TW585928B - Hydrogen-based ecosystem - Google Patents

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585928 A7 B7 五 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 發明說明（1 ) 相關應用 本申請案為Ovshinsky等人於1999年11月5日申請 之美國申請案序號第09/435，497號，標題為“實現以氩 為底之生態系統之高儲存容量合金”之部分連續申請案。 發明領域 本發明大致係有關一種以氫為底之生態系統，其係藉由 首次可真實地利用下一世紀最無所不在且終極之燃料來源 -氩之革命性的新穎儲氫合金予以實現。尤特別地，本發明 係描述一種與結合所有必要特質以解決安全且有效的儲存 問題且亦解決基礎結構問題之系統整合之儲氩合金的用 途°其可實現氫的運輸及傳送，用於（舉例但非限於）賦 予内燃機或燃料電池電動車輛之動力。 通常此系統為一種氩氣的產生/分佈系統，其中在其任 何分系統所產生之廢熱被回收並於其他分系統被再使用。 此系統為運輸及傳送氩氣之最有效方式。 發明背景 本專利申請案首次描述一種供以氩為底之節約系統用之 完整的產生/儲存/運輸/傳送系統。其可藉由已超越至 今被認為無法解決之化學、物理、電子及催化性障礙之健 氩合金而實現。此等合金被完全揭示於待審中之由 Ovshinsky等人於1999年11月5曰申請之美國專利申請案 序號09/435,497,標題為“實現以氩為底生態系統之高储 .3—.一

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度 ώ C V X I - 585928 A7 B7 五、發明說明（ 存谷量合金”中。，497申請案特別係有關一種可解決至目 前為止仍無解之問題的合金，其具有充分儲氩容量與特別 快速動力以容許安全有效率之氫儲存來提供燃料給以氫為 底之節約系統，諸如賦予内燃機或燃料電池電動車輛之動 5力。本發明與，497申請案合併，解決了抑制“終極燃料，，（亦 即儲氩容董及氙基礎結構） 使用的雙鹼性障壁。因為現有 一種可接受的儲存材料，基礎結構於是得以解決。利用此 種合金，氩在固體形式可安全地藉小船、載貨船、火車、 卡車等予以運送。這樣的基礎結構需要遍及整個系統之熱 10管理及有效率的熱應用，這也就是本發明所達成者。 在’497申請案中，本案發明人首次揭示具有儲氩容量高 於約6重量％與異常動力之以為底合金的製造方法。 此革命性的突破係藉考慮作為系統之諸等材料且藉此利用 化學改質劑及無序與局部次序之原理（以Standford 15 R〇vshinsky(本案發明人之一）為先鋒）予以達成，以此方 式提供必要之催化性局部次序環境（諸如表面），同時設計 供儲存及高速充電/放電循環之整艎特性。換言之，此等 原理允許藉控制顆粒大小、拓樸形態、表面狀態、催化活 性、微結構及儲存容量之總體交互作用環境來定製材料。 20 隨著世界人口膨脹及其經濟成長，二氡化碳的大氣濃度 正暖化地球，引起氣候變化。然而，全球能源系統正穩定 地脫離富含碳之燃料（其之燃燒會產生有害氣艘）〇專家說 下一世紀末，二氧化破的大氣含量可能雙倍於前工業時代 的含量，但他們亦說除非低碳燃料的趨勢持績進行超過 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------Γ 訂丄丨，------^^^^1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 A7 五、發明說明（ 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 100年，否則此含量將會更高。此外，化石燃料會引起污 染，且國與國間之策略性軍事競赛亦為一形成原因的因 素6再者，波動的能源價格為遍及全球之一經濟不安定的 根源。 將近一個半世紀以來，含高量碳之燃料已漸被含少量碳 之燃料所取代β首先是木頭（其含碳多），其在19世紀末 期因煤（含碳少）而衰退；再來是油（具有更低碳含量）， 在1960年代推翻“煤炭王國”的地位。現在，分析家指出， 天然氣（更少碳量）正進入其全盛時期，而提供完全無碳 燃料之氩的時代终將露出曙光。結果，專家估計今日世界 的經濟，對每單位所製造之能源而言，燃燒較186〇年代 低二分之二的碳，儘管以碳為底之燃料仍被汽車工業所使 用。 在美國，據估計，自從1950年以來，結合較大能源效 率之低碳燃料的趨勢已降低約一半之每單位經濟生產力所 產生之礙量。因此，能源系統的去碳化為最近20年之系 統分析所顯現之唯一最重要的因素。現已預測到，此革命 在21世紀末將產生一種無複能源系統。本發明縮短此期 間至年的問題。以最接近的話說，氩將被用於汽車、卡車 及工薇的燃料電池中，如同所提供給繞軌道太空船之動力 一樣。但最終地，氩亦將提供一般之無碳燃料以滿足所有 燃料需求。 如近年來之報章所報導者，大型工業（尤其在美國地區） 長久以来一直懷疑地球正在暖化的宣稱，且喧嚷地否定氣 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} --------Jirl··—------ 尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 585928 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（4 ) 候變化的科學。他們之中，電氣事業起初是抱持著有關氣 候變化的國際協議會降低經濟成長和成本工作的觀點。但 現已發生戲劇性的轉變，即對此問題已有所認識且已致力 來解決。因此，足為激勵的是，一些世界最大公司，如R〇yal 5 Dutch/Shell及BP Amoco (兩大歐洲油品公司），現坦白 陳述（曾經被認為是異論者）：全球暖化是事實，且值得 立即行動。許多美國公用事業誓言找出方法來降低其電廠 對大氣的傷害。杜邦，世界最大的化學品公司，甚至宣稱 自願在十年内將溫室氣體排放量降低至其在199〇年水準 10之35%。汽車工業，其對溫室氣體及其他污染物之排放為 一實質的貢獻者（儘管其車輛確實減少排放），現巳瞭解到 變化是必要的，正如同它們之電動及混合式車輛所證實 者。在此領域中，本發明的受讓人已發展〇v〇nic鎳金屬 氩化電池，此賦予動力的電池可實現電動及混合式汽車。 15 圖1 (得自碟實的工業來源）為一說明對無碳環境之社 會動向相對時間的函數圖（始自18〇〇年代早期之木頭的 使用，到約2010年（一種“氩，，經濟開始後）結束）。在18〇〇 年代，燃料主要是木頭，其中氩對碳的比例為約〇1。隨 著社會轉變到煤與油的使用，氩對碳的比例先增加到丨3, 20然後增加到2。近來，社會正逐漸接近甲烧的使用，其中 氮對碳的比例再増加至4 (甲燒具有嚴重之安全、成本及 基礎結構之問題）。然而，社會的最終目標是使用一種無碳 Μ料’亦即最無所不在的元素，純氩，其阻礙是缺乏固態 儲存容量及基礎結構。本專利申請案之，497申請案之發明 ___ ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 x w^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------Γ 訂卜· 1·------ ^ r w >·*·_ tv 585928

