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动力生成系统和与该系统有关的方法

阅读：554发布：2021-03-12

专利汇可以提供动力生成系统和与该系统有关的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 固体 燃料 电源，其提供 热能 和电 力 中的至少一种，例如直接电或热电，并为动力系统供电，该动力系统包含：(i)至少一个反应池，其用于催化 原子 氢形成分数氢；(ii)化学燃料混合物，其包含至少两种选自以下的成分：H2O催化剂来源或H2O催化剂、原子氢来源或原子氢、用于形成该H2O催化剂来源或H2O催化剂和原子氢来源或原子氢的反应物、一种或多种用于引发该原子氢的催化的反应物和使该 固体燃料 具有高 导电性 的材料；(iii)至少一组限制该燃料的 电极 ，以及电源，该电源提供短脉冲 低 电压 、高 电流 电能 以引发该分数氢反应的快速动力学以及由于形成分数氢引起的 能量 增益；(iv)产物回收系统，例如 冷凝器 ；(v)重载系统；(vi)用于从这些反应产物再生该燃料的 水 合系统、热系统、化学系统和电化学系统中的至少一种；(vii) 散热 片，其接受来自这些产生动力的反应的热量；(viii)能量转换系统，其可包含直接 等离子体 ‑电转换器，例如等离子体动力转换器、磁 流体 动力转换器、电磁直接(交叉场或漂移)转换器、直接转换器和电荷漂移转换器、或热‑电能量转换器，例如郎肯型或布雷顿型动力装置。，下面是动力生成系统和与该系统有关的方法专利的具体信息内容。

1.一种机械动力系统，其包含：
至少一个内燃型发动机的活塞式汽缸；
燃料，其包含：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
b)至少一种原子氢来源或原子氢；
c)导体和导电性基质中的至少一种；
具有至少一个阀的至少一个燃料进口；
具有至少一个阀的至少一个排气出口；
至少一个活塞；
至少一个曲轴；
高电流来源；和
限制并传导高电流通过所述燃料的至少两个电极；
其中，包含H2O来源的所述燃料包含以下物质中的至少一种：体相H2O、体相H2O以外的状态、进行反应形成H2O和释放结合的H2O中的至少一种的一种或多种化合物。
2.如权利要求1所述的机械动力系统，其进一步包含发电机，所述发电机由所述发动机的机械动力供能。
3.如权利要求1所述的机械动力系统，其进一步包含燃料再生器。
4.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，在往复循环的做功冲程期间：
点燃压缩的燃料；
使产物和任何另外添加的气体或气体来源受热；和
所述汽缸中受热的气体使所述活塞在所述汽缸中移动并转动所述曲轴。
5.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述燃料包含用于形成所述催化剂来源、所述催化剂、所述原子氢来源和所述原子氢中的至少一种的H2O来源和导电性基质。
6.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述结合的H2O包含与H2O相互作用的化合物，其中，所述H2O处于吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水中的至少一种状态。
7.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述燃料包含导体和一种或多种进行释放体相H2O、吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水中的至少一种并且具有H2O作为反应产物的化合物或材料。
8.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述新生H2O催化剂来源和所述原子氢来源中的至少一种包含以下物质中的至少一种：
a)至少一种H2O来源；
b)至少一种氧来源，和
c)至少一种氢来源。
9.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，用于形成所述催化剂来源、所述催化剂、所述原子氢来源和所述原子氢中的至少一种的所述燃料包含以下的至少一种：
a)H2O和所述H2O来源；
-
b)O2、H2O、HOOH、OOH 、过氧离子、超氧离子、氢化物、H2、卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物、水合化合物，选自卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物中的至少一种的组中的水合化合物；和
c)导电性基质。
10.如权利要求9所述的机械动力系统，其中，存在以下至少一种：
所述羟基氧化物包含TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH中的至少一种；
所述氧化物包含CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO和Ni2O3中的至少一种；
所述氢氧化物包含Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3和Ni(OH)2中的至少一种；
所述包含氧的化合物包含以下的至少一种：硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐和高碘酸盐、MXO3、MXO4、钴镁氧化物、镍镁氧化物、铜镁氧化物、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物和羟基氧化物，其中，M＝金属；X＝F、Br、Cl、I，且
所述导电性基质包含来自以下组中的至少一种：金属粉末、碳、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物、或腈。
11.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述燃料包含金属、其金属氧化物与H2O的混合物，其中所述金属与H2O的反应并非热力学上有利的。
12.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述燃料包含金属、金属卤化物与H2O的混合物，其中所述金属与H2O的反应并非热力学上有利的。
13.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述燃料包含过渡金属、碱土金属卤化物与H2O的混合物，其中所述金属与H2O的反应并非热力学上有利的。
14.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述燃料包含导体、吸湿材料与H2O的混合物。
15.如权利要求14所述的机械动力系统，其中，所述导体包含金属粉末或碳粉，其中所述金属或碳与H2O的反应并非热力学上有利的。
16.如权利要求14所述的机械动力系统，其中，所述吸湿材料包含以下组中的至少一种：溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠和浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维、糖、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、二氧化硅、活性炭和硫酸钙。
17.如权利要求14所述的机械动力系统，其包含导体、吸湿材料与H2O的混合物，其中，金属、吸湿材料和H2O的相对摩尔量范围为：0.001～100金属、0.001～100吸湿材料和0.001～
100H2O。
18.如权利要求11、12、13或15所述的机械动力系统，其中，与H2O具有热力学上不利的反应的所述金属是选自以下的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。
19.如权利要求18所述的机械动力系统，其中，所述燃料通过添加H2O而再生。
20.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述燃料包含金属、其金属氧化物与H2O的混合物，其中所述金属氧化物能够在低于1000℃的温度下进行H2还原。
21.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述燃料包含以下物质的混合物：
a)在H2和小于1000℃下不易还原的氧化物；
b)具有能够在低于1000℃的温度下由H2还原成金属的氧化物的金属；和
c)H2O。
22.如权利要求20或21所述的机械动力系统，其中，所述具有能够在低于1000℃的温度下由H2还原成金属的氧化物的金属选自以下的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。
23.如权利要求21所述的机械动力系统，其中，所述在H2和小于1000℃下不易还原的金属氧化物包含氧化铝、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物中的至少一种。
24.如权利要求3所述的机械动力系统，其中，所述燃料包含碳和H2O，其中所述混合物通过包含添加H2O的再水合而再生。
25.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，所述H2O摩尔％含量在0.001％～100％的范围内。
26.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，用于传递短脉冲高电流电能的所述电源的电流足以使所述燃料以极高速率进行反应形成分数氢。
27.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，用于传递短脉冲高电流电能的所述电源能够提供高电压以实现H2O电弧等离子体。
28.如权利要求1所述的机械动力系统，其中，用于传递短脉冲高电流电能的所述电源包含：
经选择为引起具有在100A～1,000,000A的范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压；在100A/cm2～1,000,000A/cm2的范围内的DC或峰值AC电流密度，其中
所述电压由所述燃料的电导率确定，
所述电压由所需电流乘以所述燃料的电阻得到；
所述DC或峰值AC电压在0.1V～500kV的范围内，且
所述AC频率在0.1Hz～10GHz的范围内。
29.如权利要求1所述的机械动力系统，其中
所述燃料的电阻在0.001mΩ～100MΩ的范围内，且
有效形成分数氢的每单位电极面积的适合负载的电导率在10-10Ω-1cm-2～106Ω-1cm-2的范围内。
30.如权利要求3所述的机械动力系统，其中，所述再生系统包含水合系统、热系统、化学系统和电化学系统中的至少一种。
31.如权利要求1所述的机械动力系统，其进一步包含在汽缸外表面上的热交换器以除去由电池产生的热量并将其传递至负载；
所述热交换器包含用于从负载接收冷的冷却剂的冷却剂入口和用于供应或返回热的
冷却剂至所述负载的冷却剂出口，其中
所述热量被直接使用或使用相应转换器转换成机械能或电力，且
所述至少一个热-电转换器包含以下组中的至少一种：热机、蒸汽机、汽轮机与发电机、燃气轮机与发电机、朗肯循环发动机、布雷顿循环发动机、斯特林发动机、热离子能量转换器和热电能量转换器。

说明书全文

动力生成系统和与该系统有关的方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请主张以下美国临时申请的优先权益：2013年11月20日申请的第61/906,792号；2013年11月26日申请的第61/909,216号；2013年12月4日申请的第61/911,932号；2013
年12月20日申请的第61/919,496号；和2014年1月7日申请的第61/924,697号，其全部以全
文引用的方式并入本文中。
[0003] 本发明涉及动力产生领域，具体而言，涉及用于产生动力的系统、装置和方法。更具体而言，本发明的实施方式涉及动力产生装置和系统以及相关方法，其产生等离子体和
热能并经由等离子体-电能量转换器或热-电能量转换器产生电力。此外，本发明的实施方
式描述了使用水或水类燃料来源的点燃来产生机械动力和/或热能的系统、装置和方法。另
外，本发明涉及产生电力和/或热能的电化学动力系统。这些和其他相关实施方式详细描述
于本发明中。
[0004] 动力的产生可采取许多形式，利用来自等离子体的能量。等离子体的成功商业化可取决于能够有效形成等离子体并随后捕集所产生的等离子体的能量的动力产生系统。
[0005] 等离子体可在某些燃料点燃过程中形成。这些燃料可包括水或水类燃料来源。在点燃期间，形成超热的剥离电子的原子的等离子体云，并向外喷出高能粒子。喷出的能量最
高的粒子为氢离子，其可将动能转移至本发明的等离子体-电转换器。
[0006] 也可经由使用一种利用由燃料在反应容器或燃烧室中点燃产生的能量的系统或装置来产生动力。如上所述，这些燃料可包括水或水类燃料来源。此类系统或装置的实例包
括内燃机，其通常包括一个或多个用于压缩气体并将气体与燃料混合的机构。该燃料和气
体接着在燃烧室中点燃。燃烧气体的膨胀向例如活塞或涡轮机叶片等可移动元件施加力。
由燃烧气体膨胀产生的高压力和温度移动该活塞或叶片，产生机械动力。
[0007] 内燃机可通过燃烧过程的形式和使用该燃烧过程的发动机的类型来分类。燃烧过程可包括往复、旋转和连续燃烧。往复式燃烧发动机的不同类型包括两冲程式、四冲程式、
六冲程式、柴油式、阿金森循环式(Atkinson cycle)和米勒循环式(Miller cycle)。汪克尔
发动机(Wankel engine)是一类旋转式发动机，连续燃烧包括燃气轮机和喷气式发动机。这
些发动机的其他类型可与以上所列类型的发动机共有一种或多种特征，且本领域技术人员
可以设想发动机的其他变型。这些变型可包括例如热喷射式发动机。
[0008] 往复式发动机通常运行具有多个冲程的循环。进气冲程可将一种或多种气体吸入燃烧室中。燃料与该气体混合且压缩冲程压缩该气体。接着对该气体-燃料混合物点燃，其
随后膨胀，从而在做功冲程中产生机械动力。接着，产物气体在排气冲程期间从燃烧室排
出。接着重复整个循环。通过平衡单个活塞或使用多个活塞，该过程可提供持续的旋转动
力。
[0009] 不同类型的往复式发动机一般以上述循环运行，但存在一些改进。例如，两冲程式发动机将进气冲程与压缩冲程合并在一个冲程中且膨胀过程与排气过程合并在另一冲程
中，来替代上述四冲程式循环。与四冲程或两冲程式发动机不同，柴油发动机去掉了火花塞
且仅使用热量和压力来点燃空气-燃料混合物。阿金森式发动机使用了一种改进的曲轴来
提供更高效率，而米勒循环以超级增压器和改进的压缩冲程运行。
[0010] 汪克尔发动机使用在燃烧室内不对称旋转的转子来代替活塞冲程。转子(通常呈三角形)的旋转经过进口孔将气体吸入燃烧室中。当转子旋转时，不对称运动将气体压缩，
接着在燃烧室的不同部分中点燃。当转子持续其旋转时，气体膨胀至燃烧室的不同部分中。
最后，转子将排气经由出口孔排出，且循环再次开始。
[0011] 连续燃烧式发动机包括燃气轮机和喷气式发动机，其使用涡轮机叶片来产生机械动力。与上述发动机相同，气体最初被压缩且燃料接着添加至压缩的气体中。该混合物接着
燃烧且当其经过涡轮机叶片时膨胀，使轴旋转。该轴可驱动螺旋桨和/或压缩机。连续燃烧
式发动机的不同类型包括例如工业燃气轮机、辅助动力单元、压缩空气储存器、径向燃气轮
机、微型涡轮机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、桨扇发动机、冲压式喷气发动机和超音速燃烧冲压式喷气发动机。
[0012] 其他类型的发动机也通过点燃过程供应动力，与上述依赖爆燃的发动机相对。爆燃经由亚音速燃烧来释放热能，而爆震是一个超音速过程。例如，脉冲喷气发动机和脉冲爆
震发动机使用爆震过程。这些类型的发动机通常具有很少的移动部件且运行相对简单。一
般而言，燃料和气体混合物经由打开阀门吸入燃烧室中，接着阀门关闭，使混合物反应，产
生推力。这些阀门接着打开且新鲜燃料和气体置换排气，并重复该过程。一些发动机不使用
阀，而是改为依赖发动机几何形状来达到相同效果。重复的反应引起脉动力。
[0013] 也可通过使用电化学动力系统产生动力，该电化学动力系统可产生电力和/或热能形式的动力。一些电化学动力系统通常包括电极和反应物，其产生电子流，随后被利用。
[0014] 本发明详细描述了用于产生各种形式动力的许多系统。在一个实施方式中，本发明涉及一种电化学动力系统，其产生电和热能中的至少一种，该电化学动力系统包含容器，
该容器包含：
[0015] 至少一个阴极；
[0016] 至少一个阳极；
[0017] 至少一个双极板，和
[0018] 反应物，其包含至少两种选自以下物质的成分：
[0019] a)至少一种H2O来源；
[0020] b)氧来源；
[0021] c)至少一种催化剂来源或催化剂，其包含选自nH、O、O2、OH、OH-和新生H2O的组中的至少一种，其中n为整数，和
[0022] d)至少一种原子氢来源或原子氢；
[0023] 一种或多种用于形成该催化剂来源、该催化剂、该原子氢来源和该原子氢中的至少一种的反应物，和
[0024] 一种或多种用于引发该原子氢的催化的反应物，
[0025] 该电化学动力系统进一步包含电解系统和阳极再生系统。
[0026] 在另一实施方式中，本发明涉及一种产生直接电能和热能中的至少一种的动力系统，其包含：
[0027] 至少一个容器；
[0028] 反应物，其包含：
[0029] a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
[0030] b)至少一种原子氢来源或原子氢；
[0031] c)导体和导电性基质中的至少一种；和
[0032] 至少一组用于限域分数氢反应物的电极；
[0033] 用于传递短脉冲高电流电能的电源；
[0034] 重载系统；
[0035] 至少一个用于从反应产物再生该初始反应物的系统，和
[0036] 至少一个直接等离子体-电转换器和至少一个热-电能量转换器。
[0037] 在又一实施方式中，本发明涉及一种电化学动力系统，其包含容器，该容器包含：
[0038] 至少一个阴极；
[0039] 至少一个阳极；
[0040] 至少一种电解质；
[0041] 至少两种选自以下物质的反应物：
[0042] a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
[0043] b)至少一种原子氢来源或原子氢；
[0044] c)导体来源、导电性基质来源、导体和导电性基质中的至少一种；和
[0045] 至少一种用于产生包含高离子和电子电流中的至少一种的电流的电流来源，其选自内部电流来源和外部电流来源；
[0046] 其中，该电化学动力系统产生电和热能中的至少一种。
[0047] 在又一实施方式中，本发明涉及一种水电弧等离子体动力系统，其包含：至少一个封闭的反应容器；包含H2O来源和H2O中的至少一种的反应物；至少一组电极；用于传递该H2O的初始高击穿电压且随后提供高电流的电源；和热交换器系统，其中，该动力系统产生电弧
等离子体、光和热能。
[0048] 在其他实施方式中，本发明涉及一种机械动力系统，其包含：
[0049] 至少一个内燃型发动机的活塞式汽缸；
[0050] 燃料，其包含：
[0051] a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；
[0052] b)至少一种原子氢来源或原子氢；
[0053] c)导体和导电性基质中的至少一种；
[0054] 具有至少一个阀的至少一个燃料进口；
[0055] 具有至少一个阀的至少一个排气出口；
[0056] 至少一个活塞；
[0057] 至少一个曲轴；
[0058] 高电流来源；和
[0059] 至少两个限制并传导高电流通过该燃料的电极。
[0060] 本发明的某些实施方式涉及一种动力产生系统，其包含：至少约2,000A/cm2的电源；电连接至该电源的多个电极；配置为接收固体燃料的燃料装载区，其中，该多个电极配
置为将电功率输送至该固体燃料，从而产生等离子体；和设置为接收该等离子体的至少一
部分的等离子体能量转换器。其他实施方式涉及一种动力产生系统，其包含：多个电极；位
于该多个电极之间且配置为接收导电性燃料的燃料装载区，其中，该多个电极配置为将足
以点燃该导电性燃料且产生等离子体和热能中的至少一种的电流施加至该导电性燃料；用
于将该导电性燃料移至该燃料装载区中的输送机构；和配置为将该等离子体转换成非等离
子体形式动力的等离子体-电能量转换器，或用于将热能转换成包含电或机械动力的非热
形式动力的热-电或机械转换器。其他实施方式涉及一种动力产生方法，其包含：将一定量
燃料输送至燃料装载区，其中，该燃料装载区位于多个电极间；通过对该多个电极施加至少
约2,000A/cm2的电流使该电流流过该燃料来点燃该燃料，以产生等离子体、光和热中的至
少一种；在等离子体-电转换器中接收该等离子体的至少一部分；使用该等离子体-电转换
器将该等离子体转换成不同形式的动力；和输出该不同形式的动力。
[0061] 其他实施方式涉及一种动力产生系统，其包含：至少约5,000kW的电源；多个隔开的电极，其中，该多个电极至少部分地包围燃料，电连接至该电源，配置为接收电流从而点
燃该燃料，且该多个电极中的至少一个为可移动的；用于移动该燃料的输送机构；和配置为
将由点燃该燃料产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的等离子体-电能量转换器。
本发明另外提供一种动力产生系统，其包含：至少约2,000A/cm2的电源；多个隔开的电极，
其中，该多个电极至少部分地包围燃料，电连接至该电源，配置为接收电流从而点燃该燃
料，且该多个电极中的至少一个为可移动的；用于移动该燃料的输送机构；和配置为将由点
燃该燃料产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的等离子体-电能量转换器。
[0062] 另一实施方式涉及一种动力产生系统，其包含：至少约5,000kW的电源；多个隔开的电极，其中，该多个电极中的至少一个包括压缩机构；配置为接收燃料的燃料装载区，其
中，该燃料装载区由该多个电极包围，使得该至少一个电极的压缩机构朝向该燃料装载区
取向，并且该多个电极电连接至该电源且配置为向该燃料装载区中接收的燃料供电从而点
燃该燃料；用于将该燃料移至该燃料装载区中的输送机构；和配置为将由点燃该燃料产生
的等离子体转换成非等离子体形式动力的等离子体能量转换器。本发明的其他实施方式涉
及一种动力产生系统，其包含：至少约2,000A/cm2的电源；多个隔开的电极，其中，该多个电极中的至少一个包括压缩机构；配置为接收燃料的燃料装载区，其中，该燃料装载区由该多
个电极包围，使得该至少一个电极的压缩机构朝向该燃料装载区取向，并且该多个电极电
连接至该电源且配置为向该燃料装载区中接收的燃料供电从而点燃该燃料；用于将该燃料
移至该燃料装载区中的输送机构；和配置为将由点燃该燃料产生的等离子体转换成非等离
子体形式动力的等离子体能量转换器。
[0063] 本发明的实施方式还涉及动力产生系统，其包含：多个电极；由该多个电极包围且配置为接收燃料的燃料装载区，其中，该多个电极配置为对位于该燃料装载区中的燃料进
行点燃；用于将该燃料移至该燃料装载区中的输送机构；配置为将由点燃该燃料产生的等
离子体转换成非等离子体形式动力的等离子体能量转换器；用于除去该点燃的燃料的副产
物的移除系统；和以可运行方式连接至该移除系统的再生系统，其用于将除去的该点燃的
燃料的副产物回收至回收的燃料中。本发明的某些实施方式还涉及一种动力产生系统，其
包含：配置为输出至少约2,000A/cm2的电流的电源；电连接至该电源的多个隔开的电极；配
置为接收燃料的燃料装载区，其中，该燃料装载区由该多个电极包围，且该多个电极配置为
在该燃料接收于该燃料装载区中时向该燃料供电以点燃该燃料；用于将该燃料移至该燃料
装载区中的输送机构；配置为将由点燃该燃料产生的等离子体转换成电力的等离子体-电
能量转换器；以可运行方式连接至该等离子体-电能量转换器的一个或多个输出功率端子；
和动力储存装置。
[0064] 本发明的其他实施方式涉及一种动力产生系统，其包含：至少5,000kW的电源；电连接至该电源的多个隔开的电极；配置为接收燃料的燃料装载区，其中，该燃料装载区由该
多个电极包围，且该多个电极配置为在该燃料接收于该燃料装载区中时向该燃料供电以点
燃该燃料；用于将该燃料移至该燃料装载区中的输送机构；配置为将由点燃该燃料产生的
等离子体转换成非等离子体形式动力的等离子体能量转换器；配置为测量与该动力产生系
统相关的至少一个参数的传感器；和配置为控制与该动力产生系统相关的至少一个过程的
控制器。其他实施方式涉及一种动力产生系统，其包含：至少2,000A/cm2的电源；电连接至
该电源的多个隔开的电极；配置为接收燃料的燃料装载区，其中，该燃料装载区由该多个电
极包围，且该多个电极配置为在该燃料接收于该燃料装载区中时向该燃料供电以点燃该燃
料；用于将该燃料移至该燃料装载区中的输送机构；配置为将由点燃该燃料产生的等离子
体转换成非等离子体形式动力的等离子体能量转换器；配置为测量与该动力产生系统相关
的至少一个参数的传感器；和配置为控制与该动力产生系统相关的至少一个过程的控制
器。
[0065] 本发明的某些实施方式涉及一种动力产生系统，其包含：至少约5,000kW的电源；电连接至该电源的多个隔开的电极；配置为接收燃料的燃料装载区，其中，该燃料装载区由
该多个电极包围，且该多个电极配置为在该燃料接收于该燃料装载区中时向该燃料供电以
点燃该燃料，且该燃料装载区中的压力为部分真空；用于将该燃料移至该燃料装载区中的
输送机构；和配置为将由点燃该燃料产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的等离子
体-电能量转换器。其他实施方式涉及一种动力产生系统，其包含：至少约2,000A/cm2的电
源；电连接至该电源的多个隔开的电极；配置为接收燃料的燃料装载区，其中，该燃料装载
区由该多个电极包围，且该多个电极配置为在该燃料接收于该燃料装载区中时向该燃料供
电以点燃该燃料，且该燃料装载区中的压力为部分真空；用于将该燃料移至该燃料装载区
中的输送机构；和配置为将由点燃该燃料产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的等
离子体-电能量转换器。
[0066] 其他实施方式涉及一种动力产生池，其包含：连接至真空泵的出口孔；电连接至至少5,000kW的电源的多个电极；配置为接收主要包含H2O的水类燃料的燃料装载区，其中，该
多个电极配置为将动力输送至该水类燃料，从而产生电弧等离子体和热能中的至少一种；
和配置为将该电弧等离子体和该热能中的至少一种的至少一部分转换成电力的能量转换
器。还公开了一种动力产生系统，其包含：至少5,000A/cm2的电源；电连接至该电源的多个
电极；配置为接收主要包含H2O的水类燃料的燃料装载区，其中，该多个电极配置为将动力
输送至该水类燃料，从而产生电弧等离子体和热能中的至少一种；和配置为将该电弧等离
子体和该热能中的至少一种的至少一部分转换成电力的能量转换器。
[0067] 其他实施方式涉及一种动力产生方法，其包含：将燃料装载至燃料装载区中，其中该燃料装载区包括多个电极；将至少约2,000A/cm2的电流施加至该多个电极以点燃该燃
料，从而产生电弧等离子体和热能中的至少一个；执行以下至少一个：使该电弧等离子体通
过等离子体-电转换器以产生电功率，和使该热能通过热-电转换器以产生电功率；和输出
该产生的电功率的至少一部分。也公开一种动力产生系统，其包含：至少5,000kW的电源；电连接至该电源的多个电极，其中该多个电极配置为将电功率输送至主要包含H2O的水类燃
料，从而产生热能；和配置为将该热能的至少一部分转换成电功率的热交换器。此外，另一
实施方式涉及一种动力产生系统，其包含：至少5,000kW的电源；多个隔开的电极，其中该多个电极中的至少一个包括压缩机构；配置为接收主要包含H2O的水类燃料的燃料装载区，其
中该燃料装载区是由该多个电极包围，以致该至少一个电极的压缩机构朝向该燃料装载区
取向，且其中该多个电极电连接至该电源且配置为向该燃料装载区中所接收的该水类燃料
供电以点燃该燃料；用于将该水类燃料移至该燃料装载区中的输送机构；和配置为将由点
燃该燃料产生的等离子体转换成非等离子体形式动力的等离子体能量转换器。
[0068] 本发明的某些实施方式涉及一种用于产生机械动力的系统，其包含：至少约5,000A的电源；配置为产生等离子体和热能中的至少一个的点燃室；配置为将固体燃料输送
至该点燃室的燃料输送装置；连接至该电源的一对电极，其配置为向该固体燃料供电，从而
产生等离子体和热能中的至少一个；和位于该点燃室内的活塞，其配置为相对于该点燃室
移动，从而输出机械动力。
[0069] 其他实施方式涉及一种用于产生机械动力的系统，其包含：至少约5,000A的电源；配置为产生等离子体和热能中的至少一个的点燃室，其中该点燃室包括出口孔；配置为将
固体燃料输送至该点燃室从而产生该等离子体和该热能中的至少一个的燃料输送装置；连
接至该电源的一对电极，其配置为向该点燃室供电；和与该出口孔流体连通的涡轮机，其配
置为旋转，从而输出机械动力。
[0070] 其他实施方式涉及一种用于产生机械动力的系统，其包含：至少约5,000A的电源；配置为旋转从而输出机械动力的叶轮，其中该叶轮包括配置为产生等离子体和热能中的至
少一个的中空区，且该中空区包括配置为接收工作流体的进口孔；配置为将固体燃料输送
至该中空区的燃料输送装置；和连接至该电源的一对电极，其配置为向该中空区供电，从而
对该固体燃料点燃且产生该等离子体和该热能中的至少一个。
[0071] 其他实施方式涉及一种用于产生机械动力的系统，其包含：至少约5,000A的电源；配置为旋转从而输出机械动力的可移动元件，其中该可移动元件至少部分地限定点燃室，
该点燃室配置为产生等离子体和热能中的至少一个；配置为将固体燃料输送至该点燃室的
燃料输送装置；和连接至该电源的一对电极，其配置为向该固体燃料供电，从而产生该等离
子体和该热能中的至少一个。
[0072] 其他实施方式涉及一种用于产生机械动力的系统，其包含：至少约5,000A的电源；多个点燃室，其中该多个点燃室各自配置为产生等离子体和热能中的至少一个；配置为将
固体燃料输送至该多个点燃室的燃料输送装置；和连接至该电源的多个电极，其中该多个
电极中的至少一个与该多个点燃室中的至少一个相联且配置为向该固体燃料供应电功率，
从而产生该等离子体和该热能中的至少一个。
[0073] 本发明的实施方式涉及一种用于产生机械动力的系统，其包含：至少约5,000A的电源；配置为产生电弧等离子体和热能中的至少一个的点燃室；配置为将水类燃料输送至
该点燃室的燃料输送装置；连接至该电源的一对电极，其配置为向该燃料供电，从而产生该
电弧等离子体和该热能中的至少一个；和流体连接至该点燃室的活塞，其配置为相对于该
点燃室移动，从而输出机械动力。
[0074] 此外，本发明涉及一种用于产生机械动力的系统，其包含：至少约5,000A的电源；配置为产生电弧等离子体和热能中的至少一个的点燃室，其中该点燃室包括出口孔；配置
为将水类燃料输送至该点燃室的燃料输送装置；连接至该电源的一对电极，其配置为向该
燃料供电，从而产生该电弧等离子体和该热能中的至少一个；和与该出口孔流体连通的涡
轮机，其配置为旋转，从而输出机械动力。
[0075] 实施方式也涉及一种用于产生机械动力的系统，其包含：至少约5,000A的电源；配置为旋转从而输出机械动力的叶轮，其中该叶轮包括配置为产生电弧等离子体和热能中的
至少一个的中空区，且该中空区包括配置为接收工作流体的进口孔；配置为将水类燃料输
送至该中空区的燃料输送装置；和连接至该电源的一对电极，其配置为向该中空区供应电
功率，从而对该水类燃料点燃且产生该电弧等离子体和热能中的至少一个。
[0076] 本发明也涉及一种用于产生机械动力的系统，其包含：至少约5,000A的电源；多个点燃室，其中该多个点燃室各自配置为产生电弧等离子体和热能中的至少一个；配置为将
水类燃料输送至该多个点燃室的燃料输送装置；和连接至该电源的多个电极，其中该多个
电极中的至少一个与该多个点燃室中的至少一个相联且配置为向该水类燃料供应电功率，
从而产生该电弧等离子体和该热能中的至少一个。
[0077] 本文也提供一种点燃室，其包含：限定中空腔室的外壳，该中空腔室配置为产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一个；与该中空腔室流体连通的燃料容器，其中该燃
料容器电连接至一对电极；和与该中空腔室流体连通的可移动元件。另外公开一种点燃室，
其包含：限定中空腔室的外壳；与该中空腔室流体连通的注射装置，其中该注射装置配置为
将燃料注入该中空腔室中；
[0078] 电连接至该中空腔室的一对电极，其配置为向该燃料供应足以在该中空腔室中产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一个的电功率；和与该中空腔室流体连通的可
移动元件。
[0079] 本发明的实施方式涉及一种用于产生机械动力的方法，其包含：将固体燃料输送至点燃室；使至少约5,000A的电流通过该固体燃料且将低于约10V的电压施加至该固体燃
料以对该固体燃料点燃且产生等离子体和热能中的至少一个；将该等离子体和该热能中的
至少一个与工作流体混合；和将该工作流体引导向可移动元件以移动该可移动元件且输出
机械动力。
[0080] 本发明的其他实施方式涉及一种用于产生机械动力的方法，其包含：将水类燃料输送至点燃室；使至少约5,000A的电流通过该水类燃料且将至少约2kV的电压施加至该水
类燃料以对该水类燃料点燃，从而产生电弧等离子体和热能中的至少一个；将该电弧等离
子体和该热能中的至少一个与工作流体混合；和将该工作流体引导向可移动元件以移动该
可移动元件且输出机械动力。
[0081] 也公开一种用于产生机械动力的方法，其包含：将固体燃料供应至点燃室；将至少约5,000A供应至电连接至该固体燃料的电极；对该固体燃料点燃以在该点燃室中产生等离
子体和热能中的至少一个；和将该等离子体和该热能中的至少一个的至少一部分转换成机
械动力。公开另外一种用于产生机械动力的方法，其包含：将水类燃料供应至点燃室；将至
少约5,000A供应至电连接至该水类燃料的电极；对该水类燃料点燃以在该点燃室中产生电
弧等离子体和热能中的至少一个；和将该电弧等离子体和该热能中的至少一个的至少一部
分转换成机械动力。
[0082] 本发明的另一实施方式涉及一种经配置用于陆上输送的机器，其包含：至少约5,000A的电源；配置为产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一个的点燃室；配置为将
燃料输送至该点燃室的燃料输送装置；连接至该电源的一对电极，其配置为向该燃料供电，
从而产生该等离子体、该电弧等离子体和该热能中的至少一个；流体连接至该点燃室的可
移动元件，其配置为相对于该点燃室移动；和机械连接至该可移动元件的驱动轴，其配置为
向运输元件提供机械动力。
[0083] 本发明的另一实施方式涉及一种经配置用于航空输送的机器，其包含：至少约5,000A的电源；配置为产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一个的点燃室；配置为将
燃料输送至该点燃室的燃料输送装置；连接至该电源的一对电极，其配置为向该燃料供电，
从而产生该等离子体、该电弧等离子体和该热能中的至少一个；流体连接至该点燃室的可
移动元件，其配置为相对于该点燃室移动；和机械连接至该可移动元件的航空元件，其配置
为在航空环境中提供推进。
[0084] 本发明的实施方式也涉及一种经配置用于海洋输送的机器，其包含：至少约5,000A的电源；配置为产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一个的点燃室；配置为将
燃料输送至该点燃室的燃料输送装置；连接至该电源的一对电极，其配置为向该燃料供电，
从而产生该等离子体、该电弧等离子体和该热能中的至少一个；流体连接至该点燃室的可
移动元件，其配置为相对于该点燃室移动；和机械连接至该可移动元件的航海元件，其配置
为在海洋环境中提供推进。
[0085] 本发明的其他实施方式涉及一种工作机器，其包含：至少约5,000A的电源；配置为产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一个的点燃室；配置为将燃料输送至该点燃
室的燃料输送装置；连接至该电源的一对电极，其配置为向该燃料供电，从而产生该等离子
体、该电弧等离子体和该热能中的至少一个；流体连接至该点燃室的可移动元件，其配置为
相对于该点燃室移动；和机械连接至该可移动元件的工作元件，其配置为提供机械动力。
附图说明
[0086] 图1为根据本发明实施方式的CIHT电池的示意图。
[0087] 图2为根据本发明实施方式的CIHT电池双极板的示意图。
[0088] 图3为根据本发明实施方式的显示圆盘传送带重载系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
[0089] 图4A为根据本发明实施方式的显示料斗重载系统的SF-CIHT电池发电机的示意图。
[0090] 图4B为根据本发明实施方式的显示出也充当结构元件的电极且显示出也充当启动电源的电源的SF-CIHT电池发电机的示意图。
[0091] 图5为根据本发明实施方式的磁流体动力能量转换器的运行的示意图。
[0092] 图6为根据本发明实施方式的磁流体动力能量转换器的示意图。
[0093] 图7为根据本发明实施方式的用于SF-CIHT电池电学应用的系统整合的示意图。
[0094] 图8为根据本发明实施方式的用于热及混合电-热SF-CIHT电池应用的系统整合的示意图。
[0095] 图9为根据本发明实施方式的内部SF-CIHT电池发动机的示意图。
[0096] 图10为根据本发明实施方式的摘选显示电弧等离子体容器内部的H2O电弧等离子体电池发电机的示意图。
[0097] 图11为根据本发明实施方式的实验性H2O电弧等离子体发电机的示意图。
[0098] 图12描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统。
[0099] 图13A描绘了根据本发明实施方式的处于打开状态的示例性动力产生系统。
[0100] 图13B描绘了处于关闭状态的图13A的示例性动力产生系统。
[0101] 图13C描绘了根据本发明实施方式的处于打开状态的示例性动力产生系统。
[0102] 图13D描绘了处于关闭状态的图13C的示例性动力产生系统。
[0103] 图14A和14B描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统的各种透视图。
[0104] 图15A描绘了根据本发明实施方式，各组件在动力产生系统内的示例性配置。
[0105] 图15B描绘了根据本发明实施方式，在动力产生系统内各组件的示例性配置。
[0106] 图15C描绘了根据本发明实施方式，在动力产生系统内各组件的示例性配置。
[0107] 图15D描绘了根据本发明实施方式，在动力产生系统内各组件的示例性配置。
[0108] 图16描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统。
[0109] 图17A描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统。
[0110] 图17B描绘了图17A的示例性动力产生系统的组件的替代性配置。
[0111] 图18A描绘了根据本发明实施方式的动力产生系统的示例性电极。
[0112] 图18B描绘了图18A的示例性电极的替代性配置。
[0113] 图19描绘了根据本发明实施方式的示例性等离子体转换器。
[0114] 图20描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统。
[0115] 图21描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统。
[0116] 图22描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统。
[0117] 图23描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统。
[0118] 图24描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统。
[0119] 图25描绘了根据本发明实施方式的示例性动力产生系统。
[0120] 图26为根据本发明实施方式的机械动力产生系统的图示。
[0121] 图27为根据本发明实施方式的机械动力产生系统的一部分的放大图的图示。
[0122] 图28为根据本发明实施方式的机械动力产生系统的一部分的示意性图示。
[0123] 图29为根据本发明实施方式的机械动力产生系统的一部分的示意性图示。
[0124] 图30为根据本发明实施方式的一对电极的图示。
[0125] 图31为根据本发明实施方式的一对电极的图示。
[0126] 图32为根据本发明实施方式的一个电极的图示。
[0127] 图33A和33B为根据本发明实施方式的叶轮的不同视图。
[0128] 图34为根据本发明实施方式的机械动力产生系统的图示。
[0129] 图35A和35B为根据本发明实施方式的燃料输送装置和点燃室的不同视图。
[0130] 图36为根据本发明实施方式的腔室阵列和燃料输送装置的图示。
[0131] 图37A、37B和37C为根据本发明的燃料容器和电极的不同实施方式的图示。
[0132] 图38为根据本发明实施方式的点燃室的图示。
[0133] 图39为根据本发明实施方式的点燃室的图示。
[0134] 图40为根据本发明实施方式的点燃室的图示。
[0135] 图41为根据本发明实施方式的点燃室的图示。
[0136] 本文公开用于释放来自原子氢的能量以形成较低能态的催化剂系统，其中电子外壳是处于相对于核较封闭的位置。释放的动力被用于动力产生，且另外的新型氢物质和化
合物为所需产物。这些能态是根据经典物理定律预测到的，并且需要催化剂接受来自氢的
能量以进行相应的能量释放跃迁。
[0137] 经典物理学给出了氢原子、氢阴离子、氢分子离子和氢分子的闭型解且预测具有分数主量子数的相应物种。使用麦克斯韦方程，根据边界值问题推导出电子结构，其中电子
包含在跃迁期间随时间变化的电磁场的源电流，其中约束为边界n＝1状态电子不能辐射能
量。由H原子的解预测的反应涉及从另外的稳定原子氢至能够接受能量形成能态低于在先
认为可能的能态的氢的催化剂的共振、非辐射能量传递。具体而言，经典物理学预测原子氢
会进行与某些原子、准分子、离子和双原子氢化物的催化反应，其提供净焓为原子氢势能Eh
＝27.2eV的整数倍的反应，其中Eh为一哈特里。基于已知电子能级可鉴别的具体物质(例如
He+、Ar+、Sr+、K、Li、HCl，和NaH、OH、SH、SeH、H2O、nH(n＝整数))需要与原子氢一起存在以催化该过程。反应包括非辐射能量传递，接着为q·13.6eV连续发射或q·13.6eV转移至H以形
成极热的激发态H和对应于分数主量子数的能量低于未反应原子氢的氢原子。即，在氢原子
的主能级的式中：
[0138]
[0139] n＝1，2，3，...(2)
[0140] 其中aH为氢原子的玻尔半径(52.947pm)，e为电子电荷量值，且εo为真空电容率，分数量子数：
[0141]
[0142] 替代氢激发态的里德堡方程中的熟知参数n＝整数且表示称为“分数氢”的较低能态氢原子。接着，类似于具有麦克斯韦方程式的分析解的激发态，分数氢原子也包含电子、
质子和光子。然而，后者的电场增加了对应于能量解吸的结合，而非如在激发态随着能量吸
收而减弱中心场，且由此产生的分数氢的光子-电子相互作用为稳定的而非辐射性的。
[0143] 氢的n＝1状态和氢的 状态为非辐射性的，但两种非辐射状态之间的跃迁，比如n＝1至n＝1/2，可以经由非辐射性能量传递进行。氢为由方程式(1)和(3)给出的稳
定状态的特例，其中，氢或分数氢原子的相应半径由以下得出：
[0144]
[0145] 其中p＝1,2,3…。为使能量守恒，必须从氢原子转移以下单位的能量至催化剂：
[0146] m·27.2eV，m＝1，2，3，4，....  (5)
[0147] 和使半径转变为 催化剂反应包括两个能量释放步骤：非辐射能量传递至催化剂，接着当半径减小至相应稳定的最终状态时的另外的能量释放。据信，当净反应焓与
m·27.2eV更为密切地匹配时催化速率增大。已发现净反应焓在m·27.2eV的±10％、优选
为±5％内的催化剂适用于大多数应用。在将分数氢原子催化至较低能态的情况下，以与分
数氢原子的势能相同的因子对m·27.2eV(方程式(5))的反应焓作相对论校正。
[0148] 于是，一般反应由以下给出：
[0149]
[0150]
[0151] Cat(q+r)++re-→Catq++m·27.2eV  (8)
[0152] 且总反应为
[0153]
[0154] q、r、m和p为整数。 具有氢原子半径(对应于分母中的1)和等于质子的(m+p)倍的中心场，且 为半径为H的 的相应稳定状态。当电子经历从氢
原子半径至 此距离的半径的径向加速时，能量以特征光发射或第三体动能的形式
释放。发射可呈边缘在[(p+m)2-p2-2m]·13.6eV或 并延伸至较长波
长的远紫外线连续辐射的形式。除辐射外，可发生共振动能传递以形成快H。随后此类快H(n
＝1)原子通过与背景H2碰撞而激发，接着发射相应H(n＝3)快原子，可引起巴耳末α发射变
宽。作为另外的选择，快H为充当催化剂的H或分数氢的直接产物，其中，接受共振能量传递
与势能而非电离能有关。能量守恒在前一情况下产生动能对应于势能的一半的质子，在后
一情况下产生处于基本上静止的催化剂离子。快质子的H复合辐射引起巴耳末α发射变宽，
这与符合多余动力平衡的热氢的存量不成比例。
[0155] 在本发明中，例如分数氢反应、H催化、H催化反应、当提及氢时的催化、氢形成分数氢的反应和分数氢形成反应等术语均指例如以下的反应：由方程式(5)定义的催化剂的方程式(6-9)的反应，同时原子H形成具有由方程式(1)和(3)给出的能级的氢状态。当提及可
将H催化进行至具有由方程式(1)和(3)给出的能级的H状态或分数氢状态的反应混合物时，
例如分数氢反应物、分数氢反应混合物、催化剂混合物、用于分数氢形成的反应物、产生或
形成较低能态氢或分数氢的反应物的相应术语也可互换使用。
[0156] 本发明的催化性较低能量氢跃迁需要可呈未经催化的原子氢的势能27.2eV的整数m倍的吸热化学反应形式的催化剂，其从原子H接受能量引起跃迁。吸热催化剂反应可为
从例如原子或离子等物种电离一个或多个电子(例如对于Li→Li2+，m＝3)并且可还包含断
键与从一种或多种初始键搭配物电离一个或多个电子的协同反应(例如对于NaH→Na2++H，m
＝2)。He+因为其以54.417eV(为2·27.2eV)电离所以满足催化剂准则——焓变等于27.2eV
的整数倍的化学或物理过程。整数个的氢原子也可充当27.2eV焓的整数倍的催化剂。氢原
子H(1/p)p＝1,2,3,...137可经历由方程式(1)和(3)给出的朝向较低能态的进一步跃迁，
其中，一个原子的跃迁由一个或多个以共振和非辐射方式接受m·27.2eV且伴随有势能的
相反变化的其他H原子所催化。由m·27.2eV共振传递至H(1/p')所诱导的H(1/p)跃迁至H
(1/(p+m))的一般总方程由以下表示：
[0157] H(1/p')+H(1/p)→H+H(1/(p+m))+[2pm+m2-p'2+1]·13.6eV  (10)
[0158] 氢原子可充当催化剂，其中，对于充当另一个的催化剂的一、二和三个原子分别为m＝1、m＝2和m＝3。当极快H与分子碰撞形成2H时，二原子催化剂2H的速率可能较高，其中两个原子从碰撞搭配物的第三氢原子共振式和非辐射式接受54.4eV。通过同一机制，两个热
H2的碰撞提供3H以充当第四个的3·27.2eV的催化剂。与预测一致，观察到在22.8nm和
10.1nm的EUV连续谱、反常的(>100eV)巴耳末α线变宽、高度激发的H状态、产物气体H2(1/
4)，和大能量释放。
[0159] H(1/4)基于其多极性和其形成的选择规则为优选分数氢状态。因此，在形成H(1/3)的情况下，跃迁至H(1/4)可根据方程式(10)由H催化而快速发生。类似地，H(1/4)为对应
于方程式(5)中的m＝3、大于或等于81.6eV的催化剂能量的优选状态。在此情况下，朝向催
化剂的能量传递包含形成方程式(7)的H*(1/4)中间物的81.6eV和来自中间物衰变的
27.2eV的整数。例如，焓为108.8eV的催化剂可通过从122.4eV的H*(1/4)衰变能量接受
81.6eV和27.2eV来形成H*(1/4)。95.2eV的剩余衰变能量释放至环境中以形成优选状态H
(1/4)，其接着反应形成H2(1/4)。
[0160] 适合的催化剂可因此提供m·27.2eV的反应正净焓。即，催化剂从氢原子共振式接受非辐射能量传递且将能量释放至环境中以实现朝向分数量子能级的电子跃迁。由于非辐
射能量传递，因此氢原子变得不稳定且发射其他能量直至其达成具有由方程式(1)和(3)给
出的主能级的较低能量非辐射状态为止。因此，催化从氢原子尺寸相应减小(rn＝naH)的氢
原子释放能量，其中，n由方程式(3)给出。例如，H(n＝1)至H(n＝1/4)的催化释放204eV，且氢半径从aH减小至
[0161] 催化剂产物H(1/p)也可与电子反应形成分数氢氢阴离子H-(1/p)，或两个H(1/p)可反应形成相应的分子分数氢H2(1/p)。特别是，催化剂产物H(1/p)也可与电子反应形成结
合能为EB的新的氢阴离子H-(1/p)：
[0162]
[0163] 其中p＝大于1的整数，s＝1/2,h为普朗克常数项，μo为真空磁导率，me为电子质量，μe为由 给出的约化电子质量，其中mp为质子质量，ao为玻尔半径，且离子半径为 根据方程式(11)，氢阴离子的计算电离能为0.75418eV，且实验值
为6082.99±0.15cm-1(0.75418eV)。分数氢氢阴离子的结合能可由X射线光电子能谱法
(XPS)测量。
[0164] 高磁场位移NMR峰为相对于普通氢阴离子半径减小且质子的反磁性屏蔽增大的较低能态氢的存在的直接证据。位移由量级p的两个电子和质子场的反磁性的贡献之和得出
(Mills GUTCP方程式(7.87))：
[0165]
[0166] 其中，第一项适用于H-(p＝1)和H-(1/p)(p＝大于1的整数)，且α为精细结构常数。预测的分数氢氢阴离子峰相对于普通氢阴离子异常地朝向高磁场偏移。在一个实施方式
中，峰在TMS的高磁场。相对于TMS的NMR位移可大于对于单独或构成化合物的普通H-、H、H2或+
H 中的至少一种所知的NMR位移。位移可大于以下中的至少一种：0ppm、-1ppm、-2ppm、-
3ppm、-4ppm、-5ppm、-6ppm、-7ppm、-8ppm、-9ppm、-10ppm、-11ppm、-12ppm、-13ppm、-14ppm、-
15ppm、-16ppm、-17ppm、-18ppm、-19ppm、-20ppm、-21ppm、-22ppm、-23ppm、-24ppm、-25ppm、-
26ppm、-27ppm、-28ppm、-29ppm、-30ppm、-31ppm、-32ppm、-33ppm、-34ppm、-35ppm、-36ppm、-
37ppm、-38ppm、-39ppm和-40ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围(其中TMS位移相对于裸
质子为约-31.5)可为-(p29.9+p22.74)ppm(方程式(12))，大约在以下至少一种的范围内：
±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±
90ppm和±100ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围可为-(p29.9+p21.59×10-3)ppm(方程
式(12))，大约在以下至少一种的范围内：约0.1％～99％、1％～50％和1％～10％。在另一
个实施方式中，固体基质(例如如NaOH或KOH等氢氧化物的基质)中分数氢物种(例如分数氢
原子、氢阴离子或分子)的存在引起基质质子朝向高磁场位移。基质质子(例如NaOH或KOH的
质子)可交换。在一个实施方式中，位移可引起基质峰在相对于TMS的约-0.1ppm～-5ppm范
围内。NMR测定可包含魔角旋转1H核磁共振光谱(MAS 1H NMR)。
[0167] H(1/p)可与质子反应并且两个H(1/p)可反应，分别形成H2(1/p)+和H2(1/p)。氢分子离子和分子电荷和电流密度泛函、键距和能量在非辐射约束下由椭球坐标中的拉普拉斯
算符求解。
[0168]
[0169] 在长椭球体分子轨道的各焦点具有+pe的中心场的氢分子离子的总能量ET为
[0170]
[0171] 其中p为整数，c为真空中的光速，且μ为约化核质量。在长椭球体分子轨道的各焦点具有+pe的中心场的氢分子的总能量为
[0172]
[0173] 氢分子H2(1/p)的键解离能ED为相应氢原子的总能量与ET之间的差
[0174] ED＝E(2H(1/p))-ET  (16)
[0175] 其中
[0176] E(2H(1/p))＝-p227.20eV  (17)
[0177] ED为由方程式(16)-(17)及(15)得出：
[0178] ED＝-p227.20eV-ET
[0179] ＝-p227.20eV-(-p231.351eV-p30.326469eV)
[0180] ＝p24.151eV+p30.326469eV  (18)
[0181] H2(1/p)可由X射线光电子能谱(XPS)鉴定，其中除电离电子以外的电离产物可为例如包含两个质子和电子、H原子、分数氢原子、分子离子、氢分子离子和H2(1/p)+等可能性中的至少一种，其中，能量可因基质而位移。
[0182] 催化产物气体的NMR提供H2(1/p)的理论预测化学位移的确定性测试。一般而言，由于椭圆坐标中的分率半径(其中电子明显更接近核)，H2(1/p)的1HNMR共振经预测在H2的
高场。H2(1/p)的预测位移 由量级p的两个电子和光子磁场的反磁性的贡献之和给出
(Mills GUTCP方程式(11.415-11.416))：
[0183]
[0184]
[0185] 其中第一项适用于H2(p＝1)和H2(1/p)(p＝大于1的整数)。-28.0ppm的实验绝对H2气相共振位移与预测的绝对气相位移-28.01ppm(方程式(20))相当吻合。预测的分子分数
氢峰相对于普通H2异常地朝向高场位移。在一个实施方式中，峰在TMS的高场。相对于TMS的
NMR位移可大于对于单独或构成化合物的普通H-、H、H2或H+中的至少一种所知的NMR位移。位移可大于以下中的至少一种：0ppm、-1ppm、-2ppm、-3ppm、-4ppm、-5ppm、-6ppm、-7ppm、-
8ppm、-9ppm、-10ppm、-11ppm、-12ppm、-13ppm、-14ppm、-15ppm、-16ppm、-17ppm、-18ppm、-
19ppm、-20ppm、-21ppm、-22ppm、-23ppm、-24ppm、-25ppm、-26ppm、-27ppm、-28ppm、-29ppm、-
30ppm、-31ppm、-32ppm、-33ppm、-34ppm、-35ppm、-36ppm、-37ppm、-38ppm、-39ppm和-40ppm。
相对于裸质子的绝对位移的范围(其中TMS位移相对于裸质子为约-31.5)可为-(p28.01+
p22.56)ppm(方程式(20))，在约以下至少一种的范围内：±5ppm、±10ppm、±20ppm、±
30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm和±100ppm。相对于裸质子
的绝对位移的范围可为-(p28.01+p21.49×10-3)ppm(方程式(20))，在约以下至少一种的范
围内：约0.1％～99％、1％～50％和1％～10％。
[0186] 氢型分子H2(1/p)的υ＝0至υ＝1跃迁的振动能Evib为
[0187] Evib＝p20.515902eV  (21)
[0188] 其中p为整数。
[0189] 氢型分子H2(1/p)的J至J+1跃迁的转动能Erot为
[0190]
[0191] 其中p为整数且I为转动惯量。对气体中和捕集于固体基质中的电子束激发分子观察到H2(1/4)的振转发射。
[0192] 转动能的p2相关性由核间距离的逆p相关性和对转动惯量I的相应影响引起。经预测的H2(1/p)的核间距离2c'为
[0193]
[0194] H2(1/p)的转动能和振动能中的至少一种可由电子束激发发射光谱、拉曼光谱和傅里叶变换红外(FTIR)光谱中的至少一种来测量。H2(1/p)可被捕集于基质中以便测量，例
如在MOH、MX和M2CO3(M＝碱金属；X＝卤离子)基质中的至少一种中。
[0195] I.催化剂
[0196] 据预测，He+、Ar+、Sr+、Li、K、NaH、nH(n＝整数)和H2O因为其满足催化剂准则——焓变等于原子氢势能27.2eV的整数倍的化学或物理过程，所以可充当催化剂。具体而言，如下提供催化体系：t个电子从原子各自电离至连续能级，使得t个电子的电离能之和为约m·
27.2eV，其中m为整数。此外，可发生其他催化跃迁： 等。一旦催
化开始，分数氢即在称为歧化的过程中进一步自催化，其中H或H(1/p)充当另一H或H(1/p')
(p可等于p')的催化剂。
[0197] 氢和分数氢可充当催化剂。氢原子H(1/p)p＝1,2,3,...137可经历由方程式(1)和(3)给出的朝向较低能态的跃迁，其中一个原子的跃迁由以共振和非辐射方式接受m·
27.2eV且伴随有势能的相反变化的第二个所催化。由m·27.2eV共振传递至H(1/p')所诱导
的H(1/p)跃迁至H(1/(m+p))的总的一般方程由方程式(10)表示。因此，氢原子可充当催化
剂，其中对于作为另一个的催化剂的一、二和三个原子分别为m＝1、m＝2和m＝3。仅当H密度较高时，二或三原子催化剂情况的速率将会较可观。但是，高H密度并不罕见。容许2H或3H充当第三或第四个的能量受体的高氢原子浓度可在若干情况下达成，例如因温度及重力驱动
的密度而在太阳和星星表面、在承载多个单层的金属表面，和在高度解离等离子体(尤其为
压缩氢等离子体)中。另外，当两个H原子因热H与H2碰撞而出现时易于达成三体H相互作用。
此事件可通常在具有大量极快H的等离子体中发生。这由原子H发射的异常强度所证实。在
此类情况下，可经由多极偶合从氢原子至足够邻近(通常几埃)的两个其他氢原子发生能量
传递。接着，三个氢原子之间的反应(由此两个原子以共振和非辐射方式从第三氢原子接受
54.4eV，使得2H充当催化剂)由以下给出：
[0198]
[0199]
[0200]
[0201] 且总反应为
[0202]
[0203] 其中 具有氢原子半径和等于质子3倍的中心场，且 为半径为H的1/3的相应稳定状态。因为电子经历从氢原子半径至1/3此距离的半径的径向加速度，所以
能量以特征光发射或第三体动能的形式释放。
[0204] 在涉及直接跃迁至 状态的另一H原子催化剂反应中，两个热H2分子碰撞并解离，使得三个H原子充当第四个的3·27.2eV的催化剂。接着，四个氢原子之间的反应(由此
三个原子以共振和非辐射方式从第四氢原子接受81.6eV，使得3H充当催化剂)由以下给出：
[0205]
[0206]
[0207]
[0208] 且总反应为
[0209]
[0210] 预测归因于方程式(28)的 中间物的远紫外线连续辐射带在122.4eV(10.1nm)下具有短波长截止值且延伸至较长波长。此连续谱带经实验证实。一般而言，通过
接受m·27.2eV而使H跃迁至 得到连续谱带，其具有由以下给出的短波长截
止值和能量
[0211]
[0212]
[0213] 且延伸至大于相应截止值的波长。在星际介质、太阳及白矮星中实验观察到10.1nm、22.8nm和91.2nm连续谱的氢发射序列。
[0214] H2O的势能为81.6eV(方程式(43))[Mills GUT]。然后，通过相同机制，新生H2O分子(并非以固态、液态或气态键合的氢)可用作催化剂(方程式(44)-(47))。在BlackLight 
Power公司(BLP)首次观察到H至较低能量(所谓的“分数氢”)状态的理论预测迁移的连续能
谱辐射带(在10.1nm处且延伸至较长波长)仅源于脉冲收缩氢放电，且再现于哈佛天体物理
中心(CfA)。据观察，10nm至30nm区域中匹配H至分数氢状态的预测迁移的连续能谱辐射仅
源于使用在热力学上有利于发生H还原以形成HOH催化剂的金属氧化物进行的脉冲收缩氢
放电；而那些不利者并不显示任何连续能谱，即使所测试的低熔点金属极有利于在较强效
等离子体源中形成具有强短波长连续能谱的金属离子等离子体。
[0215] 作为另一选择，形成快速H的共振动能传递的发生可与对应于高动能H所观察到的反常巴耳末α谱线拓宽一致。至两个H的能量传递也引起催化剂激发态的运动，且直接产生
快速H，如通过示例方程式(24)、(28)和(47)以及通过共振动能传递所示。
[0216] II.分数氢
[0217] 具有由以下给出的结合能的氢原子：
[0218]
[0219] (其中p为大于1，优选为2至137的整数)为本发明的H催化反应的产物。原子、离子或分子的结合能(也称为电离能)为从原子、离子或分子除去一个电子所需的能量。具有方
程式(34)中给出的结合能的氢原子在下文中称作“分数氢原子”或“分数氢”。半径 (其中
aH为普通氢原子的半径且p为整数)的分数氢的符号为 具有半径aH的氢原子在下文
中称作“普通氢原子”或“正常氢原子”。普通原子氢的特征在于其结合能为13.6eV。
[0220] 分数氢通过使普通氢原子与适合催化剂反应而形成，其净反应焓为：
[0221] m·27.2eV  (35)
[0222] 其中m为整数。据信当净反应焓与m·27.2eV较为密切地匹配时催化速率增大。已发现净反应焓在m·27.2eV的±10％、优选为±5％内的催化剂适用于大多数应用。
[0223] 此催化从氢原子释放能量，氢原子尺寸相应减小(rn＝naH)。例如，H(n＝1)至H(n＝1/2)的催化释放40.8eV，且氢半径自aH减小至 如下提供催化体系：将t个电子从原子
各自电离至连续能级，使得t个电子的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整数。作为能源，
在催化期间放出的能量比向催化剂损失的能量大得多。释放的能量大于常规化学反应。例
如，当氢气和氧气经历燃烧形成水时，
[0224]
[0225] 已知的水的生成焓为每个氢原子ΔHf＝-286千焦/摩尔或1.48eV。相比之下，经历催化的各(n＝1)普通氢原子净释放40.8eV。此外，可发生其他催化跃迁：
等。一旦催化开始，分数氢即在称为歧化的过程中进一步
自催化。此机制类似于无机离子催化的机制。但由于焓与m·27.2eV的更好匹配，因此分数
氢催化的反应速率应高于无机离子催化剂的反应速率。
[0226] III.分数氢催化剂和分数氢产物
[0227] 表1中给出能够提供约m·27.2eV(其中m为整数)的净反应焓以产生分数氢(由此t个电子从原子或离子电离)的氢催化剂。第一列给出的原子或离子经电离以提供第十列给
出的m·27.2eV的净反应焓，其中在第十一列给出m。参与电离的电子与电离电势(也称为电
离能或结合能)一起给出。原子或离子的第n个电子的电离电势由IPn表示且由CRC给出。即，
例如Li+5.39172eV→Li++e-和Li++75.6402eV→Li2++e-。第一电离电势IP1＝5.39172eV和第
二电离电势IP2＝75.6402eV分别在第二和第三列给出。Li双电离的净反应焓如第十列给出
为81.0319eV，和如第十一列给出的式(5)中的m＝3。
[0228] 表1.氢催化剂
[0229]
[0230]
[0231] 本发明的分数氢氢阴离子可通过电子来源与分数氢的反应来形成，分数氢即结合能是约 的氢原子，其中 且p为大于1的整数。分数氢氢阴离子由H-(n＝1/p)或H-
(1/p)表示：
[0232]
[0233]
[0234] 分数氢氢阴离子不同于包含普通氢原子核和两个电子的结合能为约0.8eV的普通氢阴离子。后者在下文称作「普通氢阴离子」或「正常氢阴离子」。分数氢氢阴离子包含氢原子核(包括氕、氘或氚)，和两个不可区分的电子，其结合能如方程式(39)和(40)所示。
[0235] 分数氢氢阴离子的结合能可由下式表示：
[0236] 结合能
[0237] 其中p为大于1的整数，s＝1/2，π为圆周率，h为普朗克常数项，μo为真空磁导率，me为电子质量，μe为由 给出的约化电子质量，其中mp为质子质量，aH为氢原子半径，ao为玻尔半径，且e为基本电荷。半径由以下给出：
[0238]
[0239] 表2中显示随p而变的分数氢氢阴离子H-(n＝1/p)的结合能，其中p为整数。
[0240] 表2.随p而变的分数氢氢阴离子H-(n＝1/p)的代表性结合能(方程式(39))。
[0241]
[0242] a方程式(40)
[0243] b方程式(39)
[0244] 根据本发明，提供一种分数氢氢阴离子(H-)，其根据方程式(39)和(40)的结合能对于p＝2直至23大于普通氢阴离子的结合能(约0.75eV)，对于p＝24(H-)则为小于的情况。
对于方程式(39)和(40)的p＝2至p＝24，氢阴离子结合能分别为3、6.6、11.2、16.7、22.8、
29.3、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.6、72.4、71.6、68.8、64.0、56.8、47.1、
34.7、19.3和0.69eV。本文也提供包含新型氢阴离子的示例性组合物。
[0245] 还提供了包含一种或多种分数氢氢阴离子和一种或多种其他元素的示例性化合物。此种化合物称作“分数氢氢阴离子化合物”。
[0246] 普通氢物种的特征在于以下结合能：(a)氢阴离子，0.754eV(“普通氢阴离子”)；(b)氢原子(“普通氢原子”)，13.6eV；(c)双原子氢分子，15.3eV(“普通氢分子”)；(d)氢分子离子，16.3eV(“普通氢分子离子”)；和(e) 22.6eV(“普通三氢分子离子”)。在本文中，对于氢形式，“正常”与“普通”为同义词。
[0247] 根据本发明的另一实施方式，提供一种化合物，其包含至少一种结合能增加的氢物种，例如(a)结合能为约 例如在约0.9～1.1倍 的范围内的氢原子，其中p
为2～137的整数；(b)结合能约为
例如在约0.9～1.1
倍 的范围内的氢阴离子(H-)，
其中p为2～24的整数；(c) (d)结合能为约 例如在约0.9～1.1倍
的范围内的三分数氢分子离子 其中p为2～137的整数；(e)结合能为约
例如在约0.9～1.1倍 的范围内的二分数氢，其中p为2至137的整数；
(f)结合能为约 例如在约0.9～1.1倍 的范围内的二分数氢分子离子，其
中p为整数，优选为2～137的整数。
[0248] 根据本发明的另一实施方式，提供一种化合物，其包含至少一种结合能增加的氢物种，例如(a)二分数氢分子离子，总能量为约
[0249]
[0250] 例如在约0.9～1.1倍＝-p216.13392eV-p30.118755eV的范围内，其中p为整数，h为普朗克常数项，me为电子质量，c为真空中的光速，且μ为约化核质量；和(b)二分数氢分子，总能量为约
[0251]
[0252] 如在约0.9～1.1倍的＝-p231.351eV-p30.326469eV的范围内，其中p为整数且ao为玻尔半径。
[0253] 根据本发明的一个实施方式(其中化合物包含带负电的结合能增加的氢物种)，该化合物还包含一种或多种阳离子，例如质子、普通 或普通
[0254] 本文提供一种制备包含至少一个分数氢氢阴离子的化合物的方法。此类化合物在下文中称作“分数氢氢阴离子化合物”。该方法包含使原子氢与净反应焓为约 的催
化剂反应，其中m为大于1的整数，优选为小于400的整数，从而产生结合能为约 的结
合能增加的氢原子，其中p为整数，优选为2～137的整数。另一催化产物为能量。可使结合能增加的氢原子与电子来源反应以产生结合能增加的氢阴离子。可使结合能增加的氢阴离子
与一个或多个阳离子反应以产生包含至少一个结合能增加的氢阴离子的化合物。
[0255] 新型氢组合物可包含：
[0256] (a)至少一种具有以下结合能的中性、正或负的氢物种(在下文中为“结合能增加的氢物种”)，
[0257] (i)大于相应普通氢物种的结合能，或
[0258] (ii)大于任何氢物种在相应普通氢物种因为普通氢物种的结合能小于环境条件(标准温度和压力，STP)下的热能或为负而不稳定或观察不到时的结合能；和
[0259] (b)至少一种其他元素。本发明的化合物在下文中称作“结合能增加的氢化合物”。
[0260] 在此背景下，“其他元素”是指除结合能增加的氢物种以外的元素。因此，其他元素可为普通氢物种，或除氢以外的任何元素。在一组化合物中，其他元素和结合能增加的氢物种为中性。在另一组化合物中，其他元素和结合能增加的氢物种带电，使得其他元素提供平
衡电荷以形成中性化合物。前一组化合物的特征在于分子和配位键合；后一组化合物的特
征在于离子键合。
[0261] 还提供包含以下的新型化合物和分子离子：
[0262] (a)至少一种具有以下总能量的中性、正或负的氢物种(在下文中为“结合能增加的氢物种”)，
[0263] (i)大于相应普通氢物种的总能量，或
[0264] (ii)大于任何氢物种在相应普通氢物种因为普通氢物种的总能量小于环境条件下的热能或为负而不稳定或观察不到时的总能量；和
[0265] (b)至少一种其他元素。
[0266] 氢物种总能量为从氢物种除去所有电子的能量之和。本发明的氢物种的总能量大于相应普通氢物种的总能量。本发明的具有增加的总能量的氢物种也称作“结合能增加的
氢物种”，但具有增加的总能量的氢物种的一些实施方式可能具有小于相应普通氢物种的
第一电子结合能的第一电子结合能。例如，p＝24的方程式(39)和(40)的氢阴离子的第一结
合能小于普通氢阴离子的第一结合能，而p＝24的方程式(39)和(40)的氢阴离子的总能量
比相应普通氢阴离子的总能量大得多。
[0267] 本文也提供包含以下的新型化合物和分子离子：
[0268] (a)多种具有以下结合能的中性、正或负的氢物种(在下文中为“结合能增加的氢物种”)，
