TWI863956B

TWI863956B - 磁流體動力氫電力發電機

Info

Publication number: TWI863956B
Application number: TW109101842A
Authority: TW
Inventors: 雷戴爾Ｌ米爾斯
Original assignee: 美商明亮光源能源公司
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2024-12-01

Abstract

本發明闡述一種提供電力及熱力中之至少一者之電力發電機，該電力發電機包括：(i)用於反應之至少一個反應池，該等反應涉及可藉由獨特分析及光譜簽章來識別之原子氫氫產物，(ii)一熔融金屬注入系統，其包括諸如一電磁泵之至少一個泵，該電磁泵將一熔融金屬流提供至該反應池及接納該熔融金屬流之至少一個貯器，及(iii)一點火系統，其包括一電源，該電源將低電壓高電流電能提供至該至少一個熔融金屬流以將一電漿點火從而起始該反應之快速動力學及一能量增益。在某些實施例中，該電力發電機可包括：(v)供應至該電漿之H₂ 及O₂ 之一源，(vi)一熔融金屬回收系統，及(vii)一功率轉換器，其能夠(a)使用聚光器熱光伏打電池將來自該池之一黑體輻射器之高功率光輸出轉換為電或(b)使用一磁流體動力轉換器將該高能電漿轉換為電。

Description

磁流體動力氫電力發電機

本發明係關於發電領域，特定而言係關於用於發電之系統、裝置及方法。更具體而言，本發明之實施例係針對於發電裝置及系統以及相關方法，其經由一磁流體動力功率轉換器、一光學至電力轉換器、電漿至電力轉換器、光子至電力轉換器或一熱至電力轉換器產生光學功率、電漿及熱力且產生電力。另外，本發明之實施例闡述使用一水或基於水之燃料源之點火以使用光伏打功率轉換器來產生光學功率、機械功率、電力及/或熱力的系統、裝置及方法。在本發明中詳細闡述此等及其他相關實施例。

發電可採取諸多形式，利用來自電漿之功率。電漿之成功商業化可取決於能夠有效地形成電漿且然後捕獲所產生之電漿之功率的發電系統。

可在特定燃料之點火期間形成電漿。此等燃料可包含水或基於水之燃料源。在點火期間，形成電子被剝離之原子之一電漿雲，且可釋放高光學功率。本發明之一電轉換器可利用該電漿之高光學功率。離子及激發態原子可再結合且經歷電子鬆弛以發射光學功率。可藉助光伏打器件將光學功率轉換為電。

本發明係針對於產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，該等電力系統包括：至少一個容器，其能夠維持低於大氣之一壓力；反應物，其能夠經歷產生足夠能量以在該容器中形成一電漿之一反應，該等反應物包括： a) 氫氣與氧氣之一混合物，及/或水蒸氣，及/或氫氣與水蒸氣之一混合物； b) 一熔融金屬；一質量流量控制器，其用以控制至少一種反應物進入該容器之流率；一真空泵，其用以在一或多種反應物正流動至該容器中時使該容器中之該壓力維持低於大氣壓力；一熔融金屬注入器系統，其包括容納該熔融金屬中之某些熔融金屬之至少一個貯器、經組態以遞送該貯器中之該熔融金屬且穿過一注入器管從而提供一熔融金屬流之一熔融金屬泵系統(例如，一或多個電磁泵)及用於接納該熔融金屬流之至少一個非注入器熔融金屬貯器；至少一個點火系統，其包括一電力或點火電流源以將電力供應至該至少一個熔融金屬流以在該氫氣及/或氧氣及/或水蒸氣正流動至該容器中時將該反應點火；一反應物供應系統，其用以補給在該反應中所消耗之反應物；一功率轉換器或輸出系統，其用以將自該反應產生之能量(例如，來自該電漿之光及/或熱輸出)之一部分轉換為電力及/或熱力。

電力系統可包括一黑體輻射器及用以輸出來自該黑體輻射器之光之一窗。此等實施例可用於產生光(例如，用於照明)。

在某些實施例中，電力系統可進一步包括用於混合該氫氣與該氧氣之一氣體混合器以及一氫與氧再結合器及/或一氫解離器。舉例而言，電力系統可包括一氫與氧再結合器，其中該氫與氧再結合器包括由一惰性支撐體材料支撐之一再結合器催化性金屬。

可以最大化反應(且具體而言，能夠輸出足夠能量以維持電漿產生及淨能量輸出之反應)之參數來操作電力系統。舉例而言，在某些實施例中，容器在操作期間之壓力在0.1托至50托之範圍中。在特定實施方案中，氫質量流率超過氧質量流率達在1.5至1000之範圍中之一因子。在某些實施例中，該壓力可在50托以上，且可進一步包括一氣體再循環系統。

在某些實施例中，將一惰性氣體(例如，氬)注入至該容器中。該惰性氣體可用於延長特定原位形成之反應物(諸如初生水)之壽命。

電力系統可包括一水微量注入器，該水微量注入器經組態以將水注入至該容器中，使得自因反應產生之能量輸出產生之電漿包括水蒸氣。在某些實施例中，該微量注入器將水注入至該容器中。在某些實施例中，H₂ 莫耳百分率在該水蒸氣(例如，由該微量注入器注入之該水蒸氣)之莫耳百分比之1.5倍至1000倍之範圍中。

電力系統可進一步包括一加熱器，該加熱器用以熔融一金屬(例如，鎵或銀或銅或其組合)以形成熔融金屬。電力系統可進一步包括經組態以在反應之後回收熔融金屬之一熔融金屬回收系統，該熔融金屬回收系統包括自非注入器熔融金屬貯器收集溢流之一熔融金屬溢流通道。