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 人已藉發明-種具有特異吸收/解吸動力（亦即在少於2 分鐘内充電至少8〇%)之7%健存材料（7%為非最適數 字且隨著較佳動力而増加）而使其實現。此等合金首次提 供儲存、運輸及傳送純氣之安全的高容量裝置，其為本申 5 請案之標的。 氬是“終極燃料，事實上，其被大多數人認為是下一世 紀之“THE”燃料，且它是用不盡的。氩是宇宙中最豐富的 元素（超過95%)且是“大爆炸，，所產生的第一種元素。氩 可提供我們的1球一種用之不盡的乾淨能源，其可藉分裂 10 水成為氩和氧之各種方法來製造。氩可以固態形式被儲存 及運送。本專利申請人描述一種用於此種以氩為底節約系 統之完整的產生/儲存/運輸/傳送系統。舉例來說，如 美國專利案第4,678,679號（其内容併入本文作為參考） 所提出者，一種經濟、質輕之三重接合的無定形矽太陽能 15 電池（以Standford R.Ovshinsky(本案發明人之一）為先鋒 之發明）可穩定地被排列鄰近於水體，於該處彼等固有之 高度開放迴路電壓可被用來解離水成為其組成氣體，並收 集所產生的氩。又，可放置此等高效率、質輕之太陽能板 於鄰近的農田、水中或陸地上。再者，解離水形成氩之光 20 電法可為全世界解決水純化問題之一個手段◊可產生電力 以運輸及抽送氩進入包括高儲存容董、輕質金屬氩化物合 金之金屬氩化物儲存床中。，497申請案之合金的超高容量 可使氪以固體形式被儲存，及藉载貨船、油罐車、火車或 卡車以安全、經濟的形式被運輸供最终使用。能源為現今 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ____________--------T 訂卜-丨------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ 585928 A7 B7 五、發明說明（6 ) 社會生命及人民之基本需求，而以本文所述方式利用氩作 為基本能源將縮小尋找控制化石燃料之可能性。取代、由 儲井至車輪' 現所引述之片語將是、由能源至車輪命。 過去，已相當注意到使用氩作為燃料或燃料補充品。雖 5然世界的油儲量為可用盡的，但氩之補充仍是實質上無限 的。氩可由煤炭、天然氣及其他碳氩化物來製造，或由水 之電解來形成，較佳為藉由主要由氩所構成之太陽而來的 能源，太陽本身可被認為是一種巨大、氫爐、然而氫可在 不利用化石燃料下來製造，諸如藉由利用核能或太陽能或 1〇任何其他形式之經濟能源（如風、波浪、地熱等）電解水 而成。另外，氩是一種天生低成本之燃料。對每單位重量 之任何化學燃料而言，氟具有最高能量密度，且因為★燃 燒夕氫之主要副產物為水，其實質上是無污染的。因此，… 氣可為一種解決許多世界能源相關問題（如氣候變化、污 15染、對油品之策略性依賴等）的手段，並提供 中 國家的方法。 ㈣中 雖然氩具有作為燃料之廣泛潜在用途，但在其利用上 (特別是在諸如汽車動力之汽車用途）之主要缺點為缺少 可接受之質輕的儲氩基質β氩以壓縮氣體方式之儲存必^ 使用大且重的容器。因此，如圖2所示，在5〇〇碎/平/方 英吋下之壓縮氩僅有31克/升的密度。另外，需要大且 昂贵的愿縮器來儲存成為麵體之氩，而經壓縮的氩是 一種極大的爆炸/起火危險。 氩亦可以液態被儲存β惟以液態形式之儲存，當被用作 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -----I--^奸· ^-------· » mat__I— » f···_ v 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 20 585928 A7 B7 五、發明說明（7 10 15 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 20 汽車的燃料時，因氩是相當易燃的，會出現嚴重的安全問 題液態氫亦必需被維持極度冷卻（低於_25 3°C )且若溢 出的話為高度揮發者。然而，液態氫的製造很昂貴，且液 化過程所需的能量是燃燒氩所產生能量的主要部分。以液 態形式儲存的另一缺點是氩因蒸發的成本損失，其可高達 每天5%。而且液態氩的儲存密度，如圖2所示，僅71 克/升。 首次，氩以固態氩化物形式的儲存，利用本申請案之原 子工程合金，較之壓縮氣體或於壓力槽中之液體的儲存， 可提供敉大重董比例之儲存。而且，以固態氩化物形式之 氫儲存是安全的，且不會出現氩以氣體或液體被儲存於容 器中之任何安全的問題，因為當氩以固體氩化物形式被儲 存時，係以其最低自由能狀態存在。如圖2所示，以7% Ovonic熱儲氩合金形式之氩儲存，提供1〇3克/升的氩 密度，高於3倍之壓縮氩氣體的密度。除了與氣體或液體 氩之儲存有關的問題外，亦有與此等形式氩的運輪有關的 問題。例如，液艎氩之運輸將需要超絕緣的槽，其為笨重 且大體積的，且易於破裂及爆炸。又，一部分的液態氣需 要隨時被留存於槽中，以避免槽之加熱及冷卻，引發大的 熱損失。至於氣體氩的運輸，加壓槽可供小量氙使用作 其也易於破裂及爆炸。就較大量而言，則需要建構一全新 的氩管線運輸系統，或者必須採用壓縮機工作站和天然氣 現有管線系统之閥及墊圈，並更新為氩的使用（此係假定 現有管線的建構材料為適合氩之運輸者）。 t紙張尺度適用中國國家標準χ 297公楚） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ^、I ϋ H ^1 ^1 ϋ I ‘ .唁： 矣 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 A7 B7 五、發明說明（8 ) 因此，就一種氩之產生/儲存/運輸//傳送之完整基礎 結構系統而言，於此技藝中仍有克服習知技術限制之強烈 且重要的需求。 5 發明概述 本發明提供一種氫之產生/儲存/運輸/傳送之完整基 礎結構系統，其依次可實現氩生態系。此種基礎結構系統 必須為高能效率的，且此係利用高容量、低成本、具有快 速動力之質輕Ovonic熱儲氩合金予以達成。通常，此系 10 統是一種氩的製造/分佈系統，其中在其任何分系統所產 生之廢熱被回收並於其他分系統被再使用。因此，整個系 統的熱能負荷被最適化，供熱能之最有效率的利用。此系 統包括下列分系統：1)動力產生；2)氫產生；3)氩之 純化/壓縮；4)氩儲存於氩化物床；5)藉由卡車、火車、 15 船隻、貨車等之氩化物的運輸；6)氩之配送網路；及7) 氩之終端使用◊整個基礎結構中，氩化物形成的熱被回收 再利用，諸如用於由氩化物床來源釋出氪，或用於氩/動 力產生。 氩被儲存於以鎂為底之儲氩合金粉末中。此等合金首次 20 能使用氩之固態儲存與傳送，以發動以氩為底之節約系統， 特別是發動汽車之能源消耗的應用，諸如内燃機及燃料電 池電動汽車。合金包含大於約90重量之鎂且具有a)至少 6重量％之儲氩容量；b)吸收動力，使合金粉末在300°C 下於5分鐘内吸收其總容量之80% ; c)介於30和70微 —10— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫_本頁) --------l=tri·—,------ 585928

