該形成速率引起穩態低濃度以提供新生H及新生HOH中至少一者。形成H2O之反應可包含脫水反應、燃燒反應、酸-鹼反應及其他，諸如本發明之該等反應。H2O可藉由諸如蒸發及濃縮之方法移除。例示性反應物為形成氧化鐵及H2O之FeOOH，其中新生H亦由進一步反應形成以形成低能量氫。其他例示性反應混合物為Fe2O3+NaOH及H2中之至少一者、及FeOOH+NaOH及H2中之至少一者。反應混合物可維持在較高溫度下，諸如在約100℃至600℃之範圍內。H2O產物可藉由在反應器之冷點(諸如維持低於100℃之氣體管線)中使蒸汽冷凝來移除。在另一實施例中，包含H2O作為混合物之夾雜物或一部分的材料或諸如H2O分散或吸收於晶格(諸如離子化合物，諸如鹼金屬鹵化物，諸如鹵化鉀，諸如KCl之晶格)中的化合物可伴隨高能粒子之轟擊出現。粒子可包含光子、離子及電子中之至少一者。粒子可包含諸如電子束之射束。轟擊可提供H2O觸媒、H及形成低能量氫之反應之活化中之至少一者。在SF-CIHT電池之實施例中，H2O含量可能很高。H2O可藉由高電流點火而以高速率形成低能量氫。
反應混合物可進一步包含載體，諸如導電高表面積載體。適合 的例示性載體為本發明之該等載體，諸如金屬粉，諸如Ni或R-Ni；金屬篩網，諸如Ni、Ni celmet、Ni網；碳、碳化物，諸如TiC及WC，及硼化物。載體可包含解離劑，諸如Pd/C或Pd/C。反應物可為任何所需莫耳比率。在一個實施例中，化學計量有利於反應完成以形成H2O觸媒及提供H以形成低能量氫。反應溫度可在任何所需範圍內，諸如在約環境至1500℃範圍內。壓力範圍可為任何所需範圍，諸如在約0.01托至500atm範圍內。反應為基於本文及以下Mills先前公開案中所揭示之方法進行的代表性可逆反應中至少一者：諸如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US08/61455，2008年4月24日申請之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，2009年7月29日申請之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US10/27828，2010年3月18日申請之PCT；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US11/28889，2011年3月17日申請之PCT；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，PCT/US12/31369，2012年3月30日申請；及CIHT Power System，PCT/US13/041938，13年5月21日申請，其以全文引用之方式併入本文中。如熟習此項技術者所知，形成H2O之反應可藉由改變反應條件(諸如溫度及壓力)以使消耗H2O之反應逆轉而變為可逆的。舉例而言，H2O壓力可在向後反應中增加以藉由再水合而自產物再形成反應物。在其他情形中，氫還原之產物可藉由氧化反應，諸如藉由與氧及H2O中至少一者反應而再生。在一個實施例中，可自反應中移除逆反應產物以使逆反應或再生反應繼續進行。即使在基於平衡熱力學不利的情況下，藉由移除至少一個逆反應產物，逆反應亦可變成有利的。在一個例示性實施例中，再生之反應物(逆反應或再生反應產物)包含氫氧化物，諸如鹼金屬氫氧化物。氫氧化物可為藉由諸如溶劑化或昇華之方法移除。在後一情形中，鹼金屬氫氧化 物昇華在約350℃至400℃範圍內之溫度下未改變。該等反應可在Mills先前公開案之電力工廠系統中維持。產生電力之電池之熱能可向如先前所揭示之至少一個經歷再生之其他電池提供熱。或者，形成H2O觸媒之反應與逆再生反應之平衡可如先前所揭示，藉由改變在電池之所選區處因冷卻劑而具溫度梯度之系統設計之水牆的溫度來偏移。
在一個實施例中，鹵化物及氧化物可經歷交換反應。交換反應之產物可彼此分離。交換反應可藉由加熱產物混合物來進行。分離可藉由昇華實現，該昇華可藉由加熱及施加真空中至少一者驅動。在一個例示性實施例中，CaBr2及CuO可因加熱至高溫(諸如在約700℃至900℃範圍內)而經歷交換反應，形成CuBr2及CaO。可使用任何其他適合的溫度範圍，諸如在約100℃至2000℃範圍內。CuBr2可藉由昇華來分離及收集，該昇華可藉由施加熱及低壓來實現。CuBr2可形成單獨帶。CaO可與H2O反應形成Ca(OH)2。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含單態氧來源。產生單態氧之例示性反應為NaOCl+H2O2至O2+NaCl+H2O (188)
在另一實施例中，固體燃料或高能材料包含芬頓反應(Fenton reaction)之來源或試劑，諸如H2O2。
在一個實施例中，使用包含H及O中之至少一者之觸媒(諸如H2O)合成低能量氫物質及化合物。合成例示性低能量氫化合物MHX之反應混合物，其中M為鹼金屬且可為另一金屬(諸如鹼土金屬)，其中化合物具有相應化學計量，H為低能量氫(諸如低能量氫氫化物)，且X為陰離子(諸如鹵離子)，包含M及X來源(諸如鹼金屬鹵化物，諸如KCl)及金屬還原劑(諸如鹼金屬)、氫解離劑(諸如Ni，諸如Ni篩網或R-Ni)及視情況選用之載體(諸如碳)、氫來源(諸如金屬氫化物(諸如MH，可替代M)及H2氣體中之至少一者)及氧來源(諸如金屬氧化物或含氧化合 物)。適合的例示性金屬氧化物為Fe2O3、Cr2O3及NiO。反應溫度可維持在約200℃至1500℃或約400℃至800℃範圍內。反應物可為任何所需比率。形成KHCl之反應混合物可包含K、Ni篩網、KCl、氫氣，及Fe2O3、Cr2O3及NiO中之至少一者。例示性重量及條件為1.6g K、20g KCl、40g Ni篩網、金屬氧化物中與K等莫耳之氧(諸如1.5g Fe2O3及1.5g NiO)、1atm H2，及約550-600℃之反應溫度。反應藉由H與金屬氧化物中之O反應形成H2O觸媒，且H與該觸媒反應形成低能量氫及形成產物KHCl之低能量氫氫化物離子。形成KHI之反應混合物可包含K、R-Ni、KI、氫氣、及Fe2O3、Cr2O3及NiO中之至少一者。例示性重量及條件為1g K、20g KI、15g R-Ni 2800、金屬氧化物中與K等莫耳之氧(諸如1g Fe2O3及1g NiO)、1atm H2，及約450-500℃之反應溫度。反應藉由H與金屬氧化物中之O反應形成H2O觸媒，且H與該觸媒反應形成低能量氫及形成產物KHI之低能量氫氫化物離子。在一個實施例中，CIHT電池、SF-CIHT電池、固體燃料或化學電池中至少一者之產物為H2(1/4)，其引起高磁場H NMR基質偏移。在另一實施例中，固體基質(諸如氫氧化物(諸如NaOH或KOH)之基質)中低能量氫物質(諸如低能量氫原子、氫化物離子或分子)之存在引起基質質子向高磁場位移。基質質子(諸如NaOH或KOH之質子)可交換。在一個實施例中，位移可使得基質峰相對於TMS在約-0.1至-5ppm範圍內。
在一個實施例中，氫氧化物及鹵化物化合物混合物(諸如Cu(OH)2+CuBr2)之再生反應可藉由添加至少一種H2及H2O來實現。產物(諸如鹵化物及氧化物)可藉由使鹵化物昇華來分離。在一個實施例中，可在加熱條件下，將H2O添加至反應混合物中以自反應產物形成氫氧化物及鹵化物，諸如CuBr2及Cu(OH)2。在一個實施例中，再生可藉由熱循環步驟達成、在一個實施例中，鹵化物(諸如CuBr2)為可溶於H2O的，而氫氧化物(諸如Cu(OH)2)係不可溶的。再生化合物可藉由過濾 或沈澱來分離。化學品可用來自該反應之熱能乾燥。熱可由餾出之水蒸氣恢復。該恢復可藉由熱交換器或藉由直接使用蒸汽進行加熱或使用例如渦輪機及發電機產生電。在一個實施例中，自CuO再生Cu(OH)2係藉由使用H2O裂解觸媒來達成。適合的觸媒為載體上之貴金屬，諸如Pt/Al2O3，及藉由燒結CuO及Al2O3形成之CuAlO2、磷酸鈷、硼酸鈷、甲基硼酸鈷、硼酸鎳、RuO2、LaMnO3、SrTiO3、TiO2及WO3。形成H2O裂解觸媒之例示性方法為分別在0.92V及1.15V之電位(相對於標準氫電極)下於約0.1M磷酸鉀硼酸鹽電解質(pH 9.2)中進行Co2+及Ni2+溶液之受控電解。例示性熱可逆固體燃料循環為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)
在一個實施例中，具有H2作為反應物及H2O作為產物以及H2或H2O中一或多者作為反應物及產物中至少一者中之至少一者的固體燃料之反應混合物經選擇以使得任何習知反應之最大理論自由能在限制性試劑之-500至+500kJ/mol範圍內或較佳在限制性試劑之-100至+100kJ/mol範圍內為約零。反應物及產物之混合物可維持在使自由能為約零之大致最佳溫度及使反應可逆以獲得再生或穩定動力至少持續比在維持混合物及溫度不存在下之反應時間長之持續時間的大致最佳溫度中之一或多者。該溫度可在最佳溫度之約+/- 500℃或約+/- 100℃範圍內。例示性混合物及反應溫度為在800K下Fe、Fe2O3、H2及H2O之化學計量混合物，及在800K下化學計量之Sn、SnO、H2及H2O。
在鹼金屬M(諸如K或Li)及nH(n=整數)、OH、O、2O、O2及H2O 中至少一者充當觸媒之一個實施例中，H來源為金屬氫化物(諸如MH)以及金屬M及金屬氫化物MH中至少一者與H來源反應形成H中至少一者。一種產物可為氧化之M，諸如氧化物或氫氧化物。產生原子氫及觸媒中之至少一者之反應可為電子輸送反應或氧化還原反應。該反應混合物可進一步包含以下至少一者：H2、H2解離劑(諸如本發明之該等H2解離劑，諸如Ni篩網或R-Ni)及導電載體(諸如該等解離劑)及其他，以及本發明之載體，諸如碳及碳化物、硼化物及碳氮化物。M或MH之例示性氧化反應為4MH+Fe2O3至+H2O+H(1/p)+M2O+MOH+2Fe+M (195)
其中H2O及M中之至少一者可充當觸媒以形成H(1/p)。反應混合物可進一步包含針對低能量氫之吸氣劑，諸如化合物，諸如鹽，諸如鹵化物鹽，諸如鹼金屬鹵化物鹽，諸如KCl或KI。該產物可為MHX(M=金屬，諸如鹼金屬；X為相對離子，諸如鹵離子；H為低能量氫物質)。其他低能量氫觸媒可取代M，諸如本發明之該等觸媒，諸如表1之該等觸媒。
在一個實施例中，氧來源為具類似於水之形成熱的化合物以便氧來源化合物之還原產物與氫之間的氧交換在最低能量釋放下發生。適合的例示性氧來源化合物為CdO、CuO、ZnO、SO2、SeO2及TeO2。其他(諸如金屬氧化物)亦可為當H2O觸媒來源為MnOx、AlOx及SiOx時可經歷脫水反應之酸或鹼之酐。在一個實施例中，氧化物層氧來源可覆蓋氫來源，諸如金屬氫化物，諸如氫化鈀。形成進一步反應以形成低能量氫的H2O觸媒及原子H的反應可藉由加熱氧化物塗佈之氫來源(諸如金屬氧化物塗佈之氫化鈀)起始。氫化鈀可藉由氫不可透層(諸如金膜層)塗佈於氧來源之相對側以引起釋放之氫選擇性地遷移至氧來源，諸如氧化物層，諸如金屬氧化物。在一個實施例中，形成低能量氫觸媒之反應及再生反應分別包含氧來源化合物與氫之間及水 與還原之氧來源化合物之間的的氧交換。適合的還原之氧來源為Cd、Cu、Zn、S、Se及Te。在一個實施例中，氧交換反應可包含用於熱形成氫氣之反應。例示性熱方法為鐵氧化物循環、氧化鈰(IV)-氧化鈰(III)循環、鋅-氧化鋅循環、硫-碘循環、銅-氯循環及混合硫循環，及熟習此項技術者已知之其他循環。在一個實施例中，形成低能量氫觸媒之反應及再生反應(諸如氧交換反應)係在同一反應容器中同時發生。可控制條件(諸如溫度及壓力)以達成反應之同時發生。或者，產物可移出且在至少一個其他單獨容器中再生，其可在不同於本發明及Mills先前申請案中所給之電力形成反應之條件下發生。
在一個實施例中，諸如LiNH2之醯胺的NH2基團充當觸媒，其中對應於方程式(5)中m=3，位能為約81.6eV。類似於酸或鹼形成酐及酐形成酸或鹼之可逆的H2O消除或添加反應，醯胺與醯亞胺或氮化物之間的可逆反應形成NH2觸媒，NH2觸媒進一步與原子H反應形成低能量氫。醯胺與醯亞胺及氮化物中至少一者之間的可逆反應亦可充當氫來源，諸如原子H。
在一個實施例中，藉由H與OH及H2O觸媒中之至少一者的反應合成低能量氫物質，諸如分子低能量氫或低能量氫氫化物離子。低能量氫物質可由以下之群中至少兩者產生：金屬(諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、As、Sb及Te)、金屬氫化物(諸如LaNi5H6及本發明之其他金屬氫化物)、氫氧化物水溶液(諸如鹼金屬氫氧化物，諸如0.1M至飽和濃度之KOH)、載體(諸如碳、Pt/C、蒸氣碳、碳黑、碳化物、硼化物或腈)及氧。形成低能量氫物質(諸如分子低能量氫)之適合的例示性反應混合物為(1)Co PtC KOH(飽和)，有及無O2；(2)Zn或Sn+LaNi5H6+KOH(飽和)；(3)Co、Sn、Sb或Zn+O2+CB+KOH(飽和)；(4)Al CB KOH(飽和)；(5)Sn Ni塗佈之石墨KOH(飽和)，有及無O2；(6)Sn +SC或CB+KOH(飽和)+O2；(7)Zn Pt/C KOH(飽和)O2；(8)Zn R-Ni KOH(飽和)O2；(9)Sn LaNi5H6 KOH(飽和)O2；(10)Sb LaNi5H6 KOH(飽和)O2；(11)Co、Sn、Zn、Pb或Sb+KOH(飽和水溶液)+K2CO3+CB-SA；及(12)LiNH2 LiBr及LiH或Li及H2或其來源及視情況選用之氫解離劑(諸如Ni或R-Ni)。其他反應混合物包含熔融氫氧化物、氫來源、氧來源及氫解離劑。形成低能量氫物質(諸如分子低能量氫)之適合的例示性反應混合物為(1)Ni(H2)LiOH-LiBr空氣或O2；(2)Ni(H2)NaOH-NaBr空氣或O2；及(3)Ni(H2)KOH-NaBr空氣或O2。
在一個實施例中，形成低能量氫之化學SF-CIHT及CIHT電池反應中之至少一者的產物為包含低能量氫或較低能量氫物質(諸如與無機化合物複合之H2(1/p))的化合物。該化合物可包含氧陰離子化合物，諸如鹼金屬或鹼土金屬碳酸鹽或氫氧化物或本發明之其他此類化合物。在一個實施例中，產物包含M 2 CO 3．H 2(1/4)與MOH．H 2(1/4)(M=鹼金屬或本發明之其他陽離子)複合物中之至少一者。該產物可藉由ToF-SIMS鑑別為正離子光譜中之一系列離子，分別包含M(M 2 CO 3．H 2(1/4)) n +)及M(KOH．H 2(1/4)) n +，其中n為整數且整數p>1，可被4取代。在一個實施例中，包含矽及氧之化合物(諸如SiO2或石英)可充當H2(1/4)的吸氣劑。H2(1/4)的吸氣劑可包含過渡金屬、鹼金屬、鹼土金屬、內過渡金屬、稀土金屬、金屬之組合、合金(諸如Mo合金，諸如MoCu)及儲氫物質，諸如本發明之彼等物質。
用本發明方法合成之低能量氫化合物可具有式MH、MH2或M2H2，其中M為鹼金屬陽離子且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHn，其中n為1或2，M為鹼土金屬陽離子且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHX，其中M為鹼金屬陽離子，X為中性原子(諸如鹵素原子)、分子或帶單一負電的陰離子(諸如鹵素陰離子)中之一者，且H 為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHX，其中M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHX，其中M為鹼土金屬陽離子，X為帶雙負電的陰離子，且H為結合能增加之氫原子。化合物可具有式M2HX，其中M為鹼金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHn，其中n為整數，M為鹼金屬陽離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2Hn，其中n為整數，M為鹼土金屬陽離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2XHn，其中n為整數，M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2X2Hn，其中n為1或2，M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2X3H，其中M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式M2XHn，其中n為1或2，M為鹼土金屬陽離子，X為帶雙負電的陰離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2XX'H，其中M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，X'為帶雙負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MM'Hn，其中n為1至3之整數，M為鹼土金屬陽離子，M'為鹼金屬陽離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式MM'XHn，其中n為1或2，M為鹼土金屬陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式MM'XH，其中M為 鹼土金屬陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為帶雙負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MM'XX'H，其中M為鹼土金屬陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X及X'為帶單一負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MXX'Hn，其中n為1至5之整數，M為鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電或雙負電的陰離子，X'為金屬或類金屬、過渡元素、內過渡元素或稀土元素，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式MHn，其中n為整數，M為陽離子，諸如過渡元素、內過渡元素或稀土元素，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式MXHn，其中n為整數，M為陽離子，諸如鹼金屬陽離子、鹼土金屬陽離子，X為另一陽離子，諸如過渡元素、內過渡元素或稀土元素陽離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式[KH m KCO 3 ] n ，其中m及n各為整數且化合物之氫內含物H m 包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式[KH m KCO 3]+ n nX -，其中m及n各為整數，X為帶單一負電的陰離子，且化合物之氫內含物H m 包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式[KHKNO 3 ] n ，其中n為整數且化合物之氫內含物H包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式[KHKOH] n ，其中n為整數且化合物之氫內含物H包含至少一種結合能增加之氫物質。包括陰離子或陽離子之化合物可具有式[MH m M'X] n ，其中m及n各為整數，M及M'各為鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電或雙負電的陰離子，且化合物之氫內含物H m 包含至少一種結合能增加之氫物質。包括陰離子或陽離子之化合物可具有式[MH m M'X'] n +，其中m及n各為整數，M及M'各為鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X及X'為帶單一負電或雙負電的陰離子，且化合物之氫內含物H m 包含至少一種結合能增加之氫物質。陰 離子可包含本發明彼等陰離子中之一者。適合的例示性帶單一負電的陰離子為鹵離子、氫氧根離子、碳酸氫根離子或硝酸根離子。適合的例示性帶雙負電的陰離子為碳酸根離子、氧離子或硫酸根離子。
在一個實施例中，結合能增加之氫化合物或混合物包含包埋於晶格(諸如結晶晶格)中，諸如包埋於金屬或離子晶格中之至少一種較低能量氫物質，諸如低能量氫原子、低能量氫氫化物離子及二低能量氫分子。在一個實施例中，晶格不能與較低能量氫物質反應。基質可為非質子性的，諸如在包埋之低能量氫氫化物離子之情況下。化合物或混合物可包含包埋於鹽晶格(諸如鹼金屬或鹼土金屬鹽，諸如鹵化物)中之H(1/p)、H2(1/p)及H-(1/p)中之至少一者。例示性鹼金屬鹵化物為KCl及KI。在包埋之H-(1/p)情況下該鹽可缺乏任何H2O。其他適合的鹽晶格包含本發明之彼等鹽晶格。較低能量氫物質可藉由用非質子性觸媒(諸如表1中之觸媒)催化氫來形成。
本發明之化合物較佳為大於0.1原子%純。化合物更佳為大於1原子%純。化合物甚至更佳為大於10原子%純。化合物最佳為大於50原子%純。在另一實施例中，化合物為大於90原子%純。在另一實施例中，化合物為大於95原子%純。
在形成低能量氫之化學反應器之另一實施例中，形成低能量氫及釋放動力(諸如熱功率)之電池包含內燃機、火箭發動機或氣體渦輪機之燃燒腔室。反應混合物包含氫來源及氧來源以產生觸媒及低能量氫。觸媒來源可為含氫物質及含氧物質中之至少一者。該等物質或另一反應產物可為包含O與H中至少一者之物質中的至少一者，諸如H2、H、H+、O2、O3、O 3 +、O 3 -、O、O+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH、OOH-、O-、O2 -、O 2 -及O 2 2-。觸媒可包含氧或氫物質，諸如H2O。在另一實施例中，觸媒包含nH、nO(n=整數)、O2、OH及H2O觸媒中之至少一者。氫來源(諸如氫原子來源)可包含含氫燃料， 諸如H2氣體或烴。氫原子可在烴燃燒期間藉由烴熱解來產生。反應混合物可進一步包含氫解離劑，諸如本發明之彼等氫解離劑。H原子亦可藉由氫解離形成。O來源可進一步包含來自空氣之O2。反應物可進一步包含H2O，H2O可充當H與O中之至少一者的來源。在一個實施例中，水充當氫與氧中之至少一者的另一來源，氫與氧可由電池中H2O熱解而供應。水可在表面(諸如汽缸或活塞頭)上熱或催化解離成氫原子。表面可包含用於將水解離成氫及氧之材料。水解離材料可包含以下之元素、化合物、合金或混合物：過渡元素或內過渡元素、鐵、鉑、鈀、鋯、釩、鎳、鈦、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插碳(石墨)。H及O可反應形成觸媒及H以形成低能量氫。氫及氧來源可經由相應接口或進口(諸如進口閥或歧管)引入。產物可經由排出口或出口排出。流量可藉由控制穿過各自接口之進口及出口速率來控制。
在一個實施例中，低能量氫藉由加熱觸媒來源與氫來源(諸如本發明之固體燃料)來形成。加熱可為熱功率加熱與撞擊加熱(percussion heating)中之至少一者。實驗上，拉曼光譜學證實低能量氫藉由將固體燃料(諸如氫氧化物與鹵化物之混合物，諸如包含諸如Li之鹼金屬之混合物)球磨來形成。舉例而言，自球磨之LiOH+LiI及LiOH+LiF在2308cm-1觀測到相反的拉曼效應峰。因此，一種適合的例示性混合物為LiOH+LiI或LiF。在一個實施例中，熱功率與撞擊加熱中之至少一者藉由快速反應實現。在此情況下，額外的高能反應藉由形成低能量氫來提供。
在一個實施例中，H2(1/p)可充當MRI順磁性造影劑，因為1量子數非零。
允許量值為△J=0,+1之轉動選擇規則的非零1個量子數許可H2(1/p)分子雷射。
在一個實施例中，因為H2(1/p)為順磁性的，所以其液化溫度高於H2。大多數低能量氫氣體可藉由低溫分離方法收集。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含火箭推進劑。高電流引發之點火使電漿快速地膨脹，此可提供推力。本發明之另一發明為一種推進器，其除包含指引提供推力之膨脹電漿之噴嘴外亦包含閉合電池。在另一實施例中，推進器包含磁瓶或熟習此項技術者已知之引起電漿以經指引之方式自提供點火高電流之電極流動的其他類似電漿約束及指引磁場系統。在另一實施例中，高度電離之電漿可用於熟習此項技術者已知之用以提供推力的離子電動機及離子推進器。
在一個實施例中，來自點火之固體燃料的高能電漿用以加工諸如至少一種電漿蝕刻劑之材料，藉由用穩定的氫層(諸如包含低能量氫物質之氫層)摻雜或塗佈來穩定化矽表面，以及將石墨碳轉換成類金剛石碳及金剛石中之至少一者。根據本發明之用以低能量氫物質摻雜或塗佈表面(諸如矽)以引起穩定化及將碳轉換成金剛石材料的方法及系統在如下本人先前公開案中給出：R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,P.Ray,B.Dhandapani,「Role of Atomic Hydrogen Density and Energy in Low Power CVD Synthesis of Diamond Films」,Thin Solid Films,478,(2005)77-90；R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,B.Dhandapani,「Spectroscopic Characterization of the Atomic Hydrogen Energies and Densities and Carbon Species During Helium-Hydrogen-Methane Plasma CVD Synthesis of Diamond Films」,Chemistry of Materials，第15卷，(2003)，第1313-1321頁；R.L.Mills,B.Dhandapani,J.He,「Highly Stable Amorphous Silicon Hydride from a Helium Plasma Reaction」,Materials Chemistry and Physics,94/2-3, (2005),298-307；R.L.Mills,B.Dhandapani,J.He,「Highly Stable Amorphous Silicon Hydride」,Solar Energy Materials & Solar Cells,第80卷，(2003)，第1-20頁；及R.L.Mills,J.He,P.Ray,B.Dhandapani,X.Chen,「Synthesis and Characterization of a Highly Stable Amorphous Silicon Hydride as the Product of a Catalytic Helium-Hydrogen Plasma Reaction」,Int.J.Hydrogen Energy，第28卷，第12期，(2003)，第1401-1424頁，其以全文引用的方式併入本文中。
在一個實施例中，來自點火之固體燃料的高能電漿用以形成反轉粒子數。在一個實施例中，圖3以及4A及4B中所示之系統的固體燃料電漿組分為雷射之抽汲來源及雷射之雷射介質中的至少一者。用以形成反轉粒子數以實現雷射之方法及系統在如下本人先前公開案中給出：R.L.Mills,P.Ray,R.M.Mayo,「The Potential for a Hydrogen Water-Plasma Laser」,Applied Physics Letters，第82卷，第11期，(2003)，第1679-1681頁及R.L.Mills,P.Ray,R.M.Mayo,「CW HI Laser Based on a Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts」,IEEE Transactions on Plasma Science，第31卷，第2期，(2003)，第236-247頁；R.L.Mills,P.Ray,R.M.Mayo,「CW HI Laser Based on a Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts」,IEEE Transactions on Plasma Science，第31卷，第2期，(2003)，第236-247頁，其以全文引用的方式併入本文中。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料藉由加熱來反應。反應混合物可包含導體且在高傳導性表面(諸如在變得傳導性更低之反應期間不氧化的表面)上反應。諸如反應器表面之適合表面為貴金屬，諸如Au及Pt。
VII.固體燃料觸媒誘導之低能量氫躍遷(SF-CIHT)電池及電力轉換器
在一個實施例中，產生直接電能及熱能中之至少一者的電力系統包含至少一個容器，反應物包含：(a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；(b)至少一種原子氫來源或原子氫；及(c)導體及傳導性基質中之至少一者，及至少一組用以約束低能量氫反應物之電極，用以傳遞短時間低電流電能之電源、再裝載系統、至少一個用以自該等反應產物再生初始反應物的系統及至少一個直接電漿-電轉換器及至少一個熱-電力轉換器。在另一實施例中，該容器能夠承受大氣壓、高於大氣壓及低於大氣壓中之至少一種壓力。在一個實施例中，再生系統可包含水合、熱功率、化學及電化學系統中之至少一者。在另一實施例中，該至少一個直接電漿-電轉換器可包含以下之群中至少一者：電漿動力電力轉換器、直接轉換器、磁流體動力電力轉換器、磁鏡磁流體動力電力轉換器、電荷漂移轉換器、普斯特(Post)或百葉窗式電力轉換器、磁旋管、光子聚束微波電力轉換器及光電轉換器。在另一實施例中，該至少一個熱-電力轉換器可包含以下之群中至少一者：熱機、蒸汽機、蒸汽渦輪機與發電機、氣體渦輪機與發電機、朗肯循環發動機、布雷頓循環發動機、史特林發動機、熱離子電力轉換器及熱電電力轉換器。
在一個實施例中，H2O點火形成呈熱功率、電漿及電磁(光)動力中之至少一者的形式高度釋放能量之低能量氫。(在本發明中「點火」表示H至低能量氫的極高反應速率，其可表現為爆發、脈衝或高動力釋放之其他形式)。H2O可包含在施加高電流(諸如在約2000A至100,000A範圍內之高電流)下可點火之燃料。此可藉由施加諸如5,000至100,000V之高壓首先形成高傳導性電漿(諸如電弧)來實現。或者，高電流可通過包含H2O之化合物或混合物，其中所得燃料(諸如固體燃料)之傳導性高。(在本發明中，固體燃料或高能材料用以表示形成進 一步反應形成低能量氫之觸媒(諸如HOH及H)的反應混合物。然而，反應混合物可包含除固體外之其他物理狀態。在實施例中，反應混合物可為氣體、液體、固體、漿料、固凝膠、溶液、混合物、氣體懸浮液、氣動流及熟習此項技術者已知之其他狀態中的至少一種狀態)。在一個實施例中，具有極低電阻之固體燃料包含包括H2O之反應混合物。低電阻可歸因於反應混合物之導體組分。在實施例中，固體燃料之電阻為在以下範圍內的至少一者：約10-9Ω至100Ω、10-8Ω至10Ω、10-3Ω至1Ω、10-4Ω至10-1Ω及10-4Ω至10-2Ω。在另一實施例中，具有高電阻之燃料包含包括痕量或較小莫耳百分比之添加化合物或材料的H2O。在後一情況下，高電流可流過燃料以藉由引起擊穿來形成高傳導狀態(諸如電弧或電弧電漿)，從而實現點火。
在一個實施例中，反應物可包含用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之H2O來源及傳導性基質。在另一實施例中，包含H2O來源之反應物可包含以下至少一者：整體H2O、除整體H2O外之狀態、經歷反應形成H2O及釋放經結合H2O中至少一者之一或多種化合物。此外，經結合H2O可包含與H2O相互作用之化合物，其中H2O係呈經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中至少一種狀態。在實施例中，反應物可包含導體及一或多種經歷整體H2O、經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水釋放中至少一者的化合物或材料，且其具有H2O作為反應產物。在其他實施例中，新生H2O觸媒來源及原子氫來源中之至少一者可包含以下中之至少一者：(a)至少一種H2O來源；(b)至少一種氧來源；及(c)至少一種氫來源。
在其他實施例中，用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之反應物包含以下至少一者：H2O及H2O來源；O2、H2O、HOOH、OOH-、過氧離子、超氧離子、氫化物、H2、鹵化物、 氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物、水合化合物、選自鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物中至少一者之群的水合化合物；及傳導性基質。在某些實施例中，氧(氫氧)化物可包含來自以下之群之至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH：氧化物可包含來自以下之群之至少一者：CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO及Ni2O3：氫氧化物可包含來自以下之群之至少一者：Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3及Ni(OH)2；包含氧之化合物可包含來自以下之群之至少一者：硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M=金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、鈷鎂氧化物、鎳鎂氧化物、銅鎂氧化物、Li2O、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、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、稀土金屬氧化物、CeO2、La2O3、氧(氫氧)化物TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH；且傳導性基質可包含來自以下之群之至少一者：金屬粉、碳、碳化物、硼化物、氮化物、諸如TiCN之甲腈，或腈。
在實施例中，反應物可包含金屬、其金屬氧化物與H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。在其他實施例中，反應物可包含金屬、金屬鹵化物與H2O之混合物，其中金屬與H2O之 反應並非熱力學上有利的。在其他實施例中，反應物可包含過渡金屬、鹼土金屬鹵化物與H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。且在其他實施例中，反應物可包含導體、吸濕材料與H2O之混合物。在實施例中，導體可包含金屬粉或碳粉，其中金屬或碳與H2O之反應並非熱力學上有利的。在實施例中，吸濕材料可包含以下之群之至少一者：溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、諸如KMgCl3．6(H2O)之光鹵石、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉，以及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、化肥、鹽、乾燥劑、二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣、分子篩、沸石、潮解材料、氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及潮解鹽。在某些實施例中，電力系統可包含導體、吸濕材料與H2O之混合物，其中(金屬/導體)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量範圍為以下至少一種：約(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)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。在某些實施例中，與H2O發生熱力學上不利之反應的金屬可為以下之群中至少一者：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。在其他實施例中，反應物可藉由添加H2O而再生。
在其他實施例中，反應物可包含金屬、其金屬氧化物與H2O之混合物，其中金屬氧化物能夠在低於1000℃之溫度下進行H2還原。在其他實施例中，反應物可包含以下各物的混合物：不容易在H2及適度熱 下還原之氧化物；具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬；及H2O。在實施例中，具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬可為以下之群中至少一者：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。在實施例中，不容易在H2及適度熱下還原之金屬氧化物包含氧化鋁、鹼土金屬氧化物及稀土金屬氧化物中之至少一者。
在實施例中，固體燃料可包含碳或活性碳及H2O，其中混合物係藉由包含添加H2O之再水合作用而再生。在其他實施例中，反應物可包含以下至少一者：漿料、溶液、乳液、複合物及化合物。在實施例中，用以傳遞短時間高電流電能之電源的電流足以使低能量氫反應物以極高速率發生反應，形成低能量氫。在實施例中，用以傳遞短時間高電流電能之電源包含以下至少一者：經選擇以引起在以下至少一者範圍內之電流之高AC、DC或AC-DC混合的電壓：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA；在以下至少一者之範圍內之DC或峰值AC電流密度：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2；電壓係由固體燃料或高能材料之電導率確定，其中電壓係由所需電流乘以固體燃料或高能材料樣品之電阻得出；DC或峰值AC電壓可在選自以下之至少一個範圍內：約0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV，且AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kH範圍內。在實施例中，固體燃料或高能材料樣品之電阻係在選自以下之至少一個範圍內：約0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ及10Ω至1kΩ，且每單位有效形成低能量氫之電極面積的適合負載之電導率係在至少一個選自以下之範圍內：約10-10Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-5 Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-4Ω-1 cm-2至105Ω-1 cm-2、10-3Ω-1 cm-2至104Ω-1 cm-2、10-2Ω-1 cm-2至103Ω-1 cm-2、10-1Ω-1 cm-2至102Ω-1 cm-2及1Ω-1 cm-2至10Ω-1 cm-2。
在一個實施例中，固體燃料為傳導性的。在實施例中，固體燃料之一部分、糰粒或等分試樣的電阻為在以下範圍內的至少一者：約10-9Ω至100Ω、10-8Ω至10Ω、10-3Ω至1Ω、10-3Ω至10-1Ω及10-3Ω至10-2Ω。在一個實施例中，低能量氫反應速率視高電流之施加或形成而定。諸如高能低能量氫催化反應之低能量氫催化反應可藉由低壓高電流流過傳導性燃料引發。能量釋放可很高，且可形成衝擊波。在一個實施例中，電壓經選擇以引起在以下至少一者範圍內之引起點火之電流(諸如高電流)的高AC、DC或AC-DC混合：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA。電流密度可在以下至少一者之範圍內：每平方公分可包含糰粒(諸如壓粒)之燃料100A至1,000,000A、1000A至100,000A及2000A至50,000A。DC或峰值AC電壓可在選自以下之至少一個範圍內：約0.1V至100kV、0.1V至1kV、0.1V至100V及0.1V至15V。AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。脈衝時間可在選自以下之至少一個範圍內：約10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s及10-3s至0.01s。在另一實施例中，高磁場或通量Φ或高磁場改變速度中至少一者引爆低能量氫反應。磁通量可在約10G至10T、100G至5T或1kG至1T範圍內。可為在1Hz至100kHz、10Hz至10kHz、10Hz至1000Hz或10Hz至100Hz範圍內之頻率下交替的對應於10G至10T、100G至5T或1kG至1T之通量。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料可包含H2O來源或H2O。H2O莫耳%含量可在以下至少一者之範圍內：約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%及1%至10%。在一個實施例中，低能量氫反應速率視高電流之施加或形成而定。在一個實施例中，電壓經選擇以引起在以下至少一者範圍內之電流之高AC、DC或AC-DC混合：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA。DC或峰值AC電流密度可在以下至少一者之範圍內：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2。在一個實施例中，電壓係由固體燃料或高能材料之電導率確定。固體燃料或高能材料樣品之電阻在選自以下之至少一個範圍內：約0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ及10Ω至1kΩ。每單位有效形成低能量氫之電極面積的適合負載之電導率在至少一個選自以下之範圍內：約10-10Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-5Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-4Ω-1 cm-2至105Ω-1 cm-2、10-3Ω-1 cm-2至104Ω-1 cm-2、10-2Ω-1 cm-2至103Ω-1 cm-2、10-1Ω-1 cm-2至102Ω-1 cm-2及1Ω-1 cm-2至10Ω-1 cm-2。在一個實施例中，電壓係由所需電流乘以固體燃料或高能材料樣品之電阻得出。在例示性情況下，電阻約為1mΩ，電壓低，諸如<10V。在其中電阻基本上無窮大之基本上純H2O的例示性情況下，實現用於點火之高電流的外加電壓高，諸如高於H2O之擊穿電壓，諸如約5kV或更高。在實施例中，DC或峰值AC電壓可在選自以下之至少一個範圍內：約0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV。AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。在一個實施例中，DC電壓放電以產生包含離子化H2O之電漿，其中電流欠阻尼且在其衰減時振盪。
在一個實施例中，高電流脈衝藉由電容器(諸如超電容器)放電實現，該等電容器可以串聯與並聯中至少一者之方式連接以實現所需電 壓及電流，其中電流可為DC或經熟習此項技術者已知之諸如變壓器(諸如低壓變壓器)之電路元件調節。電容器可由電源(諸如電網電力、發電機、燃料電池或蓄電池)充電。在一個實施例中，蓄電池供應電流。在一個實施例中，適合的頻率、電壓及電流波形可藉由對電容器或蓄電池之輸出進行電力調節來實現。在一個實施例中，實現900V下500A電流脈衝之一例示性電路在V.V.Nesterov,A.R.Donaldson,「High Current High Accuracy IGBT Pulse Generator」,1996 IEEE，第1251-1253頁，https：//accelconf.web.cern.ch/AccelConf/p95/ARTICLES/WAA/WAA11.PDF中給出，且實現25kA之一電路在P.Pribyl,W.Gekelman,「24 kA solid state switch for plasma discharge experiments」,Review of Scientific Instruments，第75卷，第3期，2004年3月，第669-673頁中給出，其中兩個文獻均以全文引用的方式併入本文中，其中分壓器可增加電流且降低電壓。
固體燃料或高能材料可包含導體或傳導性基質或載體，諸如金屬、碳或碳化物，以及H2O或H2O來源，諸如可反應形成H2O及可釋放經結合H2O之一或多種化合物，諸如本發明之彼等化合物。固體燃料可包含H2O、與H2O相互作用之化合物或材料以及導體。H2O可以除整體H2O以外的狀態，諸如經吸收或經結合H2O(諸如物理吸附之H2O或水合水)存在。或者，H2O可呈整體H2O形式存在於混合物中，該混合物藉由施加適合電壓而為高傳導性的或成為高傳導性的。固體燃料可包含H2O及提供高傳導性之材料或化合物(諸如金屬粉或碳)以及用以促進形成H及可能性HOH觸媒之材料或化合物(諸如氧化物，諸如金屬氧化物)。一種例示性固體燃料可包含單獨R-Ni，以及包含R-Ni及諸如過渡金屬及Al之添加劑的添加劑，其中R-Ni藉由使水合Al2O3及Al(OH)3分解來釋放H及HOH。一種適合例示性固體燃料包含至少一種氧(氫氧)化物，諸如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、 FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH，以及傳導性基質，諸如金屬粉與碳粉中至少一者，以及視情況存在之H2O。固體燃料可包含至少一種氫氧化物，諸如過渡金屬氫氧化物(諸如Cu(OH)2、Co(OH)2、Fe(OH)2及Ni(OH)2中至少一者)、氫氧化鋁(諸如Al(OH)3)、導體(諸如碳粉與金屬粉中至少一者)以及視情況存在之H2O。固體燃料可包含至少一種氧化物，諸如過渡金屬氧化物中至少一者(諸如CuO、Cu2O、NiO、Ni2O3、FeO及Fe2O3中至少一者)、導體(諸如碳粉與金屬粉中至少一者)以及H2O。固體燃料可包含至少一種鹵化物，諸如金屬鹵化物(諸如鹼土金屬鹵化物，諸如MgCl2)、導體(諸如碳粉與金屬粉(諸如Co或Fe)中至少一者)以及H2O。固體燃料可包含固體燃料之混合物，諸如包含氫氧化物、氧(氫氧)化物、氧化物及鹵化物(諸如金屬鹵化物)中至少兩者以及至少一種導體或傳導性基質以及H2O的固體燃料。導體可包含以下中至少一者：用包含固體燃料之反應混合物之一或多種其他組分塗佈的金屬篩、R-Ni、金屬粉(諸如過渡金屬粉)、Ni或Co celmet、碳或碳化物，或熟習此項技術者已知之其他導體或傳導性載體或傳導性基質。
在一個實施例中，固體燃料包含碳，諸如活性碳及H2O。在用以形成電漿之點火發生在真空或惰性氛圍下的情況下，在電漿-電力產生後，自電漿凝結之碳可復水以在再生循環中重新形成固體。固體燃料可包含以下混合物中至少一者：酸性、鹼性或中性H2O與活性碳、木炭、軟木炭、蒸汽及氫處理碳中至少一者以及金屬粉末。在一個實施例中，碳-金屬混合物之金屬至少部分地與H2O不起反應。對與H2O反應至少部分穩定的適合金屬為以下之群中至少一者：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。混合物可藉由包含H2O添加之再水合而再生。
在一個實施例中，基本所需反應物為H來源、O來源及優良導體基質以允許高電流在點火期間滲透材料。固體燃料或高能材料可含於密封容器(諸如密封金屬容器，諸如密封鋁容器)中。固體燃料或高能材料可藉由低壓高電流脈衝反應，該脈衝諸如由點焊機產生之脈衝，諸如藉由泰勒-溫菲爾德模型ND-24-75點焊機(Taylor-Winfield model ND-24-75)之兩個銅電極之間的約束實現且經受短時間低壓高電流電能的脈衝。60Hz電壓可為約5至20V RMS且電流可為約10,000至40,000A/cm2。
例示性高能材料及條件為以下中至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH、SmOOH、Ni2O3．H2O、La2O3．H2O及Na2SO4．H2O，其呈漿料形式塗佈至Ni網篩上且乾燥，接著經受約60Hz、8V RMS及至40,000A/cm2之電脈衝。
固體燃料或高能材料可包含能夠具有多重穩定氧化態作為包含氧之化合物的陽離子，諸如包含Mo、Ni、Co及Fe中至少一者之化合物，其中陽離子能夠具有多重穩定氧化態，諸如在Ni、Co及Fe的情況下2+及3+氧化態，及在Mo情況下2+、3+、4+、5+及6+氧化態。此等狀態可呈氫氧化物、氧(氫氧)化物、氧化物及鹵化物存在。氧化態之變化可藉由在陽離子進行還原之反應期間使HOH觸媒電離，消除自體限制性電荷積累，來促進低能量氫反應傳播。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含H2O及用以形成新生H2O及H之分散劑及解離劑。適合的例示性分散劑及解離劑為鹵化物，諸如金屬鹵化物，諸如過渡金屬鹵化物，諸如溴化物，諸如FeBr2；形成水合物之化合物，諸如CuBr2；及諸如具有能夠具有多重氧化態之金屬之氧化物及鹵化物的化合物。其他包含氧化物、氧(氫 氧)化物或氫氧化物，諸如過渡元素之氧化物、氧(氫氧)化物或氫氧化物，諸如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及Cu(OH)2。在其他實施例中，過渡金屬經諸如鹼金屬、鹼土金屬、內過渡金屬及稀土金屬以及第13及14族金屬之另一金屬置換。適合的實例為La2O3、CeO2及LaX3(X=鹵化物)。在另一實施例中，固體燃料或高能材料包含呈無機化合物(諸如氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物或鹵化物)之水合物形式的H2O。其他適合的水合物為本發明之金屬化合物，諸如以下之群中至少一者：硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、次氯酸鹽、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、次溴酸鹽、亞溴酸鹽、溴酸鹽、過氯酸鹽、次碘酸鹽、亞碘酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、硫酸氫鹽、磷酸氫鹽或磷酸二氫鹽、具有氧陰離子之其他金屬化合物，以及金屬鹵化物。諸如金屬氧化物或鹵化物之分散劑及解離劑的莫耳比為引起點火事件之任何所需莫耳比。適合的至少一種化合物之莫耳數比H2O莫耳數在約0.000001至100000、0.00001至10000、0.0001至1000、0.01至100、0.1至10及0.5至1之至少一個範圍內，其中比率定義為(化合物莫耳數/H2O莫耳數)。固體燃料或高能材料可進一步包含導體或傳導性基質，諸如以下中至少一者：金屬粉(諸如過渡金屬粉)、Ni或Co celmet、碳粉或碳化物或熟習此項技術者已知之其他導體或傳導性載體或傳導性基質。包含至少一種化合物及H2O之水合化合物之莫耳數與導體莫耳數的適合比率在約0.000001至100000、0.00001至10000、0.0001至1000、0.01至100、0.1至10及0.5至1之至少一個範圍內，其中比率定義為(水合化合物莫耳數/導體莫耳數)。
在一個實施例中，反應物藉由添加H2O自產物再生。在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含H2O及適於本發明之低壓高電流流過 水合材料，引起點火的傳導性基質。傳導性基質可為以下中至少一者：金屬表面、金屬粉、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)、腈、本發明或熟習此項技術者已知之另一傳導性基質。添加H2O形成固體燃料或高能材料或使其自產物再生可為連續或間歇的。
固體燃料或高能材料可包含傳導性基質、氧化物(諸如金屬與相應金屬氧化物之混合物，諸如過渡金屬及其至少一種氧化物，諸如選自Fe、Cu、Ni或Co之一者)及H2O之混合物。H2O可呈水合氧化物形式。在其他實施例中，金屬/金屬氧化物反應物包含與H2O反應性低，對應於氧化物容易能夠還原成金屬的金屬，或在低能量氫反應期間不氧化之金屬。具有低H2O反應性之一適合例示性金屬為選自以下之一者：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。金屬可在該反應期間轉換成氧化物。對應於金屬反應物之氧化物產物可藉由用熟習此項技術者已知之系統及方法進行氫還原來再生成初始金屬。氫還原可在高溫下進行。氫可藉由H2O電解供應。在另一實施例中，金屬係藉由碳還原、還原劑(諸如更加氧活潑的金屬)還原或藉由電解(諸如於熔融鹽中電解)自氧化物再生。金屬自氧化物之形成可藉由熟習此項技術者已知之系統及方法實現。金屬比金屬氧化物比H2O之莫耳量為在經受如本發明中給出之低壓高電流電脈衝時引起點火之任何需要莫耳量。(金屬)、(金屬氧化物)、(H2O)之相對莫耳量的適合範圍為以下至少一種：約(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)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固體燃料或高能材料可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中至少一者。