[0269] (i)大于相应普通氢物种的结合能，或
[0270] (ii)大于任何氢物种在相应普通氢物种因为普通氢物种的结合能小于环境条件下的热能或为负而不稳定或观察不到时的结合能；和
[0271] (b)可选的一种其他元素。本发明的化合物在下文中称作“结合能增加的氢化合物”。
[0272] 结合能增加的氢物种可通过使一种或多种分数氢原子与电子、分数氢原子、含有至少一种所述结合能增加的氢物种和除结合能增加的氢物种以外的至少一种其他原子、分
子或离子的化合物中的一种或多种反应来形成。
[0273] 还提供包含以下的新型化合物和分子离子：
[0274] (a)多种具有以下总能量的中性、正或负的氢物种(在下文中为“结合能增加的氢物种”)，
[0275] (i)大于普通分子氢的总能量，或
[0276] (ii)大于任何氢物种在相应普通氢物种因为普通氢物种的总能量小于环境条件下的热能或为负而不稳定或观察不到时的总能量；和
[0277] (b)可选的一种其他元素。本发明的化合物在下文中称作“结合能增加的氢化合物”。
[0278] 在一个实施方式中，提供包含至少一种选自以下的结合能增加的氢物种的化合物：(a)根据方程式(39)和(40)的结合能对于p＝2直至23大于且对于p＝24小于普通氢阴离
子的结合能(约0.8eV)的氢阴离子(“结合能增加的氢阴离子”或“分数氢氢阴离子”)；(b)结合能大于普通氢原子的结合能(约13.6eV)的氢原子(“结合能增加的氢原子”或“分数氢”)；
(c)第一结合能大于约15.3eV的氢分子(“结合能增加的氢分子”或“二分数氢”)；和(d)结合能大于约16.3eV的分子氢离子(“结合能增加的分子氢离子”或“二分数氢分子离子”)。在本发明中，结合能增加的氢物种和化合物也称为分数氢物种和化合物。分数氢包含结合能增
加的氢物种或等同地更低能量的氢物种。
[0279] IV.其他MH型催化剂及反应
[0280] 一般而言，表3A中给出如下提供的用于产生分数氢的MH型氢催化剂：M-H键断裂加上t个电子从原子M各自电离至连续能级，使得键能与t个电子的电离能之和为约m·
27.2eV，其中m为整数。各MH催化剂在第一列给出且相应M-H键能在第二列给出。加上第二列
的键能，第一列给出的MH物种的原子M经电离以提供m·27.2eV的净反应焓。催化剂的焓在
第八列给出，其中m在第九列给出。参与电离的电子与电离电势(也称为电离能或结合能)一
起给出。例如，NaH的键能1.9245eV在第二列给出。原子或离子的第n个电子的电离电势由
IPn表示且由CRC给出。即，例如Na+5.13908eV→Na++e-和Na++47.2864eV→Na2++e-。第一电离电势IP1＝5.13908eV和第二电离电势IP2＝47.2864eV分别在第二和第三列给出。NaH键断裂
和Na双电离的净反应焓如第八列给出为54.35eV，如第九列中给出的方程式(35)中的m＝2。
BaH键能为1.98991eV且IP1、IP2和IP3分别为5.2117eV、10.00390eV和37.3eV。BaH键断裂和
Ba三重电离的净反应焓如第八列给出为54.5eV，如第九列给出的方程式(35)中的m＝2。SrH
键能为1.70eV且IP1、IP2、IP3、IP4和IP5分别为5.69484eV、11.03013eV、42.89eV、57eV和
71.6eV。SrH键断裂和Sr电离为Sr5+的净反应焓如第八列给出为190eV，如第九列给出的方程
式(35)中的m＝7。
[0281] 表3A.能够提供约m·27.2eV的净反应焓的MH型氢催化剂(能量以eV表示)
[0282]
[0283] 在其他实施方式中，表3B中给出如下提供的用于产生分数氢的MH型氢催化剂：将电子转移至受体A、M-H键断裂加上t个电子从原子M各自电离至连续能级，使得包含MH与A的
电子亲合能(EA)差异的电子转移能量、M-H键能和t个电子从M电离的电离能之和为约m·
27.2eV，其中m为整数。各MH催化剂、受体A、MH的电子亲合能、A的电子亲合能和M-H键能分别在第一、第二、第三和第四列给出。参与电离的MH的相应原子M的电子与电离电势(也称为电
离能或结合能)一起在后续列给出且催化剂的焓和相应整数m在最后一列给出。例如，OH和H
的电子亲合能分别为1.82765eV和0.7542eV，使得电子转移能量为1.07345eV，如第五列给
出。OH键能为4.4556eV，如第六列给出。原子或离子的第n个电子的电离电势由IPn指定。即，例如O+13.61806eV→O++e-和O++35.11730eV→O2++e-。第一电离电势IP1＝13.61806eV和第
二电离电势IP2＝35.11730eV分别在第七和第八列给出。电子转移反应、OH键断裂和O双电
离的净焓如第十一列给出为54.27eV，如第十二列给出的方程式(35)中的m＝2。在其他实施
方式中，如下提供用于形成分数氢的H的催化剂：使负离子电离，使得其EA加上一个或多个
电子的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整数。作为另外的选择，可将负离子的第一电子
转移至受体，接着再电离至少一个电子，使得电子转移能量加上一个或多个电子的电离能
之和为约m·27.2eV，其中m为整数。电子受体可为H。
[0284] 表3B.能够提供约m·27.2eV的净反应焓的MH型氢催化剂(能量以eV表示)
[0285]
[0286] 在其他实施方式中，如下提供用于产生分数氢的MH+型氢催化剂：从可带负电的供体A转移电子、M-H键断裂和t个电子从原子M各自电离至连续能级，使得包含MH与A的电离能
差异的电子转移能量、M-H键能和t个电子从M电离的电离能之和为约m·27.2eV，其中m为整
数。
[0287] 在一个实施方式中，催化剂包含例如原子、带正电或带负电的离子、带正电或带负电的分子离子、分子、准分子、化合物或其任何组合，处于能够接受m·27.2eV(m＝1,2,3,
4,....)(方程式(5)的能量的基态或激发态的任何物质。据信当净反应焓与m·27.2eV较为
密切地匹配时催化速率增大。已发现具有在m·27.2eV±10％、优选为±5％内的净反应焓
的催化剂适于大部分应用。在将分数氢原子催化至较低能态的情况下，以与分数氢原子的
势能相同的因子对m·27.2eV(方程式(5))的反应焓作相对论校正。在一个实施方式中，催
化剂共振和非辐射地接受来自原子氢的能量。在一个实施方式中，所接受的能量使催化剂
势能的量值减少约从原子氢转移的量。由于最初束缚电子的动能守恒，所以可产生高能离
子或电子。至少一个原子H充当至少一个另一原子H的催化剂，其中受体的27.2eV势能由从
所催化的供体H原子转移27.2eV而抵消。受体催化剂H的动能可以快质子或电子形式保存。
另外，在催化的H中形成的中间态(方程式(7))随连续能量以辐射或第三体中诱导的动能形
式发射而衰减。此类能量释放可在本发明的CIHT电池中产生电流。
[0288] 在一个实施方式中，分子或带正电或带负电的分子离子中的至少一种充当从原子H接受约m27.2eV的催化剂，其中分子或带正电或带负电的分子离子的势能量值减少约
m27.2eV。例如，Mills GUTCP中给出的H2O的势能为
[0289]
[0290] 从原子H接受m·27.2eV且分子势能量值减少相同能量的分子可充当催化剂。例如，关于H2O的势能，催化反应(m＝3)为
[0291]
[0292]
[0293]
[0294] 且总反应为
[0295]
[0296] 其中 具有氢原子半径和等于质子4倍的中心场，且 为半径为H的1/4的相应的稳定状态。当电子经受从氢原子半径至1/4该距离的半径的径向加速度时，能量
以特征发光形式或第三体动能形式释放。基于从0℃冰变成100℃水的汽化热的10％能量变
化，沸水中每水分子的H键的平均数为3.6。因此，在一个实施方式中，H2O在化学上必须以具有适合活化能的分离分子形式形成以充当催化剂来形成分数氢。在一个实施方式中，H2O催
化剂为新生H2O。
[0297] 在一个实施方式中，nH、O、nO、O2、OH和H2O(n＝整数)中的至少一种可充当催化剂。H和OH(作为催化剂)的产物可为H(1/5)，其中催化剂焓为约108.8eV。H和H2O(作为催化剂)的反应的产物可为H(1/4)。分数氢产物可还反应至更低状态。H(1/4)和H(作为催化剂)的产物
可为H(1/5)，其中催化剂焓为约27.2eV。H(1/4)和OH(作为催化剂)的产物可为H(1/6)，其中
催化剂焓为约54.4eV。H(1/5)和H(作为催化剂)的产物可为H(1/6)，其中催化剂焓为约
27.2eV。
[0298] 另外，OH可用作催化剂，因为OH的势能为：
[0299]
[0300] p＝1和p＝2的H态的能量差为40.8eV。因此，OH可从H接受约40.8eV以用作催化剂来形成H(1/2)。
[0301] 类似于H2O，Mills GUTCP中给出的胺官能团NH2的势能为-78.77719eV。从CRC中，由各对应ΔHf计算的NH2反应形成KNH2的ΔH为(-128.9-184.9)千焦/摩尔＝-313.8千焦/摩尔
(3.25eV)。从CRC中，由各对应ΔHf计算的NH2反应形成NaNH2的ΔH为(-123.8-184.9)千焦/
摩尔＝-308.7千焦/摩尔(3.20eV)。从CRC中，由各对应ΔHf计算的NH2反应形成LiNH2的ΔH
为(-179.5-184.9)千焦/摩尔＝-364.4千焦/摩尔(3.78eV)。因此，可由充当H催化剂用于形
成分数氢的碱金属胺化物MNH2(M＝K、Na、Li)接受的净焓分别为约82.03eV、81.98eV和
82.56eV(在方程式(5)中，m＝3)，对应于胺基的势能和由胺基形成胺化物的能量之和。分数
氢产物(例如分子分数氢)可引起通过例如MAS NMR的方法所观察到的高磁场基质位移。
[0302] 类似于H2O，Mills GUTCP中给出的H2S官能团的势能为-72.81eV。该势能的抵消也会消除与3p壳层杂化相关的能量。7.49eV的该杂化能量由氢化物轨道半径与初始原子轨道
半径的比率乘以壳层总能量而给出。另外，因形成两个1.10eV的S-H键所致的S3p壳层的能
量变化纳入催化剂能量中。因此，H2S催化剂的净焓为81.40eV(在方程式(5)中，m＝3)。H2S催化剂可由MHS(M＝碱金属)通过以下反应形成：
[0303] 2MHS→M2S+H2S  (49)
[0304] 该可逆反应可形成呈活性催化状态的H2S，该状态为产物H2S的过渡状态，其可催化H形成分数氢。反应混合物可包含形成H2S和原子H来源的反应物。分数氢产物(例如分子分
数氢)会引起通过例如MAS NMR的方法所观察到的高磁场基质位移。
[0305] 此外，原子氧为具有两个半径相同且均等于原子氢的玻尔半径的不成对电子的特殊原子。当原子H充当催化剂时，接受27.2eV的能量，使得充当另一个的催化剂的各电离H的
动能为13.6eV。类似地，O的两个电子各自可随13.6eV动能转移至O离子而电离，使得OH的O-
H键断裂和随后两个外部不成对电子电离的净焓为80.4eV，在表3中所给出。在OH-电离成OH
期间，可发生进一步反应成H(1/4)和O2++2e-的能量匹配，其中所释放的204eV能量贡献给
CIHT电池的电力。反应如下给出：
[0306]
[0307]
[0308] 且总反应为
[0309]
[0310] 其中方程式(5)中m＝3。动能也可保存于热电子中。观测到在水蒸气等离子体中有H粒子数反转现象证明了此机制。分数氢产物(例如分子分数氢)会引起由例如MAS NMR的方
法观察到的高磁场基质位移。本发明中给出鉴别分子分数氢产物的其他方法(例如FTIR、拉
曼和XPS)。
[0311] 在氧或包含氧的化合物参与氧化或还原反应的一个实施方式中，O2可充当催化剂或催化剂来源。氧分子的键能为5.165eV，且氧原子的第一、第二和第三电离能分别为
13.61806eV、35.11730eV和54.9355eV。反应O2→O+O2+、O2→O+O3+和2O→2O+分别提供约2、4和1倍Eh的净焓，且包含通过从H接受此类能量以使分数氢形成来形成分数氢的催化剂反
应。
[0312] V.催化剂诱导的分数氢跃迁(CIHT)电池
[0313] 图1中所示的催化剂诱导的分数氢跃迁(CIHT)电池400包含具有阴极405的阴极隔室401、具有阳极410的阳极隔室402、可选的盐桥420和包含至少一个双极板的反应物。反应
物在电池运行期间在分离的电子流和离子质量输送下构成分数氢反应物以产生电力和热
能中的至少一种。反应物包含至少两种选自以下的成分：(a)至少一种H2O来源；(b)氧来源；
(c)至少一种催化剂来源或催化剂，其包含选自nH、O、O2、OH、OH-和新生H2O的组中的至少一种，其中n为整数；和(d)至少一种原子氢来源或原子氢；一种或多种用于形成该催化剂来
源、该催化剂、该原子氢来源和该原子氢中的至少一种的反应物；和一种或多种用于引发原
子氢的催化的反应物，其中阴极、阳极、反应物与双极板的组合允许催化原子氢形成分数氢
以进行传播，由此维持各阴极与相应阳极之间的化学电势或电压，从而使外部电流流过负
载425，且该系统进一步包含电解系统。在另一实施方式中，CIHT电池产生超过经由电极405
和410施加的电解能的电力和热能增益中的至少一种。在一个实施方式中，电化学动力系统
包含能够进行气体喷洒的多孔电极、气体扩散电极和氢渗透性阳极中的至少一种，其中氧
和H2O中的至少一种由来源430经由通道430供应至阴极405且H2由来源431经由通道461供应
至阳极420。
[0314] 在某些实施方式中，产生电和热能中的至少一种的电化学动力系统包含容器，该容器包含：至少一个阴极；至少一个阳极；至少一个双极板；和反应物，这些反应物包含至少两种选自以下的成分：(a)至少一种H2O来源；(b)氧来源；(c)至少一种催化剂来源或催化
剂，其包含选自nH、O、O2、OH、OH-和新生H2O的组中的至少一种，其中n为整数；和(d)至少一种原子氢来源或原子氢；一种或多种用于形成该催化剂来源、该催化剂、该原子氢来源和该原
子氢中的至少一种的反应物；和一种或多种用于引发原子氢的催化的反应物，该电化学动
力系统进一步包含电解系统和阳极再生系统。
[0315] 在其他实施方式中，产生电压以及电和热能中的至少一种的电化学动力系统包含容器，该容器包含：至少一个阴极；至少一个阳极；至少一个双极板；和反应物，这些反应物包含至少两种选自以下的成分：(a)至少一种H2O来源；(b)氧来源；(c)至少一种催化剂来源
或催化剂，其包含选自nH、O、O2、OH、OH-和新生H2O的组中的至少一种，其中n为整数；和(d)至少一种原子氢来源或原子氢；一种或多种用于形成该催化剂来源、该催化剂、该原子氢来源
和该原子氢中的至少一种的反应物；和一种或多种用于引发原子氢的催化的反应物。
[0316] 在一个实施方式中，至少一种反应物在电池运行期间在分离的电子流和离子质量输送存在下形成。在一个实施方式中，阴极、阳极、反应物与双极板的组合允许催化原子氢
形成分数氢以进行传播，由此维持各阴极与相应阳极之间的化学电势或电压。此外，该系统
可进一步包含电解系统(若尚未存在的话)。在一个实施方式中，电化学动力系统包含多孔
电极、气体扩散电极和氢渗透性阳极中的至少一种，其中氧和H2O中的至少一种被供应至该
阴极且H2供应至该阳极。电化学动力系统可包含氢化阳极和封闭氢储存器中的至少一个，
该氢储存器具有至少一个包含氢渗透性阳极的表面。电化学动力系统可包括包含背对背氢
渗透性阳极和对阴极的电池的堆叠单元，这些电池以串联和并联中至少一种方式电连接。
在一个实施方式中，电化学动力系统进一步包含至少一个气体供应系统，其各自包含歧管、
气体管线和连接至该电极的气体通道。在一个实施方式中，该阳极包含Mo，其在充电阶段中
从电解质反应物进行以下再生反应步骤而再生：
[0317] MoO3+3MgBr2至2MoBr3+3MgO(-54kJ/mol(298K)-46(600K))
[0318] MoBr3至Mo+3/2Br2(284kJ/mol 0.95V/3个电子)
[0319] MoBr3+Ni至MoNi+3/2Br2(283kJ/mol 0.95V/3个电子)
[0320] MgO+Br2+H2至MgBr2+H2O(-208kJ/mol(298K)-194kJ/mol(600K))。
[0321] 在一个实施方式中，该阳极包含Mo，其在该充电阶段中由电解质反应物再生，所述电解质反应物包含MoO2、MoO3、Li2O和Li2MoO4中的至少一种。
[0322] 本发明的电化学动力系统可包含封闭氢储存器，其具有至少一个包含氢渗透性阳极的表面。本发明的电化学动力系统可包括组成电池的堆叠单元的背对背氢渗透性阳极和
对阴极，这些电池是以串联和并联中至少一种方式电连接。在一个实施方式中，电化学动力
系统阴极包含以下至少一种：毛细管系统和周围有穿孔的径向气体通道、多孔电极和将H2O
和O2中的至少一种朝向电池相对于外周的中心输送的多孔层。氢渗透性阳极可包含以下至
少一种：Mo、Mo合金、MoNi、MoCu、TZM、 合金、Ni、Co、Ni合金、NiCo和其他过
渡金属和内过渡金属和合金，以及CuCo。在实施方式中，膜厚度在选自以下的至少一个范围
内：约0.0001cm～0.25cm、0.001cm～0.1cm和0.005cm～0.05cm。供应至渗透性或气体喷洒
阳极的氢气压力可维持在以下至少一个的范围内：约1托(Torr)～500atm、10托～100atm和
100托～5atm，且氢气渗透或喷洒速率可在以下至少一个的范围内：约1×10-13摩尔s-1cm-2
～1×10-4摩尔s-1cm-2、1×10-12摩尔s-1cm-2～1×10-5摩尔s-1cm-2、1×10-11摩尔s-1cm-2～1×
10-6摩尔s-1cm-2、1×10-10摩尔s-1cm-2～1×10-7摩尔s-1cm-2和1×10-9摩尔s-1cm-2～1×10-8摩尔s-1cm-2。在一个实施方式中，氢渗透性阳极包含涂有有效促进原子氢催化形成分数氢的
材料的高渗透性膜。氢渗透性阳极的涂布材料可包含以下至少一种：Mo、Mo合金、MoNi、
MoCu、MoCo、MoB、MoC、MoSi、MoCuB、MoNiB、MoSiB、Co、CoCu、CoNi和Ni，且H渗透性材料可包含以下至少一种：Ni(H2)、V(H2)、Ti(H2)、Nb(H2)、Pd(H2)、PdAg(H2)、Fe(H2)、Ta(H2)、不锈钢(SS)和430SS(H2)。在一个实施方式中，该电化学动力系统的电解系统间歇性电解H2O以提供原子
氢来源或原子氢且使电池放电以使该循环的净能量平衡存在增益。
[0323] 在一个实施方式中，该电池的反应物包含选自以下的至少一种电解质：至少一种熔融氢氧化物；至少一种共熔盐混合物；熔融氢氧化物与至少一种其他化合物的至少一种
混合物；熔融氢氧化物与盐的至少一种混合物；熔融氢氧化物与卤化物盐的至少一种混合
物；碱金属氢氧化物与碱金属卤化物的至少一种混合物；LiOH-LiBr、LiOH-NaOH、LiOH-
LiBr-NaOH、LiOH-LiX-NaOH、LiOH-LiX、NaOH-NaBr、NaOH-NaI、NaOH-NaX和KOH-KX(其中X表示卤离子)、至少一种基质和至少一种添加剂。添加剂可包含作为至少一种阳极腐蚀产物的
共同离子来源的化合物，其中相应的共同离子效应至少部分防止该阳极腐蚀。共同离子来
源可防止CoO、NiO和MoO2中的至少一种的形成。在一个实施方式中，添加剂包含以下至少一
种：包含阳极金属阳离子和阴离子的化合物、氢氧化物、卤化物、氧化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、铬酸盐、高氯酸盐和高碘酸盐，以及包含该基质的化合物和氧化物、钴镁氧化物、镍镁氧化物、铜镁氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO或Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2和CrO3。在实施方式中，维持电解质的熔融状态和膜的氢渗透性状态中的至少一种的电池温度在选自以下的至少一个范围内：约25℃至2000℃、约100
℃至1000℃、约200℃至750℃和约250℃至500℃，高于电解质熔点的电池温度在以下至少
一个的范围内：高于该熔点约0℃至1500℃、高于该熔点0℃至1000℃、高于该熔点0℃至500
℃、高于该熔点0℃至250℃和高于该熔点0℃至100℃。在一个实施方式中，电解质为水性且
呈碱性，且电解质的pH值和电池电压中的至少一种被控制以实现阳极的稳定性。在间歇电
解和放电期间各电池的电池电压可维持在高于防止阳极基本上氧化的电势。
[0324] 在一个实施方式中，电池在充电阶段与放电阶段之间间歇地转变，其中(i)充电阶段至少包含水在相反电压极性的电极处电解，且(ii)放电阶段至少包含在这些电极的一个
或两者处形成H2O催化剂；其中(i)各电池的各电极作为阴极或阳极的作用在充电阶段与放
电阶段之间来回转变中反转，且(ii)电流极性在充电阶段与放电阶段之间来回转变中反
转，且其中充电包含施加外加电流和电压中的至少一种。在实施方式中，外加电流和电压中
的至少一种的波形包含：在约0.001％至约95％范围内的工作周期；在约0.1V至10V范围内
的每一电池的峰值电压；约0.001W/cm2至1000W/cm2的峰值功率密度，和在约0.0001W/cm2至
100W/cm2范围内的平均功率，其中外加电流和电压进一步包含直流电压、直流电流中的至
少一种和交流电流和电压波形中的至少一种，其中波形包含在约1Hz至约1000Hz范围内的
频率。对于间歇循环的电解和放电阶段中的至少一个，间歇循环的波形可包含恒定电流、功
率、电压和电阻以及可变电流、功率、电压和电阻中的至少一种。在实施方式中，该循环至少一个阶段的参数包含：间歇阶段的频率在选自以下的至少一个范围内：约0.001Hz至10MHz、
约0.01Hz至100kHz和约0.01Hz至10kHz；每个电池的电压在选自以下的至少一个范围内：约
0.1V至100V、约0.3V至5V、约0.5V至2V和约0.5V至1.5V；有效形成分数氢的每单位电极面积
的电流在选自以下的至少一个范围内：约1μAcm-2至10Acm-2、约0.1mAcm-2至5Acm-2和约
1mAcm-2至1Acm-2；有效形成分数氢的每单位电极面积的功率在选自以下的至少一个范围
内：约1μWcm-2至10Wcm-2、约0.1mWcm-2至5Wcm-2和约1mWcm-2至1Wcm-2；有效形成分数氢的每单位电极面积的恒定电流在约1μAcm-2至1Acm-2的范围内；有效形成分数氢的每单位电极面积
-2 -2 -
的恒定功率在约1mWcm 至1Wcm 的范围内：时间间隔在选自以下的至少一个范围内：约10
4s至10,000s、10-3s至1000s和10-2s至100s以及10-1s至10s；每个电池的电阻在选自以下的
至少一个范围内：约1mΩ至100MΩ、约1Ω至1MΩ、和10Ω至1kΩ；有效形成分数氢的每单位电极面积的适合负载的电导率在选自以下的至少一个范围内：约10-5Ω-1cm-2至1000Ω-1cm
-2 -4 -1 -2 -1 -2 -3 -1 -2 -1 -2 -2 -1 -2 -1 -2
、10 Ω cm 至100Ω cm 、10 Ω cm 至10Ω cm 、和10 Ω cm 至1Ω cm ，且放电电
流、电压、功率或时间间隔中的至少一个大于该电解阶段以在该循环内产生功率或能量增
益中的至少一个。可维持放电期间的电压超过防止该阳极过度腐蚀的电压。
[0325] 在一个实施方式中，CIHT电池包含阳极，该阳极包含Mo，例如Mo、MoPt、MoCu、MoNi、MoC、MoB和MoSi。电解质可包含熔融盐或碱性电解质水溶液，例如氢氧化物或碳酸盐水溶液。熔融盐可包含氢氧化物且可进一步包含盐混合物，例如共熔盐混合物或组成近似于共
熔盐混合物的组成的混合物，或使熔点从最高熔点化合物的熔点降低的其他混合物。氢氧
化物可包含碱金属或碱土金属氢氧化物中的至少一种。该混合物可包含卤化物化合物，例
如碱金属或碱土金属卤化物。适合的示例性熔融电解质包含LiOH-LiBr混合物。表4中给出
了可为熔融混合物的其他适合电解质，例如熔融共熔混合物。熔融盐可在约熔点至高于500
℃的温度的温度范围内进行。阳极可通过例如渗透或喷洒的方法供应H2至表面来进行保
护。供应的氢气的压力可在约1至100atm范围内。供应速率可在每平方厘米阳极表面
0.001nmol至每平方厘米阳极表面1,000,000nmol的范围内。在一个实施方式中，压力控制
渗透速率和喷洒速率中的至少一种。所选速率应保护阳极免于腐蚀(例如氧化腐蚀)，同时
使相应H2消耗最少，由此可由该电池产生净电能。
[0326] 表4.熔融盐电解质
[0327]
[0328]
[0329] 在一个实施方式中，如图2中所示，氢电极和可选的氧电极由双极板507的元件替换。电池设计可基于平面正方形几何配置，其中电池可堆叠以建立电压。各电池可形成包含
阳极集流体、多孔阳极、电解质基质、多孔阴极和阴极集流体的重复单元。一个电池可由隔
板与下一个隔开，隔板可包含充当气体隔板与串联集流体的双极板。该板可具有交叉流动
气体配置或内部歧管。如图2中所示，在包含多个个体CIHT电池的CIHT电池堆叠500中，互连
或双极板507将阳极501与相邻阴极502隔开。阳极或H2板504可为波纹状的或包含分配经由
具有孔口503的歧管供应的氢的通道505。具有通道505的板504代替其他实施方式的氢渗透
性膜或间歇电解阴极(放电阳极)。所述孔口可从歧管沿着孔口503接收氢，该氢由氢源(例
如槽)供应。板504可还理想地均匀分配氢以鼓泡或喷射至发生电化学反应的活性区域中。
双极板可还包含双极板的具有与H2板类似的结构的氧板以分配氧气至氧气歧管从供应处
沿氧气孔口506供应氧气的活性区域中。所述波纹状或有通道的板是导电性的，且与活性区
域中的阳极和阴极集流体相连并维持电接触。在一个实施方式中，所有互连或双极板构成
允许阳极与阴极气体分离的气体分配网络结构。湿封可通过延伸压在两个个体板之间的电
解质/基质(例如LiOH-LiBr-Li2TiO3或MgO片)形成。该密封可防止反应物气体泄漏。电解质
可包含本发明的压制球粒。形成电解质球粒的压力在约1～500吨/平方英寸范围内，电解质
球粒例如为包含氢氧化物(例如碱金属氢氧化物，例如LiOH)和卤化物(例如碱金属卤化物，
例如LiBr)和基质(例如MgO)的球粒。堆叠可还包含连接杆，其将压力板固持在堆叠末端以
向电池施加压力，从而维持电解质(例如球粒电解质)与电极之间的所需接触。在电解质或
成分(例如氢氧化物，例如LiOH)通过例如蒸发等方式进行迁移的实施方式中，可收集电解
质并再循环。可将迁移物种收集于例如收集结构或芯吸结构等吸收电解质的结构中，且可
通过例如加热该收集结构或芯吸结构以引起逆向迁移等方式以热方式来达成再循环。
[0330] CIHT电池系统可包括改进的传统燃料电池，例如改进的碱性或熔融碳酸盐型电池。在一个实施方式中，CIHT电池包括(例如)图2中所显示的双极板堆叠，其中将氧及H2O中
的至少一种供应至阴极且将H2供应至阳极。可通过扩散穿过多孔或扩散电极来提供气体，
也可通过渗透穿过适宜的氢渗透性电极来提供H2。氢渗透性电极可包括以下中的至少一
种：Mo、Mo合金(例如MoNi、MoCu)、TZM及 Ni、Co、Ni合金(例如NiCo)和其他
过渡金属及内过渡金属与合金(例如CuCo)。以足以延迟阳极腐蚀同时维持电力增益的量来
施加H2。渗透阳极可在增加的电流密度下运行，同时氢渗透速率成比例增加。可通过以下中
的至少一种来控制氢渗透速率：增加膜的氢压、增加电池温度、降低膜厚度及改变膜组成
(例如Mo合金等合金的金属的重量％)。在一个实施方式中，将氢离解剂(例如贵金属，例如
Pt或Pd)涂覆于渗透阳极(例如Mo或MoCu阳极)的内部以增加原子H的量从而增加渗透速率。
气体压力可为维持各电池的所需功率输出、H2渗透速率、阳极的H2保护、氧在阴极处的还原
速率中的至少一种所需的任何压力。氢气和氧气压力中的至少一种可在约0.01atm至
1000atm、0.1atm至100atm和1atm至10atm中的至少一个的范围内。
[0331] 在阳极经历腐蚀的情况下，金属可由电解质电镀。Mo腐蚀产物可能可溶于电解质中。在一个实施方式中，电解质进一步包含再生化合物，其促进来自电解质的Mo腐蚀产物电
沉积至阳极且允许热力学循环再形成再生化合物。该再生化合物可与Mo腐蚀产物反应形成
电沉积化合物，该电沉积化合物可溶于电解质中且能够电镀至阳极上。该反应可牵涉阴离
子交换反应，例如氧化物-卤化物交换反应，从而另外形成氧化物产物。该电沉积化合物可
促进阳极原位再生的有利的热力学循环。可将氢气添加至阳极以使该循环在热力学上为有
利的。在一个实施方式中，步骤包含(1)腐蚀产物，即阳极金属的金属氧化物与电解质的再
生化合物反应形成电沉积化合物，该电沉积化合物包含阳极金属的阳离子和能够氧化形成
氧化剂反应物的抗衡离子，从而使再生化合物再生。该反应可另外形成氧化物产物。示例性
阳极金属为Mo和Mo合金。示例性再生化合物为MgBr2和MgI2。(2)通过施加适合电压和电流，
引起阳极金属的电沉积的阳离子还原且形成氧化物反应物的抗衡离子氧化；示例性氧化剂
反应物为Br2和I2，和(3)至少一种氧化剂反应物与可选的H2(在氧化物产物存在下形成再生
化合物热力学上必需的)和另外的H2O(使反应成为热力学上有利所需的)的反应。在一个实
施方式中，所维持的再生化合物(例如MgBr2和MgI2中的至少一种)的浓度范围为约0.001摩
尔％至50摩尔％。H2供应速率可在每平方厘米阳极表面0.001nmol至每平方厘米阳极表面
1,000,000nmol的范围内。
[0332] 在一个实施方式中，熔融电解质(例如LiOH-LiBr)包含MgBr2作为添加剂以使Mo电沉积至具有Mo阳极的电池的阳极，其中原位再生反应为：
[0333] MoO3+3MgBr2至2MoBr3+3MgO(-54kJ/mol(298K)-46(600K))       (53)
[0334] MoBr3至Mo+3/2Br2(284kJ/mol 0.95V/3个电子)                (54)
[0335] MoBr3+Ni至MoNi+3/2Br2(283kJ/mol 0.95V/3个电子)           (55)
[0336] MgO+Br2+H2至MgBr2+H2O(-208kJ/mol(298K)-194kJ/mol(600K))  (56)。
[0337] 在一个实施方式中，最大充电电压高于在Mo上进行电镀或将其他阳极金属重新电镀至阳极上的电压。该电压可在以下至少一个的范围内：约0.4V至10V、0.5V至2V和0.8V至
1.3V。该阳极可包含呈合金或金属混合物形式的Mo，例如MoPt、MoNi、MoCo和MoCu。合金或混合物可增进Mo的电沉积。在一个实施方式中，除来自电解质的OH-的H2外，Mo与H2O的反应也
形成H2；因此，充电电压在高于主要将来自电解质中的Mo离子的Mo电沉积至阳极上的电压
运行。在一个实施方式中，维持连续放电和连续充电的单独的长持续时间使得在放电期间
释放的能量高于充电。充电时间可在以下至少一个的范围内：约0.1秒至10天、60秒至5天和
10分钟至1天。放电时间比相应充电时间长。在一个实施方式中，足够的阳极金属(例如Mo)
在充电期间沉积而替代因腐蚀而丧失者，由此维持电极在电极稳定状态下的恒定Mo含量和
电解质中Mo化合物的浓度。
[0338] 在一个实施方式中，熔融电解质(例如LiOH-LiBr)包含MgI2作为添加剂以使Mo电沉积至具有Mo阳极的电池的阳极，其中原位再生反应为：
[0339] MoO2+2MgI2至MoI2+I2+2MgO(16kJ/mol(298K)-0.35kJ/mol(600K))   (57)
[0340] MoI2至Mo+I2(103kJ/mol 0.515V/2个电子)                       (58)
[0341] MoI2+Ni至MoNi+I2(102kJ/mol 0.515V/2个电子)                  (59)
[0342] MgO+I2+H2至MgI2+H2O(-51kJ/mol(298K)5kJ/mol(600K))           (60)。
[0343] 该阳极可包含呈合金或金属混合物形式的Mo，例如MoPt、MoNi、MoCo和MoCu。合金或混合物可增进Mo的电沉积。
[0344] 在一个实施方式中，熔融电解质(例如LiOH-LiBr)包含MgSO4作为添加剂以使Mo电沉积至具有Mo阳极的电池的阳极。该硫酸盐与氧化钼的氧发生交换反应，形成硫酸钼，由此
容许Mo电沉积于阳极上。
[0345] 在一个实施方式中，熔融电解质(例如LiOH-LiBr)包含MoS2、MoSe2和Li2MoO4中的至少一种作为添加剂以使Mo电沉积至具有Mo阳极的电池的阳极。在一个实施方式中，硫化
物和硒化物中的至少一种与氧化钼的氧发生交换反应，形成硫化钼或硒化钼，由此容许Mo
电沉积于阳极上。为防止硫化物氧化成硫酸盐或硒化物氧化成硒酸盐，氧还原阴极可用熔
融氢氧化物电解质稳定性阴极代替，该阴极参与牵涉不需氧的氢氧化物的氧化-还原反应
化学，例如羟基氧化物阴极，例如FeOOH或NiOOH阴极。示例性电池为密封的[Mo/LiOH-LiBr-
MoS2/FeOOH]、[Mo/LiOH-LiBr-MoSe2/FeOOH]、[Mo/LiOH-LiBr-MoS2-MoSe2/FeOOH]、[Mo/
LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoS2/FeOOH]和[Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoSe2-MoS2/FeOOH]，或具有例
如氩气氛围等惰性氛围者。
[0346] 在另一实施方式中，将与阳极金属氧化物腐蚀产物反应形成可溶于电解质中且能够电沉积至阳极上的化合物添加至电解质中。在具有包含Mo的阳极的电池的一个实施方式
中，将Li2O添加至LiOH-LiBr电解质中。Li2O与MoO3腐蚀产物反应形成Li2MoO4，其可溶于电解质中且再镀至阳极上。在一个实施方式中，向密封电池供应干燥氧来源(例如O2气体)或干
燥空气以使得Li2O保持未水合成LiOH。在运行期间于电池中形成H2O；因此，维持干燥O2来源的流动速率以达成电池中允许Li2O可用于反应形成Li2MoO4的H2O浓度。在一个实施方式中，
所维持的Li2O浓度在约0.001摩尔％至50摩尔％范围内。H2O可添加至电池中，通过冷却电池
至低于H2O与Mo反应的温度，增加希望的H2O量，随后再次升高电池温度，来补充消耗的H2O。
示例性电池为[Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4/NiO(O2)]和[Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoS2/NiO
(O2)]。
[0347] 在一个实施方式中，电池包括含镍阳极和熔融电解质(例如LiOH-LiBr)以及另外的金属卤化物电解质添加剂，例如过渡金属卤化物，例如阳极的卤化物，例如卤化镍，例如
NiBr2。在一个实施方式中，在不添加氧的情况下将电池密封。在添加H2O和H2O来源(例如加
热的储存器)情况下维持电池。阴极反应可为通过内部电解反应将H2O还原成氢氧化物和
氧。不存在外部另外供应的氧将防止阳极腐蚀。氧阴离子的形成又可能导致形成羟基氧化
物以促进分数氢反应。
[0348] 考虑到在放电期间发生的催化剂形成反应和对应半电池反应由以下给出
[0349] 阳极：OH-+H2→H2O+e-+H(1/p)       (61)
[0350] 阴极：O2+2H2O+4e-→4OH-           (62)
[0351] 总反应可为
[0352] 2H2+1/2O2→H2O+2H(1/p)           (63)
[0353] 其中，H2O充当催化剂。也引起H2O电解的示例性携带离子的电解质-H2O反应为
[0354] 阳极：2OH-→2H+O2-+e-             (64)
[0355] 阴极：O2-+H2O+e-→1/2O2+2OH-      (65)
[0356] 阳极：2OH-→H+HOO-+e-             (66)
[0357] 阴极：HOO-+1/2H2O+e-→2OH-+1/4O2  (67)
[0358] 阳极：3OH-→O2+H2O+H+3e-          (68)
[0359] 阴极：3/4O2+3/2H2O+3e-→3OH-      (69)
[0360] 其中，方程(64)、(66)和(68)的氢可反应形成分数氢：
[0361] 2H→2H(1/4)                      (70)
[0362] 总反应为
[0363] H2O→1/2O2+2H(1/4)               (71)
[0364] H2O→1/2O2+H2                    (72)
[0365] 其中，方程(64)、(66)和(68)的氢可另外反应形成H2O催化剂，且方程(65)、(67)和(69)的氧可分别按照方程(61)和(62)反应且形成OH-。其他氧物种，例如氧化物、过氧化物、超氧化物和HOO-以及相应氧化-还原反应可参与H2O的自发电解，以形成H、催化剂和分数氢
中的至少一种，同时运载由分数氢形成放出的能量而产生的过量电流。在另一实施方式中，
阳极包含Mo且电解质添加剂包含卤化钼。
[0366] 在一个实施方式中，电解质、阳极和阴极中的至少一种包含经由金属羟基氧化物中间物形成HOH催化剂和H的材料和化合物。该电池可包含熔融盐电解质，例如LiOH-LiBr；
或电解质水溶液，例如KOH。氢氧化物和羟基氧化物(例如Ni或Co的氢氧化物和羟基氧化物)
在阳极处形成HOH催化剂的示例性反应为
[0367] Ni(OH)2+OH-至NiOOH+H2O+e-     (73)
[0368] 和
[0369] Ni(OH)2至NiO+H2O             (74)。
[0370] 此一个或多个反应可至少部分由热驱动。在一个实施方式中，阳极的表面维持部分氧化的状态。该氧化状态包含羟基、氧羟基和氧化物基团中的至少一种。氧化表面的基团
可参与形成分数氢的催化剂(例如HOH)和原子氢中的至少一种的形成，其中，该原子氢可与
阳极和电解质中至少一种物种反应形成分数氢催化剂和分数氢中的至少一种。在一个实施
方式中，阳极和电解质中的至少一种包含支持部分氧化的物种或材料。阳极可包含形成氧
化表面的金属、合金或混合物，其中，该氧化表面可能基本上不腐蚀。阳极可包含可逆地形
成氧化物涂层的稀有金属、贵金属、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Ag、Co、Cu和Ni中的至少一种。其他适合材料为可氧化的材料且氧化形式易于用氢还原。在一个实施方式中，将至少一种化合物
或物种添加至电解质中以维持阳极的氧化状态。示例性添加剂为碱金属和碱土金属卤化
物，例如LiF和KX(X＝F、Cl、Br、I)。在一个实施方式中，电池在使阳极维持适合的氧化状态以传播分数氢反应的电压范围内运行。该电压范围可进一步允许在无显著阳极腐蚀情况下
运行。间歇电解波形可维持适合的电压范围。该范围可为以下至少一个：约0.5V至2V、约
0.6V至1.5V、约0.7V至1.2V、约0.75V至1.1V、约0.8V至0.9V和约0.8V至0.85V。在间歇循环
的各个充电和放电阶段期间的波形可为电压受限或电压受控、时间限制受控和电流受控中
的至少一种。在一个实施方式中，在阴极处由氧还原形成的氧离子运载电池的离子电流。氧
离子电流被控制以维持所需的阳极氧化状态。氧离子电流可通过增加电池电流和借助例如
增加阴极和阳极氧压力中的至少一种的方法增加氧还原速率中的至少一种来增加。可通过
在阴极处使用阴极氧反应催化剂(例如NiO、锂化NiO、CoO、Pt和稀土金属氧化物)增加氧还
原速率来增加氧流量，其中，氧电流的增加支持阳极处羟基氧化物的形成。在一个实施方式
中，调节CIHT电池温度以使偏好高温的分数氢反应动力学最大化，同时避免偏好较低温度
的羟基氧化物分解。在一个实施方式中，该温度在以下至少一个的范围内：25℃至1000℃、
300℃至800℃和400℃至500℃。
[0371] 在一个实施方式中，间歇或连续放电循环中充电和放电中的至少一种的电流密度极高以使分数氢形成的动力学增加。峰值电流密度可在以下至少一个的范围内：0.001mA/
cm2至100,000A/cm2、0.1mA/cm2至10,000A/cm2、1mA/cm2至1000A/cm2、10mA/cm2至100A/cm2和
100mA/cm2至1A/cm2。电池对于该循环的各阶段可在高电流下以短持续时间进行间歇充电和
放电，以便维持充电与放电电压范围之间的可容许的差异，从而由该电池产生净动力。时间
间隔是在选自约10-6s至10s和10-3s至1s的至少一个范围内。电流可为AC、DC或AC-DC混合。
在包含磁流体动力等离子体-电能量转换器的一个实施方式中，电流为DC，由此DC磁场是由
该电流产生。在一个实施方式中，充电和放电电流中的至少一种包含AC调变。该AC频率可在
约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz范围内。该调变的峰值电压可
在选自以下的至少一个范围内：约0.001V至10V、0.01V至5V、0.1V至3V、0.2V至2V、0.3V至
1.5V和0.5V至1V。在一个实施方式中，电流脉冲是沿传输线输送以达成较高电压或电流中
的至少一种。在所施加的高电流脉冲为AC的示例性情形中，当电流是在约0A下以其最大速
率变化，对应于从样品抽取电荷的最大能力时，可达成最快速的动力学。可使电极间隔减至
最小以降低电池电阻，从而允许高电流密度。间隔距离可通过监测电流密度、电池电阻、电
压和其他电学参数且使用这些值中的一个或多个调整间隔来进行动态控制。电极可设计成
将电流集中在表面的特定区域处，例如在尖锐边缘或点处。在一个实施方式中，电极包含立
方体或针状或者具有尖锐边缘的其他几何形状，以集中电场和电流密度，从而达成高电流
密度，例如约500mA/cm2以上。
[0372] 在一个实施方式中，阳极包含形成氢化物和氢键中的至少一种的材料，例如金属，例如稀有金属、过渡金属和内过度金属中的至少一种。该材料可增加阳极表面上的有效原
子氢。表面氢增加可使氢喷洒或渗透速率降低以维持所需分数氢反应速率和防止阳极腐蚀
中的至少一种。示例性金属为Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Co、Cu、Ni、V和Nb以及混合物，其可以任何所需量单独或以混合物或合金形式存在。该材料(例如金属)可充当氢离解剂。原子氢增加可
用于提供分数氢反应速率增加和存在的氢防止腐蚀的有效性增强中的至少一种。示例性的
解离性金属为Pt、Pd、Ir、Ru、Co、Ni、V和Nb。在一个实施方式中，将增加电池电压的化合物或材料添加至阳极和电解质中的至少一种。该增加可归因于电极过电势、分数氢反应速率和
阳极费米能级中的至少一种的改变。解离性金属可增加穿过氢渗透性阳极的氢的流动速
率。示例性阳极金属添加剂为Pt和Au，其中，该添加剂可为Ni占主导的阳极，由此形成合金
或混合物。示例性电解质添加剂为MgI2、CaI2、MgO和ZrO2。在一个实施方式中，包含贵金属或掺杂有贵金属的呈混合物或合金(例如PtNi或PtAuPd)形式的金属的阳极的运行电压高于
不存在贵金属的基体金属(例如Ni)，因为其具有较低的过电势且在充电阶段期间电解产生
氢的产率较高。H2维持平坦高电压带可能归因于在储存器中储存的在放电期间渗透出来的
电解作用。在一个实施方式中，供应至阳极表面的H2仅来自电解作用。
[0373] 在一个实施方式中，可将化合物添加至例如LiOH-LiBr等电解质中以增加阴极表面处的反应速率且使阳极稳定。适合添加剂为以下至少一种：碱金属氢氧化物(例如CsOH和
NaOH中的至少一种)、碱土金属氢氧化物、碱金属或碱土金属卤化物和氧化物(例如CoO、
NiO、LiNiO2、CoO、LiCoO2)和稀土金属氧化物(例如ZrO、MgO)、增加碱性的其他化合物、CeO2、La2O3、MoOOH、MoCl4、CuCl2、CoCl2、羟基氧化物(例如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH)、Fe化合物(例如氧化物，例如Fe2O3；或卤化物，例如FeBr2)、硫酸盐(例如Li2SO4)、磷酸盐(例如Li3PO4)、钨酸盐(例如Li2WO4)、碳酸盐(例如Li2CO3)、可在阳极处形成LiNiO2的NiO或Ni(OH)2、在阳极处形成
LiFeO2的铁化合物(例如Fe2O3)、在阳极处形成MgNiOx的MgO、具有较大阳离子的化合物(例
如具有较大稳定分子阳离子者或稳定金属络合物(例如六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑-3-鎓
盐、双(三氟甲烷磺酰基)亚胺基甜菜碱或双(三氟甲烷磺酰基)亚胺基N-丁基-N-甲基吡咯
烷鎓)，和包含HS-的化合物(例如LiHS)。在一个实施方式中，添加剂包含具有较大阳离子
(例如CsOH的Cs+离子)的化合物或具有较高电荷(例如碱土金属化合物的电荷或铋化合物
的Bi3+阳离子)的化合物。调节浓度以避免过度腐蚀。示例性低浓度为约<1摩尔％或<5摩
尔％。在一个实施方式中，添加的添加剂可在阴极处还原，迁移至阳极且在阳极处氧化。因
此，该化合物除来自方程(61)-(63)所给出的反应的电流外，也引起寄生电流。该添加剂可
具有多种稳定氧化状态。示例性的适合添加剂为铁化合物，例如FeBr2、FeBr3、FeO、Fe2O3、Fe(OH)2和Fe(OH)3，和代替Fe的其他金属，例如过渡金属。该添加剂可引起高电流以增加分数
氢反应速率。
[0374] 在一个实施方式中，阳极包含原生金属和添加剂，例如以下至少一种：Ag、稀土金属氧化物(例如CeO2或La2O3)和贵金属或贵金属的混合物或合金(例如Pt、Ir、Re、Pd或
AuPdPt)。Li2CO3、Li2O、NiO或Ni(OH)2中的一种可充当添加剂在阳极中形成LiNiO2。LiNiO2可改变电导率，促进氧化物-氢氧化物在电池电化学运行期间的相互转换，或促进Li++电子反
应以有助于分数氢反应。添加剂可分别在充电和放电期间降低阳极处H2或H2O放出中的至少
一种的过电势。在实施方式中，包含Pt阳极添加剂和CsOH电解质添加剂的电池为[NiPt
(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO]、[CoPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO]和[MoPt(H2)/LiOH-
LiBr-CsOH)/NiO]。在一个实施方式中，添加至阳极(例如流延的阳极)和电解质中的至少一
种中的添加剂包含固体氧化物燃料电池电解质、氧化物导体、氧化钇稳定化氧化锆(YSZ；其
也可包含Sr)(例如常见的8％形式Y8SZ)、氧化钪稳定化氧化锆(ScSZ)(例如常见的9摩尔％
Sc2O3-9ScSZ)、钆掺杂的氧化铈(GDC)或氧化钆掺杂的氧化铈(CGO)、镓酸镧、铋铜钒氧化物
(例如BiCuVOx)、MgO、ZrO2、La2O3、CeO2、钙钛矿材料(例如La1-xSrxCoyO3-□)、质子导体、掺杂铈酸钡和锆酸钡、以及SrCeO3型质子导体，例如锶铈钇铌氧化物和HxWO3。此外，该添加剂可包含金属，例如Al、Mo、过渡金属、内过渡金属或稀土金属。
[0375] 在一个实施方式中，阳极、阴极或电解质中的至少一种包含达成与高电流相同的增加分数氢催化剂反应速率的功能的添加剂。添加剂可除去在H催化期间形成的电子。添加
剂可进行电子交换反应。在一个示例性实施方式中，添加剂包含碳，其例如可添加至阳极或
阴极中。电子与碳反应形成Cx-，其插入来自电解质的Li+中以维持中性。因此，碳充当接收槽以与高电流类似的方式除去电子。
[0376] 在CIHT电池的一个实施方式中，阳极包含H2储存器以通过渗透或喷洒提供H2，其中外壁与电解质接触且包含阳极表面。阳极进一步包括包含添加至储存器内部的化合物或材
料的添加剂。该添加剂可改变阳极处的电压从而促进以较高速率进行分数氢反应和/或维
持电压以基本上防止阳极腐蚀。添加剂可包含可与H可逆反应的化合物，其中H可进行跨储
存器壁的输送。可在充电期间输送至储存器中且在放电期间输送出储存器。在阳极内部包
含氢化物或储氢材料的添加剂可在放电期间充当氢来源，其是通过充电再生。氢离解剂，例
如贵金属(例如Pt)可增加氢解离和穿过氢渗透性阳极的氢通量。添加剂可包含储氢材料，
例如LiH、氢化钛、MgH2、ZrH2、VH、NbH、LaNi6Hx、LiH+LiNH2或Li3N，或混合物，例如碱金属氮化物或其他金属氮化物(例如铝或镁氮化物)的共熔混合物，以在阳极内部制备导电性液体。
与跨越H渗透性阳极输送的H反应的添加剂可产生阳极电压贡献。该电压可归因于添加剂与
H反应对跨阳极输送H的依赖性，其中，在阳极表面处的外部电化学反应产生或消耗H。其他
适合的添加剂为MoO2、MoS2、金属(例如过渡金属，例如Co；和贵金属，例如Pd)。通过内部添加剂与外部的相互作用而有助于电压的添加剂的示例性反应为
[0377] 4OH-(外部)+Li3N(内部)至LiNH2(内部)+2LiH(内部)+4e-+2O2(外部)        (75)
[0378] OH-(外部)+Li(内部)至LiH(内部)+e-+1/2O2(外部)                      (76)
[0379] 和
[0380] 6OH-(外部)+LaNi5(内部)至LaNi5H6(内部)+6e-+3O2(外部)               (77)
[0381] 在一个实施方式中，NH2-催化剂和H在阳极内部形成，使得在阳极内部以及外部形-
成分数氢。后一情形中的催化剂可为HOH。阳极内部NH2催化剂与H的形成可归因于跨越氢渗
透性阳极的H输送。进行输送的H的形成可归因于OH-的氧化或来自由分数氢形成中所释放
的能量电解的H2O。H可归因于阳极处的氧化和阴极处的还原，由此引起的分数氢形成和大
能量释放包含使用HOH和NH2-中的至少一种作为催化剂的CIHT电池的另一实施方式。形成
-
NH2催化剂的反应物可包含本发明的Li-N-H系统。
[0382] 在CIHT电池(例如包含电解质水溶液的CIHT电池)的一个实施方式中，阳极包含碱蚀刻的NiAl。阳极可包含流延NiAl合金。碱蚀刻的合金可包含R-Ni。或者，阳极可包含金属
化聚合物，其充当H2渗透性阳极，例如对于含水电池而言。在一个实施方式中，金属化聚合
物阳极包含Ni、Co和Mo中的至少一种。熔融盐电解质电池以及含水电解质电池可包含具有
高熔点的金属化阳极聚合物，例如特氟龙(Teflon)。
[0383] 在CIHT电池的一个实施方式中，分数氢反应速率取决于高电流的施加或发展。CIHT电池可充电然后在高电流下放电，以增加分数氢反应的速率。该电池可间歇地充电和
放电，使得由于分数氢反应的贡献而达成电能增益。在能够达成高充电和放电电流中的至
少一种的实施方式中，镍金属氢化物电池型(NiMH型电池)CIHT电池包含：容器；含有氢氧化
镍的正极板，其至少部分充电形成羟基氧化镍作为其活性材料；包含吸氢合金(例如NiFe、
MgNi和LaNi5)的负极板，其充电形成相应氢化物作为活性材料；隔板，例如Celgard或其他
精细纤维，例如聚烯烃，其可为非织造或织造的；和碱性电解质。适合的电解质为氢氧化物
盐水溶液，例如碱金属氢氧化物，例如KOH、NaOH或LiOH。可添加另一种盐，例如碱金属卤化物(例如LiBr)，以改善电导率。在一个实施方式中，具有高电导率以运载高电流的电解质
(例如LiOH-LiBr)被选择为限制任何氧还原反应且限制腐蚀。
[0384] 在一个实施方式中，催化剂HOH在H来源或H存在下于负电极处形成，使得催化H形成分数氢。在一个实施方式中，活性阳极材料是H来源，且阴极的活性材料是氧来源或包含O
-
(例如OH)的化合物。对于NiMH型电池，适合的活性阳极材料为镍金属氢化物，且适合的活
性阴极材料为羟基氧化镍NiO(OH)。在此NiMH型电池中发生的反应为：
[0385] 阳极反应(负极)：OH-+MH至H2O+M+e-                (78)
[0386] 阴极反应(正极)：NiO(OH)+H2O+e-至Ni(OH)2+OH-     (79)
[0387] 在NiMH型电池的负极中“金属”M包含起到可逆形成金属氢化物化合物的混合物作用的至少一种化合物。M可包含金属间化合物，例如以下至少一种：AB5，其中A为稀土金属
镧、铈、钕、镨的混合物，且B为镍、钴、锰和/或铝；以及基于AB2化合物的较高容量的负极材料，其中A为钛和/或钒且B为锆或镍，经铬、钴、铁和/或锰改性。M可包含其他适合的氢化物，例如本发明的氢化物。
[0388] 在一个实施方式中，吸氢合金组合了氢化物会放热的金属(A)与氢化物会吸热的金属(B)以产生适合的结合能，由此可在常压和常温水平下或在接近常压和常温的水平下
吸收且释放氢。取决于组合金属的方式，合金包含以下类型：AB，例如TiFe；AB2，例如ZnMn；
AB5，例如LaNi5；和A2B，例如Mg2Ni。示例性的适合阳极合金为镧族金属，其中镍充当主体金属；和AB2型合金，其中钛和镍充当主体金属。
[0389] 在一个实施方式中，除了被动内部放电反应(例如方程(78)-(79)的反应)外，放电以外部电流或电源驱动以迫使高电流通过CIHT电池，从而达成较高的分数氢反应速率。高
放电电流密度可在以下至少一个的范围内：0.1A/cm2至100,000A/cm2、1A/cm2至10,000A/
2 2 2 2 2 2 2
cm、1A/cm至1000A/cm、10A/cm至1000A/cm和10A/cm 至100A/cm。然后分数氢反应给放
电功率提供贡献，由此以输出减去使电池和任何外部电流来源再充电所需的输入的净值达
成功率和能量增益。在一个实施方式中，外部电流来源可包含另一CIHT电池。如方程(71)中
所给出的，形成分数氢的反应在电池中产生氧作为产物。分数氢气体可从电池扩散出来，且
氧可通过添加可在阳极处供应的氢气而重新转化成水，如图1和2中所给出的。
[0390] 在一个实施方式中，电解质包含熔融盐，例如本发明的熔融盐，例如LiOH-LiBr，且阳极H来源和阴极氧来源在暴露于熔融盐电解质的运行温度下稳定。示例性高电流驱动电
池为[MH/LiOH-LiBr/FeOOH]，其中MH为金属氢化物，其在运行温度和条件下为稳定的。该氢
化物可包含储氢材料，例如金属，例如钛、钒、铌、钽、锆和铪氢化物、稀土金属氢化物、钇和钪氢化物、过渡元素氢化物、金属间氢化物，和如以下文献中给出的本领域中已知的其合
金：W.M.Mueller,J.P.Blackledge和G.G.Libowitz,Metal Hydrides,Academic Press,New 
York,(1968)，Hydrogen in Intermetallic Compounds I,L.Schlapbach编著，Springer-
Verlag,Berlin，和Hydrogen in Intermetallic Compounds II,L.Schlapbach编著，
Springer-Verlag,Berlin，其以引用的方式并入本文中。金属氢化物可包含稀土金属氢化
物，例如镧、钆、镱、铈和镨的氢化物；内过渡金属氢化物，例如钇和钕的氢化物；过渡金属氢化物，例如钪和钛的氢化物；和合金氢化物，例如锆-钛(50％/50％)的氢化物。在一个实施
方式中，H2气体为阳极处的H来源。示例性电池为[Ni(H2)/LiOH-LiBr/FeOOH]。
[0391] 本发明进一步涉及产生热能的动力系统，其包括：至少一个容器，其能够承受以下中的至少一种的压力：大气压、高于大气压及低于大气压；至少一个加热器；构成分数氢反
应物的反应物，其包括：a)催化剂来源或催化剂，其包括新生H2O；b)原子氢来源或原子氢；
c)包括氢氧化物化合物和卤化物化合物的反应物，其用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢
来源及原子氢中的至少一种；以及引发原子氢的催化的一种或多种反应物，其中，在进行混
合及加热反应物的至少其一时发生反应。氢氧化物化合物及卤化物化合物中的至少一种包
括以下中的至少一种：碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属及Al、Ga、In、Sn、Pb、Bi、Cd、Cu、Co、Mo及Ni、Sb、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W和Zn。在一个实施方式中，反应物进一步包括与产物反应以再生反应物的H2O来源。
[0392] 本发明涉及一种产生电及热能中的至少一种的电化学动力系统，其包含：相对于大气封闭的容器，该容器包含至少一个阴极；至少一个阳极；至少一个双极板；和在电池工
作期间利用分离的电子流和离子质量输送构成分数氢反应物的反应物，所述反应物包含选
自以下的至少两种成分：a)至少一种H2O来源；b)包含选自nH、OH、OH-、新生H2O、H2S或MNH2中的至少一种的至少一种催化剂来源或催化剂，其中n为整数且M为碱金属；和c)至少一种原
子氢来源或原子氢、用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的一
种或多种反应物；引发原子氢的催化的一种或多种反应物；和载体，其中，阴极、阳极、反应物和双极板的组合维持各阴极与相应阳极之间的化学电势以允许原子氢的催化传播，并且
该系统还包含电解系统。在一个实施方式中，该电化学动力系统的电解系统间歇电解H2O以
提供原子氢来源或原子氢且使电池放电以使该循环的净能量平衡获得增益。反应物可包含
选自以下的至少一种电解质：至少一种熔融氢氧化物；至少一种低共熔盐混合物；熔融氢氧
化物与至少一种其他化合物的至少一种混合物；熔融氢氧化物与盐的至少一种混合物；熔
融氢氧化物与卤化物盐的至少一种混合物；碱金属氢氧化物与碱金属卤化物的至少一种混
合物；LiOH-LiBr、LiOH-LiX、NaOH-NaBr、NaOH-NaI、NaOH-NaX和KOH-KX(其中X表示卤离子)、至少一种基质和至少一种添加剂。电化学动力系统可还包含加热器。电化学动力系统的高
于电解质熔点的电池温度可在选自以下的至少一个范围内：高于熔点约0～1500℃、高于熔
点约0～1000℃、高于熔点约0～500℃、高于熔点约0～250℃和高于熔点约0～100℃。在实
施方式中，电化学动力系统的基质包含以下的至少一种：氧阴离子化合物、铝酸盐、钨酸盐、锆酸盐、钛酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、铬酸盐和锰酸盐、氧化物、氮化物、硼化物、硫族化物、硅化物、磷化物和碳化物、金属、金属氧化物、非金属和非金属氧化物；碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属和Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge和B和形成氧化物或氧阴离子的其他元素的氧化物；至少一种氧化物，如碱金
属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属和Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge和B和形成氧化物和一种氧阴离子的其他元素的氧化物，并且其还包含来自碱
金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属和Al、Ga、In、Sn和Pb阳离子的组中的至少一种阳离子；LiAlO2、MgO、Li2TiO3或SrTiO3；阳极材料的氧化物和电解质化合物；阳离子和电解质氧化物中的至少一种；电解质MOH(M＝碱金属)的氧化物；包含Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co和M'(其中M'表示碱土金属)的组中的元素、金属、合金或混合物的电解质氧化物；MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO或Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、Mn2O7、HfO2、Co2O3、CoO、Co3O4、Co2O3和MgO；阴极材料氧化物和可选的电解质氧化物；Li2MoO3或Li2MoO4、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SiO3、LiAlO2、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2B4O7、Li2NbO3、Li2SeO3、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2MnO4、Li2HfO3、LiCoO2和M'O(其中M'表示碱土金属)和MgO；阳极元素或同一族元素的氧化物，和具有Mo阳极的Li2MoO4、MoO2、Li2WO4、Li2CrO4和Li2Cr2O7，并且添加剂包含以下中的至少一种：S、Li2S、氧化物、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO或Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、MgO、TiO2、Li2TiO3、LiAlO2、Li2MoO3或Li2MoO4、Li2ZrO3、Li2SiO3、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2B4O7、Li2NbO3、Li2SeO3、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2MnO3或LiCoO2、MnO和CeO2。在电化学动力系统工作期间可发生以下反应中的至少一种：a)在放电阳极处由H2O的电解形成H和H2中的至少一种；b)在放电阴极处由H2O的电
解形成O和O2中的至少一种；c)由反应混合物的反应形成氢催化剂；d)在放电过程中形成分
数氢以产生电力及热能中的至少一种；e)OH-被氧化并与H反应以形成充当分数氢催化剂的
新生H2O；f)氧化OH-成氧离子和H；g)在放电阴极处还原氧离子、氧和H2O中的至少一种；h)H和新生H2O催化剂反应以形成分数氢；和i)在放电期间形成分数氢以产生电力和热能中的
至少一种。在电化学动力系统的一个实施方式中，在电池放电期间发生OH-的氧化和氧离
子、氧和H2O中的至少一种的还原中的至少一种反应以产生能量，该能量超过间歇电解的电
解阶段期间的能量。随时间变化的放电电流可能超过间歇电解的电解阶段期间随时间变化
的电流。在一个实施方式中，阳极半电池反应可为
[0393] OH-+2H→H2O+e-+H(1/4)
[0394] 其中，第一H与OH-反应形成H2O催化剂和e-与第二H经H2O催化形成分数氢一起进行。在实施方式中，放电阳极半电池反应的电压为以下中的至少一种：相对于标准氢电极对
工作温度进行热力学修正后的约1.2伏；和相对于标准氢电极和25℃，在约1.5V～0.75V、
1.3V～0.9V和1.25V～1.1V中的至少一个范围内的电压，且阴极半电池反应的电压为以下
中的至少一种：对工作温度进行热力学修正后的约0伏；和相对于标准氢电极和25℃，在约-
0.5V～+0.5V、-0.2V～+0.2V和-0.1V～+0.1V中的至少一个范围内的电压。
[0395] 在本发明的电化学动力系统的一个实施方式中，阴极包含NiO，阳极包含Ni、Mo、合金和碳中的至少一种，且双金属结包含不同于该阳极的金属的哈斯特
合金、Ni、Mo和 合金中的至少一种。电化学动力系统可包含至少一个电池
堆叠，其中双极板包含隔开阳极与阴极的双金属结。在一个实施方式中，向电池供应H2O，其中H2O蒸汽压在选自以下的至少一个范围内：约0.001托～100atm、约0.001托～0.1托、约
0.1托～1托、约1托～10托、约10托～100托、约100托～1000托和约1000托～100atm，并且实现至少大气压的压力差额为由包含稀有气体和N2中的至少一种的所供给的惰性气体提供。
在一个实施方式中，电化学动力系统可包含水蒸汽发生器以向该系统供应H2O。在一个实施
方式中，电池在充电阶段与放电阶段之间间歇切换，其中(i)充电阶段至少包含水在具有相
反电压极性的电极处电解，且(ii)放电阶段至少包含在所述电极之一或两者处形成H2O催
化剂；其中(i)各电池的各电极作为阴极或阳极的作用在充电阶段与放电阶段之间在来回
切换中反转，且(ii)电流极性在充电阶段与放电阶段之间在来回切换中反转，且其中充电
包含施加外加电流和电压中的至少一种。在实施方式中，外加电流和电压中的至少一种的
波形包含在约0.001％～约95％范围内的占空比；在约0.1V～10V范围内的每电池的峰值电
2 2 2 2
压；约0.001W/cm～1000W/cm的峰值功率密度，和在约0.0001W/cm ～100W/cm范围内的平
均功率，其中外加电流和电压还包含直流电压、直流电流中的至少一种和交流电流和电压
波形中的至少一种，其中波形包含在约1Hz～约1000Hz范围内的频率。间歇循环的波形可包
含间歇循环的电解和放电阶段的至少其一的恒定电流、功率、电压和电阻和可变电流、功
率、电压和电阻中的至少一种。在实施方式中，循环的至少一个阶段的参数包含：间歇阶段
的频率在选自以下的至少一个范围内：约0.001Hz～10MHz、约0.01Hz～100kHz和约0.01Hz
～10kHz；每电池的电压在选自以下的至少一个范围内：约0.1V～100V、约0.3V～5V、约0.5V～2V和约0.5V～1.5V；有效形成分数氢的每单位电极面积的电流在选自以下的至少一个范
围内：约1μA cm-2～10A cm-2、约0.1mA cm-2～5A cm-2和约1mA cm-2～1A cm-2；有效形成分数氢的每单位电极面积的功率在选自以下的至少一个范围内：约1μW cm-2～10W cm-2、约
0.1mW cm-2～5W cm-2和约1mW cm-2～1W cm-2；有效形成分数氢的每单位电极面积的恒定电
流在约1μA cm-2～1A cm-2的范围内；有效形成分数氢的每单位电极面积的恒定功率在约
1mW cm-2～1W cm-2的范围内：时间间隔在选自以下的至少一个范围内：约10-4s～10,000s、
10-3s～1000s和10-2s～100s和10-1s～10s；每电池的电阻在选自以下的至少一个范围内：约
1mΩ～100MΩ、约1Ω～1MΩ和10Ω～1kΩ；有效形成分数氢的每单位电极面积的适当负载
的电导率在选自以下的至少一个范围内：约10-5～1000Ω-1cm-2、10-4～100Ω-1cm-2、10-3～10Ω-1cm-2和10-2～1Ω-1cm-2，且放电电流、电压、功率或时间间隔中的至少一种大于该电解阶段，从而在该循环内产生功率或能量增益中的至少一种。可维持放电期间的电压超过防止
该阳极过度腐蚀的电压。
[0396] 在电化学动力系统的一个实施方式中，形成催化剂的反应为：
[0397] O2+5H++5e-→2H2O+H(1/p)；
[0398] 对半电池反应为：
[0399] H2→2H++2e-；且
[0400] 总反应为：
[0401] 3/2H2+1/2O2→H2O+H(1/p)。
[0402] 可在电化学动力系统工作期间由氢形成以下产物中的至少一种：a)拉曼峰在0.23～0.25cm-1的整数倍处加上0～2000cm-1的基质位移的氢产物；b)红外峰在0.23～0.25cm-1
的整数倍处加上0～2000cm-1的基质位移的氢产物；c)X射线光电子能谱峰在能量475eV～
525eV或257±25eV、509±25eV、506±25eV、305±25eV、490±25eV、400±25eV或468±25eV
的范围内加上0～10eV的基质位移的氢产物；d)引起高磁场MAS NMR基质位移的氢产物；e)
相对于TMS的高磁场MAS NMR或液体NMR位移大于-5ppm的氢产物；f)至少两个电子束发射光
谱峰在200～300nm范围内而间隔在0.23～0.3cm-1的整数倍处加上基质位移在0～5000cm-1
范围内的氢产物；和g)至少两个UV荧光发射光谱峰在200～300nm范围内而间隔在0.23～
0.3cm-1的整数倍处加上0～5000cm-1的基质位移的氢产物。
[0403] 本发明还涉及一种电化学动力系统，其包含：含有氢渗透性电极的氢阳极；包含氢氧化物的熔融盐电解质；和O2和H2O阴极中的至少一种。在实施方式中，维持该电解质呈熔融状态和该膜呈氢渗透性状态中的至少一种的电池温度在选自以下的至少一个范围内：约25
～2000℃、约100～1000℃、约200～750℃、约250℃～500℃，高于电解质熔点的电池温度在以下的至少一个范围内：高于熔点约0～1500℃、高于熔点约0～1000℃、高于熔点约0～500
℃、高于熔点约0～250℃和高于熔点约0～100℃；膜厚度在选自以下的至少一个范围内：约
0.0001～0.25cm、0.001～0.1cm、和0.005～0.05cm；氢气压力维持在选自以下的至少一个
范围内：约1托～500atm、10托～100atm和100托～5atm；氢气渗透速率在选自以下的至少一
个范围内：约1×10-13摩尔s-1cm-2～1×10-4摩尔s-1cm-2、1×10-12摩尔s-1cm-2～1×10-5摩尔s-1 -2 -11 -1 -2 -6 -1 -2 -10 -1 -2 -7 -1 -2
cm 、1×10 摩尔s cm ～1×10 摩尔s cm 、1×10 摩尔s cm ～1×10 摩尔s cm
和1×10-9摩尔s-1cm-2～1×10-8摩尔s-1cm-2。在一个实施方式中，电化学动力系统包含：含有氢喷射电极的氢阳极；包含氢氧化物的熔融盐电解质；和O2和H2O阴极中的至少一种。在实施方式中，维持电解质呈熔融状态的电池温度在选自以下的至少一个范围内：高于电解质熔
点约0～1500℃、高于电解质熔点约0～1000℃、高于电解质熔点约0～500℃、高于电解质熔
点约0～250℃和高于电解质熔点约0～100℃；H2鼓泡或喷射电极的每单位几何面积的氢气
流动速率在选自以下的至少一个范围内：约1×10-13摩尔s-1cm-2～1×10-4摩尔s-1cm-2、1×
10-12摩尔s-1cm-2～1×10-5摩尔s-1cm-2、1×10-11摩尔s-1cm-2～1×10-6摩尔s-1cm-2、1×10-10摩尔s-1cm-2～1×10-7摩尔s-1cm-2和1×10-9摩尔s-1cm-2～1×10-8摩尔s-1cm-2；对电极处的反应速率匹配或超过氢反应的电极处的反应速率；H2O和O2中的至少一种的还原速率足以维持H
或H2的反应速率，且对电极具有足以支持充足速率的表面积和材料。