五、發明說明（10 ) 結構系統之文字說明； 圖4為囷示說明一族不同之0v0nie儲氫合金，在⑽乞 下之壓力-組成-溫度曲線，此等合金可用於壓縮/推進本 發明基礎結構之氩； 5 圖5為一圖，係以文字敘述儲氩合金所需要的特徵，為 的是使此種合金具有所期望之動力特性，特別標明的是表 面及整體成核； 圈6為一 SEM圖，顯示僅表面成核對本發明以鎂為底 儲氩合金之氩化的影牢； 10 圖7為一 SEM圔，顯示整體成核對本發明以鎂為底儲 氩合金之氩化的影黎； 圓8為合金FC· 10在3種不同溫度下之壓力_组成-溫度 (PCT)曲線圊； 圖9為合金FC_76在3種不同溫度下之PCT曲線圖； 15 圖10為FC_76合金之吸收動力圖；特別繪出3種不同 溫度下之氩吸收（重量％)相對於時間之囷。 圖11為FC_76合金之吸收動力囷；特別繪出3種不同 溫度下之氩吸收（重董％)相對於時間之圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圈12為FC_86合金之吸收動力圓；特別繪出3種不同 20 溫度下之氩吸收（重董％)相對於時間之圖。 圖13為具有兩種不同顆粒大小之；pc_76合金粉末之吸 收動力圖； 圖14為根據本發明7%〇v〇nic熱儲氩合金之吸收及解 吸的PCT曲線圖；特別注意的是此材料缺乏較大的的遲滯 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 585928 A7 —--^ 五、發明說明（11 ) 現象。 圓15顯示本發明之具逋例，其中與儲氫合金材科結合 之支撐裝置被螺旋纏繞成一捲； 囷16顯示一本發明之另一不同具體例，其中與摊氮合 5 金材料結合之支撐裝置被排列成複數堆疊圓盤； 圖17顯示一種獨特的氩化物儲存床設計，其町用於本 發明之基礎結構，其特別可用於其内氩吸收材料之高流透 氩的冷卻β 圖18係圖示說明用於發動内燃機汽車之氩氣供應系 10 統；及 圓19係囷示說明用於發動燃料電池電動汽車之氟氟供 應系統。 C請先閲讀背面Μ涑意事頊存填寫本貢) ----- ---:灯·11,1 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 發明之詳細說明 通常此系統是_種氩製造/分佈系統，其中在其#何分 系統所產生之廢熱被回收並於其他分系統被再使用。因此， 整個系統的熱能負荷被最適化，供熱能之最有效率的利 用。圖3為本發明氩之產生/儲存/運輸/傳送之完榮基 礎結構系統之文字說明，其依序可實現氩生態系。為使此 基礎結構為高能源效率，使用具有特別快速動力之高容 量、低成本、質輕Ovonic熱儲氩合金材料來儲存氣。 系統包括下列分系統：1)動力產生31 ; 2)氫產生32 •此 氩之純化/壓縮33 ; 4)氩儲存於氩化物床34 ; 車、火車、船隻 5)輳由 3) 卡 、貨車等之氩化物的運輸;; 6)氣之&、 -13—

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網路39;及7)氩之终端使用37。整個基礎結構中，氩化 物形成的熱（亦即，Μ+ H2 — MH +熱）被回收再利用 諸如用於由氫化物床來源釋出氫，或用於氩/動力產生。’ 本文所引述之術語、廢熱〃一般代表在基礎結構之任何 5製法中所產生之任何形式之可用熱，其一般被損失或棄置 於周圍環境中。 #交換/熱回收 如上所述，在整個基礎結構系統及所有分系统中，一項 10極重要的方面是藉許多相關方法所產生之熱的回收及再利 用，此大為降低加熱氫化物床以釋放所儲存氩之額外的能 量負荷，且有效地使用廢熱，藉此消除釋出熱至環境中的 需要。 此種熱回收可由分系統31、32、33及34的组合而獲 15 得。可回收熱之第一處為當氫被儲存於氩化物床時，由發 生在分系統34之放熱氩化物反應而來。廢熱可被轉移至 需要的分系統，例如於分系統31中產生動力或於分系統 32中製造氩，或視需要壓縮或純化於分系統33中的氩。 另外，在分系統33中，氩之純化及壓縮之任何過量的熱 20 可被轉移至分系統31或32中。 熱回收之下一個地點是氩由分系統34轉移至分系統 35。假定氩被儲存於分系統34中之固定式儲存槽並被轉 移至分系統35中之供運輸用之移動槽。在分系統35中氩 化物形成之熱可被用來加熱分系统34之氩化物床以釋出 —14一 $紙張尺度適用午國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 丨裝--------^訂-------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928

所儲存的氩。 進一步的熱回收可應用在氩由分系統35轉移至分系統 36中。同樣此係假定氩被儲存於分系統35之移動槽中並 被轉移至位在分系統36中之配送網路中之固定槽。在分 5系統36中氩化物形成之熱可被用來加熱分系统35的氩化 物床以釋出所儲存的氩。 最後，在氩由分系統36轉移至分系統37時可回收熱。 在分系統36中氩化物形成之熱可被用來加熱分系統35的 氩化物床以釋出所儲存的氩。當然這是假定由一分系統至 10另一分系統有氩的局部轉移，且沒有氩的局部管線分佈。 實施此種熱交換（即當吸收發生時冷卻氩化物床）之最 有用且最簡單的方式是藉由高流速之氩氣冷卻。如此，當 氩正被氩化物床所吸收時，過量的氩氣即流過該床，帶走 氩化物形成之熱。此種冷卻/熱轉移的方法簡化床的設計， 15並分開不被需要的冷卻媒質管道。這的確會產生一可能的 難題（其將藉本文如下所設計的床予以克服），亦即在高速 氩氣流動中儲氩材料的輸送問題。藉如下所述之床設計， 可克服此問題。 20 鬼L力產生分系统3 1 在氩之產生/儲存/運輸/傳送系統中之第一步驟為動 力產生。不管氣是如何產生，都需要一些動力來源。動力 之、無污染水源的實例包括風力、太陽能動力、地熱動力、 波浪動力、水力發電動力及海洋熱能轉換（OTEC)動力。 一15— 尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) '' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------卜:1T-h 丨；------ % r p VI ^ κ I_ t 〆 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 A7 B7 五、發明說明（仏） 其他動力來源包括藉由碳氩化物或化石燃料（如煤炭、油 及天然氣）的燃燒所產生的動力及核子動力β任何個別的 方法或其組合均足以產生所需要的動力。製造之最方便的 動力形式基本上為電力，因為電能容易被轉換成其他能量 5 形式，且可用於直接電解水形成氩和氧。 產生動力之最有用的方法為經由太陽能。舉例來說，如 美國專利案第4,678,679號（其内容併入本文作為參考） 所提出者，經濟、質輕之三重接合的無定形矽太陽能電池 (以Standford R· Ovshinsky(本案發明人之一）為先鋒 10 之發明）可穩定地被排列鄰近於水體，於該處彼等固有高 度開放迴路電壓可被用來解離水成為其組成氣髏，並收集 所產生的氩。又，可放置此等高效率之太陽能板於鄰近的 農田、水中或陸地上。電力可被產生以運輸及抽送氩進入 金屬氩化物儲存床。 15 氪氣產生分系统32 一旦動力已於動力產生分系統31中產生，至少一部分 動力隨後被用來產生氩。就商業基礎之氩製造而言，目前 所使用的覯，是天然氣的蒸氣轉換、油品的部分氡化及水 20 的電解。在此等系統中，較佳的方法（雖然目前並不是最 經濟的方法）為水的電解。此方法為較佳的原因是原料為 水及電，兩者都是完全可更新的，因為a燃燒〃氯之主要 副產物為水，電力可由更新的能源（如太陽、風、地熱、 波浪等）來製造。另一方面，碳氩化物的轉變或部分氡化 一16— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------丨^-· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（15) 使用可用盡的碳源以及熱能和水。 一種可用的電解衫久為固態聚合物電解質電解法。此方 法被預期為高效率真具有較之傳^製造法更低的成本° 聚合物離子交換膜被用作電解質’而電極直接被附著至膜 5上。利用此技術，<達成高能效率β利用純水作為無驗的 循環液艘可較傳統檢性水電解法更容易地維持設備。 另一種製造氩的方法是藉由光電解法。利用一種在電化 電池中之光陽極產生氮需要至少一種反電極於電解液中。 電化電池可利用一糗光陰極或一種帶有光陽極之傳統金屬 10陰極。電解質可為酸性或鹼性。當電解質為酸性時，在反 電極上的反應為： (a) 2H+ + 2e、H2 當可獲得充分的電子時，此反應係於暗處中進行。在光陽 極上，反應為： 15 (b) H2〇 + 2H+^2H+ + 〇2 當電解質為鹼性時，在反電極上的反應為： (c) H2〇 + e、H2+ OH· 在光陽極上之反應為： (d) 20HT + 2H+ 4 H20 + 02 20 舉例說明，當η型半導體光陽極被曝露於光中時 由價能帶被激發至傳導帶，藉此在價能帶產生電祠及在傳 導帶產生電子。在光陽極上所產生的電子藉著外部電連接 至反電極予以傳導，於該處電子與電解質溶液中水分子的 氩離子結合產生氩氣◊在光陽極上電子由溶旋中的羥基 本紙張尺度適肖+關家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱)_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂-------- 585928 A7 五、發明說明（16 ) =供’以填補由光陽極之激態電子所產生的電洞並 和電洞間產生良好的電荷分離施予一正電位 ==伏特)以寶曲傳導及價能帶。這會產生-電場， 5 ==至傳導帶的電子，當吸收光能時再與價能帶 所產生的電洞結合。譜帶的臀曲亦引導激態電子進入電路 中’及引導電洞至光陽極的表面在那裡他們可容易地與 電解液所提供_基離子結合1選擇具有較H2〇/H2 能階更為負電性之傳導帶能階的半導想水之電解可單獨 透過使用太陽能予以達成。反應之至少-部分電極電位可 由光供應，以降低來自外部電源所需要的能量。為使效率 最適化，光陽極所用的半導艘應具有譜帶間隙在15至 l’7eV的大約範園’附帶有可與電解質溶液相容之費密 (Fenru)能階in.型半導艘而言水電解法最好係當半 導體具有稱大於1.5eV的譜帶間隙時進行。小的功函數亦 為需要的，使得電子可擴散於水中，以獲得熱平衡。此將 引起半導艘的能帶被寶向接近電解質的介面。然後入射光 被吸收於產生電子·電洞對的半導艘中。光激發的電洞藉内 部電場被加速朝向半導體.電解質介面。當電洞在正碟能量 下被注射於水中時’氧氣被引出靠近光陽極，氩氣被引出 靠近反電極（根據前述方程式3和b或d之反應）， 端視是否使用睃性或驗性系統而定。用於此種光電解系統 之特殊光電極被描述於美國專利案4 511 638及 4’656，1〇3中，兩案被讓舆給本發明之受讓人其之内容 I_____-1»- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵〇 χ挪公髮）-

