[发明专利]具有增强的电场的能量转换系统

说明书

本发明涉及能量转换并且更具体地涉及具有围绕其两个电极中的至少一个的增强的电场的能量转换系统。本发明还涉及使用这样的系统制备的各种能量转换装置。本发明还涉及导电工具用于生产这样的系统的两个电极中的至少一个，产生被另一个电极接收的电场的显著增强的应用。

包括第一电极、第二电极以及包括功能介质例如电解质或电介质的电极间间隙的能量转换系统是已知的。这样的系统的功效特别地取决于两个参数：系统的效率和其成本。它们的优化通常基于是调整各种界定系统的参数的经验方法。

专业的文献(Techniques de l′ingénieur，Encyclopedia of Electrochemistry(电化学百科全书)，Wiley 2007版；Handbook of Electrochemistry(电化学手册)，第一版，Cynthia G.Zoski，Elsevier 2007版)教导了用于优化电化学反应器的效率以及相关的总成本的多种策略。特别地，本文指出重要的参数主要是在一方面对于与增强效率相关联的方面来说电极间间隙、催化剂以及电解质，以及在另一方面对于与资金成本相关联的方面来说电极表面积和电极表面积与体积的比的增加(电流的增加，以及因此对于给定体积的生产效率的增加)。

文件GB-A-2018826教导电极应当提供朝向电解质的最大可能的表面积，这可以通过使电极表面具有微观粗糙度或通过使电极组件结构获得这样的高表面积来实现。

文件US 4046664也教导电化学反应器的效率取决于工作电极的表面积，该表面积必须最大并且完全地暴露于电解质。基于此目的，该文件描述了工作电极由很多相似的细丝制造的丝束组成，相似的细丝具有相同的长度，由被铜或金属包覆的碳纤维制造，彼此平行地布置，在其上端从组件悬挂，并且电连接构件能够与丝束的所有的细丝电接触。细丝的横截面是尽可能小的，以起到两种作用：增加工作电极与电解质的接触面积以及使电解质穿过细丝丝束。反应器包括被放置在非导电性引导构件中的如上文描述的工作电极，以及常规的对电极。工作电极的细丝趋于被单个布置在电解质中，因为电解质围绕细丝流动。细丝具有圆形的横截面以防止它们彼此缠绕并且由此防止电解质穿过。

文件US 4108755描述了在文件US 4046664中描述的类型的反应器，其中工作电极是由很多金属细丝制造的丝束。

文件US 5294319描述电化学反应器，其中至少一个电极由具有小于254×10^-6m(10密耳)的单位直径的纤维或细丝的基材制造，其也呈丝束或带的形式，所述基材然后经历连续的操作以产生最终的电极(催化剂沉积、退火、压缩)。

文件US 4108754描述了来源于文件US 4046664的反应器，其中工作电极被放置在凹陷部中，凹陷部包括在上部部分中的电解质入口和在下部部分中的电解质排放孔。工作电极由紧密组装和压制在一起形成彼此电接触的很多碳纤维制造。可以提供多至5000至10000根纤维，每根纤维具有在5至15微米(5×10^-6m至15×10^-6m)之间的直径，这种范围是纯指示性的，因为教导了其他的直径是可行的。

文件US 4108757描述了用于在文件US 4108754中描述的类型的反应器的电极，包括碳纤维和被放置在纤维的长度的至少有限部分上的纤维接合工具。

结果，这些各种文件的教导仅涉及期望的工作电极的最大的和暴露于电解质的表面。非静电的益处被实际地从电极微观结构，特别是从细丝的曲率半径获得，因为对电场结构而言，使用由多个细丝组成的丝束等同于其直径近似是单位细丝的直径乘以丝束中的细丝数量的平方根的细丝。

此外，文件US 4337138提出增强能量转换系统的效率的问题。为了这个目的，该文件描述了包括导电性集电器和含有在非导电基质中的多个导电性岛的工作表面的电极。

文件US 4369104提出了相同的问题，并且为了这个目的描述了改进的石墨复合电极，其中具有小于30微米(30×10^-6m)的直径的石墨纤维被分散在热塑性树脂基质中，并且被彼此平行地和垂直于基质表面地布置。

在这两个构造中，未从内嵌在基质中的导电性部分获得益处。

文件WO 2008/012403也提出了效率增强的问题并且描述了电解装置，包括阴极隔室、阳极隔室和连接这两个隔室的元件，阴极隔室容纳至少一种弱酸。这样的装置需要使用离子交换膜，使其成本高得惊人。