[0404] 本发明还涉及一种产生热能的动力系统，其包含：至少一个容器，其能够承受大气压、高于大气压及低于大气压中的至少一种的压力；至少一个加热器，构成分数氢反应物的
反应物，所述反应物包含：a)包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；b)原子氢来源或原子氢；
c)用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的反应物；和引发原子
氢的催化的一种或多种反应物，其中在进行混合和加热反应物的至少其一时发生反应。在
实施方式中，动力系统形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的反应
包含选自以下的至少一个反应：脱水反应；燃烧反应；路易斯酸或碱和质子酸或碱的反应；
氧化物-碱反应；酸酐-碱反应；酸-碱反应；碱-活性金属反应；氧化-还原反应；分解反应；交换反应；和卤化物、O、S、Se、Te、NH3与具有至少一个OH的化合物的交换反应；包含O的化合物的氢还原反应，且H来源为在所述反应物进行反应时所形成的新生H和来自氢化物或气体来
源和离解器的氢中的至少一种。
[0405] VI.化学反应器
[0406] 本发明也涉及用于产生本发明的具有增加的结合能的氢物种及化合物(例如二分数氢分子及分数氢氢化物化合物)的其他反应器。取决于电池类型，其他催化产物为动力及
可选的等离子体及光。此反应器在下文中称为“氢反应器”或“氢电池”。氢反应器包括用于制备分数氢的电池。用于制备分数氢的电池可采用以下形式：化学反应器或气体燃料电池
(例如气体放电电池)、等离子体炬电池或微波动力电池及电化学电池。用于制备分数氢的
电池的示例性实施方式可采用液体-燃料电池、固体-燃料电池、异质燃料电池、CIHT电池和
SF-CIHT电池的形式。该电池中的每一种均包括：(i)原子氢来源；(ii)至少一种用于制备分
数氢的催化剂，其选自固体催化剂、熔融催化剂、液体催化剂、气态催化剂或其混合物；及
(iii)容器，其用于使氢及用于制备分数氢的催化剂发生反应。如本文中所使用且如由本发
明所涵盖，除非另外指定，否则术语“氢”不仅包含氕(1H)，且也包含氘(2H)及氚(3H)。示例性化学反应混合物及反应器可包括本发明的SF-CIHT、CIHT电池或热电池实施方式。其他示例
性实施方式在此化学反应器部分中给出。具有在混合物反应期间形成的H2O作为催化剂的
反应混合物的实例在本发明中给出。其他催化剂(例如那些在表1和3中给出的催化剂)可用
于形成具有增加的结合能的氢物种和化合物。表3A的示例性M-H型催化剂为NaH。可在诸如
反应物、反应物的重量％、H2压力及反应温度等参数方面根据这些示例性情况调节反应及
条件。适宜的反应物、条件及参数范围为本发明的那些。通过预测的13.6eV的整数倍的连续
辐射谱带、由H线的多普勒谱线拓宽所测量的在其他方面无法解释的超高H动能、H线反转、
在不破坏磁场情况下形成等离子体和如在Mills先前公开案中所报导的不规则等离子体余
晖持续时间显示分数氢和分子分数氢为本发明的反应器的产物。其他研究人员已在装置外
独立验证数据，例如有关CIHT电池和固体燃料的数据。由本发明的电池形成分数氢也通过
在较长持续时间内连续输出的电能所证实，这些电能为电输入的多倍，其在大多数情形中
超过在无替代性来源情况下的输入的超过10倍。预测的分子分数氢H2(1/4)通过以下方法
鉴别为CIHT电池和固体燃料的产物：MAS H NMR，其显示预测的约-4.4ppm的高磁场偏移的
基质峰；ToF-SIMS和ESI-ToFMS，其显示H2(1/4)与吸气剂基质复合成为m/e＝M+n2峰，其中M
为母离子的质量且n为整数；电子束激发发射光谱和光致发光发射光谱，其显示预测的具有
H2能量的16倍或量子数p＝4的平方的H2(1/4)的旋转和振动谱；拉曼光谱和FTIR光谱，其显
示1950cm-1的H2(1/4)旋转能，其为H2旋转能的16倍或量子数p＝4的平方；XPS，其显示预测
的500eV的H2(1/4)总结合能；和到达时间在m/e＝1峰之前的ToF-SIMS峰，该m/e＝1峰对应
于动能为约204eV的H，其将预测的H变为H2(1/4)的能量释放与转移至第三体H的能量相匹
配，如以下中所报导：Mills先前公开案，和R.Mills X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,
“Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell”,International 
Journal of Energy Research,(2013)，以及R.Mills,J.Lotoski,J.Kong,G Chu,J.He,
J.Trevey,“High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)
Electrochemical Cell”(2014)，其以全文引用的方式并入本文中。
[0407] 使用水流量热计和Setaram DSC 131差示扫描量热计(DSC)两者，通过观察到来自形成分数氢的固体燃料的超过最大理论能量60倍的热能，证实了本发明的电池(例如包含
固体燃料的电池)形成分数氢以产生热能。MAS H NMR显示出预测的约-4.4ppm的H2(1/4)高
-1
磁场基质位移。在1950cm 处开始的拉曼峰匹配H2(1/4)的自由空间旋转能(0.2414eV)。这
些结果报导于Mills先前公开案和R.Mills,J.Lotoski,W.Good,J.He“, Solid Fuels that 
Form HOH Catalyst”,(2014)中，其以全文引用的方式并入本文中。
[0408] 在一个实施方式中，固体燃料反应形成H2O及H作为产物或中间体反应产物。H2O可用作形成分数氢的催化剂。反应物包括至少一种氧化剂及一种还原剂，且反应包括至少一
种氧化-还原反应。还原剂可包括金属，例如碱金属。反应混合物可进一步包括氢源及H2O
源，且可以可选地包括载体(例如碳、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物(例如TiCN)或腈。载体可包括金属粉末。在一个实施方式中，氢载体包括Mo或Mo合金(例如本发明的那些合金，
例如MoPt、MoNi、MoCu及MoCo)。在一个实施方式中，如本领域技术人员所已知，通过例如以下方法来避免载体的氧化：选择并不氧化载体的反应混合物的其他成分，选择非氧化性反
应温度及条件，及维持还原气氛(例如H2气氛)。H源可选自碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属、稀土金属的氢化物及本发明的氢化物的组中。氢源可为氢气，其可进一步包括离
解剂，例如本发明的那些离解剂，例如位于载体(例如碳或氧化铝)上的贵金属及本发明的
其他离解剂。水源可包括发生脱水的化合物，例如氢氧化物或氢氧化物复合物，例如Al、Zn、Sn、Cr、Sb及Pb的那些氢氧化物或氢氧化物复合物。水源可包括氢源及氧源。氧源可包括含
有氧的化合物。示例性化合物或分子为O2、碱金属或碱土金属氧化物、过氧化物或超氧化
物、TeO2、SeO2、PO2、P2O5、SO2、SO3、M2SO4、MHSO4、CO2、M2S2O8、MMnO4、M2Mn2O4、MxHyPO4(x、y＝整数)、POBr2、MClO4、MNO3、NO、N2O、NO2、N2O3、Cl2O7及O2(M＝碱金属；且碱土金属或其他阳离子可替代M)。其他示例性反应物包括选自以下组中的试剂：Li、LiH、LiNO3、LiNO、LiNO2、Li3N、Li2NH、LiNH2、LiX、NH3、LiBH4、LiAlH4、Li3AlH6、LiOH、Li2S、LiHS、LiFeSi、Li2CO3、LiHCO3、Li2SO4、LiHSO4、Li3PO4、Li2HPO4、LiH2PO4、Li2MoO4、LiNbO3、Li2B4O7(四硼酸锂)、LiBO2、Li2WO4、LiAlCl4、LiGaCl4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2TiO3、LiZrO3、LiAlO2、LiCoO2、LiGaO2、Li2GeO3、LiMn2O4、Li4SiO4、Li2SiO3、LiTaO3、LiCuCl4、LiPdCl4、LiVO3、LiIO3、LiFeO2、LiIO4、LiClO4、LiScOn、LiTiOn、LiVOn、LiCrOn、LiCr2On、LiMn2On、LiFeOn、LiCoOn、LiNiOn、LiNi2On、LiCuOn及LiZnOn(其中n＝1、2、3或4)、氧阴离子、强酸的氧阴离子、氧化剂、分子氧化剂(例如V2O3、I2O5、MnO2、Re2O7、CrO3、RuO2、AgO、PdO、PdO2、PtO、PtO2及NH4X(其中X为硝酸根或在CRC中给出的其他适宜的阴离子))及还原剂。另一碱金属或其他阳离子可替代Li。其他氧源可选自以
下组中：MCoO2、MGaO2、M2GeO3、MMn2O4、M4SiO4、M2SiO3、MTaO3、MVO3、MIO3、MFeO2、MIO4、MClO4、MScOn、MTiOn、MVOn、MCrOn、MCr2On、MMn2On、MFeOn、MCoOn、MNiOn、MNi2On、MCuOn及MZnOn(其中M为碱金属且n＝1、2、3或4)、氧阴离子、强酸的氧阴离子、氧化剂、分子氧化剂(例如V2O3、I2O5、MnO2、Re2O7、CrO3、RuO2、AgO、PdO、PdO2、PtO、PtO2、I2O4、I2O5、I2O9、SO2、SO3、CO2、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5、Cl2O、ClO2、G2O3、Cl2O6、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5)。反应物可具有形成分数氢的任一期望比率。示例性反应混合物为0.33g LiH、1.7g LiNO3及1g MgH2以及4g活性炭粉末的
混合物。另一示例性反应混合物为黑色火药，例如KNO3(75重量％)、软材木炭(其可大致包
括式C7H4O)(15重量％)及S(10重量％)；KNO3(70.5重量％)及软材木炭(29.5重量％)；或在
约±1-30重量％范围内的这些比率。氢源可为大致包括式C7H4O的木炭。
[0409] 在一个实施方式中，反应混合物包含形成氮气、二氧化碳和H2O的反应物，其中后者充当分数氢催化剂，因为反应中也形成H。在一个实施方式中，反应混合物包含氢来源和
H2O来源，H2O来源可包含硝酸盐、硫酸盐、高氯酸盐、过氧化物(例如过氧化氢)、过氧化合物(例如三丙酮-三过氧化物(TATP)或二丙酮-二过氧化物(DADP))，过氧化合物也可充当H来
源，尤其在添加O2或另一氧来源(例如硝基化合物，例如硝化纤维素(APNC)、氧气或其它含
氧化合物或氧阴离子化合物)时。反应混合物可包含化合物来源或化合物或官能团来源或
官能团，其包含结合氮的氢、碳、烃和氧中的至少两者。反应物可包含硝酸盐、亚硝酸盐、硝基和硝胺。硝酸盐可包含金属(例如碱金属)硝酸盐，可包含硝酸铵或本领域技术人员已知
的其它硝酸盐，例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属或稀土金属或Al、Ga、In、Sn或Pb的硝酸盐。硝基可包含如硝基甲烷、硝基甘油、三硝基甲苯或本领域技术人员已知的类似
化合物等有机化合物的官能团。示例性反应混合物为NH4NO3和碳源，例如长链烃(CnH2n+2)
(例如加热油、柴油、煤油)，该长链烃可包含氧(例如糖蜜或糖)或硝基(例如硝基甲烷)；或
碳源，例如煤粉尘。H来源也可包含NH4、烃(例如燃料油)或糖，其中结合碳的H提供H的控制
释放。H释放可通过自由基反应实现。C可与O反应释放H并形成碳-氧化合物，例如CO、CO2和
甲酸盐。在一个实施方式中，单一化合物可包含形成氮气、二氧化碳和H2O的官能团。还包含烃官能团的硝胺为环三亚甲基三硝胺，通常称为旋风炸药(Cyclonite)或代号为RDX。可充
当H来源和H2O催化剂来源(例如O来源和H来源中的至少一种的来源)中的至少一种的其它
示例性化合物为选自以下组中的至少一种：硝酸铵(AN)、黑火药(75％KNO3+15％木炭+10％
S)、硝酸铵/燃料油(ANFO)(94.3％AN+5.7％燃料油)、赤藓醇四硝酸酯、三硝基甲苯(TNT)、
阿马图炸药(amatol)(80％TNT+20％AN)、特屈儿炸药(tetrytol)(70％特屈儿(tetryl)+
30％TNT)、特屈儿(2,4,6-三硝基苯甲硝铵(C7H5N5O8))、C-4(91％RDX)、C-3(基于RDX)、组合物B(63％RDX+36％TNT)、硝酸甘油、RDX(环三亚甲基三硝胺)、塞姆泰克斯(Semtex)(94.3％
PETN+5.7％RDX)、PETN(季戊四醇四硝酸酯)、HMX或奥克托儿(octogen)(八氢-1,3,5,7-四
硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷)、HNIW(CL-20)(2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六
氮杂异伍兹烷)、DDF(4,4'-二硝基-3,3'-氧化偶氮呋呫)、七硝基立方烷、八硝基立方烷、2,
4,6-三(三硝甲烷)-1,3,5-三嗪、TATNB(1,3,5-三硝基苯，3,5-三叠氮基-2,4,6-三硝基
苯)、三硝基苯胺、TNP(2,4,6-三硝基苯酚或苦味酸)、邓氏炸药(dunnite)(苦味酸铵)、苦味酸甲酯、苦味酸乙酯、氯化苦味酸盐(2-氯-1,3,5-三硝基苯)、三硝基甲酚、收敛酸铅(2,4,
6-三硝基间苯二酚铅，C6HN3O8Pb)、TATB(三胺基三硝基苯)、硝酸甲酯、硝基甘醇、甘露醇六硝酸酯、乙二硝胺、硝基胍、四硝基甘脲、硝基纤维素、硝酸脲和六亚甲基三过氧二胺
(HMTD)。氢、碳、氧和氮的比率可为任何所需比率。在硝酸铵(AN)和燃料油(FO)的反应混合
物(称为硝酸铵/燃料油(ANFO))的一个实施方式中，产生平衡反应的适合化学计量为约
94.3重量％AN和5.7重量％FO，但FO可过量。AN和硝基甲烷的示例性平衡反应为
[0410] 3NH4NO3+2CH3NO2→4N2+2CO2+9H2O    (80)
[0411] 其中部分H也转化为较分数氢物种，例如H2(1/p)和H-(1/p)，例如p＝4。在一个实施方式中，氢、氮和氧的摩尔比类似，例如在具有式C3H6N6O6的RDX中。
[0412] 在一个实施方式中，能量通过使用原子氢的添加来源而增加，添加来源例如H2气体或氢化物(例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属氢化物)和离解剂
(例如Ni、Nb或贵金属/载体(例如碳、碳化物、硼化物或氮化物或二氧化硅或氧化铝))。反应混合物可在形成H2O催化剂和原子H的反应期间产生压缩或冲击波以增加形成分数氢的动
力学。反应混合物可包含至少一种反应物以在形成H和H2O催化剂的反应期间增加热量。反
应混合物可包含可在固体燃料的颗粒或小珠之间分散的氧来源(例如空气)。例如，AN小珠
可包含约20％空气。反应混合物可以还包含敏化剂，如填充空气的玻璃珠。在一个示例性实
施方式中，添加金属粉末(例如Al)以增加反应的热量和动力学。例如，Al金属粉末可添加至
ANFO中。其它反应混合物包含也具有H来源和催化剂来源(如H2O)的烟火材料。在一个实施
方式中，分数氢的形成具有可由能量反应(例如能量或烟火材料的能量反应)提供的高活化
能，其中分数氢的形成有助于反应混合物的自加热。作为选择，活化能可通过电化学反应提
供，例如具有对应于11,600K/eV的高等效温度的CIHT电池的电化学反应。
[0413] 另一示例性反应混合物为可在约0.01atm至100atm压力范围内的H2气体、硝酸盐(例如碱金属硝酸盐，例如KNO3)和氢离解剂(例如Pt/C、Pd/C、Pt/Al2O3或Pd/Al2O3)。混合物可还包含碳，例如石墨或GTA级柔性石墨(Grade GTA Grafoil)(Union Carbide)。反应比率
可为任何所需值，例如混合物的约0.1重量％至10重量％的约1至10％Pt或Pd/碳与约50重
量％的硝酸盐混合，且其余为碳；但在示例性实施方式中，比率可变化约5至10倍。在使用碳作为载体的情况下，温度维持在低于产生形成例如碳酸盐(例如碱金属碳酸盐)的化合物的
C反应的温度。在一个实施方式中，温度维持在例如约50℃-300℃或约100℃-250℃范围内
以便在N2上形成NH3。
[0414] 反应物与再生反应和系统可包含本发明和本人以下在先美国专利申请案中的反应物与再生反应和系统：例如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US08/61455，4/24/2008提
交PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，7/29/2009提交
PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US10/27828，3/18/2010提交
PCT；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US11/28889，3/17/2011提
交PCT；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，PCT/US12/
31369，3/30/2012提交，以及CIHT Power System，PCT/US13/041938，5/21/13提交(“Mills在先申请”)，所述文献以全文引用的方式并入本文中。
[0415] 在一个实施方式中，反应可包含氮氧化物(例如N2O、NO2或NO)而不是硝酸盐。作为选择，也向反应混合物中添加气体。NO、NO2和N2O和碱金属硝酸盐可由已知工业方法(例如依次通过哈柏法(Haber process)和奥斯特瓦尔德法(Ostwald process))产生。在一个实施
方式中，步骤的示例性顺序为：
[0416]
[0417] 具体地，哈柏法可用于由N2和H2在高温和高压下使用催化剂(例如含α-铁的一些氧化物)制备NH3。奥斯特瓦尔德法可用于在催化剂(例如热铂或铂-铑催化剂)下氧化氨为NO、
NO2和N2O。在一个实施方式中，产物为氨和碱金属化合物中的至少一种。NO2可由NH3通过氧
化形成。NO2可溶解于水形成硝酸，硝酸与碱金属化合物(例如M2O、MOH、M2CO3或MHCO3)反应形成M硝酸盐，其中M为碱金属。
[0418] 在一个实施方式中，由氧来源(例如MNO3，M＝碱金属)形成H2O催化剂、(ii)由来源(例如H2)形成原子H和(iii)形成分数氢的反应中的至少一种反应通过可加热的常规催化
剂(例如贵金属，例如Pt)或在该常规催化剂上进行。热催化剂可包含热长丝。长丝可包含热
Pt长丝。氧来源(例如MNO3)可至少部分为气态的。气态和其蒸汽压力可通过加热MNO3(例如
KNO3)来控制。氧来源(例如MNO3)可处于开放舟皿中，可加热该开放舟皿以释放气态MNO3。加热可用加热器(例如热长丝)进行。在一个示例性实施方式中，MNO3置放于石英舟中，且Pt长
丝卷绕在舟周围以充当加热器。MNO3的蒸汽压力可维持在约0.1托至1000托或约1托至100
托的压力范围内。氢来源可为气态氢，其维持在约1托至100atm、约10托至10atm、或约100托至1atm压力范围内。长丝也用于解离可经由气体管线供应至电池的氢气。电池也可包含真
空管线。电池反应产生H2O催化剂和原子H，其反应形成分数氢。反应可维持于能够维持在真
空、环境压力或大于大气压的压力中的至少一种下的容器中。产物(例如NH3和MOH)可从电
池中除去并再生。在一个示例性实施方式中，MNO3与氢来源反应形成H2O催化剂和NH3，NH3可在另一反应容器中再生或以另一步骤通过氧化再生。在一个实施方式中，氢来源(例如H2气
体)由水通过电解或热方式中的至少一种产生。示例性热法为氧化铁循环、氧化铈(IV)-氧
化铈(III)循环、锌-氧化锌循环、硫-碘循环、铜-氯循环和混合硫循环和本领域技术人员已
知的其它循环。形成还与H反应形成分数氢的H2O催化剂的示例性电池反应为
[0419] KNO3+9/2H2→K+NH3+3H2O。          (82)
[0420] KNO3+5H2→KH+NH3+3H2O。           (83)
[0421] KNO3+4H2→KOH+NH3+2H2O。          (84)
[0422] KNO3+C+2H2→KOH+NH3+CO2。         (85)
[0423] 2KNO3+C+3H2→K2CO3+1/2N2+3H2O。   (86)
[0424] 形成氮氧化物的示例性再生反应由方程式(81)给出。产物(例如K、KH、KOH和K2CO3)可与通过向水中添加氮氧化物所形成的硝酸反应形成KNO2或KNO3。形成反应物H2O催化剂和
H2中的至少一种的其它适合的示例性反应在表5、表6和表7中给出。
[0425] 表5.关于H2O催化剂和H2的热可逆反应循环。[L.C.Brown,G.E.Besenbruch,K.R.Schultz,A.C.Marshall,S.K.Showalter,P.S.Pickard和J.F.Funk,Nuclear 
Production of Hydrogen Using Thermochemical Water-Splitting Cycles，于2002年6
月19-13日在佛罗里达州好莱坞在关于先进核电站的国际会议(International Congress 
on Advanced Nuclear Power Plants，ICAPP)上提交的论文的预印版，且出版在会议记录
中。]
[0426]
[0427]
[0428]
[0429] *T＝热化学，E＝电化学。
[0430] 表6.关于H2O催化剂和H2的热可逆反应循环。[C.Perkins和A.W.Weimer,Solar-Thermal Production of Renewable Hydrogen，AIChE Journal，55(2),(2009)，第286-293
页。]
[0431]
[0432]
[0433]
[0434]
[0435]
[0436]
[0437] 形成H2O催化剂的反应物可包括O源(例如O物种)及H源。O物种源可包括O2、空气及包括O的化合物或化合物混合物中的至少一种。包括氧的化合物可包括氧化剂。包括氧的化
合物可包括氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、过氧化物及超氧化物中的至少一种。适宜的示
例性金属氧化物为碱金属氧化物(例如Li2O、Na2O及K2O)、碱土金属氧化物(例如MgO、CaO、
SrO及BaO)、过渡金属氧化物(例如NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3及CoO)及内过渡金属及稀土金属氧化物及其他金属及类金属的那些氧化物(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te的那些氧化物)及该氧化物及其他包括氧的元素的混合物。氧化物可包括氧化物阴离子(例如
本发明的那些氧化物阴离子，例如金属氧化物阴离子)及阳离子(例如碱金属、碱土金属、过
渡金属、内过渡金属及稀土金属阳离子及其他金属及类金属的那些阳离子(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te的那些阳离子))，例如MM’2xO3x+1或MM’2xO4(M＝碱土金属，M’＝过渡金属(例如Fe或Ni或Mn)，x＝整数)及M2M’2xO3x+1或M2M’2xO4(M＝碱金属，M’＝过渡金属(例如Fe或Ni或Mn)，x＝整数)。适宜的示例性金属羟基氧化物为AlO(OH)、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、CrO(OH)、MnO(OH)(α-MnO(OH)(锰榍石)及γ-MnO(OH)(水锰矿))、FeO(OH)、CoO
(OH)、NiO(OH)、RhO(OH)、GaO(OH)、InO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)及Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)。适宜的示例性氢氧化物为：例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属等金属的那
些氢氧化物；及其他金属及类金属(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)的那些氢氧化物；及其混合物。适宜的复合离子氢氧化物为Li2Zn(OH)4、Na2Zn(OH)4、Li2Sn(OH)4、Na2Sn(OH)4、Li2Pb(OH)4、Na2Pb(OH)4、LiSb(OH)4、NaSb(OH)4、LiAl(OH)4、NaAl(OH)4、LiCr(OH)4、NaCr(OH)4、Li2Sn(OH)6及Na2Sn(OH)6。其他示例性适宜的氢氧化物为来自Co(OH)2、Zn(OH)2、Ni(OH)2、其他过渡金属氢氧化物Cd(OH)2、Sn(OH)2及Pb(OH)中的至少一种。适宜的示例性过氧化物为H2O2、有机化合物的那些过氧化物及金属的那些过氧化物(例如M2O2，其中M
为碱金属，例如Li2O2、Na2O2、K2O2)、其他离子型过氧化物(例如碱土金属的那些过氧化物，例如Ca、Sr或Ba过氧化物)、其他正电金属的那些过氧化物(例如镧系元素的那些过氧化物)及
共价金属过氧化物(例如Zn、Cd及Hg的那些过氧化物)。适宜的示例性超氧化物为金属的那
些超氧化物MO2(其中M为碱金属，例如NaO2、KO2、RbO2及CsO2)及碱土金属超氧化物。在一个实施方式中，固体燃料包含碱金属过氧化物和氢来源，例如氢化物、烃或储氢材料，例如
BH3NH3。反应混合物可包括氢氧化物(例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属及Al、Ga、In、Sn、Pb及形成氢氧化物的其他元素的那些氢氧化物)及氧源(例如包括至
少一种氧阴离子(例如碳酸根)的化合物，例如包括碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金
属及稀土金属及Al、Ga、In、Sn、Pb的化合物及本发明的其他化合物)。其他包括氧的适宜的化合物为以下组中的氧阴离子化合物中的至少一种：铝酸盐、钨酸盐、锆酸盐、钛酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、铬酸盐、重铬酸盐及锰酸盐、氧化物、羟基氧化物、过氧化物、超氧化物、硅酸盐、钛酸盐、钨酸盐及本发明的其他化合物。氢氧化物及碳酸盐的示例性反应
由下式给出：
[0438] Ca(OH)2+Li2CO3→CaO+H2O+Li2O+CO2   (87)
[0439] 在其他实施方式中，氧源为气态或易于形成气体(例如NO2、NO、N2O、CO2、P2O3、P2O5及SO2)。来自H2O催化剂形成的经还原的氧化物产物(例如C、N、NH3、P或S)可通过使用氧或其来源燃烧再次转化回氧化物，如在Mills的先前申请案中所给出。电池可产生可用于加热应用的过量热，或可通过例如朗肯系统或布莱顿系统等方式来将热转化成电。作为另一选择，
可使用电池合成较低能量氢物种，例如分子分数氢及分数氢氢阴离子及相应化合物。
[0440] 在一个实施方式中，形成分数氢(其用于产生较低能量氢物种及化合物及产生能量中的至少一种)的反应混合物包括原子氢来源及催化剂来源(其包括H及O中的至少一种，
例如本发明的那些催化剂，例如H2O催化剂)。反应混合物可进一步包括酸(例如H2SO3、H2SO4、H2CO3、HNO2、HNO3、HClO4、H3PO3及H3PO4)或酸源(例如酸酐或无水酸)。后者可包括以下组中的至少一种：SO2、SO3、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5。反应混合物可包括碱及碱酐(例如M2O(M＝碱金属)、M’O(M’＝碱土金属)、ZnO或其他过渡金属氧化物、CdO、CoO、SnO、AgO、HgO或Al2O3)中的至少一种。其他示例性酐包括对H2O稳定的金属，例如Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。酐可为碱金属或碱土金属氧化物，且水合化合物可包括氢氧化物。反应混合物
可包括羟基氧化物，例如FeOOH、NiOOH或CoOOH。反应混合物可包括H2O来源及H2O中的至少一种。可在原子氢存在下通过水合及脱水反应来可逆地形成H2O。形成H2O催化剂的示例性反应
为
[0441] Mg(OH)2→MgO+H2O              (88)
[0442] 2LiOH→Li2O+H2O               (89)
[0443] H2CO3→CO2+H2O                (90)
[0444] 2FeOOH→Fe2O3+H2O             (91)
[0445] 在一个实施方式中，通过以下物种的脱水来形成H2O催化剂：至少一种包括磷酸根的化合物，例如磷酸盐、磷酸氢盐及磷酸二氢盐，例如阳离子(例如包括例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属等金属的阳离子；及其他金属及类金属的那些阳离
子，例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te的那些阳离子)的那些化合物；及形成缩合磷酸盐(例如多磷酸盐(例如[PnO3n+1](n+2)-)、长链偏磷酸盐(例如[(PO3)n]n-)、环状偏磷酸盐(例如[(PO3)n]n-，其中n≥3)及过磷酸盐(例如P4O10)中的至少一种)的混合物。示例性反
应为
[0446]
[0447]
[0448] 脱水反应的反应物可包括R-Ni，其可包括Al(OH)3及Al2O3中的至少一种。反应物可进一步包括金属M(例如本发明的那些金属，例如碱金属)、金属氢化物MH、金属氢氧化物(例
如本发明的那些金属氢化物，例如碱金属氢氧化物)及氢源(例如H2以及固有氢)。示例性反
应为
[0449] 2Al(OH)3+→Al2O3+3H2O                             (94)
[0450] Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H2O                          (95)
[0451] 3MH+Al(OH)3+→M3Al+3H2O                           (96)
[0452] MoCu+2MOH+4O2→M2MoO4+CuO+H2O(M＝Li,Na,K,Rb,Cs)   (97)
[0453] 反应产物可包括合金。R-Ni可通过再水合再生。形成H2O催化剂的反应混合物及脱水反应可包括及涉及羟基氧化物，例如本发明的那些羟基氧化物，如在以下示例性反应中
所给出：
[0454] 3Co(OH)2→2CoOOH+Co+2H2O                          (98)
[0455] 可通过解离由H2气体形成原子氢。氢离解剂可为本发明的那些氢离解剂中的一种，例如R-Ni或位于载体上的贵金属或过渡金属(例如位于碳或Al2O3上的Ni或Pt或Pd)。作
为另一选择，原子H可来自渗透穿过膜(例如本发明的那些膜)的H。在一个实施方式中，电池
包括例如陶瓷膜等膜以选择性地使H2扩散穿过同时防止H2O扩散。在一个实施方式中，通过
电解包括氢源的电解质(例如包括H2O的水性或熔融电解质)来将H2及原子H中的至少一种供
应至电池。在一个实施方式中，通过将酸或碱脱水至酐形式来可逆地形成H2O催化剂。在一
个实施方式中，通过改变电池pH或活性、温度及压力中的至少一种来传播形成催化剂H2O及
分数氢的反应，其中可通过改变温度来改变压力。如本领域技术人员已知，可通过添加盐来
改变例如酸、碱或酐等物种的活性。在一个实施方式中，反应混合物可包括可吸收用于反应
形成分数氢的气体来源(例如H2或酸酐气体)或作为该气体来源的材料(例如碳)。反应物可
具有任一期望浓度及比率。反应混合物可为熔融物或包括水性浆液。
[0456] 在另一个实施方式中，H2O催化剂来源为酸与碱之间的反应，例如氢卤酸、硫酸、硝酸及亚硝酸中的至少一种与碱之间的反应。其他适宜的酸反应物为以下物种的水溶液：
H2SO4、HCl、HX(X-卤离子)、H3PO4、HClO4、HNO3、HNO、HNO2、H2S、H2CO3、H2MoO4、HNbO3、H2B4O7(M四硼酸盐)、HBO2、H2WO4、H2CrO4、H2Cr2O7、H2TiO3、HZrO3、MAlO2、HMn2O4、HIO3、HIO4、HClO4或有机酸(例如甲酸或乙酸)。适宜的示例性碱为包括碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属或稀
土金属或Al、Ga、In、Sn或Pb的氢氧化物、羟基氧化物或氧化物。
[0457] 在一个实施方式中，反应物可包括酸或碱，其分别与碱酐或酸酐反应形成H2O催化剂及分别具有碱的阳离子及酸酐的阴离子或碱酐的阳离子及酸的阴离子的化合物。酸酐
SiO2与碱NaOH的示例性反应为
[0458] 4NaOH+SiO2→Na4SiO4+2H2O         (99)
[0459] 其中相应酸的脱水反应为
[0460] H4SiO4→2H2O+SiO2                (100)
[0461] 其他适宜的示例性酐可包括元素、金属、合金或混合物，例如来自以下组中的：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg。相应氧化物可包括以下中的至少一种：MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、Mn2O7、HfO2、Co2O3、CoO、Co3O4、Co2O3及MgO。在一示例性实施方式中，碱包括氢氧化物(例如碱金属氢氧化物，例如MOH(M＝碱金属)，例如LiOH)，其可形成相应碱性氧化物(例如M2O，例如Li2O)及H2O。碱性氧化物可与酐氧化物反应形成产物氧化物。在LiOH与酐氧
化物的释放H2O的示例性反应中，产物氧化物化合物可包括Li2MoO3或Li2MoO4、Li2TiO3、
Li2ZrO3、Li2SiO3、LiAlO2、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2B4O7、Li2NbO3、Li2SeO3、Li3PO4、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2MnO4、Li2HfO3、LiCoO2及MgO。其他适宜的示例性氧化物为以下组中的至少一种：As2O3、As2O5、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、Bi2O3、SO2、SO3、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5及本领域技术人员已知的其他类似氧化物。另一实例由方程式(91)给出。金属氧化物的适宜的反应为
[0462] 2LiOH+NiO→Li2NiO2+H2O                  (101)
[0463] 3LiOH+NiO→LiNiO2+H2O+Li2O+1/2H2        (102)
[0464] 4LiOH+Ni2O3→2Li2NiO2+2H2O+1/2O2        (103)
[0465] 2LiOH+Ni2O3→2LiNiO2+H2O                (104)
[0466] 其他过渡金属(例如Fe、Cr及Ti)、内过渡金属及稀土金属及其他金属或类金属(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可替代Ni，且其他碱金属(例如Li、Na、Rb及Cs)可替代K。在一个实施方式中，氧化物可包括Mo，其中在形成H2O的反应期间，可形成进一步反应形成分数氢的新生H2O催化剂及H。示例性固体燃料反应及可能的氧化还原路径为
[0467] 3MoO2+4LiOH→2Li2MoO4+Mo+2H2O           (105)
[0468] 2MoO2+4LiOH→2Li2MoO4+2H2               (106)
[0469] O2-→1/2O2+2e-                           (107)
[0470] 2H2O+2e-→2OH-+H2                       (108)
[0471] 2H2O+2e-→2OH-+H+H(1/4)                 (109)
[0472] Mo4++4e-→Mo                             (110)
[0473] 反应可进一步包括氢源(例如氢气)及离解剂(例如Pd/Al2O3)。氢可为氕、氘或氚或其组合中的任一种。形成H2O催化剂的反应可包括两种氢氧化物形成水的反应。氢氧化物的
阳离子可具有不同氧化态，例如碱金属氢氧化物与过渡金属或碱土金属氢氧化物的反应的
那些情况。反应混合物及反应可进一步包括及涉及来自源的H2，如在示例性反应中所给出
的：
[0474] LiOH+2Co(OH)2+1/2H2→LiCoO2+3H2O+Co  (111)
[0475] 反应混合物及反应可进一步包括及涉及金属M，例如碱金属或碱土金属，如在示例性反应中所给出的：
[0476] M+LiOH+Co(OH)2→LiCoO2+H2O+MH        (112)
[0477] 在一个实施方式中，反应混合物包括金属氧化物及氢氧化物(其可用作H源)及可选的另一H源，其中金属氧化物的金属(例如Fe)可具有多种氧化态，从而其在形成H2O(其用
作催化剂以与H反应形成分数氢)的反应期间进行氧化-还原反应。一实例为FeO，其中Fe2+可
在形成催化剂的反应期间氧化成Fe3+。示例性反应为
[0478] FeO+3LiOH→H2O+LiFeO2+H(1/p)+Li2O     (113)
[0479] 在一个实施方式中，至少一种反应物(例如金属氧化物、氢氧化物或羟基氧化物)充当氧化剂，其中金属原子(例如Fe、Ni、Mo或Mn)可处于高于另一可能氧化态的氧化态。形
成催化剂及分数氢的反应可使原子还原成至少一种较低氧化态。金属氧化物、氢氧化物及
羟基氧化物形成H2O催化剂的示例性反应为
[0480] 2KOH+NiO→K2NiO2+H2O                  (114)
[0481] 3KOH+NiO→KNiO2+H2O+K2O+1/2H2         (115)
[0482] 2KOH+Ni2O3→2KNiO2+H2O                (116)
[0483] 4KOH+Ni2O3→2K2NiO2+2H2O+1/2O2        (117)
[0484] 2KOH+Ni(OH)2→K2NiO2+2H2O             (118)
[0485] 2LiOH+MoO3→Li2MoO4+H2O               (119)
[0486] 3KOH+Ni(OH)2→KNiO2+2H2O+K2O+1/2H2    (120)
[0487] 2KOH+2NiOOH→K2NiO2+2H2O+NiO+1/2O2    (121)
[0488] KOH+NiOOH→KNiO2+H2O                  (122)
[0489] 2NaOH+Fe2O3→2NaFeO2+H2O              (123)
[0490] 其他过渡金属(例如Ni、Fe、Cr及Ti)、内过渡金属及稀土金属及其他金属或类金属(例如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可替代Ni或Fe，且其他碱金属(例如Li、Na、K、Rb及Cs)可替代K或Na。在一个实施方式中，反应混合物包括对H2O稳定的金属(例如
Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In)的氧化物及氢氧化物中的至少一种。另外，反应混合物包括氢源(例如H2气体)及可选的离解剂(例如位于载体上的贵金属)。在一个实施方式中，固体燃料
或高能材料包含金属卤化物(例如至少一种过渡金属卤化物，例如溴化物，例如FeBr2)和形
成羟基氧化物、氢氧化物或氧化物的金属中的至少一种与H2O的混合物。在一个实施方式
中，固体燃料或高能材料包含金属氧化物、氢氧化物和羟基氧化物(例如至少一种过渡金属
氧化物，例如Ni2O3)中的至少一种与H2O的混合物。
[0491] 碱酐NiO与酸HCl的示例性反应为
[0492] 2HCl+NiO→H2O+NiCl2                      (124)
[0493] 其中相应碱的脱水反应为
[0494] Ni(OH)2→H2O+NiO                         (125)
[0495] 反应物可包括路易斯酸或碱及质子酸或碱中的至少一种。反应混合物及反应可进一步包括及涉及包含氧的化合物，其中酸与包含氧的化合物反应形成水，如在以下示例性
反应中所给出：
[0496] 2HX+POX3→H2O+PX5                        (126)
[0497] (X＝卤离子)。类似于POX3的化合物为适宜的，例如那些通过S代替P者。其他适宜的示例性酐可包括可溶于酸中的元素、金属、合金或混合物的氧化物，例如包括碱金属、碱
土金属、过渡金属、内过渡金属或稀土金属或Al、Ga、In、Sn或Pb(例如来自Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg的组中的)的氢氧化物、羟基氧化物或氧化物。相应氧化物可包括MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO或Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、Mn2O7、HfO2、Co2O3、CoO、CO3O4、Co2O3及MgO。其他适宜的示例性氧化物为以下组中的那些的氧化物：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在一个示例性实施方式中，酸包括氢卤酸且产物为H2O及氧化物的金属卤化物。反应混合物进一步包括氢源(例如H2气体)及离解剂
(例如Pt/C)，其中H与H2O催化剂反应形成分数氢。
[0498] 在一个实施方式中，固体燃料包括H2源(例如渗透膜或H2气体)及离解剂(例如Pt/C)及H2O催化剂来源(其包括还原成H2O的氧化物或氢氧化物)。氧化物或氢氧化物的金属可
形成用作H源的金属氢化物。碱金属氢氧化物及氧化物(例如LiOH及Li2O)的示例性反应为
[0499] LiOH+H2→H2O+LiH                           (127)
[0500] Li2O+H2→LiOH+LiH                          (128)
[0501] 反应混合物可包括进行氢还原得到H2O的金属的氧化物或氢氧化物(例如Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、In及Pb的那些氧化物或氢氧化物)及氢源(例如H2气体)及离解剂(例如Pt/
C)。
[0502] 在另一个实施方式中，反应混合物包括H2源(例如H2气体)及离解剂(例如Pt/C)及过氧化物化合物(例如H2O2，其分解成H2O催化剂及其他包括氧的产物(例如O2))。一些H2及分解产物(例如O2)可发生反应以也形成H2O催化剂。
[0503] 在一个实施方式中，形成H2O催化剂的反应包括有机脱水反应，例如多元醇等醇的脱水反应，例如糖至醛和H2O。在一个实施方式中，脱水反应涉及由末端醇释放H2O形成醛。末端醇可包括释放可用作催化剂的H2O的糖或其衍生物。适宜的示例性醇为内消旋-赤藓糖
醇、半乳糖醇或卫矛醇及聚乙烯醇(PVA)。示例性反应混合物包括糖+氢离解剂(例如Pd/
Al2O3+H2)。作为另一选择，反应包括将金属盐(例如具有至少一个水合水的金属盐)脱水。在一个实施方式中，脱水包括从水合物(如水合离子及盐水合物，例如BaI2 2H2O及EuBr2 
nH2O)失去充当催化剂的H2O。
[0504] 在一个实施方式中，形成H2O催化剂的反应包括以下物质的氢还原：包含氧的化合物(例如CO)、氧阴离子(例如MNO3(M＝碱金属))、金属氧化物(例如NiO、Ni2O3、Fe2O3或SnO)、氢氧化物(例如Co(OH)2)、羟基氧化物(例如FeOOH、CoOOH及NiOOH)及包含氧的物质(例如本
发明的那些可由氢还原成H2O的物质)的化合物、氧阴离子、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、过氧化物、超氧化物及其他组合物。示例性包括氧或氧阴离子的化合物为SOCl2、Na2S2O3、
NaMnO4、POBr3、K2S2O8、CO、CO2、NO、NO2、P2O5、N2O5、N2O、SO2、I2O5、NaClO2、NaClO、K2SO4及KHSO4。
用于氢还原的氢源可为H2气体及氢化物(例如金属氢化物，例如本发明的那些氢化物)中的
至少一种。反应混合物可进一步包括可形成包含氧的化合物或离子的还原剂。氧阴离子的
阳离子可形成包含另一阴离子(例如卤化物、其他硫族化物、磷化物、其他氧阴离子、氮化
物、硅化物、砷化物或本发明的其他阴离子)的产物化合物。示例性反应为
[0505] 4NaNO3(c)+5MgH2(c)→5MgO(c)+4NaOH(c)+3H2O(l)+2N2(g)      (129)
[0506] P2O5(c)+6NaH(c)→2Na3PO4(c)+3H2O(g)                      (130)
[0507] NaClO4(c)+2MgH2(c)→2MgO(c)+NaCl(c)+2H2O(l)             (131)
[0508] KHSO4+4H2→KHS+4H2O                                     (132)
[0509] K2SO4+4H2→2KOH+2H2O+H2S                                (133)
[0510] LiNO3+4H2→LiNH2+3H2O                                   (134)
[0511] GeO2+2H2→Ge+2H2O                                       (135)
[0512] CO2+H2→C+2H2O                                          (136)
[0513] PbO2+2H2→2H2O+Pb                                       (137)
[0514] V2O5+5H2→2V+5H2O                                       (138)
[0515] Co(OH)2+H2→Co+2H2O                                     (139)
[0516] Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O                                     (140)
[0517] 3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O                                   (141)
[0518] Fe2O3+H2→2FeO+H2O                                      (142)
[0519] Ni2O3+3H2→2Ni+3H2O                                     (143)
[0520] 3Ni2O3+H2→2Ni3O4+H2O                                   (144)
[0521] Ni2O3+H2→2NiO+H2O                                      (145)
[0522] 3FeOOH+1/2H2→Fe3O4+2H2O                                (146)
[0523] 3NiOOH+1/2H2→Ni3O4+2H2O                                (147)
[0524] 3CoOOH+1/2H2→Co3O4+2H2O                                (148)
[0525] FeOOH+1/2H2→FeO+H2O                                    (149)
[0526] NiOOH+1/2H2→NiO+H2O                                    (150)
[0527] CoOOH+1/2H2→CoO+H2O                                    (151)
[0528] SnO+H2→Sn+H2O                                          (152)
[0529] 反应混合物可包括阴离子源或阴离子及氧源或氧(例如包含氧的化合物)，其中形成H2O催化剂的反应包括可选地使用来自源的H2与氧形成H2O的阴离子-氧交换反应。示例性
反应为
[0530] 2NaOH+H2+S→Na2S+2H2O                                   (153)
[0531] 2NaOH+H2+Te→Na2Te+2H2O                                 (154)
[0532] 2NaOH+H2+Se→Na2Se+2H2O                                 (155)
[0533] LiOH+NH3→LiNH2+H2O                                     (156)
[0534] 在固体燃料或CIHT电池反应混合物的另一个实施方式中，分数氢反应包括硫族化物之间的交换反应，例如包括O及S的反应物之间的交换反应。示例性硫族化物反应物(例如
2-
四面体四硫钼酸铵)含有([MoS4] )阴离子。形成新生H2O催化剂及可选的新生H的示例性反
应包括钼酸盐[MoO4]2-与硫化氢在氨存在下的反应：
[0535] [NH4]2[MoO4]+4H2S→[NH4]2[MoS4]+4H2O                   (157)
[0536] 在一个实施方式中，反应混合物包括氢源、包含氧的化合物及至少一种能够与反应混合物的至少一种其他元素形成合金的元素。形成H2O催化剂的反应可包括包含氧的化
合物的氧及能够与氧化合物的阳离子形成合金的元素的交换反应，其中氧与来自源的氢反
应形成H2O。示例性反应为
[0537] NaOH+1/2H2+Pd→NaPb+H2O                               (158)
[0538] NaOH+1/2H2+Bi→NaBi+H2O                               (159)
[0539] NaOH+1/2H2+2Cd→Cd2Na+H2O                             (160)
[0540] NaOH+1/2H2+4Ga→Ga4Na+H2O                             (161)
[0541] NaOH+1/2H2+Sn→NaSn+H2O                               (162)
[0542] NaAlH4+Al(OH)3+5Ni→NaAlO2+Ni5Al+H2O+5/2H2             (163)
[0543] 在一个实施方式中，反应混合物包括包含氧的化合物(例如羟基氧化物)及还原剂(例如形成氧化物的金属)。形成H2O催化剂的反应可包括羟基氧化物与金属形成金属氧化
物及H2O的反应。示例性反应为
[0544] 2MnOOH+Sn→2MnO+SnO+H2O                               (164)
[0545] 4MnOOH+Sn→4MnO+SnO2+2H2O                             (165)
[0546] 2MnOOH+Zn→2MnO+ZnO+H2O                               (166)
[0547] 在一个实施方式中，反应混合物包括含有氧的化合物(例如氢氧化物)、氢源及至少一种包含不同阴离子(例如卤离子)或另一元素的其他化合物。形成H2O催化剂的反应可
包括氢氧化物与其他化合物或元素的反应，其中阴离子或元素与氢氧化物发生交换形成阴
离子或元素的另一化合物，且氢氧化物与H2反应形成H2O。阴离子可包括卤离子。示例性反应为
[0548] 2NaOH+NiCl2+H2→2NaCl+2H2O+Ni                         (167)
[0549] 2NaOH+I2+H2→2NaI+2H2O                                (168)
[0550] 2NaOH+XeF2+H2→2NaF+2H2O+Xe                           (169)
[0551] BiX3(X＝卤离子)+4Bi(OH)3→3BiOX+Bi2O3+6H2O                (170)
[0552] 可选择氢氧化物及卤化物化合物，使得形成H2O及另一卤化物的反应热可逆。在一个实施方式中，一般交换反应为
[0553] NaOH+1/2H2+1/yMxCly＝NaCl+6H2O+x/yM                       (171)其中示例性化合物MxCly为AlCl3、BeCl2、HfCl4、KAgCl2、MnCl2、NaAlCl4、ScCl3、TiCl2、TiCl3、UCl3、UCl4、ZrCl4、EuCl3、GdCl3、MgCl2、NdCl3及YCl3。在高温下(例如在约100℃～2000℃的范围内)，方程式(232)的反应的焓及自由能中的至少一种约为0kJ且该反应可逆。由各
反应的相应热力学参数计算可逆温度。代表性温度范围为NaCl-ScCl3：约800-900K、NaCl-
TiCl2：约300-400K、NaCl-UCl3：约600-800K、NaCl-UCl4：约250-300K、NaCl-ZrCl4：约250-
300K、NaCl-MgCl2：约900-1300K、NaCl-EuCl3：约900-1000K、NaCl-NdCl3：约>1000K及NaCl-YCl3：约>1000K。
[0554] 在一个实施方式中，反应混合物包括氧化物(例如金属氧化物，例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属氧化物及其他金属及类金属的那些氧化物(例如
Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te的那些氧化物))、过氧化物(例如M2O2，其中M为碱金属，例如Li2O2、Na2O2及K2O2)及超氧化物(例如MO2，其中M为碱金属，例如NaO2、KO2、RbO2及CsO2，及碱土金属超氧化物)及氢源。离子型过氧化物可进一步包括Ca、Sr或Ba的那些过氧
化物。形成H2O催化剂的反应可包括氧化物、过氧化物或超氧化物的氢还原形成H2O。示例性
反应为
[0555] Na2O+2H2→2NaH+H2O                                         (172)
[0556] Li2O2+H2→Li2O+H2O                                         (173)
[0557] KO2+3/2H2→KOH+H2O                                         (174)
[0558] 在一个实施方式中，反应混合物包括氢源(例如H2、氢化物(例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属氢化物及本发明的那些氢化物中的至少一种)及包括
可燃烧氢的氢源或其他化合物(例如金属酰胺)中的至少一种及氧源(例如O2)。形成H2O催化
剂的反应可包括H2、氢化物或氢化合物(例如金属酰胺)氧化形成H2O。示例性反应为
[0559] 2NaH+O2→Na2O+H2O                                          (175)
[0560] H2+1/2O2→H2O                                              (176)
[0561] LiNH2+2O2→LiNO3+H2O                                       (177)
[0562] 2LiNH2+3/2O2→2LiOH+H2O+N2                             (178)
[0563] 在一个实施方式中，反应混合物包括氢源及氧源。形成H2O催化剂的反应可包括氢源及氧源中的至少一种发生分解以形成H2O。示例性反应为
[0564] NH4NO3→N2O+2H2O                                       (179)
[0565] NH4NO3→N2+1/2O2+2H2O                                  (180)
[0566] H2O2→1/2O2+H2O                                        (181)
[0567] H2O2+H2→2H2O                                          (182)
[0568] 本文在此化学反应器部分中所揭示的反应混合物进一步包括形成分数氢的氢源。源可为原子氢来源，例如氢离解剂及H2气体或金属氢化物，例如本发明的离解剂及金属氢
化物。提供原子氢的氢源可为包括氢的化合物，例如氢氧化物或羟基氧化物。反应形成分数
氢的H可为通过一种或多种反应物的反应形成的新生H，其中至少一种反应物包括氢源，例
如氢氧化物与氧化物的反应。反应也可形成H2O催化剂。氧化物及氢氧化物可构成同一化合
物。例如，羟基氧化物(例如FeOOH)可脱水以提供H2O催化剂且也在脱水期间提供用于分数
氢反应的新生H：
[0569] 4FeOOH→H2O+Fe2O3+2FeO+O2+2H(1/4)                      (183)
[0570] 其中在反应期间所形成的新生H反应成分数氢。其他示例性反应为氢氧化物及羟基氧化物或氧化物(例如NaOH+FeOOH或Fe2O3)形成碱金属氧化物(例如NaFeO2+H2O)的那些
反应，其中在反应期间所形成的新生H可形成分数氢，其中H2O用作催化剂。氧化物及氢氧化
物可包含相同化合物。例如，羟基氧化物(例如FeOOH)可脱水以提供H2O催化剂，而且在脱水
期间还提供新生H用于分数氢反应：
[0571] 4FeOOH→H2O+Fe2O3+2FeO+O2+2H(1/4)                      (184)
[0572] 其中在反应期间所形成的新生H反应成分数氢。其他示例性反应为氢氧化物及羟基氧化物或氧化物(例如NaOH+FeOOH或Fe2O3)形成碱金属氧化物(例如NaFeO2+H2O)的那些
反应，其中在反应期间所形成的新生H可形成分数氢，其中H2O用作催化剂。氢氧化物离子发
生还原及氧化以形成H2O及氧化物离子。氧化物离子可与H2O反应形成OH-。使用氢氧化物-卤
化物交换反应可获得相同路径，例如下列反应：
[0573] 2M(OH)2+2M'X2→H2O+2MX2+2M'O+1/2O2+2H(1/4)              (185)
[0574] 其中示例性M及M’金属分别为碱土金属及过渡金属，例如Cu(OH)2+FeBr2、Cu(OH)2+CuBr2或Co(OH)2+CuBr2。在一个实施方式中，固体燃料可包括金属氢氧化物和金属卤化物，
其中至少一种金属为Fe。可添加H2O及H2中的至少一种以再生反应物。在一个实施方式中，M
及M’可选自以下组中：碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、第13、14、15及16族元素及氢氧化物或卤化物的其他阳离子(例如本发明的那些阳离子)。形成HOH催化剂、新生H及分数氢中的至少一种的示例性反应为
[0575] 4MOH+4M'X→H2O+2M'2O+M2O+2MX+X2+2H(1/4)   (186)
[0576] 在一个实施方式中，反应混合物包括氢氧化物及卤化物化合物(例如本发明的那些化合物)中的至少一种。在一个实施方式中，卤化物可用于促进新生HOH催化剂及H中的至
少一种的形成及维持中的至少一种。在一个实施方式中，混合物可用于降低反应混合物的
熔点。
[0577] 在一个实施方式中，固体燃料包含Mg(OH)2+CuBr2的混合物。产物CuBr可升华形成CuBr冷凝产物，其与非挥发性MgO分离。Br2可用冷阱捕集。CuBr可与Br2反应以形成CuBr2，且MgO可与H2O反应以形成Mg(OH)2。Mg(OH)2可与CuBr2组合以形成再生的固体燃料。
[0578] 酸-碱反应是H2O催化剂的另一方式。因此，热化学反应类似于形成分数氢的电化学反应。示例性卤化物及氢氧化物混合物为Bi、Cd、Cu、Co、Mo及Cd的那些卤化物及氢氧化物混合物及Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W及Zn的组中具有低水反应性的金属的氢氧化物及卤化物混合物。在一个实施方式中，
反应混合物进一步包括可用作H及催化剂中的至少一种的源的H2O(例如新生H2O)。水可呈水
合物形式，其在反应期间发生分解或以其他方式发生反应。
[0579] 在一个实施方式中，固体燃料包括H2O及形成新生H及新生H2O的无机化合物的反应混合物。无机化合物可包括与H2O反应的卤化物，例如金属卤化物。反应产物可为氢氧化物、羟基氧化物、氧化物、氧卤化物、羟基卤化物及水合物中的至少一种。其他产物可包括含有
氧及卤素的阴离子，例如XO-、XO2-、XO3-及XO4-(X＝卤素)。产物也可为还原的阳离子及卤素气体中的至少一种。卤化物可为金属卤化物，例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B及形成卤化物的其他元素中的一种的卤化物。金属或元素可另外为形成氢氧化物、羟基氧化物、氧化物、氧卤化
物、羟基卤化物、水合物中的至少一种的金属或元素，及形成具有包括氧及卤素的阴离子
(例如XO-、XO2-、XO3-及XO4-(X＝卤素))的化合物的金属或元素。适宜的示例性金属及元素为以下中的至少一种：碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属及稀土金属及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B。示例性反应为
[0580] 5MX2+7H2O→MXOH+M(OH)2+MO+M2O3+11H(1/4)+9/2X2   (187)
[0581] 其中M为金属(例如过渡金属，例如Cu)且X为卤素(例如Cl)。
[0582] 在一个实施方式中，H2O充当催化剂，其维持在低浓度下以提供新生H2O。在一个实施方式中，低浓度通过将H2O分子分散于另一材料(例如固体、液体或气体)中来达成。H2O分
子可稀释至分离的新生分子的极限。该材料也包含H来源。材料可包含离子化合物，例如碱
金属卤化物，例如钾卤化物，例如KCl。新生H的低浓度也可动态达成，其中H2O由反应形成。
产物H2O可以按相对于形成速率产生稳态低浓度的的速率除去以提供新生H和新生HOH中的
至少一种。形成H2O的反应可包含脱水、燃烧、酸碱反应和其它反应，例如本发明的那些反
应。H2O可通过例如蒸发和浓缩的方法除去。示例性反应物为形成氧化铁和H2O的FeOOH，其中新生H也由该进一步反应形成，从而形成分数氢。其它示例性反应混合物为Fe2O3+NaOH和H2
中的至少一种以及FeOOH+NaOH和H2中的至少一种。反应混合物可维持在高温下，例如在约
100℃至600℃范围内。H2O产物可通过在反应器的冷区(例如维持在低于100℃的气体管线)
中冷凝蒸汽来除去。在另一实施方式中，分散或吸收于晶格(例如离子化合物(例如碱金属
卤化物，例如钾卤化物，例如KCl)的晶格)中的包含H2O作为内含物或混合物或化合物的一
部分的材料(例如H2O)可接受高能粒子轰击。粒子可包含光子、离子和电子中的至少一种。
粒子可包含射束，例如电子束。轰击可提供H2O催化剂、H和形成分数氢的反应的活化中的至
少一种。在SF-CIHT电池的实施方式中，H2O含量可能较高。H2O可通过高电流点燃而以高速率形成分数氢。
[0583] 反应混合物可进一步包括载体，例如导电性高表面积载体。适宜的示例性载体为本发明的那些载体，例如金属粉末(例如Ni或R-Ni)、金属网(例如Ni、Ni多孔体、Ni网)、碳、碳化物(例如TiC及WC)及硼化物。载体可包括离解剂(例如Pd/C或Pd/C)。反应物可具有任一
期望摩尔比率。在一个实施方式中，化学计量应使得有利于完成反应以形成H2O催化剂且提
供H从而形成分数氢。反应温度可在任一期望范围内，例如在约环境温度至1500℃的范围
内。压力范围可为任一期望值，例如在约0.01托～500大气压的范围内。反应为通过本文及
Mills在先申请中所揭示方法实施的再生及可逆反应中的至少一种：例如Hydrogen 
Catalyst Reactor，PCT/US08/61455，4/24/2008提交PCT；Heterogeneous Hydrogen 
Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，7/29/2009提交PCT；Heterogeneous Hydrogen 
Catalyst Power System，PCT/US10/27828，3/18/2010提交PCT；Electrochemical 
Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US 11/28889，3/17/2011提交PCT；H2O-Based 
Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，PCT/US 12/31369，3/30/2012提交；
以及CIHT Power System，PCT/US 13/041938，5/21/13提交，以引用方式将其完整并入本
文。如本领域技术人员已知，可通过改变反应条件(例如温度及压力)以使消耗H2O的逆反应
发生来使形成H2O的反应可逆。例如，可在逆向反应中增加H2O压力以通过再水合由产物重新
形成反应物。在其他情况中，可通过氧化(例如通过与氧及H2O中的至少一种进行反应)来再
生氢还原产物。在一个实施方式中，可从反应除去逆反应产物，从而使逆反应或再生反应继
续。通过除去至少一种逆反应产物可使逆反应变得有利(即使基于平衡热力学并不有利的
情况中)。在一个示例性实施方式中，再生反应物(逆反应或再生反应产物)包括氢氧化物，
例如碱金属氢氧化物。可通过例如溶剂化或升华等方法来除去氢氧化物。在后一情况中，碱
金属氢氧化物在约350℃至400℃范围内的温度下发生升华且并不变化。可在Mills在先申
请的动力装置系统中维持反应。来自产生动力的电池的热能可将热量提供到至少一个如先
前所公开的进行再生的其他电池。作为另一选择，可通过改变如先前所揭示的系统设计(因
在所选电池区域中具有冷却剂而具有温度梯度)的水壁温度来使形成H2O催化剂的反应与
逆向再生反应的平衡发生移动。
[0584] 在一个实施方式中，卤化物和氧化物可进行交换反应。交换反应的产物可彼此分离。交换反应可通过加热产物混合物来进行。分离可通过升华实现，该升华可通过加热和施
加真空中的至少一种来驱动。在一个示例性实施方式中，CaBr2和CuO可因加热至高温(例如
在约700℃至900℃范围内)而进行交换反应，形成CuBr2和CaO。可使用任何其他适合的温度
范围，例如在约100℃至2000℃范围内。CuBr2可通过升华来分离和收集，该升华可通过施加
热量和低压来实现。CuBr2可形成单独带。CaO可与H2O反应形成Ca(OH)2。
[0585] 在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含单重态氧来源。产生单重态氧的示例性反应为
[0586] NaOCl+H2O2至O2+NaCl+H2O   (188)
[0587] 在另一实施方式中，固体燃料或高能材料包含芬顿反应的来源或试剂，例如H2O2。
[0588] 在一个实施方式中，使用包含H和O中的至少一种的催化剂(例如H2O)合成较低能量氢物种和化合物。合成示例性较低能量氢化合物MHX的反应混合物，其中M为碱金属且可
为另一金属(例如碱土金属)，其中化合物具有相应化学计量，H为分数氢(例如分数氢氢化
物)，且X为阴离子(例如卤离子)，包含M和X来源(例如碱金属卤化物，例如KCl)和金属还原
剂(例如碱金属)、氢离解剂(例如Ni，例如Ni筛网或R-Ni)和可选的载体(例如碳)、氢来源
(例如金属氢化物(例如MH，可替换M)和H2气体中的至少一种)和氧来源(例如金属氧化物或
含氧化合物)。适合的示例性金属氧化物为Fe2O3、Cr2O3和NiO。反应温度可维持在约200℃至
1500℃或约400℃至800℃范围内。反应物可为任何所需比率。形成KHCl的反应混合物可包
含K、Ni筛网、KCl、氢气，以及Fe2O3、Cr2O3和NiO中的至少一种。示例性重量和条件为1.6g K，
20g KCl，40g Ni筛网，来自金属氧化物(例如1.5g Fe2O3和1.5g NiO)的与K等摩尔数的氧，
1atm H2和约550-600℃的反应温度。反应通过H与来自金属氧化物的O的反应形成H2O催化
剂，且H与催化剂反应形成分数氢和分数氢氢化物离子(形成产物KHCl)。形成KHI的反应混