固體燃料或高能材料可包含傳導性基質、鹵化物(諸如第一金屬及相應第一金屬鹵化物或第二金屬鹵化物之混合物)及H2O之混合物。H2O可呈水合鹵化物形式。第二金屬鹵化物可比第一金屬鹵化物更穩定。在一個實施例中，第一金屬與H2O反應性低，對應於氧化物容易能夠還原成金屬，或金屬在低能量氫反應期間不氧化。具有低H2O反應性之一適合例示性金屬為選自以下之一者：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。金屬比金屬鹵化物比H2O之莫耳量為在經受如本發明中給出之低壓高電流電脈衝時引起點火之任何需要莫耳量。(金屬)、(金屬鹵化物)、(H2O)之相對莫耳量的適合範圍為以下至少一種：約(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)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固體燃料或高能材料可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中至少一者。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料可包含導體(諸如本發明之導體，諸如金屬或碳)、吸濕材料及H2O。適合的例示性吸濕材料為溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、諸如KMgCl3．6(H2O)之光鹵石、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉，以及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維(諸如棉花及紙)、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、許多化肥、鹽(包括食鹽)及熟習此項技術者已知之多種其他物質，以及乾燥劑，諸如二氧化矽、活 性炭、硫酸鈣、氯化鈣及分子篩(典型地，沸石)或潮解材料，諸如氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及熟習此項技術者已知之許多不同潮解鹽。(金屬)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量的適合範圍為以下至少一種：約(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)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固體燃料或高能材料可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中至少一者。
在一種例示性高能材料中，將0.05ml(50mg)H2O添加至20mg Co3O4或CuO中，密封在鋁DSC鍋(鋁坩堝30μl、D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)及鋁蓋D：6,7、模沖、不密封(Setaram,S08/HBB37409))中，且使用泰勒-溫菲爾德模型ND-24-75點焊機在約8V RMS下用15,000至25,000A之間的電流點火。觀測到大的能量脈衝，其使樣品蒸發，每一者呈高能、高度離子化、膨脹之電漿形式。以相同方式點火且得到類似結果之另一種例示性固體燃料包含Cu(42.6mg)+CuO(14.2mg)+H2O(16.3mg)，其密封在鋁DSC鍋(71.1mg)(鋁坩堝30μl、D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)及鋁蓋D：6,7、模沖、密封(Setaram,S08/HBB37409))中。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含新生H2O觸媒來源及H來源。在一個實施例中，固體燃料或高能材料為傳導性的或包含傳導性基質材料以使新生H2O觸媒來源與H來源之混合物為傳導性的。新生H2O觸媒來源與H來源中至少一者之來源為包含至少O與H之化合物或化合物混合物及材料。包含O之化合物或材料可為以下中至少一者：氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過 渡金屬、內過渡金屬、稀土金屬及第13及14族金屬氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物。包含氧之化合物或材料可為硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M=金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、鈷鎂氧化物、鎳鎂氧化物、銅鎂氧化物、Li2O、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、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、稀土金屬氧化物(諸如CeO2或La2O3)、氧(氫氧)化物(諸如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH)。例示性H來源為H2O、具有經結合或經吸收H2O之化合物(諸如水合物、氫氧化物、氧(氫氧)化物或硫酸氫鹽、磷酸氫鹽或磷酸二氫鹽)及烴。傳導性基質材料可為以下中至少一者：金屬粉、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)或腈。本發明之導體在不同實施例中可呈不同實體形式，諸如大塊、微粒、粉末、奈米粉末及熟習此項技術者已知之使包含具有導體之混合物的固體燃料或高能材料為傳導性的其他形式。
例示性固體燃料或高能材料包含H2O與傳導性基質中至少一者。在一個例示性實施例中，固體燃料包含H2O及金屬導體，諸如過渡金屬，諸如Fe，呈諸如Fe金屬粉導體及Fe化合物(諸如氫氧化鐵、氧化鐵、氧(氫氧)化鐵及鹵化鐵)之形式，其中後者可代替H2O作為充當H2O來源之水合物。其他金屬可代替Fe，呈其任何實體形式，諸如金屬及化合物以及諸如大塊、薄片、篩、篩孔、線、微粒、粉末、奈米粉末及固體、液體及氣體之狀態。導體可包含呈一或多種實體形式之 碳，諸如以下中至少一者：大塊碳、微粒碳、碳粉、碳氣凝膠、碳奈米管、活性碳、石墨烯、KOH活性碳或奈米管、碳化物衍生碳、碳纖維布及富勒烯。適合的例示性固體燃料或高能材料為CuBr2+H2O+傳導性基質；Cu(OH)2+FeBr2+傳導性基質材料，諸如碳或金屬粉；FeOOH+傳導性基質材料，諸如碳或金屬粉；Cu(OH)Br+傳導性基質材料，諸如碳或金屬粉；AlOOH或Al(OH)3+Al粉，其中添加H2供應至反應以藉由Al與由AlOOH或Al(OH)3分解所形成之H2O之反應形成低能量氫；H2O於可蒸汽活化之傳導性奈米微粒(諸如碳奈米管及富勒烯)中及H2O於金屬化沸石中，其中分散劑可用於濕潤疏水性材料(諸如碳)；NH4NO3+H2O+NiAl合金粉；LiNH2+LiNO3+Ti粉；LiNH2+LiNO3+Pt/Ti；LiNH2+NH4NO3+Ti粉；BH3NH3+NH4NO3；BH3NH3+CO2、SO2、NO2以及硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽；LiH+NH4NO3+過渡金屬、稀土金屬、Al或其他可氧化金屬；NH4NO3+過渡金屬、稀土金屬、Al或其他可氧化金屬；NH4NO3+R-Ni；P2O5與本發明之氫氧化物、LiNO3、LiClO4及S2O8中每一者+傳導性基質；及H來源，諸如氫氧化物、氧(氫氧)化物、儲氫材料(諸如本發明之一或多種儲氫材料)、柴油，及氧來源，其亦可為電子受體，諸如P2O5及其他酸酐，諸如CO2、SO2或NO2。
形成低能量氫之固體燃料或高能材料可包含至少一種高反應性或高能材料，諸如NH4NO3、tritonal、RDX、PETN及本發明之其他高反應性或高能材料。固體燃料或高能材料可另外包含以下中至少一者：導體、傳導性基質或傳導性材料，諸如金屬粉、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)或腈、烴(諸如柴油)、氧(氫氧)化物、氫氧化物、氧化物及H2O。在一個例示性實施例中，固體燃料或高能材料包含高反應性或高能材料，諸如NH4NO3、tritonal、RDX及PETN及傳導性基質，諸如金屬粉(諸如Al或過渡金屬粉)及碳 粉中至少一者。固體燃料或高能材料可與如本發明中所給之高電流反應。在一個實施例中，固體燃料或高能材料進一步包含敏化劑，諸如玻璃微球。
高能材料可為低能量氫氣體收集之來源。
在一個實施例中，固體燃料之點火產生膨脹氣、可至少部分電離之膨脹懸浮液及膨脹電漿中至少一者。可膨脹至真空。在一個實施例中，可諸如膨脹至真空之氣體、懸浮液或電漿在氣體、懸浮液或電漿中至少一者冷卻時產生奈米粒子。奈米粒子作為一種新材料，獨特應用於諸如電子學、醫藥及表面塗層之領域中。
A.電漿動力轉換器(PDC)
電漿之正電荷離子之質量至少是電子的1800倍；因此，迴旋軌道大1800倍。此結果允許電子磁性捕集在磁場線上，而離子可漂移。可發生電荷分離以提供電壓至電漿動力轉換器。
B.磁流體動力(MHD)轉換器
基於在橫向磁場中形成離子質量流之電荷分離在此項技術中熟知為磁流體動力(MHD)能量轉換。正離子及負離子以相對方向進行洛仁子定向(Lorentzian direction)且在相應MHD電極上接收以影響其間電壓。形成離子質量流之典型MHD方法為使經由噴嘴用離子接種之高壓氣體膨脹以產生高速流體穿過橫向磁場，其中一組MHD電極相對於偏轉場交叉以接收偏轉離子。在本發明中，壓力典型地超過大氣壓，但不一定如此，且定向的質量流可藉由固體燃料反應形成高電離徑向膨脹電漿而實現。
C.電磁直接(交叉場或漂移)轉換器， × 直接轉換器
磁場及交叉電場中帶電粒子之導向中心漂移可用以分離及收集在空間分開之×電極上的電荷。因為裝置吸取垂直於導向場之粒子能量，所以電漿膨脹未必為必需的。理想化×轉換器之效能取決於 離子與電子之間的慣性差異，此為電荷分離及在相對於交叉場方向之相對×電極產生電壓之根源。▽漂移收集亦可獨立地使用或與×收集組合使用。
D.電荷漂移轉換器
由Timofeev及Glagolev描述之直接電力轉換器[A.V.Timofeev,「A scheme for direct 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頁；V.M.Glagolev，及A.V.Timofeev,「Direct Conversion of thermonuclear into electrical energy a drakon system」,Plasma Phys.Rep.，第19卷，第12期，12月(1993)，第745-749頁]取決於電荷注入漂移分開之正離子，以自電漿吸取電力。此電荷漂移轉換器在相對於磁通量B來源及具有場力線曲率之磁通量B來源之方向橫向的方向上包含磁場梯度。在兩種情況下，漂移之帶負電及正電離子以垂直於由B及磁場梯度方向形成之平面或B具有曲率之平面的相對方向移動。在每一情況下，分開的離子在與平面平行之相對電容器產生電壓，其中離子熱能伴之降低。電子接收在一個電荷漂移轉換器電極上且正離子接收在另一個上。因為離子移動性比電子小得多，所以電子注射可直接進行或藉由將其自加熱之電荷漂移轉換器電極蒸去來進行。電力損耗小，電力平衡無過多成本。
E.磁性約束
認為爆炸或點火事件係在H催化形成低能量氫加速至很高速率時。在一個實施例中，由爆炸或點火事件產生之電漿為膨脹電漿。在此情況下，磁場流體動力學(MHD)為一種適合的轉換系統及方法。或者，在一個實施例中，電漿受約束。在此情況下，轉換可用電漿動力轉換器、磁流體動力轉換器、電磁直接(交叉場或漂移)轉換器、×直接轉換器及電荷漂移轉換器中至少一者實現。在此情況下，除SF- CIHT電池及包含點火、再裝載、再生、燃料處理及電漿-電力轉換系統之設備其餘部分外，電力產生系統進一步包含電漿約束系統。約束可用諸如螺線管磁場之磁場實現。磁鐵可包含永久性磁鐵及電磁體中至少一者，諸如未冷卻磁鐵、水冷卻磁鐵及具有相應低溫管理系統之超導磁鐵中至少一者，該低溫管理系統包含以下中至少一者：液氦杜而瓶(dewar)、液氮杜而瓶、可包含銅之輻射擋板、高真空保溫層、輻射罩及可由基於低能量氫之電力產生器之電力輸出供電的低溫泵及壓縮機。磁鐵可為開圈，諸如赫爾姆霍茲線圈(Helmholtz coil)。電漿可進一步約束於磁瓶中且由熟習此項技術者已知之其他系統及方法約束。
兩個磁鏡或更多可形成磁瓶以約束由H催化形成低能量氫所形成之電漿。約束理論在本人先前申請案中給出，諸如以全文引用的方式併入本文中之Microwave Power Cell,Chemical Reactor,And Power Converter，於3/7/02申請之PCT/US02/06955(短版)、於3/7/02申請之PCT/US02/06945(長版)、於9/5/03申請之US案號10/469,913。在瓶中的中心區域中產生之離子將沿軸盤旋，但將由每一末端之磁鏡反射。具有與所需軸平行之高速度分量的更高能之離子將在瓶末端逃脫。因此，在一個實施例中，瓶可自磁瓶末端產生基本上線性離子流至磁流體動力轉換器。因為電子可因其質量相對於正離子較低而優先受約束，且在本發明之一電漿動力實施例中形成電壓。電力在與受約束電子接觸之陽極與收集正離子之陰極(諸如約束容器壁)之間流動。電力可在外加負載中耗散。
F.固體燃料觸媒誘導之低能量氫躍遷(SF-CIHT)電池
本發明之化學反應物可稱為固體燃料或高能材料或兩者。當產生引起很高反應動力學以形成低能量氫之條件且維持時，固體燃料可表現為高能材料且藉此包含高能材料。在一個實施例中，低能量氫反 應速率視高電流之施加或形成而定。在SF-CIHT電池之一個實施例中，形成低能量氫之反應物經受低壓高電流高脈衝，引起極快反應速率及能量釋放。速率可足以產生衝擊波。在一個例示性實施例中，60Hz電壓小於15V峰值，電流在10,000A/cm2與50,000A/cm2峰值之間，且功率在150,000W/cm2與750,000W/cm2之間。在此等參數的約1/100至100倍範圍內之其他頻率、電壓、電流及功率為適合的。在一個實施例中，低能量氫反應速率視高電流之施加或形成而定。在一個實施例中，電壓經選擇以引起在以下至少一者範圍內之電流之高AC、DC或AC-DC混合：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA。DC或峰值AC電流密度可在以下至少一者之範圍內：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2。DC或峰值AC電壓可在選自以下之至少一個範圍內：約0.1V至1000V、0.1V至100V、0.1V至15V及1V至15V。AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。脈衝時間可在選自以下之至少一個範圍內：約10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s及10-3s至0.01s。
由低能量氫形成之電漿電力可直接轉換成電。在H催化成低能量氫期間，電子藉由自催化成HOH之H所轉移之能量自HOH觸媒電離。此等電子可在外加高電路電流中傳導以防止催化反應由電荷積累自體限制。爆炸由快速動力學產生，其又引起大規模電子電離。包含基本上100%電離電漿之爆炸固體燃料在由外加電流引起之周圍高磁場中徑向向外高速度膨脹引起磁流體動力電力轉換。電壓量值在外加極性方向上增加，因為此為由電流方向及相應磁場向量及徑向流方向引起之洛仁子偏轉定向。在使用磁流體動力電力轉換之一個實施例中，外加高電流為DC，使得相應磁場為DC。膨脹電漿中之空間電荷電場及來自外加電流之高磁場亦可包含×直接轉換器，其引起所產生之 DC電壓及電流，其中外加高電流在一個實施例中為DC。此外，由高電流產生之高磁場將數量級較輕之電子捕集在磁場線上，而重的正離子漂移，使得若此作用中存在電極偏壓，則可在電極之間產生電漿動力電壓。在其他實施例中，使用至少一種專用電漿-電轉換器，諸如MHD、PDC及×直接轉換器中至少一者，將來自固體燃料點火之電漿電力轉換成電力。此等及其他電漿-電力轉換器之細節在本人先前公開案，諸如R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,「Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity」,IEEE Transactions on Plasma Science,10月，(2002)，第30卷，第5期，第2066-2073頁；R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,「On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications」,IEEE Transactions on Plasma Science,8月，(2002)，第30卷，第4期，第1568-1578頁；R.M.Mayo,R.L.Mills,「Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications」,40th Annual Power Sources Conference,Cherry Hill,NJ,6月10-13日，(2002)，第1-4頁(「Mills先前Plasma Power Conversion公開案」)(其以全文引用的方式併入本文中)，及本人先前申請案，諸如Microwave Power Cell,Chemical Reactor,And Power Converter，於3/7/02申請之PCT/US02/06955(短版)、於3/7/02申請之PCT/US02/06945(長版)、於9/5/03申請之US案號10/469,913；Plasma Reactor And Process For Producing Lower-Energy Hydrogen Species，於4/8/04申請之PCT/US04/010608、於10/12/15申請之US/10/552,585；以及Hydrogen Power,Plasma,and Reactor for Lasing,and Power Conversion，於11/8/02申請之PCT/US02/35872、於5/6/04申請之US/10/494,571(「Mills先前Plasma Power Conversion公開案」)(以全 文引用的方式併入本文中)中給出。
轉變成電之電漿能在外電路中耗散。如藉由計算及在Mills先前Plasma Power Conversion公開案中實驗上證明，可實現超過50%電漿能轉換成電。熱以及電漿藉由每一SF-CIHT電池產生。熱可直接使用，或使用熟習此項技術者已知之轉換器(諸如熱機，諸如蒸汽機或蒸汽或氣體渦輪機與發電機、朗肯或布雷頓循環發動機或史特林發動機)轉換成機械功率或電力。對於電力轉換，每一SF CIHT電池可與Mills先前公開案中描述之熱能或電漿-機械功率或電力之任何轉換器以及熟習此項技術者已知之轉換器(熱機、蒸汽或氣體渦輪機系統、史特林發動機或熱離子或熱電轉換器)相接。其他電漿轉換器包含Mills先前公開案中揭示之以下轉換器中至少一者：電漿動力電力轉換器、×直接轉換器、磁流體動力電力轉換器、磁鏡磁流體動力電力轉換器、電荷漂移轉換器、普斯特或百葉窗式電力轉換器、磁旋管、光子聚束微波電力轉換器及光電轉換器。在一個實施例中，電池包含如Mills先前Thermal Power Conversion公開案、Mills先前Plasma Power Conversion公開案及Mills先前申請案中給出之內燃機的至少一個汽缸。
圖3中所示之固體燃料觸媒誘導之低能量氫躍遷(SF-CIHT)電池發電機包含至少一個具有結構支撐框架1a之SF-CIHT電池1，每一SF-CIHT電池具有至少兩個約束固體燃料3之樣品、糰粒、部分或等分試樣之電極2及用以傳遞短時間低壓高電流電能穿過燃料3之電源4。電流將燃料點火以藉由形成低能量氫釋放能量。電力呈能夠直接轉換成電的熱功率及燃料3之高度電離電漿形式。(本文中「點火或形成爆炸」係指因施加於燃料之高電流而建立高低能量氫反應動力學)。例示性電源為泰勒-溫菲爾德模型ND-24-75點焊機及至多10KA之EM試驗模型CSS 500N10浪湧電流產生器8/20US。在一個實施例中，電源4 為DC，且電漿-電力轉換器適合於DC磁場。在DC磁場下操作之適合轉換器為磁流體動力、電漿動力及×電力轉換器。在一個實施例中，磁場可由圖3以及4A及4B之電源4之電流提供，該電流可流過額外的電磁體以及固體燃料糰粒3(圖3以及4A及4B)。在PDC電漿-電轉換器之一個實施例中，由電極2之電流引起之徑向磁場可磁化至少一個PDC電極，PDC電極形狀遵照磁場線之輪廓。至少一個垂直於徑向磁場線之PDC電極包含未磁化之PDC電極。在PDC轉換器之該至少一個磁化PDC電極與一個未磁化PDC電極之間產生電壓。
在一個實施例中，電源4能夠供應或接受高電流，諸如本發明中給出之高電流，其中藉由接受電流，來自低能量氫反應之自體限制電荷積累可獲改善。電流來源及電流槽可為變壓器電路、LC電路、RLC電路、電容器、超級電容器、感應器、蓄電池及熟習此項技術者關於如何產生及接受可呈至少一種爆發或脈衝形式之大電流所已知之其他低阻抗或低電阻電路或電路元件及電能儲存元件或裝置。在圖4B中所示之另一實施例中，亦可充當啟動電源之點火電源4包含至少一個電容器，諸如供應實現點火所需之低壓高電流之一組低壓高電容的電容器。電容器電路可設計成可避免在放電期間成波浪形或環形，從而延長電容器壽命。壽命可為長的，諸如在約1至20年範圍內。
在一個實施例中，電極之幾何面積與固體燃料面積相同或大於其，以向待點火之整個樣品提供高電流密度。在一個實施例中，電極為碳以避免因表面上氧化而損失電導率。在另一實施例中，固體燃料之點火發生在真空中，以便電極不氧化。電極可為用來自固體燃料3之組分之金屬連續或間歇再生之至少一個電極。固體燃料可包含之金屬呈在點火期間熔融，使得一些黏著、熔合、焊接或熔至表面以置換在操作期間腐蝕掉或磨損之電極2材料(諸如金屬)之形式。SF-CIHT電池發電機可進一步包含一種修復電極(諸如齒輪2a之齒)形狀之構件。 該構件可包含澆鑄模具、研磨機及碾磨機中至少一者。
電力系統進一步包含傳送再裝載機械系統5以移除廢燃料產物且再裝載電極2以約束用於點火之另一固體燃料糰粒。在一個實施例中，燃料3包含僅僅在電流流過時點火之連續條帶。接著，在本發明中，固體燃料糰粒3一般意義上係指固體燃料條帶之一部分。電極2可在再裝載期間打開及閉合。機械作用可藉由熟習此項技術者已知之系統，諸如氣動、螺線管或電動機作用系統實現。傳送再裝載系統可包含將產物移出且將燃料移入受電極2約束之位置的線性傳送帶。或者，傳送再裝載系統可包含迴轉料架5，其在每一點火之間旋轉以移除產物且將燃料3定位至由電極2約束以進行另一點火。迴轉料架5可包含耐熔融或腐蝕之金屬，諸如難熔合金、耐高溫氧化合金(諸如TiAlN)或高溫不鏽鋼，諸如此項技術中已知之高溫不鏽鋼。在一個實施例中，圖3中所示之SF-CIHT電池發電機自一個SF-CIHT電池1間歇性爆發產生低能量氫之電力。或者，發電機包含複數個SF-CIHT電池1，其在固體燃料糰粒3之定時爆炸事件期間輸出個別電池之產生低能量氫之電力的重疊。在一個實施例中，複數個電池中該等事件之定時可提供更連續之輸出電力。在其他實施例中，燃料連續地饋入電極2之間的高電流中以產生連續電力。在一個實施例中，約束固體燃料之兩個電極2延伸，使得可在沿著延伸電極組2之長度的相對點接觸以沿電極組2引起一系列高電流流動及快速低能量氫反應動力學。相對電極2上之相對接觸點可藉由將相應連接機械移動至位置或藉由電子開關連接來達成。連接可以同步方式進行以實現自電池或複數個電池更穩定的電力輸出。燃料及點火參數為本發明中所給出之參數。
為緩衝任何間歇，一些電力可儲存在電容器及視情況選用之高電流變壓器、蓄電池或其他儲能裝置中。在另一實施例中，自一個電池之電輸出可傳遞點火另一個電池之燃料的短時間低壓高電流電能。 輸出電力可進一步藉由用電力連接器8連接之輸出電力調節器7調節。輸出電力調節器7可包含諸如電力儲存(諸如蓄電池或超電容器)、DC至AC(DC/AC)轉換器或反相器及變壓器之元件。DC電力可轉換成DC電力之另一形式，諸如具有更高電壓之DC電力；電力可轉換成AC或DC與AC之混合。輸出電力可經電力調節至所需波形，諸如60Hz AC電力，且經由輸出端子9供應至負載。在一個實施例中，輸出電力調節器7將來自電漿-電轉換器或熱-電轉換器之電力轉換成所需頻率及波形，諸如除分別為美國與歐洲標準之60或50HZ以外的AC頻率。不同頻率可應用於針對不同頻率設計之匹配負載，諸如電動機，諸如用於機車、航空、航海、儀器、工具及機器、電加熱及空間調節、電信及電子學應用之電動機。電力輸出端子9之輸出電力之一部分可用於對電源4供電，諸如約5-10V、10,000-40,000A DC電力。MHD及PDC電力轉換器可輸出很適合對電極2再次供電以引起隨後供應之燃料點火的低壓高電流DC電力。低壓高電流之輸出可供應至DC負載。DC可經DC/DC轉換器調節。例示性DC負載包含DC電動機，諸如電學上換向電動機，諸如用於機車、航空、航海、儀器、工具及機器、DC電加熱及空間調節、DC電信及DC電子學應用之電動機。
因為電力可分配，所以無需電力傳輸，且損耗最小之高壓DC傳輸為諸如在局部地區電網中需要傳輸之一個選擇。接著，電力應用可經高電流DC供電，且DC電力可具有優於AC之優點。事實上，即使不是絕大多數，亦有許多電力負載(諸如電動機、儀器、照明設備及電子儀器)以自傳輸之AC電網電力轉換之DC電力操作。可得益於SF-CIHT電池之直接高電流DC電力之另一應用為可使用DC刷或無刷之電學上換向DC電動機的電動力。DC/AC轉換器，在多數情況下AC/DC轉換器，及相應轉換藉由SF-CIHT電池之直接高電流DC電力輸出而消除。此導致資本設備成本及消除DC與AC之間轉換期間的損耗所需之 電力降低。
在一個實施例中，超電容器或蓄電池16(圖3及4A)用以藉由供應電力用於起始點火來啟動SF-CIHT電池，以便用於隨後點火之電力藉由輸出電力調節器7提供，反過來輸出電力調節器7由電漿-電力轉換器6供電。在一個實施例中，電力調節器7之輸出流向儲能裝置，諸如16，以再啟動發電機。儲存亦可儲存電力或供應電力，以調平負載的急劇變化且藉此提供負載調平。發電機可藉由控制迴轉料架5a之可變或可中斷轉速，控制燃料饋入電極2之速率來控制燃料消耗速率，提供可變的電力輸出。或者，電極2燃燒之速率可變且受控制。
點火產生輸出電漿及熱功率。電漿電力可藉由電漿-電力轉換器6直接轉換成電。電池可敞開操作。在一個實施例中，電池1能夠維持真空或小於大氣壓之壓力。真空或小於大氣壓之壓力可藉由真空泵13a維持，以允許用於固體燃料3點火之膨脹電漿的離子不與大氣氣體碰撞。在一個實施例中，包含產生電漿之電池1及連接之電漿-電轉換器6之系統中維持真空或小於大氣壓之壓力。真空或小於大氣壓之壓力消除碰撞干擾電漿-電轉換之氣體。在一個實施例中，電池1可充滿惰性氣體，使得固體燃料或點火產物不與氧反應。因電池在真空下或充滿惰性氣體而無氧之電池1有利於燃料再生，尤其在燃料包含諸如碳或金屬之與H2O不利地反應，導致氧化之導體時。該等金屬為以下之群中至少一者：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。在真空下電池有利於電漿-電轉換，因為避免電漿電子-氣體碰撞及電漿離子動能熱化。
熱功率可由具有冷卻液流過其電極冷卻液進口管線11及電極冷卻液出口管線12之電極熱交換器10與具有冷卻液流過其MHD冷卻液進口管線19及MHD冷卻液出口管線20之MHD熱交換器18中至少一者。 其他熱交換器可用於接收來自低能量氫反應之熱功率，諸如水壁類型設計，其可進一步施加在容器1之至少一個壁、MHD轉換器之至少一個其他壁上及MHD轉換器之電極17背後。熟習此項技術者已知用以有效及成本有效地移除來自反應之熱的此等及其他熱交換器設計。熱可轉移至熱負載。因此，電力系統可包含熱由走向熱負載或將熱遷移至熱負載之熱交換器的冷卻液出口管線12及20中至少一者供應的加熱器。冷卻之冷卻液可藉由冷卻液進口管線11及19中至少一者恢復。由冷卻液出口管線12及20中至少一者供應之熱可流向熱機、蒸汽機、蒸汽渦輪機、氣體渦輪機、朗肯循環發動機、布雷頓循環發動機及史特林發動機，以轉換成機械功率，諸如使軸、輪子、發電機、航空渦輪風扇或渦輪螺旋槳、船用螺旋漿、葉輪及迴轉軸機器中至少一者旋轉之機械功率。或者，熱功率可自冷卻液出口管線12及20中至少一者流向熱-電力轉換器，諸如本發明之熱至電力轉換器。適合的例示性熱-電轉換器包含以下之群中至少一者：熱機、蒸汽機、蒸汽渦輪機與發電機、氣體渦輪機與發電機、朗肯循環發動機、布雷頓循環發動機、史特林發動機、熱離子電力轉換器及熱電電力轉換器。來自熱-電轉換器之輸出電力可用於對負載供電，且一部分可對SF-CIHT電池發電機(諸如電源4)之組件供電。
點火既定糰粒之反應物產生電力及產物，其中電力可呈產物之電漿形式。電漿-電轉換器6自電漿產生電。在通過其後，電漿-電轉換器6可進一步包含電漿產物之冷凝器及通向再裝載系統5之傳送機。接著產物藉由諸如迴轉料架5之再裝載系統輸送至產物移除器-燃料裝載機13，其將產物自再裝載系統5傳送至再生系統14。在一個實施例中，SF-CIHT電池發電機進一步包含真空泵13a，該真空泵13a可移除任何產物氧及分子低能量氫氣體。在一個實施例中，氧與分子低能量氫中至少一者收集於槽中，作為商業產品。泵可進一步包含選擇性 膜、閥、篩、低溫過濾器或熟習此項技術者已知用於分離氧與低能量氫氣體之其他構件，且可另外收集H2O蒸氣，且可將H2O供應至再生系統14以在再生固體燃料中再循環。本文中，廢燃料再生成原始反應物或燃料，其中諸如在低能量氫形成中消耗之任何H或H2O由來自H2O來源14a之H2O補充。水來源可包含槽、電池或容器14a，其可含有整體或氣體H2O或包含H2O之材料或化合物或一或多種形成H2O之反應物(諸如H2+O2)中至少一者。或者，來源可包含大氣水蒸汽，或自大氣吸取H2O之手段，諸如吸濕材料，諸如溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、諸如KMgCl3．6(H2O)之光鹵石、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉，以及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維(諸如棉花及紙)、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、許多化肥、鹽(包括食鹽)及熟習此項技術者已知之多種其他物質，以及乾燥劑，諸如二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣及分子篩(典型地，沸石)或潮解材料，諸如氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及熟習此項技術者已知之許多不同潮解鹽。
在另一實施例中，諸如迴轉料架5之再裝載系統包含一個料斗，其藉由產物移除器-燃料裝載機13充滿來自再生系統14之再生固體燃料。燃料自電極2之間的底部流出。電極2可打開及閉合以對流入電極2之間用於點火之位置或由撒佈機如此置放的每一部分燃料點火。在一個實施例中，燃料3包含可藉由球磨再生或再加工之固體燃料所形成的細粉，其中再生系統14可進一步包含球磨機、研磨機或自較大粒子形成較小粒子之其他方式，諸如此項技術中已知之彼等研磨或碾磨方式。一種例示性固體燃料混合物包含導體，諸如傳導金屬粉，諸如過渡金屬、銀或鋁之粉末，其氧化物及H2O。在另一實施例中，燃料3可包含可壓入再生系統14中之固體燃料糰粒。固體燃料糰粒可進一步包含封裝金屬氧化物及H2O之粉末狀金屬或另一金屬之薄箔以及視 情況存在之金屬粉。在此情況下，再生系統14藉助於諸如以下中至少一者再生金屬箔：在真空中加熱、在還原氫氣氛圍下加熱及自諸如熔融鹽電解質之電解質電解。再生系統14進一步包含金屬加工系統，諸如滾軋或碾磨機，以自再生之箔金屬儲備形成箔。護套可藉由其中封裝之固體燃料可在內部衝壓或按壓之衝壓機或壓機形成。
在一個實施例中，一種例示性固體燃料混合物包含過渡金屬粉、其氧化物及H2O。當電極2打開時細粉可氣動噴霧至在電極2之間形成的間隙。在另一實施例中，燃料包含粉末與漿料中至少一者。燃料可注入所需區域中以約束於電極2之間，從而經高電流點火。為更好地約束粉末，電極2可具有凸形-凹形半部分，其形成腔室以容納燃料。在一個實施例中，燃料及電極2可帶相反靜電荷，使得燃料流入電極間區域且靜電黏住點火燃料之每一電極2之所需區域。
在圖4A及4B中所示之發電機的一個實施例中，電極表面2可與重力軸平行，且固體燃料粉末3可自頂部料斗5呈間歇流重力流動，其中在電極2打開以接收流動之粉末狀燃料3及閉合以點火燃料流時，間歇流動之流的定時匹配電極2之尺寸。在另一實施例中，電極2進一步在其末端上包含滾筒2a，該等滾筒2a藉由充滿燃料流之小間隙分開。導電性燃料3形成電極2之間的電路，且高電流流過燃料使其點火。燃料流3可為間歇性的，以防止膨脹電漿破壞燃料流之流動。
在另一實施例中，電極2包含一組由結構元件2b支撐之齒輪2a。該組齒輪可藉由驅動齒輪電動機2d供電之驅動齒輪2c旋轉。驅動齒輪2c可進一步充當每一齒輪2a之散熱器，其中熱可藉由自驅動齒輪2c接收熱之電極熱交換器，諸如10移除。齒輪2a(諸如人字齒輪)各包含整數n個齒，其中當第n-1個齒間間隙中之燃料藉由配對齒輪之齒n-1壓縮時燃料流至第n個齒間間隙或齒底。用於齒輪或齒輪功能之其他幾何形態在本發明之範疇內，諸如如熟習此項技術者已知之指狀交叉多 角形或三角形齒輪、螺旋形齒輪及螺旋鑽。在一個實施例中，燃料及電極2a之齒輪齒之所需區域(諸如齒底)可帶相反靜電荷，使得燃料流入且靜電黏住一或兩個電極2a之所需區域，其中當齒嚙合時燃料點火。在一個實施例中，燃料3(諸如細粉)氣動噴霧至齒輪2a之所需區域中。在另一實施例中，燃料3注入將約束於電極2a之間的所需區域中，諸如待由高電流點火之齒輪2a之齒的指狀交叉區域。在一個實施例中，滾筒或齒輪2a藉助於諸如裝載彈簧或藉由氣動或液壓致動來維持朝向彼此之張力。齒嚙合及壓縮引起配對齒之間經由傳導性燃料的電接觸。在一個實施例中，齒輪在嚙合期間接觸燃料之指狀交叉區域中傳導，且在其他區域中絕緣，使得電流選擇性地流過燃料。在一個實施例中，齒輪2a包含陶瓷齒輪，其經金屬塗佈以在指狀交叉區域中為傳導性的或在無接地路徑下電絕緣。同時，驅動齒輪2c在無接地路徑下為非傳導性的或電絕緣。電極2至齒之指狀交叉部分之電接觸及供應可藉由如圖4A中所示之電刷2e提供。一種例示性電刷包含碳棒或條，其藉由例如彈簧推進去與齒輪接觸。
在圖4B中所示之另一實施例中，電極2至齒之指狀交叉部分的電接觸及供應可直接經由相應齒輪輪轂及軸承提供。圖4A之結構元件2b可包含電極2。如圖4B中所示，該對電極之各電極2可以各齒輪為中心且連接至各齒輪之中心以充當圖4A之結構元件2b與電極2，其中將各齒輪2a連接至其軸或輪轂之齒輪軸承充當電接觸，且唯一接地路徑在相對齒輪之接觸齒之間。在一個實施例中，各齒輪之外部部分圍繞其中心輪轂轉動以經由較大半徑處之額外軸承具有更多電接觸。輪轂亦可充當大的散熱器。電極熱交換器10亦可附接至輪轂以自齒輪移除熱。熱交換器10可藉由絕緣體薄層(諸如具有高熱導率之電絕緣體，諸如金剛石或類金剛石碳膜)與輪轂電絕緣。齒輪之帶電可使用電腦及開關電晶體(諸如用於無刷DC電動機之電晶體)定時。在一個實 施例中，齒輪間歇性地供能，使得當齒輪嚙合時高電流流過燃料。燃料之流動可經定時以匹配燃料在齒輪嚙合時傳遞至齒輪且引起電流流過燃料。隨後高電流流動引起燃料點火。燃料可連續地流過齒輪或滾筒2a，其旋轉以推動燃料穿過間隙。燃料可在其經旋轉以充滿電極2之間包含一組齒輪之嚙合區域或一組滾筒之相對側面的空間時連續地點火。在此情況下，輸出電力可為穩定的。在一個實施例中，所得電漿向齒輪側面外膨脹且流向電漿-電轉換器6。電漿膨脹流可沿與各齒輪之軸平行且相對於燃料流3之流動方向橫向的軸。軸向流可穿過MHD轉換器。進一步定向流可藉由約束磁鐵(諸如赫爾姆霍茲線圈或磁瓶之磁鐵)實現。
發電機進一步包含用於可變電力輸出之構件及方法。在一個實施例中，發電機之電力輸出藉由控制燃料3至電極2或滾筒或齒輪2a之可變或可中斷流動速率以及電源4之可變或可中斷燃料點火速率來控制。滾筒或齒輪之旋轉速率亦可進行控制以控制燃料點火速率。在一個實施例中，輸出電力調節器7包含電力控制器7以控制可為DC之輸出。電力控制器可控制燃料流速，藉由控制使驅動齒輪2c旋轉且轉動齒輪2a之齒輪驅動電動機2d來控制齒輪旋轉速度。基於燃料消耗速率或燃燒速率中至少一者之機械功率或電力控制的反應時間可非常快，諸如在10ms至1μs範圍內。電力亦可藉由控制電漿-電轉換器之轉換器電極之連通性來控制。舉例而言，串聯連接MHD電極17或PDC電極增加電壓，且並聯連接轉換器電極增加電流。改變MHD電極17之角度或以相對於電漿傳播方向與磁場方向中至少一者不同角度選擇性地連接至成組MHD電極17藉由改變電壓與電流中至少一者改變所收集之電力。
電力控制器7進一步包含輸入與輸出參數(諸如電壓、電流及功率)之感測器。來自感測器之信號可饋入控制發電機之處理器。可控 制上升時間、下降時間、電壓、電流、功率、波形及頻率中至少一者。發電機可包含電阻器，諸如分路電阻器，超過電力負載所需或希望之功率可經由其耗散。分路電阻器可連接至輸出電力調節器或電力控制器7。發電機可包含嵌入式處理機及系統以提供可進一步具有中止發電機之能力的遠距離監測。
料斗5可藉由產物移除器-燃料裝載機13再充滿來自再生系統14之再生燃料。諸如低能量氫形成中消耗之任何H或H2O可由來自H2O來源14a之H2O補充。在一個實施例中，燃料或燃料糰粒3在低能量氫反應爆炸事件期間部分至實質上汽化成氣體物理狀態，諸如電漿。電漿通過電漿-電力轉換器6，且重新組合之電漿形成氣體原子及化合物。此等藉由冷凝器15冷凝，且藉由產物移除器-燃料裝載機13收集且傳送至再生系統14，該產物移除器-燃料裝載機13包含與再生系統14之傳送機連接且進一步包含與料斗5之傳送機連接。冷凝器15及產物移除器-燃料裝載機13可包含諸如以下中至少一者之系統：靜電收集系統及至少一種螺旋輸送機、傳送機或氣動系統，諸如真空或抽吸系統，以收集及移動材料。適合的系統為熟習此項技術者已知。在一個實施例中，電漿-電轉換器6，諸如磁流體動力轉換器包含滑槽或通道6a，其用於將產物傳送至產物移除器-燃料裝載機13中。MHD轉換器6基底、滑槽6a及MHD電極17中至少一者可傾斜，以使得產物流動可至少部分由重力流動引起。MHD轉換器6基底、滑槽6a及MHD電極17中至少一者可機械攪動或擺動以幫助流動。流動可藉由點火固體燃料所形成之衝擊波協助。在一個實施例中，MHD轉換器6基底、滑槽6a及MHD電極17中至少一者包含機械刮刀或傳送機以自相應表面傳送產物至產物移除器-燃料裝載機13。
在一個實施例中，SF-CIHT電池發電機進一步包含真空泵13a，該真空泵13a可移除任何產物氧及分子低能量氫氣體。泵可進一步包 含選擇性膜、閥、篩、低溫過濾器或熟習此項技術者已知用於分離氧與低能量氫氣體之其他構件，且可另外收集H2O蒸氣，且可將H2O供應至再生系統14以在再生固體燃料中再循環。在一個實施例中，燃料3包含可藉由球磨再生或再加工之固體燃料所形成的細粉，其中再生系統14可進一步包含球磨機、研磨機或自較大粒子形成較小粒子之其他方式，諸如此項技術中已知之彼等研磨或碾磨方式。在一個實施例中，端子9之電力輸出之一部分供應至以下中至少一者：電源4、齒輪(滾筒)驅動電動機2d、具有驅動電動機之迴轉料架5a(圖3)、產物移除器-燃料裝載機13、泵13a及再生系統14，以提供電力及能量來傳播用以自反應產物再生原始固體燃料之化學反應。在一個實施例中，來自電極熱交換器10與MHD熱交換器18中至少一者之一部分熱藉由其中冷卻液利用冷卻液進口管線11及19中至少一者返回循環的冷卻液出口管線12及20中至少一者輸入固體燃料再生系統，以提供熱功率及能量來傳播用以自反應產物再生原始固體燃料的化學反應。來自熱-電轉換器6之一部分輸出電力亦可用以對再生系統以及SF-CIHT電池發電機之其他系統供電。
在一個例示性實施例中，固體燃料藉助於諸如本發明中給出之方式，諸如添加H2、添加H2O、加熱再生及電解再生中至少一者來再生。由於相對於引發反應之輸入能量，低能量氫反應能量增益極大，諸如在NiOOH情況下為100倍(如在例示性SF-CIHT電池測試結果部分中所給出之3.22kJ輸出對比46J輸入)，諸如Ni2O3及NiO之產物可藉由電化學反應以及如在本發明中所給出之化學反應以及藉由熟習此項技術者已知之化學反應轉換成氫氧化物，接著轉換成氧(氫氧)化物。在其他實施例中，諸如Ti、Gd、Co、In、Fe、Ga、Al、Cr、Mo、Cu、Mn、Zn及Sm之其他金屬及相應氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物(諸如本發明之彼等氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物)可代替Ni。在另一 實施例中，固體燃料包含金屬氧化物及H2O及相應金屬作為傳導性基質。產物可為金屬氧化物。固體燃料可藉由一部分金屬氧化物經氫還原成金屬，接著與已再水合之氧化物混合而再生。具有可在適度熱(諸如小於1000℃)及氫下容易地還原成金屬之氧化物的適合金屬為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。在另一實施例中，固體燃料包含(1)不容易經H2及適度熱還原之氧化物，諸如氧化鋁、鹼土金屬氧化物及稀土金屬氧化物中至少一者；(2)具有能夠在中等溫度(諸如小於1000℃)下經H2還原成金屬之氧化物的金屬；及(3)H2O。一種例示性燃料為MgO+Cu+H2O。接著，H2可還原及不可還原之氧化物的產物混合物可用H2處理且在溫和條件下加熱，使得僅可還原之金屬氧化物轉換成金屬。此混合物可水合以包含再生固體燃料。一種例示性燃料為MgO+Cu+H2O；其中產物MgO+CuO進行H2還原處理以產生MgO+Cu，其水合形成固體燃料。
在另一實施例中，諸如CuO或AgO之氧化物產物藉由在真空與惰性氣體流中至少一者下加熱再生。溫度可在以下中至少一者之範圍內：約100℃至3000℃、300℃至2000℃、500℃至1200℃及500℃至1000℃。在一個實施例中，再生系統14可進一步包含碾磨機，諸如球磨機及碎片/研磨機中至少一者，以將大塊氧化物及金屬中至少一者碾磨成粉末，諸如細粉，諸如粒徑在以下中至少一者之範圍內之細粉：約10nm至1cm、100nm至10mm、0.1μm至1mm及1μm至100μm(μ=微)。
在另一實施例中，再生系統可包含電解電池，諸如包含金屬離子之熔融鹽電解電池，其中金屬氧化物產物之金屬可藉由使用此項技術中熟知之系統及方法電沈積來鍍至電解電池陰極上。系統可進一步 包含碾磨機或研磨機以自電鍍金屬形成所需尺寸之金屬粒子。金屬可添加至諸如H2O之反應混合物之另一組分中，以形成再生固體燃料。
在一個實施例中，圖3以及4A及4B之電池1能夠維持真空或小於大氣壓之壓力。藉由泵13a維持電池1中真空或小於大氣壓之壓力，且亦可在自電漿來源電池1接收高能電漿離子的連接之電漿-電轉換器6中維持。在一個實施例中，固體燃料包含對與H2O反應變成氧化金屬實質上在熱力學上穩定的金屬。在此情況下，固體燃料之金屬在形成產物之反應期間不氧化。一種例示性固體燃料包含金屬、氧化金屬及H2O之混合物。接著，諸如初始金屬與金屬氧化物之混合物的產物可藉由產物移除器-燃料裝載機13移除且藉由添加H2O再生。與H2O進行實質上熱力學上不利之反應的適合金屬可選自以下之群：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。在其他實施例中，固體燃料包含H2O不起反應之金屬及以下中至少一者：H2O、可包含相同或至少一種不同金屬之金屬氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物。
在一個實施例中，進行H2還原、在真空下還原及再水合之方法，以迅速、有效且儘可能成本有效地再生固體燃料。
在一個實施例中，固體燃料包含包括H2O之吸濕材料與導體之混合物。一種例示性燃料為水合鹼土金屬鹵化物，諸如MgX2(X=F、Cl、Br、I)，及導體，諸如過渡金屬，諸如Co、Ni、Fe或Cu。
在一個實施例中，固體燃料包含H2O來源封裝於傳導性護套中。H2O來源可包含本發明之材料及反應混合物。傳導性護套可包含金屬、碳、碳化物及本發明之其他傳導性基質中至少一者。在另一實施例中，固體燃料包含金屬氧化物及H2O及諸如相應金屬之呈薄箔形式的封裝金屬氧化物及H2O之材料。諸如吸濕材料之其他材料可代替金 屬氧化物且充當結合或吸收H2O之基質。封裝導體之H2O來源可包含糰粒。一種例示性固體燃料糰粒包含封裝作為H2O來源或容納H2O之材料(諸如本發明之材料及反應混合物)的薄箔金屬護套，諸如包含過渡金屬、銀或鋁之金屬護套。在能量釋放後，諸如箔金屬之導體可藉助於諸如旋渦分離、沈降、篩分及此項技術中已知之其他方式恢復。箔可由恢復之金屬儲備藉由金屬加工系統(諸如滾軋或碾磨機)形成。護套可藉由其中封裝材料可在內部衝壓或按壓之衝壓機或壓機形成。在諸如金屬之導體氧化的情況下，金屬可藉由還原氧化物來再生。箔金屬可藉由諸如以下中至少一者再生：在真空中加熱、在還原氫氣氛圍下加熱及自諸如熔融鹽電解質之電解質電解。
在一個實施例中，固體燃料可使用一次且不再生。包含H及O之碳(諸如蒸汽碳或活性碳及H2O濕潤碳)為可消耗不再生之適合例示性反應物或固體燃料。
電漿電力可使用基於磁性空間電荷分離之電漿動力電力轉換器6轉換成電。由於其質量相對於正離子較低，所以電子優先約束於磁化PDC電極(諸如圓柱形PDC電極或處於磁場中之PDC電極)之磁通線。因此，電子之移動性受束縛；而正離子相對自由，從而與固有或非固有磁化之PDC電極碰撞。電子與正離子均與未磁化之PDC電極充分碰撞。電漿動力轉換直接自電漿之熱能及位能吸取電力，且不依賴於電漿流。代替之，藉由PDC之電力吸取利用浸於電漿中的磁化與未磁化PDC電極之間的電位差來驅動外加負載中之電流，且藉此直接自儲存之電漿熱能吸取電力。熱電漿能量至電之電漿動力轉換(PDC)藉由將至少兩種漂浮導體直接插入高溫電漿主體中來實現。此等導體之一藉由外部電磁場或永久磁鐵磁化，或其固有地具有磁性。另一個未磁化。電位差由重正離子對比輕電子之電荷移動性的極大差別產生。此電壓施加在電負載上。
在實施例中，電力系統包含額外的內部或外部電磁體或永久磁鐵，或包含多個固有磁化與未磁化之PDC電極，諸如圓柱形PDC電極，諸如針形PDC電極。與各PDC電極平行之均勻磁場B之來源可藉由電磁體，諸如藉由赫爾姆霍茲線圈提供。電磁體可為以下中至少一者：永久磁鐵，諸如海爾貝克陣列磁鐵(Halbach array magnet)，及未冷卻、水冷卻及超導電磁體。例示性超導磁鐵可包含NbTi、NbSn或高溫超導材料。磁鐵電流亦可供應至固體燃料糰粒以引發點火。在一個實施例中，藉由電源4之高電流產生的磁場藉由在流過固體燃料糰粒之前流過多圈電磁體來增加。磁場B之強度經調整以對比迴轉電子半徑產生最佳陽離子，從而使PDC電極上電力最佳化。在一個實施例中，至少一個磁化PDC電極平行於外加磁場B；而至少一個相應相對PDC電極垂直於磁場B，使得其因相對於B方向之取向而未磁化。電力可經由連接至至少一個相對PDC電極之導線傳遞至負載。在一個實施例中，電池壁可充當PDC電極。在一個實施例中，PDC電極包含在高溫大氣環境中穩定的耐火金屬，諸如高溫不鏽鋼及熟習此項技術者已知之其他材料。在一個實施例中，電漿動力轉換器進一步包含電漿約束結構，諸如磁瓶或螺線管磁場來源，以約束電漿且吸取高能離子更多電力作為電。電漿動力輸出電力在外加負載中耗散。
圖3以及4A及4B之電漿-電力轉換器6可進一步包含磁流體動力電力轉換器，其包含相對於z軸(離子流102之方向，如圖5中所示)橫向之磁通量來源101。因此，離子因赫爾姆霍茲線圈104提供之約束場103而具有沿z軸優先之速度。因此，離子傳播至橫向磁通量區域。傳播電子及離子上之洛仁子力由下式給出：F=e v×B (196)
該力相對於離子速度及磁場橫向且對於正離子與反離子而言，在相對方向上。因此，形成橫向電流。橫向磁場之來源可包含提供不 同強度橫向磁場隨沿z軸之位置而變的分量，以使具有平行速度分散之流動離子的交叉偏轉(方程式(196))最佳化。
圖5中所示之磁流體動力電力轉換器進一步包含至少兩個MHD電極105，其可相對於磁場(B)橫向以接收在MHD電極105上產生電壓之橫向洛仁子偏轉離子。MHD電力可在電負載106中耗散。磁流體動力電力轉換器之一示意圖展示於圖6中，其中MHD成組赫爾姆霍茲線圈或成組磁鐵110在磁性膨脹部分120為流動電漿提供洛仁子偏轉場以在MHD電極105上產生施加在負載106上的電壓。關於圖4A及4B，MHD電極顯示為17。圖3以及4A及4B之電極2亦可充當MHD電極，其中在相對於連接電極2之軸橫向的方向及電漿膨脹方向上適當施加磁場。由來自電源4之沿電極2之電流產生的徑向磁場可提供洛仁子偏轉。磁流體動力發電藉由Walsh[E.M.Walsh,Energy Conversion Electromechanical,Direct,Nuclear,Ronald Press Company,NY,NY,(1967)，第221-248頁](其完整揭示內容以引用的方式併入本文中)描述。
電磁體110(圖6)及6f(圖4A及4B)可為以下中至少一者：永久磁鐵，諸如海爾貝克陣列磁鐵，及未冷卻、水冷卻及具有相應低溫管理之超導電磁體。圖4A及4B中所示之超導磁鐵系統6f包含(i)超導線圈6b，其可包含NbTi或NbSn之超導體線，或高溫超導體(HTS)，諸如YBa2Cu3O7，一般稱為YBCO-123或簡稱為YBCO；(ii)液氦杜而瓶，其在線圈6b之兩側上提供液氦6c；(iii)液氮杜而瓶，其在螺線管磁鐵之內半徑及外半徑上具有液氮6d，其中液氦與液氮杜而瓶均可包含可包括銅之輻射擋板及輻射罩且在壁上包含高真空保溫層6e；及(iv)各磁鐵6f之進口6g，其可附接有可由SF-CIHT電池發電機經由輸出電力端子9之電力輸出供電的低溫泵及壓縮機。
圖6之MHD電極105或MHD電極105之防護障壁可包含耐熔材料、 作為固體燃料組分之材料及碳的外層，使得MHD電極或障壁腐蝕產物無法變成固體燃料或高能材料之顯著有害污染物。諸如MHD轉換器之電漿-電轉換器可進一步包含MHD熱交換器135，其經由MHD冷卻液進口130接收冷卻液且經由MHD冷卻液出口140移除呈熱形式之電力(諸如未100%轉換成電之膨脹電漿中含有之電力)。熱交換器135可為圖6中所示之線圈類型、水壁類型或如熟習此項技術者已知之另一類型。關於圖4A及4B，MHD熱交換器18經由MHD冷卻液進口19接收冷卻液且經由MHD冷卻液出口20移除呈熱形式之電力。此熱功率可與來自電極熱交換器10之自電極冷卻液出口管線12流出之熱功率組合。熱可施加於以下中至少一者：供應熱負載、藉由圖3以及4A及4B之再生系統14再生固體燃料以及藉由本發明之系統及方法轉換至機械功率或電力。
在一個實施例中，磁流體動力電力轉換器為分段式法拉第發電機(segmented Faraday generator)。在另一實施例中，藉由離子流之洛仁子偏轉所形成的橫向電流在與離子輸入流(z軸)平行之方向上進行進一步洛仁子偏轉，以在至少第一MHD電極與沿z軸相對移位之第二MHD電極之間產生霍爾電壓(Hall voltage)。此類裝置在此項技術中以磁流體動力電力轉換器之霍爾發電機實施例著稱。MHD電極在xy平面上相對於z軸成角的類似裝置包含本發明之另一實施例且稱為具有「窗框」構造之對角線發電機。在各情況下，電壓可經由電負載驅動電流。分段式法拉第發電機、霍爾發電機及對角線發電機之實施例在Petrick[J.F.Louis,V.I.Kovbasyuk,Open-cycle Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation,M Petrick，及B.Ya Shumyatsky編輯，Argonne National Laboratory,Argonne,Illinois,(1978)，第157-163頁](其完整揭示內容以引用的方式併入本文中)中給出。
在磁流體動力電力轉換器之另一實施例中，離子沿z軸之流動(其 中v ∥>>v ⊥)可接著進入壓縮部分，該部分包含遞增軸向磁場梯度，其 中與z軸方向平行之電子運動分量v ∥因絕熱不變=恆定而至少部 分轉換成垂直運動v ⊥。由v ⊥引起之方位角電流圍繞z軸形成。電流在運動平面上藉由軸向磁場徑向偏轉，從而在盤形發電機磁流體動力電力轉換器之內環及外環MHD電極之間產生霍爾電壓。電壓可經由電負載驅動電流。電漿電力亦可使用×直接轉換器10或本發明之其他電漿-電裝置轉換成電。
在隨時間變化之電流(諸如交流電(AC))藉由電源4供應至電極2且電力系統進一步包含包括DC磁場(諸如磁流體動力或電漿動力的)之電漿-電力轉換器的一個實施例中，由來自來源4之隨時間變化之電流引起的隨時間變化之磁場可藉由諸如μ金屬罩之磁罩對電漿-電力轉換器之DC磁場屏蔽。電漿可自隨時間變化之磁場區域膨脹，穿透磁罩，至可發生電力轉換之DC磁場區域。適合磁罩為熟習此項技術者已知之磁罩。在具有來自來源4之電流之實質上DC來源的一個實施例中，實質上DC磁場可用於達成以下中至少一個目的：用於轉換器(諸如PDC轉換器)之電漿約束、經由使用適當對準之PDC電極的PDC轉換使電漿轉換成電以及控制電漿流之方向性。舉例而言，磁場可引起電漿實質上直線流動。直線流動可穿過MHD電漿-電轉換器。或者，藉由磁罩可使DC磁場對具有另一個所需磁場之區域屏蔽。電漿可穿透磁罩，流至具有另一個磁場之區域。
各電池亦輸出可分別藉由進口及出口冷卻液管線11及12自電極熱交換器10吸取以及分別藉由進口及出口冷卻液管線19及20自MHD熱交換器18吸取的熱功率。熱功率可直接用作熱或轉換成電。在實施例中，電力系統進一步包含熱-電轉換器。轉換可使用習知朗肯或布雷頓電力設備，諸如包含鍋爐、蒸汽渦輪機與發電機之蒸汽設備或包含 氣體渦輪機(諸如外加熱之氣體渦輪機)與發電機之蒸汽設備實現。適合的反應物、再生反應及系統以及電力設備可包含以下中之彼等反應物、再生反應及系統以及電力設備：本發明中；在本人先前美國專利申請案中，諸如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT於4/24/2008申請之PCT/US08/61455；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT於7/29/2009申請之PCT/US09/052072；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System,PCT於3/18/2010申請之PCT/US10/27828；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT於3/17/2011申請之PCT/US11/28889；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，於3/30/2012申請之PCT/US12/31369；及CIHT Power System，於5/21/13申請之PCT/US13/04193 8(「Mills先前申請案」)；以及本人先前公開案中，諸如R.L.Mills,M.Nansteel,W.Good,G.Zhao,「Design for a BlackLight Power Multi-Cell Thermally Coupled Reactor Based on Hydrogen 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，及R.L.Mills,G.Zhao,K.Akhtar,Z.Chang,J.He,X.Hu,G.Wu,J.Lotoski,G.Chu,「Thermally Reversible Hydrino Catalyst Systems as a New Power Source」,Int.J.Green Energy，第8卷，(2011),429-473(「Mills先前Thermal Power Conversion公開案」)，以全文引用的方式併入本文中。在其他實施例中，電力系統包含熟習此項技術者已知之其他熱-電力轉換器之一，諸如直接電力轉換器，諸如熱離子及熱電電力轉換器以及其他熱機，諸如史特林發動機。