10 15 20 tr 585928 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（17 ) 併入本文作參考。 氤純化及屋統31 一旦氫氣已於氩發生分系統中被製造時，其需要被純化 5 (亦即必須移除有害的惰性成分）及被壓縮儲存。純化氩 最有用的方式為使其通過選擇性的氩過濾器。典型的過渡 器容許氫氣通過，但防止其他氣體通過。此種過濾器可由 銘合金製造，或更佳的（基於成本考量）由低成本儲氩材 料製成。也就是說，傳統過濾器極為昂貴，且容易被 10 Ovonic儲氟材料所取代，其為低成本且可有效地由氣流 中過濾氫氣。除了此種濾器外，其他氩純化器的有用成分 可包括氧及/或水清除劑。 至於壓縮，氩氣可藉由被用作氩用途之傳統機械式壓縮 機予以壓縮，或較佳地，氩氣可利用非機械式的氩化物壓縮 15 器/幫浦被壓縮。此種氩化物壓縮器的實例被揭示於 Powell等人於1978年4月25日被公告之美國專利案4,085, 590中。圊4為一族不同之Ovonic儲氩合金，在30 °C下 之壓力-組成-溫度（PCT)圈，此等合金可藉在低溫下吸收 氩及在高溫及高壓下解吸氩而單獨被用於壓縮氩，藉此增 20 加（壓縮）氫的壓力。合金亦可被組合使用以產生一在相 同原理下作用，但較任何單一合金有更高壓縮力之階級式 廢縮機。利用此等Ovonic儲氣合金的組合β 儲氪分系統34 一旦氩氣已於分系統33中被純化及壓縮時，氩需要被 —19— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 585928 A7 _______—___B7 五、發明說明（19) 實施例1 製造具有代號FC-10之改質Mg合金，其具有下述組 成·· 91·0重量重量％iNi、5 6重量％之 A卜0.5重量％之丫和2.G重量％之隐。於—手套箱中 5將個別的生合金元素混合。將混合物置於石墨掛鋼中並將 此坩鍋置於爐中。在坩鎬底部具有2 〇毫米的氮化硼模孔， 被-可移動#氣化蝴桿塞纟。坡子被抽氣至極低壓且以氬 氣氣務二次，爐中的氛氣壓力被升至1镑/平方英叶，且 當坩鍋被加熱至60(TC時維持此壓力。一旦融化完全，將 10氣化爛桿拉起並在壓力下將氩氣注入爐中。融化的合金經 由氮化硼模孔流出坩鍋而至一非水冷卻式、水平旋轉的鋼 輪上。該輪（在約l〇〇〇rpm下旋轉）固化合金成為顆粒， 其隨之彈出覆蓋旋轉輪之水冷式銅蓋，掉入不銹鋼盤中， 並於盤中逐漸冷卻。將5克的固化合金碎片與100毫克的 15 石墨助磨劑混合。將此混合物機械研磨3小時。經研磨的 合金隨之藉過篩予以分類，以回收具有顆粒大小介於30 和65微米之間的材料。此合金具有約6.5重量％之氩的 儲存容量，且在約300°C的溫度下於少於5分鐘内吸收最 大容量之80%。合金特性的其他細節被陳述於下。 20 實施例2 製造具有代號FC_76之改質Mg合金，其具有下述组 成：95.6重量％2Mg、1·6重量％2Νί、0·8重量％之 Si和2.0重量％之Mm。此合金之形成係如實施例1相同 —21— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 A7 五 、發明說明（2〇 的方式，惟爐溫為850°C且模孔大小為2.5毫米。此合金 具有約6·9重量％之氫的儲存容量，且在約300°C的温度 下於少於1·5分鐘内吸收最大容量之80%。合金特性的其 他細節被陳述於下。 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 ίΜΜΛ 製造具有代號FC_86之改質Mg合金，其具有下述組 成：95重量％iMg、2重量和3·0重量％iMm。 此合金之形成係如實施例1相同的方式，惟爐溫為75〇〇c 且輪轉速為1400rpm。此合金具有約7重量％之氩的儲存 容量，且在約275°C的溫度下於少於2·3分鐘内吸收最大 容量之80%。合金特性的其他細節被陳述於下。 較佳儲氣合金之獨特之處在於組合有高儲存容量及優越 的吸收/解吸動力。合金組成物及儲氩材料之顆粒尺寸的 組合於動力上具有顯著的效果。也就是說，材料（不管特 殊組成）的動力隨著減低之顆粒大小而改良。特別地，具 顆粒大小在70微米下之材料為最有用的。尤其，3〇’_7〇 微米的顆粒大小提供優越的動力，而且可容易地被製造。 增加顆粒大小使製造容易，但顯著降低降低材料的動力 而藉由研磨降低顆粒大小是很困難的，因為此等以叫為 底合金為高度柔軟的。事實上，在工業上可能需要使用氣 艘微粒化法以製造大量的顆粒合金，㈣是 以致不能有效地被研磨者。關於本發明合金之一項1重點是 即使當被氫化時，it些細磨粉末不會自我點燃及在空氣中 ——22— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------;tr-i.------· 585928 A7 B7 五、發明說明（21 ) 燃燒，這對純氫化錄粉末而言是矛盾的。然而，若需要， 可於其上塗覆一單原子層之可保護顆粒但可使氮氣通過之 材料（如碳、鎳或聚合材料）。 圖5為一圖，係以文字敘述儲氩合金所需要的特徵，為 5 的是使此種合金具有推動燃料電池和内燃機引擎所需要的 動力特性，並圖示説明此等概念。特別地，圖5顯示除了 表面成核外，亦顯示整艘成核如何增加H2解離成2H之催 化部位的數目°又，由於僅具有表面成核部位之顆粒將先 在其表層吸收氩，所以在表面上會產生一種’障壁'減低 10 氩之進一步吸收◊因此，所需要的是一種從旁通過此表面 ，障壁〃的方法，容許吸收氣直接進入顆粒的内部。 小顆粒具有跨越晶形和無定型固體之間間隙的獨特特 性，亦即小的幾何形狀增加新的物理性。注意到50埃的 顆粒為、主要的表面'藉此增加新的拓樸型態和不尋常的 15 鍵結構形。在一 5〇埃之顆粒中之所有原子的21 %係在表 面上，另40%係在表面之一原子上。此種於多元素微合金 中之組成無序性，在小顆粒上（如在50埃顆粒上）是很 大的，基於統計資料，在一 元素合金中的每個元素顯 示3%的變異。利用此種小顆粒，量子限制效果很明顯， 20 且譜帶結構效應受到干擾。 此種原子工程局部化學及電子環境之能力可使此等環境 提供顆粒中之整體成核。本案發明人現已發現，藉應用原 子工程的原理及局部化學及電子環境定製化，鎂可被改良 以儲存多於6重量％之氩氣，隨著顯著增加的動力，其可 —23— 適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------:tr·. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 A7 五、發明說明（22 ) 容許所儲存氩的經濟性回收。増加的動力容許氫在低溫下 釋出，因而增加在以氮為底能源系統中之金屬氩化_存 的利用性β因此本發明合金提供商業上可取得之低成本且 質輕的儲氩材料。 5 ® 6為一 SEM，其證實表面成核對以鎮為底儲氩合金之 氫化的影響。囷6中的材料起初僅在表面成核部位吸收氣， 其後氩必須擴散進入内部或顆粒中。特別地，圈6顧示一 顆粒20’其中僅表面氩化（成核化）發生21。應注意， 在囷6和7中，較亮的區域為材料之非氮化部分，而較暗 10 的區域為材料之氮化部分。 另-方面，圓7為- SEM，其證實整艘成核（及有關催 化部位）㈣響。® 7中的材料起相在整體成核部位吸收 氩，因此氫可更容易地被吸收於顆粒内部。特別地，圖7 顯示另一顆粒22,其中顯示在整體23内的氩化（藉由催 15 化成核部位）。 雖然提供表面和整體成核之局部化學及電子環境之原子 工程已被應用至熱儲氩材料中，但其亦可被應用至其他材 料上以影馨特性。例如其可被應用至一般的儲氩材料（亦 即電化學的或熱的）及應用至一般的材料中。特別地，期 20望的材料將是可被快速驟冷之多元素材料。彼等基本上將 具有在100埃以下之小結晶尺寸，且為大小在i 〇〇微米以 下的微粒材料。 囷8為合金FC_l〇在279°C(以符號。代表）、306〇c(以 符被▲代表）、和335。(：（以符號Δ代表）之愿力'组成·溫 I _—24— ^紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（2〗G X 297公爱) · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------;訂---.------ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（23) 度（PCT)曲線圖。此圖顯示合金在279 °C具有最高壓力 1050托耳，在3〇6°C下為2200托耳及在335°C為4300 托耳。PCT曲線顯示FC-10合金具有約6.5重量％氫的 最大容量和約70kJ/莫耳之氫鍵能。 5 圖9為合金FC-76在278°C(以符號代表）、293°C(以 符號♦代表）和320C (以符號▲代表）之pct曲線圖。 此圖顯示合金在278°C具有最高壓力750托耳，在293°C 下為1100托耳及在320°C為2400托耳。pct曲線顯示 FC-76合金具有約6.9重量％氩的最大容量和約75kJ/ 10 莫荨之氩鍵能。 圖10為FC-76合金之吸收動力圖。特別地，氩吸收重 量％對時間的作囷係針對3種溫度，即2 7 5 °C ( ◊符號）、 300C (以〇符號）和325°C (Δ符號）而成◊如所見到者， 在275 C下，合金在1.3分鑲内吸收其總容量之8〇%，在 15 300 C下，合金在ι·4分鐘内吸收其總容量之8〇%,在325 °(：下，合金在2·0分鐘内吸收其總容量之8〇%。 圖11為FC-76合金之吸收動力囷。特別地，氩吸收重 量％對時間的作圖係針對3種溫度，即2751 (α符號）、 3〇〇°C (〇符號）和325t (△符號）而成。如所見到者， 20在275它下，合金在8.0分鐘内吸收其總容量之8〇%，在 3 00 C下，合金在3.4分鐘内吸收其總容量之8〇 %，在325 。(：下，合金在2.5分鐘内吸收其總容量之8〇%。 圖12為FC_86合金之吸收動力囷。特別地，氩吸收重 量％對時間的作圖係針對3種溫度，即23〇°c (◊符號）、 I裝--------Γ訂id — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