合物可包含K、R-Ni、KI、氢气，以及Fe2O3、Cr2O3和NiO中的至少一种。示例性重量和条件为1g K，20g KI，15g R-Ni 2800，来自金属氧化物(例如1g Fe2O3和1g NiO)的与K等摩尔数的氧，
1atm H2和约450-500℃的反应温度。反应通过H与来自金属氧化物的O的反应形成H2O催化
剂，且H与催化剂反应形成分数氢和分数氢氢化物离子(形成产物KHI)。在一个实施方式中，
CIHT电池、SF-CIHT电池、固体燃料或化学电池中的至少一种的产物为H2(1/4)，其引起高场
H NMR基质位移。在一个实施方式中，固体基质(例如氢氧化物(例如NaOH或KOH)的基质)中
分数氢物质(例如分数氢原子或分子)的存在引起基质质子向高场位移。基质质子(例如
NaOH或KOH的质子)可交换。在一个实施方式中，位移可使得基质峰相对于TMS在约-0.1ppm
至-5ppm范围内。
[0589] 在一个实施方式中，可通过添加H2及H2O中的至少一种来进行氢氧化物及卤化物化合物混合物(例如Cu(OH)2+CuBr2)的再生反应。可通过升华卤化物来分离例如卤化物及氧化
物等产物。在一个实施方式中，可在加热条件下将H2O添加至反应混合物中而由反应产物形
成氢氧化物及卤化物(例如CuBr2及Cu(OH)2)。在一个实施方式中，可通过热循环步骤来达成
再生。在一个实施方式中，卤化物(例如CuBr2)具有H2O可溶性，而氢氧化物(例如Cu(OH)2)不溶。可通过过滤或沉淀来分离再生化合物。可干燥化学物种，其中热能可来自反应。可从分
离的水蒸气回收热量。该回收可通过热交换器或通过使用蒸汽来直接加热或使用例如涡轮
机及发电机发电来进行。在一个实施方式中，通过使用H2O裂解催化剂从CuO再生Cu(OH)2。适宜的催化剂为位于载体上的贵金属(例如Pt/Al2O3)及通过烧结CuO及Al2O3形成的CuAlO2、磷
酸钴、硼酸钴、甲基硼酸钴、硼酸镍、RuO2、LaMnO3、SrTiO3、TiO2及WO3。形成H2O裂解催化剂的示例性方法为分别在0.92V及1.15V的电势下(相对于标准氢电极)于约0.1M磷酸硼酸钾电
解质(pH 9.2)中对Co2+及Ni2+溶液进行控制电解。示例性热可逆固体燃料循环为
[0590] T 100 2CuBr2+Ca(OH)2→2CuO+2CaBr2+H2O          (189)
[0591] T 730 CaBr2+2H2O→Ca(OH)2+2HBr                  (190)
[0592] T 100 CuO+2HBr→CuBr2+H2O                       (191)
[0593] T 100 2CuBr2+Cu(OH)2→2CuO+2CaBr2+H2O          (192)
[0594] T 730 CuBr2+2H2O→Cu(OH)2+2HBr                  (193)
[0595] T 100 CuO+2HBr→CuBr2+H2O                       (194)
[0596] 在一个实施方式中，选择具有H2(作为反应物)及H2O(作为产物)中的至少一种及H2或H2O(作为反应物及产物中的至少一种)中的一种或多种的固体燃料反应混合物，使得任
何传统反应的最大理论自由能约为零，在限制试剂的-500kJ/摩尔至+500kJ/摩尔的范围内
或优选地在限制试剂的-100kJ/摩尔至+100kJ/摩尔的范围内。可将反应物及产物的混合物
维持于大约自由能约为零的最佳温度及大约反应可逆以至少在长于反应时间的持续时间
内在并不维持混合物及温度的情况下获得再生或稳定动力的最佳温度的一种或多种。温度
可在最佳温度的约+/-500℃或约+/-100℃的范围内。示例性混合物及反应温度为Fe、Fe2O3、H2及H2O在800K下的化学计量混合物及Sn、SnO、H2及H2O在800K下的化学计量混合物。
[0597] 在一个实施方式中，其中碱金属M(例如K或Li)和nH(n＝整数)、OH、O、2O、O2和H2O中的至少一种充当催化剂，H来源为金属氢化物(例如MH)中的至少一种，金属M和金属氢化物MH中的至少一种与H来源反应形成H。一种产物可为氧化的M，例如氧化物或氢氧化物。产生
原子氢和催化剂中的至少一种的反应可为电子转移反应或氧化还原反应。反应混合物可还
包含H2、H2离解剂(例如本发明的H2离解剂，例如Ni筛网或R-Ni)和导电性载体中的至少一种
(例如这些离解剂和其它以及本发明的载体(例如碳和碳化物、硼化物和碳氮化物))。M或MH
的示例性氧化反应为
[0598] 4MH+Fe2O3→+H2O+H(1/p)+M2O+MOH+2Fe+M   (195)
[0599] 其中H2O和M中的至少一种可充当催化剂以形成H(1/p)。反应混合物可还包含分数氢吸收剂，例如化合物，例如盐，例如卤化物盐，例如碱金属卤化物盐，例如KCl或KI。产物可为MHX(M＝金属，如碱金属；X为抗衡离子，例如卤离子；H为分数氢物种)。其它分数氢催化剂可替代M，例如本发明的催化剂，例如表1的催化剂。
[0600] 在一个实施方式中，氧来源为具有类似于水的形成热的化合物以便氧来源化合物的还原产物与氢之间的氧交换在最低能量释放下发生。适合的示例性氧来源化合物为CdO、
CuO、ZnO、SO2、SeO2和TeO2。其它类似物(例如金属氧化物)也可为可进行脱水反应的酸或碱的酐，正如H2O催化剂的来源为MnOx、AlOx和SiOx。在一个实施方式中，氧化物层氧来源可覆盖氢来源，例如金属氢化物，例如氢化钯。形成H2O催化剂和原子H(进一步反应形成分数氢)
的反应可通过加热氧化物涂布的氢来源(例如金属氧化物涂布的氢化钯)引发。氢化钯可通
过氢不渗透性层(例如金膜层)涂布于氧来源的相反侧以使释放的氢选择性地迁移至氧来
源，如氧化物层，例如金属氧化物。在一个实施方式中，形成分数氢催化剂的反应和再生反
应分别包含氧来源化合物与氢之间和水与还原的氧来源化合物之间的的氧交换。适合的还
原的氧来源为Cd、Cu、Zn、S、Se和Te。在一个实施方式中，氧交换反应可包含用于热形成氢气的反应。示例性热法为氧化铁循环、氧化铈(IV)-氧化铈(III)循环、锌-氧化锌循环、硫-碘
循环、铜-氯循环和混合硫循环和本领域技术人员已知的其它循环。在一个实施方式中，形
成分数氢催化剂的反应和再生反应(例如氧交换反应)在同一反应容器中同时发生。可控制
条件(例如温度和压力)以达成反应同时发生。作为选择，产物可被移出并在至少一个其它
单独容器中再生，该再生可在不同于如本发明和Mills在先申请中所给出的动力形成反应
的条件下发生。
[0601] 在一个实施方式中，胺化物(例如LiNH2)的NH2基团充当催化剂，其中方程式(5)中对应于m＝3的势能为约81.6eV。类似于酸或碱形成酐和酐形成酸或碱的可逆的H2O消除或
加成反应，酰胺与酰亚胺或氮化物之间的可逆反应形成NH2催化剂，NH2催化剂还与原子H反
应形成分数氢。酰胺与酰亚胺和氮化物中的至少一种之间的可逆反应也可充当氢来源，例
如原子H。
[0602] 在一个实施方式中，通过H与OH和H2O催化剂中的至少一种的反应合成分数氢物种(例如分子分数氢或分数氢氢阴离子)。分数氢物种可由以下的组中的至少两种产生：金属
(例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、As、Sb和Te)、金属氢化物(例如LaNi5H6和本发明的其它类似物)、水性氢氧化物(例如碱性氢氧化物，例如0.1M至饱和浓度的KOH)、载体(例如碳、Pt/C、蒸气碳、碳黑、碳化物、硼化物或腈)和氧。
形成分数氢物种(例如分子分数氢)的适合的示例性反应混合物为(1)Co PtC KOH(饱和)，
有或无O2；(2)Zn或Sn+LaNi5H6+KOH(饱和)；(3)Co、Sn、Sb或Zn+O2+CB+KOH(饱和)；(4)Al CB KOH(饱和)；(5)Sn Ni涂布的石墨KOH(饱和)，有或无O2；(6)Sn+SC或CB+KOH(饱和)+O2；(7)Zn Pt/C KOH(饱和)O2；(8)Zn R-Ni KOH(饱和)O2；(9)Sn LaNi5H6 KOH(饱和)O2；(10)Sb 
LaNi5H6 KOH(饱和)O2；(11)Co、Sn、Zn、Pb或Sb+KOH(饱和水溶液)+K2CO3+CB-SA和(12)LiNH2 LiBr和LiH或Li和H2或其来源和可选的氢离解剂(例如Ni或R-Ni)。其它反应混合物包含熔
融氢氧化物、氢来源、氧来源和氢离解剂。形成分数氢物种(例如分子分数氢)的适合的示例
性反应混合物为(1)Ni(H2)LiOH-LiBr空气或O2；(2)Ni(H2)NaOH-NaBr空气或O2和(3)Ni(H2)
KOH-NaBr空气或O2。
[0603] 在一个实施方式中，形成分数氢的化学、SF-CIHT和CIHT电池反应中的至少一种的产物为与无机化合物络合的含分数氢或较低能量氢物种的化合物(例如H2(1/p))。化合物
可包含氧阴离子化合物，例如碱金属或碱土金属碳酸盐或氢氧化物或本发明的其它这样的化
合物。在一个实施方式中，产物包含M2CO3·H2(1/4)和MOH·H2(1/4)(M＝碱金属或本发明的其
它阳离子)络合物中的至少一种。产物可由ToF-SIMS鉴别为分别包含
和 的正谱的一系列离子，其中n为整数，且整数p>1可替代4。在一个实施
方式中，包含硅和氧的化合物(例如SiO2或石英)可充当H2(1/4)的吸气剂。H2(1/4)的吸气剂
可包含过渡金属、碱金属、碱土金属、内过渡金属、稀土金属、金属的组合、合金(例如Mo合金，例如MoCu)和储氢材料，例如本发明的那些材料。
[0604] 用本发明方法合成的较低能量氢化合物可具有式MH、MH2或M2H2，其中M为碱金属阳离子且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MHn，其中n为1
或2，M为碱土金属阳离子且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具
有式MHX，其中M为碱金属阳离子，X为中性原子(例如卤素原子)、分子或带单个负电荷的阴
离子(例如卤素阴离子)中的一种，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化
合物可具有式MHX，其中M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且H为结合能增加
的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MHX，其中M为碱土金属阳离子，X为带
两个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢原子。化合物可具有式M2HX，其中M为碱金属阳
离子，X为带单个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化
合物可具有式MHn，其中n为整数，M为碱金属阳离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式M2Hn，其中n为整数，M为碱土金属阳离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式M2XHn，其中n为整数，M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加
的氢物种。化合物可具有式M2X2Hn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式M2X3H，其中M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合
能增加的氢原子。化合物可具有式M2XHn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，X为带两个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式
M2XX'H，其中M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，X'为带两个负电荷的阴离
子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MM'Hn，其中n为1
至3的整数，M为碱土金属阳离子，M'为碱金属阳离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种
结合能增加的氢物种。化合物可具有式MM'XHn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，M'为碱
金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加
的氢物种。化合物可具有式MM'XH，其中M为碱土金属阳离子，M'为碱金属阳离子，X为带两个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式
MM'XX'H，其中M为碱土金属阳离子，M'为碱金属阳离子，X和X'为带单个负电荷的阴离子，且H为结合能增加的氢阴离子或结合能增加的氢原子。化合物可具有式MXX'Hn，其中n为1以5
的整数，M为碱金属或碱土金属阳离子，X为带单个或两个负电荷的阴离子，X'为金属或类金
属、过渡元素、内过渡元素或稀土元素，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的
氢物种。化合物可具有式MHn，其中n为整数，M为阳离子，例如过渡元素、内过渡元素或稀土元素，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式MXHn，其
中n为整数，M为阳离子，例如碱金属阳离子、碱土金属阳离子，X为另一阳离子，例如过渡元素、内过渡元素或稀土元素阳离子，且化合物的氢内含物Hn包含至少一种结合能增加的氢
物种。化合物可具有式[KHmKCO3]n，其中m和n各为整数，且化合物的氢内含物Hm包含至少一
种结合能增加的氢物种。化合物可具有式 其中m和n各为整数，X为带单个
负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hm包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具
有式[KHKNO3]n，其中n为整数，且化合物的氢内含物H包含至少一种结合能增加的氢物种。化合物可具有式[KHKOH]n，其中n为整数，且化合物的氢内含物H包含至少一种结合能增加的
氢物种。包括阴离子或阳离子的化合物可具有式[MHmM′X]n，其中m和n各为整数，M和M'各为碱金属或碱土金属阳离子，X为带单个或两个负电荷的阴离子，且化合物的氢内含物Hm包含
至少一种结合能增加的氢物种。包括阴离子或阳离子的化合物可具有式
其中m和n各为整数，M和M'各为碱金属或碱土金属阳离子，X和X'为带单个或两个负电荷的
阴离子，且化合物的氢内含物Hm包含至少一种结合能增加的氢物种。阴离子可包含本发明
的阴离子之一。适合的示例性带单个负电荷的阴离子为卤离子、氢氧根离子、碳酸氢根离子
或硝酸根离子。适合的示例性带两个负电荷的阴离子为碳酸根离子、氧离子或硫酸根离子。
[0605] 在一个实施方式中，结合能增加的氢化合物或混合物包含包埋于晶格(例如结晶晶格)中，例如包埋于金属或离子晶格中的至少一种较低能量氢物种，例如分数氢原子、分
数氢氢阴离子和二分数氢分子。在一个实施方式中，晶格不能与较低能量氢物种反应。基质
可为非质子的，例如在包埋的分数氢氢阴离子的情况下。化合物或混合物可包含包埋于盐
晶格(例如碱金属或碱土金属盐，例如卤化物)中的H(1/p)、H2(1/p)和H-(1/p)中的至少一
种。示例性碱金属卤化物为KCl和KI。其它适合的盐晶格包含本发明的那些。较低能量氢物
种可通过用非质子催化剂(例如表1中的催化剂)催化氢来形成。
[0606] 本发明化合物纯度优选为大于0.1原子％。更优选的是，化合物纯度为大于1原子％。进而更优选的是，化合物纯度为大于10原子％。最优选的是，化合物纯度为大于50原
子％。在另一实施方式中，化合物纯度大于90原子％。在另一实施方式中，化合物纯度大于
95原子％。
[0607] 在形成分数氢的化学反应器的另一实施方式中，形成分数氢和释放动力(例如热能)的电池包含内燃机、火箭发动机或燃气轮机的燃烧腔室。反应混合物包含氢来源和氧来
源以产生催化剂和分数氢。催化剂来源可为含氢物种和含氧物种中的至少一种。物种或其
它反应产物可为包含O和H中的至少一种的物种中的至少一种，例如H2、H、H+、O2、O3、
O、O+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH、OOH-、O-、O2-、 和 催化剂可包含氧或氢物
种，例如H2O。在另一实施方式中，催化剂包含nH、nO(n＝整数)、O2、OH和H2O催化剂中的至少一种。氢来源(例如氢原子来源)可包含含氢燃料，例如H2气体或烃。氢原子可在烃燃烧期间
通过烃热解来产生。反应混合物可还包含氢离解剂，例如本发明的氢离解剂。H原子也可由
氢离解形成。O来源可还包含来自空气的O2。反应物可还包含可充当H和O中的至少一种的来
源的H2O。在一个实施方式中，水充当氢和氧中的至少一种的其它来源，氢和氧在电池中可
通过H2O的热解来供应。水可在表面(例如汽缸或活塞头)上热或催化离解成氢原子。表面可
包含将水离解成氢和氧的材料。水离解材料可包含以下的元素、化合物、合金或混合物：过
渡元素或内过渡元素、铁、铂、钯、锆、钒、镍、钛、Sc、Cr、Mn、Co、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Cd、La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Au、Hg、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Vb、Lu、Th、Pa、U、活性炭(碳)或Cs插入碳(石墨)。H和O可反应形成催化剂和H以形成分数氢。氢和氧来
源可经由相应接口或进口(例如进口阀或歧管)引入。产物可经由排出口或出口排出。流量
可通过经由各自接口控制入口和出口速率来控制。
[0608] 在一个实施方式中，通过加热催化剂来源及氢源(例如本发明的固体燃料)来形成分数氢。加热可为热加热及撞击加热中的至少一种。根据实验，拉曼光谱证实通过球磨固体
燃料(例如氢氧化物及卤化物的混合物，例如包括碱金属(例如Li)的混合物)形成分数氢。
-1
例如，从经球磨的LiOH+LiI及LiOH+LiF在2308cm 处观察到反拉曼效应峰。因此，适宜的示
例性混合物为LiOH+LiI或LiF。在一个实施方式中，通过爆炸来达成热学加热及撞击加热中
的至少一种。在此情况中，通过形成分数氢提供其他高能反应。
[0609] 在一个实施方式中，H2(1/p)可用作MRI顺磁性造影剂，因为量子数1非零。
[0610] 容许量值△J＝0、+1的转动选择定则的非零量子数1允许H2(1/p)分子激光。
[0611] 在一个实施方式中，因H2(1/p)为顺磁性，故其具有高于H2的液化温度。可通过低温分离方法收集体相分数氢气体。
[0612] 在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含火箭推进剂。高电流引发的点燃产生快速膨胀的等离子体，其可提供推力。本发明的另一发明为一种推进器，其除包含引导膨
胀等离子体提供推力的喷嘴外还包含封闭电池。在另一实施方式中，推进器包含磁瓶或本
领域技术人员已知的使等离子体以引导的方式从提供点燃高电流的电极流动的其他类似
等离子体约束和引导磁场系统。在另一实施方式中，高度电离的等离子体可用于本领域技
术人员已知的离子发动机和离子推进器提供推力。
[0613] 在一个实施方式中，来自点燃的固体燃料的高能等离子体用于加工材料(例如等离子体蚀刻中的至少一种)，通过用稳定的氢层(例如包含分数氢物种的氢层)掺杂或涂布
来稳定硅表面，以及将石墨碳转换成类金刚石碳和金刚石中的至少一种。根据本发明的用
于分数氢物种掺杂或涂布表面(例如硅)以引起稳定化和将碳转换成金刚石材料的方法和
系统在本人的在先出版物中给出：R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,P.Ray,
B.Dhandapani“, Role of Atomic Hydrogen Density and Energy in Low Power CVD 
Synthesis of Diamond Films”,Thin Solid Films,478,(2005)77-90；R.L.Mills,
J.Sankar,A.Voigt,J.He,B.Dhandapani,“Spectroscopic Characterization of the 
Atomic Hydrogen Energies and Densities and Carbon Species During Helium-
Hydrogen-Methane Plasma CVD Synthesis of Diamond Films”,Chemistry of 
Materials，第15卷，(2003)，第1313-1321页；R.L.Mills,B.Dhandapani,J.He,“Highly 
Stable Amorphous Silicon Hydride from a Helium Plasma Reaction”,Materials 
Chemistry and Physics,94/2-3,(2005),298-307；R.L.Mills,B.Dhandapani,J.He,
“Highly Stable Amorphous Silicon Hydride”,Solar Energy Materials&Solar Cells,
第80卷，(2003)，第1-20页；和R.L.Mills,J.He,P.Ray,B.Dhandapani,X.Chen“, Synthesis and Characterization of a Highly Stable Amorphous Silicon Hydride as the 
Product of a Catalytic Helium-Hydrogen Plasma Reaction”,Int.J.Hydrogen 
Energy，第28卷，第12期，(2003)，第1401-1424页，其以全文引用的方式并入本文中。
[0614] 在一个实施方式中，来自点燃的固体燃料的高能等离子体用于形成反转粒子数。在一个实施方式中，图3以及4A和4B中所示的系统的固体燃料等离子体部件为激光的泵浦
来源和激光的激光介质中的至少一种。用于形成反转粒子数以实现激光的方法和系统在本
人的在先出版物中给出：R.L.Mills,P.Ray,R.M.Mayo,“The Potential for a Hydrogen 
Water-Plasma Laser”,Applied Physics Letters，第82卷，第11期，(2003)，第1679-1681页和R.L.Mills,P.Ray,R.M.Mayo“, CW HI Laser Based on a Stationary Inverted 
Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain 
Group I Catalysts”,IEEE Transactions on Plasma Science，第31卷，第2期，(2003)，第
236-247页；R.L.Mills,P.Ray,R.M.Mayo,“CW HI Laser Based on a Stationary 
Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with 
Certain Group I Catalysts”,IEEE Transactions on Plasma Science，第31卷，第2期，
(2003)，第236-247页，其以全文引用的方式并入本文中。
[0615] 在一个实施方式中，固体燃料或高能材料通过加热来反应。反应混合物可包含导体且在高导电性表面(例如在反应期间不会氧化而变得导电性更低的表面)上反应。例如反
应器表面的适合表面为贵金属，例如Au和Pt。
[0616] VII.固体燃料催化剂诱导的分数氢跃迁(SF-CIHT)电池和能量转换器
[0617] 在一个实施方式中，产生直接电能和热能中的至少一种的动力系统包含：至少一个容器，反应物(包含：(a)至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；(b)至少一种原子
氢来源或原子氢；和(c)导体和导电性基质中的至少一种)，和至少一组用于约束分数氢反
应物的电极，用于传递短脉冲高电流电能的电源、重载系统、至少一个用于由这些反应产物
再生初始反应物的系统和至少一个直接等离子体-电转换器和至少一个热-电能量转换器。
在另一实施方式中，该容器能够承受大气压、高于大气压和低于大气压中的至少一种压力。
在一个实施方式中，再生系统可包含水合、热学、化学和电化学系统中的至少一种。在另一
实施方式中，该至少一个直接等离子体-电转换器可包含以下组中的至少一种：等离子体动
力能量转换器、直接转换器、磁流体动力能量转换器、磁镜磁流体动力能量转换器、电荷漂
移转换器、Post或Venetian Blind能量转换器、磁旋管、光子聚束微波能量转换器和光电转
换器。在另一实施方式中，该至少一个热-电转换器可包含以下组中的至少一种：热机、蒸汽机、汽轮机与发电机、燃气轮机与发电机、朗肯循环发动机、布雷顿循环发动机、斯特林发动机、热离子能量转换器和热电能量转换器。
[0618] 在一个实施方式中，点燃H2O形成分数氢，具有呈热能、等离子体和电磁(光)能中的至少一种的形式的高释放能量。(在本发明中的“点燃”表示H至分数氢的极高反应速率，
其可表现为爆发、脉冲或高能释放的其他形式)。H2O可包含在施加高电流(例如在约2000A
至100,000A范围内的高电流)下可点燃的燃料。这可通过施加例如5,000至100,000V的高压
首先形成高导电性等离子体(例如电弧)来实现。或者，可以使高电流经过包含H2O的化合物
或混合物，其中所得燃料(例如固体燃料)的导电性高。(在本发明中，固体燃料或高能材料
用于表示形成例如HOH等催化剂和H(进一步反应形成分数氢)的反应混合物。然而，反应混
合物可包含除固体外的其他物理状态。在实施方式中，反应混合物可为气体、液体、固体、浆料、固凝胶、溶液、混合物、气体悬浮体、气动流和本领域技术人员已知的其他状态中的至少一种状态)。在一个实施方式中，具有极低电阻的固体燃料包含含有H2O的反应混合物。低电
阻可归因于反应混合物的导体成分。在实施方式中，固体燃料的电阻为在以下范围内的至
少一个：约10-9Ω至100Ω、10-8Ω至10Ω、10-3Ω至1Ω、10-4Ω至10-1Ω和10-4Ω至10-2Ω。在另一实施方式中，具有高电阻的燃料包含含有痕量或较小摩尔百分比的添加化合物或材料
的H2O。在后一情况下，可以使高电流流过燃料以通过引起击穿来形成高导电状态(例如电
弧或电弧等离子体)，从而实现点燃。
[0619] 在一个实施方式中，反应物可包含用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的H2O来源和导电性基质。在另一实施方式中，包含H2O来源的反应物可包
含以下至少一种：体相H2O、除体相H2O以外的状态、进行反应形成H2O和释放结合的H2O中的
至少一种的一种或多种化合物。此外，结合的H2O可包含与H2O相互作用的化合物，其中H2O处于吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水中的至少一种状态。在实施方式中，反应物可包含导体和一种或多种进行体相H2O、吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水
释放中的至少一种的化合物或材料，且其具有H2O作为反应产物。在其他实施方式中，新生
H2O催化剂来源和原子氢来源中的至少一种可包含以下的至少一种：(a)至少一种H2O来源；
(b)至少一种氧来源；和(c)至少一种氢来源。
[0620] 在其他实施方式中，用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的反应物包含以下至少一种：H2O和H2O来源；O2、H2O、HOOH、OOH-、过氧离子、超氧离子、氢化物、H2、卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物、水合化合物，选自卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物中的至少一个的组中的水合化合物；和导电性基质。在某些实施方式中，羟基氧化物可包含来自TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、
FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH的组中的至少一种：
氧化物可包含来自CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO和Ni2O3的组中的至少一种；氢氧化物可包含来自Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3和Ni(OH)2的组中的至少一种；包含氧的化合物可包含来自硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐和高碘酸盐、MXO3、MXO4(M＝金属，例如碱金属，例如Li、Na、K、Rb、Cs；X＝F、Br、Cl、I)、钴镁氧化物、镍镁氧化物、铜镁氧化物、Li2O、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、CoO、Co2O3、CO3O4、FeO、Fe2O3、NiO、Ni2O3、稀土金属氧化物、CeO2、La2O3、羟基氧化物、TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH的组中的至少一种，且导电性基质包含来自金属粉末、碳、碳化物、硼化物、氮化物、例如TiCN等碳氮化物或腈的组中的至少一种。
[0621] 在实施方式中，反应物可包含金属、其金属氧化物与H2O的混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的。在其他实施方式中，反应物可包含金属、金属卤化物与H2O的
混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的。在其他实施方式中，反应物可包含过
渡金属、碱土金属卤化物与H2O的混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的。在其
他实施方式中，反应物可包含导体、吸湿材料与H2O的混合物。在实施方式中，导体可包含金属粉末或碳粉，其中金属或碳与H2O的反应并非热力学上有利的。在实施方式中，吸湿材料
可包含溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、例如KMgCl3·6(H2O)等光卤石、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠，以及浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、化肥、盐、干燥剂、二氧化硅、活性炭、硫酸钙、氯化钙、分子筛、沸石、潮解材料、氯化锌、氯化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和潮解盐的组中的至少一种。在某些实施方式中，动力系统可包含导体、吸湿材料与H2O的混合物，其中(金属/导体)、(吸湿材料)、(H2O)的相对摩尔量范围为以下至少一种：约(0.000001至100000)、(0.000001至
100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至
10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至
100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；和(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。在某些实施方式中，与H2O具有热力学上不利的反应的金属可为以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在其他实施方式中，反应物可通过添加H2O而再生。
[0622] 在其他实施方式中，反应物可包含金属、其金属氧化物与H2O的混合物，其中金属氧化物能够在低于1000℃的温度下进行H2还原。在其他实施方式中，反应物可包含以下物
质的混合物：在H2和微热下不容易还原的氧化物；具有能够在低于1000℃的温度下由H2还原
成金属的氧化物的金属；和H2O。在实施方式中，具有能够在低于1000℃的温度下由H2还原成金属的氧化物的金属可为以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在实施方式中，在H2和微热下不容易还原的金属氧化物包含氧化铝、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物中的
至少一种。
[0623] 在实施方式中，固体燃料可包含碳或活性炭和H2O，其中混合物通过包含添加H2O的再水合而再生。在其他实施方式中，反应物可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。在实施方式中，用于传递短脉冲高电流电力的电源的电流足以使分数氢反应物以
极高速率进行反应形成分数氢。在实施方式中，用于传递短脉冲高电流电力的电源包含以
下至少一种：经选择为引起具有在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中至少
一个范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压；在100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/
cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2中至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密
度；电压由固体燃料或高能材料的电导率确定，其中电压由所需电流乘以固体燃料或高能
材料样品的电阻得出；DC或峰值AC电压可在选自以下的至少一个范围内：约0.1V至500kV、
0.1V至100kV和1V至50kV，且AC频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和
100Hz至10kH范围内。在实施方式中，固体燃料或高能材料样品的电阻在选自以下的至少一
个范围内：约0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ和10Ω至1kΩ，且有效形成分数氢的每单位
电极面积的适合的负载的电导率在选自以下的至少一个范围内：约10-10Ω-1cm-2至106Ω-
1cm-2、10-5Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-4Ω-1cm-2至105Ω-1cm-2、10-3Ω-1cm-2至104Ω-1cm-2、10-2-1 -2 3 -1 -2 -1 -1 -2 2 -1 -2 -1 -2 -1 -2
Ω cm 至10Ω cm 、10 Ω cm 至10Ω cm 和1Ω cm 至10Ω cm 。
[0624] 在一个实施方式中，固体燃料为导电性的。在实施方式中，固体燃料的一部分、团粒或等分试样的电阻为在以下范围内的至少一种：约10-9Ω至100Ω、10-8Ω至10Ω、10-3Ω至1Ω、10-3Ω至10-1Ω和10-3Ω至10-2Ω。在一个实施方式中，分数氢反应速率取决于高电流的施加或发展。例如高能分数氢催化反应的分数氢催化反应可通过低压高电流流过导电性
燃料引发。能量释放可能很高，且可形成冲击波。在一个实施方式中，电压经选择为引起具
有引起点燃的电流(例如在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中至少一个范
围内的高电流)的高AC、DC或AC-DC混合。电流密度可在以下至少一个的范围内：100A/cm2至
1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2燃料，燃料可包含团粒，例如压制的团粒。DC或峰值AC电压可在选自以下的至少一个范围内：约0.1V至100kV、
0.1V至1kV、0.1V至100V和0.1V至15V。AC频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至
100kHz和100Hz至10kHz范围内。脉冲时间可在选自以下的至少一个范围内：约10-6s至10s、
10-5s至1s、10-4s至0.1s和10-3s至0.01s。在另一实施方式中，高磁场或通量Φ或磁场变化的高速度中的至少一种引爆分数氢反应。磁通量可在约10G至10T、100G至5T或1kG至1T范围
内。 可为在1Hz至100kHz、10Hz至10kHz、10Hz至1000Hz或10Hz至100Hz范围内的频率下变
化的对应于10G至10T、100G至5T或1kG至1T的通量。
[0625] 在一个实施方式中，固体燃料或高能材料可包含H2O来源或H2O。H2O摩尔％含量可在以下至少一个的范围内：约0.000001％至100％、0.00001％至100％、0.0001％至100％、
0.001％至100％、0.01％至100％、0.1％至100％、1％至100％、10％至100％、0.1％至50％、
1％至25％和1％至10％。在一个实施方式中，分数氢反应速率取决于高电流的施加或发展。
在一个实施方式中，电压经选择为以引起具有在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA
至50kA中至少一个范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合。DC或峰值AC电流密度可在以下至
少一个的范围内：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,
2
000A/cm 。在一个实施方式中，电压由固体燃料或高能材料的电导率确定。固体燃料或高能
材料样品的电阻在选自以下的至少一个范围内：约0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ和10Ω
至1kΩ。有效形成分数氢的每单位电极面积的适合的负载的电导率在选自以下的至少一个
范围内：约10-10Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-5Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-4Ω-1cm-2至105Ω-1cm-2、
10-3Ω-1cm-2至104Ω-1cm-2、10-2Ω-1cm-2至103Ω-1cm-2、10-1Ω-1cm-2至102Ω-1cm-2和1Ω-1cm-2至10Ω-1cm-2。在一个实施方式中，电压由所需电流乘以固体燃料或高能材料样品的电阻得
出。在示例性情况下，电阻约为1mΩ，电压低，例如<10V。在其中电阻基本上无穷大的基本上纯H2O的示例性情况下，实现用于点燃的高电流的外加电压高，例如高于H2O的击穿电压，例
如约5kV以上。在实施方式中，DC或峰值AC电压可在选自以下的至少一个范围内：约0.1V至
500kV、0.1V至100kV和1V至50kV。AC频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和
100Hz至10kHz范围内。在一个实施方式中，DC电压放电产生包含离子化H2O的等离子体，其
中电流欠阻尼且在其衰减时振荡。
[0626] 在一个实施方式中，高电流脉冲使用电容器(例如超级电容器)放电实现，这些电容器可以以串联与并联中的至少一种连接以实现所需电压和电流，其中电流可为DC或使用
本领域技术人员已知的例如变压器(例如低压变压器)等电路元件调节。电容器可由电源
(例如电网、发电机、燃料电池或电池组)充电。在一个实施方式中，电池组供应电流。在一个实施方式中，适合的频率、电压和电流波形可通过对电容器或电池组的输出进行动力调节
来实现。在一个实施方式中，实现900V下500A电流脉冲的一条示例性电路在V.V.Nesterov,
A.R.Donaldson“, High Current High Accuracy IGBT Pulse Generator”,1996 IEEE，第
1251-1253页，https：//accelconf.web.cern.ch/AccelConf/p95/ARTICLES/WAA/
WAA11.PDF中给出，且实现25kA的一条电路在P.Pribyl,W.Gekelman“,24 kA solid state 
switch for plasma discharge experiments”,Review of Scientific Instruments，第
75卷，第3期，2004年3月，第669-673页中给出，其中两个文献均以全文引用的方式并入本文中，其中分压器可增加电流且降低电压。
[0627] 固体燃料或高能材料可包含导体或导电性基质或载体，例如金属、碳或碳化物，以及H2O或H2O来源，例如可反应形成H2O和可释放结合的H2O的一种或多种化合物，例如本发明
的那些化合物。固体燃料可包含H2O、与H2O相互作用的化合物或材料以及导体。H2O可以以体相H2O以外的状态，例如吸收的或结合的H2O(例如物理吸附的H2O或水合水)存在。或者，H2O
可以以体相H2O形式存在于混合物中，该混合物通过施加适合电压而为高导电性的或成为
高导电性的。固体燃料可包含H2O和提供高导电性的材料或化合物(例如金属粉末或碳)以
及用于促进形成H和可能性HOH催化剂的材料或化合物(例如氧化物，例如金属氧化物)。一
种示例性固体燃料可包含单独的R-Ni，以及包含R-Ni和例如过渡金属和Al等添加剂的添加
剂，其中R-Ni通过使水合的Al2O3和Al(OH)3分解来释放H和HOH。一种适合的示例性固体燃料
包含至少一种羟基氧化物，例如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH，以及导电性基质，例如金属粉末与碳粉中的至少一种，以及可选的H2O。固体燃料可包含至少一种氢氧化物，例如过渡金属氢氧化物(例如
Cu(OH)2、Co(OH)2、Fe(OH)2和Ni(OH)2中的至少一种)、氢氧化铝(例如Al(OH)3)、导体(例如碳粉与金属粉末中的至少一种)以及可选的H2O。固体燃料可包含至少一种氧化物，例如过渡
金属氧化物中的至少一种(例如CuO、Cu2O、NiO、Ni2O3、FeO和Fe2O3中的至少一种)、导体(例如碳粉与金属粉末中的至少一种)以及H2O。固体燃料可包含至少一种卤化物，例如金属卤化
物(例如碱土金属卤化物，例如MgCl2)、导体(例如碳粉与金属粉末(例如Co或Fe)中的至少
一种)以及H2O。固体燃料可包含固体燃料的混合物，例如包含氢氧化物、羟基氧化物、氧化
物和卤化物(例如金属卤化物)中至少两种以及至少一种导体或导电性基质和H2O的固体燃
料。导体可包含以下中的至少一种：用包含固体燃料的反应混合物的一种或多种其他成分
涂布的金属筛、R-Ni、金属粉末(例如过渡金属粉末)、Ni或Co多孔体、碳或碳化物，或本领域技术人员已知的其他导体或导电性载体或导电性基质。
[0628] 在一个实施方式中，固体燃料包含碳，例如活性炭和H2O。在用于形成等离子体的点燃发生在真空或惰性氛围下的情况下，在等离子体-电产生后，从等离子体凝结的碳可再
水合以在再生循环中重新形成固体。固体燃料可包含以下混合物中的至少一种：酸性、碱性
或中性H2O与活性炭、木炭、软木炭，蒸汽和氢处理碳中的至少一种，以及金属粉末。在一个实施方式中，碳-金属混合物的金属至少部分地与H2O不反应。对于与H2O的反应至少部分稳
定的适合金属为以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。混合物可通过包含H2O添加的再水合而再生。
[0629] 在一个实施方式中，基本所需的反应物为H来源、O来源和优良导体基质以允许高电流在点燃期间穿透材料。固体燃料或高能材料可装于密封容器(例如密封金属容器，例如
密封铝容器)中。固体燃料或高能材料可通过低压高电流脉冲反应，该脉冲例如由点焊机产
生的脉冲，例如通过泰勒-温菲尔德型ND-24-75点焊机的两个铜电极之间的约束且经受短
脉冲低压高电流电能的脉冲实现。60Hz电压可为约5至20V RMS且电流可为约10,000至40,
000A/cm2。
[0630] 示例性高能材料和条件为以下中的至少一种：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH、SmOOH、Ni2O3·H2O、La2O3·H2O和Na2SO4·H2O，其以浆料形式涂布至Ni网筛上并干燥，接着经受约60Hz、8V RMS和至40,000A/cm2的电脉冲。
[0631] 固体燃料或高能材料可包含能够具有多重稳定氧化态作为包含氧的化合物的阳离子，例如包含Mo、Ni、Co和Fe中的至少一种的化合物，其中阳离子能够具有多重稳定氧化
态，例如在Ni、Co和Fe的情况下2+和3+氧化态，和在Mo情况下2+、3+、4+、5+和6+氧化态。这些状态可作为氢氧化物、羟基氧化物、氧化物和卤化物存在。氧化态的变化可通过在阳离子进行
还原的反应期间使HOH催化剂电离，消除自体限制性电荷积累，来促进分数氢反应传播。
[0632] 在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含H2O和用于形成新生H2O和H的分散剂和离解剂。适合的示例性分散剂和离解剂为卤化物，例如金属卤化物，例如过渡金属卤化
物，例如溴化物，例如FeBr2；形成水合物的化合物，例如CuBr2；和例如具有能够具有多重氧化态的金属的氧化物和卤化物的化合物。其他包含氧化物、羟基氧化物或氢氧化物，例如过
渡元素的氧化物、羟基氧化物或氢氧化物，例如CoO、Co2O3、CO3O4、CoOOH、Co(OH)2、Co(OH)3、NiO、Ni2O3、NiOOH、Ni(OH)2、FeO、Fe2O3、FeOOH、Fe(OH)3、CuO、Cu2O、CuOOH和Cu(OH)2。在其他实施方式中，过渡金属由例如碱金属、碱土金属、内过渡金属和稀土金属以及第13和14族金属
等另一金属替代。适合的实例为La2O3、CeO2和LaX3(X＝卤化物)。在另一实施方式中，固体燃料或高能材料包含呈无机化合物(例如氧化物、羟基氧化物、氢氧化物或卤化物)的水合物
形式的H2O。其他适合的水合物为本发明的金属化合物，例如以下组中的至少一种：硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、次氯酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、次溴酸盐、亚溴酸盐、溴酸盐、高氯酸盐、次碘酸盐、亚碘酸盐、碘酸盐、高碘酸盐、硫酸氢盐、磷酸氢盐或磷酸二氢盐、具有氧阴离子的其他金属化合物，以及金属卤化物。
例如金属氧化物或卤化物等分散剂和离解剂的摩尔比为引起点燃事件的任何所需摩尔比。
适合的至少一种化合物的摩尔数比H2O摩尔数在约0.000001至100000、0.00001至10000、
0.0001至1000、0.01至100、0.1至10和0.5至1中的至少一个范围内，其中比率定义为(化合
物摩尔数/H2O摩尔数)。固体燃料或高能材料可进一步包含导体或导电性基质，例如以下中
的至少一种：金属粉末(例如过渡金属粉末)、Ni或Co多孔体、碳粉或碳化物或本领域技术人
员已知的其他导体或导电性载体或导电性基质。包含至少一种化合物和H2O的水合化合物
的摩尔数与导体摩尔数的适合比率在约0.000001至100000、0.00001至10000、0.0001至
1000、0.01至100、0.1至10和0.5至1中的至少一个范围内，其中比率定义为(水合化合物摩
尔数/导体摩尔数)。
[0633] 在一个实施方式中，反应物通过添加H2O由产物再生。在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含H2O和适于本发明的低压高电流流过水合材料从而引起点燃的导电性基
质。导电性基质可为以下中的至少一种：金属表面、金属粉末、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物(例如TiCN)、腈、本发明或本领域技术人员已知的其他导电性基质。添加H2O形成固体燃料或高能材料或使其由产物再生可为连续或间歇的。
[0634] 固体燃料或高能材料可包含导电性基质、氧化物(例如金属与相应金属氧化物的混合物，例如过渡金属和其至少一种氧化物，例如选自Fe、Cu、Ni或Co的一种)和H2O的混合
物。H2O可呈水合氧化物形式。在其他实施方式中，金属/金属氧化物反应物包含与H2O反应性低，对应于氧化物容易能够还原成金属的金属，或在分数氢反应期间不氧化的金属。具有低
H2O反应性的适合示例性金属为选自以下的一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr。金属可在该反应期间转换成氧化物。对应于金属反应物的氧化物产物可通过用本领域技术人员已知的系统和
方法进行氢还原来再生成初始金属。氢还原可在高温下进行。氢可通过H2O电解供应。在另
一实施方式中，金属是通过碳还原、还原剂(例如更加氧活泼的金属)还原或通过电解(例如
于熔融盐中电解)由氧化物再生。由氧化物形成金属可通过本领域技术人员已知的系统和
方法实现。金属比金属氧化物比H2O的摩尔量为在经受如本发明中给出的低压高电流电脉
冲时引起点燃的任何需要的摩尔量。(金属)、(金属氧化物)、(H2O)的相对摩尔量的适合范
围为以下至少一种：约(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；
(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至
1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；和(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至
1)。固体燃料或高能材料可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
[0635] 固体燃料或高能材料可包含导电性基质、卤化物(例如第一金属和相应第一金属卤化物或第二金属卤化物的混合物)和H2O的混合物。H2O可呈水合卤化物形式。第二金属卤
化物可比第一金属卤化物更稳定。在一个实施方式中，第一金属与H2O反应性低，对应于氧
化物容易能够还原成金属，或金属在分数氢反应期间不氧化。具有低H2O反应性的适合的示
例性金属为选自以下的一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr。金属比金属卤化物比H2O的摩尔量为在经受本发明中给出的低压高电流电脉冲时引起点燃的任何需要的摩尔量。(金属)、(金属卤
化物)、(H2O)的相对摩尔量的适合范围为以下至少一种：约(0.000001至100000)、
(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、
(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、
(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；和(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固体燃料或高能材料可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
[0636] 在一个实施方式中，固体燃料或高能材料可包含导体(例如本发明的导体，例如金属或碳)、吸湿材料和H2O。适合的示例性吸湿材料为溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、例如KMgCl3·6(H2O)等光卤石、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠，以及浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维(例如棉花和纸)、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、许多化肥、盐(包括食盐)和本领域技术人员已知的多种其他物质，以及干燥剂，例如
二氧化硅、活性炭、硫酸钙、氯化钙和分子筛(通常为沸石)或潮解材料，例如氯化锌、氯化
钙、氢氧化钾、氢氧化钠和本领域技术人员已知的许多不同潮解盐。(金属)、(吸湿材料)、
(H2O)的相对摩尔量的适合范围为以下至少一种：约(0.000001至100000)、(0.000001至
100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至
10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至
100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；和(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固体燃料或高能材料可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
[0637] 在一种示例性高能材料中，将0.05ml(50mg)的H2O添加至20mg CO3O4或CuO中，密封在铝DSC锅(铝坩埚30μl，D：6.7x3(Setaram，S08/HBB37408)和铝盖D：6,7，冲压、不密封
(Setaram,S08/HBB37409))中，且使用泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机在约8V RMS下用
15,000至25,000A之间的电流点燃。观测到大能量脉冲，其使样品蒸发，各自呈高能、高度离子化、膨胀的等离子体形式。以相同方式点燃且得到类似结果的另一种示例性固体燃料包
含Cu(42.6mg)+CuO(14.2mg)+H2O(16.3mg)，其密封在铝DSC锅(71.1mg)(铝坩埚30μl，D：
6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)和铝盖D：6,7，冲压、密封(Setaram,S08/HBB37409))中。
[0638] 在一个实施方式中，固体燃料或高能材料包含新生H2O催化剂来源和H来源。在一个实施方式中，固体燃料或高能材料为导电性的或包含导电性基质材料以使新生H2O催化
剂来源与H来源的混合物为导电性的。新生H2O催化剂来源与H来源中的至少一种的来源为
包含至少O与H的化合物或化合物混合物和材料。包含O的化合物或材料可为以下中的至少
一种：氧化物、氢氧化物和羟基氧化物，例如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属、稀土金属和第13和14族金属氧化物、氢氧化物和羟基氧化物。包含氧的化合物或材料可为硫酸
盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐和高碘酸盐、MXO3、MXO4(M＝金属，例如碱金属，例如Li、Na、K、Rb、Cs；X＝F、Br、Cl、I)、钴镁氧化物、镍镁氧化物、铜镁氧化物、Li2O、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、稀土金属氧化物(例如CeO2或La2O3)、羟基氧化物(例如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH)。示例性H来源为H2O、具有结合或吸收的H2O的化合物(例如水合物、氢氧化物、羟基氧化物或硫酸氢盐、磷酸氢盐或磷酸二氢盐)和
烃。导电性基质材料可为以下中的至少一种：金属粉末、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物(例如TiCN)或腈。本发明的导体在不同实施方式中可呈不同物理形式，例如块体、
颗粒、粉末、纳米粉末和本领域技术人员已知的使包含具有导体的混合物的固体燃料或高
能材料为导电性的其他形式。
[0639] 示例性固体燃料或高能材料包含H2O与导电性基质中的至少一种。在一个示例性实施方式中，固体燃料包含H2O和金属导体，例如过渡金属，例如Fe，呈例如Fe金属粉末导体和Fe化合物(例如氢氧化铁、氧化铁、氧(氢氧)化铁和卤化铁)的形式，其中后者可代替H2O
作为充当H2O来源的水合物。其他金属可代替Fe，呈其任何物理形式，例如金属和化合物以
及例如块体、薄片、筛、网孔、线、颗粒、粉末、纳米粉末和固体、液体和气体的状态。导体可包含呈一种或多种物理形式的碳，例如以下中的至少一种：块体碳、颗粒碳、碳粉、碳气凝胶、碳纳米管、活性炭、石墨烯、KOH活性炭或纳米管、碳化物衍生碳、碳纤维布和富勒烯。适合的示例性固体燃料或高能材料为CuBr2+H2O+导电性基质；Cu(OH)2+FeBr2+导电性基质材料，例
如碳或金属粉末；FeOOH+导电性基质材料，例如碳或金属粉末；Cu(OH)Br+导电性基质材料，例如碳或金属粉末；AlOOH或Al(OH)3+Al粉，其中添加H2供应至反应以通过Al与由AlOOH或Al
(OH)3分解所形成的H2O的反应形成分数氢；H2O于可蒸汽活化的导电性纳米颗粒(例如碳纳
米管和富勒烯)中和H2O于金属化沸石中，其中分散剂可用于润湿疏水性材料(例如碳)；
NH4NO3+H2O+NiAl合金粉；LiNH2+LiNO3+Ti粉；LiNH2+LiNO3+Pt/Ti；LiNH2+NH4NO3+Ti粉；BH3NH3+NH4NO3；BH3NH3+CO2、SO2、NO2以及硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐；LiH+NH4NO3+过渡金属、稀土金属、Al或其他可氧化金属；NH4NO3+过渡金属、稀土金属、Al或其他可氧化金属；NH4NO3+R-Ni；P2O5与本发明的氢氧化物、LiNO3、LiClO4和S2O8中每一种+导电性基质；和H来源，例如氢氧化物、羟基氧化物、储氢材料(例如本发明的一种或多种储氢材料)、柴油，和氧来源，其也可为电
子受体，例如P2O5和其他酸酐，例如CO2、SO2或NO2。
[0640] 形成分数氢的固体燃料或高能材料可包含至少一种高反应性或高能材料，例如NH4NO3、特里托纳尔、RDX、PETN和本发明的其他高反应性或高能材料。固体燃料或高能材料可还包含以下中的至少一种：导体、导电性基质或导电性材料，例如金属粉末、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物(例如TiCN)或腈、烃(例如柴油)、羟基氧化物、氢氧化物、氧化物和H2O。在一个示例性实施方式中，固体燃料或高能材料包含高反应性或高能材料，例
如NH4NO3、特里托纳尔、RDX和PETN和导电性基质，例如金属粉末(例如Al或过渡金属粉末)和碳粉中的至少一种。固体燃料或高能材料可与如本发明中所给的高电流反应。在一个实施
方式中，固体燃料或高能材料进一步包含敏化剂，例如玻璃微球。
[0641] 高能材料可为分数氢气体收集的来源。
[0642] 在一个实施方式中，固体燃料的点燃产生膨胀气、可至少部分电离的膨胀悬浮液和膨胀等离子体中的至少一种。可膨胀至真空。在一个实施方式中，可例如膨胀至真空的气
体、悬浮液或等离子体在气体、悬浮液或等离子体中的至少一种冷却时产生纳米粒子。纳米
粒子一种新材料，在例如电子、医药和表面涂层等领域中有独特应用。
[0643] A.等离子体能量转换器(PDC)
[0644] 等离子体的正电荷离子的质量至少是电子的1800倍；因此，回旋轨道大1800倍。此结果允许电子磁性捕集在磁场线上，而离子可漂移。可发生电荷分离以提供电压至等离子
体能量转换器。
[0645] B.磁流体动力(MHD)转换器
[0646] 基于在横向磁场中形成离子质量流的电荷分离在本领域中作为磁流体动力(MHD)能量转换为人熟知。正离子和负离子以相反方向进行洛伦兹定向且在相应MHD电极上接收
以影响其间电压。形成离子质量流的典型MHD方法为使经由喷嘴用离子接种的高压气体膨
胀以产生高速流体穿过交叉磁场，其中一组MHD电极相对于偏转场交叉以接收偏转离子。在
本发明中，压力通常超过大气压，但不一定如此，且定向的质量流可通过固体燃料反应形成
高电离径向膨胀等离子体而实现。
[0647] C.电磁直接(交叉场或漂移)转换器， 直接转换器
[0648] 磁场和交叉电场中带电粒子的导向中心漂移可用于分离和收集在空间分开的电极上的电荷。因为装置吸取垂直于导向场的粒子能量，所以等离子体膨胀可以不是
必需的。理想化 转换器的效能取决于离子与电子之间的惯性差异，此为电荷分离和在
相对于交叉场方向的相对 电极产生电压的根源。 漂移收集也可独立地使用或与
收集组合使用。
[0649] D.电荷漂移转换器
[0650] 由Timofeev和Glagolev描述的直接能量转换器[A.V.Timofeev,“A scheme for direct conversion of plasma thermal energy into electrical energy”,
Sov.J.Plasma Phys.，第4卷，第4期，7月-八月，(1978)，第464-468页；V.M.Glagolev，和A.V.Timofeev“, Direct Conversion of thermonuclear into electrical energy a 
drakon system”,Plasma Phys.Rep.，第19卷，第12期，12月(1993)，第745-749页]取决于电荷注入漂移分离的正离子，从而从等离子体吸取动力。此电荷漂移转换器包含在相对于磁
通量B来源和具有场力线曲率的磁通量B来源的方向横切的方向上的磁场梯度。在两种情况
下，漂移的带负电和正电离子以垂直于由B和磁场梯度方向形成的平面或B具有曲率的平面
的相对方向移动。在每一情况下，分开的离子在与平面平行的相对电容器产生电压，伴有离
子热能的降低。电子接收在一个电荷漂移转换器电极上且正离子接收在另一个上。因为离
子迁移率比电子小得多，所以电子注射可直接进行或通过将其从加热的电荷漂移转换器电
极蒸去来进行。动力损耗小，动力平衡无过多成本。
[0651] E.磁性约束
[0652] 认为爆炸或点燃事件是在H催化形成分数氢加速至很高速率时。在一个实施方式中，由爆炸或点燃事件产生的等离子体为膨胀等离子体。在此情况下，磁场流体动力学
(MHD)为一种适合的转换系统和方法。或者，在一个实施方式中，等离子体受约束。在此情况下，转换可用等离子体能量转换器、磁流体能量转换器、电磁直接(交叉场或漂移)转换器、
直接转换器和电荷漂移转换器中的至少一种实现。在此情况下，除SF-CIHT电池和包
含点燃、重载、再生、燃料处理和等离子体-电能量转换系统的装置其余部分外，动力产生系统进一步包含等离子体约束系统。约束可用例如螺线管磁场的磁场实现。磁铁可包含永久
性磁铁和电磁体中的至少一种，例如未冷却磁铁、水冷却磁铁和具有相应低温管理系统的
超导磁铁中的至少一种，该低温管理系统包含以下的至少一种：液氦杜瓦瓶、液氮杜瓦瓶、
可包含铜的辐射挡板、高真空保温层、辐射罩和可由基于分数氢的动力产生器的动力输出
供能的低温泵和压缩机。磁铁可为开线圈，例如亥姆霍兹线圈。等离子体可进一步约束于磁
瓶中且由本领域技术人员已知的其他系统和方法约束。
[0653] 两个磁镜或更多可形成磁瓶以约束由H催化形成分数氢所形成的等离子体。约束理论在本人先前申请中给出，例如以全文引用的方式并入本文中的Microwave Power 
Cell,Chemical Reactor,And Power Converter，于3/7/02申请的PCT/US02/06955(短版)、
于3/7/02申请的PCT/US02/06945(长版)、于9/5/03申请的US案号10/469,913。在瓶中的中
心区域中产生的离子将沿轴盘旋，但将由各末端的磁镜反射。具有与所需轴平行的高速度
分量的更高能的离子将在瓶末端逃逸。因此，在一个实施方式中，瓶可从磁瓶末端产生基本
上线性离子流至磁流体能量转换器。因为电子可因其质量相对于正离子较低而优先受约
束，在本发明的等离子体动力实施方式中形成电压。动力在与受约束电子接触的阳极与收
集正离子的阴极(例如约束容器壁)之间流动。动力可在外加负载中耗散。
[0654] F.固体燃料催化剂诱导的分数氢跃迁(SF-CIHT)电池
[0655] 本发明的化学反应物可称为固体燃料或高能材料或两者。当引起极高反应动力学以形成分数氢的条件建立且维持时，固体燃料可表现为高能材料且由此包含高能材料。在
一个实施方式中，分数氢反应速率视高电流的施加或发展而定。在SF-CIHT电池的一个实施
方式中，形成分数氢的反应物经受低压高电流高脉冲，引起极快反应速率和能量释放。速率
可足以产生冲击波。在一个示例性实施方式中，60Hz电压小于15V峰值，电流在10,000A/cm2
与50,000A/cm2峰值之间，且功率在150,000W/cm2与750,000W/cm2之间。在这些参数的约1/
100至100倍范围内的其他频率、电压、电流和功率是合适的。在一个实施方式中，分数氢反
应速率视高电流的施加或发展而定。在一个实施方式中，电压经选择为引起具有在以下至
少一个范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至
50kA。DC或峰值AC电流密度可在以下至少一个的范围内：100A/cm2至1,000,000A/cm2、
1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2。DC或峰值AC电压可在选自以下的至
少一个范围内：约0.1V至1000V、0.1V至100V、0.1V至15V和1V至15V。AC频率可在约0.1Hz至
10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz范围内。脉冲时间可在选自以下的至少一
个范围内：约10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s和10-3s至0.01s。
[0656] 由分数氢形成的等离子体动力可直接转换成电。在H催化成分数氢期间，电子通过从催化成HOH的H转移的能量从HOH催化剂电离。这些电子可在外加高电路电流中传导以防
止催化反应由于电荷积累自体限制。爆炸由快速动力学产生，其又引起大规模电子电离。包
含基本上100％电离等离子体的爆炸固体燃料在由外加电流引起的周围高磁场中径向向外
高速度膨胀引起磁流体动力能量转换。电压量值在外加极性方向上增加，因为此为由电流
方向和相应磁场向量和径向流方向引起的洛伦兹偏转方向。在使用磁流体动力能量转换的
一个实施方式中，外加高电流为DC，使得相应磁场为DC。膨胀等离子体中的空间电荷电场和
来自外加电流的高磁场也可包含 直接转换器，其引起所产生的DC电压和电流，其中外
加高电流在一个实施方式中为DC。此外，由高电流产生的高磁场将数量级较轻的电子捕集
在磁场线上，而重的正离子漂移，使得如果此作用中存在电极偏压，则可在电极之间产生等
离子体动力电压。在其他实施方式中，使用至少一种专用等离子体-电转换器，例如MHD、PDC和 直接转换器中的至少一种，将来自固体燃料点燃的等离子体动力转换成电力。这些
和其他等离子体-电能量转换器的细节在本人在先出版物中给出，例如R.M.Mayo,
R.L.Mills,M.Nansteel“, Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power 
to Electricity”,IEEE Transactions on Plasma Science,10月，(2002)，第30卷，第5期，第2066-2073页；R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel“, On the Potential of Direct and 
MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for 
Microdistributed Power Applications”,IEEE Transactions on Plasma Science,8月，
(2002)，第30卷，第4期，第1568-1578页；R.M.Mayo,R.L.Mills“, Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power 
Applications”,40th Annual Power Sources Conference,Cherry Hill,NJ,6月10-13日，
(2002)，第1-4页(“Mills在先等离子体能量转换出版物”)(其以全文引用的方式并入本文
中)，以及本人先前申请中，例如Microwave Power Cell,Chemical Reactor,And Power 
Converter，于3/7/02申请的PCT/US02/06955(短版)、于3/7/02申请的PCT/US02/06945(长
版)、于9/5/03申请的US案号10/469,913；Plasma Reactor And Process For Producing 