在一個例示性實施例中，SF-CIHT電池發電機以所需波形，諸如 DC或120V 60Hz AC，以及熱功率，輸出10MW連續電力。固體燃料可包含金屬，諸如以下之群中一者：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，其在點火及真空中電漿膨脹期間可不由H2O氧化。在另一實施例中，固體燃料可包含諸如Ag之金屬，其氧化物AgO能夠藉由在真空中加熱而還原。或者，固體燃料可包含諸如Cu之金屬，其氧化物CuO能夠藉由在氫氛圍中加熱而還原。考慮固體燃料包含Cu+CuO+H2O之情況。在一個實施例中，電漿在真空下形成，使得Cu金屬不氧化。接著，點火後燃料再生僅僅需要添加H2O來補充形成低能量氫所喪失之H2O，其中H2O形成H2(1/4)及1/2O2之能量為50MJ/mol H2O。因此，反應產物用0.2莫耳H2O/s再水合。若Cu氧化，則為產生10MJ/s或10kJ/ms，CuO之一例示性質量流速為約50g CuO/s，對應於200kJ/g。CuO可用可使用電解槽藉由H2O電解產生之0.625mol H2/s還原。此需要約178kW電力，此在循環期間作為熱返回。在另一實施例中，Cu2O置換CuO，以便Cu不與CuO反應，形成Cu2O。若Ag用作固體燃料金屬，則AgO還原成金屬Ag無需H2，僅僅需要在各循環期間所返回之熱即可。
固體燃料點火以很高速率形成低能量氫係藉由20kA電源以0.2kHz重複速率引發。電源可為商業焊機來源，諸如Miyachi ISA-500CR/IT-1320-3或ISA-1000CR/IT-1400-3。Miyachi ISA-500CR/IT-1320-3單元之變壓器體積為34公升，且其可進一步藉由諸如在高頻率下操作其變壓器之方式小型化。亦必須考慮電力控制器體積，但預計電子控制設備可經小型化，使得變壓器工作容積有限。此電源亦可至少部分地充當輸出電力調節器。此外，一旦引發系統，少部分(諸如1%)SF-CIHT電池發電機之電輸出(諸如MHD或PDC轉換器之電輸出)可足夠維持燃料點火。因此，引發燃料之高電流電源可基本上為各別 體積構成SF-CIHT電池發電機之規模的電池SF-CIHT電池及電力轉換器。體積為約1公升之帶電超電容器可用於開始該單元。在另一實施例中，點火電源以及啟動電源包含至少一個電容器，諸如供應實現點火所需之低壓高電流之一組低壓高電容的電容器。電容器之對應體積可為低的，諸如1.5公升。發電機電力輸出可為低壓DC，使得幾乎不需電力調節。前者可使用DC/DC轉換器實現。
考慮指狀交叉60齒之齒輪(諸如陶瓷齒輪)之例示性情況，該等齒輪在點火期間接觸燃料之表面上金屬化。當在200RPM下操作時，相應點火速率為每次點火0.2kHz或5ms。具有此點火系統之SF-CIHT電池將具有約2公升之工作容積。假定RLN2之MHD體積轉換密度為700MW/m3[Yoshihiro Okuno,「Research activities on MHD power generation at Tokyo Institute of Technology」,Tokyo Institute of Technology,2013年12月19日，http：//vips.es.titech.ac.jp/pdf/090325-meeting/Okuno.pdf]且假設低能量氫驅動之電漿具有數量級較高之離子密度及超音波粒子速度，轉換密度應為每公升MHD工作容積至少10GW/m3或107W。例示性SF-CIHT電池發電機之電力為107W；因此，估計之MHD轉換器體積為1公升。超導磁鐵及杜而瓶/低溫管理系統工作容積可為又6公升。最後，可預期產物恢復及再生系統替換最小約2公升，但若再生需要H2還原，則工作容積可為更高，大約20公升。
考慮包含以下之系統：(1)在0.2kHz之重複速率下20kA至電極之基於電容器之電源，其亦充當啟動電源且具有約1.5公升工作容積；(2)少部分SF-CIHT電池發電機之電輸出(諸如MHD或PDC轉換器之電輸出)足以維持燃料點火；(3)具有約2公升之工作容積且具有在200RPM下操作的包含指狀交叉60齒之齒輪之點火系統的SF-CIHT電池；(4)具有兩個保守工作容積為2公升之部分的MHD轉換器，其中超導磁 鐵及低溫管理系統工作容積為此體積的3倍，又6公升；(5)產物恢復及再生系統，其具有約2公升之工作容積，其中產物再水合成反應物；以及(6)來自MHD轉換器之直接DC輸出。此例示性實施例中10MW系統之總體積為1.5+2+2+6+2=13.5公升(約24cm×24cm×24cm或約9.4吋×9.4吋×9.4吋)。
在一個實施例中，SF-CIHT電池發電機可充當複數個SF-CIHT電池發電機之模塊單元。該等模塊單元可並聯、串聯或並聯與串聯連接以增加電壓、電流及功率至所需輸出。在一個實施例中，複數個模塊單元可提供代替中心電網電力系統之電力。舉例而言，複數個具有1MW至10MW電之單元可在變電站或中心電站代替電力產生。SF-CIHT電池發電機可使用熟習此項技術者已知之系統及方法彼此相互連接且與其他電力調節及儲存系統及電力基礎設施(諸如應用電網之彼等系統及電力基礎設施)相互連接。
G.應用
SF-CIHT電池可用於替換習知電源，優點為電網及化石燃料基礎設施為自主的。典型例示性一般應用為加熱(空間與製程加熱)、電力(諸如住宅、商業及工業)、機車(諸如電動汽車、卡車及火車)、航海(諸如電動船及潛水艇)、航空(諸如電動飛機及直升機)及航空航天(諸如電動衛星)。特定例示性應用為家用及商業電氣化、照明、電動車輛、經由H2O電解產生H2、卡車冷凍、電信中繼器、鹽水淡化、偏遠採礦及熔煉、電加熱(諸如家用及商業加熱)、對家用電器(諸如警報系統、冷凍機/冰箱、洗碗機、烘箱、洗衣機/乾燥機、剪枝機、機械剪、掃雪機及消費型電子儀器，諸如個人電腦、TV、立體聲系統及視訊播放器)供電。適當可變尺寸之SF-CIHT電池可為某些儀器之專用電源，諸如加熱器、洗衣機/乾燥機或空氣調節器。
許多電力應用可藉由輸出AC與DC電力中至少一者至相應負載之 SF-CIHT電池實現。用於電學SF-CIHT電池應用之系統整合的一示意圖200展示於圖7中。在一個實施例中，SF-CIHT電池202藉由SF-CIHT電池控制器201控制。SF-CIHT電池自來源204接收H2O，添加H2O至再生燃料且將H轉換成低能量氫，其中極大釋放電力，轉換成電。任何副產物熱可傳遞至熱負載或藉由熱冷卻系統203作為廢熱移除。輸出電力可儲存在諸如蓄電池或超電容器之電力儲存構件205中，且接著可流向電力分配中心206。或者，輸出電可直接流至電力分配中心206。在自電漿-電轉換器(諸如MHD或PDC轉換器)輸出DC之一個實施例中，接著電力藉由DC/AC轉換器207自DC調節為AC或其藉由DC/DC轉換器221變成DC電力的另一形式。此後，經調節之AC或DC電力分別流入AC 208或DC 222電力控制器及AC 209或DC 223電力負載。由AC或DC電動機215供應之例示性機械負載為儀器216、輪子217(諸如機車動力應用，諸如摩托車、小型摩托車、高爾夫車、小汽車、卡車、火車、拖拉機及推土機以及其他挖掘機械)、航空電動螺旋槳或電風扇218(諸如飛行器中)、船用螺旋漿219(諸如船及潛水艇中)及轉動軸機器220。替代例示性AC負載包含AC電信210、AC儀器211、AC電子儀器212、AC照明213及AC空間及製程調節214，諸如加熱及空氣調節。相應適合的例示性DC負載包含DC電信224(諸如數據中心)、DC儀器225、DC電子儀器226、DC照明227及DC空間及製程調節228，諸如加熱及空氣調節。
許多電力應用可藉由SF-CIHT電池實現，該SF-CIHT電池使用自來自來源(諸如來自H2O)之H轉換成低能量氫所得到之電力與熱功率中至少一者且呈旋轉軸形式輸出機械功率。用於熱及混合電-熱SF-CIHT電池應用之系統整合的一示意圖300展示於圖8中。在一個實施例中，SF-CIHT電池302藉由SF-CIHT電池控制器301控制。SF-CIHT電池302自來源303接收H2O，添加H2O至再生燃料且將H轉換成低能 量氫，極大釋放電漿電力，電漿電力可使用電漿-電轉換器直接轉換成電，使用熱-電轉換器間接轉換成電，或可直接輸出熱功率。電可流向電加熱器304，電加熱器304可加熱外部熱交換器305。或者，熱可直接自SF-CIHT電池302流至外部熱交換器305。工作氣體(諸如空氣)流入未燃燒之渦輪機306且藉由熱的外部熱交換器305加熱；藉此，其接收來自SF-CIHT電池302之熱功率。經加熱之工作氣體對未燃燒之渦輪機306之槳葉執行壓力-體積功，且引起其軸旋轉。旋轉軸可驅動複數個類型之機械負載。適合的例示性機械負載包含輪子307(諸如機車動力應用中)、發電機308(諸如電力產生中)、航空電動螺旋槳或電動風扇309(諸如飛行器中)、船用螺旋漿310(諸如船及潛水艇中)及轉動軸機器311。來自發電機308之電力可用於其他應用，諸如電動力及穩定電力。此等及其他應用可使用圖7中所示之整合系統或整合系統的一部分實現。
在一個實施例中，來自SF-CIHT電池之電力用以對天線以所需頻帶供電，該頻帶可由能夠接收傳輸電力之天線接收。電力可用於操作電子儀器裝置，諸如行動電話或個人電腦或娛樂系統(諸如MP3播放器或視訊播放器)。在另一實施例中，接收天線可收集傳輸電力且對蓄電池充電以操作電子儀器裝置。
本發明進一步關於一種蓄電池或燃料電池系統，其由使氫催化反應至較低能態(低能量氫)而產生電動勢(EMF)，從而使自低能量氫反應釋放之能量直接轉換成電，該系統包含：在電池操作期間在各別電子流動及離子質量輸送存在下構成低能量氫反應物之反應物；包含陰極之陰極隔室；包含陽極之陽極隔室；及氫來源。
本發明之其他實施例係關於一種蓄電池或燃料電池系統，其由使氫催化反應至較低能態(低能量氫)而產生電動勢(EMF)，從而使自低能量氫反應釋放之能量直接轉換成電，該系統包含至少兩種選自以下之組分：觸媒或觸媒來源；原子氫或原子氫來源；用以形成觸媒或觸媒來源及原子氫或原子氫來源之反應物；一或多種用以引發原子氫催化之反應物；及用以啟動催化之載體，其中用於形成低能量氫之該蓄電池或燃料電池系統可進一步包含：包含陰極之陰極隔室；包含陽極之陽極隔室；視情況選用之鹽橋；在電池操作期間在各別電子流動及離子質量輸送存在下構成低能量氫反應物之反應物；及氫來源。
在本發明之一個實施例中，引發低能量氫反應(諸如本發明之交換反應)之反應混合物及反應為藉由氫反應形成低能量氫來形成電力的燃料電池之基礎。歸因於氧化還原電池半反應，因此產生低能量氫之反應混合物係藉由電子經由外部電路遷移及經由各別路徑進行離子質量輸送以形成電路所構成。由半電池反應之和得到的產生低能量氫之總反應及相應反應混合物可包含本發明之熱功率及低能量氫化學產生之反應類型。
在本發明之一個實施例中，在藉由各別導管連接以便電子與離子在隔室之間形成電路的不同電池隔室中提供不同反應物或處於不同狀態或條件(諸如不同溫度、壓力及濃度中至少一者)下之相同反應物。由於低能量氫反應依賴於自一個隔室至另一隔室之質量流，因此產生各別隔室之電極之間的電位及電力增益或系統之熱增益。質量流提供至少一個以下形成：可反應產生低能量氫之反應混合物及允許低能量氫反應以實質速率發生之條件。理想地，在無電子流及離子質量輸送存在下，低能量氫反應不發生或不以可觀速率發生。
在另一實施例中，相較於經由電極施加之電解電力，電池產生電力及熱功率增益中至少一者。
在一個實施例中，用以形成低能量氫之反應物為熱再生型或電解再生型中至少一者。
本發明之一個實施例係關於一種產生電動勢(EMF)及熱能之電化學電力系統，其包含陰極、陽極及在電池操作期間在各別電子流動及離子質量輸送存在下構成低能量氫反應物之反應物，該系統包含至少兩種選自以下之組分：(a)觸媒來源或觸媒，其包含以下之群中至少一者：nH、OH、OH-、H2O、H2S或MNH2，其中n為整數且M為鹼金屬；(b)原子氫來源或原子氫；(c)用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之反應物；一或多種用以引發原子氫催化之反應物；及載體。至少一個以下條件可存在於該電化學電力系統中：(a)藉由反應混合物之反應形成原子氫及氫觸媒；(b)藉助於其進行反應，使催化有效的一種反應物；以及(c)用以引起催化反應之反應包含選自以下之反應：(i)放熱反應；(ii)偶合反應；(iii)自由基反應；(iv)氧化還原反應；(v)交換反應；及(vi)吸氣劑、載體或基質輔助之催化反應。在一個實施例中，在藉由各別導管連接以便電子與離子在隔室之間形成電路的不同電池隔室中提供(a)不同反應物或(b)處於不同狀態或條件下之相同反應物中至少一者。內部質量流動與外部電子流動中至少一者可提供至少一個以下條件存在：(a)形成反應產生低能量氫之反應混合物；及(b)形成允許低能量氫反應以實質速率發生之條件。在一個實施例中，用以形成低能量氫之反應物為熱再生型或電解再生型中至少一者。電能及熱能輸出中至少一者可能超過自產物再生反應物所需者。
本發明之其他實施例係關於一種產生電動勢(EMF)及熱能之電化學電力系統，其包含陰極；陽極；及在電池操作期間在各別電子流動及離子質量輸送存在下構成低能量氫反應物之反應物，該系統包含至少兩種選自以下之組分：(a)觸媒來源或觸媒，其包含選自O2、O3、 O、O+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH、OOH-、O-、O2 -之至少一種氧物質，且與H物質進行氧化反應以形成OH與H2O中至少一者，其中H物質包含H2、H、H+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH及OOH-中至少一者；(b)原子氫來源或原子氫；(c)用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之反應物；及一或多種用以引發原子氫催化之反應物；及載體。O物質之來源可包含包括以下之至少一種化合物或化合物混合物：O、O2、空氣；氧化物，NiO、CoO、鹼金屬氧化物Li2O、Na2O、K2O、鹼土金屬氧化物MgO、CaO、SrO及BaO、來自Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn及W之群之氧化物；過氧化物，鹼金屬過氧化物；超氧化物，鹼金屬或鹼土金屬超氧化物；氫氧化物，鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及第III、IV或V族氫氧化物；氧(氫氧)化物，AlO(OH)、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、CrO(OH)、MnO(OH)(α-MnO(OH)錳榍石及γ-MnO(OH)水錳礦)、FeO(OH)、CoO(OH)、NiO(OH)、RhO(OH)、GaO(OH)、InO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)及Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)。H物質之來源可包含包括以下之至少一種化合物或化合物混合物：H；金屬氫化物，LaNi5H6；氫氧化物；氧(氫氧)化物；H2；H2來源；H2及氫滲透性膜，NiPt(H2)、Ni(H2)、V(H2)、Ti(H2)、Nb(H2)、Pd(H2)、PdAg(H2)、Fe(H2)及不鏽鋼(SS)，諸如430SS(H2)。
在另一實施例中，電化學電力系統包含氫陽極；包含氫氧化物之熔融鹽電解質；及O2及H2O陰極中至少一者。氫陽極可包含以下中至少一者：氫滲透性電極，諸如NiPt(H2)、Ni(H2)、V(H2)、Ti(H2)、Nb(H2)、Pd(H2)、PdAg(H2)、Fe(H2)及430SS(H2)中至少一者；可噴射H2之多孔電極，及氫化物，諸如選自以下之氫化物：R-Ni、 LaNi5H6、La2Co1Ni9H6、ZrCr2H3.8、LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75、ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2及能夠儲存氫之其他合金，AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn)型，其中「ABx」名稱係指A型元素(LaCePrNd或TiZr)與B型元素(VNiCrCoMnAlSn)之比率，AB5型：MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm=密鈰合金：25wt% La、50wt% Ce、7wt% Pr、18wt% Nd)，AB2型：Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12合金、基於鎂之合金、Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1合金、Mg0.72Sc0.28(Pd0.012+Rh0.012)及Mg80Ti20、Mg80V20、La0.8Nd0.2Ni2.4Co2.5Si0.1、LaNi5-xMx(M=Mn、Al)、(M=Al、Si、Cu)、(M=Sn)、(M=Al、Mn、Cu)及LaNi4Co、MmNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、LaNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、MgCu2、MgZn2、MgNi2，AB化合物：TiFe、TiCo及TiNi，ABn化合物(n=5、2或1)，AB3-4化合物，ABx(A=La、Ce、Mn、Mg；B=Ni、Mn、Co、Al)、ZrFe2、Zr0.5Cs0.5Fe2、Zr0.8Sc0.2Fe2、YNi5、LaNi5、LaNi4.5Co0.5、(Ce、La、Nd、Pr)Ni5、密鈰合金-鎳合金、Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5、La2Co1Ni9、FeNi及TiMn2。熔融鹽可包含與至少一種其他鹽一起之氫氧化物，其他鹽諸如選自一或多種其他氫氧化物、鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽及磷酸鹽之鹽。熔融鹽可包含選自以下之至少一種鹽混合物：CsNO3-CsOH、CsOH-KOH、CsOH-LiOH、CsOH-NaOH、CsOH-RbOH、K2CO3-KOH、KBr-KOH、KCl-KOH、KF-KOH、KI-KOH、KNO3-KOH、KOH-K2SO4、KOH-LiOH、KOH-NaOH、KOH-RbOH、Li2CO3-LiOH、LiBr-LiOH、LiCl-LiOH、LiF-LiOH、Lil-LiOH、LiNO3-LiOH、LiOH-NaOH、LiOH-RbOH、Na2CO3-NaOH、NaBr-NaOH、NaCl-NaOH、NaF-NaOH、NaI-NaOH、NaNO3-NaOH、NaOH-Na2SO4、NaOH-RbOH、RbCl-RbOH、RbNO3-RbOH、LiOH-LiX、NaOH-NaX、KOH-KX、 RbOH-RbX、CsOH-CsX、Mg(OH)2-MgX2、Ca(OH)2-CaX2、Sr(OH)2-SrX2或Ba(OH)2-BaX2(X=F、Cl、Br或I)及LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2或Ba(OH)2以及以下中一或多者：AlX3、VX2、ZrX2、TiX3、MnX2、ZnX2、CrX2、SnX2、InX3、CuX2、NiX2、PbX2、SbX3、BiX3、CoX2、CdX2、GeX3、AuX3、IrX3、FeX3、HgX2、MoX4、OsX4、PdX2、ReX3、RhX3、RuX3、SeX2、AgX2、TcX4、TeX4、TlX及WX4，其中X=F、Cl、Br或I。熔融鹽可包含鹽混合物電解質之陰離子共用之陽離子；或陰離子為陽離子共用，且氫氧化物對混合物之其他鹽穩定。
在本發明之另一實施例中，電化學電力系統包含[M"(H2)/MOH-M'鹵化物/M''']與[M"(H2)/M(OH)2-M'鹵化物/M''']中至少一者，其中M為鹼金屬或鹼土金屬，M'為氫氧化物及氧化物中至少一者不如鹼金屬或鹼土金屬之氫氧化物及氧化物穩定或與水之反應性低的金屬，M"為氫滲透性金屬，且M'''為導體。在一個實施例中，M'為諸如選自以下之金屬的金屬：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。或者，M及M'可為諸如獨立地選自以下之金屬的金屬：Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl及W。其他例示性系統包含[M'(H2)/MOHM"X/M''']，其中M、M'、M"及M'''為金屬陽離子或金屬，X為陰離子，諸如選自氫氧根、鹵離子、硝酸根、硫酸根、碳酸根及磷酸根之陰離子，且M'為H2可滲透的。在一個實施例中，氫陽極包含諸如選自以下中至少一者之金屬：V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、 Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl及W，其可在放電期間與電解質反應。在另一實施例中，電化學電力系統包含氫來源；能夠形成OH、OH-及H2O觸媒中至少一者且提供H之氫陽極；O2及H2O中至少一者之來源；能夠還原H2O或O2中至少一者之陰極；鹼性電解質；能夠收集及再循環H2O蒸氣、N2及O2中至少一者的視情況選用之系統，及用於收集及再循環H2之系統。
本發明進一步關於一種電化學電力系統，其包含包括以下中至少一者之陽極：金屬，諸如選自V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl及W之金屬，及金屬氫化物，諸如選自以下之氫化物：R-Ni、LaNi5H6、La2Co1Ni9H6、ZrCr2H3.8、LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75、ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2及能夠儲存氫之其他合金，諸如選自AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn)型之合金，其中「ABx」名稱係指A型元素(LaCePrNd或TiZr)與B型元素(VNiCrCoMnAlSn)之比率，AB5型：MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm=密鈰合金：25wt% La、50wt% Ce、7wt% Pr、18wt% Nd)，AB2型：Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12合金、基於鎂之合金、Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1合金、Mg0.72Sc0.28(Pd0.012+Rh0.012)及Mg80Ti20 Mg80V20、La0.8Nd0.2Ni2.4Co2.5Si0.1、LaNi5-xMx(M=Mn、Al)、(M=Al、Si、Cu)、(M=Sn)、(M=Al、Mn、Cu)及LaNi4Co、MmNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、LaNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、MgCu2、MgZn2、MgNi2，AB化合物：TiFe、TiCo及TiNi，ABn化合物(n=5、2或1)，AB3-4化合物，ABx(A=La、Ce、Mn、Mg；B=Ni、Mn、Co、Al)、ZrFe2、Zr0.5Cs0.5Fe2、Zr0.8Sc0.2Fe2、YNi5、LaNi5、LaNi4.5Co0.5、(Ce、La、Nd、Pr)Ni5、密鈰合金-鎳合金、Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5、La2Co1Ni9、FeNi及TiMn2；隔板；鹼 性電解質水溶液；O2與H2O還原陰極中至少一者，及空氣與O2中至少一者。電化學系統可進一步包含電解系統，其間歇地將電池充電及放電，使得淨能平衡存在增益。或者，電化學電力系統可包含或進一步包含氫化系統，其藉由使氫化物陽極再氫化來使電力系統再生。
另一實施例包含一種產生電動勢(EMF)及熱能之電化學電力系統，其包含熔融鹼金屬陽極；β-氧化鋁固體電解質(BASE)，及包含氫氧化物之熔融鹽陰極。熔融鹽陰極可包含共熔混合物(諸如表4中彼等共熔混合物之一)及氫來源(諸如氫滲透性膜及H2氣體)。觸媒或觸媒來源可選自OH、OH-、H2O、NaH、Li、K、Rb+及Cs。熔融鹽陰極可包含鹼金屬氫氧化物。系統可進一步包含氫反應器及金屬-氫氧化物隔板，其中鹼金屬陰極及鹼金屬氫氧化物陰極係藉由氫化產物氧化物及分離所得鹼金屬及金屬氫氧化物來再生。
電化學電力系統之另一實施例包含陽極，其包含氫來源，諸如選自以下之氫來源：氫滲透性膜及H2氣體及氫化物，其進一步包含熔融氫氧化物；β-氧化鋁固體電解質(BASE)，及陰極，其包含熔融元素及熔融鹵化物鹽或混合物中至少一者。適合之陰極包含熔融元素陰極，其包含In、Ga、Te、Pb、Sn、Cd、Hg、P、S、I、Se、Bi及As之一。或者，陰極可為熔融鹽陰極，其包含NaX(X為鹵離子)及以下之群中一或多者：NaX、AgX、AlX3、AsX3、AuX、AuX3、BaX2、BeX2、BiX3、CaX2、CdX3、CeX3、CoX2、CrX2、CsX、CuX、CuX2、EuX3、FeX2、FeX3、GaX3、GdX3、GeX4、HfX4、HgX、HgX2、InX、InX2、InX3、IrX、IrX2、KX、KAgX2、KAlX4、K3AlX6、LaX3、LiX、MgX2、MnX2、MoX4、MoX5、MoX6、NaAlX4、Na3AlX6、NbX5、NdX3、NiX2、OsX3、OsX4、PbX2、PdX2、PrX3、PtX2、PtX4、PuX3、RbX、ReX3、RhX、RhX3、RuX3、SbX3、SbX5、ScX3、SiX4、SnX2、SnX4、SrX2、ThX4、TiX2、 TiX3、TlX、UX3、UX4、VX4、WX6、YX3、ZnX2及ZrX4。
產生電動勢(EMF)及熱能之電化學電力系統之另一實施例包含陽極，其包含Li；電解質，其包含有機溶劑及無機Li電解質與LiPF6中至少一者；烯烴隔板；及陰極，其包含以下中至少一者：氧(氫氧)化物，AlO(OH)、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、CrO(OH)、MnO(OH)(α-MnO(OH)錳榍石及γ-MnO(OH)水錳礦)、FeO(OH)、CoO(OH)、NiO(OH)、RhO(OH)、GaO(OH)、InO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)及Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)。
在另一實施例中，電化學電力系統包含陽極，其包含Li、鋰合金、Li3Mg及Li-N-H系統之物質中至少一者；熔融鹽電解質；及氫陰極，其包含以下中至少一者：H2氣體及多孔陰極、H2及氫滲透性膜以及金屬氫化物、鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬氫化物中之一者。
本發明進一步關於一種電化學電力系統，其包含電池(a)至(h)中至少一者，其包含：(a)(i)陽極，其包含氫滲透性金屬及氫氣，諸如選自以下中一者：NiPt(H2)、Ni(H2)、V(H2)、Ti(H2)、Fe(H2)、Nb(H2)；或金屬氫化物，諸如選自以下之金屬氫化物：LaNi5H6、TiMn2Hx及La2Ni9CoH6(x為整數)；(ii)熔融電解質，諸如選自以下之熔融電解質：MOH或M(OH)2，或MOH或M(OH)2與M'X或M'X2，其中M及M'為金屬，諸如獨立地選自以下之金屬：Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr及Ba，且X為陰離子，諸如選自氫氧根、鹵離子、硫酸根及碳酸根之陰離子，及(iii)陰極，其包含可與陽極相同之金屬，且進一步包含空氣或O2；(b)(i)陽極，其包含至少一種金屬，諸如選自以下之金屬：R-Ni、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；(ii)電解質，其包含濃度範圍為約10M至飽和之鹼金屬氫氧化物水溶液；(iii)烯烴隔板，及(iv)碳陰極，且進一步包含空氣或O2；(c)(i)陽極，其包含熔融NaOH及氫滲透性膜，諸如Ni及氫氣；(ii)電解質，其包含β氧化鋁固體電解質(BASE)，及(iii)陰極，其包含熔融共熔鹽，諸如NaCl-MgCl2、NaCl-CaCl2或MX-M'X2'(M為鹼金屬，M'為鹼土金屬，且X及X'為鹵離子)；(d)(i)包含熔融Na之陽極；(ii)電解質，其包含β氧化鋁固體電解質(BASE)，及(iii)包含熔融NaOH之陰極；(e)(i)陽極，其包含氫化物，諸如LaNi5H6；(ii)電解質，其包含濃度範圍為約10M至飽和之鹼金屬氫氧化物水溶液；(iii)烯烴隔板，及(iv)碳陰極，且進一步包含空氣或O2；(f)(i)陽極，其包含Li；(ii)烯烴隔板；(iii)有機電解質，諸如包含LP30及LiPF6之有機電解質，及(iv)陰極，其包含氧(氫氧)化物，諸如CoO(OH)；(g)(i)陽極，其包含鋰合金，諸如Li3Mg；(ii)熔融鹽電解質，諸如LiCl-KCl或MX-M'X'(M及M'為鹼金屬，X及X'為鹵離子)，及(iii)陰極，其包含金屬氫化物，諸如選自以下之金屬氫化物：CeH2、LaH2、ZrH2及TiH2，且進一步包含碳黑，及(h)(i)陽極，其包含Li；(ii)熔融鹽電解質，諸如LiCl-KCl或MX-M'X'(M及M'為鹼金屬，X及X'為鹵離子)，及(iii)陰極，其包含金屬氫化物，諸如選自以下之金屬氫化物：CeH2、LaH2、ZrH2及TiH2，且進一步包含碳黑。
本發明進一步關於一種電化學電力系統，其包含以下電池中至少一者：[Ni(H2)/LiOH-LiBr/Ni]，其中指定為Ni(H2)之氫電極包含滲 透、噴射及間歇性電解氫來源中至少一者；[PtTi/H2SO4(約5M水溶液)或H3PO4(約14.5M水溶液)/PtTi]間歇性電解，及[NaOH Ni(H2)/BASE/NaCl MgCl2]，其中指定為Ni(H2)之氫電極包含滲透氫來源。在適合之實施例中，氫電極包含經製備而具有保護性氧化物塗層(諸如NiO)之金屬(諸如鎳)。氧化物塗層可藉由在氧化性氛圍(諸如包含氧氣之氛圍)中陽極化或氧化來形成。
本發明進一步關於一種電化學電力系統，其包含電池(a)至(d)中至少一者，其包含：(a)(i)陽極，其包含指定為Ni(H2)且包含滲透、噴射及間歇性電解氫來源中至少一者之氫電極；(ii)熔融電解質，諸如選自以下之熔融電解質：MOH或M(OH)2、或MOH或M(OH)2與M'X或M'X2，其中M及M'為金屬，諸如獨立地選自Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr及Ba之金屬，且X為陰離子，諸如選自氫氧根、鹵離子、硫酸根及碳酸根之陰離子；及(iii)陰極，其包含可與陽極相同之金屬，且進一步包含空氣或O2；(b)(i)陽極，其包含指定為Ni(H2)且包含滲透、噴射及間歇性電解氫來源中至少一者之氫電極；(ii)熔融電解質，諸如LiOH-LiBr、NaOH-NaBr或NaOH-NaI；及(iii)陰極，其包含可與陽極相同之金屬，且進一步包含空氣或O2；(c)(i)陽極，其包含貴金屬，諸如Pt/Ti；(ii)酸電解質水溶液，諸如濃度可分別在1M至10M及5M至15M範圍內的H2SO4或H3PO4；及(iii)陰極，其包含可與陽極相同之金屬，且進一步包含空氣或O2，及(d)(i)陽極，其包含熔融NaOH及指定為Ni(H2)且包含滲透氫來源之氫電極；(ii)電解質，包含β氧化鋁固體電解質(BASE)；及(iii)陰極，其包含熔融共熔鹽，諸如NaCl-MgCl2、NaCl-CaCl2或MX-M'X2' (M為鹼金屬，M'為鹼土金屬，且X及X'為鹵離子)。
本發明之其他實施例係關於觸媒系統，諸如電化學電池之觸媒系統，其包含能夠使得原子H呈其n=1狀態以形成較低能態之氫觸媒、原子氫來源，及能夠引發及傳播反應以形成較低能量氫之其他物質。在某些實施例中，本發明係關於一種反應混合物，其包含至少一種原子氫來源及至少一種觸媒或觸媒來源以支持氫催化形成低能量氫。本文對於固體及液體燃料所揭示之反應物及反應亦為包含相混合物之非均質燃料的反應物及反應。該反應混合物包含至少兩種選自以下之組分：氫觸媒或氫觸媒來源及原子氫或原子氫來源，其中原子氫及氫觸媒中至少一者可藉由反應混合物之反應形成。在其他實施例中，反應混合物進一步包含載體，其在某些實施例中可具導電性，可為還原劑及氧化劑，其中至少一種反應物藉助於其進行反應，使催化有效。反應物可藉由針對任何非低能量氫產物加熱來再生。
本發明亦關於一種電源，其包含：用於催化原子氫之反應電池；反應容器；真空泵；與反應容器連通之原子氫來源；與反應容器連通之氫觸媒來源，其包含大塊材料，原子氫來源及氫觸媒來源中至少一者之來源，其包含反應混合物，該反應混合物包含至少一種反應物，其包含形成原子氫及氫觸媒中至少一者之元素，及至少一種其他元素，藉此自該來源形成原子氫與氫觸媒中至少一者，至少一種用以引起催化之其他反應物；及容器加熱器，藉此原子氫催化釋放每莫耳氫大於約300千焦量的能量。
用以形成低能量氫之反應可藉由一或多個化學反應來活化或引發及傳播。此等反應可選自例如(i)氫化物交換反應；(ii)鹵化物-氫化物交換反應；(iii)放熱反應，其在某些實施例中為低能量氫反應提供活化能；(iv)偶合反應，其在某些實施例中提供觸媒或原子氫來源中至少一者以支持低能量氫反應；(v)自由基反應，其在某些實施例中充當低能量氫反應期間來自觸媒之電子的受體；(vi)氧化還原反應，其在某些實施例中，充當低能量氫反應期間來自觸媒之電子的受體；(vii)其他交換反應，諸如陰離子交換，包括鹵離子、硫化物、氫化物、砷化物、氧化物、磷化物及氮化物交換，其在一個實施例中，有助於觸媒當自原子氫接受能量以形成低能量氫時變得電離之作用；及(viii)吸氣劑、載體或基質輔助低能量氫反應，其可提供以下中至少一者：(a)低能量氫反應之化學環境；(b)用以輸送電子以有助於H觸媒功能；(c)經歷可逆相或其他物理變化或其電子狀態變化；及(d)結合較低能量氫產物以提高低能量氫反應之程度或速率中至少一者。在某些實施例中，導電載體啟動活化反應。
在另一實施例中，用以形成低能量氫之反應包含在至少兩種物質(諸如兩種金屬)之間進行氫化物交換及鹵化物交換中至少一者。至少一種金屬可為用以形成低能量氫之觸媒或觸媒來源，諸如鹼金屬或鹼金屬氫化物。氫化物交換可發生在至少兩種氫化物之間、至少一種金屬與至少一種氫化物之間、至少兩種金屬氫化物之間、至少一種金屬與至少一種金屬氫化物之間，及交換在兩種或兩種以上物質之間或涉及兩種或兩種以上物質的其他此等組合。在一個實施例中，氫化物交換形成混合金屬氫化物，諸如(M1)x(M2)yHz，其中x、y及z為整數且M1及M2為金屬。
本發明之其他實施例係關於反應物，其中活化反應及/或傳播反應中之觸媒包含觸媒或觸媒來源及氫來源與用以形成插層化合物 (intercalation compound)之材料或化合物反應，其中反應物係藉由移除插層物質來再生。在一個實施例中，碳可充當氧化劑且碳可例如藉由加熱、使用置換劑、電解或藉由使用溶劑自鹼金屬插層碳再生。
在其他實施例中，本發明係關於一種電力系統，其包含：(i)化學燃料混合物，其包含至少兩種選自以下之組分：觸媒或觸媒來源；原子氫或原子氫來源；用以形成觸媒或觸媒來源及原子氫或原子氫來源之反應物；一或多種用以引發原子氫催化之反應物；及啟動催化之載體，(ii)至少一種熱系統，其用於逆轉交換反應以自反應產物熱再生燃料，包含複數個反應容器，其中包含自混合物反應產物形成初始化學燃料混合物之反應的再生反應係在與至少一個經歷電力反應之其他反應容器聯合的複數個反應容器中至少一個反應容器中進行，至少一個電力產生容器之熱流入至少一個經歷再生之容器以為熱再生提供能量，將容器嵌埋於熱輸送介質中以實現熱流動，至少一個容器進一步包含真空泵及氫來源，且可進一步包含在較熱腔室與較冷腔室之間維持溫差使得物質優先累積於較冷腔室中的兩個腔室，其中在較冷腔室中進行氫化物反應以形成至少一種初始反應物，使其返回較熱腔室，(iii)散熱器，其自電力產生反應容器接受跨越熱障壁的熱，及(iv)電力轉換系統，其可包含熱機，諸如朗肯或布雷頓循環發動機、蒸汽機、史特林發動機，其中電力轉換系統可包含熱電或熱離子轉換器。在某些實施例中，散熱器可將電力輸送至電力轉換系統以產 生電。
在某些實施例中，電力轉換系統自散熱器接受熱流，且在某些實施例中，散熱器包含蒸汽發電機且蒸汽流至諸如渦輪機之熱機以產生電。
在其他實施例中，本發明係關於一種電力系統，其包含：(i)化學燃料混合物，其包含至少兩種選自以下之組分：觸媒或觸媒來源；原子氫或原子氫來源；用以形成觸媒或觸媒來源及原子氫或原子氫來源之反應物；一或多種用以引發原子氫催化之反應物；及啟動催化之載體，(ii)用於逆轉交換反應以自反應產物熱再生燃料之熱系統，其包含至少一個反應容器，其中包含自混合物反應產物形成初始化學燃料混合物之反應的再生反應係與電力反應一起在至少一個反應容器中進行，來自電力產生反應之熱流至再生反應以為熱再生提供能量，至少一個容器在一個部分上絕緣且在另一部分上與熱傳導介質接觸以分別在容器之較熱與較冷區段之間達成熱梯度，使得物質優先累積於較冷區段中，至少一個容器進一步包含真空泵及氫來源，其中氫化物反應係在較冷區段中進行以形成至少一種初始反應物，使其返回較熱區段，(iii)散熱器，其自電力產生反應接受經由熱傳導介質轉移且視情況跨越至少一個熱障壁的熱，及(iv)電力轉換系統，其可包含熱機，諸如朗肯或布雷頓循環發動機、蒸汽機、史特林發動機，其中電力轉換系統可包含熱電或熱離子轉換器，其中轉換系統自散熱器接受熱流，在一個實施例中，散熱器包含蒸汽發電機且蒸汽流至諸如渦輪機之熱機以產生電。
H.電化學SF-CIHT電池
在SF-CIHT電池之一電化學實施例中，超出外加或內部產生之過電壓、電流及電功率中至少一者藉由在高電流流動下形成HOH觸媒與H中至少一者來產生，其中HOH催化H形成低能量氫之反應，速率藉由在高電流流動存在下之觸媒反應大大增加。在SF-CIHT電池之另一電化學實施例中，電壓及電功率藉由利用至少一個電化學反應，形成HOH觸媒、H及能夠載運高電流之導體中至少一者來產生，其中HOH催化H形成低能量氫之反應，速率藉由在高電流流動存在下之觸媒反應大大增加。電化學反應可涉及電池之至少一個電極之電子轉移。在一個實施例中，諸如圖1中所示之實施例，電池包含容器400，容器400能夠含有蓄電池件、反應物及電解質，該等蓄電池件包含陰極405及陽極410，該等反應物包含HOH觸媒來源及H來源，且該電解質包含能夠載運離子與電子電流中至少一者之高傳導性介質來源。陰極可包含氧化鎳、鋰化氧化鎳、鎳及本發明之其他陰極。陽極可包含Ni、Mo或Mo合金，諸如MoCu、MoNi或MoCo。HOH來源可為H來源。HOH觸媒與H中至少一者之來源可為氧與氫中至少一者之來源，諸如水合化合物或材料，諸如本發明之水合吸濕材料，諸如水合氧化物或鹵化物，諸如水合CuO、CoO及MX2(M=Mg、Ca、Sr、Ba；X=F、Cl、Br、I)、氧化物、氫氧化物、氧(氫氧)化物、O2、H2O、HOOH、OOH-、過氧離子、超氧離子、氫化物及H2。水合化合物之H2O莫耳%含量可在以下中至少一者之範圍內：約0.000001%至100%、0.00001%至100%、0.0001%至100%、0.001%o至100%、0.01%至100%、0.1%至100%、1%至100%、10%至100%、0.1%至50%、1%至25%及1%至10%。在一個實施例中，電化學反應形成HOH，HOH與電池中存在之H反應。電池可進一步包含雙極板500，諸如圖2中所示之雙極板。雙極板可串聯或並列或組合堆疊及連接，以實現更大電壓、電流及功率中至少一者。
在本發明之實施例中，電化學電力系統可包含容器，該容器包含至少一個陰極；至少一個陽極；至少一種電解質；至少兩種選自以下之反應物：(a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；(b)至少一種原子氫來源或原子氫；及(c)導體來源、傳導性基質來源、導體及傳導性基質中至少一者；以及至少一個用以產生電流之電流來源，其包含選自內部電流來源及外部電流來源之高離子及電子電流中至少一者；其中該電化學電力系統產生電與熱能中至少一者。在某些實施例中，陰極、陽極、反應物與外部電流來源之組合允許催化原子氫形成低能量氫以進行傳播，由此維持對每一陰極與相應陽極之間的電流之貢獻。在其他實施例中，觸媒與原子H之反應可引起電池電壓在電池電流增加時下降。
在一個實施例中，電解質可包含氧來源、氫來源、H2O、HOH觸媒來源及H來源中至少一者。電解質可包含熔融電解質，諸如本發明之熔融電解質，諸如熔融氫氧化物與熔融鹵化物之混合物，諸如鹼金屬氫氧化物與鹼金屬鹵化物之混合物，諸如LiOH-LiBr。電解質可進一步包含基質材料，諸如本發明之基質材料之一，諸如氧化物，諸如鹼土金屬氧化物，諸如MgO。電解質可進一步包含添加劑，諸如本發明之添加劑。或者，電解質可包含電解質水溶液，諸如包含鹼(諸如氫氧化物，諸如鹼金屬氫氧化物，諸如KOH)或酸(諸如HCl、H3PO4或H2SO4)之電解質水溶液。另外，電解質可包含至少一種選自以下之電解質：至少一種鹼金屬氫氧化物水溶液；KOH飽和水溶液；至少一種熔融氫氧化物；至少一種共熔鹽混合物；熔融氫氧化物與至少一種其他化合物之至少一種混合物；熔融氫氧化物與鹽之至少一種混合物；熔融氫氧化物與鹵化物鹽之至少一種混合物；鹼金屬氫氧化物與鹼金屬鹵化物之至少一種混合物；熔融LiOH-LiBr、LiOH-NaOH、LiOH-LiBr-NaOH、LiOH-LiX-NaOH、LiOH-LiX、NaOH-NaBr、NaOH- NaI、NaOH-NaX及KOH-KX(其中X表示鹵離子)之群中至少一者；至少一種酸，及HCl、H3PO4及H2SO4中至少一者。
在一個實施例中，新生H2O觸媒來源與原子氫來源中至少一者可包含：(a)至少一個H2O來源；(b)至少一個氧來源；及(c)至少一個氫來源。在其他實施例中，電化學電力系統可進一步包含一或多種用以形成導體、觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之固體燃料。在其他實施例中，反應物可在電池操作期間在外電路中之各別電子流動及反應物內之離子質量輸送存在下進行反應。在實施例中，超出外加或內部產生之過電壓、電流及電功率中至少一者可藉由在高電流流動下形成HOH觸媒與H中至少一者來產生。在其他實施例中，電壓及電功率可藉由利用至少一種電化學反應形成HOH觸媒、H及能夠載運高電流之導體中至少一者來產生，且在其他實施例中，高電流增加觸媒與原子H的反應速率。在實施例中，電化學反應可涉及電池之至少一個電極之電子轉移。
在一個實施例中，施加高電流與高電流密度中至少一者以使低能量氫反應以高速率發生。高電流與高電流密度中至少一者之來源可為外部與內部來源中至少一者。內部與外部電流來源中至少一者包含經選擇以引起在以下至少一者範圍內之電流之DC、AC或AC-DC混合的電壓：1A至50kA、10A至10kA及10A至1kA，及在以下至少一者範圍內之DC或峰值AC電流密度：1A/cm2至50kA/cm2、10A/cm2至10kA/cm2及10A/cm2至1kA/cm2。電壓可由電解質之電導率確定，其中電壓係由所需電流乘以可包含導體之電解質之電阻得出。DC或峰值AC電壓可在選自以下之至少一個範圍內：約0.1V至100V、0.1V至10V及1V至5V，且AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。在一個實施例中，電極可相隔很近，使得其間可形成放電電弧。在一個實施例中，電解 質之電阻係在至少一個選自以下之範圍內：約0.001mΩ至10Ω及0.01Ω至1Ω，且每單位有效形成低能量氫之電極面積之電解質電阻係在至少一個選自以下之範圍內：約0.001mΩ/cm2至10Ω/cm2及0.01Ω/cm2至1Ω/cm2。
在一個實施例中，包含離子與電子電流中至少一者之電流藉由電解質載運。電流可藉由電解質、反應物及電極中至少一者之間的電化學反應載運。在某些實施例中，電解質之至少一種物質可視情況包含至少一種反應物。電流可流過電解質之導體。導體可藉由在諸如陰極之電極上還原反應形成。電解質可包含經還原形成傳導性金屬的金屬離子。在實施例中，金屬離子可在電流流動期間還原，形成傳導性金屬。在其他實施例中，電流載運還原電化學反應為以下中至少一者：金屬離子至金屬；H2O+O2至OH-；金屬氧化物+H2O至金屬氧(氫氧)化物及金屬氫氧化物中至少一者以及OH-，及金屬氧(氫氧)化物+H2O至OH-，其中該離子電流載子為OH-。在實施例中，陽極可包含H，H2O可由在陽極處OH-氧化及與H之反應形成，及/或在陽極處之H來源包含以下至少一者：金屬氫化物、LaNi5Hx、由陽極上之電解形成之H2、以氣體形式供應之H2及經由氫氣滲透性膜供應之H2。
在一個實施例中，電解質及反應物中至少一者包含構成本發明之低能量氫反應物之反應物，其包含至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒、至少一種原子氫來源或原子氫，且進一步包含導體及傳導性基質中至少一者。在一個實施例中，電解質及反應物中至少一者包含本發明之固體燃料或高能材料來源與本發明之固體燃料或高能材料中至少一者。在一個實施例中，例示性固體燃料包含用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之H2O來源及傳導性基質。H2O來源可包含以下中至少一者：整體H2O、除整體H2O外之狀態、經歷反應形成H2O及釋放經結合H2O中至少一者之一或多種化合 物。經結合H2O可包含與H2O相互作用之化合物，其中H2O係呈經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中至少一種狀態。反應物可包含導體及一或多種經歷整體H2O、經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水釋放中至少一者的化合物或材料，且其具有H2O作為反應產物。其他例示性固體燃料為水合吸濕材料及導體；水合碳；水合碳及金屬；金屬氧化物、金屬或碳與H2O之混合物；及金屬鹵化物、金屬或碳與H2O之混合物。金屬及金屬氧化物可包含過渡金屬，諸如Co、Fe、Ni及Cu。鹵化物之金屬可包含鹼土金屬，諸如Mg或Ca，及鹵化物，諸如F、Cl、Br或I。金屬與H2O可進行熱力學上不利之反應，諸如以下之群中至少一者：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，其中反應物可藉由添加H2O再生。構成低能量氫反應物之反應物可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中至少一者。
在本發明之其他實施例中，用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之反應物可包含以下至少一者：H2O及H2O來源；O2、H2O、HOOH、OOH-、過氧離子、超氧離子、氫化物、H2、鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物、水合化合物、選自鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物中至少一者之群的水合化合物；及傳導性基質。作為例示性實施例，氧(氫氧)化物可包含來自以下之群之至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH；氧化物可包含來自以下之群之至少一者：CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO及Ni2O3；氫氧化物可包含來自以下之群之至少一者：Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3及Ni(OH)2；包 含氧之化合物可包含來自以下之群之至少一者：硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M=金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、鈷鎂氧化物、鎳鎂氧化物、銅鎂氧化物、Li2O、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、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、稀土金屬氧化物、CeO2、La2O3、氧(氫氧)化物TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH，且傳導性基質可包含來自以下之群之至少一者：金屬粉、碳、碳化物、硼化物、氮化物、諸如TiCN之甲腈，或腈。
在實施例中，反應物構成低能量氫反應物，該等低能量氫反應物包含金屬、金屬鹵化物與H2O之混合物。在其他實施例中，反應物構成低能量氫反應物，該等低能量氫反應物包含過渡金屬、鹼土金屬鹵化物與H2O之混合物。在其他實施例中，反應物構成低能量氫反應物，該等低能量氫反應物包含導體、吸濕材料與H2O之混合物。導體之非限制性實例包括金屬粉或碳粉，且吸濕材料之非限制性實例包括以下之群中至少一者：溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、諸如KMgCl3．6(H2O)之光鹵石、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉，以及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、化肥、鹽、乾燥劑、二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣、分子篩、沸石、潮解材料、氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及潮解鹽。在本發明之某些實施例 中，電化學電力系統可包含導體、吸濕材料與H2O之混合物，其中(金屬)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量範圍為以下至少一種：約(0.000001至100000金屬)、(0.000001至100000吸濕材料)、(0.000001至100000 H2O)；約(0.00001至10000金屬)、(0.00001至10000吸濕材料)、(0.00001至10000 H2O)；約(0.0001至1000金屬)、(0.0001至1000吸濕材料)、(0.0001至1000 H2O)；約(0.001至100金屬)、(0.001至100吸濕材料)、(0.001至100 H2O)；約(0.01至100金屬)、(0.01至100吸濕材料)、(0.01至100 H2O)；約(0.1至10金屬)、(0.1至10吸濕材料)、(0.1至10 H2O)；及約(0.5至1金屬)、(0.5至1吸濕材料)、(0.5至1 H2O)。
可進行還原反應以產生離子電流之例示性陰極材料為金屬氧(氫氧)化物、金屬氧化物、金屬離子、氧及氧與H2O之混合物。金屬氧化物、金屬氧(氫氧)化物與金屬氫氧化物中至少一者可包含過渡金屬。金屬氧化物、金屬氧(氫氧)化物與金屬氫氧化物可包含本發明之彼等物質。例示性電流載運還原電化學反應為以下中至少一者：金屬離子至金屬；H2O+O2至OH-；金屬氧化物+H2O至金屬氧(氫氧)化物及金屬氫氧化物中至少一者以及OH-，及金屬氧(氫氧)化物+H2O至OH-。離子電流載子可為OH-，且陽極可包含H以藉由氧化OH-形成H2O。在陽極處之H來源包含以下中至少一者：金屬氫化物(諸如LaNi5Hx)、由陽極上之電解形成之H2、以氣體形式供應之H2及經由氫氣滲透性膜供應之H2。在其他實施例中，離子電流係由以下至少一者載運：含氧離子、含氧及氫之離子、OH-、OOH-、O2-及，其中該等離子載運反應可為方程式(61-72)給出之彼等反應。
在一個實施例中，本發明之電化學電力系統可包含以下中至少一者：(a)多孔電極；(b)氣體擴散電極；(c)氫滲透性陽極，其中氧及H2O中至少一者供應至陰極且H2供應至陽極；(d)陰極，其包含氧(氫氧)化物、氧化物、氧化鎳、鋰化氧化鎳、鎳中至少一者；及(e)陽 極，其包含Ni、Mo或Mo合金，諸如MoCu、MoNi或MoCo，及氫化物。在其他實施例中，其中氫化物可為LaNi5Hx，且陰極可為以下至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH、SmOOH及MnO2。在其他實施例中，本發明之電化學電力系統可包含至少一個氣體供應系統，該氣體供應系統包含歧管、氣體管線及至少一個連接至電極之氣體通道。
在一個實施例中，電池產生之電流因低能量氫形成所釋放之電力而超過外加電流。在一個實施例中，自H形成低能量氫釋放之能量引起諸如反應物、電解質及電極中至少一者之至少一種物質電離。電離可產生超過外加電流之過電流。由於電子之移動性比離子高，所以電離物質在外加電流方向影響電流。在一個實施例中，外加電流可歸因於外加電壓及電流來源或內部電化學產生電流中至少一者。在包含2cm OD電池[Ni,Ni粉+LaNi5Hx/KOH(飽和水溶液)/Ni粉+NiOOH,Ni](50wt% Ni粉與陰極及陽極材料混合，且電極集電器為Ni)之一個例示性實施例中，電池用電壓限制之高電流DC電源(Kepco ATE6-100M，0-6V，0-100A)操作。電壓限制設定在4V。電池電流最初為3.8V下20A，但當電壓降至2.25V時增至100A。電池顯示不規則的負電阻，在較高電流下電壓降低，此表徵且鑑別低能量氫形成對電功率之影響。電池溫度亦因低能量氫反應所釋放之熱能而增至高於預期溫度。
在一個實施例中，至少一種磁鐵施加於電池以引起由H催化成低能量氫釋放之能量所產生之電子的洛仁子偏轉。在一個實施例中，電子優先偏轉或偏向負電極且正離子優先偏轉或偏向正電極。在一個實施例中，優先偏轉歸因於在電流方向上偏轉的能量釋放較大。
在一個實施例中，電化學SF-CIHT電池進一步包含電解系統。電 解可間歇地施加以再生電解質、反應物及電極中至少一者。系統可供應在低能量氫及電力形成期間消耗之反應物。供應之反應物可替換HOH及H來源中至少一者。適合的例示性供應反應物為H2O、H2及O2之群中一或多者。在一個實施例中，電解質及固體燃料中至少一者可當場再生或可間歇或連續地供應至電池，其中電池反應產物可再生成初始反應物。再生可藉由加熱再生、H2還原、再水合或本發明或以引用的方法併入本文中的本人先前申請案中揭示之任何方法。電極可藉由可涉及再生反應流程，諸如本發明之彼等反應，諸如方程式(53-60)之彼等反應的陽極材料(諸如金屬，諸如Ni、Mo或Mo合金)電解再生。