585928 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（20 240°C (〇符號）和275°C (*符號）而成。如所見到者， 在23 0 °C下，合金在5‘2分鐘内吸收其總容量之80%，在 300°C下，合金在2.4分鐘内吸收其總容量之8〇%,在325 °(：下，合金在2·3分鐘内吸收其總容量之8〇%。 5 囷13為具有兩種不同顆粒尺寸之FC-76合金粉末之吸 收動力圖。特別地，氩吸收重量％對時間的作圈係針對顆 粒尺寸範圍75-250微米（〇符號）和32-63微米（Δ符號） 者。如所見到者，較小顆粒尺寸大為提高吸收動力。 圖14為根據本發明之7重量％儲存容量之〇v〇nic熱儲 10 氪合金在300°C下之吸收（讕符號）及解吸（·符號）之 PCT曲線圖。注意到材料缺乏較大的遲滯現象。也就是說， 實質上所有被吸收的氩於解吸時被回收。因此，氩儲存於 此合金中是完全可逆的。 雖然在上述實例中形成健氩合金粉末的方法是快速的固 15化及隨後之研磨，但亦可使用氣體微粒化。當材料被研磨 時，使用研磨機是較佳的研磨方法。當研磨此等合金時， 特別有用的是添加諸如破之研磨劑。 儲氩分系統34包括用以健存氩於一容器或槽中之金屬 氩化物儲氩裝置。於本發明之一具艘例中，健存裝置包括 20 -種被物理性結合至支撐裝置上之前述職合金材料。通 常，支律裝置可採用任何可支持餘存合金材料之結構。支 樓裝置的實例包括（但非限於）缔網、鐵絲網、廉子、銘 绪、泡床塑膠和盤子。各自可以金屬或非金屬存在。 支推裝置可由各種具適當熱動力特性，可提供所需要之 · ϋ ϋ n ϋ ϋ ϋ.^δ,，κ 1^— ϋ ϋ ϋ ϋ I (請先閱讀背面之注意事項巧填寫本頁) ~26—