Lower-Energy Hydrogen Species，于4/8/04申请的PCT/US04/010608、于10/12/15申请的
US/10/552,585；以及Hydrogen Power,Plasma,and Reactor for Lasing,and Power 
Conversion，于11/8/02申请的PCT/US02/35872、于5/6/04申请的US/10/494,571(“Mills在
先等离子体能量转换出版物”)(以全文引用的方式并入本文中)。
[0657] 转变成电的等离子体能在外电路中耗散。如通过计算和在Mills在先等离子体能量转换出版物中实验证明的，可实现超过50％等离子体能转换成电。热以及等离子体通过
各SF-CIHT电池产生。热可直接使用，或使用本领域技术人员已知的转换器(例如热机，例如
蒸汽机或汽轮机或燃气轮机与发电机、朗肯或布雷顿循环发动机或斯特林发动机)转换成
机械动力或电力。对于动力转换，各SF CIHT电池可与Mills在先出版物中记载的热能或等
离子体-机械动力或电力的任何转换器以及本领域技术人员已知的转换器(热机、汽轮机或
燃气轮机系统、斯特林发动机或热离子或热电转换器)相接。其他等离子体转换器包含
Mills在先出版物中公开的以下转换器中的至少一种：等离子体动力能量转换器、 直
接转换器、磁流体动力能量转换器、磁镜磁流体动力能量转换器、电荷漂移转换器、Post或
Venetian Blind能量转换器、磁旋管、光子聚束微波能量转换器和光电转换器。在一个实施
方式中，电池包含如Mills在先热能转换出版物、Mills在先等离子体能量转换公开案和
Mills在先申请中给出的内燃机的至少一个汽缸。
[0658] 图3中所示的固体燃料催化剂诱导的分数氢跃迁(SF-CIHT)电池发电机包含至少一个具有结构支撑框架1a的SF-CIHT电池1，各SF-CIHT电池具有至少两个约束固体燃料3的
样品、团粒、部分或等分试样的电极2和用于传递短脉冲低压高电流电能穿过燃料3的电源
4。电流将燃料点燃以通过形成分数氢释放能量。动力呈能够直接转换成电的热能和燃料3
的高度电离等离子体形式。(本文中“点燃或形成爆炸”是指因施加于燃料的高电流而建立
高分数氢反应动力学)。示例性电源为泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机和至多10KA的EM试
验型CSS 500N10浪涌电流发生器8/20US。在一个实施方式中，电源4为DC，且等离子体-电能
量转换器适合于DC磁场。在DC磁场下运行的适合转换器为磁流体动力、等离子体动力和
能量转换器。在一个实施方式中，磁场可由图3以及4A和4B的电源4的电流提供，该电
流可流过额外的电磁体以及固体燃料团粒3(图3以及4A和4B)。在PDC等离子体-电转换器的
一个实施方式中，由电极2的电流引起的径向磁场可磁化至少一个PDC电极，PDC电极形状遵
照磁场线的轮廓。至少一个垂直于径向磁场线的PDC电极包含未磁化的PDC电极。在PDC转换
器的该至少一个磁化PDC电极与一个未磁化PDC电极之间产生电压。
[0659] 在一个实施方式中，电源4能够供应或接受高电流，例如本发明中给出的高电流，其中通过接受电流，来自分数氢反应的自体限制电荷积累可获改善。电流来源和电流槽可
为变压器电路、LC电路、RLC电路、电容器、超级电容器、感应器、电池组和本领域技术人员关于如何产生和接受可呈至少一种冲击或脉冲形式的大电流所已知的其他低阻抗或低电阻
电路或电路元件和电力储存元件或装置。在图4B中所示的另一实施方式中，也可充当启动
电源的点燃电源4包含至少一个电容器，例如供应实现点燃所需的低压高电流的一组低压
高电容的电容器。电容器电路可设计成可避免在放电期间成波浪形或环形，从而延长电容
器寿命。寿命可较长，例如在约1至20年范围内。
[0660] 在一个实施方式中，电极的几何面积与固体燃料面积相同或大于固体燃料面积，以向待点燃的整个样品提供高电流密度。在一个实施方式中，电极为碳以避免因表面上氧
化而损失电导率。在另一实施方式中，固体燃料的点燃发生在真空中，以便电极不氧化。电
极可为用来自固体燃料3的成分的金属连续或间歇再生的至少一个电极。固体燃料可包含
的金属呈在点燃期间熔融，使得一些粘着、熔合、焊接或合金化至表面以替代在运行期间腐
蚀掉或磨损的电极2材料(例如金属)的形式。SF-CIHT电池发电机可进一步包含修复电极
(例如齿轮2a的齿)形状的装置。该构件可包含浇铸模具、研磨机和碾磨机中的至少一种。
[0661] 动力系统进一步包含传送重载机械系统5以除去废燃料产物且重载电极2以约束用于点燃的另一固体燃料团粒。在一个实施方式中，燃料3包含仅仅在电流流过时点燃的连
续条带。接着，在本发明中，固体燃料团粒3一般意义上是指固体燃料条带的一部分。电极2
可在重载期间打开和闭合。机械作用可通过本领域技术人员已知的系统，例如气动、螺线管
或电动机作用系统实现。传送重载系统可包含将产物移出且将燃料移入受电极2约束的位
置的线性传送带。或者，传送重载系统可包含圆盘传送带5，其在每一点燃之间旋转以移除
产物且将燃料3定位至由电极2约束以供另一次点燃。圆盘传送带5可包含耐熔融或腐蚀的
金属，例如难熔合金、耐高温氧化合金(例如TiAlN)或高温不锈钢，例如本领域中已知的高
温不锈钢。在一个实施方式中，图3中所示的SF-CIHT电池发电机从一个SF-CIHT电池1产生
分数氢生成动力的间歇性爆发。或者，发电机包含多个SF-CIHT电池1，其在固体燃料团粒3
的定时爆炸事件期间输出个体电池的分数氢生成动力的重叠。在一个实施方式中，多个电
池中这些事件的定时可提供更连续的输出动力。在其他实施方式中，燃料连续地投入电极2
之间的高电流中以产生连续动力。在一个实施方式中，约束固体燃料的两个电极2延伸，使
得可在沿着延伸电极组2的长度的相对点接触以沿电极组2引起一系列高电流流动和快速
分数氢反应动力学。相对电极2上的相对接触点可通过将相应连接机械移动至位置或通过
电子开关连接来达成。连接可以同步方式进行以实现从电池或多个电池更稳定的动力输
出。燃料和点燃参数为本发明中所给出的参数。
[0662] 为缓冲任何间歇，一些动力可储存在电容器和可选的高电流变压器、电池组或其他储能装置中。在另一实施方式中，从一个电池的电输出可传递点燃另一个电池的燃料的
短脉冲低压高电流电能。输出动力可进一步通过用动力连接器8连接的输出动力调节器7调
节。输出动力调节器7可包含例如动力储存(例如电池组或超级电容器)、DC至AC(DC/AC)转
换器或反相器和变压器等元件。DC动力可转换成另一形式的DC动力，例如具有更高电压的
DC动力；动力可转换成AC或DC与AC的混合。输出动力可经动力调节至所需波形，例如60Hz 
AC动力，且经由输出端子9供应至负载。在一个实施方式中，输出动力调节器7将来自等离子
体-电转换器或热-电转换器的动力转换成所需频率和波形，例如分别为美国与欧洲标准的
60或50HZ以外的AC频率。不同频率可应用于匹配针对不同频率设计的负载，例如电动机，例
如用于机车、航空、航海、仪器、工具和机器、电加热和空调、电信和电子应用的电动机。动力输出端子9的输出动力的一部分可用于对电源4供电，例如约5-10V、10,000-40,000A DC动
力。MHD和PDC能量转换器可输出很适合对电极2再次供电以使随后供应的燃料点燃的低压
高电流DC动力。低压高电流的输出可供应至DC负载。DC可经DC/DC转换器调节。示例性DC负
载包含DC电动机，例如电整流电动机，例如用于机车、航空、航海、仪器、工具和机器、DC电加热和空调、DC电信和DC电子应用的电动机。
[0663] 因为动力可分配，所以无需动力传输，且损耗最小的高压DC传输为例如在局部地区电网中希望的传输的一个选择。接着，动力应用可经高电流DC供电，且DC动力可具有优于
AC的优点。事实上，即使不是绝大多数，也有许多动力负载(例如电动机、仪器、照明设备和电子仪器)以由传输的AC电网动力转换的DC动力运行。可得益于SF-CIHT电池的直接高电流
DC动力输出的另一应用为可使用DC有刷或无刷的电整流DC电动机的电动力。DC/AC转换器
(在多数情况下为AC/DC转换器)和相应转换通过使用SF-CIHT电池的直接高电流DC动力输
出而消除。这导致消除DC与AC之间转换期间的损耗所需的资本设备成本和动力的降低。
[0664] 在一个实施方式中，超级电容器或电池组16(图3和4A)用于通过供应动力引发点燃来启动SF-CIHT电池，从而用于随后点燃的动力通过输出动力调节器7提供，而输出动力
调节器7又由等离子体-电能量转换器6供电。在一个实施方式中，动力调节器7的输出流向
储能装置，例如16，以再启动发电机。储存也可储存动力或供应动力，以调节负载的急剧变
化且由此提供负载调节。发电机可通过控制圆盘传送带5a的可变或可中断转速，控制燃料
投入电极2的速率来控制燃料消耗速率，提供可变的动力输出。或者，电极2燃烧的速率可变
且受控制。
[0665] 点燃产生输出等离子体和热能。等离子体动力可通过等离子体-电能量转换器6直接转换成电。电池可对于大气开放运行。在一个实施方式中，电池1能够维持真空或小于大
气压的压力。真空或小于大气压的压力可通过真空泵13a维持，以使用于固体燃料3点燃的
膨胀等离子体的离子不与大气气体碰撞。在一个实施方式中，包含产生等离子体的电池1和
连接的等离子体-电转换器6的系统中维持真空或小于大气压的压力。真空或小于大气压的
压力消除碰撞干扰等离子体-电转换的气体。在一个实施方式中，电池1可充满惰性气体，使
得固体燃料或点燃产物不与氧反应。因电池在真空下或充满惰性气体而无氧的电池1有利
于燃料再生，尤其在燃料包含与H2O不利地反应导致氧化的导体(例如碳或金属)时。这些金
属为以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在真空下的电池有利于等离子体-电转换，因为避免等离子体电子-气体碰撞和等离子体离子动能热化。
[0666] 热能可由具有冷却液流过其电极冷却液进口管线11和电极冷却液出口管线12的电极热交换器10和具有冷却液流过其MHD冷却液进口管线19和MHD冷却液出口管线20的MHD
热交换器18中的至少一种来抽取。其他热交换器可用于接收来自分数氢反应的热能，例如
水壁类型设计，其可进一步施加在容器1的至少一个壁、MHD转换器的至少一个其他壁上和
MHD转换器的电极17背后。本领域技术人员已知用于有效和成本有效地除去来自反应的热
量的这些和其他热交换器设计。热量可转移至热负载。因此，动力系统可包含由冷却液出口
管线12和20中的至少一个供应的热量走向热负载的加热器或将热量转移至热负载的热交
换器。冷却的冷却液可通过冷却液进口管线11和19中的至少一个返回。由冷却液出口管线
12和20中的至少一个供应的热量可流向热机、蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、朗肯循环发动机、布雷顿循环发动机和斯特林发动机，以转换成机械动力，例如使轴、轮子、发动机、航空涡轮风扇或涡轮螺旋桨、航海螺旋浆、叶轮和回转轴机器中的至少一种旋转的机械动力。或者，
热能可从冷却液出口管线12和20中的至少一个流向热-电能量转换器，例如本发明的能量
转换器。适合的示例性热-电转换器包含以下组中的至少一种：热机、蒸汽机、汽轮机与发电机、燃气轮机与发电机、朗肯循环发动机、布雷顿循环发动机、斯特林发动机、热离子能量转换器和热电能量转换器。来自热-电转换器的输出动力可用于对负载供电，且一部分可对
SF-CIHT电池发电机(例如电源4)的组件供电。
[0667] 点燃给定团粒的反应物产生动力和产物，其中动力可呈产物的等离子体形式。等离子体-电转换器6从等离子体产生电。在通过其之后，等离子体-电转换器6可进一步包含
等离子体产物的冷凝器和通向重载系统5的传送器。接着产物通过例如圆盘传送带5的重载
系统输送至产物移除器-燃料装载机13，其将产物从重载系统5传送至再生系统14。在一个
实施方式中，SF-CIHT电池发电机进一步包含真空泵13a，该真空泵13a可除去任何产物氧和
分子分数氢气体。在一个实施方式中，氧与分子分数氢中的至少一种收集于槽中，作为商业
产品。泵可进一步包含选择性膜、阀、筛、低温过滤器或本领域技术人员已知用于分离氧与
分数氢气体的其他构件，且可另外收集H2O蒸气，且可将H2O供应至再生系统14以在再生的固
体燃料中再循环。本文中，废燃料再生成原始反应物或燃料，例如在分数氢形成中消耗的任
何H或H2O由来自H2O来源14a的H2O补充。水来源可包含槽、池或容器14a，其可含有体相或气
体H2O或包含H2O的材料或化合物或一种或多种形成H2O的反应物(例如H2+O2)中的至少一种。
或者，来源可包含大气水蒸气，或从大气吸取H2O的手段，例如吸湿材料，例如溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、例如KMgCl3·6(H2O)等光卤石、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠，以及浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维(例如棉花和纸)、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、许多化肥、盐(包括食盐)和本领域技术人员已知的多种其他物质，以及干燥剂，例如二氧化硅、活性炭、硫酸钙、氯化钙和分子筛(通常为沸石)或潮解材料，例如氯化锌、氯化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和本领域技术人员已知的许多不同潮解盐。
[0668] 在另一实施方式中，例如圆盘传送带5等重载系统包含料斗，其通过产物移除器-燃料装载机13装入来自再生系统14的再生固体燃料。燃料从电极2之间的底部流出。电极2
可打开和闭合以对流入电极2之间用于点燃的位置或由撒布机如此置放的各部分燃料点
燃。在一个实施方式中，燃料3包含可通过球磨再生或再加工的固体燃料所形成的细粉，其
中再生系统14可进一步包含球磨机、研磨机或由较大粒子形成较小粒子的其他方式，例如
本领域中已知的那些研磨或碾磨方式。一种示例性固体燃料混合物包含导体，例如导电性
金属粉末，例如过渡金属、银或铝的粉末，其氧化物和H2O。在另一实施方式中，燃料3可包含可压入再生系统14中的固体燃料团粒。固体燃料团粒可进一步包含封装金属氧化物和H2O
的粉末状金属或另一金属的薄箔以及可选的金属粉末。在此情况下，再生系统14借助于例
如以下的至少一种再生金属箔：在真空中加热、在还原氢气氛围下加热和由例如熔融盐电
解质等电解质电解。再生系统14进一步包含金属加工系统，例如滚轧或碾磨机，以从再生的
箔金属储备形成箔。护套可通过其中封装的固体燃料可在内部冲压或按压的冲压机或压机
形成。
[0669] 在一个实施方式中，一种示例性固体燃料混合物包含过渡金属粉末、其氧化物和H2O。当电极2打开时细粉可气动喷雾至在电极2之间形成的间隙。在另一实施方式中，燃料
包含粉末与浆料中的至少一种。燃料可注入所需区域中以约束于电极2之间，从而经高电流
点燃。为更好地约束粉末，电极2可具有凸形-凹形半部分，其形成腔室以容纳燃料。在一个
实施方式中，燃料和电极2可带相反静电荷，使得燃料流入电极间区域且静电粘附到点燃燃
料的各电极2的希望区域。
[0670] 在图4A和4B中所示的发电机的一个实施方式中，电极表面2可与重力轴平行，且固体燃料粉末3可从顶部料斗5作为间歇流重力流动，其中在电极2打开以接收流动的粉末状
燃料3和闭合以点燃燃料流时，间歇流动的物流的时机匹配电极2的尺寸。在另一实施方式
中，电极2进一步在其末端上包含滚筒2a，这些滚筒2a由充满燃料流的小间隙隔开。导电性
燃料3形成电极2之间的电路，且高电流流过燃料使其点燃。燃料流3可为间歇性的，以防止
膨胀等离子体破坏燃料流的流动。
[0671] 在另一实施方式中，电极2包含一组由结构元件2b支撑的齿轮2a。该组齿轮可通过驱动齿轮发动机2d供能的驱动齿轮2c旋转。驱动齿轮2c可进一步充当各齿轮2a的散热器，
其中热可通过从驱动齿轮2c接收热的电极热交换器，例如10除去。齿轮2a(例如人字齿轮)
各自包含整数n个齿，其中当第n-1个齿间间隙中的燃料通过配对齿轮的齿n-1压缩时燃料
流至第n个齿间间隙或齿底。用于齿轮或齿轮功能的其他几何形态在本发明的范畴内，例如
如本领域技术人员已知的指状交叉多边形或三角形齿轮、螺旋形齿轮和螺旋钻。在一个实
施方式中，燃料和电极2a的齿轮齿的希望区域(例如齿底)可带相反静电荷，使得燃料流入
且静电粘附到一个或两个电极2a的希望区域，其中当齿啮合时燃料点燃。在一个实施方式
中，燃料3(例如细粉)气动喷雾至齿轮2a的希望区域中。在另一实施方式中，燃料3注入将约
束于电极2a之间的希望区域中，例如待由高电流点燃的齿轮2a的齿的指状交叉区域。在一
个实施方式中，滚筒或齿轮2a借助于例如装载弹簧或通过气动或液压致动来维持朝向彼此
的张力。齿啮合和压缩引起配对齿之间经由导电性燃料的电接触。在一个实施方式中，齿轮
在啮合期间接触燃料的指状交叉区域中导电，且在其他区域中绝缘，使得电流选择性地流
过燃料。在一个实施方式中，齿轮2a包含陶瓷齿轮，其经金属涂布以在指状交叉区域中为导
电性的或在无接地路径下电绝缘。同时，驱动齿轮2c在无接地路径下为非导电性的或电绝
缘。电极2至齿的指状交叉部分的电接触和供应可通过如图4A中所示的电刷2e提供。示例性
电刷包含碳棒或条，其通过例如弹簧推至与齿轮接触。
[0672] 在图4B中所示的另一实施方式中，电极2至齿的指状交叉部分的电接触和供应可直接经由相应齿轮轮毂和轴承提供。图4A的结构元件2b可包含电极2。如图4B中所示，该对
电极的每个电极2可以各齿轮为中心且连接至各齿轮的中心以充当图4A的结构元件2b与电
极2，其中将各齿轮2a连接至其轴或轮毂的齿轮轴承充当电接触，且唯一接地路径在相对齿
轮的接触齿之间。在一个实施方式中，各齿轮的外部部分围绕其中心轮毂转动以经由较大
半径处的额外轴承具有更多电接触。轮毂也可充当大的散热器。电极热交换器10也可附接
至轮毂以自齿轮移除热。热交换器10可通过绝缘体薄层(例如具有高热导率的电绝缘体，例
如金刚石或类金刚石碳膜)与轮毂电绝缘。齿轮的带电可使用电脑和开关电晶体(例如用于
无刷DC电动机的电晶体)定时。在一个实施方式中，齿轮间歇性地供能，使得当齿轮啮合时
高电流流过燃料。燃料的流动可经定时以匹配燃料在齿轮啮合时输送至齿轮且使电流流过
燃料。随后高电流流动引起燃料点燃。燃料可连续地流过齿轮或滚筒2a，其旋转推动燃料穿
过间隙。燃料可在旋转以充满电极2之间的包含一组齿轮的啮合区域或一组滚筒的相对侧
面的空间时连续地点燃。在此情况下，输出动力可以稳定。在一个实施方式中，所得等离子
体向齿轮侧面外膨胀且流向等离子体-电转换器6。等离子体膨胀流可沿与各齿轮的轴平行
且相对于燃料流3的流动方向横切的轴。轴向流可穿过MHD转换器。其他定向流可通过约束
磁铁(例如亥姆霍兹线圈或磁瓶的磁铁)实现。
[0673] 发电机进一步包含用于可变动力输出的构件和方法。在一个实施方式中，发电机的动力输出通过控制燃料3至电极2或滚筒或齿轮2a的可变或可中断流动速率以及电源4的
可变或可中断燃料点燃速率来控制。滚筒或齿轮的旋转速率也可进行控制以控制燃料点燃
速率。在一个实施方式中，输出动力调节器7包含动力控制器7以控制输出(可为DC)。动力控
制器可控制燃料流速，通过控制使驱动齿轮2c旋转且转动齿轮2a的齿轮驱动电动机2d来控
制齿轮旋转速度。基于燃料消耗速率或燃烧速率中的至少一种的机械动力或动力控制的反
应时间可非常快，例如在10ms至1μs范围内。动力也可通过控制等离子体-电转换器的转换
器电极的连通性来控制。例如，串联连接MHD电极17或PDC电极增加电压，且并联连接转换器
电极增加电流。改变MHD电极17的角度或以相对于等离子体传播方向与磁场方向中的至少
一种的不同角度选择性地连接至成组MHD电极17通过改变电压与电流中的至少一种改变所
收集的动力。
[0674] 动力控制器7进一步包含输入与输出参数(例如电压、电流和功率)的传感器。来自传感器的信号可送入控制发电机的处理器。可控制上升时间、下降时间、电压、电流、功率、波形和频率中的至少一种。发电机可包含电阻，例如分路电阻，超过动力负载所需或希望的
动力可经由其耗散。分路电阻可连接至输出动力调节器或动力控制器7。发电机可包含嵌入
式处理机和系统以提供可进一步具有中止发电机的能力的远距离监测。
[0675] 料斗5可通过产物移除器-燃料装载机13再装入来自再生系统14的再生燃料。例如分数氢形成中消耗的任何H或H2O可由来自H2O来源14a的H2O补充。在一个实施方式中，燃料
或燃料团粒3在分数氢反应爆炸事件期间部分至实质上气化成气体物理状态，例如等离子
体。等离子体通过等离子体-电能量转换器6，且复合的等离子体形成气体原子和化合物。这
些通过冷凝器15冷凝，且通过产物移除器-燃料装载机13收集且传送至再生系统14，该产物
移除器-燃料装载机13包含与再生系统14的传送机连接且进一步包含与料斗5的传送机连
接。冷凝器15和产物移除器-燃料装载机13可包含例如以下的至少一种系统：静电收集系统
和至少一种螺旋输送机、传送机或气动系统，例如真空或抽吸系统，以收集和移动材料。适
合的系统为本领域技术人员已知。在一个实施方式中，等离子体-电转换器6，例如磁流体能
量转换器包含滑槽或通道6a，其用于将产物传送至产物移除器-燃料装载机13中。MHD转换
器6底部、滑槽6a和MHD电极17中的至少一个可倾斜，以使得产物流动可至少部分由重力流
动引起。MHD转换器6底部、滑槽6a和MHD电极17中的至少一个可机械搅动或摆动以帮助流
动。流动可通过点燃固体燃料所形成的冲击波协助。在一个实施方式中，MHD转换器6底部、
滑槽6a和MHD电极17中的至少一个包含机械刮刀或传送机以从相应表面传送产物至产物移
除器-燃料装载机13。
[0676] 在一个实施方式中，SF-CIHT电池发电机进一步包含真空泵13a，该真空泵13a可移除任何产物氧和分子分数氢气体。泵可进一步包含选择性膜、阀、筛、低温过滤器或本领域
技术人员已知用于分离氧与分数氢气体的其他构件，且可另外收集H2O蒸气，且可将H2O供应
至再生系统14以在再生固体燃料中再循环。在一个实施方式中，燃料3包含可通过球磨再生
或再加工的固体燃料所形成的细粉，其中再生系统14可进一步包含球磨机、研磨机或由较
大粒子形成较小粒子的其他方式，例如本领域中已知的那些研磨或碾磨方式。在一个实施
方式中，端子9的动力输出的一部分供应至以下的至少一种：电源4、齿轮(滚筒)驱动电动机
2d、具有驱动电动机的圆盘传送带5a(图3)、产物移除器-燃料装载机13、泵13a和再生系统
14，以提供动力和能量来传播用于由反应产物再生原始固体燃料的化学反应。在一个实施
方式中，来自电极热交换器10与MHD热交换器18中的至少一个的一部分热通过其中利用冷
却液进口管线11和19中的至少一个的冷却液返回循环的冷却液出口管线12和20中的至少
一个输入固体燃料再生系统，以提供热能和能量来传播用于由反应产物再生原始固体燃料
的化学反应。来自热-电转换器6的一部分输出动力也可用于对再生系统以及SF-CIHT电池
发电机的其他系统供电。
[0677] 在一个示例性实施方式中，固体燃料借助于例如本发明中给出的方式，例如添加H2、添加H2O、加热再生和电解再生中的至少一种来再生。由于相对于引发反应的输入能量，分数氢反应能量增益极大，例如在NiOOH情况下为100倍(如在示例性SF-CIHT电池测试结果
部分中所给出的3.22kJ输出对比46J输入)，例如Ni2O3和NiO等产物可通过电化学反应以及
如在本发明中所给出的化学反应以及通过本领域技术人员已知的化学反应转换成氢氧化
物，接着转换成羟基氧化物。在其他实施方式中，例如Ti、Gd、Co、In、Fe、Ga、Al、Cr、Mo、Cu、Mn、Zn和Sm的其他金属和相应氧化物、氢氧化物和羟基氧化物(例如本发明的那些氧化物、
氢氧化物和羟基氧化物)可代替Ni。在另一实施方式中，固体燃料包含金属氧化物和H2O和
相应金属作为导电性基质。产物可为金属氧化物。固体燃料可通过一部分金属氧化物经氢
还原成金属，接着与已再水合的氧化物混合而再生。具有可在中等温度(例如小于1000℃)
和氢下容易地还原成金属的氧化物的适合金属为Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在另一实施方式中，固体燃料包含(1)不容易由H2和微热还原的氧化物，例如氧化铝、碱土金属氧化物和
稀土金属氧化物中的至少一种；(2)具有能够在中等温度(例如小于1000℃)下由H2还原成
金属的氧化物的金属；和(3)H2O。一种示例性燃料为MgO+Cu+H2O。接着，H2可还原和不可还原的氧化物的产物混合物可用H2处理且在温和条件下加热，使得仅仅可还原的金属氧化物转
换成金属。此混合物可水合以包含再生固体燃料。一种示例性燃料为MgO+Cu+H2O；其中产物
MgO+CuO进行H2还原处理以产生MgO+Cu，其水合形成固体燃料。
[0678] 在另一实施方式中，例如CuO或AgO等氧化产物通过在真空与惰性气体流中的至少一种下加热再生。温度可在以下的至少一个范围内：约100℃至3000℃、300℃至2000℃、500℃至1200℃和500℃至1000℃。在一个实施方式中，再生系统14可进一步包含碾磨机，例如
球磨机和碎片/研磨机中的至少一种，以将块体氧化物和金属中的至少一种碾磨成粉末，例
如细粉，例如粒径在以下中的至少一种的范围内的细粉：约10nm至1cm、100nm至10mm、0.1μm至1mm和1μm至100μm(μ＝微)。
[0679] 在另一实施方式中，再生系统可包含电解池，例如包含金属离子的熔融盐电解池，其中金属氧化物产物的金属可通过使用本领域中熟知的系统和方法电沉积来镀至电解电
池阴极上。系统可进一步包含碾磨机或研磨机以由电镀金属形成所需尺寸的金属粒子。金
属可添加至例如H2O等反应混合物的其他成分中，以形成再生固体燃料。
[0680] 在一个实施方式中，图3以及4A和4B的电池1能够维持真空或小于大气压的压力。通过泵13a维持电池1中真空或小于大气压的压力，且也可在从等离子体来源电池1接收高
能等离子体离子的连接的等离子体-电转换器6中维持。在一个实施方式中，固体燃料包含
对与H2O反应变成氧化金属基本上在热力学上稳定的金属。在此情况下，固体燃料的金属在
形成产物的反应期间不氧化。一种示例性固体燃料包含金属、氧化金属和H2O的混合物。接
着，例如初始金属与金属氧化物的混合物等产物可通过产物移除器-燃料装载机13除去且
通过添加H2O再生。与H2O进行基本上热力学上不利的反应的适合金属可选自以下组：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在其他实施方式中，固体燃料包含H2O不反应的金属和以下的至少一种：
H2O、可包含相同或至少一种不同金属的金属氧化物、氢氧化物和羟基氧化物。
[0681] 在一个实施方式中，进行H2还原、在真空下还原和再水合的方法，以迅速、有效且尽可能成本有效地再生固体燃料。
[0682] 在一个实施方式中，固体燃料包含含有H2O的吸湿材料与导体的混合物。一种示例性燃料为水合碱土金属卤化物，例如MgX2(X＝F、Cl、Br、I)，和导体，例如过渡金属，例如Co、Ni、Fe或Cu。
[0683] 在一个实施方式中，固体燃料包含封装于导电性护套中的H2O来源。H2O来源可包含本发明的材料和反应混合物。导电性护套可包含金属、碳、碳化物和本发明的其他导电性基
质中的至少一种。在另一实施方式中，固体燃料包含金属氧化物和H2O和例如相应金属的呈
薄箔形式的封装金属氧化物和H2O等材料。例如吸湿材料的其他材料可代替金属氧化物且
充当结合或吸收H2O的基质。导体封装的H2O来源可包含团粒。一种示例性固体燃料团粒包含
封装为H2O来源或容纳H2O的材料(例如本发明的材料和反应混合物)的薄箔金属护套，例如
包含过渡金属、银或铝的金属护套。在能量释放后，例如箔金属的导体可借助于例如旋涡分
离、沉降、筛分和本领域中已知的其他方式回收。箔可由回收的金属储备通过金属加工系统
(例如滚轧或碾磨机)形成。护套可通过其中封装材料可在内部冲压或按压的冲压机或压机
形成。在例如金属等导体氧化的情况下，金属可通过还原氧化物来再生。箔金属可通过例如
以下中的至少一种再生：在真空中加热、在还原氢气氛围下加热和由例如熔融盐电解质的
电解质电解。
[0684] 在一个实施方式中，固体燃料可使用一次且不再生。包含H和O的碳(例如蒸汽碳或活性炭和H2O润湿碳)为可消耗且不再生的适合的示例性反应物或固体燃料。
[0685] 等离子体动力可使用基于磁性空间电荷分离的等离子体动力能量转换器6转换成电。由于其质量相对于正离子较低，所以电子优先约束于磁化PDC电极(例如圆柱形PDC电极
或处于磁场中的PDC电极)的磁通线。因此，电子的移动性受束缚；而正离子相对自由，从而
与固有或非固有磁化的PDC电极碰撞。电子与正离子均与未磁化的PDC电极充分碰撞。等离
子体动力转换直接从等离子体的热能和势能吸取动力，且不依赖于等离子体流。作为代替，
通过PDC的动力吸取利用浸入等离子体中的磁化与未磁化PDC电极之间的电势差来驱动外
加负载中的电流，且由此直接从储存的等离子体热能吸取动力。热等离子体能量至电的等
离子体动力转换(PDC)通过将至少两个漂浮导体直接插入高温等离子体主体中来实现。这
些导体的一个通过外部电磁场或永久磁铁磁化，或其固有地具有磁性。另一个未磁化。电势
差由重正离子对比轻电子的电荷迁移率的极大差别产生。此电压施加在电负载上。
[0686] 在实施方式中，动力系统包含另外的内部或外部电磁体或永久磁铁，或包含多个固有磁化与未磁化的PDC电极，例如圆柱形PDC电极，例如针形PDC电极。与各PDC电极平行的
均匀磁场B的来源可通过电磁体，例如通过亥姆霍兹线圈提供。电磁体可为以下的至少一
种：永久磁体，例如海尔贝克阵列磁体，和未冷却、水冷却和超导电磁体。示例性超导磁体可包含NbTi、NbSn或高温超导材料。磁体电流也可供应至固体燃料团粒以引发点燃。在一个实
施方式中，通过电源4的高电流产生的磁场通过在流过固体燃料团粒之前流过多圈电磁体
来增加。磁场B的强度调整为对比回转电子半径产生最佳阳离子，从而使PDC电极上动力最
大化。在一个实施方式中，至少一个磁化PDC电极平行于外加磁场B；而至少一个相应的对
PDC电极垂直于磁场B，使得其因相对于B方向的取向而未磁化。动力可经由连接到至少一个
对PDC电极的导线输送至负载。在一个实施方式中，电池壁可充当PDC电极。在一个实施方式
中，PDC电极包含在高温大气环境中稳定的耐火金属，例如高温不锈钢和本领域技术人员已
知的其他材料。在一个实施方式中，等离子体能量转换器进一步包含等离子体约束结构，例
如磁瓶或螺线管磁场来源，以约束等离子体且吸取高能离子更多动力作为电。等离子体动
力输出动力在外加负载中耗散。
[0687] 图3以及4A和4B的等离子体-电能量转换器6可进一步包含磁流体动力能量转换器，其包含相对于z轴(离子流102的方向，如图5中所示)横切的磁通量来源101。因此，离子
因亥姆霍兹线圈104提供的约束场103而具有沿z轴优先的速度。因此，离子传播至横向磁通
量区域。传播电子和离子上的洛伦兹力由下式给出：
[0688] F＝ev×B   (196)
[0689] 该力相对于离子速度和磁场横切且对于正离子与反离子而言，在相反方向上。因此，形成横向电流。横向磁场的来源可包含提供不同强度横向磁场随沿z轴的位置而变的分
量，以使具有平行速度分散的流动离子的交叉偏转(方程式(196))最佳化。
[0690] 图5中所示的磁流体动力能量转换器进一步包含至少两个MHD电极105，其可相对于磁场(B)横切以接收在MHD电极105上产生电压的横向洛伦兹偏转离子。MHD动力可在电负
载106中耗散。磁流体动力能量转换器的示意图展示于图6中，其中MHD成组亥姆霍兹线圈或
成组磁体110在磁性膨胀部分120为流动等离子体提供洛伦兹偏转场以在MHD电极105上产
生施加在负载106上的电压。关于图4A和4B，MHD电极显示为17。图3以及4A和4B的电极2也可
充当MHD电极，其中在相对于连接电极2的轴横切的方向和等离子体膨胀方向上适当施加磁
场。由来自电源4的沿电极2的电流产生的径向磁场可提供洛伦兹偏转。磁流体动力发电由
Walsh[E.M.Walsh,Energy Conversion Electromechanical,Direct,Nuclear,Ronald 
Press Company,NY,NY,(1967)，第221-248页](其完整公开内容以引用的方式并入本文中)
描述。
[0691] 电磁体110(图6)和6f(图4A和4B)可为以下的至少一种：永久磁体，例如海尔贝克阵列磁体，和未冷却、水冷却和具有相应低温管理的超导电磁体。图4A和4B中所示的超导磁
体系统6f包含(i)超导线圈6b，其可包含NbTi或NbSn的超导体线，或高温超导体(HTS)，例如
YBa2Cu3O7，一般称为YBCO-123或简称为YBCO；(ii)液氦杜瓦瓶，其在线圈6b的两侧上提供液氦6c；(iii)液氮杜瓦瓶，其在螺线管磁体的内半径和外半径上具有液氮6d，其中液氦与液
氮杜瓦瓶均可包含可包括铜的辐射挡板和辐射罩且在壁上包含高真空保温层6e；和(iv)各
磁体6f的进口6g，其可连接有可由SF-CIHT电池发电机经由输出动力端子9的动力输出供电
的低温泵和压缩机。
[0692] 图6的MHD电极105或MHD电极105的防护障壁可包含耐火材料、作为固体燃料成分的材料和碳的外层，使得MHD电极或障壁腐蚀产物无法变成固体燃料或高能材料的显著有
害污染物。例如MHD转换器的等离子体-电转换器可进一步包含MHD热交换器135，其经由MHD
冷却液进口130接收冷却液且经由MHD冷却液出口140除去呈热形式的动力(例如未100％转
换成电的膨胀等离子体中含有的动力)。热交换器135可为图6中所示的线圈类型、水壁类型
或如本领域技术人员已知的另一类型。关于图4A和4B，MHD热交换器18经由MHD冷却液进口
19接收冷却液且经由MHD冷却液出口20除去呈热形式的动力。此热能可与来自电极热交换
器10的从电极冷却液出口管线12流出的热能组合。热可施加于以下的至少一种：供应热负
载、通过图3以及4A和4B的再生系统14再生固体燃料以及通过本发明的系统和方法转换至
机械动力或动力。
[0693] 在一个实施方式中，磁流体动力能量转换器为分段式法拉第发电机。在另一实施方式中，通过离子流的洛伦兹偏转所形成的横向电流在与离子输入流(z轴)平行的方向上
进行进一步洛伦兹偏转，以在至少第一MHD电极与沿z轴相对移位的第二MHD电极之间产生
霍尔电压。此类装置在本领域中以磁流体动力能量转换器的霍尔发电机实施方式著称。MHD
电极在xy平面上相对于z轴成角的类似装置包含本发明的另一实施方式且称为具有“窗框”
构造的对角线发电机。在各情况下，电压可经由电负载驱动电流。分段式法拉第发电机、霍
尔发电机和对角线发电机的实施方式在Petrick[J.F.Louis,V.I.Kovbasyuk,Open-cycle 
Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation,M Petrick和B.Ya Shumyatsky编
著，Argonne National Laboratory,Argonne,Illinois(1978)，第157-163页](其完整公开
内容以引用的方式并入本文中)中给出。
[0694] 在磁流体动力能量转换器的另一实施方式中，离子沿z轴的流动(其中v∥>>v⊥)可接着进入压缩部，该部分包含递增轴向磁场梯度，其中与z轴方向平行的电子运动分量v∥因
绝热不变量 ＝恒定而至少部分转换成垂直运动v⊥。由v⊥引起的方位角电流围绕z轴形
成。电流在运动平面上通过轴向磁场径向偏转，从而在盘形发电机磁流体动力能量转换器
的内环和外环MHD电极之间产生霍尔电压。电压可经由电负载驱动电流。等离子体动力也可
使用 直接转换器10或本发明的其他等离子体-电装置转换成电。
[0695] 在随时间变化的电流(例如交流电(AC))通过电源4供应至电极2且动力系统进一步包含包括DC磁场(例如磁流体动力或等离子体动力的)的等离子体-电能量转换器的一个
实施方式中，由来自来源4的随时间变化的电流引起的随时间变化的磁场可通过例如μ金属
罩的磁罩对等离子体-电能量转换器的DC磁场屏蔽。等离子体可从随时间变化的磁场区域
膨胀，穿透磁罩，至可发生动力转换的DC磁场区域。适合磁罩为本领域技术人员已知的磁
罩。在具有来自来源4的电流的基本上DC来源的一个实施方式中，基本上DC磁场可用于达成
以下中的至少一个目的：用于转换器(例如PDC转换器)的等离子体约束、经由使用适当对准
的PDC电极的PDC转换使等离子体转换成电以及控制等离子体流的方向性。例如，磁场可引
起等离子体基本上直线流动。直线流动可穿过MHD等离子体-电转换器。或者，通过磁罩可使
DC磁场对具有另一个所需磁场的区域屏蔽。等离子体可穿透磁罩，流至具有另一个磁场的
区域。
[0696] 各电池也输出可分别通过进口和出口冷却液管线11和12从电极热交换器10吸取以及分别通过进口和出口冷却液管线19和20从MHD热交换器18吸取热能。热能可直接用作
热量或转换成电。在实施方式中，动力系统进一步包含热-电转换器。转换可使用常规朗肯
或布雷顿动力设备，例如包含锅炉、汽轮机与发电机的蒸汽设备或包含燃气轮机(例如外加
热的燃气轮机)与发电机的蒸汽设备实现。适合的反应物、再生反应和系统以及动力设备可
包含以下中的那些反应物、再生反应和系统以及动力设备：本发明中；在本人在先美国专利
申请中，例如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT于4/24/2008申请的PCT/US08/61455；
Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT于7/29/2009申请的PCT/US09/052072；
Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System,PCT于3/18/2010申请的PCT/US10/
27828；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT于3/17/2011申请的PCT/
US11/28889；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，于3/30/
2012申请的PCT/US12/31369；和CIHT Power System，于5/21/13申请的PCT/US13/041938
(“Mills在先申请“)；以及本人在先出版物中，例如R.L.Mills,M.Nansteel,W.Good,
G.Zhao,“Design for a BlackLight Power Multi-Cell Thermally Coupled Reactor 
Based on Hydrogen Catalyst Systems”,Int.J.Energy Research，第36卷，(2012),778-
788；doi：10.1002/er.l834；R.L.Mills,G.Zhao,W.Good“, Continuous Thermal Power 
System”,Applied  Energy，第88卷，(2011)789-798,doi：10.1016/
j.apenergy.2010.08.024，和R.L.Mills,G.Zhao,K.Akhtar,Z.Chang,J.He,X.Hu,G.Wu,
J.Lotoski,G.Chu“,Thermally Reversible Hydrino Catalyst Systems as a New Power 
Source”,Int.J.Green Energy，第8卷，(2011),429-473(“Mills在先热能转换出版物”)，以全文引用的方式并入本文中。在其他实施方式中，动力系统包含本领域技术人员已知的其
他热-电能量转换器之一，例如直接能量转换器，例如热离子和热电能量转换器以及其他热
机，例如斯特林发动机。
[0697] 在一个示例性实施方式中，SF-CIHT电池发电机以所需波形(例如DC或120V 60Hz AC)以及热能输出10MW连续动力。固体燃料可包含金属，例如以下组中一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In，其在点燃和真空中等离子体膨胀期间可不由H2O氧化。在另一实施方式中，固体燃料可包含例如Ag等金属，其氧化物AgO能够通过在真空中加热而还原。或者，固体燃料可
包含例如Cu等金属，其氧化物CuO能够通过在氢氛围中加热而还原。考虑固体燃料包含Cu+
CuO+H2O的情况。在一个实施方式中，等离子体在真空下形成，使得Cu金属不氧化。接着，点燃后燃料再生仅仅需要添加H2O来补充形成分数氢所失去的H2O，其中H2O形成H2(1/4)和1/
2O2的能量为50MJ/摩尔H2O。因此，反应产物用0.2摩尔H2O/s再水合。若Cu氧化，则为产生
10MJ/s或10kJ/ms，CuO的示例性质量流速为约50g CuO/s，对应于200kJ/g。CuO可用可使用
电解槽通过H2O电解产生的0.625摩尔H2/s还原。这需要约178kW动力，此在循环期间作为热
返回。在另一实施方式中，Cu2O置换CuO，以便Cu不与CuO反应，形成Cu2O。若Ag用作固体燃料金属，则AgO还原成金属Ag无需H2，仅仅需要在各循环期间所返回的热即可。
[0698] 固体燃料点燃以很高速率形成分数氢是通过20kA电源以0.2kHz重复速率引发。电源可为商业焊机来源，例如Miyachi ISA-500CR/IT-1320-3或ISA-1000CR/IT-1400-3。
Miyachi ISA-500CR/IT-1320-3单元的变压器体积为34升，且其可进一步通过例如在高频
率下运行其变压器的方式小型化。也必须考虑动力控制器体积，但预计电子控制设备可经
小型化，使得变压器工作容积有限。此电源也可至少部分地充当输出动力调节器。此外，一
旦引发系统，少部分(例如1％)SF-CIHT电池发电机的电输出(例如MHD或PDC转换器的电输
出)可足够维持燃料点燃。因此，引发燃料的高电流电源可基本上为个体体积构成SF-CIHT
电池发电机的规模的电池SF-CIHT电池和能量转换器。体积为约1升的带电超级电容器可用
于启动该单元。在另一实施方式中，点燃电源以及启动电源包含至少一个电容器，例如供应
实现点燃所需的低压高电流的一组低压高电容的电容器。电容器的对应体积可较低，例如
1.5升。发电机动力输出可为低压DC，使得几乎不需动力调节。前者可使用DC/DC转换器实
现。
[0699] 考虑指状交叉60齿的齿轮(例如陶瓷齿轮)的示例性情况，这些齿轮在点燃期间接触燃料的表面上金属化。当在200RPM下运行时，相应点燃速率为每次点燃0.2kHz或5ms。具
有此点燃系统的SF-CIHT电池将具有约2升的工作容积。假定RLN2的MHD体积转换密度为
3
700MW/m [Yoshihiro Okuno,“Research activities on MHD power generation at 
Tokyo Institute of Technology”,Tokyo Institute of Technology,2013年12月19日，
http：//vips.es.titech.ac.jp/pdf/090325-meeting/Okuno.pdf]且假设分数氢驱动的等
离子体具有数量级较高的离子密度和超音波粒子速度，转换密度应为每升MHD工作容积至
少10GW/m3或107W。示例性SF-CIHT电池发电机的动力为107W；因此，估计的MHD转换器体积为
1升。超导磁体和杜瓦瓶/低温管理系统工作容积可为另一个6升。最后，可预期产物回收和
再生系统替换最小约2升，但若再生需要H2还原，则工作容积可为更高，大约20升。
[0700] 考虑包含以下的系统：(1)在0.2kHz的重复速率下20kA至电极的基于电容器的电源，其也充当启动电源且具有约1.5升工作容积；(2)少部分SF-CIHT电池发电机的电输出
(例如MHD或PDC转换器的电输出)足以维持燃料点燃；(3)具有约2升的工作容积且具有在
200RPM下运行的包含指状交叉60齿的齿轮的点燃系统的SF-CIHT电池；(4)具有两个保守工
作容积为2升的部分的MHD转换器，其中超导磁体和低温管理系统工作容积为此体积的3倍，
另一个6升；(5)产物回收和再生系统，其具有约2升的工作容积，其中产物再水合成反应物；
以及(6)来自MHD转换器的直接DC输出。此示例性实施方式中10MW系统的总体积为1.5+2+2+
6+2＝13.5升(约24cm×24cm×24cm或约9.4英寸×9.4英寸×9.4英寸)。
[0701] 在一个实施方式中，SF-CIHT电池发电机可充当多个SF-CIHT电池发电机的模块单元。这些模块单元可并联、串联或并联与串联连接以增加电压、电流和功率至所需输出。在
一个实施方式中，多个模块单元可提供代替中心电网动力系统的动力。例如，多个具有1MW
至10MW电的单元可在变电站或中心电站代替动力产生。SF-CIHT电池发电机可使用本领域
技术人员已知的系统和方法彼此相互连接且与其他动力调节和储存系统和动力基础设施
(例如应用电网的那些系统和动力基础设施)相互连接。
[0702] G.应用
[0703] SF-CIHT电池可用于替换常规电源，优点为电网和化石燃料基础设施为自主的。典型示例性一般应用为加热(空间与过程加热)、动力(例如住宅、商业和工业)、机车(例如电
动汽车、卡车和火车)、航海(例如电动船和潜水艇)、航空(例如电动飞机和直升机)和航空
航天(例如电动卫星)。特定示例性应用为家用和商业电气化、照明、电动车辆、经由H2O电解产生H2、卡车冷冻、电讯中继器、盐水淡化、偏远采矿和熔炼、电加热(例如家用和商业加
热)、对家用电器(例如警报系统、制冷机/冰箱、洗碗机、烘箱、洗衣机/干燥机、剪枝机、机械剪、扫雪机和消费型电子仪器，例如个人电脑、TV、立体声系统和视讯播放器)供电。适当可变尺寸的SF-CIHT电池可为某些仪器的专用电源，例如加热器、洗衣机/干燥机或空调器。
[0704] 许多动力应用可通过输出AC与DC动力中的至少一种至相应负载的SF-CIHT电池实现。用于电学SF-CIHT电池应用的系统整合的示意图200展示于图7中。在一个实施方式中，
SF-CIHT电池202通过SF-CIHT电池控制器201控制。SF-CIHT电池从来源204接收H2O，添加H2O
至再生燃料且将H转换成分数氢，其中极大释放动力，转换成电。任何副产物热可输送至热
负载或通过热冷却系统203作为废热除去。输出动力可储存在例如蓄电池或超级电容器的
动力储存构件205中，且接着可流向动力分配中心206。或者，输出电可直接流至动力分配中
心206。在从等离子体-电转换器(例如MHD或PDC转换器)输出DC的一个实施方式中，接着动
力通过DC/AC转换器207从DC调节为AC或其通过DC/DC转换器221变成DC动力的另一形式。此
后，经调节的AC或DC动力分别流入AC 208或DC 222动力控制器和AC 209或DC 223动力负
载。由AC或DC电动机215供应的示例性机械负载为仪器216、轮子217(例如机车动力应用，例
如摩托车、小型摩托车、高尔夫车、小汽车、卡车、火车、拖拉机和推土机以及其他挖掘机
械)、航空电动螺旋桨或电风扇218(例如飞行器中)、航海用螺旋浆219(例如船和潜水艇中)
和转动轴机器220。替代示例性AC负载包含AC电讯210、AC仪器211、AC电子仪器212、AC照明
213和AC空间和过程调节214，例如加热和空气调节。相应适合的示例性DC负载包含DC电讯
224(例如数据中心)、DC仪器225、DC电子仪器226、DC照明227和DC空间和过程调节228，例如加热和空气调节。
[0705] 许多动力应用可通过SF-CIHT电池实现，该SF-CIHT电池使用由来自来源(例如来自H2O)的H转换成分数氢所得到的动力与热能中的至少一种且呈旋转轴形式输出机械动
力。用于热和混合电-热SF-CIHT电池应用的系统整合的示意图300展示于图8中。在一个实
施方式中，SF-CIHT电池302通过SF-CIHT电池控制器301控制。SF-CIHT电池302从来源303接
收H2O，添加H2O至再生燃料且将H转换成分数氢，极大释放等离子体动力，等离子体动力可使用等离子体-电转换器直接转换成电，使用热-电转换器间接转换成电，或可直接输出热能。
电可流向电加热器304，电加热器304可加热外部热交换器305。或者，热可直接从SF-CIHT电
池302流至外部热交换器305。工作气体(例如空气)流入未燃烧的涡轮机306且通过热的外
部热交换器305加热；由此，其接收来自SF-CIHT电池302的热能。经加热的工作气体对未燃
烧的涡轮机306的桨叶做压力-体积功，且引起其轴旋转。旋转轴可驱动多个类型的机械负
载。适合的示例性机械负载包含轮子307(例如机车动力应用中)、发电机308(例如动力产生
中)、航空电动螺旋桨或电动风扇309(例如飞行器中)、船用螺旋浆310(例如船和潜水艇中)
和转动轴机器311。来自发电机308的动力可用于其他应用，例如电动力和稳定动力。这些和
其他应用可使用图7中所示的整合系统或整合系统的一部分实现。
[0706] 在一个实施方式中，来自SF-CIHT电池的动力用于对天线以所需频带供电，该频带可由能够接收传输动力的天线接收。动力可用于运行电子仪器装置，例如移动电话或个人
电脑或娱乐系统(例如MP3播放器或视频播放器)。在另一实施方式中，接收天线可收集传输
动力且对蓄电池充电以运行电子仪器装置。
[0707] 本发明还涉及一种电池组或燃料电池系统，其由氢至较低能量(分数氢)态的催化反应产生电动势(EMF)，从而使分数氢反应释放的能量直接转换成电，该系统包含：
[0708] 在电池工作期间利用分离的电子流动和离子质量输送构成分数氢反应物的反应物；
[0709] 包含阴极的阴极隔室；
[0710] 包含阳极的阳极隔室；和
[0711] 氢来源。
[0712] 本发明的其他实施方式涉及一种电池组或燃料电池系统，其由氢至较低能量(分数氢)态的催化反应产生电动势(EMF)，从而使分数氢反应释放的能量直接转换成电，该系
统包含至少两种选自以下的成分：催化剂或催化剂来源；原子氢或原子氢来源；用于形成催
化剂或催化剂来源和原子氢或原子氢来源的反应物；引发原子氢的催化的一种或多种反应
物；和使催化可行的载体，其中，形成分数氢的电池组或燃料电池系统可还包括包含阴极的
阴极隔室、包含阳极的阳极隔室、可选的盐桥、在电池工作期间利用分离的电子流动和离子
质量输送构成分数氢反应物的反应物和氢来源。
[0713] 在本发明的一个实施方式中，引发分数氢反应(如本发明的交换反应)的反应混合物和反应为通过氢形成分数氢的反应产生电力的燃料电池的基础。由于氧化还原电池的半
反应，因此产生分数氢的反应混合物利用经由外部电路的电子迁移和经由单独的路径的离
子质量输送完成电路所构成。产生由半电池反应的总和得到的分数氢的总反应和相应反应
混合物可包含本发明的热能和分数氢化学生成的反应类型。
[0714] 在本发明的一个实施方式中，在对于电子和离子通过单独的导管连接以便在隔室之间完成电路的不同电池隔室中提供处于不同状态或条件(诸如不同温度、压力和浓度中
的至少一种)下的不同反应物或相同反应物。由于分数氢反应对于从一个隔室至另一隔室
的质量流的依赖性，因此产生单独的隔室的电极之间的电势和电力增益或系统的热增益。
质量流提供形成反应产生分数氢的反应混合物和允许分数氢反应以实质速率发生的条件
中的至少一种。理想地，在无电子流动和离子质量输送的情况下，分数氢反应不发生或不以
可观速率发生。
[0715] 在另一实施方式中，相较于经由电极施加的电解功率，电池产生电和热能增益中的至少一种。
[0716] 在一个实施方式中，用于形成分数氢的反应物为热再生型或电解再生型中的至少一种。
[0717] 本发明的一个实施方式涉及一种产生电动势(EMF)和热能的电化学动力系统，其包含阴极、阳极和在电池工作期间利用单独的电子流动和离子物质输送构成分数氢反应物
的反应物，该系统包含至少两种选自以下的成分：a)催化剂来源或催化剂，其包含nH、OH、
OH-、H2O、H2S或MNH2的组中的至少一种，其中n为整数且M为碱金属；b)原子氢来源或原子氢；
c)用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的反应物；引发原子氢
的催化的一种或多种反应物；和载体。至少一个以下条件可出现于该电化学动力系统中：a)
通过反应混合物的反应形成原子氢和氢催化剂；b)一种反应物，借助于其发生反应而使得
催化有效；和c)引起催化反应的反应，其包含选自以下的反应：(i)放热反应；(ii)偶合反
应；(iii)自由基反应；(iv)氧化-还原反应；(v)交换反应；和(vi)吸气剂、载体或基质辅助的催化反应。在一个实施方式中，在对于电子和离子通过单独的导管连接以便在隔室之间
完成电路的不同电池隔室中提供处于不同状态或条件下的a)不同反应物或b)相同反应物
中的至少一种。内部质量流和外部电子流中的至少一种可使至少一个以下条件出现：a)形
成反应产生分数氢的反应混合物；和b)形成允许分数氢反应以实质速率发生的条件。在一
个实施方式中，用于形成分数氢的反应物为热再生型或电解再生型中的至少一种。电力和
热能输出中的至少一种可以超过由产物再生反应物所需。
[0718] 本发明的其他实施方式涉及一种产生电动势(EMF)和热能的电化学动力系统，其包含阴极、阳极和在电池工作期间利用分离的电子流动和离子质量输送构成分数氢反应物
的反应物，该系统包含至少两种选自以下的成分：a)催化剂来源或催化剂，其包含至少一种
选自以下的氧物种：O2、O3、O3+、O3-、O、O+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH、OOH-、O-、O2-、O2-和O22-，其进行与H物种的氧化反应以形成OH和H2O中的至少一种，其中H物种包含以下中的至少一
种：H2、H、H+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH和OOH-；b)原子氢来源或原子氢；c)形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的反应物；和引发原子氢的催化的一种或多种
反应物；和载体。O物种来源可包含至少一种化合物或化合物混合物，该化合物包含O、O2、空气、氧化物、NiO、CoO、碱金属氧化物、Li2O、Na2O、K2O、碱土金属氧化物、MgO、CaO、SrO和BaO、来自Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn和W的组中的氧化物、过氧化物、碱金属过氧化物、超氧化物、碱金属或碱土金属超氧化物、氢氧化物、碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和第III、IV或V族元素的氢氧化物、羟基氧化物、AlO(OH)、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、CrO(OH)、MnO(OH)(α-MnO(OH)锰榍石和γ-MnO(OH)水锰矿)、FeO(OH)、CoO(OH)、NiO(OH)、RhO(OH)、GaO(OH)、InO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)和Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)。H物种来源可包含至少一种化合物或化合物混合物，该化合物包含H、金属氢化物、LaNi5H6、氢氧化物、羟基氧化物、H2、H2来源、H2和氢渗透性膜、Ni(H2)、V(H2)、Ti(H2)、Nb(H2)、Pd(H2)、PdAg(H2)、Fe(H2)和不锈钢(SS)(诸如430SS(H2))。
[0719] 在另一实施方式中，电化学动力系统包含：氢阳极；包含氢氧化物的熔融盐电解质；和O2和H2O阴极中的至少一种。氢阳极可包括以下中的至少一种：氢渗透性电极，如Ni
(H2)、V(H2)、Ti(H2)、Nb(H2)、Pd(H2)、PdAg(H2)、Fe(H2)和430SS(H2)中的至少一种；可喷射H2的多孔电极；和氢化物，如选自R-Ni、LaNi5H6、La2Co1Ni9H6、ZrCr2H3.8、
LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75、ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2的氢化物；和能够储存氢的其他合金、AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn)型(其中“ABx”符号是指A类型元素
(LaCePrNd或TiZr)与B类型元素(VNiCrCoMnAlSn)的比率)、AB5型：
MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm＝密铈合金：25重量％La、50重量％Ce、7重量％Pr、18重量％Nd)、AB2型：Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12合金、基于镁的合金、Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1合金、Mg0.72Sc0.28(Pd0.012+Rh0.012)和Mg80Ti20、Mg80V20、La0.8Nd0.2Ni2.4Co2.5Si0.1、LaNi5-xMx(M＝Mn、Al)、(M＝Al、Si、Cu)、(M＝Sn)、(M＝Al、Mn、Cu)和LaNi4Co、MmNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、LaNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、MgCu2、MgZn2、MgNi2、AB化合物、TiFe、TiCo和TiNi、ABn化合物(n＝
5、2或1)、AB3-4化合物、ABx(A＝La、Ce、Mn、Mg；B＝Ni、Mn、Co、Al)、ZrFe2、Zr0.5Cs0.5Fe2、Zr0.8Sc0.2Fe2、YNi5、LaNi5、LaNi4.5Co0.5、(Ce、La、Nd、Pr)Ni5、密铈合金-镍合金、
Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5、La2Co1Ni9、FeNi和TiMn2。熔融盐可包含与至少一种其他盐(如选自一种或多种其他氢氧化物、卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐和磷酸盐的盐)的氢氧
化物。熔融盐可包含至少一种选自以下的盐混合物：CsNO3-CsOH、CsOH-KOH、CsOH-LiOH、
CsOH-NaOH、CsOH-RbOH、K2CO3-KOH、KBr-KOH、KCl-KOH、KF-KOH、KI-KOH、KNO3-KOH、KOH-K2SO4、KOH-LiOH、KOH-NaOH、KOH-RbOH、Li2CO3-LiOH、LiBr-LiOH、LiCl-LiOH、LiF-LiOH、LiI-LiOH、LiNO3-LiOH、LiOH-NaOH、LiOH-RbOH、Na2CO3-NaOH、NaBr-NaOH、NaCl-NaOH、NaF-NaOH、NaI-NaOH、NaNO3-NaOH、NaOH-Na2SO4、NaOH-RbOH、RbCl-RbOH、RbNO3-RbOH、LiOH-LiX、NaOH-NaX、KOH-KX、RbOH-RbX、CsOH-CsX、Mg(OH)2-MgX2、Ca(OH)2-CaX2、Sr(OH)2-SrX2或Ba(OH)2-BaX2(其中X＝F、Cl、Br或I)和LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2或Ba(OH)2和以下中的一种或多种：AlX3、VX2、ZrX2、TiX3、MnX2、ZnX2、CrX2、SnX2、InX3、CuX2、NiX2、PbX2、SbX3、BiX3、CoX2、CdX2、GeX3、AuX3、IrX3、FeX3、HgX2、MoX4、OsX4、PdX2、ReX3、RhX3、RuX3、SeX2、AgX2、TcX4、TeX4、TlX和WX4(其中X＝F、Cl、Br或I)。熔融盐可包含为盐混合物电解质的阴离子所共用的阳离子；或为阳离子所共用的阴离子，且氢氧化物对于混合物中的其他盐稳定。
[0720] 在本发明的另一实施方式中，电化学动力系统包含[M”(H2)/MOH-M'卤化物/M”']和[M”(H2)/M(OH)2-M'卤化物/M”']中的至少一种，其中M为碱金属或碱土金属，M'为如下特征的金属：其氢氧化物和氧化物为稳定性小于碱金属或碱土金属的氢氧化物和氧化物或与
水具有低反应性的至少一种，M”为氢渗透性金属，且M”'为导体。在一个实施方式中，M'为诸如选自以下的金属：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、In和Pb。作为另外的选择，M和M'可为金属，诸如独立地选自以下的金属：Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl和W。其他示例性体系包含[M'(H2)/MOH M”X/M”']，其中M、M'、M”和M”'为金属阳离子或金属，X为阴离子，诸如选自氢氧根、卤离子、硝酸根、硫酸根、碳酸根和磷酸根的阴离子，且M'为H2渗透性。在一个实施方式中，氢阳极包含金属，诸如至少一种选自以下的金属：V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl和W，其可在放电期间与电解质反应。在另一实施方式中，电化学动力系统包含：氢来源；能够形成
-
OH、OH和H2O催化剂中的至少一种且提供H的氢阳极；O2和H2O中的至少一种的来源；能够还
原H2O或O2中的至少一种的阴极；碱性电解质；能够收集和再循环H2O蒸气、N2和O2中的至少一种的可选的系统，和用于收集和再循环H2的系统。
[0721] 本发明还涉及一种包含阳极的电化学动力系统，其包含以下至少一种：金属，诸如选自以下的金属：V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl和W，和金属氢化物，诸如选自以下的金属氢化物：R-Ni、LaNi5H6、La2Co1Ni9H6、ZrCr2H3.8、LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75、ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2，和能够储存氢的其他合金，诸如选自以下的其他合金：AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2
(VTiZrNiCrCoMnAlSn)型(其中“ABx”符号是指A类型元素(LaCePrNd或TiZr)与B类型元素
(VNiCrCoMnAlSn)的比率)、AB5型：MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm＝密铈合金：25重量％La、
50重量％Ce、7重量％Pr、18重量％Nd)、AB2型：Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12合金、基于镁的合金、Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1合金、Mg0.72Sc0.28(Pd0.012+Rh0.012)和Mg80Ti20、Mg80V20、La0.8Nd0.2Ni2.4Co2.5Si0.1、LaNi5-xMx(M＝Mn、Al)、(M＝Al、Si、Cu)、(M＝Sn)、(M＝Al、Mn、Cu)和LaNi4Co、MmNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、LaNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、MgCu2、MgZn2、MgNi2、AB化合物、TiFe、TiCo和TiNi、ABn化合物(n＝5、2或1)、AB3-4化合物、ABx(A＝La、Ce、Mn、Mg；B＝Ni、Mn、Co、Al)、ZrFe2、Zr0.5Cs0.5Fe2、Zr0.8Sc0.2Fe2、YNi5、LaNi5、LaNi4.5Co0.5、(Ce、La、Nd、Pr)Ni5、密铈合金-镍合金、Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5、La2Co1Ni9、FeNi和TiMn2；隔板；碱性电解质水溶液；O2和H2O还原阴极中的至少一种；和空气和O2中的至少一种。电化学系统可还包含电解系统，其间歇地将电池充电和放电，使得净能平衡存在增益。作为选择，电化学动力系统
可包含或还包含氢化系统，其通过使氢化物阳极再氢化而使动力系统再生。
[0722] 另一实施方式包含产生电动势(EMF)和热能的电化学动力系统，其包含熔融碱金属阳极；β-氧化铝固体电解质(BASE)，和包含氢氧化物的熔融盐阴极。熔融盐阴极可包含低共熔混合物(诸如表4中的一种)和氢来源(诸如氢渗透性膜和H2气体)。催化剂或催化剂来
源可选自OH、OH-、H2O、NaH、Li、K、Rb+和Cs。熔融盐阴极可包含碱金属氢氧化物。系统可还包含氢反应器和金属-氢氧化物分离器，其中碱金属阴极和碱金属氢氧化物阴极是通过对产
物氧化物的氢化和分离所得碱金属和金属氢氧化物来再生。
[0723] 电化学动力系统的另一实施方式包含阳极，其包含氢来源，诸如选自以下的氢来源：氢渗透性膜和H2气体和氢化物，其还包含熔融氢氧化物；β-氧化铝固体电解质(BASE)，和阴极，其包含熔融元素和熔融卤化物盐或混合物中的至少一种。适合的阴极包含熔融元
素阴极，其包含In、Ga、Te、Pb、Sn、Cd、Hg、P、S、I、Se、Bi和As的一种。作为另外的选择，阴极可为熔融盐阴极，其包含NaX(X为卤离子)和以下的组中的一种或多种：NaX、AgX、AlX3、AsX3、AuX、AuX3、BaX2、BeX2、BiX3、CaX2、CdX3、CeX3、CoX2、CrX2、CsX、CuX、CuX2、EuX3、FeX2、FeX3、GaX3、GdX3、GeX4、HfX4、HgX、HgX2、InX、InX2、InX3、IrX、IrX2、KX、KAgX2、KAlX4、K3AlX6、LaX3、LiX、MgX2、MnX2、MoX4、MoX5、MoX6、NaAlX4、Na3AlX6、NbX5、NdX3、NiX2、OsX3、OsX4、PbX2、PdX2、PrX3、PtX2、PtX4、PuX3、RbX、ReX3、RhX、RhX3、RuX3、SbX3、SbX5、ScX3、SiX4、SnX2、SnX4、SrX2、ThX4、TiX2、TiX3、TlX、UX3、UX4、VX4、WX6、YX3、ZnX2和ZrX4。
[0724] 产生电动势(EMF)和热能的电化学动力系统的另一实施方式包含：阳极，其包含Li；电解质，其包含有机溶剂，和无机Li电解质和LiPF6中的至少一种；烯烃隔板，和阴极，其包含以下中的至少一种：羟基氧化物、AlO(OH)、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、CrO(OH)、MnO(OH)(α-MnO(OH)锰榍石和γ-MnO(OH)水锰矿)、FeO(OH)、CoO(OH)、NiO(OH)、RhO(OH)、GaO(OH)、InO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)和Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)。
[0725] 在另一实施方式中，电化学动力系统包含阳极，其包含以下中的至少一种：Li、锂合金、Li3Mg和Li-N-H体系的物种；熔融盐电解质，和氢阴极，其包含H2气体和多孔阴极、H2和氢渗透性膜中的至少一种，和金属氢化物、碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属氢化物之一。
[0726] 本发明还涉及一种电化学动力系统，其包含电池a)至h)中的至少一种，其包含：
[0727] a)(i)阳极，其包含氢渗透性金属和氢气，诸如选自Ni(H2)、V(H2)、Ti(H2)、Fe(H2)、Nb(H2)中的一种；或金属氢化物，诸如选自LaNi5H6、TiMn2Hx和La2Ni9CoH6(x为整数)中的一种；(ii)熔融电解质，诸如选自以下的熔融电解质：MOH或M(OH)2，或MOH或M(OH)2与M'X或M'X2，其中M和M'为金属，诸如独立地选自Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr和Ba中的一种，且X为阴离子，诸如选自氢氧根、卤离子、硫酸根和碳酸根的阴离子，和(iii)阴极，其包含可与阳极相同的金属，且还包含空气或O2；
[0728] b)(i)阳极，其包含至少一种金属，诸如选自R-Ni、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、In和Pb中的一种；(ii)电解质，其包含浓度范围为约10M至饱和的碱金属氢氧化物水溶液；(iii)烯烃隔板，和(iv)碳阴极，并且还包含空气或O2；
[0729] c)(i)阳极，其包含熔融NaOH和氢渗透性膜，诸如Ni和氢气；(ii)电解质，其包含β氧化铝固体电解质(BASE)，和(iii)阴极，其包含熔融低共熔盐，诸如NaCl-MgCl2、NaCl-
CaCl2或MX-M'X2'(M为碱金属，M'为碱土金属，且X和X'为卤离子)；
[0730] d)(i)包含熔融Na的阳极；(ii)电解质，其包含β氧化铝固体电解质(BASE)，和(iii)包含熔融NaOH的阴极；
[0731] e)(i)阳极，其包含氢化物，诸如LaNi5H6；(ii)电解质，其包含浓度范围为约10M至饱和的碱金属氢氧化物水溶液；(iii)烯烃隔板，和(iv)碳阴极，且还包含空气或O2；
[0732] f)(i)包含Li的阳极；(ii)烯烃隔板；(ii)有机电解质，诸如包含LP30和LiPF6的有机电解质，和(iv)阴极，其包含羟基氧化物，诸如CoO(OH)；
[0733] g)(i)阳极，其包含锂合金，诸如Li3Mg；(ii)熔融盐电解质，诸如LiCl-KCl或MX-M'X'(M和M'为碱金属，X和X'为卤离子)，和(iii)阴极，其包含金属氢化物，诸如选自CeH2、
LaH2、ZrH2和TiH2中的一种，且还包含碳黑，和