在一個實施例中，離子載子可包含H-且電解質可能夠傳導氫化物離子，諸如熔融鹵化物鹽混合物，諸如熔融鹼金屬鹵化物鹽混合物，諸如LiCl-KCl。根據方程式(6-9)及(24-31)之反應，觸媒可包含至少一個H原子。電池可包含供應氫氣之氫滲透性膜陰極及包含能夠形成氫化物之反應物(諸如金屬，諸如鹼金屬，諸如Li)的陽極。金屬可在氫滲透性陽極內部。例示性氫滲透性金屬為Ni、V、Ti、Nb及Ta。氫化物離子傳導電池藉由形成低能量氫形成電力之電池及方法為本文中及Mills先前申請案中所揭示，諸如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT於4/24/2008申請之PCT/US08/61455；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT於7/29/2009申請之PCT/US09/052072；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT於3/18/2010申請之PCT/US10/27828；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT於3/17/2011申請之PCT/US11/28889；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，於3/30/2012申請之PCT/US12/31369，及CIHT Power System，於5/21/13申請之PCT/US13/041938，以全文引用的方式併入本文中。在一個實施例 中，來自外部或內部來源之電力施加於電池以使其放電，且藉由形成低能量氫形成過剩電力。電流可為高的，諸如本發明彼等電流之高電流。在一個實施例中，電池間歇地反操作以對其再充電。在一個實施例中，金屬在陽極中再生，且氫氣在陰極中再生。
熱以及電藉由SF-CIHT電池之電化學實施例產生。SF CIHT電池之電化學實施例進一步包含可在外部電池表面上以移除由電池產生之熱且將其傳遞至負載的熱交換器。在另一實施例中，SF CIHT電池包含鍋爐。熱交換器或鍋爐包含用以自負載接收冷的冷卻劑之冷卻劑輸入及用以供應或返回熱的冷卻劑至負載之冷卻劑出口。熱可直接使用或使用熟習此項技術者已知之轉換器(諸如熱機，諸如蒸汽機或蒸汽或氣體渦輪機與發電機、朗肯或布雷頓循環發動機或史特林發動機)轉換成機械功率或電力。對於電力轉換，來自SF CIHT電池之各電化學實施例的熱輸出可自冷卻液出口管線流出至Mills先前公開案中描述之熱能-機械功率或電力之任何轉換器以及熟習此項技術者已知之轉換器(諸如熱機、蒸汽或氣體渦輪機系統、史特林發動機或熱離子或熱電轉換器)。在一個實施例中，電化學SF-CIHT電池如電解電池操作。氫可在負電極產生且氧可在正電極產生。電池可消耗H2O。H2O可電解成H2及O2。H2O可自諸如槽之來源或自H2O蒸氣供應或自大氣供應至電池。低能量氫之形成可產生熱，該熱可直接使用或轉換成機械功率或電力。
I.內部SF-CIHT電池發動機
在包含SF-CIHT電池發動機之SF-CIHT電池之一個機械實施例中，熱及氣體壓力中至少一者藉由點火本發明之固體燃料或高能材料產生。點火藉由在外加高電流流動下形成HOH觸媒與H中至少一者來實現，其中HOH催化H形成低能量氫之反應，速率藉由在高電流流動存在下之觸媒反應大大增加。本發明之某些實施例係關於一種機械功 率系統，其包含：至少一個內燃型發動機之活塞式汽缸；包含以下之燃料：(a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；(b)至少一種原子氫來源或原子氫；(c)導體及傳導性基質中至少一者；具有至少一個閥之至少一個燃料進口；具有至少一個閥之至少一個排氣出口；至少一個活塞；至少一個曲軸；高電流來源，及限制並傳導高電流通過燃料之至少兩個電極。
電力系統可包含至少一個能夠在往復循環之不同階段期間承受大氣壓、高於大氣壓及低於大氣壓中之至少一種壓力的活塞式汽缸、能夠提供高電流及視情況提供高電壓之高電源、本發明之固體燃料或高能材料來源、具有至少一個閥之至少一個燃料進口及具有至少一個閥之至少一個排氣出口、至少一個活塞、至少一個用以將至少一個活塞之機械運動輸送至機械負載之軸(諸如曲軸)及限制並傳導高電流通過燃料以使其點火之至少兩個電極，其中該活塞或汽缸中至少一者可用作另一電極之相對電極。另外，電力系統可進一步包含至少一個電刷，用以在該至少一個活塞與該高電流來源之間提供電接觸。在一個實施例中，內部SF-CIHT電池發動機進一步包含發電機，該發電機係由該發動機之機械功率供電，以產生電力，從而對高電流來源供電，該高電流來源又提供高電流流過固體燃料以使其點火。發電機可藉由軸(諸如發動機曲軸)旋轉或以其他方式用齒輪或與曲軸機械耦接之其他機器起動。發動機可進一步包含燃料再生器以將產物轉換或再生回初始固體燃料。
發動機活塞可進行往復運動。發動機可包含包括感應及壓縮以及點火及排氣步驟的兩衝程循環，或包括做功、排氣、進氣及壓縮之個別步驟的四衝程循環。熟習此項技術者已知之其他發動機，諸如旋轉發動機，係在本發明之範疇內。隨著活塞移位，固體燃料流入活塞腔中。在往復循環之做功衝程期間，在對應於高低能量氫躍遷速率之 高電流下將壓縮之燃料點火，使產物及添加之任何額外氣體或氣體來源加熱，且對活塞執行壓力-體積(PV)功，引起活塞在汽缸中移動且轉動軸，諸如曲軸。當活塞移位時，燃料流入汽缸中，燃料在點火之前經返回之活塞壓縮，且產物在做功步驟之後藉由返回之移位活塞排出。或者，當燃料流入汽缸中時，排氣放出，且活塞在另一次點火之前壓縮燃料。排出之產物可流入再生系統中以再生成初始燃料。有助於進行熱自固體燃料點火轉換成PV功的任何額外氣體或氣體來源可得以回收，再生及再循環。
在一個實施例中，燃料包含構成本發明低能量氫反應物之反應物，該等反應物包含至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒、至少一種原子氫來源或原子氫，且進一步包含導體及傳導性基質中至少一者。在一個實施例中，燃料包含本發明之固體燃料或高能材料來源及本發明之固體燃料或高能材料中至少一者。在一個實施例中，例示性固體燃料包含用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之H2O來源及傳導性基質。H2O來源可包含以下至少一者：整體H2O、除整體H2O外之狀態、經歷反應形成H2O及釋放經結合H2O中至少一者之一或多種化合物。經結合H2O可包含與H2O相互作用之化合物，其中H2O係呈經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中至少一種狀態。反應物可包含導體及一或多種經歷整體H2O、經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水釋放中至少一者的化合物或材料，且其具有H2O作為反應產物。其他例示性固體燃料為水合吸濕材料及導體；水合碳；水合碳及金屬；金屬氧化物、金屬或碳與H2O之混合物；及金屬鹵化物、金屬或碳與H2O之混合物。金屬及金屬氧化物可包含過渡金屬，諸如Co、Fe、Ni及Cu。鹵化物之金屬可包含鹼土金屬，諸如Mg或Ca，及鹵化物，諸如F、Cl、Br或I。金屬與H2O可進行熱力學上不利之反應，諸如以下之群中至少一者： 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，其中反應物可藉由添加H2O再生。構成低能量氫反應物之反應物可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中至少一者。
在某些實施例中，新生H2O觸媒來源及原子氫來源中至少一者可包含以下中至少一者：(a)至少一種H2O來源；(b)至少一種氧來源；及(c)至少一種氫來源。在其他實施例中，燃料可形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者，包含以下至少一者：(a)H2O及H2O來源；(b)O2、H2O、HOOH、OOH-、過氧離子、超氧離子、氫化物、H2、鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物、水合化合物、選自鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物中至少一者之群的水合化合物；及(c)傳導性基質。氧(氫氧)化物之非限制性實例包括至少一個選自以下之群：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH；氧化物之非限制性實例包括至少一個選自以下之群：CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO及Ni2O3；氫氧化物之非限制性實例包括至少一個選自以下之群：Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3及Ni(OH)2；包含氧之化合物之非限制性實例包括至少一個選自以下之群：硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M=金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、鈷鎂氧化物、鎳鎂氧化物、銅鎂氧化物、Li2O、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、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、稀土金屬氧化物、CeO2、La2O3、氧(氫氧)化物TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH，且傳導性基質可包含來自以下之群之至少一者：金屬粉、碳、碳化物、硼化物、氮化物、諸如TiCN之甲腈，或腈。
在某些實施例中，燃料可包含(a)金屬、其金屬氧化物及H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的；(b)金屬、金屬鹵化物及H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的；及(c)過渡金屬、鹼土金屬鹵化物及H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。在其他實施例中，與H2O之反應在熱力學上不利的金屬係選自以下至少一者：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。在其他實施例中，燃料可包含導體、吸濕材料與H2O之混合物。在該等實施例中，導體可包含金屬粉或碳粉，其中金屬或碳與H2O之反應並非熱力學上有利的，且吸濕材料可包含以下之群之至少一者：溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、諸如KMgCl3．6(H2O)之光鹵石、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉，以及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、化肥、鹽、乾燥劑、二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣、分子篩、沸石、潮解材料、氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及潮解鹽。在某些實施例中，燃料可包含導體、吸濕材料與H2O之混合物，其中(金屬)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量範圍為以下至少一 種：約(0.000001至100000金屬)、(0.000001至100000吸濕材料)、(0.000001至100000 H2O)；(0.00001至10000金屬)、(0.00001至10000吸濕材料)、(0.00001至10000 H2O)；(0.0001至1000金屬)、(0.0001至1000吸濕材料)、(0.0001至1000 H2O)；(0.001至100金屬)、(0.001至100吸濕材料)、(0.001至100 H2O)；(0.01至100金屬)、(0.01至100吸濕材料)、(0.01至100 H2O)；(0.1至10金屬)、(0.1至10吸濕材料)、(0.1至10 H2O)；及(0.5至1金屬)、(0.5至1吸濕材料)、(0.5至1 H2O)。
在其他實施例中，燃料可包含金屬、其金屬氧化物及H2O之混合物，其中金屬氧化物能夠在小於1000℃之溫度下經H2還原。在實施例中，具有能夠在小於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬可選自以下至少一者：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。
在其他實施例中，燃料可包含以下各物的混合物：不容易在H2及適度熱下還原之氧化物；具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬；及H2O。在實施例中，不容易在H2及適度熱下還原之金屬氧化物可包含氧化鋁、鹼土金屬氧化物及稀土金屬氧化物中至少一者。在其他實施例中，燃料可包含碳或活性碳及H2O，其中混合物係藉由包含添加H2O之再水合作用而再生。
在某些實施例中，電力系統中H2O莫耳%含量可在以下中至少一者之範圍內：約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%及1%至10%。
在一個實施例中，諸如圖3以及4A及4B中所示之電池的電池包含如Mills先前Thermal Power Conversion公開案、Mills先前Plasma Power Conversion公開案及Mills先前申請案中給出之內燃類型發動機 的至少一個汽缸。圖9中所示之內部SF-CIHT電池發動機包含至少一個汽缸52，汽缸52自燃料來源63經由燃料進口56及進氣閥總成60接收燃料，該進氣閥總成60在往復循環之燃料吸入階段期間通向汽缸內腔。可再循環之諸如空氣或惰性氣體(諸如稀有氣體，諸如氬氣)之氣體亦可諸如藉助於燃料進口56及進氣閥總成60流入汽缸52。在另一實施例中，注射諸如能夠在電力產生期間汽化之流體(諸如H2O)的氣體來源。諸如H2O之流體可至少部分地包含燃料，諸如觸媒及H之來源。
各汽缸52包含至少兩個電極54，以及由電連接65連接至高電流電源58(諸如可提供約1kA至100kA，從而提供高電流以點火固體燃料，從而以很高速率形成如本發明中所給出之低能量氫之高電流電源)之62與52中至少一者。在一個實施例中，燃料在至少兩個電極之間流動且點火形成低能量氫，其中釋放熱能，引起熱氣體釋放與氣體及可在汽缸中汽化之任何流體加熱及膨脹中至少一者。在另一實施例中，電極在H2O或包含H2O之氣體中引起電弧電漿，從而點火H2O形成如本發明中所給出之低能量氫。在一個實施例中，一個電極包含分離之旁路且另一電極包含活塞與汽缸中至少一者。電連接65可直接在高電流電源58與旁路54及圓柱形電極52之間形成。在活塞62為相對電極之一個實施例中，汽缸52不傳導。一種例示性不傳導汽缸包含陶瓷材料。高電流電源58至活塞電極62之電接觸可經由電刷64，諸如接觸電連接至活塞電極62之軸51之電刷。當在壓縮階段或往復循環衝程期間壓縮燃料時可使傳導性燃料61及旁路電極54與活塞62及圓柱形電極52中至少一者接觸。壓縮之H2O或固體燃料53進行燃料點火以在很高速率下形成低能量氫後，熱氣缸氣體膨脹，執行壓力-體積功。加熱之汽缸氣體對活塞62頭部加壓，以使其對應於在做功階段期間之正移位而移動。活塞62之作用轉移至曲軸51，曲軸51旋轉，且此作用施加 於機械負載，諸如此項技術中已知之機械負載。在一個實施例中，發動機進一步包含連接至軸51之內部發電機66，其中輸出電藉由發電機電力接頭67連接至高電源58。因此，一部分機械能用以提供高電力來維持點火，同時其餘機械能施加於其他機械負載，諸如使以下中至少一者旋轉：軸、輪子、外部發電機、航空渦輪風扇或渦輪螺旋槳、船用螺旋漿、葉輪及轉動軸機器。
用以傳遞短時間高電流電能之高電流電源足以引起低能量氫反應物以很高速率進行形成低能量氫之反應。在一個實施例中，高電流電源能夠提供高電壓以實現H2O電弧電漿。電弧電漿可具有本發明之具有DC、AC及混合之電弧及高電流低能量氫電漿電池部分中給出的特徵。在一個實施例中，用以傳遞短時間高電流電能之高電流電源包含：經選擇以引起在以下至少一者範圍內之電流之高AC、DC或AC-DC混合的電壓：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA；在以下至少一者之範圍內之DC或峰值AC電流密度：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2；其中電壓可由固體燃料之電導率確定，其中電壓係由所需電流乘以固體燃料之電阻得出；DC或峰值AC電壓可在選自以下之至少一個範圍內：約0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV；且AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kH範圍內。在某些實施例中，燃料之電阻可在選自以下之至少一個範圍內：約0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ及10Ω至1kΩ，且每單位有效形成低能量氫之電極面積的適合負載之電導率可在選自以下之至少一個範圍內：約10-10Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-5Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-4Ω-1 cm-2至105Ω-1 cm-2、10-3Ω-1 cm-2至104Ω-1 cm-2、10-2Ω-1 cm-2至103Ω-1 cm-2、10-1Ω-1 cm-2至102Ω-1 cm-2及1Ω-1 cm-2至10Ω-1 cm-2。
在一個實施例中，對應於汽缸氣體膨脹之做功衝程後為壓縮排氣衝程，其中活塞在相對方向上平移且負移位壓縮汽缸氣體，該等汽缸氣體可經由出口或排氣閥總成59自汽缸52中壓出來。經加熱之汽缸氣體可經由至少一個排氣閥59將產物自汽缸52中輸送出。燃料產物與氣體中至少一者可經由排氣出口57自排氣閥總成59輸送至燃料再生器55，其中產物及視情況存在之氣體或汽化液體再生成初始燃料，接著返回燃料來源。在一個實施例中，系統可閉合，除了添加被消耗以形成低能量氫及氧氣之H2O，氧氣可經由排氣出口57及再生器55排出。在一個實施例中，發動機進一步包含傳送機以將來自再生器55之再生燃料移動至燃料來源63中。適合的傳送機可為以下中至少一者：傳送帶、螺旋輸送機或螺旋體、氣動傳送機或推進器、重力助推之流道及熟習此項技術者已知之其他傳送機。
在一個實施例中，發動機為具有正及負移位之往復類型。至少兩個汽缸可彼此不協調地工作，以互相幫助往復循環。燃料可為至少顯著易燃的，諸如包含H2O之碳。燃料可為細粉，其在一個實施例中氣動注射。燃料可包含導體及H2O，其中導體可形成可執行壓力體積功且易自汽缸排出之氣體產物。在一個實施例中，SF-CIHT發動機包含經修改之內燃機，其化石燃料經本發明之固體燃料或高能材料置換，且火花塞及相應電源經電極54及62與52中至少一者及高電流電源58置換，該高電流電源58可為低壓或電弧電漿電源，諸如本發明電源之一。
內燃機設備及電力負載系統之其餘部分為熟習此項技術者所熟知。在其他實施例中，發動機可包含另一類型，諸如旋轉發動機，其中壓力-體積(PV)功藉由在動力學上為爆炸性的低能量氫反應釋放之能量所形成及加熱的氣體執行。系統及方法類似習知活塞式發動機之系統及方法。燃料流入壓縮腔室中，點火，膨脹以執行PV功，接著 氣體在其排出時壓縮以開始一個新的循環。排出之氣體可再生及再循環。
熱以及機械功率藉由SF-CIHT電池之機械實施例產生。SF-CIHT電池發動機進一步包含可在外部汽缸表面上以移除由電池產生之熱且將其傳遞至負載的熱交換器。在另一實施例中，SF CIHT電池包含鍋爐。熱交換器或鍋爐包含用以自負載接收冷的冷卻劑之冷卻劑輸入及用以供應或返回熱的冷卻劑至負載之冷卻劑出口。熱可直接使用或使用熟習此項技術者已知之轉換器(諸如熱機，諸如蒸汽機或蒸汽或氣體渦輪機與發電機、朗肯或布雷頓循環發動機或史特林發動機)轉換成機械功率或電力。對於電力轉換，來自SF CIHT電池之機械實施例的熱輸出可自冷卻液出口管線流出至Mills先前公開案中描述之熱能至機械功率或電力之任何轉換器以及熟習此項技術者已知之轉換器(諸如熱機、蒸汽或氣體渦輪機系統、史特林發動機或熱離子或熱電轉換器)。
VIII.低能量氫電漿電池
在一個實施例中，CIHT電池包含電漿電池，其中電漿藉由間歇施加外部輸入電力間歇形成，且電力在外部輸入電力關閉階段期間汲取或輸出。電漿氣體包含氫來源、氫、觸媒來源及觸媒中至少兩者，其藉由H與觸媒反應來形成低能量氫以向外部負載提供電力。輸入電漿電力產生至少在外部電力關閉階段期間形成低能量氫之反應物。電漿電池可包含電漿電解反應器、障壁電極反應器、RF電漿反應器、rt-電漿反應器、加壓氣體能量反應器、氣體放電能量反應器、微波電池能量反應器及輝光放電電池與微波及或RF電漿反應器之組合。觸媒及系統可為本發明之觸媒及系統及本人先前美國專利申請案中揭示之觸媒及系統，諸如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT於4/24/2008申請之PCT/US08/61455；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT 於7/29/2009申請之PCT/US09/052072；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT於3/18/2010申請之PCT/US10/27828；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT於3/17/2011申請之PCT/US11/28889；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，於3/30/2012申請之PCT/US 12/31369及CIHT Power System，於5/21/13申請之PCT/US 13/041938(「Mills先前申請案」)，以全文引用的方式併入本文中。
低能量氫反應速率藉由施加高電流通過包含H及觸媒(諸如HOH)之反應物而極大增加。H2O之點火藉由施加高電流至包含H2O或H2O來源之固體燃料或藉由形成及維持包含H2O之電弧電漿來實現。電弧電漿可在微波電池、DC供電電池、AC供電電池及DC與AC混合供電電池中實現。在另一實施例中，高電流使用電漿流實現，其中電漿可用靜電場與磁場中至少一者約束。約束之例示性實施例包含螺線管磁場(諸如藉由赫爾姆霍茲線圈提供之螺線管磁場)、如Mills先前申請案中所給出之磁瓶或磁鏡以及熟習此項技術者已知之用於熱熔合研究之組態。電漿流可藉由RF耦合、粒子注射及熟習電漿技術者已知之其他方法及方式增強。
在本發明之實施例中，水電弧電漿電力系統可包含：至少一個閉合反應容器；包含H2O來源與H2O中至少一者之反應物；至少一組電極；用以傳遞H2O之初始高電壓擊穿且提供隨後高電流之電源；及熱交換器系統，其中電力系統產生電弧電漿、光及熱能。在實施例中，可產生電弧電漿且引起反應物以很高速率進行形成低能量氫之反應。在某些實施例中，H2O充當反應物，包含：(a)包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；(b)原子氫來源或原子氫；及(c)電漿介質。水電弧電漿電力系統可進一步包含包括H2O與痕量離子中至少一者之電漿介質。在某些實施例中，H2O可為藉由電弧電漿形成之HOH觸媒及H之 來源。根據在分別約1℃至2000℃及0.01atm至200atm範圍內之操作溫度及壓力的H2O相位圖，在液體及氣體混合物之標準條件下，H2O亦可呈液體與氣體狀態中至少一種狀態存在。在其他實施例中，電漿介質可包含包括溶解離子與鹽化合物中至少一者之離子來源，其使介質更具傳導性，以在較低電壓下實現電弧擊穿。
在實施例中，高擊穿電壓可在以下至少一者範圍內：約50V至100kV、1kV至50kV及1kV至30kV，且高電流可具有在以下至少一者範圍內之限制：約1kA至100kA、2kA至50kA及10kA至30kA。高電壓及電流可為DC、AC及其混合中至少一者。此外，電源可提供在以下至少一者之範圍內的高放電電流密度：0.1A/cm2至1,000,000A/cm2、1A/cm2至1,000,000A/cm2、10A/cm2至1,000,000A/cm2、100A/cm2至1,000,000A/cm2及1kA/cm2至1,000,000A/cm2。在實施例中，形成電弧電漿之電源包含複數個電容器，該複數個電容器包含能夠供應在約1kV至50kV範圍內之高電壓及隨著電阻及電壓下降而增加之高電流的電容器組。在其他實施例中，水電弧電漿電力系統可包含第二電源。另外，水電弧電漿電力系統可包含至少一個額外的電力電路元件與第二高電流電源。在該等實施例中，電源可包含複數個電容器組，該複數個電容器組將電力連續供應至電弧，其中當給定之充電電容器組放電時，各放電電容器組藉由第二電源再充電。
在其他實施例中，閉合容器進一步包含鍋爐，該鍋爐包含蒸汽出口、迴路及再循環泵，其中包含熱水、過熱水、蒸汽及超熱蒸汽中至少一者之至少一個H2O相流出該蒸汽出口且供應熱或機械負載，出口流冷卻及蒸汽冷凝中至少一個製程與負載之熱電輸送一起發生，冷卻之蒸汽或水係藉由再循環泵抽汲，且冷卻之蒸汽或水係經由迴路返回電池。在其他實施例中，水電弧電漿電力系統進一步包含至少一個熱-電轉換器，用以接收來自鍋爐及熱交換器中至少一者之熱功率。 該至少一個熱-電轉換器可包含選自以下之群之至少一者：熱機、蒸汽機、蒸汽渦輪機與發電機、氣體渦輪機與發電機、朗肯循環發動機、布雷頓循環發動機、史特林發動機、熱離子電力轉換器及熱電電力轉換器。
A.微波低能量氫電漿電池
在一個實施例中，電漿電池包含微波電漿電池，諸如Mills先前申請案之微波電漿電池。微波電池包含能夠維持真空、大氣壓及高於大氣壓之壓力中至少一者的容器、電漿氣體來源、氣體進口、氣體出口及用以維持電漿氣體流動之泵及壓力計以及天線及微波空腔中至少一者、微波發生器及自微波發生器連接至天線與微波空腔中至少一者之同軸電纜。電漿氣體可包含H2與H2O中至少一者。電漿電池可進一步包含浸於電漿中之接地導體，諸如中心軸金屬條，以提供在天線或空腔產生之電壓接地短路。短路引起高電流，從而引爆低能量氫反應。短路可形成天線與接地導體之間的電弧。電弧之高電流可引起低能量氫反應顯著增加。
在微波電漿電池之實施例中，電漿氣體至少包含氮氣與氫氣。觸媒可為醯胺離子。壓力可在至少約0.001托至100atm、0.01托至760托及0.1托至100托範圍內。氮氣與氫氣之比率可為任何所需的比率。在一個實施例中，氮氣-氫氣電漿氣體之氮氣百分比在約1%至99%範圍內。
B.具有DC、AC及混合之電弧及高電流低能量氫電漿電池
在一個實施例中，CIHT電池包含低能量氫形成電漿電池，稱為低能量氫電漿電池。高電流可為DC、AC或其組合。在一個實施例中，電池包含高電壓介電障壁氣體放電電池，其包含傳導電極及傳導相對電極，其經介電障壁(諸如包含Garolite絕緣體之障壁)覆蓋。傳導電極可為圓柱形，環繞軸中心障壁電極。電漿氣體可包含H來源及 HOH觸媒來源中至少一者，諸如H2O。額外的適合電漿氣體為H2O、H來源、H2、氧來源、O2及惰性氣體(諸如稀有氣體)中至少一者之混合物。氣體壓力可在以下至少一者之範圍內：約0.001托至100atm、1托至50atm及100托至10atm。電壓可為高的，諸如在以下至少一者範圍內：約50V至100kV、1kV至50kV及1kV至30kV。電流可在以下至少一者範圍內：約0.1mA至100A、1mA至50A及1mA至10A。電漿可包含電弧，電弧具有高得多之電流，諸如在以下至少一者之範圍內的電流：約1A至100kA、100A至50kA及1kA至20kA。在一個實施例中，高電流加速低能量氫反應速率。在一個實施例中，電壓及電流為AC。驅動頻率可為音頻，諸如在3kHz至15kHz範圍內。在一個實施例中，頻率在以下至少一者之範圍內：約0.1Hz至100GHz、100Hz至10GHz、1kHz至10GHz、1MHz至1GHz及10MHz至1GHz。一種例示性障壁電極電漿電池描述於以下中：J.M.Nowak,「Examination of the Strontium Catalysis of the Hydrino Reaction in an Audio-Frequency,Capacitively Coupled,Cylindrical Plasma Discharge」,Master of Science Thesis,North Carolina State University,Nuclear Engineering Department,(2009),http：//repositorv.lib.ncsu.edu/ir/bitstream/1840.16/31/1/etd.pdf，其以全文引用的方式併入本文中。在另一實施例中，移除介電障壁以更好地支撐電弧電漿。藉此暴露於電漿氣體之導體可提供電子熱離子及場致發射以支撐電弧電漿。
在一個實施例中，電池包含高壓電源，施加該高壓電源以在包含H來源及HOH觸媒來源之電漿氣體中實現擊穿。電漿氣體可包含水蒸氣、氫、氧來源及惰性氣體(諸如稀有氣體，諸如氬氣)中至少一者。高壓電力可包含直流電(DC)、交流電(AC)及其混合。電漿氣體中之擊穿引起電導率顯著增加。電源能夠提供高電流。施加低於擊穿電 壓之電壓下的高電流引起H藉由HOH觸媒以高速催化形成低能量氫。高電流可包含直流電(DC)、交流電(AC)及其混合。
高電流電漿電池之一個實施例包含能夠形成HOH觸媒及H之電漿氣體。電漿氣體包含HOH來源及H來源，諸如H2O及H2氣體。電漿氣體可進一步包含額外的氣體，該等氣體允許、增加或維持HOH觸媒及H。其他適合的氣體為稀有氣體。電池包含以下中至少一者：至少一組電極、至少一個天線、至少一個RF線圈及至少一個可包含天線之微波空腔，且進一步包含至少一個擊穿電源，諸如能夠產生足以引起電漿氣體電擊穿之電壓或電子或離子能量的擊穿電源。電壓可在以下至少一者範圍內：約10V至100kV、100V至50kV及1kV至20kV。電漿氣體可最初呈液態以及呈氣態。電漿可在如液體H2O或包含液體H2O之介質中形成。氣體壓力可在以下至少一者之範圍內：約0.001托至100atm、0.01托至760托及0.1托至100托。電池可包含至少一個第二電源，一旦實現擊穿，該電源即提供高電流。高電流亦可藉由擊穿電源提供。每一電源可為DC或AC。每一者之頻率範圍可在以下至少一者之範圍內：約0.1Hz至100GHz、100Hz至10GHz、1kHz至10GHz、1MHz至1GHz及10MHz至1GHz。高電流可在以下至少一者之範圍內：約1A至100kA、10A至100kA、1000A至100kA、10kA至50kA。高放電電流密度可在以下至少一者之範圍內：0.1A/cm2至1,000,000A/cm2、1A/cm2至1,000,000A/cm2、10A/cm2至1,000,000A/cm2、100A/cm2至1,000,000A/cm2及1kA/cm2至1,000,000A/cm2。在一個實施例中，擊穿與第二高電流電源中至少一者可間歇施加。間歇頻率可在以下至少一者之範圍內：約0.001Hz至1GHz、0.01Hz至100MHz、0.1Hz至10MHz、1Hz至1MHz及10Hz至100kHz。工作循環可在以下至少一者之範圍內：約0.001%至99.9%、1%至99%及10%至90%。在包含AC(諸如RF電源)及DC電源之一個實施例中，DC 電源藉由至少一個電容器與AC電源絕緣。在一個實施例中，用以形成低能量氫之H來源(諸如H2與H2O中至少一者)以維持低能量氫分量與輸出電力，得到所需電池增益，諸如低能量氫電力分量超過輸入電力之電池增益的速率供應至電池。
在一個實施例中，電漿氣體經液體H2O置換，液體H2O可為純的或包含鹽水溶液，諸如鹽水。溶液可附帶AC激勵，諸如高頻輻射，諸如RF或微波激勵。包含H2O之激勵介質(諸如鹽水)可置於RF發射器與接收器之間。RF發射器或天線自RF發生器接收RF功率，該RF發生器能夠產生頻率及功率能夠為包含H2O之介質所吸收之RF信號。電池及激勵參數可為本發明之彼等參數之一。在一個實施例中，RF頻率可在約1MHz至20MHz範圍內。RF激勵來源可進一步包含調諧電路或匹配網路以匹配負載對發射器之阻抗。金屬粒子可懸浮於H2O或鹽溶液中。入射功率可為高的，諸如在以下至少一者之範圍內：約0.1W/cm2至100kW/cm2、0.5W/cm2至10kW/cm2及0.5W/cm2至1kW/cm2，以因入射輻射與金屬粒子之相互作用而在電漿中引起電弧。金屬粒子之尺寸可經調整以最佳化電弧形成。適合的粒徑在約0.1μm至10mm範圍內。電弧載運引起低能量氫反應以高動力學發生之高電流。在另一實施例中，電漿氣體包含H2O，諸如H2O蒸氣，且電池包含金屬物體，其亦附帶高頻輻射，諸如RF或微波。金屬物體上尖點上之場濃度在包含H2O之電漿氣體中引起電弧，其中低能量氫反應速率極大提高。
在一個實施例中，高電流電漿包含電弧。電弧電漿可具有區別於輝光放電電漿之特徵。在前一種情況下，電子及離子溫度可為類似的，且在後一種情況下，電子熱能可比離子熱能大得多。在一個實施例中，電弧電漿電池包含捏縮電漿。諸如包含H2O之電漿氣體的電漿氣體維持在足以形成電弧電漿之壓力下。壓力可為高的，諸如在約 100托至100atm範圍內。在一個實施例中，擊穿及高電流電源可為相同的。電弧可在包括液體H2O之高壓H2O中藉由包含複數個電容器之電源形成，該複數個電容器包含能夠供應高電壓(諸如在約1kV至50kV範圍內之電壓)及高電流(諸如當電阻及電壓下降時可增加之電流，形成電荷且維持)之電容器組，其中電流可在約0.1mA至100,000A範圍內。電壓可藉由串聯連接電容器來增加，且電容可藉由並聯連接電容器來增加，以實現所需高電壓及電流。電容可足以維持電漿長時間，諸如0.1s至超過24小時。電力電路可具有額外的元件以在電弧形成後維持電弧，諸如第二高電流電源。在一個實施例中，電源包含複數個電容器組，該複數個電容器組將電力連續供應至電弧，其中當給定之充電電容器組放電時，各放電電容器組可藉由充電電源再充電。複數個組可足以維持穩態電弧電漿。在另一實施例中，用以提供電漿擊穿與高電流中至少一者至電弧電漿之電源包含至少一個變壓器。在一個實施例中，電弧以諸如在約0.01Hz至1MHz範圍內之高DC重複速率建立。在一個實施例中，陰極與陽極之作用可循環逆轉。逆轉速率可為低的，以維持電弧電漿。交流電之循環速率可為以下中至少一者：約0Hz至1000Hz、0Hz至500Hz及0Hz至100Hz。電源可具有維持所需速率之低能量氫反應速率的最大電流界限。在一個實施例中，高電流為可變的，以控制產生低能量氫之電力，從而提供可變的電力輸出。藉由電源控制之高電流界限可在以下至少一者之範圍內：約1kA至100kA、2kA至50kA及10kA至30kA。電弧電漿可具有負電阻，該負電阻包含隨著電流增加電壓下降之特性。電漿電弧電池電力電路可包含一種正阻抗形式，諸如電動安定器，以建立所需位準之穩定電流。電極可呈所需幾何形態，以在兩者之間提供電場。適合的幾何形態為以下中至少一者：中心圓柱形電極及外部同心電極、平行板電極及相對針或圓柱。電極可在陰極提供電子熱離子及場致發射中至 少一者以支撐電弧電漿。可形成高電流密度，諸如高達約106A/cm2之電流密度。電極可由以下中至少一者構成：具有高熔點之材料，諸如來自諸如W或Mo之耐火金屬及碳之群的材料；及與水反應性低之材料，諸如來自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之群之材料。在一個實施例中，電極可為活動的。電極可彼此親密置放或直接接觸，接著機械分開，以引發及維持電弧電漿。在此情況下，擊穿電壓可比電極永久地以固定間隙分開之情況小得多。在活動或間隙可調電極下施加以形成電弧之電壓可在以下中至少一者之範圍內：約0.1V至20kV、1V至10kV及10V至1kV。電極間距可經調整以維持所需電流或電流密度之穩定電弧。
在一個實施例中，包含OH、HOH、O2、nO及nH(n為整數)中至少一者之觸媒在水電弧電漿中產生。H2O電弧電漿電池發電機700之一個示意圖展示於圖10中。電弧電漿電池709包含兩個電極，諸如外部圓柱形電極706及中心軸電極703，諸如具有電池蓋711及絕緣體基底702之中心條，其可界定能夠承受真空、大氣壓力及超過大氣壓力之壓力中至少一者的電池709之電弧電漿腔室。電池709供有電弧電漿氣體或液體，諸如H2O。或者，電極703及706浸沒於電弧電漿氣體或容器709中含有之液體(諸如H2O)中。藉由添加離子來源，諸如可溶解之諸如鹽之離子化合物，可使H2O更具傳導性，以實現較低電壓下電弧擊穿。鹽可包含氫氧化物或鹵化物，諸如鹼金屬氫氧化物或鹵化物或本發明之其他氫氧化物或鹵化物。供應可來自來源，諸如具有閥708之槽707及氣體或液體流入電池709所經之管線710，且排出氣體經由具有至少一個壓力計715及閥716之出口管線726自電池流出，其中泵717自電池709移除氣體以維持所需流量及壓力中至少一者。在一個 實施例中，電漿氣體維持在高流動條件下，諸如高壓(諸如大氣壓力及更高壓力)下超音速流動，以提供足夠的反應物質量流動供低能量氫反應產生所需位準之基於低能量氫之電力。一個適合的例示性流速實現超過輸入電力的基於低能量氫之電力。或者，液體水可在電池709中，諸如具有電極作為邊界之儲集器中。電極703及706經由電池電力接頭724連接至高電壓-高電流電源723。與中心電極703之連接可穿過底板701。在一個實施例中，電源723可藉由另一電源，諸如充電電源721，經由接頭722供應。高電壓-高電流電源723可包含電容器組，該電容器組可串聯以提供高電壓且並列以提供高電容及高電流，且電源723可包含複數個該等電容器組，其中每一者可暫時放電且充電以提供可接近連續輸出之電力輸出。該或該等電容器組可藉由充電電源721充電。
在一個實施例中，諸如703之電極可藉由AC電源723供電，AC電源723可為高頻率且可為高功率，諸如藉由RF發生器(諸如特斯拉線圈(Tesla coil))提供之頻率及功率。在另一實施例中，電極703包含微波電漿炬之天線。功率及頻率可為本發明之功率及頻率，諸如分別在約100kHz至100MHz或100MHz至10GHz及每公升100W至500kW範圍內。在一個實施例中，圓柱形電極可僅僅包含電池壁且可由諸如石英、陶瓷材料或氧化鋁之絕緣體構成。電池蓋711可進一步包含電極，諸如接地或不接地電極。電池可經操作，以形成H2O之電漿電弧或射光，其至少部分地覆蓋電弧電漿電池709內部之電極703。電弧或射光大大提高低能量氫反應速率。
在一個實施例中，電弧電漿電池709閉合以約束熱能釋放。接著密封之電池內的水處於根據如熟習此項技術者已知之所需操作溫度及壓力之H2O相位圖，液體與氣體混合物之標準條件下。操作溫度可在約25℃至1000℃範圍內。操作壓力可在以下至少一者之範圍內：約 0.001atm至200atm、0.01atm至200atm及0.1atm至100atm。電池709可包含鍋爐，其中至少一個包含加熱水、過熱水、蒸汽及過熱蒸汽之相流出蒸汽出口714且供應熱或機械負載(諸如蒸汽渦輪機)來發電。出口流冷卻與蒸汽冷凝中至少一個製程隨著熱功率轉移至負載而發生，且冷卻之蒸汽或水經由迴路712返回電池。或者，補充蒸汽或水返回。使系統閉合且可進一步包含泵713，諸如H2O再循環或返回泵，以使H2O呈其物理相循環，充當冷卻液。電池可進一步包含熱交換器719，該熱交換器719可在電池壁內部或外部，以移除熱能至冷卻液中，該冷卻液在冷卻液進口718以冷的狀態進入且在冷卻液出口720以熱的狀態存在。此後，熱的冷卻液流至熱負載，諸如純的熱負載或熱-機械功率轉換器或熱-電力轉換器，諸如蒸汽或氣體渦輪機或或熱機，諸如蒸汽機及視情況選用之發電機。熱至機械功率或電力轉換之其他例示性轉換器為朗肯或布雷頓循環發動機、史特林發動機、熱離子及熱電轉換器及此項技術中已知之其他系統。熱至機械與電中至少一者之轉換的系統及方法亦揭示於以全文引用的方式併入本文中之Mills先前申請案中。
在一個實施例中，諸如碳或金屬電極(諸如鎢或銅電極)之電極703及706在因電漿而腐蝕時可饋入電池709中。當被腐蝕時可替換電極，或不斷替換。腐蝕產物可自電池中以諸如沈降物之形式收集且再循環至新的電極中。因此，電弧電漿電池發電機進一步包含電極腐蝕產物回收系統705、電極再生系統704及再生電極連續進料725。在一個實施例中，傾向於大部分腐蝕之至少一個電極，諸如陰極，諸如中心電極703，可藉由本發明之系統及方法再生。舉例而言，電極可包含選自以下之一種金屬：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，其具有可藉由H2處理、 加熱及在真空下加熱而還原之相應氧化物。再生系統704可包含用以熔融氧化物及金屬中至少一者且自再生金屬澆鑄或擠出電極的熔爐。用於金屬熔煉及成型或碾磨之系統及方法為熟習此項技術者所熟知。在另一實施例中，再生系統704可包含電解電池，諸如包含金屬離子之熔融鹽電解電池，其中電極金屬可藉由使用此項技術中熟知之系統及方法電沈積來鍍至電極上。
實驗部分中報導之一種例示性電漿系統包含連接在底板與條型電極與含有水之同心電極之間的儲能電容器，其中底板與條型電極之條低於水柱。條嵌入絕緣體中，諸如圓柱形部分中耐綸或陶瓷套筒及底板與圓柱之間的耐綸或陶瓷塊。電路進一步包含電阻及感應器，以在水中在條與圓柱形電極之間引起振盪放電。電容器可由高壓電源充電且由可包含於大氣中之火花隙之開關放電。電極可由銅製成。高電壓可在約5至25kV範圍內。放電電流可在5至100kA範圍內。H2O點火以高速形成低能量氫係藉由觸發之水電弧放電實現，其中電弧引起原子氫及HOH觸媒形成，原子氫及HOH觸媒反應形成低能量氫，放出高電力。來自低能量氫形成之電力可呈熱、電漿及光能形式。在一個實施例中，所有能量釋放可轉換成熱能，熱能被捕捉於密封電池中且可直接用於熱應用，諸如空間及製程加熱，或使用熱機轉換成機械能，或使用熱-電轉換器(諸如蒸汽渦輪機與發電機以及熟習此項技術者已知之其他系統)轉換成電。系統亦可用以形成結合能增加之氫物質及化合物，諸如分子低能量氫H2(1/p)。產物可在出口705及726移除。
在一個實施例中，低能量氫電池包含捏縮電漿來源以形成低能量氫連續譜發射。電池包含陰極、陽極、電源及用以形成捏縮電漿之氫來源與HOH觸媒來源中至少一者。電漿系統可包含稠密電漿焦點來源，諸如此項技術中已知之稠密電漿焦點來源。電漿電流可為很高 的，諸如超過1kA。電漿可為電弧電漿。特點為電漿氣體包含H與HOH或H觸媒中至少一者，且電漿條件可最佳化以給出氫連續譜發射。發射可用作EUV微影之光來源。
IX.其他電力產生實施例
本發明之例示性電力產生系統可包括兩個或兩個以上經組態以傳遞能量至燃料來源之電極、經組態以傳遞能量至電極之電源及電漿電力轉換器。燃料可裝載至由兩個或兩個以上電極界定之區域中，且當電源供應電力至電極時，電極可引起燃料點火，釋放能量。來自燃料點火之副產物可包括熱及電漿。因此，由燃料點火產生之電力可呈熱功率形式，且可為燃料來源之高度電離電漿，其能夠直接或間接轉換成電。一旦形成，電漿可引導至電漿電力轉換器以捕捉電漿能量。
如本文所用，術語「點火」係指由施加於燃料之高電流引起的高反應動力學之建立。點火可在近似大氣壓力下發生，或可在真空中，例如在至多約10-10托或更大範圍內之壓力下發生。因此，燃料、電極及/或電漿轉換器可存在於真空環境中。此外，此等組分中一或多者可存在於適合的真空容器中以促進真空環境形成及維持。
本發明之化學反應物可稱為基於水，其可包含大部分H2O或固體燃料或高能材料(例如包含H2O或H2O來源且進一步包含傳導性材料以藉由傳導高外加電流而促進燃料點火之材料)或其組合。固體燃料1003包括能夠形成電漿之任何材料且可包括例如糰粒、部分、等分試樣、粉末、小滴、流、霧、氣體、懸浮液或其任何適合組合。固體實施例可具有任何適合的形狀；舉例而言，固體燃料1003可成型，以便增加固體燃料1003之表面積，從而促進點火。術語「固體燃料」可包括液體或蒸氣燃料。適合固體燃料之實例描述於本發明之化學反應器部分及固體燃料觸媒誘導之低能量氫躍遷(SF-CIHT)電池及電力轉換器部分中，但基本所需反應物可尤其包括H來源與O來源中至少一 者；及H2O或H2O來源；及導體。固體燃料及/或高能材料可包含新生H2O觸媒來源、H來源及導體。一種例示性固體燃料可包含近似例如1：1：1莫耳比之過渡金屬氧化物：過渡金屬：水，不過任何材料均可以相對於任何其他材料近似2：1或10：1之比率包括在內。包含大多數H2O之基於水之燃料可包含水或基於水之混合物或溶液，例如具有一或多種雜質之水。水可吸收在另一材料內且可包括溶解或混合在其內之傳導元件。雖然許多例示性實施例係指用於「固體燃料」，但用於所有化學反應物，包括基於水之燃料之裝置涵蓋在本文中。
燃料或高能材料可為傳導性的，例如金屬、金屬氧化物或傳導元件。在一些實施例中，傳導性基質可用於允許在點火期間高電流滲透固體燃料1003及/或使混合物為傳導性的。舉例而言，化學反應物可呈漿料形式蒙上或塗至篩孔上，且乾燥，接著進行電脈衝。化學反應物可為寬鬆的或可含於密封容器(諸如密封金屬容器，諸如密封鋁容器)中。一些燃料可不與傳導性容器聯合使用，包括例如由以下製成之某些燃料糰粒：例如鹼土金屬鹵化物、氯化鎂、一些過渡金屬或金屬氧化物、活性碳或其任何適合材料或組合。
在一個實施例中，燃料1003包含構成本發明低能量氫反應物之反應物，該等反應物包含至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒、至少一種原子氫來源或原子氫，且進一步包含導體及傳導性基質中至少一者。在一個實施例中，燃料1003包含本發明之固體燃料或高能材料來源及本發明之固體燃料或高能材料中至少一者。在一個實施例中，例示性固體燃料1003包含用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之H2O來源及傳導性基質。H2O來源可包含以下至少一者：整體H2O、除整體H2O外之狀態、經歷反應形成H2O及釋放經結合H2O中至少一者之一或多種化合物。經結合H2O可包含與H2O相互作用之化合物，其中H2O係呈經吸收H2O、經結合H2O、物理 吸附之H2O及水合水中至少一種狀態。燃料1003可包含導體及一或多種經歷整體H2O、經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水釋放中至少一者的化合物或材料，且其具有H2O作為反應產物。其他例示性固體或高能材料燃料1003為水合吸濕材料及導體；水合碳；水合碳及金屬；金屬氧化物、金屬或碳與H2O之混合物；及金屬鹵化物、金屬或碳與H2O之混合物。金屬及金屬氧化物可包含過渡金屬，諸如Co、Fe、Ni及Cu。鹵化物之金屬可包含鹼土金屬，諸如Mg或Ca，及鹵化物，諸如F、Cl、Br或I。金屬與H2O可進行熱力學上不利之反應，諸如以下之群中至少一者：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，其中燃料1003可藉由添加H2O再生。構成低能量氫反應物之燃料1003可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中至少一者。
如圖12中所示，許多電極1002界定電極之間的空間1017用於接收及/或含有固體燃料1003。電極1002可經組態以將電力(例如以短時間低電壓高電流電能之形式)傳遞給固體燃料1003。舉例而言，在使用固體燃料的一些實施例中可向燃料施加較低電壓及較高電流以促進點火。舉例而言，可向固體燃料施加小於10V(例如8V)及約14,000A/cm2。在向固體燃料施加較高電壓的實施例中，可不需要促進點火的導體。當向燃料施加較低電壓時，可使用促進點火的導體。在一些實施例中，化學反應物轉化成電漿的反應速率可至少部分地視施加或擴展至反應物的高電流而定。舉例而言，在使用基於水之燃料的一些實施例中，可向燃料施加約4.5kV及約20,000A/cm2。電極1002可向固體燃料1003施加低電壓、高電流、高功率脈衝，從而產生極快的反應速率及能量釋放率。能量釋放率可極高且可產生電漿流，電漿流在相反方向上以較高速度(諸如超音速)向外流動。
在一個例示性實施例中，電極1002可施加小於15V峰值的60Hz電壓，且電流可在約10,000A/cm2與50,000A/cm2峰值之間，且功率可在約50,000W/cm2與750,000W/cm2之間。大範圍之頻率、電壓、電流及功率可為適合的；舉例而言，上述參數之約1/100倍至100倍之範圍亦可為適合的。舉例而言，固體燃料或高能材料可利用低電壓、高電流脈衝點火，諸如點焊機所產生之脈衝，此係由泰勒-溫菲爾德ND-24-75型點焊機之兩個銅電極之間之圍束所達成。在一些實施例中，60Hz電壓可為約5至20V RMS，且電流可為約10,000A至40,000A。
電壓經選擇可引起高AC、DC或AC-DC混合電流，其範圍為例如約100A至1,000,000A、1kA至100,000A、或10kA至50kA。DC或峰值AC電流密度範圍可為例如約100A/cm2至1,000,000A/cm2、1,000A/cm2至100,000A/cm2、2,000A/cm2至50,000A/cm2、10,000A/cm2至50,000A/cm2、或5,000A/cm2至100,000A/cm2，例如5,000A/cm2、10,000A/cm2、12,000A/cm2、14,000A/cm2、18,000A/cm2或25,000A/cm2。對於高電導性燃料而言，DC或峰值AC電壓的範圍可為例如約0.1V至1kV、1V至100V、1V至20V、或1V至15V。對於高電阻固體燃料(諸如包含大部分H2O的水性固體燃料)而言，DC或峰值AC電壓的範圍可為例如約100V至50kV、1kV至30kV、2kV至15kV、或4kV至10kV。AC頻率的範圍可為例如約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz，或100Hz至10kH。脈衝時間的範圍可為例如約10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s，或10-3s至0.01s。
在一些實施例中，電流、電壓、頻率或脈衝時間可至少部分地依據所用固體燃料1003或高能材料之類型、或所用燃料或高能材料之電導率確定。電壓可根據所要電流乘以燃料或高能材料樣品之電阻加以確定。舉例而言，若固體燃料或高能材料樣品之電阻為約1毫歐(mohm)，則所施電壓可較低，諸如<10V。在燃料包含100% H2O或實 質上100% H2O、具有極高電阻(諸如大於1毫歐)的例示性情況下，電壓可為較高的且在一些實施例中，可超過H2O之擊穿電壓(例如>5kV)。在跨越兩種極端情況的實施例中，DC或峰值AC電壓可在至少一個選自約0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV的範圍內。AC頻率的範圍可為約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz，或100Hz至10kH。在一個實施例中，DC電壓可放電以形成電漿，諸如包含離子化H2O的電弧電漿，其中電流不完全衰減且隨著其衰減而振盪。
在一些實施例中，具有所要電壓及電流的高電流脈衝可使用電容器(諸如超電容器)放電達成，此等電容器可串聯或並聯連接。電流可為DC或可用電路元件(包括例如變壓器(諸如低壓變壓器))調節。電容器可由電源1004充電或可包括於電源1004中，電源1004可包括例如電力網、發電機、燃料電池、蓄電池，或發電機系統1020或例如另一此類發電機系統之電輸出之一部分。在一個例示性實施例中，適合頻率、電壓及電流波形可藉由對電容器或電池之輸出進行電力調節來達成。在一個實施例中，例示性電路在8V達成15,000A之電流脈衝。
在主要包含H2O的一些例示性基於水之燃料實施例中，所產生之高電流電漿可呈電弧電漿形式。電漿氣體(諸如包含H2O之電漿氣體)可在足以形成電弧電漿的壓力下維持。電弧可在高壓(例如在約100托至100atm範圍內)H2O(包括液體H2O)中，藉由電源形成，此電源能夠提供高電壓(諸如在約1kV至50kV範圍內)及高電流(例如在約0.1mA至100,000A範圍內)，在電弧形成及維持的情況下，電流可隨著電阻及電壓降低而增大。例示性電源可包括一系列電容器，其可串聯連接以提高電壓且可並聯連接以增大電容及電流。在視情況對電容器進行動態再充電的情況下，電容可足以使電漿維持較長時間，例如約0.1秒至大於24小時。在一些實施例中，擊穿與高電流電源可相同。 系統可包含對電容器動態再充電的第二電源。
例示性電力產生系統可包括一旦電弧形成則有助於維持電弧的其他元件，諸如第二高電流電源。在一些實施例中，電源可包括可對電弧依序供電的複數個串聯或並聯電容器。複數個電容器可足以維持穩態電弧電漿。在一些實施例中，電弧可在較高DC重複率(例如在約0.01Hz至1MHz範圍內)下建立，且陰極與陽極可循環逆轉。逆轉速率可為低的以維持電弧電漿。交流電流之循環率可為約0Hz至1000Hz、0Hz至500Hz及0Hz至100Hz中之至少一者。電源可具有使電漿反應速率實質上維持在所要速率的最大電流限值。在一些實施例中，高電流可變化以控制電漿所產生之電力，從而提供可變的功率輸出。電源所控制之高電流限值的範圍可為約1kA至100kA、2kA至50kA及10kA至30kA中之至少一者。
用於基於水之燃料實施例之觸媒可包括OH、H2O、O2、nO及nH(n為整數)中之至少一者以促進水-電弧電漿之產生。例示性電力產生系統可包括儲能電容器。電容器可藉由高壓電源充電且可藉由可包括處於大氣空氣中之火花間隙的開關放電。高電壓範圍可在例如約4kV至25kV範圍內。放電電流可在例如5kA至100kA範圍內。H2O點火而高速率形成電漿可如下達成：觸發之水電弧放電以使得電弧促使形成原子氫，及經由釋放高功率使反應發生而形成電漿的HOH觸媒。來自反應之功率可呈熱、電漿及光能形式。所有能量釋放可轉換為可直接用於熱應用(諸如空間及製程加熱)的熱能，或使用熱機(諸如蒸汽渦輪機)轉換為電力。
電極1002可由實質上耐受燃料點火及所得熱產生的任何適合材料形成。舉例而言，電極1002可由碳形成，碳可降低或實質上防止因表面氧化而發生的電導率損失。電極可由在高溫氛圍環境中具穩定性的耐火金屬形成，例如高溫不鏽鋼、銅或任何其他適合材料或材料組 合。電極1002可包括保護電極1002免受點火過程影響的塗層。電極1002可用耐熔融或耐腐蝕的適合導電材料塗佈或形成，例如耐火合金、高溫耐氧化合金[諸如TiAlN]或高溫不鏽鋼)，或其任何適合組合。另外，電極1002可由在水相環境中實質上無反應性的材料形成。 一或多種電極可包括例如以下一或多者：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。
電極之幾何區域可有利於對待點火之燃料樣品產生高電流密度且在一些情況下，對整個燃料樣品產生高電流密度。雖然例示性圖中描繪兩個電極1002，但可使用任何數目個電極，例如三個或三個以上電極可一起界定用於接收固體燃料1003的區域，或電力產生系統1020中可包括多組電極1002且該等電極1002可界定用於接收燃料的多個區域。
用於接收固體燃料1003之電極之間的空間(圖12中顯示為燃料裝載區1017)可小於分別界定該區域之各電極之尺寸，或可與電極尺寸相同或大於電極尺寸。如圖13A及13B中所示，燃料裝載區1017之尺寸可不同。舉例而言，電極1002經組態可彼此間移開(圖13A)或彼此間移近而合在一起(圖13B)。如圖13C及13D中所描繪，電力產生系統1020可包括界定複數個燃料裝載區1017的複數個電極，該等電極可彼此間相對移動，或者可固定不動。舉例而言，一組電極可移動且一組電極可固定不動，或兩組電極均可移動或兩組電極均可固定不動。在可移動實施例中，燃料裝載區1017變化之尺寸可加以固定，例如電極1002可以彼此間相對的固定距離移動。在其他實施例中，燃料裝載區1017變化之尺寸可發生改變，例如以容納不同尺寸之燃料樣品或增加或降低電力產生或電極1002傳遞至固體燃料1003之電壓或電流之量。
