TWI571303B - Lithium boron alloy heat release control device and method - Google Patents

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Description

鋰硼合金之熱量釋放控制裝置及方法
本發明有關於一種熱量釋放控制裝置及方法，特別是關於一種鋰硼合金之熱量釋放控制裝置及方法。
氧化反應可知硼與氧氣發生作用，其公式如下：4B+3O2 → 2B2O3 (1)
此放熱反應可產生大量熱量如下：-△H=116KJ/gm (2)
然而，硼須在溫度大於攝氏750度才能與氧氣發生作用而產生放熱反應，如此一來將造成其放熱應用之門檻。然而，鋰硼合金只須在一般的室溫環境下即可與氧氣發生反應(即為放熱反應)，以釋放熱能。目前，鋰硼合金只作為電池電極材料之應用，尚未作為控制熱量釋放之應用。
相關鋰硼合金之專利文獻或技術文獻如下：例如中國專利CN200810227589揭示鋰硼合金為多孔隙的狀態，其比表面面積會比純鋰金屬大，所以它比純鋰金屬的活性更強。在普通大氣環境下暴露，容易發生氧化反應，放出一種有特殊氣味的氣體(B2H6)。如果沒有嚴密的保護措施，合金錠容易氧化變黑，發生嚴重變質，影響使用。
該專利文獻(CN200810227589)更揭示一種鋰硼合金的保護方法。其方法是將鋰硼合金浸入保護油中，保護油為機械油或食用油，浸泡至沒有氣泡冒出，在鋰硼合金 表面覆蓋保護性油膜，取出合金進行充氣封裝或真空包裝，充氣封裝的氣體為稀有氣體、CO2或H2。
然而，該專利文獻(CN200810227589)只揭示鋰硼合金的保護方法是防止鋰硼合金氧化變黑的變質，並未揭示當鋰硼合金在室溫下與氧氣發生作用而產生熱能時，控制鋰硼合金之硼含量總重及氧氣流量，以決定釋放熱量之總量及釋放速度。
再例如中國專利CN201310533223揭示一種鋰硼(Li-B)吸氣材料的製備方法，其方法如下：1.採用金屬鋰錠、微細硼粉、碳粉、碳化硼粉、鎂粉及/或鋁粉配料；2.將配料放入氬氣保護的電阻加熱爐中加熱到370℃，保溫、攪拌1小時，使粉末完全浸沒其中；之後冷卻至室溫；加熱時，控制升溫速率為2℃/min；3.將冷卻後的錠子在室溫下、在相對濕度小於2%的空氣中經開坯，冷軋，成為1×50(mm)的帶材，將其沖壓成直徑10mm的預合金圓片；4.將預合金圓片放入氬氣保護的電阻爈中加熱到700℃保溫15分鍾，冷卻至室溫後取出放入相對濕度小於2%的空氣中0.5小時，得到表面鈍化式吸氣片；5.預合金片與表面鈍化式吸氣片均用鋁箔袋封裝待用。
該專利文獻(CN201310533223)主要使上述鋰硼(Li-B)合金只要經過600-700度，就可對鋰硼(Li-B)合金進行加工，而得到不同形狀的吸氣材料，且避免了自燃現象。
然而，該專利文獻(CN200810227589)只揭示鋰硼合金在吸氣領域的應用問題，並未揭示當鋰硼合金在室溫下與氧氣發生作用而產生熱能時，控制鋰硼合金之硼含量總重及氧氣流量，以決定釋放熱量之總量及釋放速度。
又例如美國專利US 4,162352揭示一種包括鋰硼合金之電極材料，可作為電化學電池之新電極材料。鋰硼合金由骨架狀鋰硼(LiB)化合物和吸附在其中的金屬鋰組成，熔點可到600度以上，其電性與純鋰相近。鋰硼合金遠高於目前所用的鋰矽合金，又克服了純鋰電極高溫易流動的缺點，是目前公認為最佳的電池陽極材料。
然而該專利文獻(US 4,162352)只揭示鋰硼合金之硼的重量百分比(weight percentage)界於10至50之間，但是亦未揭示當鋰硼合金在室溫下與氧氣發生作用而產生熱能時，控制鋰硼合金之硼含量總重及氧氣流量，以決定釋放熱量之總量及釋放速度。
有鑑於此，便有需要提供一種鋰硼合金之熱量釋放控制裝置及方法，用以解決上述問題。