[0734] h)(i)包含Li的阳极；(ii)熔融盐电解质，诸如LiCl-KCl或MX-M'X'(M和M'为碱金属，X和X'为卤离子)，和(iii)阴极，其包含金属氢化物，诸如选自CeH2,LaH2、ZrH2和TiH2中的一种，且还包含碳黑。
[0735] 本发明还涉及一种电化学动力系统，其包含至少一种以下电池：[Ni(H2)/LiOH-LiBr/Ni]，其中指定为Ni(H2)的氢电极包含氢的渗透、喷射和间歇电解来源中的至少一种；
[PtTi/H2SO4(约5M水溶液)或H3PO4(约14.5M水溶液)/PtTi]间歇电解；和[NaOH Ni(H2)/
BASE/NaCl MgCl2]，其中指定为Ni(H2)的氢电极包含氢的渗透来源。在适合的实施方式中，
氢电极包含制备为具有保护性氧化物涂层(诸如NiO)的金属(诸如镍)。氧化物涂层可通过
在氧化性氛围(诸如包含氧气的氛围)中阳极氧化或氧化来形成。
[0736] 本发明还涉及一种电化学动力系统，其包含电池a)至d)中的至少一种，包含：
[0737] a)(i)阳极，包含指定为Ni(H2)且包含氢的渗透、喷射和间歇电解来源中的至少一种的氢电极；(ii)熔融电解质，诸如选自MOH或M(OH)2、或MOH或M(OH)2与M'X或M'X2中的一
种，其中M和M'为金属，诸如独立地选自Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr和Ba的金属，且X为阴离子，诸如选自氢氧根、卤离子、硫酸根和碳酸根的阴离子；和(iii)阴极，包含可与阳极相同的金属，且还包含空气或O2；
[0738] b)(i)阳极，包含指定为Ni(H2)且包含氢的渗透、喷射和间歇电解来源中的至少一种的氢电极；(ii)熔融电解质，诸如LiOH-LiBr、NaOH-NaBr或NaOH-NaI；和(iii)阴极，包含可与阳极相同的金属，且还包含空气或O2；
[0739] c)(i)阳极，包含贵金属，诸如Pt/Ti；(ii)酸水溶液电解质，诸如H2SO4或H3PO4，浓度可分别在1至10M和5至15M范围内；和(iii)阴极，包含可与阳极相同的金属，且还包含空气或O2，和
[0740] d)(i)阳极，包含熔融NaOH和指定为Ni(H2)且包含氢的渗透来源的氢电极；(ii)电解质，包含β氧化铝固体电解质(BASE)；和(iii)阴极，包含熔融低共熔盐，诸如NaCl-MgCl2、NaCl-CaCl2或MX-M'X2'(M为碱金属，M'为碱土金属，且X和X'为卤离子)。
[0741] 本发明的其他实施方式涉及催化剂体系，诸如电化学电池的催化剂体系，其包含能够使处于其n＝1态的原子H形成较低能态的氢催化剂、原子氢来源和能够引发和传播反
应以形成较低能量氢的其他物种。在某些实施方式中，本发明涉及一种反应混合物，其包含
至少一种原子氢来源和至少一种催化剂或催化剂来源以支持氢催化形成分数氢。本文对于
固体和液体燃料所揭示的反应物和反应也为包含多相混合物的非均相燃料的反应物和反
应。该反应混合物包含至少两种选自以下的成分：氢催化剂或氢催化剂来源和原子氢或原
子氢来源，其中原子氢和氢催化剂中的至少一种可通过反应混合物的反应来形成。在其他
实施方式中，反应混合物还包含载体，其在某些实施方式中可以为导电性、还原剂和氧化
剂，其中至少一种反应物通过其进行反应而使得催化有效。反应物可通过加热对任何非分
数氢产物来再生。
[0742] 本发明还涉及一种电源，其包含：
[0743] 用于原子氢的催化的反应电池；
[0744] 反应容器；
[0745] 真空泵；
[0746] 与反应容器连通的原子氢来源；
[0747] 与反应容器连通的氢催化剂来源，其包含体相材料，
[0748] 原子氢来源和氢催化剂来源中的至少一种来源，其包含反应混合物，该反应混合物包含至少一种反应物，其包含形成原子氢和氢催化剂中的至少一种的元素，和至少一种
其他元素，由此由该来源形成原子氢和氢催化剂中的至少一种，
[0749] 用于引起催化的至少一种其他反应物；和
[0750] 容器加热器，
[0751] 由此原子氢的催化释放大于约300千焦/摩尔氢的量的能量。
[0752] 形成分数氢的反应可通过一种或多种化学反应来活化或引发和传播。此类反应可选自例如(i)氢化物交换反应；(ii)卤素-氢交换反应；(iii)放热反应，其在某些实施方式
中为分数氢反应提供活化能；(iv)偶合反应，其在某些实施方式中提供催化剂或原子氢来
源中的至少一种以支持分数氢反应；(v)自由基反应，其在某些实施方式中充当分数氢反应
期间来自催化剂的电子的受体；(vi)氧化还原反应，其在某些实施方式中，充当分数氢反应
期间来自催化剂的电子的受体；(vi)其他交换反应，诸如阴离子交换，包括卤化物、硫化物、氢化物、砷化物、氧化物、磷化物和氮化物交换，其在一个实施方式中，有助于催化剂在由原子氢接受能量形成分数氢时变得电离的作用；和(vii)吸气剂、载体或基质辅助分数氢反
应，其可提供以下中的至少一种：(a)分数氢反应的化学环境、(b)转移电子以促进H催化剂
功能的作用、(c)经历可逆相或其他物理变化或其电子状态变化和(d)结合较低能量氢产物
以提高分数氢反应的程度或速率中的至少一种。在某些实施方式中，导电载体使活化反应
可进行。
[0753] 在另一实施方式中，形成分数氢的反应包含在至少两个物种(诸如两种金属)之间的氢化物交换和卤化物交换中的至少一种。至少一种金属可以为用于形成分数氢的催化剂
或催化剂来源，诸如碱金属或碱金属氢化物。氢化物交换可发生在至少两种氢化物之间、至
少一种金属与至少一种氢化物之间、至少两种金属氢化物之间、至少一种金属与至少一种
金属氢化物之间，和具有在两个以上物种之间或涉及两个以上物种的交换的其他此类组
合。在一个实施方式中，氢化物交换形成混合金属氢化物，诸如(M1)x(M2)yHz，其中x、y和z为整数且M1和M2为金属。
[0754] 本发明的其他实施方式涉及反应物，其中活化反应和/或传播反应中的催化剂包含催化剂或催化剂来源和氢来源与材料或化合物反应形成插层化合物，其中反应物通过除
去插层物种来再生。在一个实施方式中，碳可充当氧化剂并且碳可例如通过加热、使用置换
剂、电解或通过使用溶剂由碱金属插层碳再生。
[0755] 在其他实施方式中，本发明涉及一种动力系统，其包含：
[0756] (i)化学燃料混合物，其包含至少两种选自以下的成分：催化剂或催化剂来源；原子氢或原子氢来源；用于形成催化剂或催化剂来源和原子氢或原子氢来源的反应物；引发
原子氢的催化的一种或多种反应物；和使催化可行的载体，
[0757] (ii)包含多个反应容器的至少一个热系统，其用于反转交换反应以由反应产物热再生燃料，
[0758] 其中包含由混合物反应产物形成初始化学燃料混合物的反应的再生反应是在与至少一个进行动力反应的其他反应容器联合的多个反应容器中的至少一个中进行，
[0759] 至少一个动力产生容器的热量流动到进行再生的至少一个容器以提供热再生能量，
[0760] 将容器嵌埋于热传递介质中以实现热流动，
[0761] 至少一个容器还包含真空泵和氢来源，并且可还包含在较热腔室与较冷腔室之间维持温差使得物质优先累积于较冷腔室中的两个腔室，
[0762] 其中在较冷腔室中进行氢化物反应以形成至少一种初始反应物，使其返回较热腔室，
[0763] (iii)穿过热屏障从产生动力的反应容器接受热量的散热器，
[0764] 和
[0765] (iv)动力转换系统，其可包含热机，诸如朗肯或布雷顿循环发动机、蒸汽发动机、斯特林发动机，其中动力转换系统可包含热电或热离子转换器。在某些实施方式中，散热器
可将动力转移至动力转换系统以产生电。
[0766] 在某些实施方式中，动力转换系统从散热器接受热流，且在某些实施方式中，散热器包含蒸汽发生器且蒸汽流动至诸如涡轮机等热机以产生电。
[0767] 在其他实施方式中，本发明涉及一种动力系统，其包含：
[0768] (i)化学燃料混合物，其包含至少两种选自以下的成分：催化剂或催化剂来源；原子氢或原子氢来源；用于形成催化剂或催化剂来源和原子氢或原子氢来源的反应物；引发
原子氢的催化的一种或多种反应物；和使催化可行的载体，
[0769] (ii)用于反转交换反应以由反应产物热再生燃料的热系统，其包含至少一个反应容器，其中包含由混合物反应产物形成初始化学燃料混合物的反应的再生反应与动力反应
一起在至少一个反应容器中进行，来自产生动力的反应的热量流动至再生反应为热再生提
供能量，至少一个容器在一个区段上绝缘且在另一区段上与热传导介质接触以分别在容器
的较热与较冷区段之间达成热梯度，使得物质优先累积于较冷区段中，至少一个容器还包
含真空泵和氢来源，其中氢化物反应在较冷区段中进行以形成至少一种初始反应物，使其
返回较热区段，
[0770] (iii)散热器，其接受来自产生动力的反应传递通过热传导介质并且可选地穿过至少一个热屏障的热量，和
[0771] (iv)动力转换系统，其可包含热机，诸如朗肯或布雷顿循环发动机、蒸汽发动机、斯特林发动机，其中动力转换系统可包含热电或热离子转换器，其中转换系统从散热器接
受热流，
[0772] 在一个实施方式中，散热器包含蒸汽发生器且蒸汽流动至诸如涡轮机等热机以产生电。
[0773] H.电化学SF-CIHT电池
[0774] 在SF-CIHT电池的一个电化学实施方式中，超出外加或内部产生的过电压、电流和电功率中的至少一种通过在高电流流动下形成HOH催化剂与H中的至少一种来产生，其中
HOH催化H形成分数氢的反应，速率通过在高电流流动存在下的催化剂反应大大增加。在SF-
CIHT电池的另一电化学实施方式中，电压和电功率通过利用至少一个电化学反应，形成HOH
催化剂、H和能够运载高电流的导体中的至少一种来产生，其中HOH催化H形成分数氢的反
应，速率通过在高电流流动存在下的催化剂反应大大增加。电化学反应可包括电池的至少
一个电极的电子转移。在一个实施方式中，例如图1中所示的实施方式，电池包含容器400，
容器400能够含有电池组件、反应物和电解质，这些电池组件包含阴极405和阳极410，这些
反应物包含HOH催化剂来源和H来源，且该电解质包含能够运载离子与电子电流中的至少一
种的高导电性介质来源。阴极可包含氧化镍、锂化氧化镍、镍和本发明的其他阴极。阳极可
包含Ni、Mo或Mo合金，例如MoCu、MoNi或MoCo。HOH来源可为H来源。HOH催化剂与H中的至少一种的来源可为氧与氢中的至少一种的来源，例如水合化合物或材料，例如本发明的水合吸
湿材料，例如水合氧化物或卤化物，例如水合CuO、CoO和MX2(M＝Mg、Ca、Sr、Ba；X＝F、Cl、Br、I)、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、O2、H2O、HOOH、OOH-、过氧离子、超氧离子、氢化物和H2。水合化合物的H2O摩尔％含量可在以下的至少一个的范围内：约0.000001％至100％、
0.00001％至100％、0.0001％至100％、0.001％o至100％、0.01％至100％、0.1％至100％、
1％至100％、10％至100％、0.1％至50％、1％至25％和1％至10％。在一个实施方式中，电化学反应形成HOH，HOH与电池中存在的H反应。电池可进一步包含双极板500，例如图2中所示
的双极板。双极板可串联或并列或组合堆叠和连接，以实现更大电压、电流和功率中的至少
一种。
[0775] 在本发明的实施方式中，电化学动力系统可包含容器，该容器包含至少一个阴极；至少一个阳极；至少一种电解质；至少两种选自以下的反应物：(a)至少一种包含新生H2O的
催化剂来源或催化剂；(b)至少一种原子氢来源或原子氢；和(c)导体来源、导电性基质来
源、导体和导电性基质中的至少一种；以及至少一个用于产生电流的电流来源，其包含选自
内部电流来源和外部电流来源的高离子和电子电流中的至少一种；其中该电化学动力系统
产生电与热能中的至少一种。在某些实施方式中，阴极、阳极、反应物与外部电流来源的组
合允许催化原子氢形成分数氢以进行传播，由此维持对每一阴极与相应阳极之间的电流的
贡献。在其他实施方式中，催化剂与原子H的反应可引起电池电压在电池电流增加时下降。
[0776] 在一个实施方式中，电解质可包含氧来源、氢来源、H2O、HOH催化剂来源和H来源中的至少一种。电解质可包含熔融电解质，例如本发明的熔融电解质，例如熔融氢氧化物与熔
融卤化物的混合物，例如碱金属氢氧化物与碱金属卤化物的混合物，例如LiOH-LiBr。电解
质可进一步包含基质材料，例如本发明的基质材料之一，例如氧化物，例如碱土金属氧化
物，例如MgO。电解质可进一步包含添加剂，例如本发明的添加剂。或者，电解质可包含电解质水溶液，例如包含碱(例如氢氧化物，例如碱金属氢氧化物，例如KOH)或酸(例如HCl、H3PO4或H2SO4)的电解质水溶液。另外，电解质可包含至少一种选自以下的电解质：至少一种碱金
属氢氧化物水溶液；KOH饱和水溶液；至少一种熔融氢氧化物；至少一种共熔盐混合物；熔融氢氧化物与至少一种其他化合物的至少一种混合物；熔融氢氧化物与盐的至少一种混合
物；熔融氢氧化物与卤化物盐的至少一种混合物；碱金属氢氧化物与碱金属卤化物的至少
一种混合物；熔融LiOH-LiBr、LiOH-NaOH、LiOH-LiBr-NaOH、LiOH-LiX-NaOH、LiOH-LiX、
NaOH-NaBr、NaOH-NaI、NaOH-NaX和KOH-KX(其中X表示卤离子)的组中的至少一种；至少一种
酸，以及HCl、H3PO4和H2SO4中的至少一种。
[0777] 在一个实施方式中，新生H2O催化剂来源与原子氢来源中的至少一种可包含：(a)至少一个H2O来源；(b)至少一个氧来源；和(c)至少一个氢来源。在其他实施方式中，电化学动力系统可进一步包含一种或多种用于形成导体、催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子
氢中的至少一种的固体燃料。在其他实施方式中，反应物可在电池运行期间在外电路中的
各别电子流动和反应物内的离子质量输送存在下进行反应。在实施方式中，超出外加或内
部产生的过电压、电流和电功率中的至少一种可通过在高电流流动下形成HOH催化剂与H中
的至少一种来产生。在其他实施方式中，电压和电功率可通过利用至少一种电化学反应形
成HOH催化剂、H和能够运载高电流的导体中的至少一种来产生，且在其他实施方式中，高电
流增加催化剂与原子H的反应速率。在实施方式中，电化学反应可包括电池的至少一个电极
的电子转移。
[0778] 在一个实施方式中，施加高电流与高电流密度中的至少一种以使分数氢反应以高速率发生。高电流与高电流密度中的至少一种的来源可为外部与内部来源中的至少一种。
内部与外部电流来源中的至少一种包含经选择为引起具有在以下至少一个范围内的电流
的DC、AC或AC-DC混合的电压：1A至50kA、10A至10kA和10A至1kA，和在以下至少一个范围内
的DC或峰值AC电流密度：1A/cm2至50kA/cm2、10A/cm2至10kA/cm2和10A/cm2至1kA/cm2。电压可由电解质的电导率确定，其中电压是由所需电流乘以可包含导体的电解质的电阻得出。
DC或峰值AC电压可在选自以下的至少一个范围内：约0.1V至100V、0.1V至10V和1V至5V，且
AC频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz范围内。在一个实
施方式中，电极可相隔很近，使得其间可形成放电电弧。在一个实施方式中，电解质的电阻
在选自以下的至少一个范围内：约0.001mΩ至10Ω和0.01Ω至1Ω，且有效形成分数氢的每
单位电极面积的电解质电阻在选自以下的至少一个范围内：约0.001mΩ/cm2至10Ω/cm2和
0.01Ω/cm2至1Ω/cm2。
[0779] 在一个实施方式中，包含离子与电子电流中的至少一种的电流通过电解质运载。电流可通过电解质、反应物和电极中的至少一种之间的电化学反应运载。在某些实施方式
中，电解质的至少一种物质可可选地包含至少一种反应物。电流可流过电解质的导体。导体
可通过在例如阴极的电极上还原反应形成。电解质可包含经还原形成导电性金属的金属离
子。在实施方式中，金属离子可在电流流动期间还原，形成导电性金属。在其他实施方式中，电流运载还原电化学反应为以下中的至少一种：金属离子至金属；H2O+O2至OH-；金属氧化物+H2O至金属羟基氧化物和金属氢氧化物中的至少一种以及OH-，和金属羟基氧化物+H2O至
OH-，其中该离子电流载子为OH-。在实施方式中，阳极可包含H，H2O可由在阳极处OH-氧化和与H的反应形成，和/或在阳极处的H来源包含以下至少一种：金属氢化物、LaNi5Hx、由阳极上的电解形成的H2、以气体形式供应的H2和经由氢气渗透性膜供应的H2。
[0780] 在一个实施方式中，电解质和反应物中的至少一种包含构成本发明的分数氢反应物的反应物，其包含至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂、至少一种原子氢来源或
原子氢，且进一步包含导体和导电性基质中的至少一种。在一个实施方式中，电解质和反应
物中的至少一种包含本发明的固体燃料或高能材料来源与本发明的固体燃料或高能材料
中的至少一种。在一个实施方式中，示例性固体燃料包含用于形成催化剂来源、催化剂、原
子氢来源和原子氢中的至少一种的H2O来源和导电性基质。H2O来源可包含以下中的至少一
种：体相H2O、体相H2O以外的状态、进行反应形成H2O和释放结合的H2O中的至少一种的一种
或多种化合物。结合的H2O可包含与H2O相互作用的化合物，其中H2O是呈吸收的H2O、结合的
H2O、物理吸附的H2O和水合水中的至少一种状态。反应物可包含导体和一种或多种进行体相
H2O、吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水释放中的至少一种的化合物或材料，且其具有H2O作为反应产物。其他示例性固体燃料为水合吸湿材料和导体；水合碳；水合碳和
金属；金属氧化物、金属或碳与H2O的混合物；和金属卤化物、金属或碳与H2O的混合物。金属和金属氧化物可包含过渡金属，例如Co、Fe、Ni和Cu。卤化物的金属可包含碱土金属，例如Mg或Ca，和卤化物，例如F、Cl、Br或I。金属与H2O可进行热力学上不利的反应，例如以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In，其中反应物可通过添加H2O再生。构成分数氢反应物的反应物可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
[0781] 在本发明的其他实施方式中，用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的反应物可包含以下至少一种：H2O和H2O来源；O2、H2O、HOOH、OOH-、过氧离子、超氧离子、氢化物、H2、卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物、水合化合物、选自卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物中的至少一种的组的水合化合物；和导电性基质。作为示例性实施方式，羟基氧化物可包含来自的组中的至少一种
TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH；氧化物可包含来自的组中的至少一种CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO和Ni2O3；氢氧化物可包含来自的组中的至少一种Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3和Ni(OH)2；包含氧的化合物可包含来自的组中的至少一种硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐和高碘酸盐、MXO3、MXO4(M＝金属，例如碱金属，例如Li、Na、K、Rb、Cs；X＝F、Br、Cl、I)、钴镁氧化物、镍镁氧化物、铜镁氧化物、Li2O、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、CoO、Co2O3、CO3O4、FeO、Fe2O3、NiO、Ni2O3、稀土金属氧化物、CeO2、La2O3、羟基氧化物、TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH，且导电性基质可包含来自金属粉末、碳、碳化物、硼化物、氮化物、例如TiCN等碳氮化物或腈的组中的至少一种。
[0782] 在实施方式中，反应物构成分数氢反应物，这些分数氢反应物包含金属、金属卤化物与H2O的混合物。在其他实施方式中，反应物构成分数氢反应物，这些分数氢反应物包含
过渡金属、碱土金属卤化物与H2O的混合物。在其他实施方式中，反应物构成分数氢反应物，这些分数氢反应物包含导体、吸湿材料与H2O的混合物。导体的非限制性实例包括金属粉末
或碳粉，且吸湿材料的非限制性实例包括以下组中的至少一种：溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、例如KMgCl3·6(H2O)的光卤石、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠，以及浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、化肥、盐、干燥剂、二氧化硅、活性炭、硫酸钙、氯化钙、分子筛、沸石、潮解材料、氯化锌、氯化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和潮解盐。在本发明的某些实施方式中，电化学动力系统可包
含导体、吸湿材料与H2O的混合物，其中(金属)、(吸湿材料)、(H2O)的相对摩尔量范围为以下至少一种：约(0.000001至100000金属)、(0.000001至100000吸湿材料)、(0.000001至
100000H2O)；约(0.00001至10000金属)、(0.00001至10000吸湿材料)、(0.00001至
10000H2O)；约(0.0001至1000金属)、(0.0001至1000吸湿材料)、(0.0001至1000H2O)；约
(0.001至100金属)、(0.001至100吸湿材料)、(0.001至100H2O)；约(0.01至100金属)、(0.01至100吸湿材料)、(0.01至100H2O)；约(0.1至10金属)、(0.1至10吸湿材料)、(0.1至10H2O)；
和约(0.5至1金属)、(0.5至1吸湿材料)、(0.5至1H2O)。
[0783] 可进行还原反应以产生离子电流的示例性阴极材料为金属羟基氧化物、金属氧化物、金属离子、氧和氧与H2O的混合物。金属氧化物、金属羟基氧化物与金属氢氧化物中的至少一种可包含过渡金属。金属氧化物、金属羟基氧化物与金属氢氧化物可包含本发明的那
些物质。示例性电流运载还原电化学反应为以下中的至少一种：金属离子至金属；H2O+O2至
OH-；金属氧化物+H2O至金属羟基氧化物和金属氢氧化物中的至少一种以及OH-，和金属羟基
氧化物+H2O至OH-。离子电流载流子可为OH-，且阳极可包含H以通过氧化OH-形成H2O。在阳极处的H来源包含以下中的至少一种：金属氢化物(例如LaNi5Hx)、由阳极上的电解形成的H2、
以气体形式供应的H2和经由氢气渗透性膜供应的H2。在其他实施方式中，离子电流是由以下
至少一个运载：含氧离子、含氧和氢的离子、OH-、OOH-、O2-和O22-，其中这些离子运载反应可为方程式(61-72)给出的那些反应。
[0784] 在一个实施方式中，本发明的电化学动力系统可包含以下中的至少一种：(a)多孔电极；(b)气体扩散电极；(c)氢渗透性阳极，其中氧和H2O中的至少一种供应至阴极且H2供应至阳极；(d)阴极，其包含羟基氧化物、氧化物、氧化镍、锂化氧化镍、镍中的至少一种；和(e)阳极，其包含Ni、Mo或Mo合金，例如MoCu、MoNi或MoCo，和氢化物。在其他实施方式中，其中氢化物可为LaNi5Hx，且阴极可为以下至少一种：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH、SmOOH和MnO2。在其他实施方式中，本发明的电化学动力系统可包含至少一个气体供应系统，该气体供应系统包含歧管、气体管线和
至少一个连接至电极的气体通道。
[0785] 在一个实施方式中，电池产生的电流因分数氢形成所释放的动力而超过外加电流。在一个实施方式中，自H形成分数氢释放的能量引起例如反应物、电解质和电极中的至
少一种等至少一种物种电离。电离可产生超过外加电流的过电流。由于电子的迁移率比离
子高，所以电离物种在外加电流方向影响电流。在一个实施方式中，外加电流可归因于外加
电压和电流来源或内部电化学产生电流中的至少一种。在包含2cm OD电池[Ni,Ni粉+
LaNi5Hx/KOH(饱和水溶液)/Ni粉+NiOOH,Ni](50重量％Ni粉与阴极和阳极材料混合，且电极
集电器为Ni)的一个示例性实施方式中，电池用电压限制的高电流DC电源(Kepco ATE6-
100M，0-6V，0-100A)运行。电压限制设定在4V。电池电流最初为3.8V下20A，但当电压降至
2.25V时增至100A。电池显示不规则的负电阻，在较高电流下电压降低，此表征且鉴别分数
氢形成对电功率的影响。电池温度也因分数氢反应所释放的热能而增至高于预期温度。
[0786] 在一个实施方式中，至少一种磁体施加于电池以引起由H催化成分数氢释放的能量所产生的电子的洛伦兹偏转。在一个实施方式中，电子优先偏转或偏向负极且正离子优
先偏转或偏向正极。在一个实施方式中，优先偏转归因于在电流方向上偏转的能量释放较
大。
[0787] 在一个实施方式中，电化学SF-CIHT电池进一步包含电解系统。电解可间歇地施加以再生电解质、反应物和电极中的至少一种。系统可供应在分数氢和动力形成期间消耗的
反应物。供应的反应物可替换HOH和H来源中的至少一种。适合的示例性供应反应物为H2O、H2和O2的组中的一种或多种。在一个实施方式中，电解质和固体燃料中的至少一种可原位再
生或可间歇或连续地供应至电池，其中电池反应产物可再生成初始反应物。再生可通过加
热再生、H2还原、再水合或本发明或以引用的方法并入本文中的本人先前申请中公开的任
何方法。电极可通过可涉及再生反应流程，例如本发明的那些反应，例如方程式(53-60)的
那些反应的阳极材料(例如金属，例如Ni、Mo或Mo合金)电解再生。
[0788] 在一个实施方式中，离子载流子可包含H-且电解质可能够传导氢阴离子，例如熔融卤化物盐混合物，例如熔融碱金属卤化物盐混合物，例如LiCl-KCl。根据方程式(6-9)和
(24-31)的反应，催化剂可包含至少一个H原子。电池可包含供应氢气的氢渗透性膜阴极和
包含能够形成氢化物的反应物(例如金属，例如碱金属，例如Li)的阳极。金属可在氢渗透性
阳极内部。示例性氢渗透性金属为Ni、V、Ti、Nb和Ta。氢阴离子传导电池通过形成分数氢形成动力的电池和方法为本文中和Mills先前申请案中所公开，例如Hydrogen Catalyst 
Reactor，PCT于4/24/2008申请的PCT/US08/61455；Heterogeneous Hydrogen Catalyst 
Reactor，PCT于7/29/2009申请的PCT/US09/052072；Heterogeneous Hydrogen Catalyst 
Power System，PCT于3/18/2010申请的PCT/US10/27828；Electrochemical Hydrogen 
Catalyst Power System，PCT于3/17/2011申请的PCT/US11/28889；H2O-Based 
Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，于3/30/2012申请的PCT/US12/
31369，和CIHT Power System，于5/21/13申请的PCT/US13/041938，以全文引用的方式并入
本文中。在一个实施方式中，来自外部或内部来源的动力施加于电池以使其放电，且通过形
成分数氢形成过剩动力。电流可较高，例如本发明那些电流等高电流。在一个实施方式中，
电池间歇地相反运行以对其再充电。在一个实施方式中，金属在阳极中再生，且氢气在阴极
中再生。
[0789] 热以及电通过SF-CIHT电池的电化学实施方式产生。SF CIHT电池的电化学实施方式进一步包含可在外部电池表面上以移除由电池产生的热且将其输送至负载的热交换器。
在另一实施方式中，SF CIHT电池包含锅炉。热交换器或锅炉包含用于自负载接收冷的冷却
剂的冷却剂输入和用于供应或返回热的冷却剂至负载的冷却剂出口。热可直接使用或使用
本领域技术人员已知的转换器(例如热机，例如蒸汽机或蒸汽或燃气轮机与发电机、朗肯或
布雷顿循环发动机或斯特林发动机)转换成机械动力或动力。对于动力转换，来自SF CIHT
电池的各电化学实施方式的热输出可自冷却液出口管线流出至Mills在先出版物中描述的
热能-机械动力或动力的任何转换器以及本领域技术人员已知的转换器(例如热机、蒸汽或
燃气轮机系统、斯特林发动机或热离子或热电转换器)。在一个实施方式中，电化学SF-CIHT
电池如电解电池运行。氢可在负极产生且氧可在正极产生。电池可消耗H2O。H2O可电解成H2
和O2。H2O可自例如槽的来源或自H2O蒸气供应或自大气供应至电池。分数氢的形成可产生
热，该热可直接使用或转换成机械动力或动力。
[0790] I.内部SF-CIHT电池发动机
[0791] 在包含SF-CIHT电池发动机的SF-CIHT电池的一个机械实施方式中，热和气体压力中的至少一种通过点燃本发明的固体燃料或高能材料产生。点燃通过在外加高电流流动下
形成HOH催化剂与H中的至少一种来实现，其中HOH催化H形成分数氢的反应，速率通过在高
电流流动存在下的催化剂反应大大增加。本发明的某些实施方式涉及一种机械动力系统，
其包含：至少一个内燃型发动机的活塞式汽缸；包含以下的燃料：(a)至少一种包含新生H2O
的催化剂来源或催化剂；(b)至少一种原子氢来源或原子氢；(c)导体和导电性基质中的至
少一种；具有至少一个阀的至少一个燃料进口；具有至少一个阀的至少一个排气出口；至少
一个活塞；至少一个曲轴；高电流来源，和限制并传导高电流通过燃料的至少两个电极。
[0792] 动力系统可包含至少一个能够在往复循环的不同阶段期间承受大气压、高于大气压和低于大气压中的至少一种压力的活塞式汽缸、能够提供高电流和可选地提供高电压的
高电源、本发明的固体燃料或高能材料来源、具有至少一个阀的至少一个燃料进口和具有
至少一个阀的至少一个排气出口、至少一个活塞、至少一个用于将至少一个活塞的机械运
动输送至机械负载的轴(例如曲轴)和限制并传导高电流通过燃料以使其点燃的至少两个
电极，其中该活塞或汽缸中的至少一个可用作另一电极的相对电极。另外，动力系统可进一
步包含至少一个电刷，用于在该至少一个活塞与该高电流来源之间提供电接触。在一个实
施方式中，内部SF-CIHT电池发动机进一步包含发电机，该发电机是由该发动机的机械动力
供电，以产生动力，从而对高电流来源供电，该高电流来源又提供高电流流过固体燃料以使
其点燃。发电机可通过轴(例如发动机曲轴)旋转或以其他方式用齿轮或与曲轴机械连接的
其他机器起动。发动机可进一步包含燃料再生器以将产物转换或再生回初始固体燃料。
[0793] 发动机活塞可进行往复运动。发动机可包含包括感应和压缩以及点燃和排气步骤的两冲程循环，或包括做功、排气、进气和压缩的个别步骤的四冲程循环。本领域技术人员
已知的其他发动机，例如旋转发动机，在本发明的范畴内。随着活塞移位，固体燃料流入活
塞腔中。在往复循环的做功冲程期间，在对应于高分数氢跃迁速率的高电流下将压缩的燃
料点燃，使产物和添加的任何额外气体或气体来源加热，且对活塞做压力-体积(PV)功，引
起活塞在汽缸中移动且转动轴，例如曲轴。当活塞移位时，燃料流入汽缸中，燃料在点燃之
前经返回的活塞压缩，且产物在做功步骤之后通过返回的移位活塞排出。或者，当燃料流入
汽缸中时，排气放出，且活塞在另一次点燃之前压缩燃料。排出的产物可流入再生系统中以
再生成初始燃料。有助于进行热从固体燃料点燃转换成PV功的任何额外气体或气体来源可
得以回收，再生和再循环。
[0794] 在一个实施方式中，燃料包含构成本发明分数氢反应物的反应物，这些反应物包含至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂、至少一种原子氢来源或原子氢，且进一步
包含导体和导电性基质中的至少一种。在一个实施方式中，燃料包含本发明的固体燃料或
高能材料来源和本发明的固体燃料或高能材料中的至少一种。在一个实施方式中，示例性
固体燃料包含用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种的H2O来源
和导电性基质。H2O来源可包含以下至少一种：体相H2O、体相H2O以外的状态、进行反应形成H2O和释放结合的H2O中的至少一种的一种或多种化合物。结合的H2O可包含与H2O相互作用
的化合物，其中H2O是呈吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水中的至少一种状态。
反应物可包含导体和一种或多种进行体相H2O、吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水
合水释放中的至少一种的化合物或材料，且其具有H2O作为反应产物。其他示例性固体燃料
为水合吸湿材料和导体；水合碳；水合碳和金属；金属氧化物、金属或碳与H2O的混合物；和金属卤化物、金属或碳与H2O的混合物。金属和金属氧化物可包含过渡金属，例如Co、Fe、Ni和Cu。卤化物的金属可包含碱土金属，例如Mg或Ca，和卤化物，例如F、Cl、Br或I。金属与H2O可进行热力学上不利的反应，例如以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In，其中反应物可通过添加H2O再生。构成分数氢反应物的反应物可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
[0795] 在某些实施方式中，新生H2O催化剂来源和原子氢来源中的至少一种可包含以下的至少一种：(a)至少一种H2O来源；(b)至少一种氧来源；和(c)至少一种氢来源。在其他实
施方式中，燃料可形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少一种，包含以下
-
至少一个：(a)H2O和H2O来源；(b)O2、H2O、HOOH、OOH 、过氧离子、超氧离子、氢化物、H2、卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物、水合化合物、选自卤化物、氧化物、羟基氧化物、氢氧化物、包含氧的化合物中的至少一种的组的水合化合物；和(c)导电性基质。
羟基氧化物的非限制性实例包括选自以下组中的至少一种：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、
FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH；氧化物的非限制性实例包括选自以下组中的至少一种：CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO和Ni2O3；氢氧化物的非限制性实例包括选自以下组中的至少一种：Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe
(OH)2、Fe(OH)3和Ni(OH)2；包含氧的化合物的非限制性实例包括选自以下组中的至少一种：
硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、铬酸盐、焦磷酸盐、过硫酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐和高碘酸盐、MXO3、MXO4(M＝金属，例如碱金属，例如Li、Na、K、Rb、Cs；X＝F、Br、Cl、I)、钴镁氧化物、镍镁氧化物、铜镁氧化物、Li2O、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、CoO、Co2O3、CO3O4、FeO、Fe2O3、NiO、Ni2O3、稀土金属氧化物、CeO2、La2O3、羟基氧化物、TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH和SmOOH，且导电性基质可包含来自金属粉末、碳、碳化物、硼化物、氮化物、例如TiCN等碳氮化物或腈的组中的至少一种。
[0796] 在某些实施方式中，燃料可包含(a)金属、其金属氧化物和H2O的混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的；(b)金属、金属卤化物和H2O的混合物，其中金属与H2O的
反应并非热力学上有利的；和(c)过渡金属、碱土金属卤化物和H2O的混合物，其中金属与H2O的反应并非热力学上有利的。在其他实施方式中，与H2O的反应在热力学上不利的金属是选
自以下至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。在其他实施方式中，燃料可包含导体、吸湿材料与H2O的混合物。在这些实施方式中，导体可包含金属粉末或碳粉，其中金属或碳与H2O的
反应并非热力学上有利的，且吸湿材料可包含溴化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌、碳酸钾、磷酸钾、例如KMgCl3·6(H2O)等光卤石、柠檬酸铁铵、氢氧化钾和氢氧化钠，以及浓硫酸和浓磷酸、纤维素纤维、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基苯丙胺、化肥、盐、干燥剂、二氧化硅、活性炭、硫酸钙、氯化钙、分子筛、沸石、潮解材料、氯化锌、氯化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和潮解盐的组中的至少一种。在某些实施方式中，燃料可包含导体、吸湿材料与H2O
的混合物，其中(金属)、(吸湿材料)、(H2O)的相对摩尔量范围为以下至少一种：约
(0.000001至100000金属)、(0.000001至100000吸湿材料)、(0.000001至100000H2O)；
(0.00001至10000金属)、(0.00001至10000吸湿材料)、(0.00001至10000H2O)；(0.0001至
1000金属)、(0.0001至1000吸湿材料)、(0.0001至1000H2O)；(0.001至100金属)、(0.001至
100吸湿材料)、(0.001至100H2O)；(0.01至100金属)、(0.01至100吸湿材料)、(0.01至
100H2O)；(0.1至10金属)、(0.1至10吸湿材料)、(0.1至10H2O)；和(0.5至1金属)、(0.5至1吸湿材料)、(0.5至1H2O)。
[0797] 在其他实施方式中，燃料可包含金属、其金属氧化物和H2O的混合物，其中金属氧化物能够在小于1000℃的温度下由H2还原。在实施方式中，具有能够在小于1000℃的温度
下由H2还原成金属的氧化物的金属可选自以下至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。
[0798] 在其他实施方式中，燃料可包含以下各物质的混合物：不容易在H2和微热下还原的氧化物；具有能够在低于1000℃的温度下由H2还原成金属的氧化物的金属；和H2O。在实施方式中，不容易在H2和微热下还原的金属氧化物可包含氧化铝、碱土金属氧化物和稀土金
属氧化物中的至少一种。在其他实施方式中，燃料可包含碳或活性炭和H2O，其中混合物是
通过包含添加H2O的再水合作用而再生。
[0799] 在某些实施方式中，动力系统中H2O摩尔％含量可在以下的至少一个的范围内：约0.000001％至100％、0.00001％至100％、0.0001％至100％、0.001％至100％、0.01％至
100％、0.1％至100％、1％至100％、10％至100％、0.1％至50％、1％至25％和1％至10％。
[0800] 在一个实施方式中，例如图3以及4A和4B中所示的电池的电池包含如Mills在先热能转换出版物、Mills在先等离子体能量转换出版物和Mills先前申请中给出的内燃类型发
动机的至少一个汽缸。图9中所示的内部SF-CIHT电池发动机包含至少一个汽缸52，汽缸52
从燃料来源63经由燃料进口56和进气阀总成60接收燃料，该进气阀总成60在往复循环的燃
料吸入阶段期间通向汽缸内腔。可再循环的例如空气或惰性气体(例如稀有气体，例如氩
气)等气体也可例如借助于燃料进口56和进气阀总成60流入汽缸52。在另一实施方式中，注
射例如能够在动力产生期间气化的流体(例如H2O)的气体来源。例如H2O等流体可至少部分
地包含燃料，例如催化剂和H的来源。
[0801] 各汽缸52包含至少两个电极54，以及由电连接65连接至高电流电源58(例如可提供约1kA至100kA，从而提供高电流以点燃固体燃料，从而以很高速率形成如本发明中所给
出的分数氢的高电流电源)的62与52中的至少一个。在一个实施方式中，燃料在至少两个电
极之间流动且点燃形成分数氢，其中释放热能，引起热气体释放与气体和可在汽缸中气化
的任何流体加热和膨胀中的至少一种。在另一实施方式中，电极在H2O或包含H2O的气体中引
起电弧等离子体，从而点燃H2O形成如本发明中所给出的分数氢。在一个实施方式中，一个
电极包含分离的旁路且另一电极包含活塞与汽缸中的至少一种。电连接65可直接在高电流
电源58与旁路54和圆柱形电极52之间形成。在活塞62为对电极的一个实施方式中，汽缸52
不导电。一种示例性不导电汽缸包含陶瓷材料。高电流电源58至活塞电极62的电接触可经
由电刷64，例如接触电连接至活塞电极62的轴51的电刷。当在压缩阶段或往复循环冲程期
间压缩燃料时可使导电性燃料61和旁路电极54与活塞62和圆柱形电极52中的至少一个接
触。压缩的H2O或固体燃料53进行燃料点燃以在很高速率下形成分数氢后，热气缸气体膨
胀，做压力-体积功。加热的汽缸气体对活塞62头部加压，以使其对应于在做功阶段期间的
正移位而移动。活塞62的作用转移至曲轴51，曲轴51旋转，且此作用施加于机械负载，例如
本领域中已知的机械负载。在一个实施方式中，发动机进一步包含连接至轴51的内部发电
机66，其中输出电通过发电机动力接头67连接至高电源58。因此，一部分机械能用于提供高
动力来维持点燃，同时其余机械能施加于其他机械负载，例如使以下的至少一种旋转：轴、
轮子、外部发电机、航空涡轮风扇或涡轮螺旋桨、船用螺旋浆、叶轮和转动轴机器。
[0802] 用于传递短脉冲高电流电力的高电流电源足以使分数氢反应物以很高速率进行形成分数氢的反应。在一个实施方式中，高电流电源能够提供高电压以实现H2O电弧等离子
体。电弧等离子体可具有本发明的具有DC、AC和混合的电弧和高电流分数氢等离子体电池
部分中给出的特征。在一个实施方式中，用于传递短脉冲高电流电力的高电流电源包含：经
选择为引起具有在以下至少一个范围内的电流的高AC、DC或AC-DC混合的电压：100A至1,
000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA；在以下至少一个的范围内的DC或峰值AC电流密度：
100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2；其中电压可由固体燃料的电导率确定，其中电压是由所需电流乘以固体燃料的电阻得出；DC或峰
值AC电压可在选自以下的至少一个范围内：约0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV；且AC
频率可在约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kH范围内。在某些实施方
式中，燃料的电阻可在选自以下的至少一个范围内：约0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ和
10Ω至1kΩ，且有效形成分数氢的每单位电极面积的适合的负载的电导率可在选自以下的
至少一个范围内：约10-10Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-5Ω-1cm-2至106Ω-1cm-2、10-4Ω-1cm-2至105Ω-1cm-2、10-3Ω-1cm-2至104Ω-1cm-2、10-2Ω-1cm-2至103Ω-1cm-2、10-1Ω-1cm-2至102Ω-1cm-2和1-1 -2 -1 -2
Ω cm 至10Ω cm 。
[0803] 在一个实施方式中，对应于汽缸气体膨胀的做功冲程后为压缩排气冲程，其中活塞在相对方向上平移且负移位压缩汽缸气体，这些汽缸气体可经由出口或排气阀总成59自
汽缸52中压出来。经加热的汽缸气体可经由至少一个排气阀59将产物从汽缸52中送出。燃
料产物与气体中的至少一种可经由排气出口57自排气阀总成59输送至燃料再生器55，其中
产物和可选地存在的气体或气化液体再生成初始燃料，接着返回燃料来源。在一个实施方
式中，系统可闭合，除了添加被消耗形成分数氢和氧气的H2O，氧气可经由排气出口57和再
生器55排出。在一个实施方式中，发动机进一步包含传送机以将来自再生器55的再生燃料
移动至燃料来源63中。适合的传送机可为以下的至少一种：传送带、螺旋输送机或螺旋体、
气动传送机或推进器、重力助推的流道和本领域技术人员已知的其他传送机。
[0804] 在一个实施方式中，发动机为具有正和负移位的往复类型。至少两个汽缸可彼此不协调地工作，以互相帮助往复循环。燃料可为至少显著可燃的，例如包含H2O的碳。燃料可为细粉，其在一个实施方式中气动注射。燃料可包含导体和H2O，其中导体可形成可做压力
体积功且容易从汽缸排出的气体产物。在一个实施方式中，SF-CIHT发动机包含改进的内燃
机，其化石燃料经本发明的固体燃料或高能材料置换，且火花塞和相应电源由电极54和62
与52中的至少一个和高电流电源58替代，该高电流电源58可为低压或电弧等离子体电源，
例如本发明电源之一。
[0805] 内燃机设备和动力负载系统的其余部分为本领域技术人员所熟知。在其他实施方式中，发动机可包含另一类型，例如旋转发动机，其中压力-体积(PV)功通过在动力学上为
爆炸性的分数氢反应释放的能量所形成和加热的气体执行。系统和方法类似常规活塞式发
动机的系统和方法。燃料流入压缩腔室中，点燃，膨胀以做PV功，接着气体在其排出时压缩
以开始一个新的循环。排出的气体可再生和再循环。
[0806] 热以及机械动力通过SF-CIHT电池的机械实施方式产生。SF-CIHT电池发动机进一步包含可在外部汽缸表面上除去由电池产生的热量且将其输送至负载的热交换器。在另一
实施方式中，SF CIHT电池包含锅炉。热交换器或锅炉包含用于从负载接收冷的冷却剂的冷
却剂输入和用于供应或返回热的冷却剂至负载的冷却剂出口。热可直接使用或使用本领域
技术人员已知的转换器(例如热机，例如蒸汽机或蒸汽或燃气轮机与发电机、朗肯或布雷顿
循环发动机或斯特林发动机)转换成机械动力或动力。对于动力转换，来自SF CIHT电池的
机械实施方式的热输出可从冷却液出口管线流出至Mills在先出版物中描述的热能至机械
动力或动力的任何转换器以及本领域技术人员已知的转换器(例如热机、蒸汽或燃气轮机
系统、斯特林发动机或热离子或热电转换器)。
[0807] VIII.分数氢等离子体电池
[0808] 在一个实施方式中，CIHT电池包含等离子体电池，其中等离子体通过间歇施加外部输入动力间歇形成，且在外部输入动力关闭阶段期间吸取或输出电力。等离子体气体包
含氢来源、氢、催化剂来源和催化剂中至少两者，其通过H与催化剂反应来形成分数氢以向
外部负载提供动力。输入等离子体动力产生至少在外部动力关闭阶段期间形成分数氢的反
应物。等离子体电池可包含等离子体电解反应器、障壁电极反应器、RF等离子体反应器、rt-等离子体反应器、加压气体能量反应器、气体放电能量反应器、微波电池能量反应器和辉光
放电电池与微波和或RF等离子体反应器的组合。催化剂和系统可为本发明的催化剂和系统
和本人先前美国专利申请中公开的催化剂和系统，例如Hydrogen Catalyst Reactor，于4/
24/2008提交PCT的PCT/US08/61455；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，于7/
29/2009提交PCT的PCT/US09/052072；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，
于3/18/2010提交PCT的PCT/US10/27828；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power 
System，于3/17/2011提交PCT的PCT/US11/28889；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-
Catalyst Power System，于3/30/2012提交的PCT/US 12/31369和CIHT Power System，于
5/21/13提交的PCT/US 13/041938(“Mills在先申请”)，以全文引用的方式并入本文中。
[0809] 分数氢反应速率通过施加高电流通过包含H和催化剂(例如HOH)的反应物而极大增加。H2O的点燃通过施加高电流至包含H2O或H2O来源的固体燃料或通过形成和维持包含
H2O的电弧等离子体来实现。电弧等离子体可在微波电池、DC供电电池、AC供电电池和DC与
AC混合供电电池中实现。在另一实施方式中，高电流使用等离子体流实现，其中等离子体可
用静电场与磁场中的至少一种约束。约束的示例性实施方式包含螺线管磁场(例如通过亥
姆霍兹线圈提供的螺线管磁场)、如Mills在先申请中所给出的磁瓶或磁镜以及本领域技术
人员已知的用于热熔合研究的配置。等离子体流可通过RF耦合、粒子注射和等离子体领域
技术人员已知的其他方法和方式增强。
[0810] 在本发明的实施方式中，水电弧等离子体动力系统可包含：至少一个闭合反应容器；包含H2O来源与H2O中的至少一种的反应物；至少一组电极；用于传递H2O的初始高电压击穿且提供随后高电流的电源；和热交换器系统，其中动力系统产生电弧等离子体、光和热
能。在实施方式中，可产生电弧等离子体且引起反应物以很高速率进行形成分数氢的反应。
在某些实施方式中，H2O充当反应物，包含：(a)包含新生H2O的催化剂来源或催化剂；(b)原子氢来源或原子氢；和(c)等离子体介质。水电弧等离子体动力系统可进一步包含包括H2O与
痕量离子中的至少一种的等离子体介质。在某些实施方式中，H2O可为通过电弧等离子体形
成的HOH催化剂和H的来源。根据在分别约1℃至2000℃和0.01atm至200atm范围内的运行温
度和压力的H2O相位图，在液体和气体混合物的标准条件下，H2O也可呈液体与气体状态中至
少一种状态存在。在其他实施方式中，等离子体介质可包含包括溶解离子与盐化合物中的
至少一种的离子来源，其使介质更具导电性，以在较低电压下实现电弧击穿。
[0811] 在实施方式中，高击穿电压可在以下至少一个范围内：约50V至100kV、1kV至50kV和1kV至30kV，且高电流可具有在以下至少一个范围内的限制：约1kA至100kA、2kA至50kA和
10kA至30kA。高电压和电流可为DC、AC和其混合中的至少一种。此外，电源可提供在以下至
2 2 2
少一个的范围内的高放电电流密度：0.1A/cm 至1,000,000A/cm 、1A/cm 至1,000,000A/
cm2、10A/cm2至1,000,000A/cm2、100A/cm2至1,000,000A/cm2和1kA/cm2至1,000,000A/cm2。
在实施方式中，形成电弧等离子体的电源包含多个电容器，该多个电容器包含能够供应在
约1kV至50kV范围内的高电压和随着电阻和电压下降而增加的高电流的电容器组。在其他
实施方式中，水电弧等离子体动力系统可包含第二电源。另外，水电弧等离子体动力系统可
包含至少一个另外的动力电路元件与第二高电流电源。在这些实施方式中，电源可包含多
个电容器组，该多个电容器组将动力连续供应至电弧，其中当给定的充电电容器组放电时，
各放电电容器组通过第二电源再充电。
[0812] 在其他实施方式中，闭合容器进一步包含锅炉，该锅炉包含蒸汽出口、回路和再循环泵，其中包含热水、过热水、蒸汽和过热蒸汽中的至少一种的至少一个H2O相流出该蒸汽
出口且供应热或机械负载，出口流冷却和蒸汽冷凝中的至少一个过程与负载的热电输送一
起发生，冷却的蒸汽或水是通过再循环泵泵送，且冷却的蒸汽或水是经由回路返回电池。在
其他实施方式中，水电弧等离子体动力系统进一步包含至少一个热-电转换器，用于接收来
自锅炉和热交换器中的至少一种的热能。该至少一个热-电转换器可包含选自热机、蒸汽
机、汽轮机与发电机、燃气轮机与发电机、朗肯循环发动机、布雷顿循环发动机、斯特林发动机、热离子能量转换器和热电能量转换器的组中的至少一种。
[0813] A.微波分数氢等离子体电池
[0814] 在一个实施方式中，等离子体电池包含微波等离子体电池，例如Mills在先申请的微波等离子体电池。微波电池包含能够维持真空、大气压和高于大气压的压力中的至少一
种的容器、等离子体气体来源、气体进口、气体出口和用于维持等离子体气体流动的泵和压
力计以及天线和微波空腔中的至少一种、微波发生器和自微波发生器连接至天线与微波空
腔中的至少一种的同轴电缆。等离子体气体可包含H2与H2O中的至少一种。等离子体电池可
进一步包含浸于等离子体中的接地导体，例如中心轴金属条，以提供在天线或空腔产生的
电压接地短路。短路引起高电流，从而引爆分数氢反应。短路可形成天线与接地导体之间的
电弧。电弧的高电流可引起分数氢反应显著增加。
[0815] 在微波等离子体电池的实施方式中，等离子体气体至少包含氮气与氢气。催化剂可为酰胺离子。压力可在至少约0.001托至100atm、0.01托至760托和0.1托至100托的范围
内。氮气与氢气的比率可为任何所需的比率。在一个实施方式中，氮气-氢气等离子体气体
的氮气百分比在约1％至99％范围内。
[0816] B.具有DC、AC和混合的电弧和高电流分数氢等离子体电池
[0817] 在一个实施方式中，CIHT电池包含分数氢形成等离子体电池，称为分数氢等离子体电池。高电流可为DC、AC或其组合。在一个实施方式中，电池包含高电压介电障壁气体放
电电池，其包含传导电极和传导相对电极，其经介电障壁(例如包含Garolite绝缘体的障
壁)覆盖。传导电极可为圆柱形，环绕轴中心障壁电极。等离子体气体可包含H来源和HOH催
化剂来源中的至少一种，例如H2O。另外的适合等离子体气体为H2O、H来源、H2、氧来源、O2和惰性气体(例如稀有气体)中的至少一种的混合物。气体压力可在以下至少一个的范围内：
约0.001托至100atm、1托至50atm和100托至10atm。电压可为高的，例如在以下至少一个范
围内：约50V至100kV、1kV至50kV和1kV至30kV。电流可在以下至少一个范围内：约0.1mA至
100A、1mA至50A和1mA至10A。等离子体可包含电弧，电弧具有高得多的电流，例如在以下至
少一个的范围内的电流：约1A至100kA、100A至50kA和1kA至20kA。在一个实施方式中，高电
流加速分数氢反应速率。在一个实施方式中，电压和电流为AC。驱动频率可为音频，例如在
3kHz至15kHz范围内。在一个实施方式中，频率在以下至少一个的范围内：约0.1Hz至
100GHz、100Hz至10GHz、1kHz至10GHz、1MHz至1GHz和10MHz至1GHz。一种示例性障壁电极等
离子体电池描述于以下中：J.M.Nowak,“Examination of the Strontium Catalysis of 
the Hydrino Reaction in an Audio-Frequency,Capacitively Coupled,Cylindrical 
Plasma Discharge”,Master of Science Thesis,North Carolina State University,
Nuclear Engineering Department,(2009),http://repositorv.lib.ncsu.edu/ir/
bitstream/1840.16/31/1/etd.pdf，其以全文引用的方式并入本文中。在另一实施方式中，
除去介电障壁以更好地支撑电弧等离子体。由此暴露于等离子体气体的导体可提供电子热
离子和场发射以支持电弧等离子体。
[0818] 在一个实施方式中，电池包含高压电源，施加该高压电源以在包含H来源和HOH催化剂来源的等离子体气体中实现击穿。等离子体气体可包含水蒸气、氢、氧来源和惰性气体
(例如稀有气体，例如氩气)中的至少一种。高压动力可包含直流电(DC)、交流电(AC)和其混
合。等离子体气体中的击穿引起电导率显著增加。电源能够提供高电流。施加低于击穿电压
的电压下的高电流引起H通过HOH催化剂以高速催化形成分数氢。高电流可包含直流电
(DC)、交流电(AC)和其混合。
[0819] 高电流等离子体电池的一个实施方式包含能够形成HOH催化剂和H的等离子体气体。等离子体气体包含HOH来源和H来源，例如H2O和H2气体。等离子体气体可进一步包含额外的气体，这些气体允许、增加或维持HOH催化剂和H。其他适合的气体为稀有气体。电池包含
以下中的至少一种：至少一组电极、至少一个天线、至少一个RF线圈和至少一个可包含天线
的微波空腔，且进一步包含至少一个击穿电源，例如能够产生足以引起等离子体气体电击
穿的电压或电子或离子能量的击穿电源。电压可在以下至少一个范围内：约10V至100kV、
100V至50kV和1kV至20kV。等离子体气体可最初呈液态以及呈气态。等离子体可在如液体
H2O或包含液体H2O的介质中形成。气体压力可在以下至少一个的范围内：约0.001托至
100atm、0.01托至760托和0.1托至100托。电池可包含至少一个第二电源，一旦实现击穿，该电源即提供高电流。高电流也可通过击穿电源提供。每一电源可为DC或AC。每一个的频率范
围可在以下至少一个的范围内：约0.1Hz至100GHz、100Hz至10GHz、1kHz至10GHz、1MHz至
1GHz和10MHz至1GHz。高电流可在以下至少一个的范围内：约1A至100kA、10A至100kA、1000A至100kA、10kA至50kA。高放电电流密度可在以下至少一个的范围内：0.1A/cm2至1,000,
000A/cm2、1A/cm2至1,000,000A/cm2、10A/cm2至1,000,000A/cm2、100A/cm2至1,000,000A/
cm2和1kA/cm2至1,000,000A/cm2。在一个实施方式中，击穿与第二高电流电源中的至少一种
可间歇施加。间歇频率可在以下至少一个的范围内：约0.001Hz至1GHz、0.01Hz至100MHz、
0.1Hz至10MHz、1Hz至1MHz和10Hz至100kHz。工作循环可在以下至少一个的范围内：约
0.001％至99.9％、1％至99％和10％至90％。在包含AC(例如RF电源)和DC电源的一个实施
方式中，DC电源通过至少一个电容器与AC电源绝缘。在一个实施方式中，用于形成分数氢的
H来源(例如H2与H2O中的至少一种)以维持分数氢分量与输出动力，得到所需电池增益，例如
分数氢动力分量超过输入动力的电池增益的速率供应至电池。
[0820] 在一个实施方式中，等离子体气体由液体H2O代替，液体H2O可为纯的或包含盐水溶液，例如盐水。溶液可附带AC激励，例如高频辐射，例如RF或微波激励。包含H2O的激励介质(例如盐水)可置于RF发射器与接收器之间。RF发射器或天线自RF发生器接收RF功率，该RF
发生器能够产生频率和功率能够为包含H2O的介质所吸收的RF信号。电池和激励参数可为
本发明的那些参数之一。在一个实施方式中，RF频率可在约1MHz至20MHz范围内。RF激励来
源可进一步包含调谐电路或匹配网路以匹配负载对发射器的阻抗。金属粒子可悬浮于H2O
或盐溶液中。入射功率可为高的，例如在以下至少一个的范围内：约0.1W/cm2至100kW/cm2、
0.5W/cm2至10kW/cm2和0.5W/cm2至1kW/cm2，以因入射辐射与金属粒子的相互作用而在等离
子体中引起电弧。金属粒子的尺寸可经调整以最佳化电弧形成。适合的粒径在约0.1μm至
10mm范围内。电弧运载引起分数氢反应以高动力学发生的高电流。在另一实施方式中，等离
子体气体包含H2O，例如H2O蒸气，且电池包含金属物体，其也附带高频辐射，例如RF或微波。
金属物体上尖点上的场浓度在包含H2O的等离子体气体中引起电弧，其中分数氢反应速率
极大提高。
[0821] 在一个实施方式中，高电流等离子体包含电弧。电弧等离子体可具有区别于辉光放电等离子体的特征。在前一种情况下，电子和离子温度可为类似的，且在后一种情况下，
电子热能可比离子热能大得多。在一个实施方式中，电弧等离子体电池包含箍缩等离子体。
例如包含H2O的等离子体气体的等离子体气体维持在足以形成电弧等离子体的压力下。压
力可较高，例如在约100托至100atm范围内。在一个实施方式中，击穿和高电流电源可为相
同的。电弧可在包括液体H2O的高压H2O中通过包含多个电容器的电源形成，该多个电容器包
含能够供应高电压(例如在约1kV至50kV范围内的电压)和高电流(例如当电阻和电压下降
时可增加的电流，形成电荷且维持)的电容器组，其中电流可在约0.1mA至100,000A范围内。
电压可通过串联连接电容器来增加，且电容可通过并联连接电容器来增加，以实现所需高
电压和电流。电容可足以维持等离子体长时间，例如0.1s至超过24小时。动力电路可具有另
外的元件以在电弧形成后维持电弧，例如第二高电流电源。在一个实施方式中，电源包含多
个电容器组，该多个电容器组将动力连续供应至电弧，其中当给定的充电电容器组放电时，
各放电电容器组可通过充电电源再充电。多个组可足以维持稳态电弧等离子体。在另一实
施方式中，用于提供等离子体击穿与高电流中的至少一种至电弧等离子体的电源包含至少
一个变压器。在一个实施方式中，电弧以例如在约0.01Hz至1MHz范围内的高DC重复速率建
立。在一个实施方式中，阴极与阳极的作用可循环反转。反转速率可为低的，以维持电弧等
离子体。交流电的循环速率可为以下中的至少一种：约0Hz至1000Hz、0Hz至500Hz和0Hz至
100Hz。电源可具有维持所需速率的分数氢反应速率的最大电流界限。在一个实施方式中，
高电流为可变的，以控制产生分数氢的动力，从而提供可变的动力输出。通过电源控制的高
电流界限可在以下至少一个的范围内：约1kA至100kA、2kA至50kA和10kA至30kA。电弧等离
子体可具有负电阻，该负电阻包含随着电流增加电压下降的特性。等离子体电弧电池动力
电路可包含一种正阻抗形式，例如电动安定器，以建立所需水平的稳定电流。电极可呈所需
几何形态，以在两者之间提供电场。适合的几何形态为以下中的至少一种：中心圆柱形电极
和外部同心电极、平行板电极和相对针或圆柱。电极可在阴极提供电子热离子和场致发射
中的至少一种以支持电弧等离子体。可形成高电流密度，例如高达约10 6A/cm2的电流密
度。电极可由以下中的至少一种构成：具有高熔点的材料，例如来自例如W或Mo的耐火金属
和碳的组的材料；和与水反应性低的材料，例如来自Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In的组中的材料。
在一个实施方式中，电极可为活动的。电极可彼此紧密置放或直接接触，接着机械分开，以
引发和维持电弧等离子体。在此情况下，击穿电压可比电极永久地以固定间隙分开的情况
小得多。在活动或间隙可调电极下施加以形成电弧的电压可在以下的至少一个的范围内：
约0.1V至20kV、1V至10kV和10V至1kV。电极间距可经调整以维持所需电流或电流密度的稳
定电弧。
[0822] 在一个实施方式中，包含OH、HOH、O2、nO和nH(n为整数)中的至少一种的催化剂在水电弧等离子体中产生。H2O电弧等离子体电池发电机700的一个示意图展示于图10中。电
弧等离子体电池709包含两个电极，例如外部圆柱形电极706和中心轴电极703，例如具有电
池盖711和绝缘体基底702的中心条，其可限定能够承受真空、大气压力和超过大气压力的
压力中的至少一种的电池709的电弧等离子体腔室。电池709供有电弧等离子体气体或液
体，例如H2O。或者，电极703和706浸没于电弧等离子体气体或容器709中含有的液体(例如
H2O)中。通过添加离子来源，例如可溶解的例如盐的离子化合物，可使H2O更具导电性，以实现较低电压下电弧击穿。盐可包含氢氧化物或卤化物，例如碱金属氢氧化物或卤化物或本
发明的其他氢氧化物或卤化物。供应可来自来源，例如具有阀708的槽707和气体或液体流
入电池709所经的管线710，且排出气体经由具有至少一个压力计715和阀716的出口管线
726自电池流出，其中泵717自电池709移除气体以维持所需流量和压力中的至少一种。在一
个实施方式中，等离子体气体维持在高流动条件下，例如高压(例如大气压力和更高压力)
下超音速流动，以提供足够的反应物质量流动供分数氢反应产生所需位准的基于分数氢的
动力。一个适合的示例性流速实现超过输入动力的基于分数氢的动力。或者，液体水可在电
池709中，例如具有电极作为边界的储存器中。电极703和706经由电池动力接头724连接至
高电压-高电流电源723。与中心电极703的连接可穿过底板701。在一个实施方式中，电源
723可通过另一电源，例如充电电源721，经由接头722供应。高电压-高电流电源723可包含
电容器组，该电容器组可串联以提供高电压且并列以提供高电容和高电流，且电源723可包
含多个这些电容器组，其中每一个可暂时放电且充电以提供可接近连续输出的动力输出。
此一个或多个电容器组可通过充电电源721充电。
[0823] 在一个实施方式中，例如703的电极可通过AC电源723供电，AC电源723可为高频率且可为高功率，例如通过RF发生器(例如特斯拉线圈)提供的频率和功率。在另一实施方式
中，电极703包含微波等离子体炬的天线。功率和频率可为本发明的功率和频率，例如分别
在约100kHz至100MHz或100MHz至10GHz和每升100W至500kW范围内。在一个实施方式中，圆
柱形电极可仅仅包含电池壁且可由例如石英、陶瓷材料或氧化铝等绝缘体构成。电池盖711
可进一步包含电极，例如接地或不接地电极。电池可运行形成H2O的等离子体电弧或射光，
其至少部分地覆盖电弧等离子体电池709内部的电极703。电弧或蒸汽机大大提高分数氢反
应速率。
[0824] 在一个实施方式中，电弧等离子体电池709闭合以约束热能释放。接着密封的电池内的水处于根据如本领域技术人员已知的所需运行温度和压力的H2O相位图，液体与气体
混合物的标准条件下。运行温度可在约25℃至1000℃范围内。运行压力可在以下至少一个
的范围内：约0.001atm至200atm、0.01atm至200atm和0.1atm至100atm。电池709可包含锅
炉，其中至少一个阶段包含加热水、过热水、蒸汽和过热蒸汽的相流出蒸汽出口714且供应
热或机械负载(例如汽轮机)来发电。出口流冷却与蒸汽冷凝中的至少一个过程随着热能转
移至负载而发生，且冷却的蒸汽或水经由回路712返回电池。或者，补充蒸汽或水返回。使系统闭合且可进一步包含泵713，例如H2O再循环或返回泵，以使H2O呈其物理相循环，充当冷却液。电池可进一步包含热交换器719，该热交换器719可在电池壁内部或外部，以除去热能至
冷却液中，该冷却液在冷却液进口718以冷的状态进入且在冷却液出口720以热的状态存
在。此后，热的冷却液流至热负载，例如纯的热负载或热-机械能量转换器或热-电能量转换
器，例如蒸汽或燃气轮机或或热机，例如蒸汽机和可选地选用的发电机。热至机械动力或动
力转换的其他示例性转换器为朗肯或布雷顿循环发动机、斯特林发动机、热离子和热电转
换器和本领域中已知的其他系统。热至机械与电中的至少一种的转换的系统和方法也公开
于以全文引用的方式并入本文中的Mills在先申请中。
[0825] 在一个实施方式中，例如碳或金属电极(例如钨或铜电极)的电极703和706在因等离子体而腐蚀时可投入电池709中。当被腐蚀时可替换电极，或连续替换。腐蚀产物可从电
池中以例如沉降物的形式收集且再循环至新的电极中。因此，电弧等离子体电池发电机进
一步包含电极腐蚀产物回收系统705、电极再生系统704和再生电极连续进料725。在一个实
施方式中，倾向于大部分腐蚀的至少一个电极，例如阴极，例如中心电极703，可通过本发明的系统和方法再生。例如，电极可包含选自以下的一种金属：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In，其具有可通过H2处理、加热和在真空下加热而还原的相应氧化物。再生系统704可包含用于熔
融氧化物和金属中的至少一种且由再生金属浇铸或挤出电极的熔炉。用于金属熔炼和成型
或碾磨的系统和方法为本领域技术人员所熟知。在另一实施方式中，再生系统704可包含电
解电池，例如包含金属离子的熔融盐电解电池，其中电极金属可通过使用本领域中熟知的
系统和方法电沉积来镀至电极上。
[0826] 实验部分中报导的一种示例性等离子体系统包含连接在底板与条型电极与含有水的同心电极之间的储能电容器，其中底板与条型电极的条低于水柱。条嵌入绝缘体中，例
如圆柱形部分中尼龙或陶瓷套筒和底板与圆柱之间的尼龙或陶瓷块。电路进一步包含电阻
和感应器，以在水中在条与圆柱形电极之间引起振荡放电。电容器可由高压电源充电且由
可包含于大气中的火花隙的开关放电。电极可由铜制成。高电压可在约5至25kV范围内。放
电电流可在5至100kA范围内。H2O点燃以高速形成分数氢是通过触发的水电弧放电实现，其
中电弧引起原子氢和HOH催化剂形成，原子氢和HOH催化剂反应形成分数氢，放出高动力。来
自分数氢形成的动力可呈热、等离子体和光能形式。在一个实施方式中，所有能量释放可转
换成热能，热能被捕集于密封电池中且可直接用于热应用，例如空间和过程加热，或使用热
机转换成机械能，或使用热-电转换器(例如汽轮机与发电机以及本领域技术人员已知的其
他系统)转换成电。系统也可用于形成结合能增加的氢物种和化合物，例如分子分数氢H2
(1/p)。产物可在出口705和726除去。
[0827] 在一个实施方式中，分数氢电池包含箍缩等离子体来源以形成分数氢连续谱发射。电池包含阴极、阳极、电源和用于形成箍缩等离子体的氢来源与HOH催化剂来源中的至
少一种。等离子体系统可包含稠密等离子体焦点来源，例如本领域中已知的稠密等离子体
焦点来源。等离子体电流可为很高的，例如超过1kA。等离子体可为电弧等离子体。特点为等离子体气体包含H与HOH或H催化剂中的至少一种，且等离子体条件可最佳化以给出氢连续