如圖13A及13C中所示，當接收固體燃料1003時，電極1002可彼 此間移開，且一旦固體燃料1003位於燃料裝載區1017內時，則電極1002可移近而合在一起，如圖13B及13D中所示。如上文所論述，電極1002可配合而界定燃料裝載區1017。電極1002可彼此間移開或彼此間移近而合在一起，例如增加或降低燃料裝載區1017之尺寸以促進傳遞、維持燃料於燃料裝載區1017內及/或使固體燃料1003位於燃料裝載區1017內。在一些實施例中，一個電極可移近或移離另一電極，同時另一電極保持就位，而在其他實施例中，兩個電極1002均可移動。電極1002彼此間相對移動可促進燃料裝載區1017內固體燃料1003之點火。舉例而言，電極表面碰撞可促進點火，或使一或兩個電極產生旋轉或摩擦性移動可促進點火。在其他實施例中，電極1002各自可固定。
如圖14A及14B中所示，為更好地封閉固體燃料1003，電極1002之一可包括凸部(描繪為區域A)，且電極1002之一可包括凹部(描繪為區域B)。凸部與凹部經組態可相互配合地形成能夠容納固體燃料1003的腔室，如圖14B中所示。該腔室，且從而燃料裝載區1017，可與周圍環境完全或部分地連通或可隔絕。另外，腔室經組態可在或不在電極1002彼此間相對移開或移近的情況下敞開及/或閉合。舉例而言，凸部與凹部可包括用於將固體燃料1003裝載於由電極1002界定之腔室內的開孔或可移動面板或門。
此外，裝載區域1017中所達成之壓力亦可促進燃料點火及/或電漿產生及操縱。由固體燃料1003點火所產生的電漿可具高度反應性，且電漿包含於真空環境內可增強對電漿產生及轉換過程之控制。舉例而言，真空環境可減少離子與周圍空氣之碰撞及/或控制電漿與周圍氧氣之反應。在不同實施例中，裝載區域1017可封閉於適合真空容器內，或電極1002、電漿-電力轉換器1006及/或系統1020之任何其他適合組件可包括於真空容器內。在一些實施例中，系統1020完全包括於 真空容器中。適合壓力的範圍可為近似大氣壓至約10-10托或10-10托以上。為形成及維持真空壓力，電力產生系統1020可包括例如任何適合真空泵、閥、入口、出口。此外，真空容器可實質上為硬的或實質上為可撓的(例如袋或其他可變形材料)，且可由任何適合材料(包括例如金屬或塑膠)形成。適合容器可形成或維持氧氣減少之環境或無氧環境、氣體減少之環境或無氣體環境，或可含有一定量之惰性氣體，例如氬氣、氮氣或其他惰性氣體，以有助於控制電漿之反應。
在圖15A中，燃料裝載區1017側面為電極1002，且電極1002與固體燃料1003敞露於周圍環境中。在圖15B中，電極1002各自包括經組態可配合而形成更封閉之燃料裝載區1017的半圓形部分。電極1002可使燃料裝載區1017完全隔絕或可包括開孔部分，例如膨脹電漿可經其逃逸的開孔部分。電極1002彼此間可移近而合在一起及移開以敞露及封閉裝載區域1017，或可保持固定。在圖15C中，電極1002與燃料裝載區1017均可部分或完全封閉於電池1001中。電池1001經組態可敞開及封閉以允許燃料裝載區1017內之固體燃料1003傳遞。如上文所論述，電池1001可包括真空容器，且電極1002與燃料裝載區1017可暴露於負壓。如圖15D中所示，電池1001可封閉燃料裝載區1017、電極1002及電漿-電力轉換器1006。電池1001內部之壓力可接近大氣壓或可為負壓以使燃料裝載區1017、電極1002及電漿-電力轉換器1006暴露於真空壓力。如圖15C，電池1001可部分或完全封閉內部組件且經組態可敞開或封閉以允許燃料裝載區1017內之固體燃料1003傳遞。
電極1002可為獨立的或可為電力產生系統1020內之較大組件之一部分。舉例而言，在圖12之實施例中，電極1002可作為觸媒誘導之低能量氫躍遷電池之一部分包括在內。電力產生系統可包括一或多個電池。各電池又可包括至少兩個電極1002。如圖12中所示，在電池1001內，兩個或兩個以上電極1002可彼此間配合以界定燃料裝載區 1017。在併有電池1001的一些實施例中，電極1002可向固體燃料1003施加低電壓、高電流、高功率脈衝，從而產生極快反應速率及能量釋放率。另外，電池1001內之壓力可為負壓以促進電漿產生及操縱及控制所產生電漿之反應性。舉例而言，燃料裝載區1017及/或電極1002可存在於剛好低於大氣壓至約10-10托或10-10托以上之真空中。因此，系統1020中可包括任何適合的真空泵、閥、入口、出口等，以便形成且維持真空壓力。
在一些實施例中，燃料1003與電極1002可帶相反靜電電荷以促進固體燃料1003裝載於燃料裝載區1017中，從而可使固體燃料1003靜電黏附於各電極1002之預定區域，燃料在預定區域中點火。在圖16所示之實施例中，電極1002之表面可與重力軸平行。由此可允許固體燃料1003自高於電極1002之區域傳遞至燃料裝載區1017。此外，界定燃料裝載區1017之電極1002之區域可為光滑的或可紋理化，例如以促進固體燃料1003點火。
在一些實施例中，電極1002可包括可移動部分，例如以促進固體燃料1003點火。一個電極可包括經組態可與一或多個其他電極之表面相互作用的可移動部分，或電極可包括經組態可與一或多個其他電極之可移動部分相互作用的可移動部分。
在圖16之實施例中，電極1002可包括經組態可彼此間相互作用以向固體燃料1003施加壓縮力的可移動壓縮機構1002a。舉例而言，一或多個電極1002可包括鄰近於燃料裝載區10017的齒輪。適合齒輪可包括例如斜齒輪、正齒輪、螺旋齒輪、雙螺旋齒輪(例如人字齒輪)及交叉齒輪，且齒輪可包括任何適合數目個齒或齒取向。如圖17A中所示，固體燃料1003可接收於齒輪之間的燃料裝載區1017內。固體燃料1003可沈積於齒輪之齒之間所形成的間隙中且可被配對齒輪之配對齒壓縮。舉例而言，如圖17B中所示，齒輪可相互作用，且具有n個 齒(其中n為整數)之齒輪可接收固體燃料1003於第n個齒間間隙內，且n-1齒間間隙內之燃料可被配對齒輪之n-1齒壓縮。在一些實施例中，固體燃料1003與電極1002之齒輪齒之燃料接收區域可帶相反靜電電荷，使得當傳遞至電極時，固體燃料1003靜電黏附於一或兩個電極之的區域，當齒嚙合時，該區域中之燃料點著。
在圖17A及17B中，壓縮機構1002a顯示為電極1002之區域。在其他壓縮形式中，壓縮機構1002a可構成電極1002之全部。此實施例顯示於圖18A及18B中。此外，當壓縮機構1002a可移動(在此等實施例中為旋轉)時，電極1002亦可移近及移離各壓縮機構，如圖17A及17B及圖18A及18B中所表明。或者，壓縮機構1002a可移動(在此情況下為旋轉)且電極1002可保持固定。
在一些實施例中，一或多個電極1002可包括替代齒輪或除齒輪之外的滾筒作為壓縮機構1002a。舉例而言，圖24中所描繪之實施例包括代替齒輪之滾筒。滾筒可位於電極1002之末端區域且可由間隙分隔以促進固體燃料1003在電極之間傳遞且一旦固體燃料1003傳遞至燃料裝載區1017時可彼此間移動地更近以便向燃料施加壓縮力。在其他實施例中，電極1002與滾筒經組態可保持就位且固體燃料1003可自一側饋入滾筒中，例如向下饋入滾筒中而無需電極1002彼此間相向移動或移開。固體燃料1003與電極1002之滾筒之燃料接收區域可帶相反靜電電荷，使得當傳遞至電極時，固體燃料1003靜電黏附於一或兩個電極之區域，在該區域中，滾筒接觸且燃料點著。
在可移動實施例中，電極1002彼此可相向偏移或遠離。舉例而言，在一些可移動實施例中，電極1002之滾筒或齒輪彼此可相向偏移。使電極1002或電極1002之可移動部分偏移可使用例如彈簧或氣動或液壓機構達成。
抵靠滾筒或齒輪壓縮固體燃料1003可有助於點火，且在包括齒 輪的實施例中，齒之嚙合及針對固體燃料1003之壓縮可經由傳導性燃料在配對齒之間產生電接觸。在一些實施例中，齒輪可於在嚙合期間接觸燃料之嚙合區域中包括導電性材料且可於其他區域中包括絕緣材料以使得電流選擇性流經燃料。舉例而言，齒輪可由非導電性或絕緣材料形成或塗佈，例如陶瓷、石英、金剛石薄膜或任何其他適合材料或材料組合，且可在嚙合區域中塗有導電性材料，例如導電金屬。在其他實施例中，齒輪可由導電性材料形成且可在嚙合區域外部塗有非導電或絕緣材料。配對齒與燃料之間電接觸所產生的高電流可促進固體燃料1003點火。齒輪或滾筒可紋理化，例如以增強摩擦及促進點火。在一些實施例中，固體燃料1003之傳遞可與齒輪或滾筒之移動同步。
固體燃料1003點火所形成之電漿可向電極1002之齒輪、滾筒或末端區域膨脹，且電漿-電力轉換器可置放於流徑中以接收電漿。在相反軸向方向上自電極1002噴射兩個或兩個以上電漿流的實施例中，轉換器可置放於各流之流徑中。軸向流可經由磁流體動力學(MHD)轉換器發生或電漿可與電漿動力學(PDC)功率轉換器發生固定或流動接觸。此外，定向流可利用圍束磁體(諸如赫姆霍爾茲線圈(Helmholtz coils)或磁瓶)達成。
舉例而言，在可移動實施例中，電漿膨脹流可沿著與齒輪(若包括)之心軸平行的軸發生，該軸亦可與燃料傳遞至燃料裝載區1017中之方向橫切。固體燃料1003可連續傳遞至齒輪或滾筒中，齒輪或滾筒旋轉以推動燃料通過間隙。固體燃料1003當旋轉而沿著一組齒輪之嚙合區域或一組滾筒之相對側填充電極之間之空間時被連續點火。導電固體燃料1003可構成電極1002之間的電路，且流經固體燃料1003的高電流可對燃料點火。在一些實施例中，輸出功率可呈一般性穩態。在一些實施例中，固體燃料1003可間歇地傳遞以防止膨脹電漿干擾燃料 流流動。舉例而言，固體燃料1003之傳遞可以時間間隔發生或可根據輸出功率自動地(例如使用反饋機制)或人工地起始。下文進一步詳述例示性傳遞機構。
在一個例示性實施例中，電極1002(作為電力發電機之一部分)可自電池1001產生間歇性功率脈衝。或者，電力產生系統1020可包括複數個電池1001，其在固體燃料1003之定時爆發事件期間輸出個別電池功率之疊加。在複數個電池中，事件之定時發生可提供更連續的輸出功率。
電極1002可經定位以使得其沿著電極長度在相對點彼此接觸以沿著設定於指定位置之電極產生連續高電流流動及快速反應動力學。位於相對電極上的相對接觸點可藉由使相應連接移至接觸位置或藉由對連接進行電子切換而形成。連接可以同步方式形成以自電池或複數個電池達成更穩定的功率輸出。
點火之後，所形成之電漿功率接著可藉由適合電漿轉換器轉換為電力。電漿轉換器可將電漿轉換為非電漿功率之任何適合形式，例如機械功率、核功率、化學功率、熱功率、電功率、及電磁功率，或其任何適合組合。例示性適合電漿功率轉換器之描述提供於如下章節中：電漿動力學轉換器(PDC)章節、磁流體動力學(MHD)轉換器章節、電磁直接(交叉場或漂移)轉換器、直接轉換器章節、充電漂移轉換器章節、磁約束章節、及固體燃料觸媒誘導之低能量氫躍遷(SF-CIHT)電池章節。此等及其他電漿至電功率轉換器之細節明示於先前出版物中，諸如R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,"Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity," IEEE Transactions on Plasma Science,10月，(2002)，第30卷，第5期，第2066-2073頁；R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,"On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications," IEEE Transactions on Plasma Science,8月，(2002)，第30卷，第4期，第1568-1578頁；R.M.Mayo,R.L.Mills,"Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications," 40th Annual Power Sources Conference,Cherry Hill,NJ,6月10日-13日，(2002)，第1-4頁("Mills Prior Plasma Power Conversion Publications")，該等文獻以全文引用的方式併入本文中；及諸如以下之先前出版物：Microwave Power Cell,Chemical Reactor,And Power Converter,PCT/US02/06955(3/7/02申請)(短版),PCT/US02/06945(3/7/02申請)(長版),US案號10/469,913(9/5/03申請)；Plasma Reactor And Process For Producing Lower-Energy Hydrogen Species,PCT/US04/010608(4/8/04申請),US/10/552,585(10/12/15申請)；及Hydrogen Power,Plasma,and Reactor for Lasing,and Power Conversion,PCT/US02/35872(11/8/02申請),US/10/494,571(5/6/04申請)("Mills Prior Plasma Power Conversion Publications")，該等文獻以全文引用的方式併入本文中。熱量以及電漿可作為燃料點火之副產物由各電池產生。熱量可直接使用或可使用任何適合轉換器或轉換器組合(包括例如熱機(諸如蒸汽機)或蒸汽或氣體渦輪機與發電機、郎肯或布雷頓循環發動機，或史特林發動機)轉換為機械或電功率。為了功率轉換，各電池可與熱功率或電漿功率至機械或至電功率之任何轉換器(諸如電漿-電力轉換器)、熱機、蒸汽或氣體渦輪機系統、史特林發動機或熱離子學或熱電轉換器連接。例示性電漿轉換器可包括電漿動力學功率轉換器、直接轉換器、磁流體動力學功率轉換器、磁鏡磁流體動力學功率轉換器、充電漂移轉換器、潑斯特(Post)或威尼斯百葉窗式(Venetian Blind)功率轉換器、磁旋管、光子聚束微波功率轉換器、光電轉換器、電磁直接(交叉場或漂移)轉換器，或任何其他適 合轉換器或轉換器組合。在一些實施例中，電池可包括內燃機之至少一個汽缸。例示性電池進一步詳述於本文中。
轉換為電力之電漿能量在一些實施例中可耗散於外電路中。如依據計算及實驗所表明，在一些情況下電漿能量轉化為電力之轉化率可大於50%。
在一些實施例中，所形成之電漿功率可直接轉換為電力。在H催化期間，HOH觸媒、所催化之H轉移至HOH之能量使電子發生離子化。此等電子可在所應用之高電流電路中傳導以防止催化反應因電荷積聚而自限制。藉由快速動力學產生脈衝，脈衝又引起大量電子離子化。在一些實施例中因所施電流而在周圍高磁場中可包含實質上100%離子化電漿之爆發燃料高速度徑向向外膨脹，且可在交叉電極處產生磁流體動力學功率轉換。電壓之量級可在所施極性之方向上增大，原因在於此方向因電流方向及相應磁場向量及徑向流動方向而為羅倫茲偏轉方向。在使用磁流體動力學功率轉換及DC電流的實施例中，所施高DC電流可使得相應磁場為DC。
在使用磁空間電荷分離原理的實施例中，可使用電漿動力學功率轉換器1006。電子因其質量低於正離子而可限制在磁化電極之磁力線中，例如圓筒形磁化電極或所施磁場中之電極。因此，電子在活動性上受到限制，而正離子則相對自由地與內在或外在磁化電極發生碰撞。電子與正離子均與未磁化相對電極發生充分碰撞，未磁化相對電極可包含取向垂直於施加於外在磁化電極之磁場的導體。電漿動力學轉換(「PDC」)係直接自電漿之熱能及電位能提取功率且不依賴於電漿流動。相反，藉由PDC提取功率係利用浸沒於電漿中之磁化電極與未磁化電極之間的電位差驅動外部負載中之電流且藉此自所儲存之電漿熱能直接提取電功率。利用PDC將電漿熱能轉換為電力可藉由將至少兩個漂浮導體直接插入高溫電漿主體中來達成。此等導體之一可藉 由外部電磁場或永磁體磁化，或其可具內在磁性。另一者可未磁化。電位差因重正離子與輕電子之電荷活動性之差異而升高。此電壓跨越電力負載而施加。
電力產生系統1020亦可包括其他內部或外部電磁體或永磁體或可包括多個內在磁化及未磁化電極，例如圓柱形電極，諸如針形電極。與各電極平行之均勻磁場源B可由電磁體提供，例如可為超導體或永磁體的一或多個赫姆霍爾茲線圈。
磁體電流亦可供應至固體燃料1003以起始點火。如圖12中所示之電源1004可將向電極1002供電以將固體燃料1003點火。在此等實施例中，電源1004之高電流所產生的磁場可藉由流經電磁體之多個轉體、隨後流經固體燃料1003來增強。可調節磁場B之強度以相對於迴旋之電子半徑產生預定正離子，從而使電極處之功率最大化。在一些實施例中，至少一個磁化電極之取向可平行於所施磁場B且至少一個相應相對電極之取向可垂直於磁場B以使得其因其相對於B方向之取向而未磁化。功率可經由連接至至少一個相對電極的導線傳遞至負載。在一些實施例中，電池壁可用作電極。
在一些實施例中，點火事件所產生的電漿可為膨脹電漿。若產生膨脹電漿，則磁流體動力學(MHD)可為適合轉換方法。或者，在一些實施例中，可將電漿圍束。除電漿功率轉換系統之外，電力產生系統亦可包括電漿圍束系統，例如螺線管磁場或磁瓶，以將電漿圍束且提取更多高能離子功率作為電力。磁體可包括一或多個電磁體及永磁體。磁體可為開路線圈，例如赫姆霍爾茲線圈。電漿可另外藉由熟習此項技術者已知的任何其他系統及方法圍束於磁瓶中。
圖12、15A-15C及16之電漿至電功率轉換器1006可包括磁流體動力學功率轉換器。正離子及負離子經受處於相反方向的羅倫茲方向且接收於相應電極處而影響其間之電壓。因此，可使用兩個磁流體動力 學功率轉換器，每一者置放於各離子路徑中。形成離子質量流的典型MHD方法為經由噴嘴使經離子接種之高壓氣體膨脹而形成通過交叉磁場的高速流，其中一組電極與偏轉場呈交叉關係以接收偏轉離子。在本發明中，壓力通常大於大氣壓，然而並非必定如此，且方向性質量流可藉由將固體燃料點火以形成高度離子化之徑向膨脹電漿來達成。
在一個實施例中，磁流體動力學功率轉換器為分段法拉第發電機。在另一個實施例中，離子流發生羅倫茲偏轉所形成的橫向電流在與離子之吸入流平行的方向(z軸)上進一步經歷羅倫茲偏轉，而在沿著z軸相對移位的至少第一電極與第二電極之間產生霍耳電壓。此裝置在此項技術中已知為磁流體動力學功率轉換器之霍耳發電機實施例。在一些實施例中，電力產生系統1020可包括斜框型發電機，其中「窗框」構造具有相對於xy平面內之z軸傾斜的電極。
在各種情況下，電壓可驅動電流流過電力負載。如圖19中所示，磁流體動力學轉換器1006可包括與z軸呈橫向的磁通量源1101，且離子可在方向1102上流動。因此，離子可因赫姆霍爾茲線圈1104所提供之約束場1103而具有沿著z軸的優先速度，從而促使離子傳送至橫向磁通量之區域內。作用於傳送電子及離子之羅倫茲力由F=e v×B得出。此力與離子速度及磁場呈橫向關係且方向與正及負離子相反。此可形成橫向電流。橫向磁場源可包括提供不同強度之橫向磁場的分量，此等強度隨沿著z軸之位置而變，以便使具有平行速度分散之流動離子之交叉偏轉最佳化。
圖19中所示之磁流體動力學功率轉換器1006亦可包括至少兩個可與磁場呈橫向的電極1105以接收羅倫茲橫向偏轉離子，從而形成跨越電極1105的電壓。MHD功率可耗散於電力負載1106中。圖12至16之電極1002亦可用作MHD電極。圖19中所示之磁流體動力學功率轉 換器1006亦可包括另一組赫姆霍爾茲線圈(未圖示)，以向磁性擴展段中之流動電漿提供羅倫茲偏轉場，從而在電極1105產生跨越負載1106施加的電壓。
在磁流體動力學功率轉換器1006之一些實施例中，沿著z軸流動之離子(其中v □>>v ⊥)接著可進入壓縮段。壓縮段可包括遞增之軸向磁 場梯度，其中與z軸方向平行之電子運動分量v □因絕熱不變量=常數 而至少部分地轉換為垂直運動分量v ⊥。因v ⊥所得到之方位角電流可圍繞z軸形成。軸向磁場可使電流在運動平面中徑向偏轉而產生霍耳電壓，例如在盤形發電機磁流體動力學功率轉換器之內環與外環電極之間產生霍耳電壓。電壓可驅動電流流經電力負載。在一些實施例中，電漿功率亦可使用直接轉換器或任何其他適合電漿轉換器裝置轉換為電力。
如上文所論述，為促進電漿及離子操縱及轉換，磁流體動力學功率轉換器1006之一部分或全部可存在於真空中。舉例而言，磁流體動力學功率轉換器1006內之壓力範圍可為約大氣壓至約10-10托或大於10-10托之負壓。在一些實施例中，例如，約束場1103及/或赫姆霍爾茲線圈1104可存在於真空環境中。
磁流體動力學功率轉換器1006之磁場可由電源1004之電流提供，電源1004之電流除流向固體燃料1003之外，可流經其他電磁體。在一些實施例中，磁流體動力學功率轉換器1006之磁場可由各別電源供電。
如上文所簡短描述，電力產生系統1020可包括電源1004，電源1004經組態可經由電極1002將低電壓、高電流電能之短脈衝傳遞至固體燃料1003。可使用任何適合電源1004或電源1004之組合，例如電力網、發電機、燃料電池、太陽能、風能、化學能、核能、潮汐能、熱 能、水電或機械波源、蓄電池、電源1020或另一電源1020。電源1004可包括泰勒-溫菲爾德ND-24-75型點焊機及EM測試型CSS 500N10電流浪湧發電機(8/20US達到10KA)。在一些實施例中，電源1004為DC，且電漿功率轉換器適於DC磁場，例如使用磁流體動力學或功率轉換器。
電源1004可向電極1002(及電池1001，若包括)提供高電流，且可向電力產生系統1020中之其他組件供電，例如向任何電漿轉換器或再生系統供電以將固體燃料點火產物轉換回至可再循環的初始固體燃料。
在一些實施例中，電源1004亦可接受電流，諸如本發明中所指定之高電流。藉由接受電流，可改進反應所致之自限制電荷積聚。亦可包括一或多個電流源及電流沉入。舉例而言，電力產生系統1020可包括以下一或多者：變壓器電路、LC電路、RLC電路、電容器、超電容器、電感器、蓄電池及其他低阻抗或低電阻電路或電路或電路元件及電能儲存元件或適於接受電流之任何其他裝置或裝置組合。
現轉向圖20及21之例示性實施例，除參考圖12至19論述的電極、電源及電漿-電力轉換器1006之外，電力產生系統1020亦可包括其他組件。舉例而言，電力產生系統1020可包括傳遞機構1005用於將固體燃料1003傳遞至電極1002之間的燃料裝載區1017。電力產生系統1020中所包括的傳遞機構類型可至少部分地視例如傳遞至燃料裝載區1017之燃料之狀態、類型、尺寸或形狀而定。舉例而言，在圖20之實施例中，固體燃料1003描繪為糰粒形式。適用於傳遞燃料集結粒之傳遞機構1005可包括迴轉料架，迴轉料架經組態可旋轉以便將糰粒傳遞至燃料裝載區1017。在圖20之例示性實施例中，傳遞機構1005可傳送沿著迴轉料架之周邊區域所間隔的許多燃料丸。當迴轉料架旋轉時，可將連續不斷的糰粒傳遞至電極1002之間的燃料裝載區1017。
在一些實施例中，迴轉料架可預裝載有預定數目個燃料丸。雖然圖20描繪迴轉料架上預裝載有八個糰粒，但傳遞機構1005上可預裝載有任何數目個糰粒。迴轉料架可採取經組態可移除及置換的拋棄式濾芯形式。在此等實施例中，傳遞機構1005可進一步包括指示器用於指示剩餘糰粒數目、所用糰粒數目或濾芯需要置換之時間。在一些實施例中，濾芯可裝載有一次性就位的糰粒，或可預裝載且接著當使用糰粒時再次裝載。舉例而言，各別儲存及/或裝載機構可配合傳遞機構1005操作以便在使用時置換糰粒。在此等可再裝載或可裝載實施例中，濾芯可為可置換的、可拋棄的或永久的。
另外，將固體燃料1003之糰粒傳遞至燃料裝載區1017可包括將糰粒自迴轉料架移出，或可僅僅包括趁糰粒仍在迴轉料架上、使糰粒定位於電極1002之間。此外，雖然圖20中之迴轉料架上的糰粒描繪為裸露，但糰粒亦可容納於迴轉料架內或部分地被包圍，例如被外壁、被糰粒之間之個別隔板或被外罩包圍。傳遞糰粒至燃料裝載區1017可包括例如裸露所傳遞之糰粒或分配迴轉料架上之糰粒。在另一個實施例中，圖20中之包含糰粒之迴轉料架可容納於真空室中，真空室亦可容納電極1002、燃料裝載區1017及電漿-電力轉換器1006。
在一些實施例中，一次可傳遞一個糰粒至燃料裝載區1017。在其他實施例中，固體燃料1003點火之前，可傳遞超過一個糰粒至燃料裝載區1017。固體燃料1003可以恆定速率或以可變速率傳遞。傳遞速率能夠以人工或自動方式(例如根據反饋或時程)改變，以便例如改變功率輸出或維持實質上恆定輸出。當電極1002敞開及閉合以接收燃料時或當其移動以對燃料點火時(在可移動實施例中或使用可移動壓縮機構1002a之實施例中)，燃料傳遞可與電極1002移動同步。
在圖21之實施例中，傳遞機構1005描繪為用於傳遞固體燃料1003之加料斗或儲槽。加料斗可傳遞燃料樣品，如圖20中所示之糰 粒，或可傳遞固體燃料1003之顆粒，例如在固體燃料1003呈粉末形式之實施例中。粉末狀燃料可於個別囊盒中，以類似於傳遞糰粒的方式傳遞，或可以大量鬆散粉末的形式傳遞。液體燃料可於囊盒中傳遞，或可以例如液流、蒸氣、噴霧或液滴形式傳遞。加料斗可傳遞一或多個糰粒至燃料裝載區1017或可傳遞定量之粉末或液流至燃料裝載區1017。如上文參考圖20所論述，傳遞至燃料裝載區1017之燃料之量或速率可為恆定的或可改變且可利用任何適合方法控制。
加料斗可包括滑槽、閥、滴管，或任何適合結構用於導引及/或調控固體燃料1003流至燃料裝載區1017。在一些實施例中，加料斗可採取流體分配器的形式且可分配呈液體或氣體形式之固體燃料1003。另外，加料斗或任何傳遞機構1005可包括一或多個感測器用於偵測固體燃料或傳遞機構之參數。舉例而言，傳遞機構1005可操作地耦連至一或多個感測器以偵測例如壓力、溫度、填裝高度、移動、流動速度或任何其他適合參數。感測器可操作地耦連至顯示器、測量計、控制系統，或用於量測資料與外部讀出器通信的任何適合構件，或根據量測參數調控電力產生系統1020的構件。一或多個感測器可有助於例如測定或控制傳遞至流體區域1017之燃料的量，偵測剩餘或已用固體燃料1003之總量，或其內固體燃料1003之狀況。
在一些實施例中，加料斗可定位於燃料裝載區1017上，使得當傳遞固體燃料1003之樣品時，重力促使固體燃料落入燃料裝載區1017中。在其他實施例中，加料斗可緊鄰於燃料裝載區1017或位於燃料裝載區1017下方且經組態可橫向或向上逆著重力噴射或推動固體燃料樣品，以將固體燃料1003傳遞至燃料裝載區1017。舉例而言，加料斗可包括橫桿、活塞、彈簧、氣動裝置、螺旋鑽、傳送機、液壓裝置或電氣裝置或觸發裝置，或用於主動推動(與經由重力被動落下相反)固體燃料1003至燃料裝載區1017中之任何其他適合機構或機構組合。
在一些粉末狀實施例中，固體燃料1003可作為間歇流自頂置式加料斗流動，且電極1002彼此間移開以接收流動之粉末狀或液體固體燃料1003以及彼此間移近以對燃料流點火時，可使間歇流之時序同步以適應電極1002之尺寸。或者，燃料傳遞可為連續的。
在一些粉末實施例中，固體燃料1003可呈細粉形式，例如藉由對再生或再加工之燃料進行球磨(或任何其他適用技術)而形成之粉末。例示性燃料混合物可包括例如過渡金屬、其氧化物及H2O。在此等實施例中，傳遞機構1005可包括噴霧器(例如氣動、氣溶膠、機械或電動噴霧器)，且細粉狀固體燃料1003(例如懸浮體或霧)可噴射於燃料裝載區1017中。
在圖22之實施例中，可使用傳送帶傳遞固體燃料1003。舉例而言，傳送帶(而非迴轉料架)可將燃料移入裝載區域1017中。傳送帶可預裝載或可藉由固體燃料裝載機1013自燃料來源1014裝載且將固體燃料1003自燃料來源傳送至燃料裝載區1017。舉例而言，裝載機1013可使固體燃料1003之樣品自燃料來源1014沈積至傳送帶1005上，或傳送帶1005可與燃料來源相互作用以便在其經過或通過燃料來源時自燃料來源取出一定量之固體燃料1003。傳送帶可橫向擴展至燃料裝載區1017(平齊於、高於或低於燃料裝載區1017)或可垂直於燃料裝載區1017擴展。在垂直實施例中，傳送帶可包括一系列隔室、匙杓或突出部分，其經組態可使固體燃料1003之樣品沿著傳送帶傳送至燃料裝載區1017。另外，傳遞固體燃料1003至燃料裝載區1017可包括允許固體燃料1003保留在傳送帶上或使固體燃料1003移離傳送帶而進入裝載區域中。
在其他實施例中，傳遞機構1005可包括其中螺紋經組態可使固體燃料1003移動的螺旋傳送機，或可包括一或多個齒輪、閥、橫桿、滑輪、噴霧器、流體分配器、滴管或任何其他適合傳遞機構。
此外，任何適合傳遞機構1005或傳遞機構1005之組合可用於傳遞固體燃料1003至燃料裝載區1017。舉例而言，加料斗可配合迴轉料架或傳送帶使用，以便裝載或再裝載迴轉料架或傳送帶，從而置換所傳遞之燃料，或傳送帶可傳遞固體燃料1003至加料斗或迴轉料架。
另外，如圖23中所示，傳遞機構1005可傳遞燃料1003至多個燃料裝載區1017，例如在其中系統1020包括多組電極1002及/或多個電池1001的實施例中。在其他實施例中，多個傳遞機構1005可伺候多個燃料裝載區1017，或多個傳遞機構1005可伺候單個燃料裝載區1017。此等實施例可允許系統1020之電力產生增強。
電力產生系統1020亦可包括移除系統用於自燃料裝載區1017移除廢燃料之副產物。副產物可包括廢燃料、未反應燃料，或固體燃料1003反應時所形成的任何產物。移除系統可與傳遞機構1005分開，或傳遞機構1005除向電極裝載用於點火之燃料之外，亦可執行移除廢燃料之功能。
在傳遞機構1005亦執行移除功能的實施例中，傳遞機構1005可採取例如自燃料裝載區1017移出廢燃料的傳送帶形式，其亦可為將燃料移入燃料裝載區1017中的傳送帶。在一些實施例中，固體燃料1003及傳送帶可採取連續條帶形式，其僅在電流流過時點火。在此實施例中，固體燃料1003一般可指固體燃料帶之一部分，且條帶之尚未點火的新部分可移入燃料裝載區1017中且接著一旦點火則自燃料裝載區1017移出。在其他條帶實施例中，條帶可包括粉末狀燃料包或可附著至條帶上之燃料丸，且當條帶沿著傳送機移動時，燃料包或燃料丸可移入裝載區域1017中點火且接著一旦用過則可移離裝載區域1017。
在一些實施例中，傳遞機構1005可包括迴轉料架，迴轉料架旋轉而將固體燃料1003傳遞至燃料裝載區1017中，停頓而點火，且接著旋轉而將廢燃料自該區域移出且使新固體燃料1003定位於電極1002之 間的燃料裝載區1017用於下一個點火過程。迴轉料架或傳送帶或執行移除與傳遞功能的任何傳遞機構可由耐熔融或耐腐蝕的適合材料塗佈或形成，例如陶瓷、石英、金剛石薄膜或金屬(諸如耐火合金、高溫耐氧化合金[諸如TiAlN]，或高溫不鏽鋼)，或其任何適合組合。此等材料可允許固體燃料1003在點火期間保留於傳遞機構1005上而不會實質上損害傳遞機構1005之完整性。僅提供傳遞或移除功能之一的傳遞及/或移除機構亦可由例如提供額外保護或降低磨損的類似塗料或材料形成。
在移除系統與傳遞機構1005分開的實施例中，移除系統可包括迴轉料架、傳送帶、或參考傳遞機構1005所述的任何機構，且可與傳遞機構1005相互作用或與傳遞機構1005分別操作。在一些實施例中，移除系統可促使所導引之流體(例如水或空氣)爆發，以便自燃料裝載區1017排出廢燃料。在其他實施例中，真空可自燃料裝載區1017抽出廢燃料，磁體可自燃料裝載區1017排斥或吸引廢燃料，或靜電收集系統可自裝載區域1017移出廢燃料。電極1002亦可移動，以使得廢燃料可因例如重力而脫離燃料裝載區1017。橫桿、清掃器、耙、鉤、刮刀或其他機械裝置可推動、牽引或提昇廢燃料離開燃料裝載區1017。亦可藉由類似機構自電漿-電力轉換器1006(諸如MHD轉換器)移除廢燃料或產物。
在其他實施例中，因為廢固體燃料1003可實質上毀壞、氣化或以其他方式「耗盡」，使得固體燃料1003點火之後剩餘的廢燃料很少或可忽略，則可無需移除系統。
在圖20之例示性實施例中，迴轉料架可充當自燃料裝載區1017移出廢燃料的部分移除系統，但一旦自裝載區域1017移除廢燃料時，則可利用自迴轉料架移除廢燃料的另一移除系統1013工作。移除系統1013可類似地配合傳送帶或上述任何其他傳遞機構1005使用。移除系 統1013亦可向迴轉料架或其他傳遞機構1005再裝載未用固體燃料1003以便引入裝載區域1017中。
移除系統1013亦可配合再生系統1014工作，再生系統1014可使廢燃料再循環(例如再循環至可用組分中，諸如燃料及高能材料)。另外，傳遞機構1005可配合移除系統1013及再生系統工作1014，如圖20之例示性實施例中所示。廢固體燃料可藉由傳遞系統1005自燃料裝載區1017移除，藉由移除系統1013自傳遞系統1005移除，藉由再生系統1014處理，且接著可用來自再生系統1014的再生燃料回填傳遞系統1005，例如經由移除系統1013回填傳遞系統1005，移除系統1013亦可充當再裝載系統。或者，再裝載系統可與移除系統1013分開。
在圖21之實施例中，固體燃料1003可自加料斗傳遞機構1005分配至燃料裝載區1017中。電極1002點火時，固體燃料1003可在所產生之脈衝或爆發反應事件期間部分地或完全地氣化成氣體物理狀態以形成電漿。一經形成，則電漿可通過電漿至電功率轉換器1006，且再合併之電漿可形成氣態原子及化合物。此等氣態原子及化合物可藉由冷凝器1015冷凝且藉由移除系統1013收集且傳送至再生系統1014。舉例而言，移除系統1013可包括連接至再生系統1014的傳送機，其可進一步連接至加料斗傳遞機構1005。廢燃料可自燃料裝載區1017移至冷凝器1015及/或移除系統1013、再生系統1014、儲存組件及/或傳遞機構1005，且移回至區域1017。冷凝器1015及移除系統1013可包括收集及移動材料的任何適合系統或系統組合，包括例如靜電收集系統、螺旋鑽、傳送機、迴轉料架或氣動(例如真空或正壓)系統。
在一些實施例中，電源1004可向移除系統1013及/或再生系統1014供電。電力產生系統1020可進一步包括輸出功率端子1009，其經組態可導引電漿至電功率轉換器1006所產生的電力。終端1009處輸出之電功率的一部分可供應至移除系統1013及/或再生系統1014及/或冷 凝器1015，以提供擴展使反應產物再生成最初固體燃料1003所必需之化學反應的電功率及電能。輸出端子1009輸出之功率亦可用於供給電力產生系統1020之任何適合組件。在包含金屬氧化物及耐受與H2O反應之金屬及H2O之固體燃料之例示性實施例中，再生包含使產物復水。
電力產生系統1020亦可包括溫度調控系統。舉例而言，冷卻系統可將固體燃料1003點火所產生的熱量自系統1020移除。如圖20至25中所示，系統1020視情況包括熱交換器1010。在圖24之例示性實施例中，來自熱交換器1010之一部分熱量可藉由冷卻劑管線1011及1012轉移至再生系統1014。再生系統1014內之熱量可提供擴展使反應產物再生成最初固體燃料1003所需之化學反應的熱功率及熱能。在一些實施例中，來自電漿-電力轉換器1006之一部分輸出功率亦可用於向再生系統1014供電。
再生系統1014可利用任何適合反應或反應組合使固體燃料1003再生，包括化學反應器章節及固體燃料觸媒誘導之低能量氫躍遷(SF-CIHT)電池章節中所述之任何反應或反應組合，例如添加H2、H2O、熱再生或電解再生。由於相對於起始反應之輸入能，反應之能量增益非常大(在一些實施例中，其可為NiOOH情況下之100倍(例如5.5kJ輸出相較於46J輸入))，因此產物(諸如Ni2O3及NiO)可藉由電化學反應及/或化學反應轉化為氫氧化物且接著轉化為氧(氫氧)化物。在其他實施例中，可用金屬(諸如Ti、Gd、Co、In、Fe、Ga、Al、Cr、Mo、Cu、Mn、Zn及Sm)及相應氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物取代Ni。固體燃料1003亦可包括金屬氧化物及H2O，及相應金屬作為傳導性基質。產物可為金屬氧化物。固體燃料可藉由一部分金屬氧化物經氫還原為金屬、接著與已復水之氧化物混合而再生。氧化物利用適度熱量(諸如小於約1000℃)及氫氣容易還原成金屬的適合金屬包括例如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，或其組合。
在另一個實施例中，固體燃料1003可包括(1)不容易利用H2及適度熱量還原的氧化物，例如礬土、鹼土金屬氧化物及稀土氧化物；(2)氧化物能夠在適當溫度(例如小於約1000℃)下用H2還原成金屬的金屬；及(3)H2O。例示性燃料為MgO+Cu+H2O。H2可還原氧化物與非可還原氧化物之混合物可用H2處理且在溫和條件下加熱，使得僅有該可還原金屬氧化物轉化為金屬。此混合物可進行水合作用而包含再生燃料。例示性燃料為MgO+Cu+H2O；其中產物MgO+CuO經歷H2還原處理而產生MgO+Cu，其經水合而形成燃料。
在另一個實施例中，可藉由添加H2O而使產物再生成反應物。舉例而言，燃料或高能材料可包括H2O及傳導性基質，且再生可包括添加H2O至廢燃料中。添加H2O而使廢燃料再生及形成固體燃料1003可為連續的或間歇的。在其他實施例中，金屬/金屬氧化物反應物可包括與H2O反應性較低之金屬，其對應氧化物能夠還原成金屬。具有較低H2O反應性之適合例示性金屬為選自以下者：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，或其任何組合。金屬可在點火反應期間轉化為氧化物形式。對應於金屬反應物的氧化物產物可藉由再生系統1014再生回至初始金屬，此可包括藉由例如系統及其他適合系統進行氫還原。氫氣可藉由H2O電解供應。在另一個實施例中，藉由碳還原、還原劑(諸如更強氧活性金屬)還原或藉由電解(諸如熔融鹽電解)而使氧化物再生成金屬。氧化物形成金屬可藉由熟習此項技術者已知之任何適合系統及方法達成。
在其他實施例中，水合金屬/金屬氧化物固體燃料可包括與H2O 反應性較低之金屬，其對應氧化物不在點火期間形成。具有較低H2O反應性之適合例示性金屬為選自以下者：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，或其任何組合。包含未反應金屬及金屬氧化物的產物經復水而形成再生固體燃料。在另一個實施例中，固體燃料包含含有H2O之碳。電漿凝結之碳產物可在再生循環中復水而再形成固體。
固體燃料1003可一次性使用且不使用再生步驟。舉例而言，包含H及O之碳(例如蒸汽碳或活性碳)可為適合的例示性反應物或固體燃料1003，其可消耗而無需再生。在此等實施例中，電力產生系統1020可不包括再生系統1014或冷凝器1015。
上文關於傳遞機構1005、移除系統1013或再生系統1014所述之機械作用可由熟習此項技術者已知的任何適合系統(包括例如氣動、螺線管或電動機作用系統)達成。另外，傳遞機構1005、移除系統1013或再生系統1014可分別由電源1004、輸出功率端子1009及用於電力產生系統1020中之其他組件之任一者的任何其他電源供電或與其組合。
例示性電力產生方法可如下進行。指定固體燃料1003之反應物點火而產生電漿。電漿-電力轉換器1006可利用電漿產生電力。電漿-電力轉換器1006可進一步包括電漿產物冷凝器及至傳遞機構1005之傳送機。產物接著可藉由傳遞機構1005(例如迴轉料架)輸送至移除系統1013，移除系統1013將產物自傳遞機構1005傳送至再生系統1014。在再生系統1014中，廢固體燃料可再生成最初反應物或固體燃料1003且接著經由移除系統1013或各別再裝載組件導引回至傳遞機構1005。
固體燃料1003點火而產生輸出電漿及熱功率。電漿功率可藉由電漿至電功率轉換器1006直接轉換為電力，如上文所論述。如圖25之 實施例中所示，至少一些功率亦可轉移且儲存於系統1020所包括之儲存裝置1018中。儲存裝置1018可儲存任何適合能量形式，包括例如電能、化學能或機械能。儲存裝置1018可包括例如電容器、高電流變壓器、蓄電池、飛輪或任何其他適合功率儲存裝置，或其組合。系統1020可包括儲存裝置1018，例如以將藉由電漿至電功率轉換器1006所產生之功率儲存以供系統1020隨後使用、供另一裝置(例如外部負載)隨後使用，或使任何間歇現象衰減。系統1020經組態可對儲存裝置1018再充電或填充，儲存裝置1018一經填充接著可移除且連接至各別裝置以供電。系統1020視情況可包括儲存裝置，其經組態可接收且儲存系統1020所產生之功率之一些或全部以供系統1020隨後使用，例如用作備用電源。如圖25中所示，儲存裝置1018可電連接至輸出功率調節器1007及電源1004。由此可允許系統1020所產生之一部分功率經由電源1004反饋至系統1020中，在系統1020中，其可用於例如向電極1002或系統1020之任何其他適合組件供電。在其他實施例中，儲存裝置1018可不接收系統1020所產生之功率且改為僅向系統1020供電。
此外，代替或除儲存裝置1018之外，系統1020可電連接至外部裝置或電力網，使得系統1020所產生之功率可直接向各別裝置供電或直接向各別電力網供電。在一些實施例中，來自系統1020之電池1001之電力輸出可傳遞低電壓、高電流電能之短脈衝，將另一電池之燃料點火，從而將所產生之電力再用於燃料系統1020而無需使用儲存裝置1018。此外，電源1004可包括自系統1020接收電力、在向系統1020供電時使用的其專用儲存裝置1018，如圖25之實施例中。
各電極1002及/或電池1001亦輸出熱功率，其可分別藉由輸入冷卻劑管線1011及輸出冷卻劑管線1012自熱交換器1010提取。熱功率可直接用於加熱或可轉換為電力。電力產生系統1020可進一步包括熱電轉換器。轉換可使用任何適合功率轉換器達成，例如電廠(例如習知 郎肯或布雷頓型電廠)、配有鍋爐之蒸汽廠、蒸汽渦輪機、發電機，或配有發電機之氣體渦輪機。例示性反應物、再生反應及系統以及功率轉換器描述於例如國際申請案第PCT/US08/61455號、第PCT/US09/052072號、第PCT/US10/27828號、第PCT/US11/28889號、第PCT/US12/31369號及第PCT/US13/041938號中，各案以全文引用的方式併入本文中。其他適合功率轉換器可包括例如熱離子及熱電功率轉換器及熱機(諸如史特林發動機)。熱交換器1010可用於冷卻電極1002、電漿-電力轉換器1006、燃料裝載區1017或系統1020之任何適合組件。
電力產生系統1020所產生之電功率可進一步藉由輸出功率調節器1007調節，輸出功率調節器1007藉由功率連接器1008連接至電漿-電力轉換器1006。輸出功率調節器1007可改變所產生電力之品質以與電力正傳向之內部或外部電力負載設備相容。所產生之電力之品質可包括電流、電壓、頻率、雜訊/同調，或任何其他適合品質。輸出功率調節器1007及藉由功率連接器1008連接之電漿-電力轉換器1006之功率流可加以調節以便改變功率之調適，例如以反映電力負載設備之變化或系統1020所產生之功率。調節器可執行一或多種功能，包括例如功率位準、電壓調控、功率因數校正、雜訊抑制或瞬時脈衝保護。在一個例示性實施例中，輸出功率調節器1007可使系統1020所產生之功率適應所要波形，例如60Hz AC功率，以對變化負載維持更恆定的電壓。
一經調節，則所產生之功率可自調節器1007、經由輸出端子1009傳送至負載。儘管例示性圖中描繪兩個功率連接器1008連接至兩個電漿-電力轉換器1006及一個輸出功率調節器1007，但系統1020中可併入任何適合數目個此等裝置及此等裝置之配置。此外，電力產生系統1020中可包括任何數目個輸出功率端子1009及輸出功率端子1009 之配置。
在一些實施例中，如上文所論述，功率輸出端子1009處之一部分功率輸出可用於向電源1004供電，例如提供約5-10V、10,000-40,000A DC功率。MHD及PDC功率轉換器可輸出能夠向電極1002再供電的低電壓、高電流DC功率，以促使隨後供應之燃料點火。在一些實施例中，超電容器或蓄電池可藉由供應起始發火之功率而用於起始電池1001，以便輸出功率調節器1007提供用於隨後點火之功率，輸出功率調節器1007又可由電漿至電功率轉換器1006供電。
另外，其中冷卻劑流經入口管線1011及出口管線1012之熱交換器1010可提取熱功率。預期存在額外的熱交換器，諸如位於容器1001或電漿-電力轉換器(諸如MHD轉換器1006)上的一或多個熱交換器。熱交換器各自可包含水冷壁型，或包含管線、管道或通道中含有及循環冷卻劑的類型。熱量可轉移至熱負載或轉移至熱電功率轉換器。熱電轉換器之輸出功率可用於向負載供電，且一部分可用於向電源1004供電。
電力產生系統1020可進一步包括控制系統1030，控制系統1030可為系統1020之一部分或可自系統1020分離及/或移除。控制系統1030可監視系統1020且/或可使系統1020之一部分或全部自動操作。舉例而言，控制系統1030可控制點火之時序、用於引起點火之電流或電壓之量、傳遞機構1005之速度及/或自燃料裝載區1017傳遞或移除燃料之時序或量、電極1002之定位及/或移動、燃料再生、所產生功率在系統1020內之流動(例如向一或多個組件供電或儲存於儲存裝置中)、所產生功率離開系統1020之流動、啟動系統1020之冷卻或加熱、監視系統1020之一或多個參數(例如溫度、壓力、填裝高度、電力產生參數(如電流及電壓)、磁場、運動、維持指標或任何其他適合參數)、開啟或關閉系統1020、啟動安全機構或備用模式，或控制系 統1020之任何其他適合功能。在一些實施例中，控制系統1030僅可監視系統1020。
電力產生系統1020亦可包括一或多個量測裝置1025，此等量測裝置可操作地耦連至系統1020之一或多個組件且經組態可量測適合參數。雖然圖20描繪一個量測裝置1025位於功率輸出端子1009，但一或多個量測裝置1025可操作地耦連至系統1020中之任何適合組件且可定位於電力產生系統1020之任何適合組件內、組件上或組件附近之任何適合位置。量測裝置1025可操作地耦連至顯示器、測量計、控制系統1030，或用於量測資料與外部讀出器通信的任何適合構件。量測裝置1025可包括感測器，諸如偵測溫度、壓力、填裝高度、電力產生參數(例如電流、電壓)、磁場、運動、維持指標或任何其他適合參數的感測器。此等感測器經組態可向系統1020或控制系統1030之操作者警告存在或可能存在與系統1020有關之某些狀況，例如藉由音訊或視訊警報。在一些實施例中，配合系統1020工作之感測器可形成反饋系統以促進系統1020根據一或多個有意義參數自動操作。在一些實施例中，例如，若偵測到一或多個參數高於或低於預定關斷臨限值，則量測裝置1025所量測之一或多個參數可啟動緊急關斷或備用模式，以防止損壞系統1020或周圍區域，或有利於維護或修理。
控制系統1030及/或量測裝置1025可與系統1020之任何適合組件通信、與系統1020內之控制機構通信以促進自動操作，或與處理器或顯示器通信。控制系統1030可包括可操作地連接至電力產生系統1020的處理器。處理器可包括例如可程式化邏輯控制器(PLC)、可程式化邏輯繼電器(PLR)、遠程終端單元(RTU)、分佈式控制系統(DCS)、印刷電路板(PCB)，或能夠控制電力產生系統1020之任何其他類型的處理器。顯示器可操作地連接至控制系統1030且可包括能夠以圖形描繪資訊之任何類型的裝置(例如CRT監視器、LCD螢幕等)量測裝置1025 及/或控制系統1030可彼此間直接連接且/或連接至系統1020之組件(例如經由硬連線)或可無線連接(例如WiFi、藍牙)。此外，電力產生系統1020、量測裝置1025及/或控制系統1030經組態可與遠程裝置(例如智慧型電話)或遠程功率控制設施通信，以便遠程監視及/或控制系統1020。此外，若電力產生系統1020完全或部分地自動操作，則系統1020亦可包括手動超控，其可遠程及/或當場致動。
在一些實施例中，電力產生系統1020可自主地或半自主地操作。舉例而言，系統1020可產生足以向自身供電以便連續操作的電力。系統1020可產生足以向系統1020中所包括之儲存裝置供電的電力，在主電源切斷或當所供電力較低時，該儲存裝置可用作備用電源。系統1020亦可產生足以向外部負載裝置供電的電力，同時為自身連續操作一段時間提供足夠的電力而無需自外部電源接收電力。系統1020之此等實施例，尤其當與控制系統1030組合時，可允許電力產生系統1020部分地或完全地自足且自主，諸如視情況獨立於電網或傳統化石燃料基礎設施。
此等自足實施例可適用於向難接取位置或與電源不相容或其中電源不可預知的位置提供電力，或用於其他獨立或內部用途。舉例而言，雖然系統1020連續超時操作，產生足以供操作(間歇地(需要時)或連續地)的電力，同時亦產生向負載供電的額外電力，但是電力產生系統1020可建立於遠程位置且接著保持且遠程監視(即使有的話)。控制系統1030可控制系統1020之一或多個組件以緩衝電力產生，例如獨立於外部電源操作。在此等自主及/或半自主實施例中，電力產生系統1020可包括如上文所論述之再生系統以允許全部或大部分燃料反應物可再使用，使得反應物需要補充的頻率降低(即使有的話)。另外，在需要水作為燃料或反應物用於固體燃料或高能材料再生的實施例中，電力產生系統1020可包括例如水收集組件，水收集組件經組態可 將周圍環境之水收集至燃料系統1020中。水收集組件可包含吸濕性材料，諸如自周圍大氣提取H2O之本發明吸濕性材料。
本發明之自主、半自主或非自主實施例可用於向外部負載供電。本發明之實施例可用於向家居用品(例如加熱或冷卻系統、電器、電子設備等)、車輛(例如小汽車、卡車、飛機、堆高機、火車、船、摩托車等)供電，用於工業用途，用於地方電站或發電機，用於電信，諸如資料中心，或用於任何適合應用。不同例示性實施例可使用不同類型之燃料(例如主要包含H2O之水性固體燃料及因固體燃料之導電組分而具高度導電性的彼等物)、不同點火參數，及/或系統組件之不同組態以便產生適量電力用於向不同外部負載供電的不同應用。 下文提供一些例示性裝置及其一般例示性電力用途以表明電力產生系統1020經組態可輸出的例示性電力範圍。另外，自主或半自主電力產生系統1020可產生比指定用途所需之電力多的電力，以便供應可再引回至系統1020的剩餘電力以向系統操作供電。較大型電力系統可藉由將複數個模組化電力產生系統1020組態或連接而達成。連接可為串聯、並聯或其組合，以使組合單元達成所要電壓、電流及功率。
X.其他機械功率產生實施例
在本發明之一個實施例中，提供產生機械功率的系統。系統可包括至少約5,000A之電源、經組態可產生電漿及熱功率中之至少一者的點火腔室，及經組態可將本發明之固體燃料傳遞至點火腔室的燃料傳遞裝置。適於對水或基於水之燃料源(係指本發明之固體燃料或 高能材料)點火以產生機械功率的例示性固體燃料明示於本發明之內部SF-CIHT電池發動機章節中。此章節中所揭示之各實施例可使用本發明之固體燃料。系統亦可包括耦連至電源且經組態可向固體燃料供電以產生電漿的一對電極，及定位於點火腔室內且經組態可相對於點火腔室移動以輸出機械功率的活塞。
在另一個態樣中，系統可包括至少約5,000A之電源、經組態可產生電漿及熱功率中之至少一者的點火腔室，及經組態可將本發明之固體燃料傳遞至點火腔室的燃料傳遞裝置。系統亦可包括耦連至電源且經組態可向固體燃料供應電功率以產生電漿的一對電極，及與出口孔處於流體連通且經組態可旋轉以輸出機械功率的渦輪機。
在另一個態樣中，系統可包括容量為至少約5,000A之電源，及經組態可旋轉以輸出機械功率的葉輪，其中葉輪可包括經組態可產生電漿及熱功率中之至少一者的中空區且中空區可包括經組態可接收工作流體的進口。系統可進一步包括經組態可將本發明之固體燃料傳遞至中空區的燃料傳遞裝置，及耦連至電源且經組態可向中空區供電以對固體燃料點火且產生電漿的一對電極。
在另一個實施例中，系統可包括至少約5,000A之電源，及經組態可旋轉以輸出機械功率的可移動元件，其中可移動元件至少部分地界定經組態可產生電漿及熱功率中之至少一者的點火腔室。又，系統可包括經組態可將固體燃料傳遞至點火腔室的燃料傳遞裝置，及耦連至電源且經組態可向固體燃料供電以產生電漿的一對電極。
在另一個實施例中，系統可包括至少約5,000A之電源，及複數個點火腔室，其中複數個點火腔室中之每一者經組態可產生電漿及熱功率中之至少一者。系統亦包括經組態可將固體燃料傳遞至複數個點火腔室的燃料傳遞裝置，及複數個耦連至電源的電極，其中複數個電極中之至少一者與複數個點火腔室中之至少一者相關且經組態可向固 體燃料供電以產生電漿。
在另一個實施例中，系統可包括至少約5,000A之電源、經組態可產生電弧電漿及熱功率中之至少一者的點火腔室，及經組態可將基於水之燃料傳遞至點火腔室的燃料傳遞裝置。系統可進一步包括耦連至電源且經組態可向燃料供電以產生電弧電漿的一對電極，及流體耦連至點火腔室且經組態可相對於點火腔室移動以輸出機械功率的活塞。
在另一個實施例中，系統可包括至少約5,000A之電源；經組態可產生電弧電漿及熱功率中之至少一者的點火腔室，其中點火腔室包括出口孔；及經組態可將基於水之燃料傳遞至點火腔室的燃料傳遞裝置。亦可包括耦連至電源且經組態可向燃料供電以產生電弧電漿的一對電極，及與出口孔處於流體連通且經組態可旋轉以輸出機械功率的渦輪機。
在另一個實施例中，系統可包括至少約5,000A之電源；經組態可旋轉以輸出機械功率的葉輪，其中葉輪包括經組態可產生電弧電漿及熱功率中之至少一者的中空區且中空區包括經組態可接收工作流體的進口端；經組態可將基於水之燃料傳遞至中空區的燃料傳遞裝置；及耦連至電源且經組態可向中空區供電以對基於水之燃料點火且產生電弧電漿的一對電極。
在另一個實施例中，系統可包括至少約5,000A之電源；複數個點火腔室，其中複數個點火腔室中之每一者經組態可產生電弧電漿及熱功率中之至少一者；經組態可將基於水之燃料傳遞至複數個點火腔室的燃料傳遞裝置；及耦連至電源的複數個電極，其中複數個電極中之至少一者與複數個點火腔室中之至少一者相關且經組態可向基於水之燃料供應電功率以產生電弧電漿。
在另一個實施例中，點火腔室可包括界定中空腔室的外殼，中 空腔室經組態可至少形成電漿、電弧電漿及熱功率；與中空腔室處於流體連通的燃料容器，其中燃料容器電耦連至一對電極；及與中空腔室處於流體連通的可移動元件。
在另一個實施例中，點火腔室可包括界定中空腔室的外殼，及與中空腔室處於流體連通的注射裝置，其中注射裝置經組態可將燃料注入中空腔室內。腔室可進一步包括電耦連至中空腔室且經組態可向燃料供應足以在中空腔室中產生電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者之電功率的一對電極；及與中空腔室處於流體連通的可移動元件。
在另一個實施例中，產生機械功率之方法可包括將固體燃料傳遞至點火腔室，及使至少約5,000A之電流通過固體燃料及向固體燃料施加小於約10V之電壓以對固體燃料點火及產生電漿及熱功率中之至少一者。方法亦可包括將熱功率與工作流體混合，及將工作流體引向可移動元件以移動可移動元件及輸出機械功率，其中在本發明中，其表示電漿及電弧電漿之功率自發地衰減或轉換成熱功率。熱功率可藉由諸如壓力體積功之方式轉換為機械功率。電漿可藉由電漿-電力轉換器(諸如本發明之彼等物，諸如MHD或PDC轉換器)直接轉換為電功率。電功率可藉由諸如電動機之方式轉換為機械功率，或電漿或電弧電漿功率可轉換為熱且熱功率可藉由諸如熱機之方式轉換為機械功率，其中熱量可與壓力體積功關聯。
另一方法可包括將基於水之燃料傳遞至點火腔室及使至少約10,000A之電流通過基於水之燃料及向基於水之燃料施加至少約4kV之電壓以對基於水之燃料點火，從而產生電弧電漿及熱功率中之至少一者。又，方法可包括將熱功率與工作流體混合及將工作流體導向可移動元件以移動可移動元件及輸出機械功率。
另一方法可包括向點火腔室供應固體燃料、將至少約5,000A供應至電耦連至固體燃料之電極、在點火腔室中對固體燃料點火以產生 電漿及熱功率中之至少一者，及將電漿及熱功率中之至少一者之至少一部分轉換成機械功率。
另一方法可包括將基於水之燃料供應至點火腔室、將至少約5,000A供應至電耦連至基於水之燃料之電極、在點火腔室中對基於水之燃料點火以產生電弧電漿及熱功率中之至少一者，及將電弧電漿及熱功率中之至少一者之至少一部分轉換成機械功率。