本發明的主要目的在於提供一種鋰硼合金之熱量釋放控制裝置及方法，控制該鋰硼合金之硼含量總重及氧氣流量，以決定釋放熱量之總量及釋放速度。
為達成上述目的，本發明之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置，包括：一容器；一鋰硼合金，放置於該容器內；以及一氧氣流量控制單元，連通於該容器，用以控制給該容器的氧氣流量。
該氧氣流量控制單元連通於一氧氣供應源或大氣環境。
其中該鋰硼合金的分子式為LixB1-x，x為鋰的原子分數(atomic fraction)，其較佳地介在0.1至0.95之間，其更佳地介在0.3至0.9之間。
該鋰硼合金之熱量釋放控制裝置更包括一隔離單元，用以包覆該鋰硼合金，使該鋰硼合金與氧氣隔絕，使 鋰硼合金保持穩定的狀態，而不產生放熱反應。
當使用者要使用該鋰硼合金時，只需要將隔離單元拆除，並取出該鋰硼合金就可在一般的室溫環境下與氧氣反應，以產生足夠熱能作為應用。
在一實施例中，該隔離單元為一薄膜，貼附於該鋰硼合金的表面。
在另一實施例中，該隔離單元為一硬殼體，且該硬殼體與該鋰硼合金之間填充一氣體，該氣體為氮氣或惰性氣體。或者，該隔離單元為一硬殼體，且該硬殼體與該鋰硼合金之間抽乾該硬殼體與該鋰硼合金之間的空氣。
在又一實施例中，該隔離單元為一軟殼體，且該軟殼體與該鋰硼合金之間填充一氣體，該氣體為氮氣或惰性氣體。或者，該隔離單元為一軟殼體，且該軟殼體與該鋰硼合金之間抽乾該軟殼體與該鋰硼合金之間的空氣。
另外，本發明之鋰硼合金之熱量釋放控制方法，包括下列步驟：提供一鋰硼合金放置於一容器內；以及控制給該容器的氧氣流量。控制該鋰硼合金之硼含量總重及氧氣流量，以決定釋放熱量之總量及釋放速度。當熱量釋放速度低時，此時的鋰硼合金以塊狀型態與氧氣發生反應。當熱量釋放速度高時，此時的鋰硼合金以粉狀型態與氧氣發生反應。
本發明之特點在於當鋰硼合金在室溫下與氧氣發生作用而產生熱能時，控制鋰硼合金之硼含量總重及氧氣流量，以決定釋放熱量之總量及釋放速度。
再者，本發明之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置更包括一隔離單元，用以包覆該鋰硼合金，使該鋰硼合金與氧氣隔絕，使鋰硼合金保持穩定的狀態，而不產生放熱反應。當使用者要使用該鋰硼合金時，只需要將隔離單元拆除，並取出該鋰硼合金就可在一般的室溫環境下與氧氣反應，以產生足夠熱能作為應用。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。
100‧‧‧鋰硼合金之熱量釋放控制裝置
110‧‧‧薄膜
120‧‧‧鋰硼合金
130‧‧‧氣體
140‧‧‧硬殼體
141‧‧‧外蓋
150‧‧‧軟殼體
160‧‧‧容器
170‧‧‧氧氣流量控制單元
180‧‧‧氧氣供應源
圖1為本發明第一實施例之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置示意圖；圖2為本發明之隔離單元之第一實施例示意圖；圖3為本發明之隔離單元之第二實施例示意圖；以及圖4為本發明之隔離單元之第三實施例示意圖。
本發明之鋰硼合金只須在一般的室溫環境下即可與氧氣發生反應(即為放熱反應)，以釋放熱能。因此，本提案藉由控制鋰硼合金之硼含量總重及氧氣流量，以決定釋放熱量之總量及釋放速度。
本發明之鋰硼合金可藉由下列製造方法而獲得：首先，在坩堝內加入適量的鋰金屬及硼，並加熱至攝氏250-400度之間。該鋰金屬的熔點為攝氏182度，因此一開始加熱至攝氏250度時，鋰金屬會完全形成鋰金屬溶液，而硼還是呈現固態。
然後保持坩堝內保持溫度在攝氏250-400度之間，並使用機械進行攪拌，直到硼完全熔解在鋰金屬溶液內而形成一鋰硼溶液。
硼熔解於鋰金屬溶液內的時間至少需要10分鐘至1小時，或者更長，其熔解時間主要取決於硼的大小及鋰和硼的比例，而且在熔解時需要保持坩堝內的溫度在攝氏250-400度之間。