585928 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（2S) 熱轉移機制的材料所形成〇此等可包括金屬和非金屬。較 佳的金属包括選自Ni、A卜Cu、Fe及其混合物或合金的 組群。可由金屬形成之支撐裝置的實例包括篩網、延展金 屬或發泡金屬。 5 儲氮合金材料可藉由壓實法或燒結法被物理性地結合至 支樓裝置上。合金材料先被轉變成細粉末，然後將粉末壓 實至支撑裝置上。壓實法引起粉末附著且成為支撐裝置的 不可缺少的部分。於壓實後，已被合金粉末充滿之支撐裝 置被預熱，然後予以燒結。預熱法產生過量的水氣，並阻 10礙合金粉末的氡化。燒結係在高溫下，實質上在包含氩的 惰性氛圍下進行。溫度夠高足以提升合金材料之顆粒與顆 粒間的結合以及合金材料與支撐裝置間的結合。 支撐裝置/合金材料可以多種不同構形被包裝在容器/ 槽中。囷15顯示一構形，其中支撐裝置〆合金材料被螺 15旋捲繞成一捲。圖Ιό顯示另一種構形，其中支撐裝置/ 合金材料被排列在容器上成為複數的堆疊圓盤。其他構形 亦有可能（如堆疊盤）。 壓實及燒結合金材料於支撐裝置上增加合金材料的包裝 密度，藉此增加儲氩系統之熱動力和動力特性。當氩被吸 20收及解吸時，於支榡裝置和合金材料之間的密閉接觸改良 熱轉移進出儲氩材料的效率。此外，支撐裝置於容器内部 的均勻分佈提供整個合金材料床之均勻溫度及熱分佈。此 導致其整艘之更均勻的氩吸收及解吸速率，因此產生更有 效率的能源儲存系統。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

585928 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（26) 當利用此種合金粉末（無支撐裝置）於儲氩床中時之一 項問題是因顆粒尺寸減小引起自身壓實化的問題。也就是 說，在重複氩化及去氩化期間，合金材料會隨著吸收及解 吸氩而伸展及收縮。現已發現一些合金材料可伸展及收縮 5多達體積之25%，這是因為氣由材料晶格之引人和釋出所 致。由於合金材料中的大小變化，彼等會亀裂、破裂及斷 成愈來愈細的顆粒。於重複的循環後，細顆粒的自身壓實 引起無效率的氫轉移以及直接導向儲存容器壁的高應力。 然而，帛來附著合金材料於支樓材料上之方法可保持合 金顆粒堅實的互相結合，以及在吸收及解吸循環期間結合 至支撐裝置上。再者，支撐裝置於容器内的緊密包裝可充 作一種機械性的支撐，於材料之膨肢、收縮及破裂期間保 持合金顆粒固定。 當利用此種合金粉末（無支撑裝置）於館氩床中時或當 利用兩流速氣循環時之另一項問題是當儲氮材料顆粒於猶 環期間因膨脹及收縮的應力而斷裂時，一些顆粒可於氣氣 流中被輸送，尤其是當使用高流速氮冷卻時。雖然上述結 合技術多少可消除此間題，但一種更好的設計可消除％流 動中之氩與儲存材料的交互作用。也就是說， 較佳之床 設計為其中氩不會以足夠的速度流過儲存材料以輸送顆粒 者。一項此種設計被描述於下文中。 新顆氩化物儲存年将tf 圖17為於儲氩合金中供氣儲存之床40的橫截面囷示說 10 15 20 28—

------------裝--------^訂.d—- — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 585928 A7 B7 五、發明說明（27) 明。床40包括支撐/熱轉移元件41，其係由高度多孔性、 高傳熱性之固體材料所製造。較佳之材料為高傳熱性石墨 發泡體，如為James Klett於、複合物的製造#第15冊， 第4卷，第四季（1999)中所揭示者。此等材料具有50至 5 150W/m-K之傳熱性，和低至0.27至0.57克/立方公分 之密度（亦即高度多孔性）。因此，此等石墨材料為極具傳 導性、極多孔且因而極輕的。此外，此石墨材料亦可摻雜 P-軌道材料，諸如鹼金屬（如裡、鈉或钟）或硫屬元素（如 碲、硒或硫），藉此提高石墨材料之儲氫能力。 10 熱儲氫合金材料藉由燒結/壓縮被製成小桿或小粒42，。 且被插入支撐體41中預先鑽孔的小洞中。本發明之床設 計係藉成形之氩化物吸收體的散解消除習知技術的問題， 亦即超小的顆粒尺寸粉末可被用來產生經燒結/壓製的小 粒或桿。於是，由於壓片形式係由大小低於約50微米的 15 顆粒所組成，極少有額外的破裂/散解發生。另外，如下 文所述，任何可由壓製桿或小粒中移動的合金顆粒不可能 在氩流動中被輸送。中心（若需要及其他位置）可配設一 某種加熱器43，以幫助儲存床的加熱（用以解吸氩）。此 加熱器可為電熱器或催化性燃燒器的形式，其可燃燒氩氣 20 及釋放熱至床中。另外，電流可直接通過石墨支撐體41 中，導致熱因石墨本身的電阻加熱而於床中產生。 為自系統中導入及移除氩，孔洞或管道44可鑽以床的 長度。氩在壓力下經由此等管道44被引入該床。一些氩 氣流過石墨支撐體41之多孔網絡，而被儲氫材料42所吸 —29— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------:tT-_ 丨丨·------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 A7 _____ B7 五、發明說明（28) 收。若氫的流速高（如當藉由高流速氩冷卻時），則大部分 的氩通過孔洞44並由床40的另一端出來。 此系統為高流速氩冷卻之獨特設計之處在於過量流動 的氫（其以極高速率通過該床）不會直接接觸儲氫材料。 5 因此，任何壓製桿或小粒中移出的顆粒合金不可能於高速 流動的氫中被輸送。然而，藉由高傳熱支撐體41，可確保 有效的熱轉移至過量氩中。也就是說，熱由儲氫材料42 被轉移至支撐體41,最後至管道44中的高速/高流速氫 中，且被攜帶出該床（供在基礎結構系統中之其他地方之 10 再使用）。此設計亦可配設包園床之隔熱體45,以隔絕解 吸期間的熱損失。 氪運輸分系統35 一旦氩已被儲存於分系統34的氩化物槽中，氩必須由 15 一位置被運送至另一位置。此可藉傳統運送充滿氩化儲氩 合金的儲存槽予以達成。由於，此等槽是絕對安全不會有 火災及爆炸的危險，所以藉由傳統運輸工具來運送將是一 個簡單的方法。此等包括藉由任一或所有的卡車、貨車、 船隻或貨船的運送。槽可以任意方式被處理及裝載，諸如 20 藉由槽齒輪或其他保證彼等安全至運送工具上的裝置。 氫色佈網路分系統36 於氩被運送後，分系統35將其運送至分佈網路上。此 分佈網路包括儲氩設備，其包括汽車補給燃料站、家用配 一30— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