本發明之另一實施例提供用於陸上輸送之機器。該機器可包括至少約5,000A之電源、經組態可產生電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者的點火腔室，及經組態可將燃料傳遞至點火腔室的燃料傳遞裝置。該機器亦可包括耦連至電源且經組態可向燃料供電以產生電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者的一對電極；與點火腔室流體耦連且經組態可相對於點火腔室移動的可移動元件；及與可移動元件機械耦連且經組態可向輸送元件提供機械功率的驅動軸。
本發明之另一實施例提供用於航空輸送之機器。該機器可包括至少約5,000A之電源、經組態可產生電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者的點火腔室，及經組態可將燃料傳遞至點火腔室的燃料傳遞裝置。該機器亦可包括耦連至電源且經組態可向燃料供電以產生電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者的一對電極；與點火腔室流體耦連且經組態可相對於點火腔室移動的可移動元件；及與可移動元件機械耦連且經組態可在航空環境中提供推進力的航空元件。
本發明之另一個實施例提供用於海上輸送之機器。該機器可包括至少約5,000A之電源、經組態可產生電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者的點火腔室，及經組態可將燃料傳遞至點火腔室的燃料傳遞裝置。該機器亦可包括耦連至電源且經組態可向燃料供電以產生電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者的一對電極；與點火腔室流體耦連且經組態可相對於點火腔室移動的可移動元件；及與可移動元件機 械耦連且經組態可在海洋環境中提供推進力的海洋元件。
本發明之另一個實施例提供工作機器，該機器可包括至少約5,000A之電源、經組態可產生電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者的點火腔室，及經組態可將燃料傳遞至點火腔室的燃料傳遞裝置。工作機器亦可包括耦連至電源且經組態可向燃料供電以產生電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者的一對電極；與點火腔室流體耦連且經組態可相對於點火腔室移動的可移動元件；及與可移動元件機械耦連且經組態可提供機械功率的工作元件。
在本發明之實施例中，電源可為至少約10,000A，諸如至少約14,000A。在本發明之其他實施例中，電源可小於約100V，諸如小於約10V或小於約8V。在本發明之其他實施例中，電源可為至少約5,000kW。在其他實施例中，固體燃料可包含一部分水、一部分吸水材料及一部分導電成分，且非限制實例包括固體燃料之至少約30莫耳%之該部分水、固體燃料之至少約30莫耳%之該部分吸水材料，及固體燃料之至少約30莫耳%之該部分導電成分。
在其他實施例中，系統可包括經組態可將工作流體傳遞至點火腔室的進口。在某些實施例中，工作流體可包括空氣、H2O及惰性氣體中之至少一者，且工作流體可在壓力低於大氣壓、等於大氣壓及高於大氣壓中之至少一者之情況下傳遞至點火腔室。另外，系統可包含電耦連至活塞及點火腔室中之至少一者之該對電極中的至少一者。在某些實施例中，燃料傳遞裝置包括經組態可將固體燃料之至少一部分注入點火腔室內的注射裝置，諸如經組態可將氣體、液體及固體微粒中之至少一者注入點火腔室內的注射裝置。另外，燃料傳遞裝置可包括迴轉料架。在某些實施例中，燃料傳遞裝置及該對電極中之至少一者可包括經組態可接收固體燃料的容器。
本發明之某些實施例進一步包括冷卻系統、加熱系統、真空系 統及電漿轉換器中之至少一者。另外，某些系統可進一步包括再生系統，該再生系統經組態可達成以下至少一者：捕捉、再生及再循環藉由固體燃料點火所產生之一或多種組分。
在本發明之實施例中，該對電極中之至少一者可電耦連至渦輪機及點火腔室中之至少一者。另外，燃料傳遞裝置可包括經組態可將固體燃料之至少一部分注入點火腔室內的注射裝置，或注射裝置經組態可將氣體、液體及固體微粒中之至少一者注入點火腔室內。在某些實施例中，葉輪可包括至少一個經組態可使工作流體之流動轉向的輪葉，且工作流體包括空氣、H2O及惰性氣體中之至少一者。在其他實施例中，工作流體可在壓力低於大氣壓、等於大氣壓及高於大氣壓中之至少一者的情況下傳遞至中空區。
在本發明之實施例中，該對電極中之至少一者可電耦連至葉輪及中空區中之至少一者。另外，燃料傳遞裝置可包括經組態可將固體燃料之至少一部分注入中空區內的注射裝置，且注射裝置經組態可將氣體、液體及固體微粒中之至少一者注入中空區內。
在某些實施例中，可移動元件可形成該對電極中之第一電極之至少一部分，且第二可移動元件可形成該對電極中之第二電極之至少一部分。在實施例中，可移動元件包括經組態可接收燃料的容器，可移動元件可包括流體耦連至點火腔室且經組態可導引電漿及熱功率中之至少一者之流動的噴嘴，可移動元件經組態可在線性、弧形及旋轉方向中之至少一個方向上移動，且可移動元件包括齒輪及滾筒中之至少一者。
圖26描繪根據一個例示性實施例之機械功率產生系統2010。系統2010經組態可產生至少一種類型的機械輸出。此輸出可包括在一或多個線性或旋轉方向上的平移運動。舉例而言，機械功率之產生可包括與系統2010關聯之可移動元件之移動，諸如活塞(參見圖28)、渦輪 機(參見圖29)、齒輪(參見圖30)或葉輪(參見圖33A、33B)。可移動元件經組態可在線性、弧形、旋轉方向上或此等或一或多個其他方向之組合之方向上移動。其他類型的可移動元件可使用本文所述的點火過程及組件提供機械功率。
系統2010經組態可對氫氣、氧氣、水或基於水之燃料2020(係指本發明之固體燃料，諸如本發明之內部SF-CIHT電池發動機章節、化學反應器章節及固體燃料觸媒誘導之低能量氫躍遷(SF-CIHT)電池及功率轉換器章節中所指定之彼等物)點火。燃料2020可包括如本發明中所揭示之固體燃料，其中在本發明中顯示燃料可包含其他物理狀態。在實施例中，燃料或固體燃料可為氣態、液體、固體、漿料、溶液凝膠、溶液、混合物、氣態懸浮體及氣動流之至少一種狀態。燃料2020經組態可點火而形成電漿。固體燃料可包括一部分水、一部分吸水材料及一部分導電成分，如上所述。此等組分之莫耳份額可在約1%至約99%範圍內。在一些實施例中，份額各自可為固體燃料之約30%。在其他實施例中，燃料2020可包括基於水之燃料，其可點火而形成電弧電漿及熱功率中之至少一者。基於水之燃料可包括至少50%水、至少90%水或包含約1%至100%(莫耳/莫耳、vol/vol或wt/wt)範圍內之水的材料。燃料2020可包括材料之不同形式，包括氣體、液體及固體。液體可進一步涵蓋自極低至極高黏度之黏度範圍，且可包括具有漿料或凝膠型稠度之液體。雖然圖27顯示燃料2020呈固體、細長形式，但預期系統2010使用燃料2020之其他形式。如下文所解釋，系統2010可使用燃料2020之氣體、液體、或氣體、液體或固體形式之不同組合。舉例而言，燃料2020可包括糰粒、部分、等分樣品、粉末、液滴、物流、霧、氣體、懸浮體或其任何適合組合。基本反應物可尤其包括H源及O源，且此等物可形成H2O或H作為產物或中間反應產物。
燃料2020亦可包括一或多種本發明高能材料，此等材料亦經組 態可經歷點火過程(在本發明中，固體燃料因產生高能以及高動力學及相應功率而亦稱為高能材料)。此外，高能材料燃料2020可導電。舉例而言，高能材料可包含H2O，以及金屬及金屬氧化物中之至少一者，以及導電成分。高能材料燃料2020可包含多種物理形式或狀態，諸如漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中之至少一者。
在一個實施例中，燃料2020包含構成本發明之低能量氫反應物的反應物，此等反應物包含至少一種含有新生H2O之觸媒源或觸媒、至少一種原子氫源或原子氫，且進一步包含導體及傳導性基質中之至少一者。在一個實施例中，燃料2020包含本發明之固體燃料源或高能材料源及本發明之固體燃料或高能材料中之至少一者。在一個實施例中，例示性固體燃料2020包含H2O源及傳導性基質以形成觸媒源、觸媒、原子氫源及原子氫中之至少一者。H2O源可包含整體H2O、除整體H2O外之狀態、化合物中之至少一者，該或該等化合物經歷以下至少一者：反應而形成H2O及釋放所結合H2O。所結合H2O可包含與H2O相互作用的化合物，其中H2O處於以下至少一者之狀態：吸收H2O、結合H2O、物理吸附H2O及水合水。燃料2020可包含導體及一或多種經歷以下至少一者之釋放且以H2O作為反應產物的化合物或材料：整體H2O、吸收H2O、結合H2O、物理吸附H2O及水合水。其他例示性固體或高能材料燃料2020為水合吸濕性材料及導體；水合碳；水合碳及金屬；金屬氧化物、金屬或碳與H2O之混合物；及金屬鹵化物、金屬或碳與H2O之混合物。金屬及金屬氧化物可包含過渡金屬，諸如Co、Fe、Ni及Cu。金屬鹵化物可包含鹼土金屬，諸如Mg或Ca；及鹵離子，諸如F、Cl、Br或I。金屬可與H2O發生熱力學上不利的反應，諸如以下之群中之至少一者：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，其中燃料2020可藉 由添加H2O而再生。構成低能量氫反應物的燃料2020可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中之至少一者。
系統2010亦可包括一或多個電極。舉例而言，系統2010可包括一對電極2030。電極2030可包括可移動組件，諸如齒輪、嵌齒、滾筒或經組態可在一或多個方向上移動(包括旋轉、弧形或線性移動)的其他組件。電極2030亦可包括一或多個固定電極及一或多個移動電極。所有電極均可為固定的或可移動的。舉例而言，電極2030經組態可允許燃料2020線性移動或相對於電極2030旋轉，同時電極2030保持固定。電極2030亦可經組態而耐磨。
一般而言，電極2030經組態可與燃料2020相互作用，使得可跨越燃料2020施加電流。燃料可為高度導電的。燃料2020可藉由施加高電流而點火，高電流可在約2,000A至100,000A範圍內。電壓可為低的，諸如在約1V至100V範圍內。或者，具有或不具有少量添加劑、包含非H2O物質的燃料(諸如H2O)可具有高電阻。點火亦可藉由向電極2030施加足夠的高電壓及電流而達成。舉例而言，跨越電極2030施加1kV至50kV。此點火過程可形成電漿、電弧電漿、類似物質形式及受熱物質中之至少一者。亦可形成光、熱及其他反應產物。
電極2030經組態可向燃料2020施加電脈衝。特定而言，電極2030可設計成可跨越燃料2020施加高強度電流、適合於燃料電阻以達成高電流的低強度或高強度電壓，或其他高強度功率流。如下文所解釋，一或多個電極2030可耦連至可移動或固定組件。舉例而言，一或多個電極可耦連至活塞、渦輪機、齒輪、葉輪或其他可移動元件。一或多個其他電極可耦連至點火腔室、或中空區、與點火腔室或中空區關聯之導管，或系統2010之其他固定部件。
電極2030可由具有特定尺寸的適合材料形成以提供一或多個電脈衝。必要時，電極2030亦可需要絕緣、冷卻及控制機構進行操作。 預期可跨越電極2030施加高AC、DC或AC-DC混合電流。電流範圍可為約100A至1,000,000A、1kA至100,000A，或10kA至50kA，且DC或峰值AC電流密度範圍可為約100A/cm2至1,000,000A/cm2、1,000A/cm2至100,000A/cm2、或2,000A/cm2至50,000A/cm2。DC或峰值AC電壓範圍可為約0.1V至50kV、1kV至20kV、0.1V至15V，或1V至15V。AC頻率的範圍可為約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz，或100Hz至10kH。且脈衝時間的範圍可為約10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s，或10-3s至0.01s。
亦預期電極2030可小於15V峰值的60Hz電壓、約10,000A/cm與50,000A/cm峰值之間的電流，及約10,000W/cm與750,000W/cm之間的功率。可施加之頻率、電壓、電流及功率的範圍較寬。舉例而言，上述參數之約1/100倍至100倍之範圍亦可為適合的。詳言之，燃料可利用低電壓、高電流脈衝點火，諸如點焊機所產生之脈衝，此係由泰勒-溫菲爾德ND-24-75型點焊機之兩個銅電極之間之圍束所達成。60Hz電壓可為約5至20V RMS，且通過燃料2020的電流及電流密度分別可為約10,000A至40,000A，及10,000A/cm2至40,000A/cm2。
系統2010亦可包括其他系統、裝置或組件。舉例而言，系統2010可包括冷卻系統2040、燃料傳遞裝置2050、再生系統2060及電源2070。冷卻系統2040經組態可冷卻系統2010之一或多個組件，諸如電極2030。燃料傳遞裝置2050經組態可傳遞燃料2020至電極2030。再生系統2060經組態可使與燃料2020有關之一或多種材料再生。舉例而言，燃料2020內所含之金屬形式可捕捉、再循環且返回至燃料傳遞裝置2050中。
電源2070經組態可向電極2030供電，諸如電功率。在一些態樣中，電源2070經組態可供應足以產生電漿的功率。舉例而言，電源2070可為至少約10,000A、至少約14,000A、小於約100V、小於約10 V、小於約8V，或至少約5,000kW。在其他態樣中，電源2070經組態可供應足以產生電弧電漿的功率。舉例而言，電源2070可為至少約10,000A、至少約12,000A、至少約1kV、至少約2kV、至少約4kV，或至少約5,000kW。
如圖27中所示，系統2010亦可包括點火腔室2080，在點火腔室2080中，燃料2020反應而形成電漿、電弧電漿、或熱功率中之至少一者。如下文所解釋，系統2010可包括一或多個點火腔室2080。腔室2080可由金屬或其他適合材料形成，其能夠耐受與水點火或電漿及熱功率形成中之至少一者有關的力及溫度。腔室2080可包括一般圓筒形導管，其經組態可提供適於水點火的環境。腔室2080可根據不同應用而呈不同形狀、尺寸或加以組態。
如下文所解釋，腔室2080經組態可配合一或多個可移動元件操作，可移動元件經組態可輸出機械功率。腔室2080亦可包括一或多個孔口、凸輪、注射裝置或經組態可允許流體進入或離開腔室2080的其他組件。詳言之，腔室2080可包括經組態可允許流體傳遞至腔室2080中的進口。腔室2080亦可包括經組態可允許流體離開腔室2080的出口孔。此等孔口經組態可配合工作流體操作，工作流體經組態可配合電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者操作以提供機械功率。工作流體可包括空氣、惰性氣體或能夠配合電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者操作的另一流體。工作流體或任何其他類型的流體可在壓縮狀態下傳遞至腔室2080中。詳言之，流體可在低於大氣壓、大氣壓或高於大氣壓的壓力下傳遞至腔室2080。可利用各種組件(諸如渦輪增壓器或增壓器)壓縮流體，隨後將流體供應至腔室2080中。
點火腔室2080亦可包括界定中空腔室之外殼，該中空腔室經組態可形成電漿、電弧電漿及熱功率中之至少一者。腔室2080亦可包括與中空腔室處於流體連通的燃料容器。燃料容器可電耦連至一對電 極。腔室2080亦可包括與中空腔室處於流體連通的可移動元件。
圖28描繪例示性實施例之點火腔室2080。如圖所示，腔室2080包括活塞2090，其經組態可將藉由燃料2020點火所得到之能量的一部分轉換成機械功率。活塞2090經組態可在燃燒室(諸如腔室2080)內往復移動。在其他實施例中，活塞2090可在與腔室2080流體連通的燃燒室中經歷往復移動。活塞2090亦可確定尺寸且設計成可在不同燃燒環境下配合不同可燃燃料操作。此外，活塞2090可由多種材料形成，此視燃燒過程之類型及要求而定。如下文更詳細解釋，亦可利用其他類型的可移動元件提供機械功率。另外，系統2010經修改可作為史特林發動機操作。
舉例而言，如圖29中所示，渦輪機2100可與一或多個腔室2080之輸出處於流體連通以提供旋轉功率。圖29中所示之系統2010可包括其他組件，諸如一或多個其他渦輪機，或壓縮機、混合室、擴張器、鼓風機、進氣口、增壓器、重組器、冷卻器、電動機、發電機、復熱器、再循環器、熱交換器、阻尼器或排氣裝置。因而，系統2010可組態為布雷頓型發動機，或其變型。其他組件、裝置及系統可與系統2010整合或配合系統2010使用以提供機械功率。
圖30描繪根據一個例示性實施例之電極2030，其包括陽極2110及陰極2120。如圖所示，陽極2110及陰極2120經組態可旋轉。因此，電極2030可包括齒輪2125。亦顯示陰極2120，其中燃料2020之糰粒2130與齒輪齒2140關聯。燃料傳遞裝置2050可使糰粒2130相對於齒輪齒2140定位，例如定位於齒輪齒2140之尖端。在其他實施例中(未圖示)，糰粒2130可至少部分地位於相鄰齒輪齒2140之間或位於陽極2110上。
陰極2120或燃料2020可使用任何適合機構彼此間耦連。舉例而言，可利用機械抓緊器(未圖示)使糰粒2130耦連至齒輪齒2140。呈液 體形式之燃料2020可經由表面張力耦連至陰極2120。亦可利用磁力及其他力。
燃料20或糰粒2130可使用不同輸送機構圍繞系統2010移動。舉例而言，可使用機械機構(例如螺旋鑽、滾筒、螺旋管、齒輪、傳送帶等)。亦預期可使用氣動、液壓、靜電、電化學或其他機構。燃料2020與電極2030之齒輪齒2140之所要區域可帶相反電荷，使得燃料2020流入且靜電黏附於一或兩個電極2030之所要區域。燃料2020隨後可在相對齒2140嚙合時點火。在另一個實施例中，滾筒或齒輪2125藉由偏移機構(諸如藉由彈簧負載或藉由氣動或致動)維持彼此相向之張力。齒2140之嚙合及其間燃料2020之壓縮可促使配對齒2140之間經由傳導性燃料2020而發生電接觸
一旦耦連至陰極2120，糰粒2130可旋轉而使得糰粒2130緊密接近或與陽極2110接觸。一旦如此定位，則可跨越電極2030施加高密度電流，促使燃料2020中之水點火。糰粒2130之點火過程所產生的膨脹氣體2135可促使電極2030旋轉。此旋轉可耦連至心軸(未圖示)以提供旋轉功率。
一或多個齒輪2125可包括一組人字形齒輪，各齒輪包含整數n個齒，其中當第n-1個齒間間隙中之燃料被配對齒輪之n-1齒壓縮時，燃料2020流入第n個齒間間隙或齒底。本發明涵蓋齒輪2125之其他幾何形狀或齒輪2125之功能，諸如熟習此項技術者已知的指叉式、多角齒或三角齒式齒輪、螺旋齒輪及螺旋鑽。
電極2030可包括導電及不導電區域。舉例而言，陰極2120之齒輪齒2140可包括導電材料，而陽極2110之齒輪齒2140可為不導電的。相反，陽極2110之齒輪齒2140之間的材料可導電，從而在陽極2110與陰極2120之間提供通過糰粒2130的導電路徑。若齒輪2125具有在嚙合期間接觸燃料2020的指叉式導電區域，且在其他區域中為絕緣的，則 電流可選擇性流經燃料2020。齒輪2125之至少一部分可包含不導電陶瓷材料，而指叉式區域可鍍有金屬而具導電性。
操作時，齒輪2125可間歇地致能，使得當齒輪2125嚙合時，高電流流經燃料2020。燃料2020可定時流動以在齒輪2125嚙合時與糰粒2130至齒輪2125之傳遞匹配且產生流經糰粒2130之電流。隨之發生的高電流流動促使燃料2020點火。所得電漿向齒輪2125之側面膨脹。電漿膨脹流可沿著平行於齒輪2125之心軸且與燃料2020之流動方向呈橫向的軸流動。此外，一或多個電漿流可導向電力轉換器，諸如MHD轉換器，如下文更詳細解釋。此外，定向電漿流可利用圍束磁體(諸如赫姆霍爾茲線圈之磁體或磁瓶)達成。
電極2030可包括經由點火過程移除齒輪齒2140上所沈積之材料的再生系統或方法。亦可包括加熱或冷卻系統(未圖示)。
雖然在附圖中，陰極2120之每個齒輪齒2140可耦連至糰粒2130，但在一些實施例中，一或多個齒輪齒2140可不耦連至糰粒2130。另外，陽極2110、陰極2120或兩個電極2030均可包括燃料2020之糰粒2130或其他形式之不同分佈，例如不同數目個糰粒2130可位於不同齒輪齒2140之各齒上。
操作時，燃料2020可連續地流過齒輪2125(或滾筒)，齒輪2125(或滾筒)可旋轉而推進燃料2020通過間隙。燃料2020可在其旋轉時連續地點火以填充包含一組齒輪2125之嚙合區域之電極2030之間的空間。此操作可輸出一般恆定機械功率或電功率輸出。
圖31描繪根據另一例示性實施例之電極2030，其中陽極2110移動(例如旋轉)，同時陰極2120保持固定。在其他實施例中，陰極2120可移動且陽極2110可保持固定。
如圖所示，燃料傳遞裝置2050使糰粒2130在齒輪齒2140之間傳遞。陽極2110之旋轉接著可使糰粒2130與陰極2120接觸或緊密接近陰 極2120。糰粒2130內之水點火接著可促使陽極2110以類似於上述的方式旋轉。
圖32說明另一組態，其中可包括陽極2110或陰極2120的電極2150包括一或多個圍繞電極2150定位的點火流出口2160以提供旋轉推力。舉例而言，流出口2160相對於電極2150之圓周可為傾斜的，使得點火氣體以一定角度離開流出口2160，如圖32中所示。此斜推力可使得電極2150旋轉。可利用其他物件(未圖示)，諸如擋板、導管或其他機構，對電極2150產生旋轉力，旋轉力隨後可驅動心軸(未圖示)或其他組件輸出旋轉功率。
圖33A、33B說明系統2010之一個實施例，其中利用點火過程旋轉葉輪2170。此徑流式葉輪可藉由使用燃料2020的上述點火過程驅動。如圖33A中所示，燃料傳遞裝置2050可向葉輪2170之中心中空區2180延伸。糰粒2130可一般性定位於中空區2180內，如圖33B中所示。電極(未圖示)亦可定位於中空區2180中且可經組態以當糰粒2130位於中空區2180內時可電耦接至糰粒2130。一旦適當定位，則可對糰粒2130點火，產生徑向膨脹的點火氣體及/或電漿。此等氣體可藉由葉輪2170之一或多個輪葉2190導引。輪葉2190可導引點火氣體以與葉輪2170成一定角度流動，從而使葉輪2170產生旋轉性移動。
圖34描繪系統2010之另一例示性實施例，其中燃料傳遞裝置2050包括迴轉料架2200。迴轉料架2200經組態可使燃料2020一般在電極2030之間經由旋轉性移動發生移動。舉例而言，一旦適當定位於點火腔室2080內，則可向糰粒2130施加高強度電脈衝。系統2010之其他組件描述於上文中。
本發明之另一個實施例顯示於圖35A、35B中，其中燃料傳遞裝置2050可移動地耦連至點火腔室2080。詳言之，迴轉料架2200經組態可接收糰粒2130於容器2210中。一旦糰粒2130耦連至容器2210，則迴 轉料架2200可旋轉以使糰粒2130定位於點火腔室2080之孔口2220周圍。舉例而言，糰粒2130可定位於孔口2220內或與孔口2220處於流體連通。一旦適當定位，則可跨越電極2030施加高強度電脈衝且可通過糰粒2130。點火氣體可膨脹且在此情況下，可向活塞2090施加壓力以驅動活塞2090。
圖36描繪系統2010之另一例示性實施例，其中迴轉料架2200與腔室陣列2230協同操作。腔室陣列2230可包括兩個或兩個以上點火腔室2080之集合。操作時，腔室陣列2230可相對於迴轉料架2200或燃料傳遞裝置2050之其他形式移動。舉例而言，陣列2230可相對於固定的燃料傳遞裝置2050進行旋轉移動。或者，腔室陣列2230可保持固定，同時迴轉料架2200移動，或陣列2230與迴轉料架2200均可移動。
來自燃料傳遞裝置2050之燃料可依序或同時裝載於陣列2230之一或多個點火腔室2080中。一經裝載，則一或多個腔室2080內之一或多個糰粒2130可點火以向一或多個活塞、渦輪機、齒輪或其他可移動元件(未圖示)提供動力。雖然系統2010顯示具有單個迴轉料架2200，但亦預期可利用多個迴轉料架2200向陣列2230供應燃料。此系統可包括與單個點火腔室2080關聯的單個迴轉料架2200，使得四個迴轉料架(未圖示)向陣列2230之四個點火腔室2080供應燃料。與使用單個迴轉料架2200相比，此實施例可提高點火率。
如上所述，基於水之燃料2020可以一或多種不同形式供應，包括氣體、液體或固體。固體糰粒2130可以不同形狀提供，且上圖中所示之曲棍球-圓盤形具例示性。在其他實施例中，糰粒2130可呈立方體、球形、片形、不規則形或任何其他適合形狀。此外，糰粒2130可依任何適當尺寸成形，包括毫米、微米及奈米尺寸化顆粒。
糰粒2130之形狀及尺寸可影響電極2030之組態。舉例而言，如圖37A、37B中所示，圓盤型糰粒可接收於適當成形之容器2240中。 容器2240之一部分可由可固定或可移動的壁元件2250形成，糰粒2130一經接收，則壁元件2250可封閉或部分地封閉糰粒2130。容器2240之一部分亦可由一或多個電極2030形成。如圖37A、37B中進一步所示，電極2030與/或壁元件2250之不同組態可產生不同的力方向(顯示為「F」之箭頭)。此外，不同形狀電極2030及/或壁元件2250可經組態而形成不同形狀容器，諸如球形容器2240，如圖37C中所示。
如上文所解釋，可使用燃料2020之固體、液體或氣體形式。此燃料可使用一或多個注射裝置2260注入點火腔室2080內，如圖38A及38B中所示。第一注射裝置2260經組態可使水或水性材料以精細微粒物流、以液體、漿料、凝膠或氣體供應。第二注射裝置2260經組態可供應固體燃料或高能材料，如上所述(後者在本發明之一些實施例中包含一些H2O或形成H2O)。可將一或多種材料之物流引入腔室2080中以提供材料相對於電極2030之適當混合及/或定位。
在其他實施例中，一或多個注射裝置2260經組態可將工作流體傳遞至腔室2080。工作流體可包括空氣、惰性氣體、其他氣體或氣體組合，或液體。工作流體可在低於大氣壓、等於大氣壓或高於大氣壓的壓力下注射。
雖然圖38A顯示兩個注射裝置2260與單個點火腔室2080關聯，但一或多個注射裝置可與一或多個腔室2080關聯。亦預期注射裝置2260可包括一或多個電極2030。一或多個電極相對於點火腔室2080而言可為固定的或可移動的。舉例而言，如圖38B中所示，活塞2090可包括陰極，且腔室2080可包括陽極。電極2030與腔室2080之間的相對運動可允許燃料2020再生，減少系統2010之維護或延長系統2010之操作壽命。此外，一或多個注射裝置2260相對於點火腔室2080而言可為可移動的，類似於上述燃料傳遞裝置2050。注射裝置2260相對於點火腔室2080移動、隨後點火燃料2020可減少注射裝置2260之維護及延長注射 裝置2260之操作壽命。
在其他態樣中，一或多個注射裝置2260可配合上述系統2010使用。舉例而言，呈細粉形式之燃料2020可噴射至齒輪齒2140之區域上。相鄰電極2030之間所圍束的燃料可點火，從而將力轉移至可移動元件，以輸出機械功率。在另一個態樣中，燃料2020可注入中空區2180中，如圖38A及38B中所示。
圖39描繪系統2010之另一個例示性實施例，其中點火腔室2080包括至少部分真空。特定而言，含有活塞2090之腔室2080之中空區可包括至少部分真空。真空度範圍可為約10-1托至約10-10托。在一些實施例中，可利用大氣壓。在其他實施例中，可利用大於大氣壓的壓力。
操作時，活塞2090可如圖39中所示左右移動。舉例而言，將位於腔室2080左側之燃料2020點火可驅動活塞2090右移。接著將位於腔室2080右側之燃料2020點火可驅動活塞2090左移。在點火循環之間，燃料傳遞裝置2050可補充燃料2020。活塞2090可耦連至機械部件(未圖示)，其經組態可輸出機械功率。此等閉環實施例可經調適以作為史特林發動機操作，包括α型、β型、γ型、自由活塞型、扁平型及其他類型的史特林發動機。
閉環系統亦可配合一或多個可移動元件操作。且一般而言，系統2010之一或多個組件可形成為閉環系統之一部分。舉例而言，腔室2080可形成為經組態可使工作流體再循環之閉環系統的一部分。此系統可作為熱交換器操作。舉例而言，系統2010可以冷凍循環形式操作，其中工作流體在加熱元件與冷卻元件之間循環。此系統必要時可包括燃料2020之週期性注射，以維持電漿、電弧電漿及熱功率形成中之至少一者。
在一些實施例中，圖39之系統2010可包括一或多個磁流體動力 學(MHD)轉換器，其包含至少一對用作MHD電極的導電元件2270或包含磁體2270以相對於流動軸(顯示為燃燒室2080之縱向軸)產生橫向磁場，其中該對電極2270及磁體2270彼此間為橫向的且相對於電漿流動方向均為橫向的。在其他實施例中，類似裝置經組態可產生電功率。舉例而言，在電漿動力學轉換器(PDC)中，置放於腔室2080中之一或多個磁化導電元件(未圖示)可配合置放於腔室2080中之相應未磁化成對導電元件(未圖示)使用以產生電功率。在其他實施例中，亦可利用電磁直接轉換器、電荷漂移轉換器或磁圍束來產生電功率。
MHD功率轉換依賴於離子或電漿流通過磁場。視電極置放而定，正離子及負離子可沿著不同軌跡導引，且可在電極之間施加電壓。形成離子之質量流的典型MHD方法包括使經離子接種之高壓氣體經由噴嘴膨脹。此可產生通過交叉磁場的高速流，其中一組電極相對於偏轉場定位以接收偏轉離子。在系統2010中，點火反應之壓力通常大於大氣壓，然而並非必定如此。方向性質量流可藉由燃料2020點火以形成離子化膨脹電漿來達成。
此組態可允許經由點火水而產生機械功率與電功率。另外，點火過程所產生之至少一些電能可用於向電極2030或系統2010之其他電組件供電。
圖40描繪系統2010之另一例示性實施例，其中一或多個渦輪機2280位於流動室2290中。一或多個注射裝置2260亦可導引至流動室2290中。
如上文針對腔室2080所述，流動室2290經組態可對燃料2020點火。流動室2290亦可經組態以接收通過流動室2290的工作流體。如圖所示，注射裝置2260上游之渦輪機2280可接收工作流體之流動且至少部分地壓縮工作流體。注射裝置2260接著可將一或多種如上所述之物質注入經壓縮之工作流體中。點火可使工作流體膨脹而通過下游第二 渦輪機2280，從而產生推力。或者，可經由心軸(未圖示)或機械耦連至渦輪機2280的其他裝置輸出機械功率。
圖41描繪系統2010之另一例示性實施例，其中推進器2320經組態可提供如箭頭所示推力。舉例而言，燃料2020可供應至通道2300。在一些實施例中，通道2300中之燃料2020及/或流體可藉由元件2310至少部分地導向噴嘴2330。另外，通道2300經組態可壓縮或導引通道2300中之燃料2020或流體。如上文所解釋，通道2300中之流體可包括工作流體。一或多個電極2030可與通道2300或元件2310關聯。此配置可用於提供推進器2320。
操作時，燃料2020可如上所述點火。舉例而言，高電流起始之點火可產生膨脹電漿，從而可提供推力。推進器2320可包含閉路電池，但噴嘴2330經組態可導引膨脹電漿以提供推力。在另一個實施例中，推進器2320可包含磁性或其他電漿圍束區域。其他組件可導引磁場系統，以在高電流點火之後，促使電漿自電極2030以導引方式流動。在另一個實施例中，高度離子化電漿可用於熟習此項技術者已知的離子電動機及離子推進器中以提供推力。
本文所述的系統、發動機及點火過程可用於需要機械功率的多種應用中。舉例而言，可使用本發明系統、裝置及方法或本發明系統、裝置及方法可容易調適以在陸上、航空、海洋、水下或空間環境下操作。使用本文所述原理產生機械功率可應用於輸送、採礦、耕種或工業設備。舉例而言，大型輸出電動機可用於工業加工、電力產生、HVAC或製造設施。中型輸出應用可包括用於小汽車、卡車、火車、船、摩托車、踏板車、噴氣式滑水橇、雪地機動車、舷外船用發動機、堆高機等。本文所述特徵亦可用於家用電器(例如電冰箱、洗衣機、洗碗機等)、園藝設備(例如剪枝機、吹雪機、灌木剷除機等)，或需要小型輸出電動機的其他應用。
舉例而言，本發明實施例可配合經組態用於陸上輸送的機器使用。上述系統2010之一或多個態樣可機械耦連至經組態可將機械功率輸出至輸送元件的驅動軸或其他組件。輸送元件可包括以下至少一者：機輪、軌道、齒輪總成、液壓部件或可在地面上提供移動的其他裝置。涵蓋用於陸上輸送的各種機器，包括汽車、機車、雪地車、卡車或火車。亦涵蓋其他類型的私人、娛樂及商用車。
在另一個實施例中，系統2010之一或多個態樣可用於根據航空輸送而組態的機器。此機器可包括一或多個經組態可提供推進力的航空元件。預期航空元件可包括航空螺旋槳、壓縮機，或經組態可在航空環境中產生推進力的其他元件。此機器可包括渦輪噴射發動機、渦輪風扇、渦輪螺旋槳、渦輪軸、螺槳風扇、衝壓式噴射發動機、超音速燃燒衝壓式噴射發動機，或其他類型的航空發動機。
本發明之態樣亦可經組態以在海洋環境中操作。舉例而言，海洋元件可在海洋環境中提供推進力，且可包括船用螺旋漿。一般技術者可考慮到其他類型的海洋元件，且此等海洋元件可形成為泵浦噴射機、液力噴射機、水噴射機或其他類型之水力發動機的一部分。
本發明之其他態樣包括具有經組態可提供機械功率之工作元件的工作機器。工作元件可包括旋轉軸、往復桿、嵌齒、螺旋鑽、輪葉或此項技術中已知的其他組件。工作元件可形成為冷凍機、洗衣機、洗碗機、剪草機、除雪機、剪枝機或其他類型之工作機器的一部分。
XI.實驗 A.關於能量及固體燃料再生的例示性SF-CIHT電池測試結果
在實驗性測試中，樣品包含1cm2鎳網導體，其塗有NiOOH之澆帶薄塗層(<1mm厚度)；11wt%碳；及27wt% Ni粉末。將材料圍束於泰勒-溫菲爾德ND-24-75型點焊機之兩個銅電極之間且經受低電壓、高電流電能之短脈衝。所施60Hz電壓為約8V峰值，且峰值電流為約 20,000A。約0.14ms之後(其中能量輸入為約46J)，材料在約1ms內氣化。測試若干號數的導線，以判定8V是否足以產生爆炸線現象，此現象可在高能、帶數千伏電之高電容電容器短路時觀測到。在0.25mm直徑Au線情況下，僅已知觀測到電阻加熱至紅熱及加熱至熔融。
熱力學上所計算之使350mg NiOOH及50mg Ni金屬剛好氣化之能量為3.22kJ或9.20kJ/g NiOOH。因為NiOOH分解能量實質上為零，因此此實驗表明能量釋放較大。施加可忽略之40J總能量之後，開始爆發。爆發產生在3ms內釋放之3.22kJ熱能，相當於1,100,000W(1.1MW)熱功率。若樣品尺寸具有1cm2面積及<1mm厚度，則體積功率密度超過11×109W/l熱。根據利用Ocean Optics可見光光譜儀所記錄之可見光譜與黑體輻射曲線的擬合情況，氣體溫度為25,000K。
假定反應混合物之350mg NiOOH及50mg Ni網組分剛好達成所觀測到之氣化的熱能計算值為3.22kJ。350mg NiOOH固體燃料中之H2莫耳數為2毫莫耳。根據H2轉移至H2(1/4)之低能量氫反應(其中2/3化學計量之H轉移至HOH觸媒且1/3轉移至低能量氫H2(1/4))之焓計算值為50兆焦/莫耳H2(1/4)，形成H2(1/4)所產生之相應最大理論能量為33kJ；因此，可用氫中約10%轉換為H2(1/4)。相應低能量氫反應產量為64.4微莫耳H2(1/4)。
固體燃料之另一個實施例包含100mg Co粉末及20mg水合MgCl2。反應物壓縮成糰粒且用泰勒--溫菲爾德ND-24-75型點焊機、藉由使糰粒經受低電壓、高電流電能之短脈衝而點火。所施60Hz電壓為約8V峰值，且峰值電流為約20,000A。爆發在填充氬氣之手套袋中發生且釋放估計3kJ之電漿能量。電漿顆粒凝結為奈米粉末。產物與10mg H2O發生水合，且重複點火。再生固體燃料之重複爆發比第一次爆發更強，釋放約5kJ能量。
B. SF-CIHT電池之固體燃料之熱量測定法
熱量測定法係使用具有Parr 6774量熱溫度計選項的Parr 1341普通夾套量熱計對固體燃料糰粒進行。量熱計之Parr 1108氧氣燃燒室經修改可允許用高電流起始化學反應。使包含1/2"外徑(OD)×12"長度之銅柱的銅棒點火電極通過含有石墨丸(約1000mg，L x W x H=0.18" x 0.6" x 0.3")作為對照電阻負載的密封室，用於校準量熱計或固體燃料丸之熱容，其中末端具有緊密圍束各樣品之銅夾。量熱計水浴裝載有2,000g DI水(根據Parr手冊)。用於校準及對固體燃料丸點火之電源為泰勒-溫菲爾德ND-24-75型點焊機，其供應的電能短脈衝呈約8V RMS之60Hz低電壓及約15,000至20,000A之高電流形式。當在輸入時間上對電壓與電流之乘積進行積分時，得到校準及對固體燃料點火之輸入能。藉由資料獲取系統(DAS)量測電壓，此系統包含PC與National Instruments USB-6210資料獲取模組及Labview VI。亦藉由同一DAS、使用精確度為0.3%的Rogowski線圈(CWT600LF型，配有700mm電纜)作為信號源來量測電流。在10KS/s下獲得V及I輸入資料且利用電壓衰減器使模擬輸入電壓處於USB-6210之+/-10V範圍內。
使用點焊機輸入能量為995J的石墨丸，測定量熱計及電極設備之校準熱容為12,000J/℃。密封於DSC鋁鍋(70mg)(鋁坩堝30μl，D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)及鋁鍋蓋D：6,7，衝壓，嚴密(Setaram,S08/HBB37409))中之包含Cu(45mg)+CuO(15mg)+H2O(15mg)的固體燃料樣品在所施3V之60Hz峰值電壓及約11,220A之峰值電流下點火。如波形中之分裂尖鋒所指示，利用電壓及電流相對於時間所量測之可點火樣品的輸入能為46J，其中點焊機之功率脈衝輸入總共899J，且利用校準熱容、根據熱量測定法中對所點火固體燃料釋放之能量之熱反應所計算的總輸出能量為3,035.7J。藉由減去輸入能，用於0.075g樣品之淨能量為2,136.7J。在使用H2O之對照實驗中，氧化鋁鍋未遭遇除在爆發中氣化之外的反應。XRD亦顯示無氧化 鋁形成。因此，理論化學反應能量為零，且固體燃料在形成低能量氫時產生28,500J/g之過剩能量。
C.固體燃料之差示掃描熱量測定(DSC)
使用Setaram DSC 131差示掃描熱量測定儀、使用塗有Au之坩堝測試固體燃料之過剩能量與最大理論能量，代表性結果顯示於表8中。
D.光譜學鑑別分子低能量氫
將0.05ml(50mg)H2O添加至20mg Co3O4或CuO中，密封於DSC鋁鍋(鋁坩堝30μl，D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)及鋁蓋D：6,7，衝壓，不嚴密(Setaram,S08/HBB37409))中且使用泰勒-溫菲爾德ND-24-75型點焊機、用15,000A至25,000A之間之電流、在約8V RMS下點火。觀測到大功率脈衝使樣品各自氣化為高能、高離子化、膨脹電漿。將MoCu智慧箔盤(50-50at%，AMETEK，0.020"厚度)置放於距離所點火樣品中心3.5吋處，使得膨脹電漿入射至表面上以將H2(1/4)分子包埋於表面中。
在暴露於含有H2(1/4)之電漿之後，使用具有780nm二極體雷射、處於微距模式之Thermo Scientific DXR SmartRaman觀測到MoCu箔具有40cm-1寬吸收峰。原始合金中未觀測到該峰，且峰強度隨電漿強度及雷射強度增加而增加。由於已知無其他元素或化合物可吸收靠近1.33eV(780nm雷射減去1950cm-1之能量)紅外譜線之單一40cm-1(0.005eV)，因此考慮H2(1/4)。始於1950cm-1之吸收峰與H2(1/4)之自 由空間旋轉能(0.2414eV)匹配達四位有效數字，且40cm-1之寬度與軌道-原子核耦合能級分裂匹配[Mills GUTCP]。
與H2(1/4)旋轉能匹配之吸收峰為真峰且無法用任何已知物質解釋。低能量氫旋轉之激發可藉由逆拉曼效應(inverse Raman effect，IRE)產生吸收峰。此處，雷射所產生之連續譜被吸收且轉變成雷射頻率，其中連續譜強足以維持旋轉激發態群以允許反史托克(antiStokes)能量作用。通常，IRE之雷射功率極高，但發現MoCu表面產生表面增強型拉曼散射(SERS)。就J'=1躍遷至J"=0之H2(1/4)旋轉能而言，吸收歸因於逆拉曼效應(IRE)。此結果顯示H2(1/4)為自由轉子，就矽基質中之H2而言，情況確係如此。關於暴露於電漿之MoCu箔的結果與先前觀測CIHT電池的結果匹配，如Mills先前出版物中所報導：R.Mills,J.Lotoski,J.Kong,G Chu,J.He,J.Trevey,High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell,(2014)，該文獻以全文引用的方式併入本文中。
對包含CIHT電解質、CIHT電極及無機化合物吸氣劑KCl-KOH混合物之反應產物樣品MAS 1 H NMR、電子束激發發射光譜分析、拉曼光譜分析及光致發光發射光譜分析，該等樣品置放於CIHT閉路電池之密封容器中。
對捕集於質子性基質中之分子低能量氫進行MAS NMR代表利用分子低能量氫之獨特特徵、經由其與基質的相互作用對其進行鑑別的方式。與NMR譜有關的唯一考慮為可能的分子低能量氫量子狀態。類似於H2激發態，分子低能量氫H2(l/p)具有l=0,1,2,…,p-1之狀態。甚至l=0量子態具有相對較大的四極矩，且另外，l≠0狀態之相應軌道角動量產生可引起高場基質位移的磁矩[Mills GUT]。當基質包含可交換H時，諸如具有水合水之基質或鹼性氫氧化物固體基質(其中與H2(1/p)之局部相互作用因快速交換而影響較大群體)，此效應尤其有 利。CIHT電池吸氣劑KOH-KCl顯示，在暴露於密封CIHT電池內之氛圍之後，基質(KOH)之MAS NMR活性組分自+4.4ppm位移至約-4至-5ppm。舉例而言，初始KOH-KCl(1：1)吸氣劑(來自CIHT電池之相同KOH-KCl(1：1)吸氣劑，該等CIHT電池包含[MoNi/LiOH-LiBr/NiO]及[CoCu(H滲入)/LiOH-LiBr/NiO]且分別輸出2.5Wh、80mA(125%增益)及6.49Wh、150mA(186%增益))之MAS NMR譜顯示OH基質之已知低場峰自約+4ppm位移至約-4ppm之高場區。CIHT電池所產生之分子低能量氫使基質自正區顯著位移至高場。不同p=4狀態下可能的不同l量子數可產生不同高場基質位移，此與-4ppm附近之多個此等峰之觀測結果一致。當向高場位移之氫氧離子(OH-)充當自由轉子時，藉由與分子低能量氫形成錯合物而向高場位移之KOH基質的MAS NMR峰可為尖銳的，此與先前觀測結果一致。MAS-NMR結果與先前正離子ToF-SIMS譜一致，先前正離子ToF-SIMS譜顯示其中二氫為該結構之一部分之基質化合物的多聚體叢：M：H2(M=KOH或K2CO3)。特定而言，包含KOH及K2CO3之先前CIHT電池吸氣劑(諸如K2CO3-KCl(30：70wt%))之正離子光譜顯示K + (H2 ：KOH) n 及K +(H2 ：K 2 CO 3 ) n 與結構中呈錯合物形式之H2(1/p)一致[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal of Energy Research]。
依據超高的特徵性旋轉-振動能直接鑑別分子低能量氫係利用拉曼光譜學達成。另一區別性特徵為分子低能量氫之選擇定則不同於普通分子氫。類似於H2激發態，分子低能量氫具有其中l=0,1,2,...,p-1之狀態，其中H2 (1/p)；p=1,2,3,...,137之長球形光子場具有量子數l之球形諧波角分量(相對於半長軸)[Mills GUT]。在無針對H2激發態所觀測到之電子躍遷的純振動躍遷期間，此等長球形諧波狀態之間的躍遷 容許△J=0,±1之旋轉躍遷。角狀態之壽命足夠地長，使得H2(1/p)可獨特地經歷選擇定則為△J=0,±1之純旋轉-振動躍遷。
發射旋轉-振動分子低能量氫狀態可藉由高能電子碰撞或藉由雷射激發，其中由於p 2 (J+1)0.01509eV之旋轉能[Mills GUT]，由於相應熱能小於0.02eV，因此所激發旋轉態在周圍溫度下不能以統計熱力學群體的形式增加。因此，旋轉-振動態群體分佈反映外源之激發機率。此外，由於與此旋轉能相比，p 2 0.515eV之振動能高達其三十五倍，因此預期僅一級v=1可被外源激發。分子低能量氫狀態在周圍溫度下可經歷l量子數變化，且在電子束或雷射照射期間，當功率轉換為熱時，J量子態可改變。因此，初始狀態可為獨立於J量子數之l=0,1,2,3中之任一者。因此，旋轉及旋轉-振動躍遷具有拉曼及IR活性，其中R、Q、P分支允許存在，其中旋轉態與電子態變化之間的角動量得以保持。在l量子數變化允許的情況下，其中旋轉能向上轉換(J'-J"=-1)、向下轉換(J'-J"=+1)及無變化(J'-J"=0)之去激發振動躍遷υ=1→υ=0分別產生P、R及Q分支。預測對應於純振動躍遷υ=1→υ=0；△J=0之Q分支峰最強，而P及R系列之高階躍遷峰的強度快速降低，其中由於內轉換之可用能，因此預期P分支中更多的峰強度高於R分支。預期基質之影響可引起振動能自自由振子之振動能位移，且預期基質旋轉能障可使P及R分支峰各自產生大致相同的能量位移，其表示為一系列旋轉峰之線性能量間距之非零截距。
先前[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal or Energy Research]報導，捕集於CIHT電池氣體吸氣劑之晶格內之H2(1/4)的旋轉-振動發射係藉由射束電流為8μA之入射型6KeV電子槍、在5×10-6托之壓力範圍內激發，且藉由無窗UV光譜學記錄。利用相同方法，藉由電子束激發發射光譜學觀測到 MoCu之金屬晶格中所捕集之H2(1/4)。自以190%增益輸出5.97Wh、80mA之CIHT電池[MoCu(50/50)(H滲入)/LiOH+LiBr/NiO]]之MoCu陽極所記錄之H2(1/4)之經解析旋轉-振動光譜(所謂的260nm頻帶)實例顯示，其中代表性峰位置位於227、238、250、263、277及293nm的258nm最大峰具有0.2491eV之等間距。結果與H2(1/4)之預測值非常一致：向基質位移之振動及自由轉子旋轉躍遷分別為υ=1→υ=0及Q(0)、R(0)、R(1)、P(1)、P(2)、及P(3)，其中Q(0)可鑑別為該系列之最強峰。峰寬(FWHM)為4nm。因為所涉及之能量異常(十六倍高)且與晶格之聲子帶顯著耦合、導致諧振增寬，所以預期H2(1/4)之旋轉-振動躍遷相對於晶格中之普通H2而言變寬。對於MoCu起始物質而言，未觀測到260nm頻帶。密封於CIHT電池中時，在用作H2(1/4)氣體之吸氣劑之KOH-KCl晶體中觀測到260nm頻帶為二階拉曼螢光光譜，如先前所述[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal or Energy Research]。CoCu陽極中亦觀測到260nm頻帶。
利用拉曼光譜學進一步確認H2(1/4)，其中由於鄰位與對位之間的能差較大，因此預期後者為群體中之主導。假定對位為均一的，則純旋轉躍遷之典型選擇定則對於偶整數而言為△J=±2。然而，軌道旋轉角動量耦合使t量子數產生變化，而刺激旋轉能級之光子角動量保持不變，其中相對於不存在l量子數變化之躍遷而言，諧振光子能量因軌道-原子核超精細能量而發生頻率轉變。此外，對於l≠0而言，原子核沿著核間軸對準，如參考文獻之第12章中所明示[Mills GUT]。定義為初始狀態減去最終狀態之史托克光譜之旋轉選擇定則為△J=J'-J"=-1，軌道角動量選擇定則為△l=±1，且在旋轉與軌道角動量激發耦合期間，角動量守恆允許躍遷[Mills GUT]。且預期強度與原子核自 旋無關。
產生過剩電力之後，使用具有780nm二極體雷射、處於微距模式之Thermo Scientific DXR SmartRaman觀測到MoCu氫滲入陽極存在40cm-1寬吸收峰。原始合金中未觀測到該峰，且峰強度隨過剩能量及雷射強度增加而增加。此外，其為本發明之前音波處理及後音波處理，表明視為來源的唯一可能元素為Mo、Cu、H及O，如依據SEM-EDX所確認。對照化合物之置換未再現該峰。該峰亦在具有Mo、CoCu及MoNiAl陽極之電池中觀測到，諸如以186%增益輸出6.49Wh、150mA的電池[CoCu(H滲入)/LiOH-LiBr/NiO]及以176%增益輸出2.40Wh、80mA的電池[MoNiAl(45.5/45.5/9wt%)/LiOH-LiBr/NiO]。在各別實驗中，KOH-KCl自此等電池吸收之氣體產生一系列極強螢光或光致發光峰，其歸因於H2(1/4)旋轉-振動。由於已知無其他元素或化合物可吸收靠近1.33eV(780nm雷射減去2000cm-1之能量)紅外譜線之單一40cm-1(0.005eV)，因此考慮H2(1/4)。始於1950cm-1之吸收峰與H2(1/4)之自由空間旋轉能(0.2414eV)匹配達四位有效數字，且40cm-1之寬度與軌道-原子核耦合能級分裂匹配[Mills GUT]。
與H2(1/4)旋轉能匹配之吸收峰為真峰且無法用任何已知物質解釋。低能量氫旋轉之激發可藉由兩種機制產生吸收峰。在第一機制中，史托克光由於旋轉低能量氫作為晶格包合體之強相互作用而被晶格吸收。此類似於利用260nm電子束帶所觀測到之諧振增寬。第二機制包含已知逆拉曼效應。此處，雷射所產生之連續譜被吸收且轉變成雷射頻率，其中連續譜強足以維持旋轉激發態群以允許反史托克能量作用。通常，用於IRE之雷射功率極高，但分子低能量氫可因其非l零量子數及相應選擇定則而為特殊情況。此外，因為金屬混合物之Mo及Cu晶粒界限之尺寸小，所以預期MoCu可產生表面增強型拉曼散 射(SERS)。因此，結果係在後者機制之背景下論述。
就J'=1躍遷至J"=0之H2(1/4)旋轉能而言，吸收歸因於逆拉曼效應(IRE)[Mills GUT]。此結果顯示H2(1/4)為自由轉子，就矽基質中之H2而言，情況確係如此。此外，因為H2(1/4)可與氫氧化物形成錯合物，如MAS NMR及ToF-SIMs所示，且利用電子束激發發射光譜及光致發光光譜觀測到基質位移(由於局部環境對晶格中之H2(1/4)位點之影響)，所以預期不同基質中以及壓力下IRE亦出現位移[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal or Energy Research]。同樣，作為基質包合體之H2之拉曼峰在壓力下出現位移。藉由對金屬及無機化合物進行拉曼光譜篩選而觀測到若干情形。Ti及Nb顯示始於1950cm-1、計數為約20個之小吸收峰。Al顯示大得多的峰。無機化合物之情形包括LiOH及LiOH-LiBr，其分別顯示位於2308cm-1及2608cm-1的峰。球磨LiOH-LiBr產生的反應大大強化IRE峰且使其位移至中心位於2308cm-1處，如LiOH，且形成中心位於1990cm-1之峰。在2447cm-1觀測到形成H2O之Ca(OH)2之特別強的吸收峰。Ca(OH)2在512℃或藉由與CO2反應而脫水時，此H2O可用作形成H2(1/4)的觸媒。此等反應為形成低能量氫的固體燃料型反應，如先前所報導[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal or Energy Research]。LiOH與Ca(OH)2均顯示H2(1/4)IRE峰，且LiOH在商業上係由Ca(OH)2與Li2CO3反應而形成。因此，Ca(OH)2+Li2CO3混合物係藉由球磨而引起反應，且在中心位於1997cm-1處觀測到極強的H2(1/4)IRE峰。
作為固體燃料反應產物的H2(1/4)先前已報導[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition (CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal of Energy Research；R.Mills,J.Lotoski,W.Good,J.He,"Solid Fuels that Form HOH Catalyst,"(2014)]。根據方程式(6-9)藉由形成低能量氫所釋放的能量顯示可產生高動能H-。使用固體燃料Li+LiNH2+解離劑RU-Al2O3，其可藉由Al(OH)3分解及Li與H2O及LiNH2反應而形成H及HOH觸媒，離子到達後，藉由ToF-SIMS觀測到m/e=1，由此確認方程式(9)之能量釋放以高動能H-表示。諸如氧(m/e=16)之其他離子顯示無較早峰。飛行時間T、質量m與加速電壓V之間的關係為：
其中A為取決於離子飛行距離的常數。根據加速電壓為3kV、m/e=0.968之較早觀測峰，傳遞至低能量氫反應所得之H物質的動能為約204eV，此與方程式(6-9)所得之HOH觸媒反應匹配。在對應於H+之正模式下，觀測到相同的較早光譜，但強度較低。
對固體燃料進行XPS。對Li、LiBr、LiNH2、解離劑R-Ni(包含約2wt% Al(OH)3)與1atm H2之反應所形成之LiHBr進行的XPS顯示，兩次不同實驗之反應產物之XPS光譜上位於494.5eV及495.6eV的峰不能歸因於任何已知元素。由於僅觀測到Li、Br、C及O峰，因此具有唯一可能性的Na、Sn及Zn容易根據此等元素之任何其他相應峰之缺乏加以排除。該峰與理論上允許之分子低能量氫H2(1/4)之雙離子化能量匹配[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal or Energy Research]。拉曼及FTIR光譜學進一步確認分子低能量氫為產物。固體燃料產物LiHBr之拉曼光譜顯示中心位於1994cm-1之H2(1/4)逆拉曼效應吸收峰。固體燃料產物LiHBr之FTIR光譜顯示位於1988cm-1之新尖銳峰，此與H2(1/4)之自由轉子能量 非常匹配。此外，MAS NMR顯示強高場位移峰，此與其他CIHT電池之KOH-KCl(1：1)吸氣劑樣品所示一致，諸如包含[Mo/LiOH-LiBr/NiO]、以125%增益輸出2.5Wh、80mA、在-4.04ppm及-4.38ppm顯示高場位移基質峰的CIHT電池，及包含[CoCu(H滲入)/LiOH-LiBr/NiO]、以186%增益輸出6.49Wh、150mA、在-4.09ppm及-4.34ppm顯示高場位移基質峰的CIHT電池。
亦對CIHT電池之陽極執行XPS，諸如[MoCu(H滲入)/LiOH-LiBr/NiO](1.56Wh，50mA，189%增益)，及[MoNi(H滲入)/LiOH-LiBr/NiO](1.53Wh，50mA，190%增益)。亦觀測到496eV峰。由於其他可能性被排除，因此該峰歸因於H2(1/4)。特定而言，在各種情況下，496eV峰與Mo 1s可無關，因為其強度比Mo 3p峰小得多且能量高於所觀測之能量，且其不能歸因於Na KLL，因為光譜中不存在Na 1s。
