[发明专利]储氢用镍合金和通过该合金的热能产生

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2011年6月1日提交的美国临时申请No.61/519,889的优先权，其公开的内容以引用的方式全部并入本文。

联邦政府资助的研究或开发项目

不适用

背景技术

本发明涉及这样的镍合金，其能够作为催化剂用于涉及氢的储存、氢化、脱氢和加氢反应过程的工艺。本发明还涉及制备这些合金的方法，以及通过该合金的热能生产。

在涉及试图实现低能量的核反应时，已知使用诸如钯(Pd)之类的一些金属来存储氢，特别是其同位素氘(D₂)。到目前为止，这些尝试在任何实际应用中都没有达到足够的可重复性或可预见性。此外，对于相对稀缺且昂贵的金属钯的需求进一步限制了这些工艺在任何商业规模中的应用，特别是由于这种工艺还需要与内燃机中的催化转化器对钯的高需求来竞争。对具有更高浓度氘的氢气的依赖性进一步增加了成本。因此，希望使用成本较低的金属或金属合金，以及具有天然存在的同位素分布的氢来实现具有可重复性和可预期性的低能量核反应，从而提供更大的在商业规模上具有实用性的前景。

作为储氢研究对象的一类合金为镍（Ni）合金。具体而言，已知大量镍合金能够储存氢气，从而通过电化学过程产生电能。这样的合金被用于（例如）电池中，尤其是镍金属氢化物（NiMH）类型的电池。然而，迄今为止所使用的镍合金不能充分地催化所述氢反应过程以实现低能量的核反应。

因此，希望提供这样的镍合金，其能够以下述方式储存氢，所述方式为：在相对“低”温（例如，不超过约1000℃）的条件下镍和氢原子核之间发生低能量的核反应，由此储存氢。还希望提供这样一种方法和装置，其通过利用镍合金中的储氢从而通过这种“低温”核反应来产生热能。

发明概述

本发明的第一方面涉及储氢的镍合金结构体，以提高对低能量核反应的催化作用。本发明的第二方面涉及制造这种结构体的方法。本发明的第三方面涉及通过低温核反应产生热能的方法和装置，该反应涉及将氢溶解并存储在所述镍合金中。

根据本发明第一方面的某些实施方式，所述镍合金包含镍与选自铝、锂、锌、钼、锰、钛、铁、铬和钴中的一种或多种形成的组合。所述镍合金还可以包含选自由碳、硅和硼所组成的组中的一种或多种非金属元素。可任选地，所述镍合金还可与一种或多种氧化物结合，所述氧化物选自由过渡金属氧化物，碱金属氧化物，碱土金属氧化物，以及元素周期表第III-A族、第IV-A族、第VA族和第VI-A族中任意元素的氧化物所组成的组。

根据本发明的第二方面，制造储氢镍合金结构体的方法包括：（a）熔融前体合金，其中所述前体合金包含约35重量％-50重量％的镍，余量为选自由铝、锂、锌、钼、锰、钛、铁、铬和钴所组成的组中的一种或多种可成合金的金属，并且优选包含选自由硼、碳和硅所组成的组中的一种或多种材料；（b）将所述熔融前体合金淬火至室温；（c）研磨经淬火的合金以形成合金粉末；（d）筛分所述合金粉末以获得所期望的粒径；（e）蚀刻筛分后的合金粉末，以去除任何多余量的、与镍融合的金属，从而得到镍合金骨架催化剂粉末；（f）洗涤所述镍合金骨架催化剂粉末；（g）干燥所述镍合金骨架催化剂粉末；（h）将粉末状的氧化物混入所述镍合金骨架催化剂粉末中，从而形成镍合金/氧化物粉末；以及（i）将所述镍合金/氧化物粉末成型为储氢镍合金结构体。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于产生热能的装置，所述装置包括：反应堆容器（reactor vessel），其被构造成容纳一定体积的压缩氢气；储氢镍合金结构体，其被容纳于所述反应堆容器中并且被构造成具有施加至其整体的电势并被进一步构造成被加热到至少约100℃的温度；以及热交换导管，其被构造成传送热交换介质使之经过所述镍合金结构体，从而将在所述镍合金结构体中产生的热能转移至所述热交换介质。另外，根据本发明第三方面，提供了一种提供热能的方法，其包括（a）将储氢镍合金结构体提供至反应堆容器中；（b）向所述反应堆容器中充入氢气；以及（c）对所述镍合金结构体施加电势，同时将所述氢气和所述镍合金结构体加热到至少约100℃的温度；其中所施加的电势、以及因加热导致的氢气的气压和温度的升高使得氢原子核与所述镍合金结构体中的镍原子核发生核反应，该核反应以从所述镍合金结构体中放射声子的方式产生热能。

附图说明

图1是示出根据本发明一个方面的制造储氢镍合金结构体的方法的步骤流程图；

图2是示出根据本发明一个方面的用于产生热能的装置的半图解视图。