谱发射。发射可用作EUV光刻的光来源。
[0828] IX.其他动力产生实施方式
[0829] 本发明的示例性动力产生系统可包括两个或两个以上配置为输送能量至燃料来源的电极、配置为输送能量至电极的电源和等离子体能量转换器。燃料可装载至由两个或
两个以上电极界定的区域中，且当电源供应动力至电极时，电极可引起燃料点燃，释放能
量。来自燃料点燃的副产物可包括热和等离子体。因此，由燃料点燃产生的动力可呈热能形
式，且可为燃料来源的高度电离等离子体，其能够直接或间接转换成电。一旦形成，等离子
体可引导至等离子体能量转换器以捕集等离子体能量。
[0830] 如本文所用，术语“点燃”是指由施加于燃料的高电流引起的高反应动力学的建立。点燃可在近似大气压力下发生，或可在真空中，例如在至多约10-10托以上范围内的压力下发生。因此，燃料、电极和/或等离子体转换器可存在于真空环境中。此外，这些成分中的一种或多种可存在于适合的真空容器中以促进真空环境形成和维持。
[0831] 本发明的化学反应物可称为水类，其可包含大部分H2O或固体燃料或高能材料(例如包含H2O或H2O来源且进一步包含导电性材料以通过传导高外加电流而促进燃料点燃的材
料)或其组合。固体燃料1003包括能够形成等离子体的任何材料且可包括例如团粒、部分、
等分试样、粉末、小滴、流、雾、气体、悬浮液或其任何适合组合。固体实施方式可具有任何适合的形状；例如，固体燃料1003可成型，以便增加固体燃料1003的表面积，从而促进点燃。术语“固体燃料”可包括液体或蒸气燃料。适合固体燃料的实例描述于本发明的化学反应器部
分和固体燃料催化剂诱导的分数氢跃迁(SF-CIHT)电池和能量转换器部分中，但基本所需
反应物可尤其包括H来源与O来源中的至少一种；和H2O或H2O来源；和导体。固体燃料和/或高能材料可包含新生H2O催化剂来源、H来源和导体。一种示例性固体燃料可包含近似例如1：
1：1摩尔比的过渡金属氧化物：过渡金属：水，不过任何材料均可以相对于任何其他材料近
似2：1或10：1的比率包括在内。包含大部分H2O的水类燃料可包含水或水类混合物或溶液，
例如具有一种或多种杂质的水。水可吸收在另一材料内且可包括溶解或混合在其内的导电
性元件。虽然许多示例性实施方式是指用于“固体燃料”，但用于所有化学反应物，包括水类燃料的装置涵盖在本文中。
[0832] 燃料或高能材料可为导电性的，例如金属、金属氧化物或导电元件。在一些实施方式中，导电性基质可用于允许在点燃期间高电流穿透固体燃料1003和/或使混合物为导电
性的。例如，化学反应物可呈浆料形式蒙上或涂至筛孔上，且干燥，接着进行电脉冲。化学反应物可为宽松的或可含于密封容器(例如密封金属容器，例如密封铝容器)中。一些燃料可
不与导电性容器联合使用，包括例如由以下制成的某些燃料团粒：例如碱土金属卤化物、氯
化镁、一些过渡金属或金属氧化物、活性炭或其任何适合材料或组合。
[0833] 在一个实施方式中，燃料1003包含构成本发明分数氢反应物的反应物，这些反应物包含至少一种包含新生H2O的催化剂来源或催化剂、至少一种原子氢来源或原子氢，且进
一步包含导体和导电性基质中的至少一种。在一个实施方式中，燃料1003包含本发明的固
体燃料或高能材料来源和本发明的固体燃料或高能材料中的至少一种。在一个实施方式
中，示例性固体燃料1003包含用于形成催化剂来源、催化剂、原子氢来源和原子氢中的至少
一种的H2O来源和导电性基质。H2O来源可包含以下至少一种：体相H2O、体相H2O以外的状态、进行反应形成H2O和释放结合的H2O中的至少一种的一种或多种化合物。结合的H2O可包含与
H2O相互作用的化合物，其中H2O是呈吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水中至少一种状态。燃料1003可包含导体和一种或多种进行体相H2O、吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水释放中的至少一种的化合物或材料，且其具有H2O作为反应产物。其他示例
性固体或高能材料燃料1003为水合吸湿材料和导体；水合碳；水合碳和金属；金属氧化物、
金属或碳与H2O的混合物；和金属卤化物、金属或碳与H2O的混合物。金属和金属氧化物可包
含过渡金属，例如Co、Fe、Ni和Cu。卤化物的金属可包含碱土金属，例如Mg或Ca，和卤化物，例如F、Cl、Br或I。金属与H2O可进行热力学上不利的反应，例如以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In，其中燃料1003可通过添加H2O再生。构成分数氢反应物的燃料1003可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
[0834] 如图12中所示，许多电极1002界定电极之间的空间1017用于接收和/或含有固体燃料1003。电极1002可配置为将动力(例如以短脉冲低电压高电流电力的形式)传递给固体
燃料1003。例如，在使用固体燃料的一些实施方式中可向燃料施加较低电压和较高电流以
促进点燃。例如，可向固体燃料施加小于10V(例如8V)和约14,000A/cm2。在向固体燃料施加
较高电压的实施方式中，可不需要促进点燃的导体。当向燃料施加较低电压时，可使用促进
点燃的导体。在一些实施方式中，化学反应物转化成等离子体的反应速率可至少部分地视
施加或扩展至反应物的高电流而定。例如，在使用水类燃料的一些实施方式中，可向燃料施
加约4.5kV和约20,000A/cm2。电极1002可向固体燃料1003施加低电压、高电流、高功率脉
冲，从而产生极快的反应速率和能量释放率。能量释放率可极高且可产生等离子体流，等离
子体流在相反方向上以较高速度(例如超音速)向外流动。
[0835] 在一个示例性实施方式中，电极1002可施加小于15V峰值的60Hz电压，且电流可在约10,000A/cm2与50,000A/cm2峰值之间，且功率可在约50,000W/cm2与750,000W/cm2之间。
大范围的频率、电压、电流和功率可为适合的；例如，上述参数的约1/100倍至100倍的范围
也可为适合的。例如，固体燃料或高能材料可利用低电压、高电流脉冲点燃，例如点焊机所
产生的脉冲，这是由泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机的两个铜电极之间的约束所达成。在
一些实施方式中，60Hz电压可为约5至20V RMS，且电流可为约10,000A至40,000A。
[0836] 电压经选择为引起高AC、DC或AC-DC混合电流，其范围为例如约100A至1,000,000A、1kA至100,000A、或10kA至50kA。DC或峰值AC电流密度范围可为例如约100A/cm2至1,
000,000A/cm2、1,000A/cm2至100,000A/cm2、2,000A/cm2至50,000A/cm2、10,000A/cm2至50,
000A/cm2、或5,000A/cm2至100,000A/cm2，例如5,000A/cm2、10,000A/cm2、12,000A/cm2、14,
000A/cm2、18,000A/cm2或25,000A/cm2。对于高导电性燃料而言，DC或峰值AC电压的范围可
为例如约0.1V至1kV、1V至100V、1V至20V、或1V至15V。对于高电阻固体燃料(例如包含大部
分H2O的水性固体燃料)而言，DC或峰值AC电压的范围可为例如约100V至50kV、1kV至30kV、
2kV至15kV、或4kV至10kV。AC频率的范围可为例如约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至
100kHz，或100Hz至10kH。脉冲时间的范围可为例如约10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s，-3
或10 s至0.01s。
[0837] 在一些实施方式中，电流、电压、频率或脉冲时间可至少部分地根据所用固体燃料1003或高能材料的类型、或所用燃料或高能材料的电导率确定。电压可根据所要电流乘以
燃料或高能材料样品的电阻加以确定。例如，若固体燃料或高能材料样品的电阻为约1毫
欧，则所施电压可较低，例如<10V。在燃料包含100％H2O或基本上100％H2O、具有极高电阻
(例如大于1兆欧)的示例性情况下，电压可较高且在一些实施方式中，可超过H2O的击穿电
压(例如>5kV)。在跨越两种极端情况的实施方式中，DC或峰值AC电压可在至少一个选自约
0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV的范围内。AC频率的范围可为约0.1Hz至10GHz、1Hz
至1MHz、10Hz至100kHz，或100Hz至10kH。在一个实施方式中，DC电压可放电以形成等离子
体，例如包含离子化H2O的电弧等离子体，其中电流不完全衰减且随着其衰减而振荡。
[0838] 在一些实施方式中，具有希望的电压和电流的高电流脉冲可使用电容器(例如超级电容器)放电达成，这些电容器可串联或并联连接。电流可为DC或可用电路元件(包括例
如变压器(例如低压变压器))调节。电容器可由电源1004充电或可包括于电源1004中，电源
1004可包括例如动力网、发电机、燃料电池、蓄电池，或发电机系统1020或例如另一此类发
电机系统的电输出的一部分。在一个示例性实施方式中，适合频率、电压和电流波形可通过
对电容器或电池的输出进行动力调节来达成。在一个实施方式中，示例性电路在8V达成15,
000A的电流脉冲。
[0839] 在主要包含H2O的一些示例性水类燃料实施方式中，所产生的高电流等离子体可呈电弧等离子体形式。等离子体气体(例如包含H2O的等离子体气体)可在足以形成电弧等
离子体的压力下维持。电弧可在高压(例如在约100托至100atm范围内)H2O(包括液体H2O)
中，通过电源形成，此电源能够提供高电压(例如在约1kV至50kV范围内)和高电流(例如在
约0.1mA至100,000A范围内)，在电弧形成和维持的情况下，电流可随着电阻和电压降低而
增大。示例性电源可包括一系列电容器，其可串联连接以提高电压且可并联连接以增大电
容和电流。在可选地对电容器进行动态再充电的情况下，电容可足以使等离子体维持较长
时间，例如约0.1秒至大于24小时。在一些实施方式中，击穿与高电流电源可相同。系统可包含对电容器动态再充电的第二电源。
[0840] 示例性动力产生系统可包括一旦电弧形成则有助于维持电弧的其他元件，例如第二高电流电源。在一些实施方式中，电源可包括可对电弧顺序供电的多个串联或并联电容
器。多个电容器可足以维持稳态电弧等离子体。在一些实施方式中，电弧可在较高DC重复率
(例如在约0.01Hz至1MHz范围内)下建立，且阴极与阳极可循环反转。反转速率可为低的以
维持电弧等离子体。交流电流的循环率可为约0Hz至1000Hz、0Hz至500Hz和0Hz至100Hz中的
至少一种。电源可具有使等离子体反应速率基本上维持在所要速率的最大电流限值。在一
些实施方式中，高电流可变化以控制等离子体所产生的动力，从而提供可变的功率输出。电
源所控制的高电流限值的范围可为约1kA至100kA、2kA至50kA和10kA至30kA中的至少一种。
[0841] 用于水类燃料实施方式的催化剂可包括OH、H2O、O2、nO和nH(n为整数)中的至少一种以促进水-电弧等离子体的产生。示例性动力产生系统可包括储能电容器。电容器可通过
高压电源充电且可通过可包括处于大气空气中的火花间隙的开关放电。高电压范围可在例
如约4kV至25kV范围内。放电电流可在例如5kA至100kA范围内。H2O点燃而高速率形成等离
子体可如下达成：触发的水电弧放电以使得电弧促使形成原子氢，和经由释放高功率使反
应发生而形成等离子体的HOH催化剂。来自反应的功率可呈热、等离子体和光能形式。所有
能量释放可转换为可直接用于热应用(例如空间和过程加热)的热能，或使用热机(例如汽
轮机)转换为动力。
[0842] 电极1002可由基本上耐受燃料点燃和所得热产生的任何适合材料形成。例如，电极1002可由碳形成，碳可降低或基本上防止因表面氧化而发生的电导率损失。电极可由在
高温氛围环境中具稳定性的耐火金属形成，例如高温不锈钢、铜或任何其他适合材料或材
料组合。电极1002可包括保护电极1002免受点燃过程影响的涂层。电极1002可用耐熔融或
耐腐蚀的适合导电材料涂布或形成，例如耐火合金、高温耐氧化合金[例如TiAlN]或高温不
锈钢)，或其任何适合组合。另外，电极1002可由在水相环境中基本上无反应性的材料形成。
一个或多个电极可包括例如以下一种或多种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In。
[0843] 电极的几何区域可有利于对待点燃的燃料样品产生高电流密度且在一些情况下，对整个燃料样品产生高电流密度。虽然示例性图中描绘两个电极1002，但可使用任何数目
个电极，例如三个以上电极可一起界定用于接收固体燃料1003的区域，或动力产生系统
1020中可包括多组电极1002且这些电极1002可界定用于接收燃料的多个区域。
[0844] 用于接收固体燃料1003的电极之间的空间(图12中显示为燃料装载区1017)可小于分别限定该区域的各电极的尺寸，或可与电极尺寸相同或大于电极尺寸。如图13A和13B
中所示，燃料装载区1017的尺寸可不同。例如，电极1002经配置可彼此间移开(图13A)或彼
此间移近而合在一起(图13B)。如图13C和13D中所描绘，动力产生系统1020可包括限定多个
燃料装载区1017的多个电极，这些电极可彼此间相对移动，或者可固定不动。例如，一组电
极可移动且一组电极可固定不动，或两组电极均可移动或两组电极均可固定不动。在可移
动实施方式中，燃料装载区1017变化的尺寸可加以固定，例如电极1002可以彼此间相对的
固定距离移动。在其他实施方式中，燃料装载区1017变化的尺寸可发生改变，例如以容纳不
同尺寸的燃料样品或增加或降低动力产生或电极1002输送至固体燃料1003的电压或电流
的量。
[0845] 如图13A和13C中所示，当接收固体燃料1003时，电极1002可彼此间移开，且一旦固体燃料1003位于燃料装载区1017内时，则电极1002可移近而合在一起，如图13B和13D中所
示。如上文所讨论，电极1002可配合而界定燃料装载区1017。电极1002可彼此间移开或彼此
间移近而合在一起，例如增加或降低燃料装载区1017的尺寸以促进输送、维持燃料于燃料
装载区1017内和/或使固体燃料1003位于燃料装载区1017内。在一些实施方式中，一个电极
可移近或移离另一电极，同时另一电极保持原位，而在其他实施方式中，两个电极1002均可
移动。电极1002彼此间相对移动可促进燃料装载区1017内固体燃料1003的点燃。例如，电极
表面碰撞可促进点燃，或使一或两个电极产生旋转或摩擦性移动可促进点燃。在其他实施
方式中，电极1002各自可固定。
[0846] 如图14A和14B中所示，为更好地约束固体燃料1003，电极1002的一个可包括凸部(描绘为区域A)，且电极1002的一个可包括凹部(描绘为区域B)。凸部与凹部经配置可相互
配合地形成能够容纳固体燃料1003的腔室，如图14B中所示。该腔室，且从而燃料装载区
1017，可与周围环境完全或部分地连通或可隔绝。另外，腔室配置为可在或不在电极1002彼
此间相对移开或移近的情况下开放和/或闭合。例如，凸部与凹部可包括用于将固体燃料
1003装载于由电极1002界定的腔室内的开孔或可移动面板或门。
[0847] 此外，装载区域1017中所达成的压力也可促进燃料点燃和/或等离子体产生和操作。由固体燃料1003点燃所产生的等离子体可具高度反应性，且等离子体包含于真空环境
内可增强对等离子体产生和转换过程的控制。例如，真空环境可减少离子与周围空气的碰
撞和/或控制等离子体与周围氧气的反应。在不同实施方式中，装载区域1017可封闭于适合
真空容器内，或电极1002、等离子体-电转换器1006和/或系统1020的任何其他适合组件可
包括于真空容器内。在一些实施方式中，系统1020完全包括于真空容器中。适合压力的范围
可为近似大气压至约10-10托以上。为形成和维持真空压力，动力产生系统1020可包括例如
任何适合真空泵、阀、入口、出口。此外，真空容器可基本上为硬的或基本上为可挠的(例如袋或其他可变形材料)，且可由任何适合材料(包括例如金属或塑胶)形成。适合容器可形成
或维持氧气减少的环境或无氧环境、气体减少的环境或无气体环境，或可含有一定量的惰
性气体，例如氩气、氮气或其他惰性气体，以有助于控制等离子体的反应。
[0848] 在图15A中，燃料装载区1017侧面为电极1002，且电极1002与固体燃料1003开放于周围环境中。在图15B中，电极1002各自包括经配置可配合而形成更封闭的燃料装载区1017
的半圆形部分。电极1002可使燃料装载区1017完全隔绝或可包括开孔部分，例如膨胀等离
子体可经其逃逸的开孔部分。电极1002彼此间可移近而合在一起和移开以开放和封闭装载
区域1017，或可保持固定。在图15C中，电极1002与燃料装载区1017均可部分或完全封闭于
电池1001中。电池1001经配置可敞开和封闭以允许燃料装载区1017内的固体燃料1003传
递。如上文所讨论，电池1001可包括真空容器，且电极1002与燃料装载区1017可暴露于负
压。如图15D中所示，电池1001可封闭燃料装载区1017、电极1002和等离子体-电转换器
1006。电池1001内部的压力可接近大气压或可为负压以使燃料装载区1017、电极1002和等
离子体-电转换器1006暴露于真空压力。如图15C，电池1001可部分或完全封闭内部组件且
经配置可开放或封闭以允许燃料装载区1017内的固体燃料1003输送。
[0849] 电极1002可为独立的或可为动力产生系统1020内的较大部件的一部分。例如，在图12的实施方式中，电极1002可作为催化剂诱导的分数氢跃迁电池的一部分包括在内。动
力产生系统可包括一个或多个电池。各电池又可包括至少两个电极1002。如图12中所示，在
电池1001内，两个或两个以上电极1002可彼此间配合以界定燃料装载区1017。在并有电池
1001的一些实施方式中，电极1002可向固体燃料1003施加低电压、高电流、高功率脉冲，从
而产生极快反应速率和能量释放率。另外，电池1001内的压力可为负压以促进等离子体产
生和操作和控制所产生等离子体的反应性。例如，燃料装载区1017和/或电极1002可存在于
刚好低于大气压至约10-10托以上的真空中。因此，系统1020中可包括任何适合的真空泵、
阀、入口、出口等，以便形成且维持真空压力。
[0850] 在一些实施方式中，燃料1003与电极1002可带相反静电荷以促进固体燃料1003装载于燃料装载区1017中，从而可使固体燃料1003静电粘附于各电极1002的预定区域，燃料
在预定区域中点燃。在图16所示的实施方式中，电极1002的表面可与重力轴平行。由此可使
固体燃料1003从高于电极1002的区域输送至燃料装载区1017。此外，界定燃料装载区1017
的电极1002的区域可为光滑的或可纹理化，例如以促进固体燃料1003点燃。
[0851] 在一些实施方式中，电极1002可包括可移动部分，例如以促进固体燃料1003点燃。一个电极可包括配置为与一个或多个其他电极的表面相互作用的可移动部分，或电极可包
括配置为与一个或多个其他电极的可移动部分相互作用的可移动部分。
[0852] 在图16的实施方式中，电极1002可包括经配置可彼此间相互作用于向固体燃料1003施加压缩力的可移动压缩机构1002a。例如，一个或多个电极1002可包括邻近于燃料装
载区10017的齿轮。适合齿轮可包括例如斜齿轮、正齿轮、螺旋齿轮、双螺旋齿轮(例如人字
齿轮)和交叉齿轮，且齿轮可包括任何适合数目个齿或齿取向。如图17A中所示，固体燃料
1003可接收于齿轮之间的燃料装载区1017内。固体燃料1003可沉积于齿轮的齿之间所形成
的间隙中且可被配对齿轮的配对齿压缩。例如，如图17B中所示，齿轮可相互作用，且具有n
个齿(其中n为整数)的齿轮可接收固体燃料1003于第n个齿间间隙内，且n-1齿间间隙内的
燃料可被配对齿轮的n-1齿压缩。在一些实施方式中，固体燃料1003与电极1002的齿轮齿的
燃料接收区域可带相反静电荷，使得当输送至电极时，固体燃料1003静电粘附于一或两个
电极的的区域，当齿啮合时，该区域中的燃料点燃。
[0853] 在图17A和17B中，压缩机构1002a显示为电极1002的区域。在其他压缩形式中，压缩机构1002a可构成电极1002的全部。此实施方式显示于图18A和18B中。此外，当压缩机构
1002a可移动(在这些实施方式中为旋转)时，电极1002也可移近和移离各压缩机构，如图
17A和17B和图18A和18B中所表明。或者，压缩机构1002a可移动(在此情况下为旋转)且电极
1002可保持固定。
[0854] 在一些实施方式中，一个或多个电极1002可包括替代齿轮或除齿轮以外的滚筒作为压缩机构1002a。例如，图24中所描绘的实施方式包括代替齿轮的滚筒。滚筒可位于电极
1002的末端区域且可由间隙分隔以促进固体燃料1003在电极之间传递且一旦固体燃料
1003输送至燃料装载区1017时可彼此间移动地更近以便向燃料施加压缩力。在其他实施方
式中，电极1002与滚筒经配置可保持就位且固体燃料1003可自一侧送入滚筒中，例如向下
送入滚筒中而无需电极1002彼此间相向移动或移开。固体燃料1003与电极1002的滚筒的燃
料接收区域可带相反静电电荷，使得当输送至电极时，固体燃料1003静电粘附于一或两个
电极的区域，在该区域中，滚筒接触且燃料点燃。
[0855] 在可移动实施方式中，电极1002彼此可相向偏移或远离。例如，在一些可移动实施方式中，电极1002的滚筒或齿轮彼此可相向偏移。使电极1002或电极1002的可移动部分偏
移可使用例如弹簧或气动或液压机构达成。
[0856] 抵靠滚筒或齿轮压缩固体燃料1003可有助于点燃，且在包括齿轮的实施方式中，齿的啮合和涉及固体燃料1003的压缩可经由导电性燃料在配对齿之间产生电接触。在一些
实施方式中，齿轮可于在啮合期间接触燃料的啮合区域中包括导电性材料且可于其他区域
中包括绝缘材料以使得电流选择性流经燃料。例如，齿轮可由非导电性或绝缘材料形成或
涂布，例如陶瓷、石英、金刚石薄膜或任何其他适合材料或材料组合，且可在啮合区域中涂
有导电性材料，例如导电金属。在其他实施方式中，齿轮可由导电性材料形成且可在啮合区
域外部涂有非导电或绝缘材料。配对齿与燃料之间电接触所产生的高电流可促进固体燃料
1003点燃。齿轮或滚筒可纹理化，例如以增强摩擦和促进点燃。在一些实施方式中，固体燃
料1003的传递可与齿轮或滚筒的移动同步。
[0857] 固体燃料1003点燃所形成的等离子体可向电极1002的齿轮、滚筒或末端区域膨胀，且等离子体-电转换器可置放于流路中以接收等离子体。在相反轴向方向上自电极1002
喷射两个或两个以上等离子体流的实施方式中，转换器可置放于各物流的流路中。轴向流
可经由磁流体动力学(MHD)转换器发生或等离子体可与等离子体动力学(PDC)能量转换器
发生固定或流动接触。此外，定向流可利用约束磁体(例如亥姆霍兹线圈或磁瓶)达成。
[0858] 例如，在可移动实施方式中，等离子体膨胀流可沿着与齿轮(若包括)的心轴平行的轴发生，该轴也可与燃料输送至燃料装载区1017中的方向横切。固体燃料1003可连续输
送至齿轮或滚筒中，齿轮或滚筒旋转以推动燃料通过间隙。固体燃料1003当旋转而沿着一
组齿轮的啮合区域或一组滚筒的相对侧填充电极之间的空间时被连续点燃。导电固体燃料
1003可构成电极1002之间的电路，且流经固体燃料1003的高电流可对燃料点燃。在一些实
施方式中，输出功率可呈一般性稳态。在一些实施方式中，固体燃料1003可间歇地传递以防
止膨胀等离子体干扰燃料流流动。例如，固体燃料1003的传递可以时间间隔发生或可根据
输出功率自动地(例如使用反馈机制)或人工地引发。下文进一步详述示例性输送机构。
[0859] 在一个示例性实施方式中，电极1002(作为发电机的一部分)可从电池1001产生间歇性功率脉冲。或者，动力产生系统1020可包括多个电池1001，其在固体燃料1003的定时爆
发事件期间输出个体电池功率的叠加。在多个电池中，事件的定时发生可提供更连续的输
出功率。
[0860] 电极1002可经定位以使得其沿着电极长度在相对点彼此接触以沿着设定于指定位置的电极产生连续高电流流动和快速反应动力学。位于相对电极上的相对接触点可通过
使相应连接移至接触位置或通过对连接进行电子切换而形成。连接可以同步方式形成以自
电池或多个电池达成更稳定的功率输出。
[0861] 点燃之后，所形成的等离子体功率接着可通过适合等离子体转换器转换为动力。等离子体转换器可将等离子体转换为非等离子体功率的任何适合形式，例如机械动力、核
功率、化学功率、热能、电力和电磁能，或其任何适合组合。示例性的适合等离子体能量转换器的描述提供于如下章节中：等离子体动力学转换器(PDC)章节、磁流体动力学(MHD)转换
器章节、电磁直接(交叉场或漂移)转换器、 直接转换器章节、电荷漂移转换器章节、磁
约束章节和固体燃料催化剂诱导的分数氢跃迁(SF-CIHT)电池章节。这些和其他等离子体
至电能量转换器的细节明示于在先出版物中，例如R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,"
Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity,"IEEE 
Transactions on Plasma Science,10月，(2002)，第30卷，第5期，第2066-2073页；
R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,"On the Potential of Direct and MHD Conversion 
of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power 
Applications,"IEEE Transactions on Plasma Science,8月，(2002)，第30卷，第4期，第
1568-1578页；R.M.Mayo,R.L.Mills,"Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma 
Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications,"40th 
Annual Power Sources Conference,Cherry Hill,NJ,6月10日-13日，(2002)，第1-4页("
Mills在先等离子体能量转换出版物")，这些文献以全文引用的方式并入本文中；和例如以
下的在先出版物：Microwave Power Cell,Chemical Reactor,And Power Converter,PCT/
US02/06955(3/7/02申请)(短版),PCT/US02/06945(3/7/02申请)(长版),US案号10/469,
913(9/5/03申请)；Plasma Reactor And Process For Producing Lower-Energy 
Hydrogen Species,PCT/US04/010608(4/8/04申请),US/10/552,585(10/12/15申请)；和
Hydrogen Power,Plasma,and Reactor for Lasing,and Power Conversion,PCT/US02/
35872(11/8/02申请),US/10/494,571(5/6/04申请)("Mills在先等离子体能量转换出版
物")，这些文献以全文引用的方式并入本文中。热量以及等离子体可作为燃料点燃的副产
物由各电池产生。热量可直接使用或可使用任何适合转换器或转换器组合(包括例如热机
(例如蒸汽机)或蒸汽或燃气轮机与发电机、郎肯或布雷顿循环发动机，或斯特林发动机)转
换为机械动力或电力。为了能量转换，各电池可与热能或等离子体能量至机械动力或至电
力的任何转换器(例如等离子体-电转换器)、热机、汽轮机或燃气轮机系统、斯特林发动机
或热离子学或热电转换器连接。示例性等离子体转换器可包括等离子体动力学能量转换
器、 直接转换器、磁流体动力学能量转换器、磁镜磁流体动力学能量转换器、充电漂移
转换器、Post或Venetian Blind式能量转换器、磁旋管、光子聚束微波能量转换器、光电转
换器、电磁直接(交叉场或漂移)转换器，或任何其他适合转换器或转换器组合。在一些实施
方式中，电池可包括内燃机的至少一个汽缸。示例性电池进一步详述于本文中。
[0862] 转换为动力的等离子体能量在一些实施方式中可耗散于外电路中。如依据计算和实验所表明，在一些情况下等离子体能量转化为电的转化率可大于50％。
[0863] 在一些实施方式中，所形成的等离子体功率可直接转换为电。在H催化期间，HOH催化剂、所催化的H转移至HOH的能量使电子发生离子化。这些电子可在所应用的高电流电路
中传导以防止催化反应因电荷积聚而自限制。通过快速动力学产生脉冲，脉冲又引起大量
电子离子化。在一些实施方式中因所施电流而在周围高磁场中可包含基本上100％离子化
等离子体的爆发燃料高速度径向向外膨胀，且可在交叉电极处产生磁流体动力学能量转
换。电压的量级可在所施极性的方向上增大，原因在于此方向因电流方向和相应磁场向量
和径向流动方向而为洛伦兹偏转方向。在使用磁流体动力学能量转换和DC电流的实施方式
中，所施高DC电流可使得相应磁场为DC。
[0864] 在使用磁空间电荷分离原理的实施方式中，可使用等离子体动力学能量转换器1006。电子因其质量低于正离子而可限制在磁化电极的磁力线中，例如圆筒形磁化电极或
所施磁场中的电极。因此，电子在活动性上受到限制，而正离子则相对自由地与内在或外在
磁化电极发生碰撞。电子与正离子均与未磁化相对电极发生充分碰撞，未磁化相对电极可
包含取向垂直于施加于外在磁化电极的磁场的导体。等离子体动力学转换(“PDC”)是直接
从等离子体的热能和电势能提取能量且不依赖于等离子体流动。相反，通过PDC提取能量是
利用浸没于等离子体中的磁化电极与未磁化电极之间的电势差驱动外部负载中的电流且
由此从所储存的等离子体热能直接提取电力。利用PDC将等离子体热能转换为电可通过将
至少两个漂浮导体直接插入高温等离子体主体中来达成。这些导体的一个可通过外部电磁
场或永磁体磁化，或其可具内在磁性。另一个可未磁化。电势差因重正离子与轻电子的电荷
活动性的差异而升高。此电压跨越电负载而施加。
[0865] 动力产生系统1020也可包括其他内部或外部电磁体或永磁体或可包括多个内在磁化和未磁化电极，例如圆柱形电极，例如针形电极。与各电极平行的均匀磁场B的源可由
电磁体提供，例如可为超导体或永磁体的一个或多个亥姆霍兹线圈。
[0866] 磁体电流也可供应至固体燃料1003以引发点燃。如图12中所示的电源1004可将向电极1002供电以将固体燃料1003点燃。在这些实施方式中，电源1004的高电流所产生的磁
场可通过流经电磁体的多个转体、随后流经固体燃料1003来增强。可调节磁场B的强度以相
对于回旋的电子半径产生预定正离子，从而使电极处的能量最大化。在一些实施方式中，至
少一个磁化电极的取向可平行于所施磁场B且至少一个相应相对电极的取向可垂直于磁场
B以使得其因其相对于B方向的取向而未磁化。能量可经由连接至至少一个对电极的导线输
送至负载。在一些实施方式中，电池壁可用作电极。
[0867] 在一些实施方式中，点燃事件所产生的等离子体可为膨胀等离子体。若产生膨胀等离子体，则磁流体动力学(MHD)可为适合转换方法。或者，在一些实施方式中，可将等离子体约束。除等离子体功率转换系统的外，动力产生系统也可包括等离子体约束系统，例如螺
线管磁场或磁瓶，以将等离子体约束且提取更多高能离子能量作为动力。磁体可包括一个
或多个电磁体和永磁体。磁体可为开路线圈，例如亥姆霍兹线圈。等离子体可另外通过本领
域技术人员已知的任何其他系统和方法约束于磁瓶中。
[0868] 图12、15A-15C和16的等离子体-电能量转换器1006可包括磁流体动力学能量转换器。正离子和负离子经受处于相反方向的洛伦兹方向且接收于相应电极处而影响其间的电
压。因此，可使用两个磁流体动力学能量转换器，各自置放于各离子路径中。形成离子质量
流的典型MHD方法为经由喷嘴使经离子接种的高压气体膨胀而形成通过交叉磁场的高速
流，其中一组电极与偏转场交叉以接收偏转离子。在本发明中，压力通常大于大气压，然而
并非必定如此，且定向质量流可通过将固体燃料点燃以形成高度离子化的径向膨胀等离子
体来达成。
[0869] 在一个实施方式中，磁流体动力学能量转换器为分段法拉第发电机。在另一个实施方式中，离子流发生洛伦兹偏转所形成的横向电流在与离子的吸入流平行的方向(z轴)
上进一步经历洛伦兹偏转，而在沿着z轴相对移位的至少第一电极与第二电极之间产生霍
尔电压。此装置在本领域中称为磁流体动力学能量转换器的霍耳发电机实施方式。在一些
实施方式中，动力产生系统1020可包括斜框型发电机，其中“窗框”构造具有相对于xy平面
内的z轴倾斜的电极。
[0870] 在各种情况下，电压可驱动电流流过电负载。如图19中所示，磁流体动力学转换器1006可包括与z轴呈横向的磁通量源1101，且离子可在方向1102上流动。因此，离子可因亥
姆霍兹线圈1104所提供的约束场1103而具有沿着z轴的优先速度，从而促使离子传送至横
向磁通量的区域内。作用于传送电子和离子的洛伦兹力由F＝ev×B得出。此力与离子速度
和磁场呈横向关系且方向与正和负离子相反。此可形成横向电流。横向磁场源可包括提供
不同强度的横向磁场的分量，这些强度随沿着z轴的位置而变，以便使具有平行速度分散的
流动离子的交叉偏转最佳化。
[0871] 图19中所示的磁流体动力学能量转换器1006也可包括至少两个可与磁场横切的电极1105以接收洛伦兹横向偏转离子，从而形成跨越电极1105的电压。MHD功率可耗散于电
负载1106中。图12至16的电极1002也可用作MHD电极。图19中所示的磁流体动力学能量转换
器1006也可包括另一组亥姆霍兹线圈(未示出)，以向磁性扩展段中的流动等离子体提供洛
伦兹偏转场，从而在电极1105产生跨越负载1106施加的电压。
[0872] 在磁流体动力学能量转换器1006的一些实施方式中，沿着z轴流动的离子(其中中v∥>>v⊥)接着可进入压缩段。压缩段可包括递增的轴向磁场梯度，其中与z轴方向平行的电
子运动分量v∥因绝热不变量 ＝恒定而至少部分转换成垂直运动v⊥。因v⊥所得到的方位
角电流可围绕z轴形成。轴向磁场可使电流在运动平面中径向偏转而产生霍尔电压，例如在
盘形发电机磁流体动力学能量转换器的内环与外环电极之间产生霍尔电压。电压可驱动电
流流经电负载。在一些实施方式中，等离子体能量也可使用 直接转换器或任何其他适
合等离子体转换器装置转换为动力。
[0873] 如上文所讨论，为促进等离子体和离子操作和转换，磁流体动力学能量转换器1006的一部分或全部可存在于真空中。例如，磁流体动力学能量转换器1006内的压力范围
-10
可为约大气压至约10 托以上的负压。在一些实施方式中，例如，约束场1103和/或亥姆霍
兹线圈1104可存在于真空环境中。
[0874] 磁流体动力学能量转换器1006的磁场可由电源1004的电流提供，电源1004的电流除流向固体燃料1003的外，可流经其他电磁体。在一些实施方式中，磁流体动力学能量转换
器1006的磁场可由各别电源供电。
[0875] 如上文简要描述地，动力产生系统1020可包括电源1004，电源1004经配置可经由电极1002将低电压、高电流电力的短脉冲输送至固体燃料1003。可使用任何适合电源1004
或电源1004的组合，例如动力网、发电机、燃料电池、太阳能、风能、化学能、核能、潮汐能、热能、水电或机械波源、蓄电池、电源1020或另一电源1020。电源1004可包括泰勒-温菲尔德
ND-24-75型点焊机和EM测试型CSS 500N10电流浪涌发电机(8/20US达到10KA)。在一些实施
方式中，电源1004为DC，且等离子体能量转换器适于DC磁场，例如使用磁流体动力学或
能量转换器。
[0876] 电源1004可向电极1002(和电池1001，如果包括)提供高电流，且可向动力产生系统1020中的其他部件供电，例如向任何等离子体转换器或再生系统供电以将固体燃料点燃
产物转换回至可再循环的初始固体燃料。
[0877] 在一些实施方式中，电源1004也可接受电流，例如本发明中所指定的高电流。通过接受电流，可改进反应所致的自限制电荷积聚。也可包括一个或多个电流源和电流沉入。例
如，动力产生系统1020可包括以下一个或多个：变压器电路、LC电路、RLC电路、电容器、超级电容器、电感器、蓄电池和其他低阻抗或低电阻电路或电路或电路元件和电力储存元件或
适于接受电流的任何其他装置或装置组合。
[0878] 现转向图20和21的示例性实施方式，除参考图12至19讨论的电极、电源和等离子体-能量转换器1006的外，动力产生系统1020也可包括其他组件。例如，动力产生系统1020
可包括输送机构1005用于将固体燃料1003输送至电极1002之间的燃料装载区1017。动力产
生系统1020中所包括的输送机构类型可至少部分地视例如输送至燃料装载区1017的燃料
的状态、类型、尺寸或形状而定。例如，在图20的实施方式中，固体燃料1003描绘为团粒形
式。适用于传递燃料集结粒的输送机构1005可包括圆盘传送带，圆盘传送带经配置可旋转
以便将团粒输送至燃料装载区1017。在图20的示例性实施方式中，输送机构1005可传送沿
着圆盘传送带的周边区域所间隔的许多燃料丸。当圆盘传送带旋转时，可将连续不断的团
粒输送至电极1002之间的燃料装载区1017。
[0879] 在一些实施方式中，圆盘传送带可预载有预定数量的燃料丸。虽然图20描绘圆盘传送带上预装载有八个团粒，但输送机构1005上可预装载有任何数量的团粒。圆盘传送带
可采取配置为移除和置换的抛弃式滤芯形式。在这些实施方式中，输送机构1005可进一步
包括指示器用于指示剩余团粒数目、所用团粒数目或滤芯需要置换的时间。在一些实施方
式中，滤芯可装载有一次性就位的团粒，或可预载且接着当使用团粒时再次装载。例如，各
别储存和/或装载机构可配合输送机构1005运行以便在使用时置换团粒。在这些可重载或
可装载实施方式中，滤芯可为可置换的、可抛弃的或永久的。
[0880] 另外，将固体燃料1003的团粒输送至燃料装载区1017可包括将团粒从圆盘传送带移出，或可仅仅包括趁团粒仍在圆盘传送带上、使团粒定位于电极1002之间。此外，虽然图
20中的圆盘传送带上的团粒描绘为裸露，但团粒也可容纳于圆盘传送带内或部分地被包
围，例如被外壁、被团粒之间的个别隔板或被外罩包围。传递团粒至燃料装载区1017可包括
例如裸露所传递的团粒或分配圆盘传送带上的团粒。在另一个实施方式中，图20中的包含
团粒的圆盘传送带可容纳于真空室中，真空室也可容纳电极1002、燃料装载区1017和等离
子体-电转换器1006。
[0881] 在一些实施方式中，一次可输送一个团粒至燃料装载区1017。在其他实施方式中，固体燃料1003点燃之前，可输送超过一个团粒至燃料装载区1017。固体燃料1003可以恒定
速率或以可变速率输送。输送速率能够以人工或自动方式(例如根据反馈或时程)改变，以
便例如改变功率输出或维持基本上恒定输出。当电极1002开放和闭合以接收燃料时或当其
移动以对燃料点燃时(在可移动实施方式中或使用可移动压缩机构1002a的实施方式中)，
燃料传递可与电极1002移动同步。
[0882] 在图21的实施方式中，输送机构1005描绘为用于输送固体燃料1003的加料斗或储槽。加料斗可输送燃料样品，如图20中所示的团粒，或可输送固体燃料1003的颗粒，例如在
固体燃料1003呈粉末形式的实施方式中。粉末状燃料可于个体囊盒中，以类似于输送团粒
的方式输送，或可以大量松散粉末的形式输送。液体燃料可于囊盒中输送，或可以例如液
流、蒸气、喷雾或液滴形式输送。加料斗可输送一个或多个团粒至燃料装载区1017或可输送
定量的粉末或液流至燃料装载区1017。如上文参照图20所讨论，输送至燃料装载区1017的
燃料的量或速率可为恒定的或可改变且可利用任何适合方法控制。
[0883] 加料斗可包括滑槽、阀、滴管，或任何适合结构用于导引和/或调控固体燃料1003流至燃料装载区1017。在一些实施方式中，加料斗可采取流体分配器的形式且可分配呈液
体或气体形式的固体燃料1003。另外，加料斗或任何输送机构1005可包括一个或多个传感
器用于侦测固体燃料或输送机构的参数。例如，输送机构1005以可运行方式连接至一个或
多个传感器以侦测例如压力、温度、填装高度、移动、流动速度或任何其他适合参数。传感器可运行地连接至显示器、测量计、控制系统，或用于测量资料与外部读出器通信的任何适合
构件，或根据测量参数调控动力产生系统1020的构件。一个或多个传感器可有助于例如测
定或控制输送至流体区域1017的燃料的量，侦测剩余或已用固体燃料1003的总量，或其内
固体燃料1003的状况。
[0884] 在一些实施方式中，加料斗可定位于燃料装载区1017上，使得当输送固体燃料1003的样品时，重力促使固体燃料落入燃料装载区1017中。在其他实施方式中，加料斗可紧
邻于燃料装载区1017或位于燃料装载区1017下方且配置为横向或向上逆着重力喷射或推
动固体燃料样品，以将固体燃料1003输送至燃料装载区1017。例如，加料斗可包括横杆、活
塞、弹簧、气动装置、螺旋钻、传送机、液压装置或电气装置或触发装置，或用于主动推动(与经由重力被动落下相反)固体燃料1003至燃料装载区1017中的任何其他适合机构或机构组
合。
[0885] 在一些粉末状实施方式中，固体燃料1003可作为间歇流从顶置式加料斗流动，且电极1002彼此间移开以接收流动的粉末状或液体固体燃料1003以及彼此间移近以对燃料
流点燃时，可使间歇流的时序同步以适应电极1002的尺寸。或者，燃料输送可为连续的。
[0886] 在一些粉末实施方式中，固体燃料1003可呈细粉形式，例如通过对再生或再加工的燃料进行球磨(或任何其他适用技术)而形成的粉末。示例性燃料混合物可包括例如过渡
金属、其氧化物和H2O。在这些实施方式中，输送机构1005可包括喷雾器(例如气动、气溶胶、机械或电子喷雾器)，且细粉状固体燃料1003(例如悬浮体或雾)可喷射于燃料装载区1017
中。
[0887] 在图22的实施方式中，可使用传送带输送固体燃料1003。例如，传送带(而非圆盘传送带)可将燃料移入装载区域1017中。传送带可预装载或可通过固体燃料装载机1013自
燃料来源1014装载且将固体燃料1003自燃料来源传送至燃料装载区1017。例如，装载机
1013可使固体燃料1003的样品自燃料来源1014沉积至传送带1005上，或传送带1005可与燃
料来源相互作用于便在其经过或通过燃料来源时自燃料来源取出一定量的固体燃料1003。
传送带可横向延伸至燃料装载区1017(平齐于、高于或低于燃料装载区1017)或可垂直于燃
料装载区1017扩展。在垂直实施方式中，传送带可包括一系列隔室、匙杓或突出部分，其配
置为使固体燃料1003的样品沿着传送带传送至燃料装载区1017。另外，输送固体燃料1003
至燃料装载区1017可包括允许固体燃料1003保留在传送带上或使固体燃料1003移离传送
带而进入装载区域中。
[0888] 在其他实施方式中，输送机构1005可包括其中螺纹配置为使固体燃料1003移动的螺旋传送机，或可包括一个或多个齿轮、阀、横杆、滑轮、喷雾器、流体分配器、滴管或任何其他适合输送机构。
[0889] 此外，任何适合输送机构1005或输送机构1005的组合可用于输送固体燃料1003至燃料装载区1017。例如，加料斗可配合圆盘传送带或传送带使用，以便装载或重载圆盘传送
带或传送带，从而置换所输送的燃料，或传送带可输送固体燃料1003至加料斗或圆盘传送
带。
[0890] 另外，如图23中所示，输送机构1005可输送燃料1003至多个燃料装载区1017，例如在其中系统1020包括多组电极1002和/或多个电池1001的实施方式中。在其他实施方式中，
多个输送机构1005可伺候多个燃料装载区1017，或多个输送机构1005可伺候单个燃料装载
区1017。这些实施方式可允许系统1020的动力产生增强。
[0891] 动力产生系统1020也可包括移除系统用于自燃料装载区1017移除废燃料的副产物。副产物可包括废燃料、未反应燃料，或固体燃料1003反应时所形成的任何产物。移除系
统可与输送机构1005分开，或输送机构1005除向电极装载用于点燃的燃料的外，也可执行
移除废燃料的功能。
[0892] 在输送机构1005也执行移除功能的实施方式中，输送机构1005可采取例如从燃料装载区1017移出废燃料的传送带形式，其也可为将燃料移入燃料装载区1017中的传送带。
在一些实施方式中，固体燃料1003和传送带可采取连续条带形式，其仅在电流流过时点燃。
在此实施方式中，固体燃料1003一般可指固体燃料带的一部分，且条带的尚未点燃的新部
分可移入燃料装载区1017中且接着一旦点燃则自燃料装载区1017移出。在其他条带实施方
式中，条带可包括粉末状燃料包或可附着至条带上的燃料丸，且当条带沿着传送机移动时，
燃料包或燃料丸可移入装载区域1017中点燃且接着一旦用过则可移离装载区域1017。
[0893] 在一些实施方式中，输送机构1005可包括圆盘传送带，圆盘传送带旋转而将固体燃料1003输送至燃料装载区1017中，停顿而点燃，且接着旋转而将废燃料自该区域移出且
使新固体燃料1003定位于电极1002之间的燃料装载区1017用于下一个点燃过程。圆盘传送
带或传送带或执行移除与输送功能的任何输送机构可由耐熔融或耐腐蚀的适合材料涂布
或形成，例如陶瓷、石英、金刚石薄膜或金属(例如耐火合金、高温耐氧化合金[例如TiAlN]，或高温不锈钢)，或其任何适合组合。这些材料可允许固体燃料1003在点燃期间保留于输送
机构1005上而不会实质上损害输送机构1005的完整性。仅提供输送或移除功能的一的输送
和/或移除机构也可由例如提供额外保护或降低磨损的类似涂料或材料形成。
[0894] 在移除系统与输送机构1005分开的实施方式中，移除系统可包括圆盘传送带、传送带、或参考输送机构1005所述的任何机构，且可与输送机构1005相互作用或与输送机构
1005分别运行。在一些实施方式中，移除系统可促使所导引的流体(例如水或空气)爆发，以
便自燃料装载区1017排出废燃料。在其他实施方式中，真空可自燃料装载区1017抽出废燃
料，磁体可自燃料装载区1017排斥或吸引废燃料，或静电收集系统可自装载区域1017移出
废燃料。电极1002也可移动，以使得废燃料可因例如重力而脱离燃料装载区1017。横杆、清
扫器、耙、钩、刮刀或其他机械装置可推动、牵引或提升废燃料离开燃料装载区1017。也可通过类似机构自等离子体-电转换器1006(例如MHD转换器)移除废燃料或产物。
[0895] 在其他实施方式中，因为废固体燃料1003可能基本上毁坏、气化或以其他方式“耗尽”，使得固体燃料1003点燃之后剩余的废燃料很少或可忽略，则可无需移除系统。
[0896] 在图20的示例性实施方式中，圆盘传送带可充当从燃料装载区1017移出废燃料的部分移除系统，但一旦从装载区域1017移出废燃料时，则可利用自圆盘传送带移除废燃料
的另一移除系统1013工作。移除系统1013可类似地配合传送带或上述任何其他输送机构
1005使用。移除系统1013也可向圆盘传送带或其他输送机构1005重载未用固体燃料1003以
便引入装载区域1017中。
[0897] 移除系统1013也可配合再生系统1014工作，再生系统1014可使废燃料再循环(例如再循环至可用成分中，例如燃料和高能材料)。另外，输送机构1005可配合移除系统1013
和再生系统工作1014，如图20的示例性实施方式中所示。废固体燃料可通过输送系统1005
从燃料装载区1017除去，通过移除系统1013从输送系统1005除去，通过再生系统1014处理，
且接着可用来自再生系统1014的再生燃料回填输送系统1005，例如经由移除系统1013回填
输送系统1005，移除系统1013也可充当重载系统。或者，重载系统可与移除系统1013分开。
[0898] 在图21的实施方式中，固体燃料1003可自加料斗输送机构1005分配至燃料装载区1017中。电极1002点燃时，固体燃料1003可在所产生的脉冲或爆发反应事件期间部分地或
完全地气化成气体物理状态以形成等离子体。一经形成，则等离子体可通过等离子体-电转
换器1006，且再合并的等离子体可形成气态原子和化合物。这些气态原子和化合物可通过
冷凝器1015冷凝且通过移除系统1013收集且传送至再生系统1014。例如，移除系统1013可
包括连接至再生系统1014的传送机，其可进一步连接至加料斗输送机构1005。废燃料可自
燃料装载区1017移至冷凝器1015和/或移除系统1013、再生系统1014、储存组件和/或输送
机构1005，且移回至区域1017。冷凝器1015和移除系统1013可包括收集和移动材料的任何
适合系统或系统组合，包括例如静电收集系统、螺旋钻、传送机、圆盘传送带或气动(例如真空或正压)系统。
[0899] 在一些实施方式中，电源1004可向移除系统1013和/或再生系统1014供电。动力产生系统1020可进一步包括输出功率端子1009，其配置为导引等离子体-电转换器1006所产
生的动力。终端1009处输出的电力的一部分可供应至移除系统1013和/或再生系统1014和/
或冷凝器1015，以提供扩展使反应产物再生成最初固体燃料1003所必需的化学反应的电功
率和电力。输出端子1009输出的功率也可用于供给动力产生系统1020的任何适合部件。在
包含金属氧化物和耐受与H2O反应的金属和H2O的固体燃料的示例性实施方式中，再生包含
使产物再水合。
[0900] 动力产生系统1020也可包括温度调控系统。例如，冷却系统可将固体燃料1003点燃所产生的热量从系统1020除去。如图20至25中所示，系统1020可选地包括热交换器1010。
在图24的示例性实施方式中，来自热交换器1010的一部分热量可通过冷却剂管线1011和
1012转移至再生系统1014。再生系统1014内的热量可提供扩展使反应产物再生成最初固体
燃料1003所需的化学反应的热能和热能。在一些实施方式中，来自等离子体-电转换器1006
的一部分输出动力也可用于向再生系统1014供电。
[0901] 再生系统1014可利用任何适合反应或反应组合使固体燃料1003再生，包括化学反应器章节和固体燃料催化剂诱导的分数氢跃迁(SF-CIHT)电池章节中所述的任何反应或反
应组合，例如添加H2、H2O、热再生或电解再生。由于相对于起始反应的输入能，反应的能量增益非常大(在一些实施方式中，其可为NiOOH情况下的100倍(例如5.5kJ输出相较于46J输
入))，因此产物(例如Ni2O3和NiO)可通过电化学反应和/或化学反应转化为氢氧化物且接
着转化为羟基氧化物。在其他实施方式中，可用金属(例如Ti、Gd、Co、In、Fe、Ga、Al、Cr、Mo、Cu、Mn、Zn和Sm)和相应氧化物、氢氧化物和羟基氧化物取代Ni。固体燃料1003也可包括金属氧化物和H2O，和相应金属作为导电性基质。产物可为金属氧化物。固体燃料可通过一部分
金属氧化物经氢还原为金属、接着与已再水合的氧化物混合而再生。具有利用微热(例如小
于约1000℃)和氢气容易还原成金属的氧化物的适合金属包括例如Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In，或其组合。
[0902] 在另一个实施方式中，固体燃料1003可包括(1)不容易由H2和微热还原的氧化物，例如氧化铝、碱土金属氧化物和稀土氧化物；(2)氧化物能够在适当温度(例如小于约1000
℃)下用H2还原成金属的金属；和(3)H2O。示例性燃料为MgO+Cu+H2O。H2可还原氧化物与不可还原氧化物的混合物可用H2处理且在温和条件下加热，使得仅有该可还原金属氧化物转化
为金属。此混合物可进行水合作用而包含再生燃料。示例性燃料为MgO+Cu+H2O；其中产物
MgO+CuO经历H2还原处理而产生MgO+Cu，其经水合而形成燃料。
[0903] 在另一个实施方式中，可通过添加H2O而使产物再生成反应物。例如，燃料或高能材料可包括H2O和导电性基质，且再生可包括添加H2O至废燃料中。添加H2O而使废燃料再生
和形成固体燃料1003可为连续的或间歇的。在其他实施方式中，金属/金属氧化物反应物可
包括与H2O反应性较低的金属，其对应氧化物能够还原成金属。具有较低H2O反应性的适合示
例性金属为选自以下者：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr，或其任何组合。金属可在点燃反应期间转化为氧化物形式。对应于金属反应物的氧化物产物可通过再生系统1014再生回至初始金属，
此可包括通过例如系统和其他适合系统进行氢还原。氢气可通过H2O电解供应。在另一个实
施方式中，通过碳还原、还原剂(例如更强氧活性金属)还原或通过电解(例如熔融盐电解)
而使氧化物再生成金属。氧化物形成金属可通过本领域技术人员已知的任何适合系统和方
法达成。
[0904] 在其他实施方式中，水合金属/金属氧化物固体燃料可包括与H2O反应性较低的金属，其对应氧化物不在点燃期间形成。具有较低H2O反应性的适合示例性金属为选自以下
者：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In，或其任何组合。包含未反应金属和金属氧化物的产物经再水合而形成再生固体燃料。在另一个实施方式中，固体燃料包含含有H2O的碳。等离子体凝结的
碳产物可在再生循环中再水合而再形成固体。
[0905] 固体燃料1003可一次性使用且不使用再生步骤。例如，包含H和O的碳(例如蒸汽碳或活性炭)可为适合的示例性反应物或固体燃料1003，其可能消耗而无需再生。在这些实施
方式中，动力产生系统1020可不包括再生系统1014或冷凝器1015。
[0906] 上文关于输送机构1005、移除系统1013或再生系统1014所述的机械作用可由本领域技术人员已知的任何适合系统(包括例如气动、螺线管或电动机作用系统)达成。另外，输
送机构1005、移除系统1013或再生系统1014可分别由电源1004、输出功率端子1009和用于
动力产生系统1020中的其他组件的任一个的任何其他电源供电或与其组合。
[0907] 示例性动力产生方法可如下进行。指定固体燃料1003的反应物点燃而产生等离子体。等离子体-电转换器1006可利用等离子体产生动力。等离子体-电转换器1006可进一步
包括等离子体产物冷凝器和至输送机构1005的传送机。产物接着可通过输送机构1005(例
如圆盘传送带)输送至移除系统1013，移除系统1013将产物自输送机构1005传送至再生系
统1014。在再生系统1014中，废固体燃料可再生成最初反应物或固体燃料1003且接着经由
移除系统1013或单独的重载组件导引回至输送机构1005。
[0908] 固体燃料1003的点燃产生输出等离子体和热能。等离子体能量可通过等离子体-电转换器1006直接转换为电，如上文所讨论。如图25的实施方式中所示，至少一些能量也可
转移且储存于系统1020所包括的储存装置1018中。储存装置1018可储存任何适合能量形
式，包括例如电能、化学能或机械能。储存装置1018可包括例如电容器、高电流变压器、蓄电池、飞轮或任何其他适合功率储存装置，或其组合。系统1020可包括储存装置1018，例如以
将通过等离子体-电转换器1006所产生的功率储存以供系统1020随后使用、供另一装置(例
如外部负载)随后使用，或使任何间歇现象衰减。系统1020配置为对储存装置1018再充电或
填充，储存装置1018一经填充接着可移除且连接至各别装置以供电。系统1020可选地可包
括储存装置，其配置为接收且储存系统1020所产生的功率的一些或全部以供系统1020随后
使用，例如用作备用电源。如图25中所示，储存装置1018可电连接至输出功率调节器1007和
电源1004。由此可允许系统1020所产生的一部分能量经由电源1004反馈至系统1020中，在
系统1020中，其可用于例如向电极1002或系统1020的任何其他适合组件供电。在其他实施
方式中，储存装置1018可不接收系统1020所产生的功率且改为仅向系统1020供电。此外，代
替储存装置1018或除了储存装置1018以外，系统1020可电连接至外部装置或动力网，使得
系统1020所产生的功率可直接向单独装置供电或直接向单独电网供电。在一些实施方式
中，来自系统1020的电池1001的电输出可输送低电压、高电流电能的短脉冲，将另一电池的
燃料点燃，从而将所产生的动力再用于燃料系统1020而无需使用储存装置1018。此外，电源
1004可包括自系统1020接收动力、在向系统1020供电时使用的其专用储存装置1018，如图
25的实施方式中。
[0909] 各电极1002和/或电池1001也输出热能，其可分别通过输入冷却剂管线1011和输出冷却剂管线1012自热交换器1010提取。热能可直接用于加热或可转换为动力。动力产生
系统1020可进一步包括热电转换器。转换可使用任何适合能量转换器达成，例如动力装置
(例如常规郎肯或布雷顿型动力装置)、配有锅炉的蒸汽装置、汽轮机、发电机，或配有发电
机的燃气轮机。示例性反应物、再生反应和系统以及能量转换器描述于例如国际申请PCT/
US08/61455、PCT/US09/052072、PCT/US10/27828、PCT/US11/28889、PCT/US12/31369和PCT/US13/041938中，各案以全文引用的方式并入本文中。其他适合能量转换器可包括例如热离
子和热电能量转换器和热机(例如斯特林发动机)。热交换器1010可用于冷却电极1002、等
离子体-电转换器1006、燃料装载区1017或系统1020的任何适合组件。
[0910] 动力产生系统1020所产生的电功率可进一步通过输出功率调节器1007调节，输出功率调节器1007通过功率连接器1008连接至等离子体-电转换器1006。输出功率调节器
1007可改变所产生动力品质以与动力正传向的内部或外部电负载设备相容。所产生的动力
品质可包括电流、电压、频率、噪音/同调，或任何其他适合品质。输出功率调节器1007和通过功率连接器1008连接的等离子体-能量转换器1006的功率流可加以调节以便改变功率的
调适，例如以反映电负载设备的变化或系统1020所产生的功率。调节器可执行一种或多种
功能，包括例如功率水平、电压调控、功率因子校正、噪音抑制或瞬时脉冲保护。在一个示例性实施方式中，输出功率调节器1007可使系统1020所产生的功率适应所要波形，例如60Hz 
AC功率，以对变化负载维持更恒定的电压。
[0911] 调节后，则所产生的动力可自调节器1007、经由输出端子1009传送至负载。尽管示例性图中描绘两个功率连接器1008连接至两个等离子体-电转换器1006和一个输出功率调
节器1007，但系统1020中可并入任何适合数量的此等装置和此等装置的配置。此外，动力产
生系统1020中可包括任何数量的输出功率端子1009和输出功率端子1009的配置。
[0912] 在一些实施方式中，如上文所讨论，功率输出端子1009处的一部分功率输出可用于向电源1004供电，例如提供约5-10V、10,000-40,000A DC功率。MHD和PDC能量转换器可输
出能够向电极1002再供电的低电压、高电流DC功率，以促使随后供应的燃料点燃。在一些实
施方式中，超级电容器或蓄电池可通过供应起始发火的功率而用于引发电池1001，以便输
出功率调节器1007提供用于随后点燃的功率，输出功率调节器1007又可由等离子体至电能
量转换器1006供电。
[0913] 另外，其中冷却剂流经入口管线1011和出口管线1012的热交换器1010可提取热能。预期存在额外的热交换器，例如位于容器1001或等离子体-电转换器(例如MHD转换器
1006)上的一个或多个热交换器。热交换器各自可包含水冷壁型，或包含管线、管道或通道
中含有和循环冷却剂的类型。热量可转移至热负载或转移至热电功率转换器。热电转换器
的输出功率可用于向负载供电，且一部分可用于向电源1004供电。
[0914] 动力产生系统1020可进一步包括控制系统1030，控制系统1030可为系统1020的一部分或可自系统1020分离和/或移除。控制系统1030可监视系统1020且/或可使系统1020的
一部分或全部自动运行。例如，控制系统1030可控制点燃的时序、用于引起点燃的电流或电
压的量、输送机构1005的速度和/或自燃料装载区1017输送或移除燃料的时序或量、电极
1002的定位和/或移动、燃料再生、所产生动力在系统1020内的流动(例如向一个或多个组
件供电或储存于储存装置中)、所产生动力离开系统1020的流动、启动系统1020的冷却或加
热、监视系统1020的一个或多个参数(例如温度、压力、填装高度、动力产生参数(如电流和
电压)、磁场、运动、维持指标或任何其他适合参数)、开启或关闭系统1020、启动安全机构或备用模式，或控制系统1020的任何其他适合功能。在一些实施方式中，控制系统1030仅可监
视系统1020。
[0915] 动力产生系统1020也可包括一个或多个测量装置1025，这些测量装置可运行地连接至系统1020的一个或多个组件且配置为测量适合参数。虽然图20描绘一个测量装置1025
位于功率输出端子1009，但一个或多个测量装置1025可运行地连接至系统1020中的任何适
合组件且可定位于动力产生系统1020的任何适合组件内、组件上或组件附近的任何适合位
置。测量装置1025可运行地连接至显示器、测量计、控制系统1030，或用于测量资料与外部
读出器通信的任何适合构件。测量装置1025可包括传感器，例如侦测温度、压力、填装高度、动力产生参数(例如电流、电压)、磁场、运动、维持指标或任何其他适合参数的传感器。这些传感器配置为向系统1020或控制系统1030的操作者警告存在或可能存在与系统1020有关
的某些状况，例如通过音讯或视讯警报。在一些实施方式中，配合系统1020工作的传感器可
形成反馈系统以促进系统1020根据一个或多个有意义参数自动运行。在一些实施方式中，
例如，若侦测到一个或多个参数高于或低于预定关断阈值，则测量装置1025所测量的一个
或多个参数可启动紧急关断或备用模式，以防止损坏系统1020或周围区域，或有利于维护
或修理。
[0916] 控制系统1030和/或测量装置1025可与系统1020的任何适合组件通信、与系统1020内的控制机构通信以促进自动运行，或与处理器或显示器通信。控制系统1030可包括
可运行地连接至动力产生系统1020的处理器。处理器可包括例如可程式化逻辑控制器
(PLC)、可程式化逻辑继电器(PLR)、远程终端单元(RTU)、分布式控制系统(DCS)、印刷电路
板(PCB)，或能够控制动力产生系统1020的任何其他类型的处理器。显示器可运行地连接至
控制系统1030且可包括能够以图形描绘资讯的任何类型的装置(例如CRT监视器、LCD荧幕
等)测量装置1025和/或控制系统1030可彼此间直接连接且/或连接至系统1020的组件(例
如经由硬连线)或可无线连接(例如WiFi、蓝牙)。此外，动力产生系统1020、测量装置1025
和/或控制系统1030配置为与远程装置(例如智慧型电话)或远程功率控制设施通信，以便
远程监视和/或控制系统1020。此外，若动力产生系统1020完全或部分地自动运行，则系统
1020也可包括手动超控，其可远程和/或当场致动。
[0917] 在一些实施方式中，动力产生系统1020可自主地或半自主地运行。例如，系统1020可产生足以向自身供电以便连续运行的动力。系统1020可产生足以向系统1020中所包括的
储存装置供电的动力，在主电源切断或当所供动力较低时，该储存装置可用作备用电源。系
统1020也可产生足以向外部负载装置供电的动力，同时为自身连续运行一段时间提供足够
的动力而无需自外部电源接收动力。系统1020的这些实施方式，尤其当与控制系统1030组
合时，可允许动力产生系统1020部分地或完全地自足且自主，例如可选地独立于电网或传
统化石燃料基础设施。
[0918] 这些自足实施方式可适用于向难接取位置或与电源不相容或其中电源不可预知的位置提供动力，或用于其他独立或内部用途。例如，虽然系统1020连续超时运行，产生足
以供运行(间歇地(需要时)或连续地)的动力，同时也产生向负载供电的额外动力，但是动
力产生系统1020可建立于远程位置且接着保持且远程监视(即使有的话)。控制系统1030可
控制系统1020的一个或多个组件以缓冲动力产生，例如独立于外部电源运行。在这些自主
和/或半自主实施方式中，动力产生系统1020可包括如上文所讨论的再生系统以允许全部
或大部分燃料反应物可再使用，使得反应物需要补充的频率降低(即使有的话)。另外，在需
要水作为燃料或反应物用于固体燃料或高能材料再生的实施方式中，动力产生系统1020可
包括例如水收集组件，水收集组件配置为将周围环境的水收集至燃料系统1020中。水收集
组件可包含吸湿性材料，例如自周围大气提取H2O的本发明吸湿性材料。
[0919] 本发明的自主、半自主或非自主实施方式可用于向外部负载供电。本发明的实施方式可用于向家居用品(例如加热或冷却系统、电器、电子设备等)、车辆(例如小汽车、卡
车、飞机、堆高机、火车、船、摩托车等)供电，用于工业用途，用于地方电站或发电机，用于电讯，例如资料中心，或用于任何适合应用。不同示例性实施方式可使用不同类型的燃料(例
如主要包含H2O的水性固体燃料和因固体燃料的导电元件而具高度导电性的那些物质)、不
同点燃参数，和/或系统组件的不同配置以便产生适量动力用于向不同外部负载供电的不
同应用。下文提供一些示例性装置和其一般示例性动力用途以表明动力产生系统1020配置
为输出的示例性动力范围。另外，自主或半自主动力产生系统1020可产生比指定用途所需
的动力多的动力，以便供应可再引回至系统1020的剩余动力以向系统运行供电。较大型动
力系统可通过将多个模组化动力产生系统1020配置或连接而达成。连接可为串联、并联或
其组合，以使组合单元达成所要电压、电流和功率。
[0920]
[0921] X.其他机械动力产生实施方式
[0922] 在本发明的一个实施方式中，提供产生机械动力的系统。系统可包括至少约5,000A的电源、配置为产生等离子体和热能中的至少一种的点燃室，和配置为将本发明的固
体燃料输送至点燃室的燃料输送装置。适于对水或水类燃料源(是指本发明的固体燃料或
高能材料)点燃以产生机械动力的示例性固体燃料明示于本发明的内部SF-CIHT电池发动
机章节中。此章节中所公开的各实施方式可使用本发明的固体燃料。系统也可包括连接至
电源且配置为向固体燃料供电以产生等离子体的一对电极，和定位于点燃室内且配置为相
对于点燃室移动以输出机械动力的活塞。
[0923] 在另一个方面中，系统可包括至少约5,000A的电源、配置为产生等离子体和热能中的至少一种的点燃室，和配置为将本发明的固体燃料输送至点燃室的燃料输送装置。系
统也可包括连接至电源且配置为向固体燃料供应电功率以产生等离子体的一对电极，和与
出口孔处于流体连通且配置为旋转以输出机械动力的涡轮机。
[0924] 在另一个方面中，系统可包括容量为至少约5,000A的电源，和配置为旋转以输出机械动力的叶轮，其中叶轮可包括配置为产生等离子体和热能中的至少一种的中空区且中
空区可包括配置为接收工作流体的进口。系统可进一步包括配置为将本发明的固体燃料输
送至中空区的燃料输送装置，和连接至电源且配置为向中空区供电以对固体燃料点燃且产
生等离子体的一对电极。
[0925] 在另一个实施方式中，系统可包括至少约5,000A的电源，和配置为旋转输出机械动力的可移动元件，其中可移动元件至少部分地界定配置为产生等离子体和热能中的至少
一种的点燃室。而且，系统可包括配置为将固体燃料输送至点燃室的燃料输送装置，和连接
至电源且配置为向固体燃料供电以产生等离子体的一对电极。
[0926] 在另一个实施方式中，系统可包括至少约5,000A的电源，和多个点燃室，其中多个点燃室中的每一个配置为产生等离子体和热能中的至少一种。系统也包括配置为将固体燃
料输送至多个点燃室的燃料输送装置，和多个连接至电源的电极，其中多个电极中的至少
一个与多个点燃室中的至少一个相连且配置为向固体燃料供电以产生等离子体。
[0927] 在另一个实施方式中，系统可包括至少约5,000A的电源、配置为产生电弧等离子体和热能中的至少一种的点燃室，和配置为将水类燃料输送至点燃室的燃料输送装置。系
统可进一步包括连接至电源且配置为向燃料供电以产生电弧等离子体的一对电极，和流体
连接至点燃室且配置为相对于点燃室移动以输出机械动力的活塞。
[0928] 在另一个实施方式中，系统可包括至少约5,000A的电源；配置为产生电弧等离子体和热能中的至少一种的点燃室，其中点燃室包括出口孔；和配置为将水类燃料输送至点
燃室的燃料输送装置。也可包括连接至电源且配置为向燃料供电以产生电弧等离子体的一
对电极，和与出口孔处于流体连通且配置为旋转以输出机械动力的涡轮机。
[0929] 在另一个实施方式中，系统可包括至少约5,000A的电源；配置为旋转以输出机械动力的叶轮，其中叶轮包括配置为产生电弧等离子体和热能中的至少一种的中空区且中空
区包括配置为接收工作流体的进口端；配置为将水类燃料输送至中空区的燃料输送装置；
和连接至电源且配置为向中空区供电以对水类燃料点燃且产生电弧等离子体的一对电极。
[0930] 在另一个实施方式中，系统可包括至少约5,000A的电源；多个点燃室，其中多个点燃室中的每一个配置为产生电弧等离子体和热能中的至少一种；配置为将水类燃料输送至
多个点燃室的燃料输送装置；和连接至电源的多个电极，其中多个电极中的至少一个与多
个点燃室中的至少一个相连且配置为向水类燃料供应动力以产生电弧等离子体。
[0931] 在另一个实施方式中，点燃室可包括界定中空腔室的外壳，中空腔室配置为至少形成等离子体、电弧等离子体和热能；与中空腔室处于流体连通的燃料容器，其中燃料容器
电连接至一对电极；和与中空腔室处于流体连通的可移动元件。
[0932] 在另一个实施方式中，点燃室可包括界定中空腔室的外壳，和与中空腔室处于流体连通的注射装置，其中注射装置配置为将燃料注入中空腔室内。腔室可进一步包括电连
接至中空腔室且配置为向燃料供应足以在中空腔室中产生等离子体、电弧等离子体和热能
中的至少一种的电功率的一对电极；和与中空腔室处于流体连通的可移动元件。
[0933] 在另一个实施方式中，产生机械动力的方法可包括将固体燃料输送至点燃室，和使至少约5,000A的电流通过固体燃料和向固体燃料施加小于约10V的电压以对固体燃料点
燃和产生等离子体和热能中的至少一种。方法也可包括将热能与工作流体混合，和将工作
流体引向可移动元件以移动可移动元件和输出机械动力，其中在本发明中，其表示等离子
体和电弧等离子体的功率自发地衰减或转换成热能。热能可通过例如压力体积功的方式转
换为机械动力。等离子体可通过等离子体-能量转换器(例如本发明的那些物，例如MHD或