搜尋低能量氫光譜時另一成功的交叉確認技術涉及使用拉曼光譜儀，其中觀測到與260nm電子束帶匹配之H2(1/4)旋轉-振動為二階螢光。來自電池[Mo，10個雙極板/LiOH-LiBr-MgO/NiO](2550.5Wh，1.7A，9.5V，234%增益)、[MoCu/LiOH-LiBr/NiO](3.5Wh，80mA，120%增益)、[MoNi/LiOH-LiBr/NiO](1.8Wh，80mA，140%)及[CoCu(H滲入)/LiOH-LiBr/NiO](6.49Wh，150mA，186%增益)的氣體用KOH-KCl(50-50at%)吸收，且使用具有HeCd 325nm雷射、處於顯微鏡模式(放大率為40X)的Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis拉曼光譜儀記錄吸氣劑之拉曼光譜。在各種情況下，觀測到8000cm-1至18,000cm-1區域中存在一系列1000cm-1(0.1234eV)等能間隔之強拉曼峰。拉曼光譜轉換成螢光或光致發光光譜揭示，與對應於260nm頻帶之H2(1/4)之二階旋轉-振動光譜匹配，此頻帶首先藉由電子束激發所觀測到[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal or Energy Research]。光譜中對應於Q、R及P分支之峰歸屬為分別在12,199、11,207、10,191、9141、8100、13,183、14,168、15,121、16,064、16,993及17,892cm-1所觀測到之Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、R(3)、R(4)、P(1)、P(2)、P(3)、P(4)、P(5)及P(6)。激發被認為是藉由雷射之高能UV及EUV He及Cd發射達成，其中雷射光學裝置對於至少170nm而言為透明的且光柵(Labram Aramis 2400g/mm 460mm焦距系統，1024×26μm2像素CCD)為分散的且在光譜範圍(範圍與260nm頻帶相同)之較短波長一側具有其最高效率。舉例而言，鎘在214.4nm具有極強譜線(5.8eV)，根據電子束激發資料，此與KCl基質中之H2(1/4)旋轉-振動激發能匹配。CCD在500nm(中心位於520nm之260nm頻帶之二階區域)反應亦最強。
光致發光頻帶亦與向高場位移之NMR峰相關。舉例而言，在-4.04ppm及-4.38ppm具有高場位移基質峰、包含[MoNi/LiOH-LiBr/NiO]之MoNi陽極CIHT電池的KOH-KCl(1：1)吸氣劑及在-4.09ppm及-4.34ppm具有高場位移基質峰、包含[CoCu(H滲入)/LiOH-LiBr/NiO]之CoCu H滲入陽極CIHT電池的KOH-KCl(1：1)吸氣劑顯示一系列對應於260nm電子束的光致發光峰。
總體而言，拉曼結果(諸如對0.241eV(1940cm-1)拉曼逆拉曼效應峰及與260nm電子束光譜匹配之間隔0.2414eV之拉曼光致發光頻帶的觀測結果)有力證明分子低能量氫的核間距離為H2核間距離的1/4。後者情況中之證據藉由以下進一步證實：位於無已知一階峰或基質峰之可能歸屬的區域中，此等峰與理論預測一致達四位有效數字。
對1g KOH-KCl(1：1)吸氣劑樣品執行拉曼光譜分析，此樣品與各包含CuO(30mg)+Cu(10mg)+H2O(14.5mg)、密封於DSC鋁鍋(鋁 坩堝30μl，D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)及鋁蓋D：6,7，衝壓，嚴密(Setaram,S08/HBB37409))之15個各別固體燃料丸之15個連續起點的中心保持2"距離。固體燃料之各樣品係用泰勒-溫菲爾德ND-24-75型點焊機點火，此點焊機供應低電壓、高電流電能之短脈衝。所施60Hz電壓為約8V峰值，且峰值電流為約20,000A。吸氣劑樣品包含於氧化鋁坩堝中，氧化鋁坩堝用圍繞坩堝綁縛的聚合物網線覆蓋。網孔防止任何固體反應產物進入樣品中，同時允許氣體穿過。連續快速地對十五個各別固體燃料樣品點火，且將積累15次暴露的吸氣劑樣品轉移至Ar手套箱中，在手套箱中使用研缽及杵將其均勻混合。使用具有HeCd 325nm雷射、處於顯微鏡模式(放大率為40X)的Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis拉曼光譜儀，觀測到一系列1000cm-1等能間隔拉曼峰，其與υ=1→υ=0內之H2(1/4)之二階旋轉發射匹配。特定而言，在12,194、11,239、10,147、13,268、14,189、15,127、16,065、17,020及17,907cm-1分別觀測到Q、R及P分支峰Q(0)、R(0),R(1)、R(2)、P(1)、P(2)、P(3)、P(4)及P(5)，從而確認分子低能量氫H2(1/4)為所點火固體燃料之高能爆發源。
對抽真空至5X10-4托之真空室中所含之固體燃料樣品執行EUV光譜分析，此樣品包含塗有NiOOH之澆帶薄塗層(<1mm厚度)的0.08cm2鎳網導體、11wt%碳及27wt% Ni粉末。材料圍束於Acme Electric Welder公司3-42-75型75 KVA點焊機之兩個銅電極之間，使得樣品之水平面與EUV光譜儀之光學系統對準，如藉由對準雷射所確認。使樣品經受低電壓、高電流電能之短脈衝。所施60Hz電壓為約8V峰值，且峰值電流為約20,000A。使用McPherson切線入射EUV光譜儀(248/310G型)記錄EUV光譜，此光譜儀裝備有塗鉑之600g/mm光柵及鋁(Al)(800nm厚度，Luxel公司)濾光器以阻擋可見光。入射角為87°。入射狹縫寬度為100μm之波長解析度在CCD中心為約0.15nm且 在50nm之CCD波長範圍窗之界限處為0.5nm。作為所點火固體燃料之電漿源距光譜儀入口之距離為70cm。藉由冷卻至-60℃的CCD偵測器(Andor iDus)偵測EUV光。CCD偵測器集中於35nm。觀測到10nm至40nm區域內之連續輻射。根據爆發光譜之記錄，確認Al窗為完整的。藉由使可見光流通而截住任何EUV光之石英窗外部爆發顯示的平譜證明短波長連續譜不歸因於所散射之可見光通過Al濾光器。高電壓氦窄放電光譜僅顯示He原子及離子譜線，此用於波長校準光譜。因此，高能光確認為真實信號。約125eV能量輻射因場加速作用而為不可能的，因為最大所施電壓小於8V；此外，無已知化學反應可釋放超過幾個電子伏特。新生H2O分子可用作觸媒，其係藉由接收81.6eV(m=3)而形成在連續譜帶之發射下衰減的中間物，此譜帶之能量截止值為92．13.6eV=122.4eV且短波長截止值為 。根據方程式(43-47)，10nm區域 內之連續譜輻射帶及波長變得更長與理論上預測之H躍遷至低能量氫狀態H(1/4)匹配。
E.電漿動力學功率轉換
將0.05ml(50mg)H2O添加至20mg Co3O4或CuO中，密封於DSC鋁鍋(鋁坩堝30μl，D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)及鋁蓋D：6,7，衝壓，嚴密(Setaram,S08/HBB37409))中。使用泰勒-溫菲爾德ND-24-75型點焊機，用在約8V RMS下向點火電極施加之15,000至25,000A之間之電流對各樣品點火，點火電極包含5/8"外徑(OD)×3"長度之銅柱，其中扁平端圍束樣品。觀測到大功率脈衝使各樣品氣化為高能、高離子化、膨脹電漿。PDC電極包含兩根1/16" OD銅線。磁化PDC電極成形為直徑為1"之開環，其在燃料樣品之平面中環繞點火電極置放。由於電流為軸向，因此高電流所產生之磁場為徑向，與環形PDC 電極之輪廓平行。未磁化PDC相對電極平行於點火電極及高電流之方向；因此，徑向磁場線垂直於此PDC電極。PDC相對電極向上及向下延伸超過樣品平面2.5"。跨越標準0.1歐姆電阻器量測PDC電壓。點火之後，記錄一組PDC電極的功率為6250W，此對應於25V電壓及250A電流。PDC功率與PDC電極對數目呈線性比例關係。
F. H 2 O電弧電漿電池
用實驗方法測試藉由在豎立H2O柱中產生電弧電漿而形成低能量氫所得的高功率。實驗性H2O電弧電漿電池發電機800之示意圖顯示於圖11中。H2O電弧電漿系統包含儲能電容器806，儲能電容器806連接於銅基板連桿式電極803及802與外部同心柱形銅電極801之間，其中基板連桿式電極803及802中之桿802位於水柱下方。桿802嵌入圓柱形電極區段之耐綸絕緣體套管804中且耐綸塊體804位於基板803與圓柱801之間。自來水柱或添加有去離子水之自來水柱805豎立於中心桿電極802與外部圓柱形及環形電極801之間。去離子水在所施電壓下未達成放電。電容器組806跨越電極連接，其中一根導線藉由0.6毫歐電阻器808連接至地面410，電容器組806包含四個電容器(Sprague，16uF 4500V DC，A-109440型，30P12)，此等電容器經由端螺栓並聯連接至兩個1吋寬×1/8吋厚之銅條。電容器組藉由高壓電源809(Universal Voltronics,20kV DC，1650R2型)、經由具有1毫歐電阻器807之連線充電且藉由包含不鏽鋼電極之空氣火花隙開關411放電。高電壓係在約3kV至4.5kV範圍內。低於3kV無法達成放電。放電電流係在10kA至13kA範圍內(藉由Rogowski CWT600LF型線圈及700mm電纜所量測)。所測試之開路電池中4ml H2O之例示性參數為：約64μF之電容；約6μH之固有電感；約0.3Ω之固有電阻；圓柱形電極801內徑(ID)及深度分別為1/2吋及2.5吋；桿802外徑(OD)為1/4吋；圓柱形電極801與中心桿802之間的距離為1/8"；充電電壓為約4.5kV；且 迴路時間常數為約20μs。H2O點火而高速率形成低能量氫可藉由觸發之水電弧放電(其中電弧促使原子氫形成)及HOH觸媒(經由釋放高功率而使反應發生以形成低能量氫)達成。高功率明顯之處在於，在實驗室中，整個H2O內含物超音速噴射10呎高，其中所噴射之水柱衝擊天花板。
使用具有Parr 6774量熱溫度計選項的Parr 1341普通夾套式量熱計進行熱量測定。將2,000g DI水裝載於量熱計水浴中(根據Parr手冊)，且將H2O電弧電漿電池發電機置放於內部，浸沒於水下。電弧電漿電池之唯一修改為將具有減壓通道之帽緊固於圓柱形電極之頂部。用於校準及點火之電源為具有64μF總電容C之電容器組。電容器組之正極連線用8AWG 40kVDC導線連接至電池且負極引線用10AWG 90型導線連接。在校準點火H2O電弧電漿之輸入能期間可測定水浴熱容的輸入 能E input 藉由下式得到：，其中V i 及V f 分別為電容器放 電之前的初始電壓及放電之後的最終電壓。在信號衰減(根據分壓器)至儀器範圍內之後，使用NIST可追蹤、經校準之Fluke 45數位式電壓錶量測電壓。
藉由加熱水浴、使用具有相同熱容及排量、不產生電弧電漿之放電電池來測定熱容。量熱計之及電弧電漿設備之校準熱容經測定為10,678J/°K。放電而產生H2O電弧電漿之電容器之初始及最終電壓分別為3.051kV及0.600kV，對應於286.4J之輸入能。利用校準熱容，熱量測定法中對輸入能之熱反應與點火H2O電弧電漿所釋放之能量之總輸出能量經計算為533.9J。藉由減去輸入能，淨能量為247.5J，其在低能量氫形成時釋放。
1‧‧‧SF-CIHT電池
1a‧‧‧結構支撐框架
2‧‧‧電極
2a‧‧‧齒輪/滾筒
2b‧‧‧結構元件
2c‧‧‧驅動齒輪
2d‧‧‧驅動齒輪電動機
2e‧‧‧電刷
3‧‧‧固體燃料
4‧‧‧電源
5‧‧‧傳送再裝載機械系統/料斗
5a‧‧‧迴轉料架
6‧‧‧電漿-電力轉換器
6a‧‧‧滑槽
6b‧‧‧超導線圈
6c‧‧‧液氦
6d‧‧‧液氮
6e‧‧‧高真空保溫層
6f‧‧‧電磁體/超導磁鐵系統
6g‧‧‧各磁鐵6f之進口
7‧‧‧輸出電力調節器
8‧‧‧電力連接器
9‧‧‧輸出端子
10‧‧‧電極熱交換器/直接轉換器
11‧‧‧電極冷卻液進口管線
12‧‧‧電極冷卻液出口管線
13‧‧‧產物移除器-燃料裝載機
13a‧‧‧真空泵
14‧‧‧再生系統
14a‧‧‧H2O來源/槽、電池或容器
15‧‧‧冷凝器
16‧‧‧超電容器或蓄電池
17‧‧‧電極
18‧‧‧MHD熱交換器
19‧‧‧MHD冷卻液進口管線
20‧‧‧MHD冷卻液出口管線
51‧‧‧軸/曲軸
52‧‧‧汽缸/圓柱形電極
53‧‧‧壓縮之H2O或固體燃料
54‧‧‧電極
55‧‧‧燃料再生器
56‧‧‧燃料進口
57‧‧‧排氣出口
58‧‧‧高電流電源
59‧‧‧排氣閥總成
60‧‧‧進氣閥總成
61‧‧‧傳導性燃料
62‧‧‧活塞
63‧‧‧燃料來源
64‧‧‧電刷
65‧‧‧電連接
66‧‧‧內部發電機
67‧‧‧發電機電力接頭
101‧‧‧磁通量來源
102‧‧‧離子流
103‧‧‧約束場
104‧‧‧赫爾姆霍茲線圈
105‧‧‧MHD電極
106‧‧‧電負載
110‧‧‧MHD成組赫爾姆霍茲線圈或成組磁鐵/電磁體
120‧‧‧磁性膨脹部分
130‧‧‧MHD冷卻液進口
135‧‧‧MHD熱交換器
140‧‧‧MHD冷卻液出口
200‧‧‧用於電學SF-CIHT電池應用之系統整合的一示意圖
201‧‧‧SF-CIHT電池控制器
202‧‧‧SF-CIHT電池
203‧‧‧熱冷卻系統
204‧‧‧來源
205‧‧‧電力儲存構件
206‧‧‧電力分配中心
207‧‧‧DC/AC轉換器
208‧‧‧AC電力控制器
209‧‧‧AC電力負載
210‧‧‧AC電信
211‧‧‧AC儀器
212‧‧‧AC電子儀器
213‧‧‧AC照明
214‧‧‧AC空間及製程調節
215‧‧‧AC或DC電動機
216‧‧‧儀器
217‧‧‧輪子
218‧‧‧航空電動螺旋槳或電風扇
219‧‧‧船用螺旋漿
220‧‧‧轉動軸機器
221‧‧‧DC/DC轉換器
222‧‧‧DC電力控制器
223‧‧‧DC電力負載
224‧‧‧DC電信
225‧‧‧DC儀器
226‧‧‧DC電子儀器
227‧‧‧DC照明
228‧‧‧DC空間及製程調節
300‧‧‧用於熱及混合電-熱SF-CIHT電池應用之系統整合的一示意圖
301‧‧‧SF-CIHT電池控制器
302‧‧‧SF-CIHT電池
303‧‧‧來源
304‧‧‧電加熱器
305‧‧‧外部熱交換器
306‧‧‧未燃燒之渦輪機
307‧‧‧輪子
308‧‧‧發電機
309‧‧‧航空電動螺旋槳或電動風扇
310‧‧‧船用螺旋漿
311‧‧‧轉動軸機器
400‧‧‧觸媒誘導之低能量氫躍遷(CIHT)電池/容器
401‧‧‧陰極隔室
402‧‧‧陽極隔室
405‧‧‧陰極
410‧‧‧陽極
420‧‧‧鹽橋
425‧‧‧負載
430‧‧‧來源
431‧‧‧來源
460‧‧‧通道
461‧‧‧通道
500‧‧‧雙極板
501‧‧‧陽極
502‧‧‧陰極
503‧‧‧孔口
504‧‧‧H2板/板
505‧‧‧通道
506‧‧‧孔口
507‧‧‧雙極板
700‧‧‧H2O電弧電漿電池發電機
701‧‧‧底板
702‧‧‧絕緣體基底
703‧‧‧中心軸電極
704‧‧‧電極再生系統
705‧‧‧電極腐蝕產物回收系統
706‧‧‧外部圓柱形電極
707‧‧‧槽
708‧‧‧閥
709‧‧‧電弧電漿電池
710‧‧‧管線
711‧‧‧電池蓋
712‧‧‧迴路
713‧‧‧泵
714‧‧‧蒸汽出口
715‧‧‧壓力計
716‧‧‧閥
717‧‧‧泵
718‧‧‧冷卻液進口
719‧‧‧熱交換器
720‧‧‧冷卻液出口
721‧‧‧充電電源
722‧‧‧接頭
723‧‧‧AC電源/高電壓-高電流電源
724‧‧‧電池電力接頭
725‧‧‧再生電極連續進料
726‧‧‧出口管線
800‧‧‧實驗性H2O電弧電漿電池發電機
801‧‧‧外部同心柱形銅電極/圓柱形電極
802‧‧‧銅基板連桿式電極/桿/中心桿
803‧‧‧銅基板連桿式電極/基板
804‧‧‧耐綸絕緣體套管/耐綸塊體
805‧‧‧自來水柱
806‧‧‧儲能電容器/電容器組
807‧‧‧1毫歐電阻器
808‧‧‧0.6毫歐電阻器
809‧‧‧高壓電源
1001‧‧‧電池
1002‧‧‧電極
1002a‧‧‧可移動壓縮機構
1003‧‧‧固體燃料
1004‧‧‧電源
1005‧‧‧傳遞機構
1006‧‧‧電漿-電力轉換器
1007‧‧‧燃料裝載區
1008‧‧‧功率連接器
1009‧‧‧輸出功率端子
1010‧‧‧熱交換器
1011‧‧‧輸入冷卻劑管線
1012‧‧‧輸出冷卻劑管線
1013‧‧‧固體燃料裝載機
1014‧‧‧燃料來源
1015‧‧‧冷凝器
1017‧‧‧燃料裝載區
1018‧‧‧儲存裝置
1020‧‧‧電力產生系統
1025‧‧‧量測裝置
1030‧‧‧控制系統
1101‧‧‧磁通量源
1102‧‧‧方向
1103‧‧‧約束場
1104‧‧‧赫姆霍爾茲線圈
1105‧‧‧電極
1106‧‧‧電力負載
2010‧‧‧機械功率產生系統
2020‧‧‧氫氣、氧氣、水或基於水之燃料
2030‧‧‧電極
2040‧‧‧冷卻系統
2050‧‧‧燃料傳遞裝置
2060‧‧‧再生系統
2070‧‧‧電源
2080‧‧‧點火腔室
2090‧‧‧活塞
2100‧‧‧渦輪機
2110‧‧‧陽極
2120‧‧‧陰極
2125‧‧‧滾筒/齒輪
2130‧‧‧糰粒
2135‧‧‧膨脹氣體
2140‧‧‧齒輪齒
2150‧‧‧電極
2160‧‧‧流出口
2170‧‧‧葉輪
2180‧‧‧中空區
2190‧‧‧輪葉
2200‧‧‧迴轉料架
2210‧‧‧容器
2220‧‧‧孔口
2230‧‧‧腔室陣列
2240‧‧‧容器
2250‧‧‧壁元件
2260‧‧‧注射裝置
2270‧‧‧導電元件
2280‧‧‧渦輪機
2290‧‧‧流動室
2300‧‧‧通道
2310‧‧‧元件
2320‧‧‧推進器
2330‧‧‧噴嘴
A‧‧‧區域
B‧‧‧區域/磁場
圖1為根據本發明實施例之CIHT電池之示意圖。
圖2為根據本發明實施例之CIHT電池雙極板之示意圖。
圖3為根據本發明實施例的顯示迴轉料架再裝載系統之SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖4A為根據本發明實施例的顯示料斗再裝載系統之SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖4B為根據本發明實施例的顯示出亦充當結構元件之電極且顯示出亦充當啟動電源之電源之SF-CIHT電池發電機的示意圖。
圖5為根據本發明實施例之磁流體動力電力轉換器之操作的示意圖。
圖6為根據本發明實施例之磁流體動力電力轉換器之示意圖。
圖7為根據本發明實施例的用於SF-CIHT電池電學應用之系統整合的示意圖。
圖8為根據本發明實施例的用於熱及混合電-熱SF-CIHT電池應用 之系統整合的示意圖。
圖9為根據本發明實施例之內部SF-CIHT電池發動機之示意圖。
圖10為根據本發明實施例的摘選顯示電弧電漿容器內部之H2O電弧電漿電池發電機之示意圖。
圖11為根據本發明實施例之實驗性H2O電弧電漿發電機之示意圖。
圖12描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統。
圖13A描繪了根據本發明實施例的處於打開狀態之例示性電力產生系統。
圖13B描繪了處於關閉狀態的圖13A之例示性電力產生系統。
圖13C描繪了根據本發明實施例的處於打開狀態之例示性電力產生系統。
圖13D描繪了處於關閉狀態的圖13C之例示性電力產生系統。
圖14A及14B描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統之各種透視圖。
圖15A描繪了根據本發明實施例，各組件在電力產生系統內之例示性組態。
圖15B描繪了根據本發明實施例，在電力產生系統內各組件之例示性組態。
圖15C描繪了根據本發明實施例，在電力產生系統內各組件之例示性組態。
圖15D描繪了根據本發明實施例，在電力產生系統內各組件之例示性組態。
圖16描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統。
圖17A描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統。
圖17B描繪了圖17A之例示性電力產生系統之組件的替代性組 態。
圖18A描繪了根據本發明實施例之電力產生系統之例示性電極。
圖18B描繪了圖18A之例示性電極的替代性組態。
圖19描繪了根據本發明實施例之例示性電漿轉換器。
圖20描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統。
圖21描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統。
圖22描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統。
圖23描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統。
圖24描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統。
圖25描繪了根據本發明實施例之例示性電力產生系統。
圖26為根據本發明實施例之機械功率產生系統之圖解。
圖27為根據本發明實施例之機械功率產生系統之一部分的放大圖之圖解。
圖28為根據本發明實施例之機械功率產生系統之一部分的示意性圖示。
圖29為根據本發明實施例之機械功率產生系統之一部分的示意性圖示。
圖30為根據本發明實施例之一對電極之圖解。
圖31為根據本發明實施例之一對電極之圖解。
圖32為根據本發明實施例之一個電極之圖解。
圖33A及33B為根據本發明實施例之葉輪之不同視圖。
圖34為根據本發明實施例之機械功率產生系統之圖解。
圖35A及35B為根據本發明實施例之燃料傳遞裝置及點火腔室之不同視圖。
圖36為根據本發明實施例之腔室陣列及燃料傳遞裝置之圖解。
圖37A、37B及37C為根據本發明之燃料容器及電極之不同實施例 的圖解。
圖38為根據本發明實施例之點火腔室之圖解。
圖39為根據本發明實施例之點火腔室之圖解。
圖40為根據本發明實施例之點火腔室之圖解。
圖41為根據本發明實施例之點火腔室之圖解。
400‧‧‧觸媒誘導之低能量氫躍遷(CIHT)電池/容器
401‧‧‧陰極隔室
402‧‧‧陽極隔室
405‧‧‧陰極
410‧‧‧陽極
420‧‧‧鹽橋
425‧‧‧負載
430‧‧‧來源
431‧‧‧來源
460‧‧‧通道
461‧‧‧通道

Claims (404)

  1. 一種電化學電力系統，其產生電能及熱能中至少一者，該電化學電力系統包含容器，該容器包含：至少一個陰極；至少一個陽極；至少一個雙極板，及反應物，其包含至少兩種選自以下之組分：a)至少一種H2O來源；b)氧來源；c)至少一種觸媒來源或觸媒，其包含選自以下之群之至少一者：nH、O、O2、OH、OH-及新生H2O，其中n為整數，及d)至少一種原子氫來源或原子氫；一或多種用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者的反應物，及一或多種用以起始該原子氫之催化的反應物，該電化學電力系統進一步包含電解系統及陽極再生系統。
  2. 如請求項1之電化學電力系統，其中至少一種反應物係在電池操作期間在各別電子流及離子質量輸送存在下形成。
  3. 如請求項1之電化學電力系統，其包含多孔電極、氣體擴散電極及氫滲透性陽極中至少一者，其中氧及H2O中至少一者係供應至該陰極且H2係供應至該陽極。
  4. 如請求項3之電化學電力系統，其包含氫化陽極及封閉之氫儲集器中至少一者，該氫儲集器具有至少一個包含氫滲透性陽極之表面。
  5. 如請求項3之電化學電力系統，其包括組成電池之堆疊單元之背 對背氫滲透性陽極及相對陰極，該等電池係以串聯及並聯中至少一種方式電連接。
  6. 如請求項3之電化學電力系統，其進一步包含至少一個氣體供應系統，該氣體供應系統各自包含歧管、氣體管線及連接至該電極之氣體通道。
  7. 如請求項1之電化學電力系統，其中該陽極包含Mo，其在充電階段期間由電解質反應物進行以下再生反應步驟而再生：MoO3+3MgBr2至2MoBr3+3MgO(-54kJ/mol(298K)-46(600K)) MoBr3至Mo+3/2Br2(284kJ/mol 0.95V/3個電子) MoBr3+Ni至MoNi+3/2Br2(283kJ/mol 0.95V/3個電子) MgO+Br2+H2至MgBr2+H2O(-208kJ/mol(298K)-194kJ/mol(600K))。
  8. 如請求項1之電化學電力系統，其中該陽極包含Mo，其在充電階段期間由電解質反應物再生，該等電解質反應物包含MoO2、MoO3、Li2O及Li2MoO4中至少一者。
  9. 一種電力系統，其產生直接電能及熱能中至少一者，該電力系統包含：至少一個容器；反應物，其包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；b)至少一種原子氫來源或原子氫；c)導體及傳導性基質中至少一者；及至少一組用以限制低能量氫反應物之電極，用以傳遞短時間高電流電能之電源；再裝載系統； 至少一個用以自反應產物再生該等初始反應物的系統，及至少一個直接電漿-電轉換器及至少一個熱-電力轉換器。
  10. 如請求項9之電力系統，其中該容器能夠承受大氣壓、高於大氣壓及低於大氣壓中之至少一種壓力。
  11. 如請求項9之電力系統，其中反應物包含用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者之H2O來源及傳導性基質。
  12. 如請求項11之電力系統，其中包含H2O來源之該等反應物包含以下至少一者：整體H2O、除整體H2O外之狀態、經歷反應形成H2O及釋放經結合H2O中至少一者之一或多種化合物。
  13. 如請求項12之電力系統，其中該經結合H2O包含與H2O相互作用之化合物，其中該H2O係呈經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中之至少一種狀態。
  14. 如請求項9之電力系統，其中該等反應物包含導體及一或多種經歷釋放整體H2O、經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中至少一者且具有H2O作為反應產物的化合物或材料。
  15. 如請求項9之電力系統，其中該新生H2O觸媒來源及該原子氫來源中至少一者包含以下至少一者：a)至少一種H2O來源；b)至少一種氧來源，及c)至少一種氫來源。
  16. 如請求項9之電力系統，其中用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者之該等反應物包含以下至少一者：H2O及該H2O來源；O2、H2O、HOOH、OOH-、過氧離子、超氧離子、氫化物、 H2、鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物、水合化合物，選自以下至少一者之群之水合化合物：鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物，及傳導性基質。
  17. 如請求項16之電力系統，其中該氧(氫氧)化物包含來自以下之群之至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH；該氧化物包含來自以下之群之至少一者：CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO及Ni2O3；該氫氧化物包含來自以下之群之至少一者：Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3及Ni(OH)2；該包含氧之化合物包含來自以下之群之至少一者：硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M=金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、鈷鎂氧化物、鎳鎂氧化物、銅鎂氧化物、Li2O、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、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、稀土金屬氧化物、CeO2、La2O3、氧(氫氧)化物、TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH，且 該傳導性基質包含來自以下之群之至少一者：金屬粉、碳、碳化物、硼化物、氮化物、諸如TiCN之甲腈、或腈。
  18. 如請求項9之電力系統，其中該等反應物包含金屬、其金屬氧化物與H2O之混合物，其中該金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。
  19. 如請求項9之電力系統，其中該等反應物包含金屬、金屬鹵化物與H2O之混合物，其中該金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。
  20. 如請求項9之電力系統，其中該等反應物包含過渡金屬、鹼土金屬鹵化物與H2O之混合物，其中該金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。
  21. 如請求項9之電力系統，其中該等反應物包含導體、吸濕材料與H2O之混合物。
  22. 如請求項9或21之電力系統，其中該導體包含金屬粉或碳粉，其中該金屬或碳與H2O之反應並非熱力學上有利的。
  23. 如請求項21之電力系統，其中該吸濕材料包含以下之群中至少一者：溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、諸如KMgCl3．6(H2O)之光鹵石、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明(methamphetamine)、化肥、鹽、乾燥劑、二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣、分子篩、沸石、潮解材料、氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及潮解鹽。
  24. 如請求項23之電力系統，其包含導體、吸濕材料與H2O之混合物，其中(金屬)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量範圍為以下至少一者：約(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)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。
  25. 如請求項18、19、20或22之電力系統，其中與H2O發生熱力學上不利之反應的該金屬為以下之群中至少一者：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。
  26. 如請求項25之電力系統，其中反應物係藉由添加H2O來再生。
  27. 如請求項9之電力系統，其中該等反應物包含金屬、其金屬氧化物與H2O之混合物，其中該金屬氧化物能夠在低於1000℃之溫度下進行H2還原。
  28. 如請求項9之電力系統，其中該等反應物包含以下之混合物：在H2及溫熱下不易於還原之氧化物；具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬，及H2O。
  29. 如請求項27或28之電力系統，其中該具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬為以下之群中至少一者：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。
  30. 如請求項28之電力系統，其中該在H2及溫熱下不易於還原之金屬氧化物包含以下至少一者：氧化鋁、鹼土金屬氧化物及稀土 金屬氧化物。
  31. 如請求項9之電力系統，其中該固體燃料包含碳或活性碳及H2O，其中該混合物係藉由包含添加H2O之再水合作用而再生。
  32. 如請求項9之電力系統，其中該等反應物包含以下至少一者：漿料、溶液、乳液、複合物及化合物。
  33. 如請求項9之電力系統，其中該H2O mol%含量可在以下至少一者之範圍內：約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%及1%至10%。
  34. 如請求項9之電力系統，其中該用以傳遞短時間高電流電能之電源的電流足以使該等低能量氫反應物以極高速率發生反應，形成低能量氫。
  35. 如請求項9之電力系統，其中該用以傳遞短時間高電流電能之電源包含以下至少一者：經選擇以引起具有在以下至少一者之範圍內之電流之高AC、DC或AC-DC混合的電壓：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA；在以下至少一者之範圍內之DC或峰值AC電流密度：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2；該電壓係由該固體燃料或高能材料之電導率確定，其中該電壓係由所需電流乘以該固體燃料或高能材料樣品之電阻得到；該DC或峰值AC電壓可在至少一個選自以下之範圍內：約0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV，且該AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。
  36. 如請求項9之電力系統，其中該固體燃料或高能材料樣品之電阻係在至少一個選自以下之範圍內：約0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ及10Ω至1kΩ，且每單位有效形成低能量氫之電極面積的適合負載之電導率係在至少一個選自以下之範圍內：約10-10Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-5Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-4Ω-1 cm-2至105Ω-1 cm-2、10-3Ω-1 cm-2至104Ω-1 cm-2、10-2Ω-1 cm-2至103Ω-1 cm-2、10-1Ω-1 cm-2至102Ω-1 cm-2及1Ω-1 cm-2至10Ω-1 cm-2。
  37. 如請求項9之電力系統，其中該再生系統包含以下至少一者：水合系統、熱系統、化學系統及電化學系統。
  38. 如請求項9之電力系統，其中該至少一個直接電漿-電轉換器包含以下之群之至少一者：電漿動力電力轉換器、直接轉換器、磁流體動力電力轉換器、磁鏡磁流體動力電力轉換器、電荷漂移轉換器、普斯特(Post)或百葉窗式(Venetian Blind)電力轉換器、磁旋管、光子聚束微波電力轉換器及光電轉換器，且該至少一個熱電轉換器包含以下之群之至少一者：熱機、蒸汽機、蒸汽渦輪機與發電機、氣體渦輪機與發電機、朗肯循環發動機、布雷頓循環發動機、史特林發動機(Stirling engine)、熱離子電力轉換器及熱電電力轉換器。
  39. 一種電化學電力系統，其包含容器，該容器包含至少一個陰極；至少一個陽極；至少一種電解質；至少兩種選自以下之反應物：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；b)至少一種原子氫來源或原子氫； c)導體來源、傳導性基質來源、導體及傳導性基質中至少一者；及至少一種用以產生包含高離子及電子電流中至少一者之電流的電流來源，其選自內部電流來源及外部電流來源；其中該電化學電力系統產生電能及熱能中至少一者。
  40. 如請求項39之電化學電力系統，其中該新生H2O觸媒來源及該原子氫來源中至少一者包含：a)至少一種H2O來源；b)至少一種氧來源，及c)至少一種氫來源。
  41. 如請求項40之電化學電力系統，其進一步包含一或多種用以形成該導體、該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者之固體燃料反應物。
  42. 如請求項41之電化學電力系統，其中該等反應物在電池操作期間，在外部電路中之各別電子流及在該等反應物內之電子流及離子質量輸送存在下發生反應。
  43. 如請求項39之電化學電力系統，其中該觸媒與原子H之反應使該電池電壓隨該電池電流增加而降低。
  44. 如請求項41之電化學電力系統，其中相對於內部施加或產生之電壓、電流及電功率過量的電壓、電流及電功率中至少一者係藉由高電流之流動形成HOH觸媒及H中至少一者來產生。
  45. 如請求項41之電化學電力系統，其中電壓及電功率係藉由形成HOH觸媒、H及能夠藉由至少一個電化學反應載運高電流的導體中至少一者來產生。
  46. 如請求項42、44或45之電化學電力系統，其中高電流增強該觸媒與原子H之反應速率。
  47. 如請求項41之電化學電力系統，其中該電化學反應涉及與該電池至少一個電極之電子轉移。
  48. 如請求項39之電化學電力系統，其進一步包含至少一個雙極板。
  49. 如請求項39之電化學電力系統，其進一步包含電解系統及陽極再生系統中至少一者。
  50. 如請求項39之電化學電力系統，其包含以下至少一者a)多孔電極，b)氣體擴散電極，c)氫滲透性陽極，其中氧及H2O中至少一者被供應至該陰極且H2被供應至該陽極，d)陰極，其包含氧(氫氧)化物、氧化物、氧化鎳、鋰化之氧化鎳、鎳中至少一者，及e)陽極，其包含Ni、Mo或諸如MoCu、MoNi或MoCo之Mo合金，及氫化物。
  51. 如請求項50之電化學電力系統，其進一步包含至少一個氣體供應系統，該氣體供應系統包含歧管、氣體管線及至少一個連接至該電極之氣體通道。
  52. 如請求項50之電化學電力系統，其中該氫化物為LaNi5Hx，且該陰極為以下至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH、SmOOH及MnO2。
  53. 如請求項41之電化學電力系統，其中包含離子及電子電流中至少一者之電流係由該電解質載運。
  54. 如請求項41之電化學電力系統，其中該電流係由該電解質、反應物及該等電極中至少一者之間的電化學反應載運。
  55. 如請求項54之電化學電力系統，其中該電解質之至少一種物質可視情況包含至少一種反應物。
  56. 如請求項41之電化學電力系統，其中該電子電流流動穿過該電解質之導體。
  57. 如請求項41之電化學電力系統，其中該導體係在電極處在電子電流流動期間由還原反應形成。
  58. 如請求項41之電化學電力系統，其中該電解質包含金屬離子。
  59. 如請求項58之電化學電力系統，其中該等金屬離子在電流流動期間還原形成導電金屬。
  60. 如請求項41之電化學電力系統，其中該載運電流之還原電化學反應係以下至少一者：金屬離子至金屬；H2O+O2至OH-；金屬氧化物+H2O至金屬氧(氫氧)化物及金屬氫氧化物中至少一者以及OH-，及金屬氧(氫氧)化物+H2O至OH-，其中該離子載流子為OH-。
  61. 如請求項60之電化學電力系統，其中該陽極包含H。
  62. 如請求項61之電化學電力系統，其中該H2O係由在該陽極處該OH-之氧化及與H之反應所形成。
  63. 如請求項61之電化學電力系統，其中在該陽極處之H來源包含以下至少一者：金屬氫化物、LaNi5Hx、該陽極上由電解形成之H2、以氣體形式供應之H2及經由氫滲透性膜供應之H2。
  64. 如請求項39之電化學電力系統，其中該離子電流係由以下至少一者載運：含氧離子、含氧及氫之離子、OH-、OOH-、O2-及。
  65. 如請求項39之電化學電力系統，其中該電解質包含以下至少一 者：該氧來源、該氫來源、H2O、該HOH觸媒來源及該H來源。
  66. 如請求項39之電化學電力系統，其中該電解質包含至少一種選自以下之電解質：至少一種鹼金屬氫氧化物水溶液；KOH飽和水溶液；至少一種熔融氫氧化物；至少一種共熔鹽混合物；熔融氫氧化物與至少另一種化合物之至少一種混合物；熔融氫氧化物與鹽之至少一種混合物；熔融氫氧化物與鹵化物鹽之至少一種混合物；鹼金屬氫氧化物與鹼金屬鹵化物之至少一種混合物；以下之群中至少一者：熔融LiOH-LiBr、LiOH-NaOH、LiOH-LiBr-NaOH、LiOH-LiX-NaOH、LiOH-LiX、NaOH-NaBr、NaOH-NaI、NaOH-NaX及KOH-KX，其中X表示鹵離子；至少一種酸，及HCl、H3PO4及H2SO4中至少一者。
  67. 如請求項41之電化學電力系統，其中固體燃料反應物包含用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者之H2O來源及傳導性基質。
  68. 如請求項41之電化學電力系統，其中包含H2O來源之該等固體燃料反應物包含以下至少一者：整體H2O、除整體H2O外之狀態、經歷反應形成H2O及釋放經結合H2O中至少一者之一或多種化合物。
  69. 如請求項68之電化學電力系統，其中該經結合H2O包含與H2O相互作用之化合物，其中該H2O係呈經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中至少一種狀態。
  70. 如請求項41之電化學電力系統，其中該等固體燃料反應物包含導體及一或多種經歷釋放整體H2O、經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中至少一者且具有H2O作為反應產物的化合物或材料。
  71. 如請求項41之電化學電力系統，其中用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者之該等反應物包含以下至少一者：H2O及該H2O來源；O2、H2O、HOOH、OOH-、過氧離子、超氧離子、氫化物、H2、鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物、水合化合物，選自以下至少一者之群之水合化合物：鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物，及傳導性基質。
  72. 如請求項71之電化學電力系統，其中該氧(氫氧)化物包含來自以下之群之至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH；該氧化物包含來自以下之群之至少一者：CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO及Ni2O3；該氫氧化物包含來自以下之群之至少一者：Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3及Ni(OH)2；該包含氧之化合物包含來自以下之群之至少一者：硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M=金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、鈷鎂氧化物、鎳鎂氧化物、銅鎂氧化物、Li2O、鹼金屬 氧化物、鹼土金屬氧化物、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、稀土金屬氧化物、CeO2、La2O3、氧(氫氧)化物、TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH，且該傳導性基質包含來自以下之群之至少一者：金屬粉、碳、碳化物、硼化物、氮化物、諸如TiCN之甲腈、或腈。
  73. 如請求項41之電化學電力系統，其中該等反應物構成低能量氫反應物，該等低能量氫反應物包含金屬、金屬鹵化物與H2O之混合物。
  74. 如請求項41之電化學電力系統，其中該等反應物構成低能量氫反應物，該等低能量氫反應物包含過渡金屬、鹼土金屬鹵化物與H2O之混合物。
  75. 如請求項41之電化學電力系統，其中該等反應物構成低能量氫反應物，該等低能量氫反應物包含導體、吸濕材料與H2O之混合物。
  76. 如請求項75之電化學電力系統，其中該導體包含金屬粉或碳粉。
  77. 如請求項75之電化學電力系統，其中該吸濕材料包含以下之群之至少一者：溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、諸如KMgCl3．6(H2O)之光鹵石、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維、糖、焦糖、蜂蜜、 甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、化肥、鹽、乾燥劑、二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣、分子篩、沸石、潮解材料、氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及潮解鹽。
  78. 如請求項75之電化學電力系統，其包含導體、吸濕材料與H2O之混合物，其中(金屬)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量範圍為以下至少一者：約(0.000001至100000金屬)、(0.000001至100000吸濕材料)、(0.000001至100000 H2O)；約(0.00001至10000金屬)、(0.00001至10000吸濕材料)、(0.00001至10000 H2O)；約(0.0001至1000金屬)、(0.0001至1000吸濕材料)、(0.0001至1000 H2O)；約(0.001至100金屬)、(0.001至100吸濕材料)、(0.001至100 H2O)；約(0.01至100金屬)、(0.01至100吸濕材料)、(0.01至100 H2O)；約(0.1至10金屬)、(0.1至10吸濕材料)、(0.1至10 H2O)；及約(0.5至1金屬)、(0.5至1吸濕材料)、(0.5至1 H2O)。
  79. 如請求項39之電化學電力系統，其中該等反應物構成低能量氫反應物，該等低能量氫反應物包含以下至少一者：漿料、溶液、乳液、複合物及化合物。
  80. 如請求項41之電力系統，其中該H2O mol%含量係在以下至少一者之範圍內：約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%及1%至10%。
  81. 如請求項39之電力系統，其中該內部及外部電流來源之電流足夠高，以使該等低能量氫反應物以極高速率發生反應來形成低能量氫。
  82. 如請求項39之電化學電力系統，其中選自內部電流來源及外部電流來源之該電流來源包含：經選擇以引起在以下至少一者之範圍內之電流之AC、DC或 AC-DC混合的電壓：1A至50kA、10A至10kA及10A至1kA；在以下至少一者之範圍內之DC或峰值AC電流密度：1A/cm2至50kA/cm2、10A/cm2至10kA/cm2及10A/cm2至1kA/cm2；該電壓係由該電解質之電導率確定，其中該電壓係由所需電流乘以包含導體之該電解質之電阻得到；該DC或峰值AC電壓可在至少一個選自以下之範圍內：約0.1V至100V、0.1V至10V及1V至5V，且該AC頻率可在約0.1Hz至1GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。
  83. 如請求項39之電化學電力系統，其中至少一個放電電弧在該等電極之間形成。
  84. 如請求項39之電化學電力系統，其中該電解質之電阻係在至少一個選自約0.001mΩ至10Ω及0.01Ω至1Ω之範圍內，且每單位有效形成低能量氫之電極面積的該電解質之電阻係在至少一個選自約0.001mΩ/cm2至10Ω/cm2及0.01Ω/cm2至1Ω/cm2之範圍內。
  85. 如請求項39之電化學電力系統，其進一步包含在外部電池表面上之熱交換器；該熱交換器進一步包含冷卻劑入口及冷卻劑出口。
  86. 如請求項39之電化學電力系統，其進一步包含至少一個熱電轉換器，該熱電轉換器包含選自以下之群之至少一者：熱機、蒸汽機、蒸汽渦輪機與發電機、氣體渦輪機與發電機、朗肯循環發動機、布雷頓循環發動機、史特林發動機、熱離子電力轉換器及熱電電力轉換器。
  87. 如請求項39之電化學電力系統，其中該陰極、陽極、反應物與外部電流來源之組合允許催化原子氫形成低能量氫以進行傳 播，由此維持對每一陰極與相應陽極之間之電流的貢獻。
  88. 一種水電弧電漿電力系統，其包含：至少一個封閉之反應容器；反應物，其包含H2O來源及H2O中至少一者；至少一組電極；用以傳遞該H2O之初始高擊穿電壓且提供後續高電流之電源；及熱交換器系統，其中該電力系統產生電弧電漿、光及熱能。
  89. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中該H2O充當反應物，其包含：a)包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；b)原子氫來源或原子氫，及c)電漿介質。
  90. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其進一步包含電漿介質，該電漿介質包含H2O及痕量離子中至少一者。
  91. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中電弧電漿經產生且使該等反應物以極高速率發生反應來形成低能量氫。
  92. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中H2O係HOH觸媒及H之來源，該HOH觸媒及H係由電弧電漿形成。
  93. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中根據H2O相圖，對於分別在約1℃至2000℃及0.01atm至200atm範圍內之操作溫度及壓力，H2O在液體與氣體混合物之標準條件下係以液態及氣態中至少一種形式存在。
  94. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中該電漿介質包含離子來源，該離子來源包含溶解離子性化合物及鹽化合物中至少一 者，其使該介質更具導電性以在較低電壓下實現電弧擊穿。
  95. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中該高擊穿電壓係在約50V至100kV、1kV至50kV及1kV至30kV中至少一者之範圍內。
  96. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中該高電流具有在約1kA至100kA、2kA至50kA及10kA至30kA中至少一者之範圍內的限值。
  97. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中該電源提供在以下至少一者之範圍內的高放電電流密度：0.1A/cm2至1,000,000A/cm2、1A/cm2至1,000,000A/cm2、10A/cm2至1,000,000A/cm2、100A/cm2至1,000,000A/cm2及1kA/cm2至1,000,000A/cm2。
  98. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中該高電壓及電流可為DC、AC及其混合物中至少一者。
  99. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中用以形成電弧電漿之該電源包含複數個電容器，該等電容器包含能夠供應在約1kV至50kV範圍內之高電壓及隨電阻及電壓降低而增加之高電流的一排電容器。
  100. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其進一步包含二次電源。
  101. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其包含額外電力電路元件及二次高電流電源中至少一者。
  102. 如請求項101之水電弧電漿電力系統，其中該電源包含順次向該電弧供電之複數排電容器，其中當一排指定的充電電容器放電時，每一排放電之電容器係藉由該二次電源再充電。
  103. 如請求項88之水電弧電漿電力系統，其中該封閉之容器進一步包含鍋爐，該鍋爐包含蒸汽出口、迴路及再循環泵，其中包含 熱水、過熱水、蒸汽及超熱蒸汽中至少一者之至少一個H2O相流出該蒸汽出口且供應熱或機械負載，該出口流冷卻及蒸汽冷凝中至少一個製程與熱功率轉移至該負載一起發生，該冷卻之蒸汽或水係藉由該再循環泵抽汲，且該冷卻之蒸汽或水係經由該迴路返回該電池。
  104. 如請求項103之水電弧電漿電力系統，其進一步包含至少一個熱-電轉換器，用以接收來自該鍋爐及該熱交換器中至少一者之熱功率。
  105. 如請求項104之水電弧電漿電力系統，其中該至少一個熱-電轉換器包含選自以下之群之至少一者：熱機、蒸汽機、蒸汽渦輪機與發電機、氣體渦輪機與發電機、朗肯循環發動機、布雷頓循環發動機、史特林發動機、熱離子電力轉換器及熱電電力轉換器。
  106. 一種機械功率系統，其包含：至少一個內燃型發動機之活塞式汽缸；燃料，其包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；b)至少一種原子氫來源或原子氫；c)導體及傳導性基質中至少一者；具有至少一個閥之至少一個燃料進口；具有至少一個閥之至少一個排氣出口；至少一個活塞；至少一個曲軸；高電流來源，及至少兩個限制並傳導高電流通過該燃料之電極。
  107. 如請求項106之機械功率系統，其進一步包含至少一種氣體或氣體來源。
  108. 如請求項107之機械功率系統，其中該氣體或氣體來源經加熱。
  109. 如請求項106之機械功率系統，其中該活塞式汽缸能夠在往復循環之不同階段期間承受大氣壓、高於大氣壓及低於大氣壓中之至少一種壓力。
  110. 如請求項106之機械功率系統，其中該活塞或活塞式汽缸中至少一者可充當另一電極之相對電極。
  111. 如請求項110之機械功率系統，其進一步包含至少一個電刷，用以在該至少一個活塞與該高電流來源之間提供電接觸。
  112. 如請求項106之機械功率系統，其進一步包含發電機，該發電機係由該發動機之機械功率供電。
  113. 如請求項112之機械功率系統，其中該發電機向該高電流來源提供電力。
  114. 如請求項106之機械功率系統，其進一步包含燃料再生器。
  115. 如請求項106之機械功率系統，其中該系統之活塞經歷往復運動。
  116. 如請求項106之機械功率系統，其中該系統包含兩衝程循環，該循環包含進氣及壓縮以及點火及排氣之步驟。
  117. 如請求項106之機械功率系統，其中該系統包含四衝程循環，該循環包含以下步驟：做功、排氣、進氣及壓縮。
  118. 如請求項106之機械功率系統，其中該系統包含旋轉式發動機。
  119. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料隨著該活塞移位而流入該活塞腔室中。
  120. 如請求項106之機械功率系統，其中在往復循環之做功衝程期間： 該壓縮之燃料經點火；使該等產物及添加之任何額外氣體或氣體來源加熱，及在該汽缸中該等經加熱之氣體使該活塞在該汽缸中移動且轉動該曲軸。
  121. 如請求項106之機械功率系統，其中當該活塞移位時，燃料流入該汽缸中，在點火之前經返回之活塞壓縮，且產物在該做功步驟之後藉由該返回之移位活塞排出。
  122. 如請求項106之機械功率系統，其中當該燃料流入該汽缸中時，排氣放出，且該活塞在另一次點火之前壓縮該燃料。
  123. 如請求項114之機械功率系統，其中該排出之產物可流至再生系統中。
  124. 如請求項107之機械功率系統，其中幫助進行熱自該燃料點火之轉換的任何額外氣體或氣體來源經回收、再生及再循環。
  125. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料包含用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者的H2O來源及傳導性基質。
  126. 如請求項106之機械功率系統，其中包含H2O來源之該燃料包含以下至少一者：整體H2O、除整體H2O外之狀態、經歷反應形成H2O及釋放經結合H2O中至少一者之一或多種化合物。