然後，當硼完全熔解在鋰金屬溶液內而形成該鋰硼溶液後，緩慢地加熱坩堝內的溫度，由攝氏400度升高至 550度。
在溫度升高的過程中，鋰硼溶液會隨著溫度的升高而黏度增加，直到鋰硼溶液形成一凝固態鋰硼合金。要特別強調的是，鋰硼溶液主在是在攝氏溫度530到550度的範圍內，形成鋰硼合金。
該鋰硼合金的分子式為LixB1-x，x為鋰的原子分數(atormic fraction)，其較佳地介在0.1至0.95之間，其更佳地介在0.3至0.9之間，鋰硼合金在一般的室溫環境下即可與氧氣發生反應，可產生足夠的熱能。
圖1為本發明第一實施例之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置示意圖。
請參閱圖1，本實施例所述之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置100。該鋰硼合金之熱量釋放控制裝置100，其包括一容器160、一鋰硼合金120及一氧氣流量控制單元170。該鋰硼合金120經由該容器160之一入口(圖未示)而放置於該容器160內。該氧氣流量控制單元170(例如調節閥)連通於該容器160，並連通於一氧氣供應源180或大氣環境，用以控制給該容器160的氧氣流量。
舉例，藉由控制鋰硼合金之硼含量總重(例如1,000公克)及氧氣流量(例如15升/分)，可決定釋放熱量之總量(例如1,000×116千焦耳)及釋放速度(例如1120千焦/分)，所釋放的熱量可經由該容器160之一出口(圖未示)而加熱空氣或水，以作為冬天時之暖氣用或野外求生所需之(緊急)熱源來源。由於熱量釋放速度低，此時的鋰硼合金以塊狀型態與氧氣發生反應即可。
再舉例，藉由控制鋰硼合金之硼含量總重(例如10,000公克)及氧氣流量，可決定釋放熱量之總量(例如10,000×116千焦耳)及釋放速度，所釋放的熱量可經由該容器160之一出口(圖未示)而加熱空氣或水，以作為火箭、魚雷等之推 進能量來源或石化產業等所需鍋爐燃料來源。由於熱量釋放速度高，此時的鋰硼合金須以粉狀型態與氧氣發生反應。
當鋰硼合金與氧氣發生反應後，會產生硼氧化物(B2O3)及鋰(Li)。硼氧化物(B2O3)可利用鉀(K)進行還原反應或利用電解方式而得到純硼(B)。回收的硼(B)及鋰(Li)可再利用鋰硼合金的製造方法而製成鋰硼合金。
因此，本發明的創新概念是利用熱能或電能而製造出鋰硼合金以將電能轉換成化學能，然後再利用本發明的鋰硼合金之熱量釋放控制裝置將該鋰硼合金之化學能轉換成熱能或電能。
再者，若要避免鋰硼合金在一般室溫環境下與氧氣發生作用，本發明需要有一隔離單元，用以保存鋰硼合金。該隔離單元包覆該鋰硼合金，使該鋰硼合金與氧氣隔絕，就可避免鋰硼合金產生放熱反應。當本發明的鋰硼合金之熱量釋放控制裝置使用該鋰硼合金時，只需由該隔離單元內取出該鋰硼合金並放置於容器內，並在一般的室溫環境下與氧氣反應，即可產生熱能作為應用。
圖2為本發明之隔離單元之第一實施例示意圖。
請參閱圖2，在本實施例中，該隔離單元包覆該鋰硼合金120，使該鋰硼合金120與氧氣隔絕。該隔離單元可為一鍍膜110。該薄膜110直接貼附於該鋰硼合金120的表面就可與隔絕鋰硼合金120及氧氧。該薄膜110可以是一膠帶，該膠帶的粘著面直接貼附於鋰硼合金120的表面。當要使用該鋰硼合金120時，只需要直接將膠帶剝除，就可以使用該鋰硼合金120。
圖3為本發明之隔離單元之第二實施例示意圖。
請參閱圖3，在本實施例中，該隔離單元可為一硬殼體140。該硬殼體140與該鋰硼合金120之間填充一氣體130，該氣體130可為氮氣或惰性氣體。或者，抽乾該硬殼體 140與該鋰硼合金120之間的空氣。該硬殼體140的使用可防止因為外力的破壞，而導致隔離單元損壞的可能，進而避免鋰硼合金120與氧接觸的可能。該硬殼體140的材質可以是玻璃材質或金屬材質，其密封方法可以使用如密封罐頭之方式。當要使用該鋰硼合金120時，可直接打開該硬殼體140的外蓋141就能拿取該鋰硼合金120。