PDC转换器)直接转换为电功率。电功率可通过例如电动机的方式转换为机械动力，或等离
子体或电弧等离子体功率可转换为热且热能可通过例如热机的方式转换为机械动力，其中
热量可与压力体积功关联。
[0934] 另一方法可包括将水类燃料输送至点燃室和使至少约10,000A的电流通过水类燃料和向水类燃料施加至少约4kV的电压以对水类燃料点燃，从而产生电弧等离子体和热能
中的至少一种。又，方法可包括将热能与工作流体混合和将工作流体导向可移动元件以移
动可移动元件和输出机械动力。
[0935] 另一方法可包括向点燃室供应固体燃料、将至少约5,000A供应至电连接至固体燃料的电极、在点燃室中对固体燃料点燃以产生等离子体和热能中的至少一种，和将等离子
体和热能中的至少一种的至少一部分转换成机械动力。
[0936] 另一方法可包括将水类燃料供应至点燃室、将至少约5,000A供应至电连接至水类燃料的电极、在点燃室中对水类燃料点燃以产生电弧等离子体和热能中的至少一种，和将
电弧等离子体和热能中的至少一种的至少一部分转换成机械动力。
[0937] 本发明的另一实施方式提供用于陆上运输的机器。该机器可包括至少约5,000A的电源、配置为产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一种的点燃室，和配置为将燃料
输送至点燃室的燃料输送装置。该机器也可包括连接至电源且配置为向燃料供电以产生等
离子体、电弧等离子体和热能中的至少一种的一对电极；与点燃室流体连接且配置为相对
于点燃室移动的可移动元件；和与可移动元件机械连接且配置为向运输元件提供机械动力
的驱动轴。
[0938] 本发明的另一实施方式提供用于航空运输的机器。该机器可包括至少约5,000A的电源、配置为产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一种的点燃室，和配置为将燃料
输送至点燃室的燃料输送装置。该机器也可包括连接至电源且配置为向燃料供电以产生等
离子体、电弧等离子体和热能中的至少一种的一对电极；与点燃室流体连接且配置为相对
于点燃室移动的可移动元件；和与可移动元件机械连接且配置为在航空环境中提供推进力
的航空元件。
[0939] 本发明的另一个实施方式提供用于海上运输的机器。该机器可包括至少约5,000A的电源、配置为产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一种的点燃室，和配置为将燃
料输送至点燃室的燃料输送装置。该机器也可包括连接至电源且配置为向燃料供电以产生
等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一种的一对电极；与点燃室流体连接且配置为相
对于点燃室移动的可移动元件；和与可移动元件机械连接且配置为在海洋环境中提供推进
力的航海元件。
[0940] 本发明的另一个实施方式提供工作机器，该机器可包括至少约5,000A的电源、配置为产生等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一种的点燃室，和配置为将燃料输送至
点燃室的燃料输送装置。工作机器也可包括连接至电源且配置为向燃料供电以产生等离子
体、电弧等离子体和热能中的至少一种的一对电极；与点燃室流体连接且配置为相对于点
燃室移动的可移动元件；和与可移动元件机械连接且配置为提供机械动力的工作元件。
[0941] 在本发明的实施方式中，电源可为至少约10,000A，例如至少约14,000A。在本发明的其他实施方式中，电源可小于约100V，例如小于约10V或小于约8V。在本发明的其他实施
方式中，电源可为至少约5,000kW。在其他实施方式中，固体燃料可包含一部分水、一部分吸水材料和一部分导电成分，且非限制实例包括固体燃料的至少约30摩尔％的该部分水、固
体燃料的至少约30摩尔％的该部分吸水材料，和固体燃料的至少约30摩尔％的该部分导电
成分。
[0942] 在其他实施方式中，系统可包括配置为将工作流体输送至点燃室的进口。在某些实施方式中，工作流体可包括空气、H2O和惰性气体中的至少一种，且工作流体可在压力低
于大气压、等于大气压和高于大气压中的至少一种的情况下输送至点燃室。另外，系统可包
含电连接至活塞和点燃室中的至少一个的该对电极中的至少一个。在某些实施方式中，燃
料输送装置包括配置为将固体燃料的至少一部分注入点燃室内的注射装置，例如配置为将
气体、液体和固体颗粒中的至少一种注入点燃室内的注射装置。另外，燃料输送装置可包括
圆盘传送带。在某些实施方式中，燃料输送装置和该对电极中的至少一个可包括配置为接
收固体燃料的容器。
[0943] 本发明的某些实施方式进一步包括冷却系统、加热系统、真空系统和等离子体转换器中的至少一种。另外，某些系统可进一步包括再生系统，该再生系统配置为达成以下至
少一个：捕集、再生和再循环通过固体燃料点燃所产生的一种或多种成分。
[0944] 在本发明的实施方式中，该对电极中的至少一种可电连接至涡轮机和点燃室中的至少一种。另外，燃料输送装置可包括配置为将固体燃料的至少一部分注入点燃室内的注
射装置，或注射装置配置为将气体、液体和固体颗粒中的至少一种注入点燃室内。在某些实
施方式中，叶轮可包括至少一个配置为使工作流体的流动转向的叶片，且工作流体包括空
气、H2O和惰性气体中的至少一种。在其他实施方式中，工作流体可在压力低于大气压、等于大气压和高于大气压中的至少一种的情况下输送至中空区。
[0945] 在本发明的实施方式中，该对电极中的至少一种可电连接至叶轮和中空区中的至少一种。另外，燃料输送装置可包括配置为将固体燃料的至少一部分注入中空区内的注射
装置，且注射装置配置为将气体、液体和固体颗粒中的至少一种注入中空区内。
[0946] 在某些实施方式中，可移动元件可形成该对电极中的第一电极的至少一部分，且第二可移动元件可形成该对电极中的第二电极的至少一部分。在实施方式中，可移动元件
包括配置为接收燃料的容器，可移动元件可包括流体连接至点燃室且配置为导引等离子体
和热能中的至少一种的流动的喷嘴，可移动元件配置为在直线、弧形和旋转方向中的至少
一种方向上移动，且可移动元件包括齿轮和滚筒中的至少一种。
[0947] 图26描绘根据一个示例性实施方式的机械动力产生系统2010。系统2010配置为产生至少一种类型的机械输出。此输出可包括在一个或多个线性或旋转方向上的平移运动。
例如，机械动力的产生可包括与系统2010相连的可移动元件的移动，例如活塞(参见图28)、
涡轮机(参见图29)、齿轮(参见图30)或叶轮(参见图33A、33B)。可移动元件配置为在直线、
弧形、旋转方向上或这些或一个或多个其他方向的组合的方向上移动。其他类型的可移动
元件可使用本文所述的点燃过程和组件提供机械动力。
[0948] 系统2010可配置为对氢气、氧气、水或水类燃料2020(是指本发明的固体燃料，例如本发明的内部SF-CIHT电池发动机章节、化学反应器章节和固体燃料催化剂诱导的分数
氢跃迁(SF-CIHT)电池和能量转换器章节中所指定的那些)点燃。燃料2020可包括如本发明
中所公开的固体燃料，其中在本发明中显示燃料可包含其他物理状态。在实施方式中，燃料
或固体燃料可为气态、液体、固体、浆料、溶液凝胶、溶液、混合物、气态悬浮体和气动流的至少一种状态。燃料2020配置为点燃而形成等离子体。固体燃料可包括一部分水、一部分吸水
材料和一部分导电成分，如上所述。这些成分的摩尔份额可在约1％至约99％范围内。在一
些实施方式中，份额各自可为固体燃料的约30％。在其他实施方式中，燃料2020可包括水类
燃料，其可点燃而形成电弧等离子体和热能中的至少一种。水类燃料可包括至少50％水、至
少90％水或包含约1％至100％(摩尔/摩尔、体积/体积或重量/重量)范围内的水的材料。燃
料2020可包括材料的不同形式，包括气体、液体和固体。液体可进一步涵盖自极低至极高粘
度的粘度范围，且可包括具有浆料或凝胶型稠度的液体。虽然图27显示燃料2020呈固体、细
长形式，但预期系统2010使用燃料2020的其他形式。如下文所解释，系统2010可使用燃料
2020的气体、液体、或气体、液体或固体形式的不同组合。例如，燃料2020可包括团粒、部分、等分样品、粉末、液滴、物流、雾、气体、悬浮体或其任何适合组合。基本反应物可尤其包括H源和O源，且这些物质可形成H2O或H作为产物或中间反应产物。
[0949] 燃料2020也可包括一种或多种本发明的高能材料，这些材料也配置为进行点燃过程(在本发明中，固体燃料因产生高能以及高动力学和相应功率而也称为高能材料)。此外，
高能材料燃料2020可导电。例如，高能材料可包含H2O，以及金属和金属氧化物中的至少一
种，以及导电成分。高能材料燃料2020可包含多种物理形式或状态，例如浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
[0950] 在一个实施方式中，燃料2020包含构成本发明的分数氢反应物的反应物，这些反应物包含至少一种含有新生H2O的催化剂源或催化剂、至少一种原子氢源或原子氢，且进一
步包含导体和导电性基质中的至少一种。在一个实施方式中，燃料2020包含本发明的固体
燃料源或高能材料源和本发明的固体燃料或高能材料中的至少一种。在一个实施方式中，
示例性固体燃料2020包含H2O源和导电性基质以形成催化剂源、催化剂、原子氢源和原子氢
中的至少一种。H2O源可包含体相H2O、体相H2O以外的状态、化合物中的至少一种，此一种或多种化合物进行以下至少一种：反应形成H2O和释放结合的H2O。结合的H2O可包含与H2O相互
作用的化合物，其中H2O处于以下至少一种的状态：吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水。燃料2020可包含导体和一种或多种进行以下至少一种的释放且以H2O作为反应产
物的化合物或材料：体相H2O、吸收的H2O、结合的H2O、物理吸附的H2O和水合水。其他示例性固体或高能材料燃料2020为水合吸湿性材料和导体；水合碳；水合碳和金属；金属氧化物、
金属或碳与H2O的混合物；和金属卤化物、金属或碳与H2O的混合物。金属和金属氧化物可包
含过渡金属，例如Co、Fe、Ni和Cu。金属卤化物可包含碱土金属，例如Mg或Ca；和卤离子，例如F、Cl、Br或I。金属可与H2O发生热力学上不利的反应，例如以下组中的至少一种：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr和In，其中燃料2020可通过添加H2O而再生。构成分数氢反应物的燃料2020可包含浆料、溶液、乳液、复合物和化合物中的至少一种。
[0951] 系统2010也可包括一个或多个电极。例如，系统2010可包括一对电极2030。电极2030可包括可移动组件，例如齿轮、嵌齿、滚筒或配置为在一个或多个方向上移动(包括旋
转、弧形或线性移动)的其他组件。电极2030也可包括一个或多个固定电极和一个或多个移
动电极。所有电极均可为固定的或可移动的。例如，电极2030配置为允许燃料2020线性移动
或相对于电极2030旋转，同时电极2030保持固定。电极2030也可配置为耐磨的。
[0952] 一般而言，电极2030配置为与燃料2020相互作用，使得可跨越燃料2020施加电流。燃料可为高度导电的。燃料2020可通过施加高电流而点燃，高电流可在约2,000A至100,
000A范围内。电压可为低的，例如在约1V至100V范围内。或者，具有或不具有少量添加剂、包含非H2O物质的燃料(例如H2O)可具有高电阻。点燃也可通过向电极2030施加足够的高电压
和电流而达成。例如，跨越电极2030施加1kV至50kV。此点燃过程可形成等离子体、电弧等离子体、类似物质形式和受热物质中的至少一种。也可形成光、热和其他反应产物。
[0953] 电极2030配置为向燃料2020施加电脉冲。特定而言，电极2030可设计成可跨越燃料2020施加高强度电流、适合于燃料电阻以达成高电流的低强度或高强度电压，或其他高
强度功率流。如下文所解释，一个或多个电极2030可连接至可移动或固定组件。例如，一个
或多个电极可连接至活塞、涡轮机、齿轮、叶轮或其他可移动元件。一个或多个其他电极可
连接至点燃室、或中空区、与点燃室或中空区关联的导管，或系统2010的其他固定部件。
[0954] 电极2030可由具有特定尺寸的适合材料形成以提供一个或多个电脉冲。必要时，电极2030也可需要绝缘、冷却和控制机构进行运行。设想可跨越电极2030施加高AC、DC或
AC-DC混合电流。电流范围可为约100A至1,000,000A、1kA至100,000A，或10kA至50kA，且DC
或峰值AC电流密度范围可为约100A/cm2至1,000,000A/cm2、1,000A/cm2至100,000A/cm2、或
2 2
2,000A/cm 至50,000A/cm 。DC或峰值AC电压范围可为约0.1V至50kV、1kV至20kV、0.1V至
15V，或1V至15V。AC频率的范围可为约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz，或100Hz至
10kH。且脉冲时间的范围可为约10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s，或10-3s至0.01s。
[0955] 还设想电极2030可小于15V峰值的60Hz电压、约10,000A/cm与50,000A/cm峰值之间的电流，和约10,000W/cm与750,000W/cm之间的功率。可施加的频率、电压、电流和功率的范围较宽。例如，上述参数的约1/100倍至100倍的范围也可为适合的。具体而言，燃料可利
用低电压、高电流脉冲点燃，例如点焊机所产生的脉冲，此是由泰勒-温菲尔德ND-24-75型
点焊机的两个铜电极之间的约束所达成。60Hz电压可为约5至20V RMS，且通过燃料2020的
电流和电流密度分别可为约10,000A至40,000A，和10,000A/cm2至40,000A/cm2。
[0956] 系统2010也可包括其他系统、装置或组件。例如，系统2010可包括冷却系统2040、燃料输送装置2050、再生系统2060和电源2070。冷却系统2040配置为冷却系统2010的一个
或多个组件，例如电极2030。燃料输送装置2050配置为输送燃料2020至电极2030。再生系统
2060配置为使与燃料2020有关的一种或多种材料再生。例如，燃料2020内所含的金属形式
可捕集、再循环且返回至燃料输送装置2050中。
[0957] 电源2070配置为向电极2030供电，例如电功率。在一些方面中，电源2070配置为供应足以产生等离子体的功率。例如，电源2070可为至少约10,000A、至少约14,000A、小于约
100V、小于约10V、小于约8V，或至少约5,000kW。在其他方面中，电源2070配置为供应足以产生电弧等离子体的功率。例如，电源2070可为至少约10,000A、至少约12,000A、至少约1kV、至少约2kV、至少约4kV，或至少约5,000kW。
[0958] 如图27中所示，系统2010也可包括点燃室2080，在点燃室2080中，燃料2020反应而形成等离子体、电弧等离子体、或热能中的至少一种。如下文所解释，系统2010可包括一个
或多个点燃室2080。腔室2080可由金属或其他适合材料形成，其能够耐受与水点燃或等离
子体和热能形成中的至少一种有关的力和温度。腔室2080可包括一般圆筒形导管，其配置
为提供适于水点燃的环境。腔室2080可根据不同应用而呈不同形状、尺寸或加以配置。
[0959] 如下文所解释，腔室2080可配置为配合一个或多个可移动元件运行，可移动元件配置为输出机械动力。腔室2080也可包括一个或多个孔口、凸轮、注射装置或配置为允许流
体进入或离开腔室2080的其他组件。具体而言，腔室2080可包括配置为允许流体输送至腔
室2080中的进口。腔室2080也可包括配置为允许流体离开腔室2080的出口孔。这些孔口配
置为配合工作流体运行，工作流体配置为配合等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一
种运行以提供机械动力。工作流体可包括空气、惰性气体或能够配合等离子体、电弧等离子
体和热能中的至少一种运行的另一流体。工作流体或任何其他类型的流体可在压缩状态下
输送至腔室2080中。具体而言，流体可在低于大气压、大气压或高于大气压的压力下输送至
腔室2080。可利用各种组件(例如涡轮增压器或增压器)压缩流体，随后将流体供应至腔室
2080中。
[0960] 点燃室2080也可包括界定中空腔室的外壳，该中空腔室配置为形成等离子体、电弧等离子体和热能中的至少一种。腔室2080也可包括与中空腔室处于流体连通的燃料容
器。燃料容器可电连接至一对电极。腔室2080也可包括与中空腔室处于流体连通的可移动
元件。
[0961] 图28描绘示例性实施方式的点燃室2080。如图所示，腔室2080包括活塞2090，其配置为将通过燃料2020点燃所得到的能量的一部分转换成机械动力。活塞2090配置为在燃烧
室(例如腔室2080)内往复移动。在其他实施方式中，活塞2090可在与腔室2080流体连通的
燃烧室中经历往复移动。活塞2090也可确定尺寸且设计成可在不同燃烧环境下配合不同可
燃燃料运行。此外，活塞2090可由多种材料形成，此视燃烧过程的类型和要求而定。如下文
更详细解释，也可利用其他类型的可移动元件提供机械动力。另外，系统2010经修改可作为
斯特林发动机运行。
[0962] 例如，如图29中所示，涡轮机2100可与一个或多个腔室2080的输出处于流体连通以提供旋转功率。图29中所示的系统2010可包括其他组件，例如一个或多个其他涡轮机，或
压缩机、混合室、扩张器、鼓风机、进气口、增压器、重组器、冷却器、电动机、发电机、复热器、再循环器、热交换器、阻尼器或排气装置。由此，系统2010可配置为布雷顿型发动机，或其变型。其他组件、装置和系统可与系统2010整合或配合系统2010使用于提供机械动力。
[0963] 图30描绘根据一个示例性实施方式的电极2030，其包括阳极2110和阴极2120。如图所示，阳极2110和阴极2120配置为旋转。因此，电极2030可包括齿轮2125。也显示阴极
2120，其中燃料2020的团粒2130与齿轮齿2140关联。燃料输送装置2050可使团粒2130相对
于齿轮齿2140定位，例如定位于齿轮齿2140的尖端。在其他实施方式中(未示出)，团粒2130
可至少部分地位于相邻齿轮齿2140之间或位于阳极2110上。
[0964] 阴极2120或燃料2020可使用任何适合机构彼此间连接。例如，可利用机械抓紧器(未示出)使团粒2130连接至齿轮齿2140。呈液体形式的燃料2020可经由表面张力连接至阴
极2120。也可利用磁力和其他力。
[0965] 燃料20或团粒2130可使用不同输送机构围绕系统2010移动。例如，可使用机械机构(例如螺旋钻、滚筒、螺旋管、齿轮、传送带等)。也预期可使用气动、液压、静电、电化学或其他机构。燃料2020与电极2030的齿轮齿2140的所要区域可带相反电荷，使得燃料2020流
入且静电粘附于一或两个电极2030的所要区域。燃料2020随后可在相对齿2140啮合时点
燃。在另一个实施方式中，滚筒或齿轮2125通过偏移机构(例如通过弹簧负载或通过气动或
致动)维持彼此相向的张力。齿2140的啮合和其间燃料2020的压缩可促使配对齿2140之间
经由导电性燃料2020而发生电接触。
[0966] 一旦连接至阴极2120，团粒2130可旋转而使得团粒2130紧密接近或与阳极2110接触。一旦如此定位，则可跨越电极2030施加高密度电流，促使燃料2020中的水点燃。团粒
2130的点燃过程所产生的膨胀气体2135可促使电极2030旋转。此旋转可连接至心轴(未示
出)以提供旋转功率。
[0967] 一个或多个齿轮2125可包括一组人字形齿轮，各齿轮包含整数n个齿，其中当第n-1个齿间间隙中的燃料被配对齿轮的n-1齿压缩时，燃料2020流入第n个齿间间隙或齿底。本
发明涵盖齿轮2125的其他几何形状或齿轮2125的功能，例如本领域技术人员已知的指叉
式、多角齿或三角齿式齿轮、螺旋齿轮和螺旋钻。
[0968] 电极2030可包括导电和不导电区域。例如，阴极2120的齿轮齿2140可包括导电材料，而阳极2110的齿轮齿2140可为不导电的。相反，阳极2110的齿轮齿2140之间的材料可导
电，从而在阳极2110与阴极2120之间提供通过团粒2130的导电路径。若齿轮2125具有在啮
合期间接触燃料2020的指叉式导电区域，且在其他区域中为绝缘的，则电流可选择性流经
燃料2020。齿轮2125的至少一部分可包含不导电陶瓷材料，而指叉式区域可镀有金属而具
导电性。
[0969] 运行时，齿轮2125可间歇地赋能，使得当齿轮2125啮合时，高电流流经燃料2020。燃料2020可定时流动以在齿轮2125啮合时与团粒2130至齿轮2125的输送匹配且产生流经
团粒2130的电流。随的发生的高电流流动促使燃料2020点燃。所得等离子体向齿轮2125的
侧面膨胀。等离子体膨胀流可沿着平行于齿轮2125的心轴且与燃料2020的流动方向呈横向
的轴流动。此外，一个或多个等离子体流可导向能量转换器，例如MHD转换器，如下文更详细解释。此外，取向等离子体流可利用约束磁体(例如亥姆霍兹线圈的磁体或磁瓶)达成。
[0970] 电极2030可包括经由点燃过程移除齿轮齿2140上所沉积的材料的再生系统或方法。也可包括加热或冷却系统(未示出)。
[0971] 虽然在附图中，阴极2120的每个齿轮齿2140可连接至团粒2130，但在一些实施方式中，一个或多个齿轮齿2140可不连接至团粒2130。另外，阳极2110、阴极2120或两个电极
2030均可包括燃料2020的团粒2130或其他形式的不同分布，例如不同数量的团粒2130可位
于不同齿轮齿2140的各齿上。
[0972] 运行时，燃料2020可连续地流过齿轮2125(或滚筒)，齿轮2125(或滚筒)可旋转而推进燃料2020通过间隙。燃料2020可在其旋转时连续地点燃以填充包含一组齿轮2125的啮
合区域的电极2030之间的空间。此运行可输出一般恒定机械动力或电功率输出。
[0973] 图31描绘根据另一示例性实施方式的电极2030，其中阳极2110移动(例如旋转)，同时阴极2120保持固定。在其他实施方式中，阴极2120可移动且阳极2110可保持固定。
[0974] 如图所示，燃料输送装置2050使团粒2130在齿轮齿2140之间输送。阳极2110的旋转接着可使团粒2130与阴极2120接触或紧密接近阴极2120。团粒2130内的水点燃接着可促
使阳极2110以类似于上述的方式旋转。
[0975] 图32说明另一配置，其中可包括阳极2110或阴极2120的电极2150包括一个或多个围绕电极2150定位的点燃流出口2160以提供旋转推力。例如，流出口2160相对于电极2150
的圆周可为倾斜的，使得点燃气体以一定角度离开流出口2160，如图32中所示。此斜推力可
使得电极2150旋转。可利用其他物件(未示出)，例如挡板、导管或其他机构，对电极2150产
生旋转力，旋转力随后可驱动心轴(未示出)或其他组件输出旋转功率。
[0976] 图33A、33B说明系统2010的一个实施方式，其中利用点燃过程旋转叶轮2170。此径流式叶轮可通过使用燃料2020之上述点燃过程驱动。如图33A中所示，燃料输送装置2050可
向叶轮2170的中心中空区2180延伸。团粒2130可一般性定位于中空区2180内，如图33B中所
示。电极(未示出)也可定位于中空区2180中且可配置为当团粒2130位于中空区2180内时可
电连接至团粒2130。一旦适当定位，则可对团粒2130点燃，产生径向膨胀的点燃气体和/或
等离子体。这些气体可通过叶轮2170的一个或多个叶片2190导引。叶片2190可导引点燃气
体以与叶轮2170成一定角度流动，从而使叶轮2170产生旋转性移动。
[0977] 图34描绘系统2010的另一示例性实施方式，其中燃料输送装置2050包括圆盘传送带2200。圆盘传送带2200配置为使燃料2020一般在电极2030之间经由旋转性移动发生移
动。例如，一旦适当定位于点燃室2080内，则可向团粒2130施加高强度电脉冲。系统2010的
其他组件描述于上文中。
[0978] 本发明的另一个实施方式显示于图35A、35B中，其中燃料输送装置2050可移动地连接至点燃室2080。具体而言，圆盘传送带2200配置为接收团粒2130于容器2210中。一旦团
粒2130连接至容器2210，则圆盘传送带2200可旋转以使团粒2130定位于点燃室2080的孔口
2220周围。例如，团粒2130可定位于孔口2220内或与孔口2220处于流体连通。一旦适当定
位，则可跨越电极2030施加高强度电脉冲且可通过团粒2130。点燃气体可膨胀且在此情况
下，可向活塞2090施加压力以驱动活塞2090。
[0979] 图36描绘系统2010的另一示例性实施方式，其中圆盘传送带2200与腔室阵列2230协同运行。腔室阵列2230可包括两个以上点燃室2080的集合。运行时，腔室阵列2230可相对
于圆盘传送带2200或燃料输送装置2050的其他形式移动。例如，阵列2230可相对于固定的
燃料输送装置2050进行旋转移动。或者，腔室阵列2230可保持固定，同时圆盘传送带2200移
动，或阵列2230与圆盘传送带2200均可移动。
[0980] 来自燃料输送装置2050的燃料可依序或同时装载于阵列2230的一个或多个点燃室2080中。一经装载，则一个或多个腔室2080内的一个或多个团粒2130可点燃以向一个或
多个活塞、涡轮机、齿轮或其他可移动元件(未示出)提供动力。虽然系统2010显示具有单个
圆盘传送带2200，但也预期可利用多个圆盘传送带2200向阵列2230供应燃料。此系统可包
括与单个点燃室2080相连的单个圆盘传送带2200，使得四个圆盘传送带(未示出)向阵列
2230的四个点燃室2080供应燃料。与使用单个圆盘传送带2200相比，此实施方式可提高点
燃率。
[0981] 如上所述，水类燃料2020可以一种或多种不同形式供应，包括气体、液体或固体。固体团粒2130可以不同形状提供，且上图中所示的曲棍球-圆盘形具示例性。在其他实施方
式中，团粒2130可呈立方体、球形、片形、不规则形或任何其他适合形状。此外，团粒2130可依任何适当尺寸成形，包括毫米、微米和纳米尺寸化颗粒。
[0982] 团粒2130的形状和尺寸可影响电极2030的配置。例如，如图37A、37B中所示，圆盘型团粒可接收于适当成形的容器2240中。容器2240的一部分可由可固定或可移动的壁元件
2250形成，团粒2130一经接收，则壁元件2250可封闭或部分地封闭团粒2130。容器2240的一
部分也可由一个或多个电极2030形成。如图37A、37B中进一步所示，电极2030与/或壁元件
2250的不同配置可产生不同的力方向(显示为“F”的箭头)。此外，不同形状电极2030和/或
壁元件2250可经配置而形成不同形状容器，例如球形容器2240，如图37C中所示。
[0983] 如上文所解释，可使用燃料2020的固体、液体或气体形式。此燃料可使用一个或多个注射装置2260注入点燃室2080内，如图38A和38B中所示。第一注射装置2260配置为使水
或水性材料以颗粒物细流、以液体、浆料、凝胶或气体供应。第二注射装置2260配置为供应
固体燃料或高能材料，如上所述(后者在本发明的一些实施方式中包含一些H2O或形成H2O)。
可将一种或多种材料的物流引入腔室2080中以提供材料相对于电极2030的适当混合和/或
定位。
[0984] 在其他实施方式中，一个或多个注射装置2260配置为将工作流体输送至腔室2080。工作流体可包括空气、惰性气体、其他气体或气体组合，或液体。工作流体可在低于大气压、等于大气压或高于大气压的压力下注射。
[0985] 虽然图38A显示两个注射装置2260与单个点燃室2080关联，但一个或多个注射装置可与一个或多个腔室2080关联。也预期注射装置2260可包括一个或多个电极2030。一个
或多个电极相对于点燃室2080而言可为固定的或可移动的。例如，如图38B中所示，活塞
2090可包括阴极，且腔室2080可包括阳极。电极2030与腔室2080之间的相对运动可允许燃
料2020再生，减少系统2010的维护或延长系统2010的运行寿命。此外，一个或多个注射装置
2260相对于点燃室2080而言可为可移动的，类似于上述燃料输送装置2050。注射装置2260
相对于点燃室2080移动、随后点燃燃料2020可减少注射装置2260的维护和延长注射装置
2260的运行寿命。
[0986] 在其他方面中，一个或多个注射装置2260可配合上述系统2010使用。例如，呈细粉形式的燃料2020可喷射至齿轮齿2140的区域上。相邻电极2030之间所约束的燃料可点燃，
从而将力转移至可移动元件，以输出机械动力。在另一个方面中，燃料2020可注入中空区
2180中，如图38A和38B中所示。
[0987] 图39描绘系统2010的另一个示例性实施方式，其中点燃室2080包括至少部分真空。特定而言，含有活塞2090的腔室2080的中空区可包括至少部分真空。真空度范围可为约
10-1托至约10-10托。在一些实施方式中，可利用大气压。在其他实施方式中，可利用大于大气压的压力。
[0988] 运行时，活塞2090可如图39中所示左右移动。例如，将位于腔室2080左侧的燃料2020点燃可驱动活塞2090右移。接着将位于腔室2080右侧的燃料2020点燃可驱动活塞2090
左移。在点燃循环之间，燃料输送装置2050可补充燃料2020。活塞2090可连接至机械部件
(未示出)，其配置为输出机械动力。这些闭环实施方式可经调适以作为斯特林发动机运行，
包括α型、β型、γ型、自由活塞型、扁平型和其他类型的斯特林发动机。
[0989] 闭环系统也可配合一个或多个可移动元件运行。且一般而言，系统2010的一个或多个组件可形成为闭环系统的一部分。例如，腔室2080可形成为配置为使工作流体再循环
的闭环系统的一部分。此系统可作为热交换器运行。例如，系统2010可以冷冻循环形式运
行，其中工作流体在加热元件与冷却元件之间循环。此系统必要时可包括燃料2020的周期
性注射，以维持等离子体、电弧等离子体和热能形成中的至少一种。
[0990] 在一些实施方式中，图39的系统2010可包括一个或多个磁流体动力学(MHD)转换器，其包含至少一对用作MHD电极的导电元件2270或包含磁体2270以相对于流动轴(显示为
燃烧室2080的纵向轴)产生横向磁场，其中该对电极2270和磁体2270彼此间为横向的且相
对于等离子体流动方向均为横向的。在其他实施方式中，类似装置配置为产生电力。例如，
在等离子体动力学转换器(PDC)中，置放于腔室2080中的一个或多个磁化导电元件(未示
出)可配合置放于腔室2080中的相应未磁化成对导电元件(未示出)使用于产生电力。在其
他实施方式中，也可利用电磁直接转换器、电荷漂移转换器或磁约束来产生电力。
[0991] MHD能量转换依赖于离子或等离子体流通过磁场。视电极置放而定，正离子和负离子可沿着不同轨迹导引，且可在电极之间施加电压。形成离子的质量流的典型MHD方法包括
使经离子接种的高压气体经由喷嘴膨胀。此可产生通过交叉磁场的高速流，其中一组电极
相对于偏转场定位以接收偏转离子。在系统2010中，点燃反应的压力通常大于大气压，然而
并非必定如此。方向性质量流可通过燃料2020点燃以形成离子化膨胀等离子体来达成。
[0992] 此配置可允许经由点燃水而产生机械动力与电力。另外，点燃过程所产生的至少一部分电能可用于向电极2030或系统2010的其他电组件供电。
[0993] 图40描绘系统2010的另一示例性实施方式，其中一个或多个涡轮机2280位于流动室2290中。一个或多个注射装置2260也可导引至流动室2290中。
[0994] 如上文涉及腔室2080所述，流动室2290配置为对燃料2020点燃。流动室2290也可配置为接收通过流动室2290的工作流体。如图所示，注射装置2260上游的涡轮机2280可接
收工作流体的流动且至少部分地压缩工作流体。注射装置2260接着可将一种或多种如上所
述的物质注入经压缩的工作流体中。点燃可使工作流体膨胀而通过下游第二涡轮机2280，
从而产生推力。或者，可经由心轴(未示出)或机械连接至涡轮机2280的其他装置输出机械
动力。
[0995] 图41描绘系统2010的另一示例性实施方式，其中推进器2320配置为提供如箭头所示的推力。例如，燃料2020可供应至通道2300。在一些实施方式中，通道2300中的燃料2020
和/或流体可通过元件2310至少部分地导向喷嘴2330。另外，通道2300配置为压缩或导引通
道2300中的燃料2020或流体。如上文所解释，通道2300中的流体可包括工作流体。一个或多
个电极2030可与通道2300或元件2310关联。此配置可用于提供推进器2320。
[0996] 运行时，燃料2020可如上所述点燃。例如，高电流起始的点燃可产生膨胀等离子体，从而可提供推力。推进器2320可包含闭路电池，但喷嘴2330配置为导引膨胀等离子体以
提供推力。在另一个实施方式中，推进器2320可包含磁性或其他等离子体约束区域。其他组
件可导引磁场系统，以在高电流点燃之后，促使等离子体自电极2030以导引方式流动。在另
一个实施方式中，高度离子化等离子体可用于本领域技术人员已知的离子电动机和离子推
进器中以提供推力。
[0997] 本文所述的系统、发动机和点燃过程可用于需要机械动力的多种应用中。例如，可使用本发明系统、装置和方法或本发明系统、装置和方法可容易调适以在陆上、航空、海洋、水下或空间环境下运行。使用本文所述原理产生机械动力可应用于输送、采矿、耕种或工业
设备。例如，大型输出电动机可用于工业加工、动力产生、HVAC或制造设施。中型输出应用可包括用于小汽车、卡车、火车、船、摩托车、踏板车、喷气式滑水橇、雪地机动车、舷外船用发动机、堆高机等。本文所述特征也可用于家用电器(例如电冰箱、洗衣机、洗碗机等)、园艺设备(例如剪枝机、吹雪机、灌木铲除机等)，或需要小型输出电动机的其他应用。
[0998] 例如，本发明实施方式可配合经配置用于陆上输送的机器使用。上述系统2010的一个或多个方面可机械连接至配置为将机械动力输出至运输元件的驱动轴或其他组件。运
输元件可包括以下至少一个：机轮、轨道、齿轮总成、液压部件或可在地面上提供移动的其
他装置。涵盖用于陆上输送的各种机器，包括汽车、机车、雪地车、卡车或火车。也涵盖其他类型的私人、娱乐和商用车。
[0999] 在另一个实施方式中，系统2010的一个或多个方面可用于根据航空输送而配置的机器。此机器可包括一个或多个配置为提供推进力的航空元件。预期航空元件可包括航空
螺旋桨、压缩机，或配置为在航空环境中产生推进力的其他元件。此机器可包括涡轮喷气发
动机、涡轮风扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴、桨扇发动机、冲压式喷气发动机、超音速燃烧冲压式喷气发动机，或其他类型的航空发动机。
[1000] 本发明的方面也可配置为在海洋环境中运行。例如，航海元件可在海洋环境中提供推进力，且可包括船用螺旋浆。一般技术者可考虑到其他类型的航海元件，且这些航海元
件可形成为泵喷式推进器、喷液式推进器、喷水式推进器或其他类型的水力发动机的一部
分。
[1001] 本发明的其他方面包括具有配置为提供机械动力的工作元件的工作机器。工作元件可包括旋转轴、往复杆、嵌齿、螺旋钻、叶片或本领域中已知的其他组件。工作元件可形成为制冷机、洗衣机、洗碗机、剪草机、除雪机、剪枝机或其他类型的工作机器的一部分。
[1002] XI.实验
[1003] A.涉及能量和固体燃料再生的示例性SF-CIHT电池测试结果
[1004] 在实验性测试中，样品包含1cm2镍网导体，其涂有NiOOH的流延薄涂层(<1mm厚度)；11重量％的碳；和27重量％的Ni粉末。将材料约束于泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机
的两个铜电极之间且经受低电压、高电流电力的短脉冲。所施60Hz电压为约8V峰值，且峰值
电流为约20,000A。约0.14ms之后(其中能量输入为约46J)，材料在约1ms内气化。测试若干
号数的导线，以判定8V是否足以产生爆炸线现象，此现象可在高能、带数千伏电的高电容电
容器短路时观测到。在0.25mm直径Au线情况下，仅观测到已知的电阻加热至红热和加热至
熔融。
[1005] 热力学上计算出的使350mg NiOOH和50mg Ni金属刚好气化的能量为3.22kJ或9.20kJ/g NiOOH。因为NiOOH分解能量基本上为零，因此此实验表明能量释放较大。施加可
忽略的40J总能量之后，开始爆发。爆发产生在3ms内释放的3.22kJ热能，相当于1,100,000W
(1.1MW)热能。若样品尺寸具有1cm2面积和<1mm厚度，则体积功率密度超过11×109W/l热。根
据利用Ocean Optics可见光光谱仪所记录的可见光谱与黑体辐射曲线的拟合情况，气体温
度为25,000K。
[1006] 假定反应混合物的350mg NiOOH和50mg Ni网成分刚好达成所观测到的气化的热能计算值为3.22kJ。350mg NiOOH固体燃料中的H2摩尔数为2毫摩尔。根据H2转移至H2(1/4)
的分数氢反应(其中2/3化学计量的H转移至HOH催化剂且1/3转移至分数氢H2(1/4))的焓计
算值为50兆焦/摩尔H2(1/4)，形成H2(1/4)所产生的相应最大理论能量为33kJ；因此，可用氢中约10％转换为H2(1/4)。相应分数氢反应产量为64.4微摩尔H2(1/4)。
[1007] 固体燃料的另一个实施方式包含100mg Co粉末和20mg水合MgCl2。反应物压缩成团粒且用泰勒--温菲尔德ND-24-75型点焊机、通过使团粒经受低电压、高电流电力的短脉
冲而点燃。所施60Hz电压为约8V峰值，且峰值电流为约20,000A。爆发在填充氩气的手套袋
中发生且释放估计3kJ的等离子体能量。等离子体颗粒凝结为纳米粉末。产物与10mg H2O发
生水合，且重复点燃。再生固体燃料的重复爆发比第一次爆发更强，释放约5kJ能量。
[1008] B.SF-CIHT电池的固体燃料的量热法
[1009] 量热法是使用具有Parr 6774量热温度计选项的Parr 1341普通夹套量热计对固体燃料团粒进行。量热计的Parr 1108氧气燃烧室经修改可允许用高电流引发化学反应。使
包含1/2"外径(OD)×12"长度的铜柱的铜棒点燃电极通过含有石墨丸(约1000mg，L x W x 
H＝0.18"×0.6"×0.3")作为对照电阻负载的密封室，用于校准量热计或固体燃料丸的热
容，其中末端具有紧密约束各样品的铜夹。量热计水浴装载有2,000g DI水(根据Parr手
册)。用于校准和对固体燃料丸点燃的电源为泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机，其供应的
电力短脉冲呈约8V RMS的60Hz低电压和约15,000至20,000A的高电流形式。当在输入时间
上对电压与电流的乘积进行积分时，得到校准和对固体燃料点燃的输入能。通过资料获取
系统(DAS)测量电压，此系统包含PC与National Instruments USB-6210资料获取模组和
Labview VI。也通过同一DAS、使用精确度为0.3％的Rogowski线圈(CWT600LF型，配有700mm
电缆)作为信号源来测量电流。在10KS/s下获得V和I输入资料且利用电压衰减器使模拟输
入电压处于USB-6210的+/-10V范围内。
[1010] 使用点焊机输入能量为995J的石墨丸，测定量热计和电极设备的校准热容为12,000J/℃。密封于DSC铝锅(70mg)(铝坩埚30μl，D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)和铝锅盖
D：6,7，冲压，严密(Setaram,S08/HBB37409))中的包含Cu(45mg)+CuO(15mg)+H2O(15mg)的
固体燃料样品在所施3V的60Hz峰值电压和约11,220A的峰值电流下点燃。如波形中的分裂
尖锋所指示，利用电压和电流相对于时间所测量的可点燃样品的输入能为46J，其中点焊机
的功率脉冲输入总共899J，且利用校准热容、根据量热法中对所点燃固体燃料释放的能量
的热反应所计算的总输出能量为3,035.7J。通过减去输入能，用于0.075g样品的净能量为
2,136.7J。在使用H2O的对照实验中，氧化铝锅未遭遇除在爆发中气化以外的反应。XRD也显
示无氧化铝形成。因此，理论化学反应能量为零，且固体燃料在形成分数氢时产生28,500J/
g的过剩能量。
[1011] C.固体燃料的差示扫描量热法(DSC)
[1012] 使用Setaram DSC 131差示扫描量热仪、使用涂有Au的坩埚测试固体燃料的过剩能量与最大理论能量，代表性结果显示于表8中。
[1013] 表8示例性DSC测试结果
[1014]
[1015]
[1016] D.光谱鉴定分子分数氢
[1017] 将0.05ml(50mg)H2O添加至20mg CO3O4或CuO中，密封于DSC铝锅(铝坩埚30μl，D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)和铝盖D：6,7，冲压，不严密(Setaram,S08/HBB37409))中且
使用泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机、用15,000A至25,000A之间的电流、在约8V RMS下点
燃。观测到大功率脉冲使样品各自气化为高能、高离子化、膨胀等离子体。将MoCu智慧箔盘
(50-50at％，AMETEK，0.020"厚度)置放于距离所点燃样品中心3.5英寸处，使得膨胀等离子
体入射至表面上以将H2(1/4)分子包埋于表面中。
[1018] 在暴露于含有H2(1/4)的等离子体之后，使用具有780nm二极管激光器、处于微距模式的Thermo Scientific DXR SmartRaman观测到MoCu箔具有40cm-1宽吸收峰。原始合金
中未观测到该峰，且峰强度随等离子体强度和激光强度增加而增加。由于已知无其他元素
或化合物可吸收靠近1.33eV(780nm激光减去1950cm-1的能量)红外谱线的单一40cm-1
(0.005eV)，因此考虑H2(1/4)。始于1950cm-1的吸收峰与H2(1/4)的自由空间旋转能
-1
(0.2414eV)匹配达四位有效数字，且40cm 的宽度与轨道-原子核耦合能级分裂匹配[Mills 
GUTCP]。
[1019] 与H2(1/4)旋转能匹配的吸收峰为真峰且无法用任何已知物质解释。分数氢旋转的激发可通过逆拉曼效应(IRE)产生吸收峰。此处，激光所产生的连续谱被吸收且转变成激
光频率，其中连续谱强足以维持旋转激发态群以允许反斯托克斯能量作用。通常，IRE的激
光功率极高，但发现MoCu表面产生表面增强型拉曼散射(SERS)。就J'＝1跃迁至J"＝0的H2
(1/4)旋转能而言，吸收归因于逆拉曼效应(IRE)。此结果显示H2(1/4)为自由转子，就硅基
质中的H2而言，情况确是如此。关于暴露于等离子体的MoCu箔的结果与先前观测CIHT电池
的结果匹配，如Mills在先出版物中所报导：R.Mills,J.Lotoski,J.Kong,G Chu,J.He,
J.Trevey,High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)
Electrochemical Cell,(2014)，该文献以全文引用的方式并入本文中。
[1020] 对包含CIHT电解质、CIHT电极和无机化合物吸气剂KCl-KOH混合物的反应产物样品进行MAS 1H NMR、电子束激发发射光谱分析、拉曼光谱分析和光致发光发射光谱分析，这
些样品置放于CIHT闭路电池的密封容器中。
[1021] 对捕集于质子性基质中的分子分数氢进行MAS NMR代表利用分子分数氢的独特特征、经由其与基质的相互作用对其进行鉴别的方式。与NMR谱有关的唯一考虑为可能的分子
分数氢量子状态。类似于H2激发态，分子分数氢H2(l/p)具有λ＝0,1,2,…,p-1的状态。甚至l＝0量子态具有相对较大的四极矩，且另外，λ≠0状态的相应轨道角动量产生可引起高场基
质位移的磁矩[Mills GUT]。当基质包含可交换H时，例如具有水合水的基质或碱性氢氧化
物固体基质(其中与H2(1/p)的局部相互作用因快速交换而影响较大群体)，此效应尤其有
利。CIHT电池吸气剂KOH-KCl显示，在暴露于密封CIHT电池内的氛围之后，基质(KOH)的MAS 
NMR活性成分自+4.4ppm位移至约-4至-5ppm。例如，初始KOH-KCl(1:1)吸气剂(来自CIHT电
池的相同KOH-KCl(1:1)吸气剂，这些CIHT电池包含[MoNi/LiOH-LiBr/NiO]和[CoCu(H渗
入)/LiOH-LiBr/NiO]且分别输出2.5Wh、80mA(125％增益)和6.49Wh、150mA(186％增益))的
MAS NMR谱显示OH基质的已知低场峰自约+4ppm位移至约-4ppm的高场区。CIHT电池所产生
的分子分数氢使基质自正区显著位移至高场。不同p＝4状态下可能的不同l量子数可产生
不同高场基质位移，此与-4ppm附近的多个此等峰的观测结果一致。当向高场位移的氢氧离
子(OH-)充当自由转子时，通过与分子分数氢形成络合物而向高场位移的KOH基质的MAS 
NMR峰可为尖锐的，此与先前观测结果一致。MAS-NMR结果与先前正离子ToF-SIMS谱一致，先
前正离子ToF-SIMS谱显示其中二氢为该结构的一部分的基质化合物的多聚体簇：M：H2(M＝
KOH或K2CO3)。特定而言，包含KOH和K2CO3的先前CIHT电池吸气剂(例如K2CO3-KCl(30:70重
量％))的正离子光谱显示K+(H2：KOH)n和K+(H2：K2CO3)n与结构中呈络合物形式的H2(1/p)一致[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino 
transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal of Energy 
Research]。
[1022] 依据超高的特征性旋转-振动能直接鉴别分子分数氢利用拉曼光谱学达成。另一区别性特征为分子分数氢的选择定则不同于普通分子氢。类似于H2激发态，分子分数氢具
有其中λ＝0,1,2,...,p-1的状态，其中H2(1/p)；p＝1,2,3,...,137的长球形光子场具有量
子数λ的球形谐波角分量(相对于半长轴)[Mills GUT]。在无对于H2激发态所观测到的电子
跃迁的纯振动跃迁期间，这些长球形谐波状态之间的跃迁容许ΔJ＝0,±1的旋转跃迁。角
状态的寿命足够地长，使得H2(1/p)可独特地经历选择定则为ΔJ＝0,±1的纯旋转-振动跃
迁。
[1023] 发射旋转-振动分子分数氢状态可通过高能电子碰撞或通过激光激发，其中由于2
p(J+1)0.01509eV的旋转能[Mills GUT]，由于相应热能小于0.02eV，因此所激发旋转态在
周围温度下不能以统计热力学群体的形式增加。因此，旋转-振动态群体分布反映外源的激
发机率。此外，由于与此旋转能相比，p20.515eV的振动能高达其三十五倍，因此预期仅一级ν＝1可被外源激发。分子分数氢状态在周围温度下可经历λ量子数变化，且在电子束或激光照射期间，当功率转换为热时，J量子态可改变。因此，初始状态可为独立于J量子数的λ＝0,
1,2,3中的任一个。因此，旋转和旋转-振动跃迁具有拉曼和IR活性，其中R、Q、P分支允许存在，其中旋转态与电子态变化之间的角动量得以保持。在l量子数变化允许的情况下，其中
旋转能向上转换(J'-J"＝-1)、向下转换(J'-J"＝+1)和无变化(J'-J"＝0)的去激发振动跃
迁ν＝1→ν＝0分别产生P、R和Q分支。预测对应于纯振动跃迁ν＝1→ν＝0；ΔJ＝0的Q分支峰最强，而P和R是列的高阶跃迁峰的强度快速降低，其中由于内转换的可用能，因此预期P分
支中更多的峰强度高于R分支。预期基质的影响可引起振动能自自由振子的振动能位移，且
预期基质旋转能障可使P和R分支峰各自产生大致相同的能量位移，其表示为一系列旋转峰
的线性能量间距的非零截距。
[1024] 先前[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal or Energy 
Research]报导，捕集于CIHT电池气体吸气剂的晶格内的H2(1/4)的旋转-振动发射是通过
射束电流为8μA的入射型6KeV电子枪、在5×10-6托的压力范围内激发，且通过无窗UV光谱学
记录。利用相同方法，通过电子束激发发射光谱学观测到MoCu的金属晶格中所捕集的H2(1/
4)。自以190％增益输出5.97Wh、80mA的CIHT电池[MoCu(50/50)(H渗入)/LiOH+LiBr/NiO]]
的MoCu阳极所记录的H2(1/4)的经解析旋转-振动光谱(所谓的260nm频带)实例显示，其中
代表性峰位置位于227、238、250、263、277和293nm的258nm最大峰具有0.2491eV的等间距。
结果与H2(1/4)的预测值非常一致：向基质位移的振动和自由转子旋转跃迁分别为ν＝1→ν
＝0和Q(0)、R(0)、R(1)、P(1)、P(2)、和P(3)，其中Q(0)可鉴别为该是列的最强峰。峰宽
(FWHM)为4nm。因为所牵涉的能量异常(十六倍高)且与晶格的声子带显著耦合、导致谐振增
宽，所以预期H2(1/4)的旋转-振动跃迁相对于晶格中的普通H2而言变宽。对于MoCu起始物质
而言，未观测到260nm频带。密封于CIHT电池中时，在用作H2(1/4)气体的吸气剂的KOH-KCl
晶体中观测到260nm频带为二阶拉曼荧光光谱，如先前所述[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,
J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical 
cell,"(2014),International Journal or Energy Research]。CoCu阳极中也观测到
260nm频带。
[1025] 利用拉曼光谱学进一步确认H2(1/4)，其中由于邻位与对位之间的能差较大，因此预期后者为群体中的主导。假定对位为均一的，则纯旋转跃迁的典型选择定则对于偶整数
而言为ΔJ＝±2。然而，轨道旋转角动量耦合使λ量子数产生变化，而刺激旋转能级的光子
角动量保持不变，其中相对于不存在λ量子数变化的跃迁而言，谐振光子能量因轨道-原子
核超精细能量而发生频率转变。此外，对于λ≠0而言，原子核沿着核间轴对准，如参考文献的第12章中所明示[Mills GUT]。定义为初始状态减去最终状态的史托克光谱的旋转选择
定则为ΔJ＝J'-J"＝-1，轨道角动量选择定则为Δλ＝±1，且在旋转与轨道角动量激发耦
合期间，角动量守恒允许跃迁[Mills GUT]。且预期强度与原子核自旋无关。
[1026] 产生过剩动力之后，使用具有780nm二极管激光器、处于微距模式的Thermo -1
Scientific DXR SmartRaman观测到MoCu氢渗入阳极存在40cm 宽吸收峰。原始合金中未观
测到该峰，且峰强度随过剩能量和激光强度增加而增加。此外，其为本发明之前音波处理和
后音波处理，表明视为来源的唯一可能元素为Mo、Cu、H和O，如依据SEM-EDX所确认。对照化合物的置换未再现该峰。该峰也在具有Mo、CoCu和MoNiAl阳极的电池中观测到，例如以
186％增益输出6.49Wh、150mA的电池[CoCu(H渗入)/LiOH-LiBr/NiO]和以176％增益输出
2.40Wh、80mA的电池[MoNiAl(45.5/45.5/9重量％)/LiOH-LiBr/NiO]。在各别实验中，KOH-
KCl自这些电池吸收的气体产生一系列极强荧光或光致发光峰，其归因于H2(1/4)旋转-振
动。由于已知无其他元素或化合物可吸收靠近1.33eV(780nm激光减去2000cm-1的能量)红外
谱线的单一40cm-1(0.005eV)，因此考虑H2(1/4)。始于1950cm-1的吸收峰与H2(1/4)的自由空间旋转能(0.2414eV)匹配达四位有效数字，且40cm-1的宽度与轨道-原子核耦合能级分裂匹
配[Mills GUT]。
[1027] 与H2(1/4)旋转能匹配的吸收峰为真峰且无法用任何已知物质解释。分数氢旋转的激发可通过两种机制产生吸收峰。在第一机制中，史托克光由于旋转分数氢作为晶格包
合体的强相互作用而被晶格吸收。此类似于利用260nm电子束带所观测到的谐振增宽。第二
机制包含已知逆拉曼效应。此处，激光所产生的连续谱被吸收且转变成激光频率，其中连续
谱强足以维持旋转激发态群以允许反史托克能量作用。通常，用于IRE的激光功率极高，但
分子分数氢可因其非l零量子数和相应选择定则而为特殊情况。此外，因为金属混合物的Mo
和Cu晶粒界限的尺寸小，所以预期MoCu可产生表面增强型拉曼散射(SERS)。因此，结果是在
后者机制的背景下讨论。
[1028] 就J'＝1跃迁至J"＝0的H2(1/4)旋转能而言，吸收归因于逆拉曼效应(IRE)[Mills GUT]。此结果显示H2(1/4)为自由转子，就硅基质中的H2而言，情况确是如此。此外，因为H2(1/4)可与氢氧化物形成络合物，如MAS NMR和ToF-SIMs所示，且利用电子束激发发射光谱
和光致发光光谱观测到基质位移(由于局部环境对晶格中的H2(1/4)位点的影响)，所以预
期不同基质中以及压力下IRE也出现位移[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"
Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),
International Journal or Energy Research]。同样，作为基质包合体的H2的拉曼峰在压
力下出现位移。通过对金属和无机化合物进行拉曼光谱筛选而观测到若干情形。Ti和Nb显
示始于1950cm-1、计数为约20个的小吸收峰。Al显示大得多的峰。无机化合物的情形包括
LiOH和LiOH-LiBr，其分别显示位于2308cm-1和2608cm-1的峰。球磨LiOH-LiBr产生的反应大
大强化IRE峰且使其位移至中心位于2308cm-1处，如LiOH，且形成中心位于1990cm-1的峰。在
2447cm-1观测到形成H2O的Ca(OH)2的特别强的吸收峰。Ca(OH)2在512℃或通过与CO2反应而
脱水时，此H2O可用作形成H2(1/4)的催化剂。这些反应为形成分数氢的固体燃料型反应，如
先前所报导[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino 
transition(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal or Energy 
Research]。LiOH与Ca(OH)2均显示H2(1/4)IRE峰，且LiOH在商业上是由Ca(OH)2与Li2CO3反应-1
而形成。因此，Ca(OH)2+Li2CO3混合物是通过球磨而引起反应，且在中心位于1997cm 处观测到极强的H2(1/4)IRE峰。
[1029] 作为固体燃料反应产物的H2(1/4)先前已报导[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"
(2014),International Journal of Energy Research；R.Mills,J.Lotoski,W.Good,
J.He,"Solid Fuels that Form HOH Catalyst,"(2014)]。根据方程式(6-9)通过形成分数
氢所释放的能量显示可产生高动能H-。使用固体燃料Li+LiNH2+离解剂RU-Al2O3，其可通过
Al(OH)3分解和Li与H2O和LiNH2反应而形成H和HOH催化剂，离子到达后，通过ToF-SIMS观测
到m/e＝1，由此确认方程式(9)的能量释放以高动能H-表示。例如氧(m/e＝16)的其他离子
显示无较早峰。飞行时间T、质量m与加速电压V之间的关系为：
[1030]
[1031] 其中A为取决于离子飞行距离的常数。根据加速电压为3kV、m/e＝0.968的较早观测峰，输送至分数氢反应所得的H物质的动能为约204eV，此与方程式(6-9)所得的HOH催化
+
剂反应匹配。在对应于H的正模式下，观测到相同的较早光谱，但强度较低。
[1032] 对固体燃料进行XPS。对Li、LiBr、LiNH2、离解剂R-Ni(包含约2重量％Al(OH)3)与1atm H2的反应所形成的LiHBr进行的XPS显示，两次不同实验的反应产物的XPS光谱上位于
494.5eV和495.6eV的峰不能归因于任何已知元素。由于仅观测到Li、Br、C和O峰，因此具有
唯一可能性的Na、Sn和Zn容易根据这些元素的任何其他相应峰的缺乏加以排除。该峰与理
论上允许的分子分数氢H2(1/4)的双离子化能量匹配[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,
J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,"
(2014),International Journal or Energy Research]。拉曼和FTIR光谱学进一步确认分
子分数氢为产物。固体燃料产物LiHBr的拉曼光谱显示中心位于1994cm-1的H2(1/4)逆拉曼
效应吸收峰。固体燃料产物LiHBr的FTIR光谱显示位于1988cm-1的新尖锐峰，此与H2(1/4)的
自由转子能量非常匹配。此外，MAS NMR显示强高场位移峰，此与其他CIHT电池的KOH-KCl
(1:1)吸气剂样品所示一致，例如包含[Mo/LiOH-LiBr/NiO]、以125％增益输出2.5Wh、80mA、在-4.04ppm和-4.38ppm显示高场位移基质峰的CIHT电池，和包含[CoCu(H渗入)/LiOH-
LiBr/NiO]、以186％增益输出6.49Wh、150mA、在-4.09ppm和-4.34ppm显示高场位移基质峰
的CIHT电池。
[1033] 也对CIHT电池的阳极执行XPS，例如[MoCu(H渗入)/LiOH-LiBr/NiO](1.56Wh，50mA，189％增益)，和[MoNi(H渗入)/LiOH-LiBr/NiO](1.53Wh，50mA，190％增益)。也观测到
496eV峰。由于其他可能性被排除，因此该峰归因于H2(1/4)。特定而言，在各种情况下，
496eV峰与Mo 1s可无关，因为其强度比Mo 3p峰小得多且能量高于所观测的能量，且其不能
归因于Na KLL，因为光谱中不存在Na 1s。
[1034] 搜寻分数氢光谱时另一成功的交叉确认技术涉及使用拉曼光谱仪，其中观测到与260nm电子束带匹配的H2(1/4)旋转-振动为二阶荧光。来自电池[Mo，10双极板/LiOH-LiBr-
MgO/NiO](2550.5Wh，1.7A，9.5V，234％增益)、[MoCu/LiOH-LiBr/NiO](3.5Wh，80mA，120％增益)、[MoNi/LiOH-LiBr/NiO](1.8Wh，80mA，140％)和[CoCu(H渗入)/LiOH-LiBr/NiO]
(6.49Wh，150mA，186％增益)的气体用KOH-KCl(50-50at％)吸收，且使用具有HeCd 325nm激
光、处于显微镜模式(放大率为40X)的Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis拉曼光谱仪记录
吸气剂的拉曼光谱。在各种情况下，观测到8000cm-1至18,000cm-1区域中存在一系列1000cm
-1(0.1234eV)等能间隔的强拉曼峰。拉曼光谱转换成荧光或光致发光光谱公开，与对应于
260nm频带的H2(1/4)的二阶旋转-振动光谱匹配，此频带首先通过电子束激发所观测到
[R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,"Catalyst induced hydrino transition
(CIHT)electrochemical cell,"(2014),International Journal or Energy Research]。
光谱中对应于Q、R和P分支的峰归属为分别在12,199、11,207、10,191、9141、8100、13,183、
14,168、15,121、16,064、16,993和17,892cm-1所观测到的Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、R(3)、R(4)、P(1)、P(2)、P(3)、P(4)、P(5)和P(6)。激发被认为是通过激光的高能UV和EUV He和Cd发射达成，其中激光光学装置对于至少170nm而言为透明的且光栅(Labram Aramis 2400g/mm 
460mm焦距系统，1024×26μm2像素CCD)为分散的且在光谱范围(范围与260nm频带相同)的
较短波长一侧具有其最高效率。例如，镉在214.4nm具有极强谱线(5.8eV)，根据电子束激发
资料，此与KCl基质中的H2(1/4)旋转-振动激发能匹配。CCD在500nm(中心位于520nm的
260nm频带的二阶区域)反应也最强。
[1035] 光致发光频带也与向高场位移的NMR峰相关。例如，在-4.04ppm和-4.38ppm具有高场位移基质峰、包含[MoNi/LiOH-LiBr/NiO]的MoNi阳极CIHT电池的KOH-KCl(1:1)吸气剂和
在-4.09ppm和-4.34ppm具有高场位移基质峰、包含[CoCu(H渗入)/LiOH-LiBr/NiO]的CoCu 
H渗入阳极CIHT电池的KOH-KCl(1:1)吸气剂显示一系列对应于260nm电子束的光致发光峰。
[1036] 总体而言，拉曼结果(例如对0.241eV(1940cm-1)拉曼逆拉曼效应峰和与260nm电子束光谱匹配之间隔0.2414eV的拉曼光致发光频带的观测结果)有力证明分子分数氢的核间
距离为H2核间距离的1/4。后者情况中的证据通过以下进一步证实：位于无已知一阶峰或基
质峰的可能归属的区域中，这些峰与理论预测一致达四位有效数字。
[1037] 对1g KOH-KCl(1:1)吸气剂样品执行拉曼光谱分析，此样品与各包含CuO(30mg)+Cu(10mg)+H2O(14.5mg)、密封于DSC铝锅(铝坩埚30μl，D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)和铝盖D：6,7，冲压，严密(Setaram,S08/HBB37409))的15个各别固体燃料丸的15个连续起点
的中心保持2"距离。固体燃料的各样品是用泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机点燃，此点焊
机供应低电压、高电流电能的短脉冲。所施60Hz电压为约8V峰值，且峰值电流为约20,000A。
吸气剂样品包含于氧化铝坩埚中，氧化铝坩埚用围绕坩埚绑缚的聚合物网线覆盖。网孔防
止任何固体反应产物进入样品中，同时允许气体穿过。连续快速地对十五个各别固体燃料
样品进行点燃，且将积累15次暴露的吸气剂样品转移至Ar手套箱中，在手套箱中使用研钵
和杵将其均匀混合。使用具有HeCd 325nm激光、处于显微镜模式(放大率为40X)的Horiba 
Jobin Yvon LabRAM Aramis拉曼光谱仪，观测到一系列1000cm-1等能间隔拉曼峰，其与ν＝1→ν＝0内的H2(1/4)的二阶旋转发射匹配。特定而言，在12,194、11,239、10,147、13,268、
14,189、15,127、16,065、17,020和17,907cm-1分别观测到Q、R和P分支峰Q(0)、R(0),R(1)、R(2)、P(1)、P(2)、P(3)、P(4)和P(5)，从而确认分子分数氢H2(1/4)为所点燃固体燃料的高能爆发源。
[1038] 对抽真空至5×10-4托的真空室中所含的固体燃料样品执行EUV光谱分析，此样品包含涂有NiOOH的流延薄涂层(<1mm厚度)的0.08cm2镍网导体、11重量％碳和27重量％Ni粉
末。材料约束于Acme Electric Welder公司3-42-75型75KVA点焊机的两个铜电极之间，使
得样品的水平面与EUV光谱仪的光学系统对准，如通过对准激光所确认。使样品经受低电
压、高电流电力的短脉冲。所施60Hz电压为约8V峰值，且峰值电流为约20,000A。使用
McPherson切线入射EUV光谱仪(248/310G型)记录EUV光谱，此光谱仪装备有涂铂的600g/mm
光栅和铝(Al)(800nm厚度，Luxel公司)滤光器以阻挡可见光。入射角为87°。入射狭缝宽度
为100μm的波长解析度在CCD中心为约0.15nm且在50nm的CCD波长范围窗的界限处为0.5nm。
作为所点燃固体燃料的等离子体源距光谱仪入口的距离为70cm。通过冷却至-60℃的CCD侦
测器(Andor iDus)侦测EUV光。CCD侦测器集中于35nm。观测到10nm至40nm区域内的连续辐
射。根据爆发光谱的记录，确认Al窗为完整的。通过使可见光流通而截住任何EUV光的石英
窗外部爆发显示的平谱证明短波长连续谱不归因于所散射的可见光通过Al滤光器。高电压
氦窄放电光谱仅显示He原子和离子谱线，此用于波长校准光谱。因此，高能光确认为真实信
号。约125eV能量辐射因场加速作用而为不可能的，因为最大所施电压小于8V；此外，无已知化学反应可释放超过几个电子伏特。新生H2O分子可用作催化剂，其是通过接收81.6eV(m＝
3)而形成在连续谱带的发射下衰减的中间物，此谱带的能量截止值为92·13.6eV＝
122.4eV且短波长截止值为 根据方程式
(43-47)，10nm区域内的连续谱辐射带和波长变得更长与理论上预测的H跃迁至分数氢状态
H(1/4)匹配。
[1039] E.等离子体动力学功率转换
[1040] 将0.05ml(50mg)H2O添加至20mg CO3O4或CuO中，密封于DSC铝锅(铝坩埚30μl，D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)和铝盖D：6,7，冲压，严密(Setaram,S08/HBB37409))中。使
用泰勒-温菲尔德ND-24-75型点焊机，用在约8V RMS下向点燃电极施加的15,000至25,000A
之间的电流对各样品点燃，点燃电极包含5/8"外径(OD)×3"长度的铜柱，其中扁平端约束
样品。观测到大功率脉冲使各样品气化为高能、高离子化、膨胀等离子体。PDC电极包含两根
1/16"OD铜线。磁化PDC电极成形为直径为1"的开环，其在燃料样品的平面中环绕点燃电极
置放。由于电流为轴向，因此高电流所产生的磁场为径向，与环形PDC电极的轮廓平行。未磁化PDC相对电极平行于点燃电极和高电流的方向；因此，径向磁场线垂直于此PDC电极。PDC
相对电极向上和向下延伸超过样品平面2.5"。跨越标准0.1欧姆电阻器测量PDC电压。点燃
之后，记录一组PDC电极的功率为6250W，此对应于25V电压和250A电流。PDC功率与PDC电极
对数量呈线性比例关系。
[1041] F.H2O电弧等离子体电池
[1042] 用实验方法测试通过在竖立H2O柱中产生电弧等离子体而形成分数氢所得的高功率。实验性H2O电弧等离子体电池发电机800的示意图显示于图11中。H2O电弧等离子体系统
包含储能电容器806，储能电容器806连接于铜基板连杆式电极803和802与外部同心柱形铜
电极801之间，其中基板连杆式电极803和802中的杆802位于水柱下方。杆802嵌入圆柱形电
极区段的尼龙绝缘体套管804中且尼龙块体804位于基板803与圆柱801之间。自来水柱或添
加有去离子水的自来水柱805竖立于中心杆电极802与外部圆柱形和环形电极801之间。去
离子水在所施电压下未达成放电。电容器组806跨越电极连接，其中一根导线通过0.6毫欧
电阻器808连接至地面410，电容器组806包含四个电容器(Sprague，16uF 4500V DC，A-
109440型，30P12)，这些电容器经由端螺栓并联连接至两个1英寸宽×1/8英寸厚的铜条。电
容器组通过高压电源809(Universal Voltronics,20kV DC,1650R2型)、经由具有1毫欧电
阻器807的连线充电且通过包含不锈钢电极的空气火花隙开关411放电。高电压是在约3kV
至4.5kV范围内。低于3kV无法达成放电。放电电流是在10kA至13kA范围内(通过Rogowski 
CWT600LF型线圈和700mm电缆所测量)。所测试的开路电池中4ml H2O的示例性参数为：约64
μF的电容；约6μH的固有电感；约0.3Ω的固有电阻；圆柱形电极801内径(ID)和深度分别为
1/2英寸和2.5英寸；杆802外径(OD)为1/4英寸；圆柱形电极801与中心杆802之间的距离为
1/8"；充电电压为约4.5kV；且回路时间常数为约20μs。H2O点燃而高速率形成分数氢可通过触发的水电弧放电(其中电弧促使原子氢形成)和HOH催化剂(经由释放高功率而使反应发
生以形成分数氢)达成。高功率明显的处在于，在实验室中，整个H2O内含物超音速喷射10英
尺高，其中所喷射的水柱冲击天花板。
[1043] 使用具有Parr 6774量热温度计选项的Parr 1341普通夹套式量热计进行热测量定。将2,000g DI水装载于量热计水浴中(根据Parr手册)，且将H2O电弧等离子体电池发电
机置放于内部，浸没于水下。电弧等离子体电池的唯一修改为将具有减压通道的帽紧固于
圆柱形电极的顶部。用于校准和点燃的电源为具有64μF总电容C的电容器组。电容器组的正
极连线用8AWG 40kVDC导线连接至电池且负极引线用10AWG90型导线连接。在校准点燃H2O
电弧等离子体的输入能期间可测定水浴热容的输入能E输入通过下式得到：
其中Vi和Vf分别为电容器放电之前的初始电压和放电之后的最
终电压。在信号衰减(根据分压器)至仪器范围内之后，使用NIST可追踪、经校准的Fluke 45
数位式电压表测量电压。
[1044] 通过加热水浴、使用具有相同热容和排量、不产生电弧等离子体的放电电池来测定热容。量热计的和电弧等离子体设备的校准热容经测定为10,678J/°K。放电而产生H2O电
弧等离子体的电容器的初始和最终电压分别为3.051kV和0.600kV，对应于286.4J的输入
能。利用校准热容，量热法中对输入能的热反应与点燃H2O电弧等离子体所释放的能量的总
输出能量经计算为533.9J。通过减去输入能，净能量为247.5J，其在分数氢形成时释放。
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