  127. 如請求項126之機械功率系統，其中該經結合H2O包含與H2O相互作用之化合物，其中該H2O係呈經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中至少一種狀態。
  128. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料包含導體及一或多種經歷釋放整體H2O、經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中至少一者且具有H2O作為反應產物的化合物或材料。
  129. 如請求項106之機械功率系統，其中該新生H2O觸媒來源及該原 子氫來源中至少一者包含以下至少一者：a)至少一種H2O來源；b)至少一種氧來源，及c)至少一種氫來源。
  130. 如請求項106之機械功率系統，其中用以形成該觸媒來源、該觸媒、該原子氫來源及該原子氫中至少一者之該燃料包含以下至少一者：a)H2O及該H2O來源；b)O2、H2O、HOOH、OOH-、過氧離子、超氧離子、氫化物、H2、鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物、水合化合物，選自以下至少一者之群之水合化合物：鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物，及c)傳導性基質。
  131. 如請求項130之機械功率系統，其中存在以下至少一者：該氧(氫氧)化物包含選自以下之群之至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH；該氧化物包含選自以下之群之至少一者：CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO及Ni2O3；該氫氧化物包含選自以下之群之至少一者：Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3及Ni(OH)2；該包含氧之化合物包含選自以下之群之至少一者：硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M= 金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、鈷鎂氧化物、鎳鎂氧化物、銅鎂氧化物、Li2O、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、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、稀土金屬氧化物、CeO2、La2O3、氧(氫氧)化物、TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH，且該傳導性基質包含來自以下之群之至少一者：金屬粉、碳、碳化物、硼化物、氮化物、諸如TiCN之甲腈、或腈。
  132. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料包含金屬、其金屬氧化物與H2O之混合物，其中該金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。
  133. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料包含金屬、金屬鹵化物與H2O之混合物，其中該金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。
  134. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料包含過渡金屬、鹼土金屬鹵化物與H2O之混合物，其中該金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。
  135. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料包含導體、吸濕材料與H2O之混合物。
  136. 如請求項135之機械功率系統，其中該導體包含金屬粉或碳粉，其中該金屬或碳與H2O之反應並非熱力學上有利的。
  137. 如請求項135之機械功率系統，其中該吸濕材料包含以下之群之至少一者：溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、諸如KMgCl3．6(H2O)之光鹵石、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、化肥、鹽、乾燥劑、二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣、分子篩、沸石、潮解材料、氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及潮解鹽。
  138. 如請求項135之機械功率系統，其包含導體、吸濕材料與H2O之混合物，其中(金屬)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量範圍為以下至少一者：約(0.000001至100000金屬)、(0.000001至100000吸濕材料)、(0.000001至100000 H2O)；(0.00001至10000金屬)、(0.00001至10000吸濕材料)、(0.00001至10000 H2O)；(0.0001至1000金屬)、(0.0001至1000吸濕材料)、(0.0001至1000 H2O)；(0.001至100金屬)、(0.001至100吸濕材料)、(0.001至100 H2O)；(0.01至100金屬)、(0.01至100吸濕材料)、(0.01至100 H2O)；(0.1至10金屬)、(0.1至10吸濕材料)、(0.1至10 H2O)；及(0.5至1金屬)、(0.5至1吸濕材料)、(0.5至1 H2O)。
  139. 如請求項132、133、134或136之機械功率系統，其中與H2O發生熱力學上不利之反應的該金屬係選自以下至少一者：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。
  140. 如請求項139之機械功率系統，其中該燃料係藉由添加H2O來再生。
  141. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料包含金屬、其金屬氧化物與H2O之混合物，其中該金屬氧化物能夠在低於1000℃之溫 度下進行H2還原。
  142. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料包含以下之混合物a)在H2及溫熱下不易於還原之氧化物；b)具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬，及c)H2O。
  143. 如請求項141或142之機械功率系統，其中該具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬係選自以下至少一者：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。
  144. 如請求項141或142之機械功率系統，其中該在H2及溫熱下不易於還原之金屬氧化物包含以下至少一者：氧化鋁、鹼土金屬氧化物及稀土金屬氧化物。
  145. 如請求項114之機械功率系統，其中該燃料包含碳或活性碳及H2O，其中該混合物係藉由包含添加H2O之再水合作用而再生。
  146. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料包含以下至少一者：漿料、溶液、乳液、複合物及化合物。
  147. 如請求項106之機械功率系統，其中該H2O mol%含量係在以下至少一者之範圍內：約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%及1%至10%。
  148. 如請求項106之機械功率系統，其中該用以傳遞短時間高電流電能之電源的電流足以使該燃料以極高速率發生反應來形成低能量氫。
  149. 如請求項106之機械功率系統，其中該用以傳遞短時間高電流電能之電源能夠提供高電壓以獲得H2O電弧電漿。
  150. 如請求項106之機械功率系統，其中該用以傳遞短時間高電流電能之電源包含：經選擇以引起在以下至少一者之範圍內之電流之高AC、DC或AC-DC混合的電壓：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA；在以下至少一者之範圍內之DC或峰值AC電流密度：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2，其中該電壓係由該燃料之電導率確定，該電壓係由所需電流乘以該燃料之電阻得到；該DC或峰值AC電壓係在至少一個選自以下之範圍內：約0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV，且該AC頻率係在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。
  151. 如請求項106之機械功率系統，其中該燃料之電阻係在至少一個選自以下之範圍內：約0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ及10Ω至1kΩ，且每單位有效形成低能量氫之電極面積的適合負載之電導率係在至少一個選自以下之範圍內：約10-10Ω-1cm-2至106Ω-1 cm-2、10-5Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-4Ω-1 cm-2至105Ω-1cm-2、10-3Ω-1cm-2至104Ω-1 cm-2、10-2Ω-1cm-2至103Ω-1 cm-2、10-1Ω-1 cm-2至102Ω-1 cm-2及1Ω-1 cm-2至10Ω-1 cm-2。
  152. 如請求項114之機械功率系統，其中該再生系統包含以下至少一者：水合系統、熱系統、化學系統及電化學系統。
  153. 如請求項106之機械功率系統，其進一步包含在外部汽缸表面上 之熱交換器，用以移除由該電池產生之熱且將其傳遞至負載；該熱交換器包含用以自負載接收冷的冷卻劑之冷卻劑入口及用以供應或返回熱的冷卻劑至該負載之冷卻劑出口，其中該熱係直接使用或使用相應轉換器轉換成機械功率或電功率，且該至少一個熱電轉換器包含以下之群之至少一者：熱機、蒸汽機、蒸汽渦輪機與發電機、氣體渦輪機與發電機、朗肯循環發動機、布雷頓循環發動機、史特林發動機、熱離子電力轉換器及熱電電力轉換器。
  154. 一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；電耦接至該電源之複數個電極；經組態以接收固體燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將電功率傳遞至該固體燃料，從而產生電漿；及經定位以接收該電漿之至少一部分的電漿電力轉換器。
  155. 如請求項154之電力產生系統，其進一步包含觸媒誘導之低能量氫躍遷電池，其中該複數個電極中之兩個係包括在該觸媒誘導之低能量氫躍遷電池中。
  156. 如請求項155之電力產生系統，其中該電力產生系統包含複數個觸媒誘導之低能量氫躍遷電池。
  157. 如請求項154之電力產生系統，其中該複數個電極中之第一電極為可移動的。
  158. 如請求項157之電力產生系統，其中該複數個電極中之第二個為可移動的，且其中該第一電極及該第二電極當移動時改變該燃料裝載區之尺寸。
  159. 如請求項154之電力產生系統，其中該複數個電極中至少第一個 包括壓縮機構。
  160. 如請求項159之電力產生系統，其中該壓縮機構為可移動的。
  161. 如請求項160之電力產生系統，其中該複數個電極中至少第二個包括壓縮機構，且該第一電極之壓縮機構及該第二電極之壓縮機構當移動時彼此相互作用。
  162. 如請求項158之電力產生系統，其中該等壓縮機構包括可旋轉齒輪。
  163. 如請求項158之電力產生系統，其中該等壓縮機構包括可旋轉滾筒。
  164. 如請求項154之電力產生系統，其進一步包含傳遞機構，用以將燃料移至該燃料裝載區中。
  165. 如請求項164之電力產生系統，其中該傳遞機構包括迴轉料架。
  166. 如請求項164之電力產生系統，其中該傳遞機構包括傳送帶。
  167. 如請求項164之電力產生系統，其中該傳遞機構包括料斗。
  168. 如請求項164之電力產生系統，其中該傳遞機構亦將該燃料移出該燃料裝載區。
  169. 如請求項154之電力產生系統，其中該電漿電力轉換器包括以下至少一者：電漿動力電力轉換器、磁流體動力電力轉換器、磁鏡磁流體動力電力轉換器、電荷漂移轉換器、普斯特或百葉窗式電力轉換器、磁旋管、光子聚束微波電力轉換器及光電轉換器。
  170. 如請求項154之電力產生系統，其進一步包含移除系統，用以將該燃料之副產物自該燃料裝載區移除，其中該副產物係在該複數個電極傳遞電力至該燃料裝載區時產生。
  171. 如請求項170之電力產生系統，其進一步包含經組態以將該燃料移出該燃料裝載區之傳遞機構。
  172. 如請求項171之電力產生系統，其進一步包含用於加工該燃料之副產物的再生系統。
  173. 如請求項171之電力產生系統，其進一步包含用於使該燃料之副產物冷凝的冷凝器。
  174. 如請求項154之電力產生系統，其進一步包含用於改變藉由該電漿電力轉換器轉換之電力之品質的輸出功率調節器。
  175. 如請求項154之電力產生系統，其進一步包含溫度控制系統，該溫度控制系統包括熱交換器及冷卻管線。
  176. 如請求項154之電力產生系統，其進一步包含經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數之感測器。
  177. 如請求項154之電力產生系統，其進一步包含經組態以監測與該電力產生系統相關之參數之控制器。
  178. 如請求項177之電力產生系統，其中該控制器經組態以控制與該電力產生系統相關之至少一個製程。
  179. 如請求項178之電力產生系統，其進一步包含一或多個經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數的感測器，其中該控制器經組態以基於該至少一個經量測參數控制與該電力產生系統相關之至少一個製程。
  180. 如請求項154之電力產生系統，其中該電源係至少約5,000A/cm2、至少約12,000A/cm2、至少約14,000A/cm2、至少約18,000A/cm2或至少約25,000A/cm2之電源。
  181. 如請求項154之電力產生系統，其中該電源為在約5,000A/cm2至約100,000A/cm2或約10,000A/cm2至約50,000A/cm2範圍內之電源。
  182. 一種電力產生系統，其包含：複數個電極； 位於該複數個電極之間且經組態以接收傳導性燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將足以對該傳導性燃料點火且產生電漿及熱功率中至少一者之電流施加至該傳導性燃料；用於將該傳導性燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將該電漿轉換成非電漿形式電力之電漿-電力轉換器，或用以將該熱功率轉換成包含電或機械功率之非熱形式功率的熱-電或機械轉換器。
  183. 如請求項182之電力產生系統，其進一步包含用於改變藉由該電漿-電力轉換器轉換之電力之品質的輸出功率調節器。
  184. 如請求項183之電力產生系統，其進一步包含用於輸出經該輸出功率調節器調節之功率的一或多個輸出功率端子。
  185. 如請求項182之電力產生系統，其中該非電漿形式電力包括以下至少一者：機械能、核能、化學能、熱能、電能及電磁能。
  186. 如請求項182之電力產生系統，其進一步包含用於移除該經點火燃料之副產物的移除系統，及用於使該經點火燃料之副產物再循環的再生系統。
  187. 如請求項182之電力產生系統，其進一步包含控制器及經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數之感測器，其中該控制器經組態以基於該至少一個經量測參數控制該電力產生系統之至少一部分。
  188. 一種產生電力之方法，其包含：將一定量燃料傳遞至燃料裝載區，其中該燃料裝載區係位於複數個電極間；藉由施加至少約2,000A/cm2之電流至該複數個電極，使該電流流過該燃料來對該燃料點火，從而產生電漿、光及熱中至少一者； 在電漿-電轉換器中接收該電漿之至少一部分；使用該電漿-電力轉換器將該電漿轉換成不同形式之電力；及輸出該不同形式之電力。
  189. 如請求項188之方法，其進一步包含自該燃料裝載區移除一定量之燃料副產物及使該燃料副產物之至少一部分再生。
  190. 如請求項188之方法，其進一步包含移除由該點火製程產生之熱的至少一部分。
  191. 如請求項188之方法，其中輸出該不同形式之電力包括將該電力傳遞至外部負載。
  192. 如請求項188之方法，其中輸出該不同形式之電力包括將該電力傳遞至儲存裝置。
  193. 如請求項188之方法，其中輸出該不同形式之電力包括將該電力之一部分傳遞至該複數個電極。
  194. 種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極至少部分地包圍燃料，電連接至該電源，經組態以接收電流從而對該燃料點火，且該複數個電極中至少一者為可移動的；用於移動該燃料之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿-電力轉換器。
  195. 種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極至少部分地包圍燃料，電連接至該電源，經組態以接收電流從而對該燃料點火，且該複數個電極中至少一者為可移動的； 用於移動該燃料之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿-電力轉換器。
  196. 如請求項194或195之電力產生系統，其進一步包含：用於改變由該電漿-電力轉換器轉換之電力之品質的輸出功率調節器；及用於輸出經該輸出功率調節器調節之功率的一或多個輸出功率端子。
  197. 如請求項194或195之電力產生系統，其中該電力產生系統包括兩個電極且該兩個電極可相對於彼此移動以允許該傳遞機構移動該燃料。
  198. 如請求項194或195之電力產生系統，其中該複數個電極係觸媒誘導之低能量氫躍遷電池之一部分。
  199. 如請求項198之電力產生系統，其中該電力產生系統包括複數個觸媒誘導之低能量氫躍遷電池，且每一觸媒誘導之低能量氫躍遷電池包括包圍燃料裝載區之一對電極，其中對於該等電極對中至少一者，該等電極可相對於彼此移動以允許該傳遞機構將燃料傳遞至該燃料裝載區。
  200. 一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極中之至少一者包括壓縮機構；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係經該複數個電極包圍，以致該至少一個電極之壓縮機構朝向該燃料裝載區定向，且其中該複數個電極電連接至該電源且經組態以向該燃料裝載區中所接收之燃料供電從而對該燃料點火； 用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器。
  201. 一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極中之至少一者包括壓縮機構；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，以致該至少一個電極之壓縮機構朝向該燃料裝載區定向，且其中該複數個電極電連接至該電源且經組態以向該燃料裝載區中所接收之燃料供電從而對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器。
  202. 如請求項48之電力產生系統，其進一步包含：用於改變由該電漿電力轉換器轉換之電力之品質的輸出功率調節器；及用於輸出經該輸出功率調節器調節之功率的一或多個輸出功率端子。
  203. 如請求項200或201之電力產生系統，其中該壓縮機構為可移動的。
  204. 如請求項200或201之電力產生系統，其中該等電極各自包括壓縮機構且該等壓縮機構相互作用以促進電接觸及該燃料之點火。
  205. 如請求項200或201之電力產生系統，其中該壓縮機構為可旋轉的。
  206. 如請求項205之電力產生系統，其中該壓縮機構包括齒輪及滾筒中至少一者。
  207. 一種電力產生系統，其包含：複數個電極；由該複數個電極包圍且經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以對位於該燃料裝載區中之燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器；用於移除該經點火燃料之副產物的移除系統；及可操作地耦接至該移除系統之再生系統，其用於將移除的該經點火燃料之副產物再循環至經再循環之燃料中。
  208. 如請求項207之電力產生系統，其進一步包含可操作地耦接至該再生系統之再裝載系統，該再裝載系統用於將該經再循環之燃料再引入用於將該經再循環之燃料移至該燃料裝載區中之該傳遞機構中。
  209. 如請求項207之電力產生系統，其進一步包含用於使該燃料之副產物冷凝的冷凝器。
  210. 如請求項207之電力產生系統，其進一步包含溫度控制系統，該溫度控制系統包括熱交換器及冷卻管線，其中該冷卻管線使由該燃料裝載區中該燃料點火產生之熱的一部分轉向至該再生系統。
  211. 一種電力產生系統，其包含：經組態以輸出至少約2,000A/cm2之電流的電源；電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該 複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成電功率的電漿-電力轉換器；可操作地耦接至該電漿-電力轉換器之一或多個輸出功率端子；及電力儲存裝置。
  212. 如請求項211之電力產生系統，其進一步包含可操作地連接至該電漿-電力轉換器之一或多個輸出功率調節器，其用於改變由該電漿-電力轉換器轉換之電力的品質。
  213. 如請求項211之電力產生系統，其中該電力儲存裝置係可操作地連接至該一或多個輸出功率端子，以自該一或多個輸出功率端子接收該電力之至少一部分。
  214. 如請求項211之電力產生系統，其中該電力儲存裝置係可操作地連接至該電源且向該電源供電。
  215. 如請求項214之電力產生系統，其中該電力儲存裝置向該電源間歇地供電。
  216. 如請求項211之電力產生系統，其中該一或多個輸出功率端子係經組態以將電力傳遞至外部負載。
  217. 如請求項216之電力產生系統，其中該一或多個輸出功率端子進一步經組態以將電力傳遞至該電力儲存裝置。
  218. 如請求項211之電力產生系統，其中該電力儲存裝置包括蓄電池。
  219. 一種電力產生系統，其包含：至少5,000kW之電源； 電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器；經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數之感測器；及經組態以控制與該電力產生系統相關之至少一個製程的控制器。
  220. 一種電力產生系統，其包含：至少2,000A/cm2之電源；電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器；經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數之感測器；及經組態以控制與該電力產生系統相關之至少一個製程的控制器。
  221. 如請求項219或220之電力產生系統，其進一步包含可操作地連接至該電漿電力轉換器之輸出功率調節器，用於改變由該電漿 電力轉換器轉換之電力的品質。
  222. 如請求項219或220之電力產生系統，其中該控制器係經組態以基於該至少一個經量測參數控制與該電力產生系統相關之製程。
  223. 如請求項219或220之電力產生系統，其中該控制器係經組態以調整該燃料傳遞之速度或點火機構，從而控制電力輸出。
  224. 如請求項219或220之電力產生系統，其中該控制器係經組態以控制該等間隔分開之電極中至少一者的移動，從而控制電力輸出。
  225. 如請求項219或220之電力產生系統，其中該電力產生系統為自主的。
  226. 如請求項225之電力產生系統，其進一步包含：用於移除該經點火燃料之副產物的移除系統；可操作地耦接至該移除系統之再生系統，其用於將移除的該經點火燃料之副產物再循環至經再循環之燃料中；及可操作地耦接至該再生系統之再裝載系統，其用於將該經再循環之燃料再引入用於將該經再循環之燃料移至該燃料裝載區中之該傳遞機構。
  227. 一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW之電源；電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火，且其中該燃料裝載區中之壓力為部分真空；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及 經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿-電力轉換器。
  228. 一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；電連接至該電源之複數個間隔分開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火，且其中該燃料裝載區中之壓力為部分真空；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿-電力轉換器。
  229. 如請求項227或228之電力產生系統，其中該電漿-電力轉換器內之壓力為部分真空。
  230. 如請求項227或228之電力產生系統，其中該燃料裝載區係安置於真空容器內。
  231. 如請求項230之電力產生系統，其中該複數個電極中之至少兩個係安置於該真空容器內。
  232. 如請求項227或228之電力產生系統，其進一步包含真空泵。
  233. 如請求項227或228之電力產生系統，其進一步包含觸媒誘導之低能量氫躍遷電池，其中該觸媒誘導之低能量氫躍遷電池之容器包圍該複數個電極中之一對，且其中該觸媒誘導之低能量氫躍遷電池內之壓力係大於約10-10托之部分真空。
  234. 種電力產生電池，其包含：耦接至真空泵之出口孔；電耦接至至少5,000kW之電源的複數個電極； 經組態以接收主要包含H2O之基於水之燃料的燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將電力傳遞至該基於水之燃料，從而產生電弧電漿及熱功率中至少一者；及經組態以將該電弧電漿及該熱功率中至少一者的至少一部分轉換成電功率的電力轉換器。
  235. 如請求項234之電池，其進一步包括經定位以接收該電弧電漿及該電弧電漿之熱功率中至少一者之至少一部分的電漿-電力轉換器及熱-電力轉換器中至少一者。
  236. 如請求項234之電池，其進一步包括該真空泵。
  237. 如請求項234之電池，其進一步包括該電源。
  238. 如請求項234之電池，其中該燃料包含至少一種金屬氧化物、金屬鹵化物及吸濕材料；至少一種在水性環境中實質上無反應性之金屬；及H2O。
  239. 一種電力產生系統，其包含：至少5,000A/cm2之電源；電耦接至該電源之複數個電極；經組態以接收主要包含H2O之基於水之燃料的燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將電力傳遞至該基於水之燃料，從而產生電弧電漿及熱功率中至少一者；及經組態以將該電弧電漿及該熱功率中至少一者的至少一部分轉換成電功率的電力轉換器。
  240. 如請求項239之電力產生系統，其中該電源為至少10,000A/cm2、至少約12,000A/cm2、至少約14,000A/cm2、至少約18,000A/cm2或至少20,000A/cm2之電源。
  241. 如請求項239之電力產生系統，其中該複數個電極係經組態以將至少4kV施加至該基於水之燃料。
  242. 如請求項239之電力產生系統，其中該電源包括複數個電容器。
  243. 如請求項239之電力產生系統，其中該燃料包含至少一種金屬氧化物、金屬鹵化物及吸濕材料；至少一種選自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之金屬；及H2O。
  244. 如請求項243之電力產生系統，其進一步包括經組態以至少部分地回收產物且使其再生的燃料再生系統。
  245. 如請求項239之電力產生系統，其中該電力轉換器為熱-電力轉換器。
  246. 如請求項239之電力產生系統，其中該電力轉換器包括熱交換器。
  247. 一種產生電力之方法，其包含：將燃料裝載至燃料裝載區中，其中該燃料裝載區包括複數個電極；將至少約2,000A/cm2之電流施加至該複數個電極以對該燃料點火，從而產生電弧電漿及熱功率中至少一者；執行以下至少一者：使該電弧電漿通過電漿-電轉換器以產生電功率；及使該熱功率通過熱-電轉換器以產生電功率；及輸出該產生之電功率之至少一部分。
  248. 如請求項247之方法，其進一步包括在該燃料裝載區中產生真空。
  249. 如請求項247之方法，其進一步包括將惰性氣體傳遞至該燃料裝載區。
  250. 如請求項247之方法，其進一步包括自該燃料裝載區移除氧。
  251. 一種電力產生系統，其包含： 至少5,000kW之電源；電耦接至該電源之複數個電極，其中該複數個電極經組態以將電功率傳遞至主要包含H2O之基於水之燃料，從而產生熱功率；及經組態以將該熱功率之至少一部分轉換成電功率的熱交換器。
  252. 如請求項251之電力產生系統，其中該熱交換器包括電廠、帶鍋爐之蒸汽廠、渦輪機及發電機中一或多者。
  253. 一種電力產生系統，其包含：至少5,000kW之電源；複數個間隔分開之電極，其中該複數個電極中之至少一者包括壓縮機構；經組態以接收主要包含H2O之基於水之燃料的燃料裝載區，其中該燃料裝載區係由該複數個電極包圍，以致該至少一個電極之壓縮機構朝向該燃料裝載區定向，且其中該複數個電極電連接至該電源且經組態以向該燃料裝載區中所接收之該基於水之燃料供電以對該燃料點火；用於將該基於水之燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器。
  254. 如請求項253之電力產生系統，其進一步包含：用於改變由該電漿電力轉換器轉換之電力之品質的輸出功率調節器；及用於輸出經該輸出功率調節器調節之功率的一或多個輸出功率端子。
  255. 如請求項253之電力產生系統，其中該壓縮機構為可移動的。
  256. 如請求項253之電力產生系統，其中該等電極各自包括壓縮機構且該等壓縮機構相互作用以促進該燃料之點火。
  257. 如請求項253之電力產生系統，其中該壓縮機構為可旋轉的。
  258. 如請求項253之電力產生系統，其中該壓縮機構包括齒輪及滾筒中至少一者。
  259. 一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將固體燃料傳遞至該點火腔室的燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該固體燃料供電，從而產生該電漿及熱功率中至少一者；及位於該點火腔室內之活塞，其經組態以相對於該點火腔室移動，從而輸出機械功率。
  260. 一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿及熱功率中至少一者之點火腔室，其中該點火腔室包括出口孔；經組態以將固體燃料傳遞至該點火腔室從而產生該電漿及該熱功率中至少一者的燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該點火腔室供電；及與該出口孔流體連通之渦輪機，其經組態以旋轉，從而輸出機械功率。
  261. 一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以旋轉從而輸出機械功率之葉輪，其中該葉輪包括經 組態以產生電漿及熱功率中至少一者之中空區，且該中空區包括經組態以接收工作流體之進口孔；經組態以將固體燃料傳遞至該中空區之燃料傳遞裝置；及耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該中空區供電，從而對該固體燃料點火且產生該電漿及該熱功率中至少一者。
  262. 一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以旋轉從而輸出機械功率之可移動元件，其中該可移動元件至少部分地界定點火腔室，該點火腔室經組態以產生電漿及熱功率中至少一者；經組態以將固體燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；及耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該固體燃料供電，從而產生該電漿及該熱功率中至少一者。
  263. 如請求項259、260、261或262之系統，其中該電源為至少約10,000A或至少約14,000A。
  264. 如請求項259、260、261或262之系統，其中該電源係小於約100V、小於約10V或小於約8V。
  265. 如請求項259、260、261或262之系統，其中該電源為至少約5,000kW。
  266. 如請求項259、260、261或262之系統，其中該固體燃料包含一部分水、一部分吸水材料及一部分導電成分。
  267. 如請求項266之系統，其中該部分之水佔該固體燃料至少約30mol%。
  268. 如請求項266之系統，其中該部分之吸水材料佔該固體燃料至少約30mol%。
  269. 如請求項266之系統，其中該部分之導電成分佔該固體燃料至少約30mol%。
  270. 如請求項259、260或262之系統，其進一步包括經組態以將工作流體傳遞至該點火腔室之進口孔。
  271. 如請求項270之系統，其中該工作流體包括空氣、H2O及惰性氣體中之至少一者。
  272. 如請求項271之系統，其中該工作流體係以低於大氣壓、大氣壓及高於大氣壓中之至少一種壓力傳遞至該點火腔室。
  273. 如請求項259、260、261或262之系統，其中該對電極中至少一者電耦接至該活塞及該點火腔室中至少一者。
  274. 如請求項259、260、261或262之系統，其中該燃料傳遞裝置包括經組態以將該固體燃料之至少一部分注入該點火腔室中之注射裝置。
  275. 如請求項274之系統，其中該注射裝置係經組態以將氣體、液體及固體微粒中至少一者注入該點火腔室中。
  276. 如請求項259、260、261或262之系統，其中該燃料傳遞裝置包括迴轉料架。
  277. 如請求項259、260、261或262之系統，其中該燃料傳遞裝置及該對電極中至少一者包括經組態以接收該固體燃料之容器。
  278. 如請求項259、260、261或262之系統，其進一步包括冷卻系統、加熱系統、真空系統及電漿轉換器中至少一者。
  279. 如請求項259、260、261或262之系統，其進一步包括經組態以進行由該固體燃料點火產生之一或多種組分之捕捉、再生及再循環中至少一者的再生系統。
  280. 如請求項260之系統，其中該對電極中至少一者電耦接至該渦輪機及該點火腔室中至少一者。
  281. 如請求項260之系統，其中該燃料傳遞裝置包括經組態以將該固體燃料之至少一部分注入該點火腔室中之注射裝置。
  282. 如請求項260之系統，其中該注射裝置係經組態以將氣體、液體及固體微粒中至少一者注入該點火腔室中。
  283. 如請求項261之系統，其中該葉輪包括至少一個經組態以使該工作流體之流動轉向的輪葉。
  284. 如請求項283之系統，其中該工作流體包括空氣、H2O及惰性氣體中之至少一者。
  285. 如請求項261之系統，其中該工作流體係以低於大氣壓、大氣壓及高於大氣壓中之至少一種壓力傳遞至該中空區。
  286. 如請求項261之系統，其中該對電極中至少一者電耦接至該葉輪及該中空區中至少一者。
  287. 如請求項261之系統，其中該燃料傳遞裝置包括經組態以將該固體燃料之至少一部分注入該中空區中之注射裝置。
  288. 如請求項262之系統，其中該注射裝置係經組態以將氣體、液體及固體微粒中至少一者注入該中空區中。
  289. 如請求項288之系統，其中該可移動元件形成該對電極之第一電極的至少一部分。
  290. 如請求項289之系統，其中第二可移動元件形成該對電極之第二電極的至少一部分。
  291. 如請求項262之系統，其中該可移動元件包括經組態以接收該燃料之容器。
  292. 如請求項262之系統，其中該可移動元件包括流體耦接至該點火腔室之噴嘴，其經組態以引導電漿及熱功率中之至少一者之流動。
  293. 如請求項262之系統，其中該可移動元件係經組態以在線性、弧 形及旋轉方向中之至少一者上移動。
  294. 如請求項262之系統，其中該可移動元件包括齒輪及滾筒中至少一者。
  295. 一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；複數個點火腔室，其中該複數個點火腔室各自經組態以產生電漿及熱功率中至少一者；經組態以將固體燃料傳遞至該複數個點火腔室之燃料傳遞裝置；及耦接至該電源之複數個電極，其中該複數個電極中之至少一者與該複數個點火腔室中之至少一者相聯且經組態以向該固體燃料供應電功率，從而產生該電漿及該熱功率中至少一者。
  296. 如請求項295之系統，其中該燃料傳遞裝置包括經組態以相對於該複數個點火腔室中之至少一者旋轉的迴轉料架。
  297. 如請求項295之系統，其中該複數個點火腔室中之至少一者流體耦接至活塞、渦輪機、葉輪、齒輪及滾筒中至少一者。
  298. 如請求項295之系統，其中該複數個點火腔室係經組態以相對於該燃料傳遞裝置旋轉。
  299. 如請求項295之系統，其進一步包括複數個燃料傳遞裝置。
  300. 如請求項295之系統，其進一步包括複數個電源，其中該複數個電源中之至少一者電耦接至該複數個電極中之至少一者。
  301. 如請求項295之系統，其進一步包括經組態以控制電功率向該複數個電極之供應的控制器。
  302. 如請求項301之系統，其中該控制器經組態以控制該燃料傳遞裝置之移動。
  303. 如請求項301之系統，其中該控制器係經組態以控制該複數個點 火腔室之移動。
  304. 一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將基於水之燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電弧電漿及該熱功率中至少一者；及流體耦接至該點火腔室之活塞，其經組態以相對於該點火腔室移動，從而輸出機械功率。
  305. 一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電弧電漿及熱功率中至少一者之點火腔室，其中該點火腔室包括出口孔；經組態以將基於水之燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電弧電漿及該熱功率中至少一者；及與該出口孔流體連通之渦輪機，其經組態以旋轉，從而輸出機械功率。
  306. 如請求項304或305之系統，其中該電源為至少約10,000A或至少約12,000A。
  307. 如請求項304或305之系統，其中該電源為至少約1kV、至少約2kV或至少約4kV。
  308. 如請求項304或305之系統，其中該電源為至少約5,000kW。
  309. 如請求項304或305之系統，其中該基於水之燃料包括至少50 mol%水或至少90mol%水。
  310. 如請求項304或305之系統，其進一步包括經組態以將工作流體傳遞至該點火腔室之進口孔。
  311. 如請求項310之系統，其中該工作流體包括基於水之流體及惰性氣體中之至少一者。
  312. 如請求項310之系統，其中該工作流體係以低於大氣壓、大氣壓及高於大氣壓中之至少一種壓力傳遞至該點火腔室。
  313. 如請求項310之系統，其中該點火腔室形成經組態以再循環該工作流體之閉環系統之一部分。
  314. 如請求項304或305之系統，其中該燃料傳遞裝置包括經組態以將該基於水之燃料之至少一部分注入該點火腔室中之注射裝置。
  315. 如請求項314之系統，其中該注射裝置係經組態以將氣體、液體及固體微粒中至少一者注入該點火腔室中。
  316. 如請求項304或305之系統，其進一步包括冷卻系統及加熱系統中之至少一者。
  317. 如請求項304或305之系統，其進一步包括真空系統及電漿轉換器中之至少一者。
  318. 如請求項304或305之系統，其進一步包括經組態以將與該電弧電漿相關之熱能轉換成不同形式之能量的熱交換器。
  319. 一種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以旋轉從而輸出機械功率之葉輪，其中該葉輪包括經組態以產生電弧電漿及熱功率中至少一者之中空區，且該中空區包括經組態以接收工作流體之進口孔；經組態以將基於水之燃料傳遞至該中空區之燃料傳遞裝置； 及耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該中空區供應電功率，從而對該基於水之燃料點火且產生該電弧電漿及熱功率中至少一者。
  320. 如請求項319之系統，其中該電源為至少約10,000A或至少約12,000A。
  321. 如請求項319之系統，其中該電源為至少約1kV、至少約2kV或至少約4kV。
  322. 如請求項319之系統，其中該電源為至少約5,000kW。
  323. 如請求項319之系統，其中該基於水之燃料包括至少50mol%水或至少90mol%水。
  324. 如請求項319之系統，其中該葉輪包括至少一個經組態以使該工作流體之流動轉向的輪葉。
  325. 如請求項319之系統，其中該工作流體包括基於水之流體及惰性氣體中之至少一者。
  326. 如請求項319之系統，其中該工作流體係以低於大氣壓、大氣壓及高於大氣壓中之至少一種壓力傳遞至該中空區。
  327. 如請求項319之系統，其中該中空區形成經組態以再循環該工作流體之閉環系統之一部分。
  328. 如請求項319之系統，其中該燃料傳遞裝置包括經組態以將該基於水之燃料之至少一部分注入該中空區中之注射裝置。
  329. 如請求項328之系統，其中該注射裝置係經組態以將氣體、液體及固體微粒中至少一者注入該中空區中。
  330. 如請求項319之系統，其進一步包括冷卻系統及加熱系統中之至少一者。
  331. 如請求項319之系統，其進一步包括真空系統及電漿轉換器中之 至少一者。
  332. 如請求項319之系統，其進一步包括經組態以將與該電弧電漿相關之熱能轉換成不同形式之能量的熱交換器。
  333. 種用於產生機械功率之系統，其包含：至少約5,000A之電源；複數個點火腔室，其中該複數個點火腔室各自經組態以產生電弧電漿及熱功率中至少一者；經組態以將基於水之燃料傳遞至該複數個點火腔室之燃料傳遞裝置；及耦接至該電源之複數個電極，其中該複數個電極中之至少一者與該複數個點火腔室中之至少一者相聯且經組態以向該基於水之燃料供應電功率，從而產生該電弧電漿及該熱功率中至少一者。
  334. 如請求項333之系統，其中該基於水之燃料包括至少50mol%水或至少90mol%水。
  335. 如請求項333之系統，其進一步包括至少一個經組態以將工作流體傳遞至該複數個點火腔室中至少一者的進口孔。
  336. 如請求項335之系統，其中該工作流體包括基於水之流體及惰性氣體中之至少一者。
  337. 如請求項335之系統，其中該工作流體係以低於大氣壓、大氣壓及高於大氣壓中之至少一種壓力傳遞至該複數個點火腔室中之至少一者。
  338. 如請求項335之系統，其中該複數個點火腔室中之至少一者形成經組態以再循環該工作流體之閉環系統之一部分。
  339. 如請求項335之系統，其中該燃料傳遞裝置包括至少一個經組態以將該基於水之燃料之至少一部分注入該複數個點火腔室中之 至少一者的注射裝置。
  340. 如請求項339之系統，其中該至少一個注射裝置係經組態以將氣體、液體及固體微粒中至少一者注入該複數個點火腔室中之至少一者中。
  341. 如請求項333之系統，其中該複數個點火腔室中之至少一者流體耦接至活塞、渦輪機、葉輪、齒輪及滾筒中至少一者。
  342. 如請求項333之系統，其中該複數個點火腔室係經組態以相對於該燃料傳遞裝置旋轉。
  343. 如請求項333之系統，其進一步包括複數個燃料傳遞裝置。
  344. 如請求項333之系統，其進一步包括複數個電源，其中該複數個電源中至少一者電耦接至該複數個電極中之至少一者。
  345. 如請求項333之系統，其進一步包括經組態以控制電功率向該複數個電極之供應的控制器。
  346. 如請求項333之系統，其中該控制器係經組態以控制該燃料傳遞裝置之移動。
  347. 如請求項333之系統，其中該控制器係經組態以控制該複數個點火腔室之移動。
  348. 一種點火腔室，其包含：界定中空腔室之外殼，該中空腔室經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者；與該中空腔室流體連通之燃料容器，其中該燃料容器電耦接至一對電極；及與該中空腔室流體連通之可移動元件。
  349. 種點火腔室，其包含：界定中空腔室之外殼；與該中空腔室流體連通之注射裝置，其中該注射裝置經組態 以將燃料注入該中空腔室中；電耦接至該中空腔室之一對電極，其經組態以向該燃料供應足以在該中空腔室中產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的電功率；及與該中空腔室流體連通之可移動元件。
  350. 如請求項348或349之點火腔室，其中該可移動元件包括位於該中空腔室內之活塞。
  351. 如請求項348或349之點火腔室，其中該可移動元件包括位於該中空腔室外部之渦輪機。
  352. 如請求項348或349之點火腔室，其中該可移動元件包括至少部分地包圍該中空腔室之葉輪。
  353. 如請求項348或349之點火腔室，其中該中空腔室係經組態以接收工作流體。
  354. 如請求項348或349之點火腔室，其中該對電極係經組態以將至少5,000A之電流供應至該燃料容器中。
  355. 如請求項348或349之點火腔室，其中該燃料容器係經組態以接收基於水之燃料，該基於水之燃料包括至少50mol%水。
  356. 如請求項348或349之點火腔室，其中該燃料容器係經組態以接收固體燃料，該固體燃料包含一部分水、一部分吸水材料及一部分導電成分。
  357. 如請求項349之點火腔室，其中該燃料為固體燃料，該固體燃料包含一部分水、一部分吸水材料及一部分導電成分。
  358. 如請求項349之點火腔室，其中該注射裝置係經組態以將氣體、液體及固體微粒中至少一者注入該中空腔室中。
  359. 一種用於產生機械功率之方法，其包含：將固體燃料傳遞至點火腔室； 使至少約5,000A之電流通過該固體燃料且將小於約10V之電壓施加至該固體燃料以對該固體燃料點火且產生電漿及熱功率中至少一者；將該電漿及該熱功率中至少一者與工作流體混合；及將該工作流體引導向可移動元件以移動該可移動元件且輸出機械功率。
  360. 如請求項359之方法，其中該電流為至少約14,000A。
  361. 如請求項359之方法，其中該電壓係小於約8V。
  362. 如請求項359之方法，其中該固體燃料包含一部分水、一部分吸水材料及一部分導電成分。
  363. 如請求項359之方法，其進一步包括進行由該固體燃料點火產生之一或多種組分之捕捉、再生及再循環中之至少一者。
  364. 如請求項359之方法，其中該可移動元件在線性、弧形及旋轉方向中之至少一者上移動。
  365. 如請求項359之方法，其中該電流係經由至少一個耦接至該可移動元件之電極供應至該固體燃料。
  366. 一種用於產生機械功率之方法，其包含：將基於水之燃料傳遞至點火腔室；使至少約5,000A之電流通過該基於水之燃料且將至少約2kV之電壓施加至該基於水之燃料以對該基於水之燃料點火，從而產生電弧電漿及熱功率中至少一者；將該電弧電漿及該熱功率中至少一者與工作流體混合；及將該工作流體引導向可移動元件以移動該可移動元件且輸出機械功率。
  367. 如請求項366之方法，其中該電流為至少約12,000A。
  368. 如請求項366之方法，其中該電壓為至少4kV。
  369. 如請求項366之方法，其中該基於水之燃料包括至少90mol%水。
  370. 如請求項366之方法，其中該可移動元件在線性、弧形及旋轉方向中之至少一者上移動。
  371. 如請求項366之方法，其中該電流係經由至少一個耦接至該點火腔室之電極供應至該基於水之燃料。
  372. 一種用於產生機械功率之方法，其包含：將固體燃料供應至點火腔室；將至少約5,000A供應至電耦接至該固體燃料之電極；對該固體燃料點火以在該點火腔室中產生電漿及熱功率中至少一者；及將該電漿及該熱功率中至少一者之至少一部分轉換成機械功率。
  373. 如請求項372之方法，其進一步包括將工作流體供應至該點火腔室。
  374. 如請求項373之方法，其中該工作流體包括空氣、H2O及惰性氣體中之至少一者。
  375. 如請求項373之方法，其進一步包括在將該工作流體注入該點火腔室中之前，對該工作流體加壓。
  376. 如請求項373之方法，其中將該電漿及該熱功率中至少一者之至少一部分轉換成機械功率包括將該工作流體之流動引導向可移動元件。
  377. 如請求項376之方法，其進一步包括在線性、弧形及旋轉方向中之至少一者上移動該可移動元件。
  378. 如請求項372之方法，其進一步包括將至少約10,000A供應至該固體燃料或將至少約14,000A供應至該固體燃料。
  379. 如請求項372之方法，其進一步包括將小於約100V供應至該固體燃料，將小於約10V供應至該固體燃料或將小於約8V供應至該固體燃料。
  380. 如請求項372之方法，其進一步包括將至少約5,000kW供應至該固體燃料。
  381. 如請求項372之方法，其進一步包含在該點火腔室中產生部分真空。
  382. 如請求項372之方法，其進一步包含進行由該固體燃料點火產生之至少一種或多種組分之捕捉、再生及再循環中之至少一者。
  383. 一種用於產生機械功率之方法，其包含：將基於水之燃料供應至點火腔室；將至少約5,000A供應至電耦接至該基於水之燃料之電極；對該基於水之燃料點火以在該點火腔室中形成電弧電漿及熱功率中至少一者；及將該電弧電漿及該熱功率中至少一者之至少一部分轉換成機械功率。
  384. 如請求項383之方法，其進一步包括將工作流體供應至該點火腔室。
  385. 如請求項384之方法，其中該工作流體包括基於水之流體及惰性氣體中之至少一者。
  386. 如請求項384之方法，其進一步包括在將該工作流體注入該點火腔室中之前，對該工作流體加壓。
  387. 如請求項384之方法，其中將該電弧電漿及該熱功率中至少一者之至少一部分轉換成機械功率包括將該工作流體之流動引導向可移動元件。
  388. 如請求項387之方法，其進一步包括在線性、弧形及旋轉方向中 之至少一者上移動該可移動元件。
  389. 如請求項383之方法，其進一步包括將至少約10,000A供應至該基於水之燃料或將至少約12,000A供應至該基於水之燃料。
  390. 如請求項383之方法，其進一步包括將至少約1kV供應至該基於水之燃料，將至少約2kV供應至該基於水之燃料，或將至少約4kV供應至該基於水之燃料。
  391. 如請求項383之方法，其進一步包括將至少約5,000kW供應至該基於水之燃料。
  392. 如請求項383之方法，其進一步包含在該點火腔室中產生部分真空。
  393. 一種經組態用於陸上輸送之機器，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電漿、該電弧電漿及該熱功率中至少一者；流體耦接至該點火腔室之可移動元件，其經組態以相對於該點火腔室移動；及機械耦接至該可移動元件之驅動軸，其經組態以向輸送元件提供機械功率。
  394. 如請求項393之機器，其中該輸送元件包括機輪、軌道、齒輪總成及液壓部件中至少一者。
  395. 如請求項393之機器，其中該輸送元件形成汽車、機車、雪地車、卡車及火車中至少一者的一部分。
  396. 一種經組態用於航空輸送之機器，其包含： 至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電漿、該電弧電漿及熱功率中至少一者；流體耦接至該點火腔室之可移動元件，其經組態以相對於該點火腔室移動；及機械耦接至該可移動元件之航空元件，其經組態以在航空環境中提供推進。
  397. 如請求項396之機器，其中該航空元件包括航空螺旋槳及壓縮機中至少一者。
  398. 如請求項396之機器，其中該航空元件形成渦輪噴射發動機、渦輪風扇、渦輪螺旋槳、渦輪軸、螺槳風扇、衝壓式噴射發動機及超音速燃燒衝壓式噴射發動機中至少一者的一部分。
  399. 一種經組態用於海洋輸送之機器，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電漿、該電弧電漿及該熱功率中至少一者；流體耦接至該點火腔室之可移動元件，其經組態以相對於該點火腔室移動；及機械耦接至該可移動元件之海洋元件，其經組態以在海洋環境中提供推進。
  400. 如請求項399之機器，其中該海洋元件包括船用螺旋槳。
  401. 如請求項399之機器，其中該海洋元件形成泵浦噴射機、液力噴射機及水噴射機中至少一者的一部分。
  402. 一種工作機器，其包含：至少約5,000A之電源；經組態以產生電漿、電弧電漿及熱功率中至少一者的點火腔室；經組態以將燃料傳遞至該點火腔室之燃料傳遞裝置；耦接至該電源之一對電極，其經組態以向該燃料供電，從而產生該電漿、該電弧電漿及該熱功率中至少一者；流體耦接至該點火腔室之可移動元件，其經組態以相對於該點火腔室移動；及機械耦接至該可移動元件之工作元件，其經組態以提供機械功率。
  403. 如請求項402之機器，其中該工作元件包括旋轉軸、往復桿、嵌齒、螺旋鑽及輪葉中至少一者。
  404. 如請求項402之機器，其中該工作元件形成冷凍機、洗衣機、洗碗機、剪草機、除雪機及剪枝機中至少一者的一部分。
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