圖4為本發明之隔離單元之第三實施例示意圖。
請參閱圖4，在本實施例中，該隔離單元可為一軟殼體150。當該軟殼體150包覆該鋰硼合金120後，抽乾該殼體150與該鋰硼合金120之間的空氣，就可對鋰硼合金120進行保存。或者，填充一氣體於軟殼體150，該氣體130可為氮氣或惰性氣體。該軟殼體150的材質可為一塑膠。當要使用該鋰硼合金120時，直接破壞該軟殼體150，然後取出該鋰硼合金120，就可以進行使用。
詳言之，該鋰硼合金之熱量釋放控制裝置更包括一隔離單元，該隔離單元可為一薄膜110或一硬殼體140或一軟殼體150，該隔離單元能夠有效的隔絕大氣中的氧氣，使鋰硼合金120保持穩定的狀態，而不產生放熱反應。當使用者要使用該鋰硼合金120時，只需要將隔離單元拆除，並取出該鋰硼合金120在一般的室溫環境下與氧氣反應，即可產生熱能作為應用。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
100‧‧‧鋰硼合金之熱量釋放控制裝置
120‧‧‧鋰硼合金
160‧‧‧容器
170‧‧‧氧氣流量控制單元
180‧‧‧氧氣供應源

Claims (11)

  1. 一種鋰硼合金之熱量釋放控制裝置，包括：一容器；一鋰硼合金，放置於該容器內；以及一氧氣流量控制單元，連通於該容器，用以控制給該容器的氧氣流量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置，其中該氧氣流量控制單元連通於一氧氣供應源或大氣環境。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置，其中該鋰硼合金的分子式為Lix B1-x，x為鋰的原子分數(atomic fraction)，其介在0.1至0.95之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置，更包括一隔離單元，用以包覆該鋰硼合金，使該鋰硼合金與氧氣隔絕。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置，其中該隔離單元為一薄膜，貼附於該鋰硼合金的表面。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之鋰硼合金之熱量釋放控制裝置，其中該隔離單元為一硬殼體或一軟殼體。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之鋰硼合金之熱量釋放控制方法，其中該鋰硼合金的分子式為Lix B1-x，x為鋰的原子分數(atomic fraction)，其介在0.3至0.9之間。
  8. 一種鋰硼合金之熱量釋放控制方法，包括下列步驟：提供一鋰硼合金放置於一容器內；以及控制給該容器的氧氣流量。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之鋰硼合金之熱量釋放控制方法，更包括下列步驟：控制該鋰硼合金之硼含量總重及氧氣流量，以決定釋放熱量之總量及釋放速度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之鋰硼合金之熱量釋放控制 方法，其中當熱量釋放速度低時，此時的鋰硼合金以塊狀型態與氧氣發生反應。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之鋰硼合金之熱量釋放控制方法，其中當熱量釋放速度高時，此時的鋰硼合金以粉狀型態與氧氣發生反應。
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