585928 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（29) 送處及工業/商業配送處。當氫槽抵達時（藉由船隻、貨 運、卡車、火車等），氣可以兩種方式之一來處理，第一是 儲存槽（或圓桶）可實質地被卸至配送處（或卡車拖車可 被留下來），而空槽（其中氫已被配送完畢）可被取回補給 5 燃料。另一種方法是，氩可由運送的儲存槽被轉移至在配 送處的固定儲存槽中（其較佳亦為氫化物床）◊ 氪終端使用分系統37 最後，被儲存在配送網路36之設備中的氩被轉移至最 10 終消費者。最终消费者用途可提供汽車動力，於該情況下， 消費者可在燃料補給站再充填汽車。最終用途亦可為家用， 諸如已被使用之天然氣（如供作加熱、燒水、衣物烘乾烹 調等:在此情況中，氩可被傳送至家庭及被儲存於當地的 氩化物儲存槽中，或者氩可藉由當地的管線配送網路，以 15管輸送至家庭（其較之全國性的配送網路更為經濟，因為 長距離的壓力需求及損失）。最後，終端使用者可為商業或 工業性質。又，依消费者的選擇，可被傳送到定址就地儲 存，或以區域管線配送。 20 直蓋^内燃機及燃料雩池電動車户 本發明之合金、儲氩材料和基礎結構可於許多應用中被 用作氩的供應。一項此種應用在於汽車領域。特別地，基 礎結構系統被用作補充氩至汽車的裝置，且此儲存系统可 被用作此種車輛之内燃機（ICE)或燃料電池的氩 I ϋ ta§ —^1 ϋ ·ϋ J 、· I 〇 vb 雪 I -芽 -t (請先閱讀背面之注意事項4,填寫本頁)

本紙張尺細 (210 X 297 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 A7 B7 五、發明說明（30 ) 來源β 圖18為一圖示說明ICE汽車之氩氣供應系統，其為以 氫氣供應氫引擎1者。此系統具有氫氣儲存部分2和一引 擎廢熱轉移通路3，其可引導引擎廢熱（以廢棄或引擎冷 5 卻液的形式）由引擎1排出而至氫氣儲存部分2。此系統 亦包括一回水通路4,用以使任何被用來加熱儲氩材料之 引擎冷卻液回到引擎1 ;及一用以釋放用過廢氣之廢氣閥 7。此系統進一步包括氩氣供應通路5,引導氫氣由儲氫部 分2進入引擎1。引擎廢熱轉移供應通路3配設有溫度調 10 節部分6,其調節被引入氫氣儲存部分2之廢熱的溫度。 藉由此種系統，在ICE内所產生的廢熱可有效地被用來加 熱儲氩材料以自其釋出氩供用於ICE中。 囷19為囷示說明FC汽車的氫氣供應系統，其被用來提 供氩氣給燃料電池。此系統具有氩氣儲存部分12和一燃 15 料電池廢熱/氫轉移供應通路9，其可引導燃料電池廢熱 和未使用的氩由燃料電池8排出而至氩氣燃燒器10。由燃 料電池而來的廢熱可為經加熱的氣體或經加熱的電解水形 式。氫燃燒器10利用來自燃料電池8之廢熱及藉由燃燒 氩來加熱熱轉移媒質（較佳為來自燃料電池之電解水的形 20 式）。氩被供應至燃燒器10係藉由來自燃料電池8之未使 用的氩，及藉由自儲氩單元12經由氩供給線14所供應的 新鮮氩氣而得。經加熱之熱轉移媒質經由供給線13被供 應至儲氩單元12。此系統亦包括一回水通路16,用以使 任何被用來加熱儲氫材料之燃料電池電解水回到燃料電池 —32— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • 裝--------；訂---·------^^^^1 585928 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（31) 8 ;及一用以釋放用過燃燒器氣體之廢氣閥15。此系統進 一步包括氫氣供應通路Π，引導氫氣由氫氣儲存單元12 進入燃料電池8。 雖然本發明已描述有關之較佳具髏例和方法，應瞭解其 5 並非意欲將本發明限於所述具體例和方法。相反地，本發 明意欲涵蓋可被含括在以下申請專利範圍所限定之本發明 的精神與範疇内之所有的變化、修飾及均等物。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

585928 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（32) 圖式之符號說明： 1引擎 3通路 5氩氣供應通路 5 7廢氣閥 9廢熱/氩轉移供應通路 11氩氣供應通路 13供給線 15廢氣閥 10 20顆粒 22顆粒 40床 42儲氩材料 44孔洞或管道 2氫氣儲存部分 4回水通路 6溫度調節部分 8燃料電池 10氫氣燃燒器 12儲氩單元 14氩供給線 16回水通路 21表面成核 23整體成核 41支撐/熱轉移元件 43加熱器 45隔熱體 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

裝 ------訂---.------^^^1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 585928 Α8 Β8 C8 D8 六 申請專利範圍 隆正替换本 20 η ri 專利申請案第89124506號 ROC Patent Appln. No.891245063 日j多正後無劃線之申請專利範圍中文本-附件(二） Amended Claims in Chinese -- Encl.(II) (民-93年2月>0日送呈） (Submitted on February >0, 2004) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1· 一種氫運輸/分佈之基礎結構系統，其包含： 一氫運輸分系統，其係運輸儲存於金屬氫化物儲存單 10 元中的氫；以及 一氫分佈分系統，其係接收被運輸之金屬氫化物儲存 單元並將該儲存之氫分佈於終端使用者； 其中在該氫分佈分系統之任一部份所產生之廢熱被回 收並於該氫分佈分系統之其他部份或該基礎#統之其 15 他分系統中被再使用。 1 2·根據申請專利範圍第i項之氫運輸/分佈基礎麵構系 統’其更包括： a) 動力產生分系統； b) 氫產生分系統，其係利用由該動力產生分系統而來 20 的動力來產生氫； c) 氫之純化/壓縮分系統，其係純化及壓縮於氫產生 分系統中所產生的氫； d) 氫儲存分系統，其係儲存於金屬氫化物儲存槽中經 純化及壓縮的氫； ^ 25 e)終端使用分系統，其接收經分佈的氫及消耗該氫。 3.根據申請專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中金屬氫化物儲存單元包括一種以鎂為底之儲 氫合金粉末，該合金包含至少9〇重量％之鎂，

