[发明专利]使用固态装置作为能量转换器并且使用纳米工程多孔性网状材料的预平衡系统和方法

权利要求书

1.一种用于将化学能转换成电的能量转换装置(400)，其包含：

第一电极(410)；

形成于所述第一电极(410)上的衬底；

形成于所述衬底上的多孔性半导体层(415)，所述多孔性半导体层具有形成半导体网状结构的纳米工程结构；

在接触燃料和氧化剂的所述多孔性半导体层(415)的至少一部分上的多孔性催化剂材料(420)，其中至少一些所述多孔性催化剂材料进入所述多孔性半导体层的所述纳米工程结构以形成交织区，所述多孔性催化剂材料(420)和所述多孔性半导体层(415)形成固态结；

在所述多孔性催化剂材料(420)上方形成的第二电极(425)，其中来自所述多孔性催化剂材料(420)的电子以弹道形式注入到所述多孔性半导体层(415)中，其中在所述燃料、所述多孔性催化剂材料和所述多孔性半导体层之间发生化学反应期间在所述第一电极(410)和所述第二电极(425)之间形成电势，来自所述多孔性催化剂材料的所述电子附接至所述第一电极(410)，且所述电子在返回到所述多孔性催化剂材料(420)之前在外部电路中从所述第一电极(410)向所述第二电极(425)行进；以及

从固态发电机去除热的散热片，所述散热片的散热片温度高于环境温度。

2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述衬底经图案化形成三维表面，由此提供用于化学反应的增加的表面积。

3.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述多孔性半导体层(415)经图案化形成纳米线。

4.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述衬底经纹理化形成峰和谷。

5.根据权利要求1所述的能量转换装置，其进一步包含在所述衬底和所述多孔性半导体层之间的无孔半导体层。

6.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述衬底本身为二维和平面的。

7.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述衬底本身为三维的并且具有内部和外部表面。

8.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述衬底为以下中的一种：刚性的衬底、柔性的衬底和可折叠的衬底。

9.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述固态结为以下中的一种：肖特基二极管(Schottky diode)和p-n结。

10.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述固态结为导体-介电质、介电质-介电质、导体-介电质-导体或介电质-导体-介电质结。

11.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述多孔性半导体层(415)包含半导体材料，所述半导体材料选自包括以下的材料群组：结晶、多晶或多孔性TiO₂、SrTiO₃、BaTiO₃、Sr_x-Ba_y-TiO_z、碳化硼、LiNiO、Al₂O₃、ZnO以及LaSrVO₃的材料群组，以及包含PTCDA或3,4,9,10-二萘嵌苯四甲酸二酐的有机半导体。

12.根据权利要求1所述的能量转换装置，其中所述多孔性催化剂材料(420)包含纳米级导体簇，所述纳米级导体簇在所述多孔性半导体层(415)具有不连续多孔性覆盖、多个纳米级簇、或包含催化剂的纳米级簇。

13.根据权利要求1所述的能量转换系统，其包含电串联、电并联或串联和并联的组合连接的一或多个能量转换装置(400)。

14.根据权利要求1所述的能量转换系统，其包含：热串联、热并联或串联和并联的组合连接的一或多个能量转换装置(400)。

15.根据权利要求1所述的能量转换系统，其包含在一或多个能量转换装置(400)的活性表面上并且尺寸大于隧穿尺寸的汇流条。