   -35 -

   585928 A8 B8 C8 -------2L_________ 六、申請專利範圍 重里A之錄及1·0-4·0重量％之筛掘合金，該合金粉末 具有： 1)至少6重量％之儲氫容量； ϋ)吸收動力，使合金粉末在3〇(rc下於5分鐘内吸收 5 其總容量之80%。 4·根據申請專利範圍第3項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該合金粉末具有至少匕5重量％之儲氫容 量。 5·根據申請專利範圍第4項之氫運輸/分佈基礎結構系 10 統，其中該合金粉末具有吸收動力，使得合金粉末在 3〇〇C下於2分鐘内吸收其總容量之8〇宛。 6·根據申請專利範圍第3項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該鈽鑭合金主要包含Ce、La、Pr及Nd。 7·根據申請專利範圍第6項之氫運輸/分佈基礎結構系 15 統，其中該合金進一步包含一或多種選自3-7重量％ 之A1、〇·ΐ-ΐ·5重量％之γ及〇 3_ΐ·5重量％之矽的組 群中，且視情況進一步包括至多達1%之碳及/或 棚0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8·根據申請專利範圍第3項之氫運輸/分佈基礎結構系 20 統’其中該合金粉末具有至少6.9重量％之儲氫容 量。 9· 一種根據申請專利範圍第8項之氫運輸/分佈基礎結構 系統，其中該合金粉末具有吸收動力，使得合金粉末 在300°C下於1·5分鐘内吸收其總容量之80%。 -36 -本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21〇 χ 297公爱） 585928 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 10. 根據申請專利範圍第9項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該鈽鑭合金主要包含Ce、La、Pr及Nd。 11. 根據申請專利範圍第10項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該合金進一步包含一或多種選自3-7重量％ 5 之Al、0.1-1.5重量％之Y及0.3-1.5重量％之矽的組 群中，且視情況進一步包括至多達1%之碳及/或 碼0 12. 根據申請專利範圍第3項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該合金包含91.0重量％之Mg、0.9重量％之 10 Ni、5.6重量％之A卜0.5重量％之Y及2.0重量％之 筛鑭合金。 13. 根據申請專利範圍第3項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該合金包含95.6重量％之Mg、1.6童量％之 Ni、0.8重量％之Si及2.0重量％之鈽鑭合金。 15 14.根據申請專利範圍第3項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該合金包含95重量％之Mg、2重量％之Ni 及3.0重量％之鈽鑭合金。 15. 根據申請專利範圍第3項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該儲氫合金粉末被物理性結合至一支撐裝置 20 上以形成儲氫裝置。 16. 根據申請專利範圍第15項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該儲氫合金粉末藉壓實及/或燒結被物理性 結合至該支撐裝置上。 17. 根據申請專利範圍第15項之氫運輸/分佈基礎結構系 -37 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）

   A8 B8 C8 D8 585928 申請專利範圍 統，其中該支撐裝置包括至少一種選自篩網、鐵絲 網、蓆子、鋁箔、泡沫塑膠和盤子組群中者。 u·根據申請專利範圍第15項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該支撐裝置係由一種金屬所形成者。 5 19·根據申請專利範圍第18項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該支撐裝置係由一或多種選自Ni、A卜Cu、 Fe及其混合物或合金組群中之金屬所形成者。 2〇·根據申請專利範圍第15項之氫運輸/分佈基礎結構系 、统’其中該儲氫裝置包含該儲氫合金粉末被物理性地 1〇 結合至該支撐裝置且被螺旋纏繞成一捲。 21·根據申請專利範圍第15項之氫運輸/分佈基礎結構系 、统’其中該儲氫裝置包含該儲氳合金粉末被物理性地 、结合至該支撐裝置上，其之複數個被堆疊成圓盤或平 板。 15 22·根據申請專利範圍第3項之氫運輸/分佈基礎結構系 統’其中該儲氫分系統及該終端使用分系統，在利用 該儲氫合金粉末時各自使用不同的儲氫槽。 23·根據申請專利範圍第22項之氫運輸/分佈基礎結構系 統’其中該氫分佈分系統在利用該儲氫合金粉末時亦 20 使用不同的儲氫槽。 24·根據申請專利範圍第23項之氫運輸/分佈基礎結構系 統’其中該氫運輸分系統在利用該儲氫合金粉末時亦 使用不同的健氫槽。 25·根據申請專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 _____ - 38 -

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 Δδ /\〇 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 統，其中該動力產生分系統應用一或多種產生技術， 選自太陽、風、波浪、潮沙、地熱、水力發電、海洋 熱能轉換、核能、煤炭、化石燃料及天然氣。 26. 根據申請專利範圍第25項之氫運輸/分佈基礎結構系 5 統，其中該動力產生分系統應用一或多種產生技術， 選自太陽、風、波浪、潮汐、地熱、海洋熱能轉換及 水力發電。 27. 根據申請專利範圍第26項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該動力產生分系統應用藉三重接合之無定形 10 矽太陽能電池所收集的太陽能。 28. 根據申請專利範圍第25項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該動力產生分系統應用經濟、質輕的三重接 合無定形碎太陽能電池。 29. 根據申請專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 15 統，其中該氫產生分系統應用至少一種水之電解及碳 氫化物轉變以產生氫。 30. 根據申請專利範圍第29項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該氫產生分系統應用一種水之電解以產生 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 31.根據申請專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該氫純化/壓縮分系統應用氫過濾器來純化 氫。 32.根據申請專利範圍第31項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該氫純化/壓縮分系統應用鉑氫過濾器來純 -39 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 585928 Α8 Β8 C8

   化氫 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 3.^據中w專利圍第31項之氫運輸/分佈基礎結構系 其中該氫純化//壓縮分系統制金屬氫化物氫過 渡器來純化氫。 34.根據申請專利範圍第31項之氣運輸/分佈基礎結構系 統，其巾該氫純化/壓縮分系統另外應用氧及/或水 清除劑來純化氫。 35·根據申切專利範圍帛2項之氫運輸/分佈基礎結構系 f其中該氫純化/壓縮分系統應用機械幫浦/壓縮 器來壓縮氮。 36·根據中睛專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 統其中該氫純化/壓縮分系統應用以金屬氮化物為 底之幫浦/壓縮器來壓縮氫。 37·根據巾料利範圍第2項之氫運輸/分絲礎結構系 統，其中該氫運輸分系統使用至少一種選自卡車、火 車、船隻及貨船之組群中者來運輪被儲存在金屬氫化 物中的氫槽。 38·根據申喷專利範圍帛2項之氫運輸/分佈基礎結構系 、”先其中該氫分佈分系統包括至少_種選自汽車燃料 補給站、家用分佈設備及卫業/商業用途分佈設備之 組群中者。 39.根據申請專利範圍第38項之氫運輪/分佈基礎結構系 4“=中該氫分佈分系統包括汽車燃料補給站。 吼根據巾料利第2項之“輪纷絲礎結構系

   40 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210χ297公楚） 585928 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 統，其中該氫終端使用分系統包括至少一種選自汽車 家庭工業及商業之組群中者。 41.根據申請專利範圍第40項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該氫終端使用分系統包括汽車。 5 42.根據申請專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該廢熱係由該氫純化/壓縮分系統中回收， 供用於該動力產生分系統及/或該氫產生分系統。 43. 根據申請專利範圍第42項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該廢熱係藉由與高流速氫的熱交換所回收 10 者。 44. 根據申請專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該廢熱係由該氫儲存分系統中回收，供用於 該氫純化/壓縮分系統、該動力產生分系統及該氫產 生分系統中之任一者。 15 45.根據申請專利範圍第44項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該廢熱係藉由與高流速氫的熱交換所回收 者。 46. 根據申請專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該廢熱係由該氫運輸分系統中回收，供用於 20 該儲氫分系統中。 47. 根據申請專利範圍第46項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該廢熱係藉由與高流速氫的熱交換所回收 者。 48. 根據申請專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 585928 Αδ Β8 C8 _D8_ 六、申請專利範圍 統，其中該廢熱係由該氫分佈分系統中回收，供用於 該氫運輸分系統中。 49. 根據申請專利範圍第48項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該廢熱係藉由與高流速氫的熱交換所回收 5 者。 50. 根據申請專利範圍第2項之氫運輸/分佈基礎結構系 統，其中該廢熱係由該終端使用分系統中回收，供用 於該氫分佈分系統中。 51. 根據申請專利範圍第50項之氫運輸/分佈基礎結構系 10 統，其中該廢熱係藉由與高流速氫的熱交換所回收 者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）