該熔融金屬注入系統可進一步包括在該熔融金屬貯器及該非注入熔融金屬貯器中之電極；且該點火系統包括一電力或點火電流源以將相反電壓供應至注入器及非注入器貯器電極；其中電力源透過熔融金屬流供應電流及功率流以引起該等反應物之反應從而在該容器內側形成一電漿。

該電力源通常遞送足以致使該等反應物發生反應以形成電漿之一高電流電能。在特定實施例中，該電力源包括至少一個超級電容器。在各種實施方案中，來自熔融金屬點火系統功率之電流在10 A至50,000 A之範圍中。

通常，該熔融金屬泵系統經組態以將熔融金屬自一熔融金屬貯器泵送至一非注入貯器，其中在該熔融金屬貯器與該非注入貯器之間形成一熔融金屬流。在某些實施例中，該熔融金屬泵系統係一或多個電磁泵且每一電磁泵包括以下各項中之一者： a) 一DC或AC導電類型，其包括透過電極供應至該熔融金屬之一DC或AC電流源及一恆定或同相交變向量交叉磁場源，或 b) 一感應類型，其包括在該金屬中感應一交流電的穿過一經短接熔融金屬迴路之一交變磁場源及一同相交變向量交叉磁場源。在某些實施例中，藉由用以引起點火之熔融金屬流閉合熔融金屬點火系統之電路以進一步引起點火(例如，以小於10,000 Hz之一點火頻率)。該注入器貯器可包括與其中之該熔融金屬接觸之一電極，且該非注入器貯器包括與由該注入器系統提供之該熔融金屬進行接觸之一電極。

在各種實施方案中，該非注入器貯器在該注入器上面經對準(例如，與該注入器垂直對準)且該注入器經組態以產生朝向該非注入器貯器定位之該熔融流，使得來自該熔融金屬流之熔融金屬可收集在該貯器中且該熔融金屬流與非注入器貯器電極進行電接觸；且其中該熔融金屬匯集在該非注入器貯器電極上。在特定實施例中，至非注入器貯器之點火電流可包括： a) 一氣密密封具耐高溫能力饋通，其穿透該容器； b) 一電極匯流排條，及 c) 一電極。

點火電流密度可至少出於如下原因而與容器幾何結構有關：容器幾何結構與最終電漿形狀有關。在各種實施方案中，該容器可包括一沙漏幾何結構(例如，其中該容器之內部表面區之一中間部分具有比在沿著長軸之每一遠端之剖面小20%或10%或5%內之一剖面的一幾何結構)且在剖面之一垂直定向上定向(例如，該長軸與重力大致平行)，其中該注入器貯器在腰部下面且經組態使得該貯器中之熔融金屬液位大約在該沙漏之該腰部近端以增加點火電流密度。在某些實施例中，該容器圍繞該縱向主軸係對稱的。在某些實施例中，該容器可係一沙漏幾何結構且包括一耐火金屬襯裡。在某些實施例中，具有一沙漏幾何結構之該容器之該注入器貯器可包括用於該點火電流之正電極。

該熔融金屬可包括銀、鎵、銀-銅合金、銅或其組合中之至少一者。在某些實施例中，該熔融金屬具有低於700℃之一熔點。舉例而言，該熔融金屬可包括鉍、鉛、錫、銦、鎘、鎵、銻或合金(諸如洛斯合金、Cerrosafe、伍式合金、菲爾德金屬、Cerrolow 136、Cerrolow 117、Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl及鎵銦錫合金)中之至少一者。在特定態樣中，接觸彼熔融金屬的發電系統之組件中之至少一者(例如，貯器、電極)包括、包覆有或塗佈有抵抗與熔融金屬形成一合金之一或多個抗合金材料。例示性抗合金材料係鎢、鉭、SS 347及一陶瓷。在某些實施例中，該容器之至少一部分由一陶瓷及/或一金屬構成。該陶瓷可包括一金屬氧化物、石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽及一玻璃陶瓷中之至少一者。在某些實施例中，該容器之該金屬包括一不銹鋼及一耐火金屬中之至少一者。

該熔融金屬可與水發生反應以原位形成原子氫。在各種實施方案中，該熔融金屬係鎵且該電力系統進一步包括一鎵再生系統以自氧化鎵(例如，在反應中產生之氧化鎵)再生鎵。該鎵再生系統可包括氫氣及原子氫中之至少一者之一源以將氧化鎵還原至鎵金屬。在某些實施例中，將氫氣自在該發電系統外部之源遞送至該鎵再生系統。在某些實施例中，原位產生氫氣及/或原子氫。該鎵再生系統可包括將電力遞送至在反應中產生之鎵(或鎵/氧化鎵組合)之一點火系統。在數個實施方案中，此電力可將鎵表面上之氧化鎵電解至鎵金屬。在某些實施例中，該鎵再生系統可包括一電解質(例如，包括一鹼金屬或鹼土金屬鹵化物之一電解質)。在某些實施例中，該鎵再生系統可包括一鹼性pH水性電解系統、用以將氧化鎵運輸至該系統中之一構件及用以使鎵返回至該容器(例如，該熔融金屬貯器)之一構件。在某些實施例中，該鎵再生系統包括一撇渣器及一鬥式提升機以自鎵表面移除氧化鎵。在各種實施方案中，電力系統可包括通往真空泵之一排氣管線以維持一排放氣體流且進一步包括在該排氣管線中之一靜電沈澱系統以收集該排放氣體流中之氧化鎵顆粒。

在某一實施例中，電力系統可進一步包括至少一個熱交換器(例如，耦合至容器之一壁之一熱交換器、可將熱自熔融金屬貯器轉移至熔融金屬或自熔融金屬轉移至熔融金屬貯器之一熱交換器)。

在某些實施例中，電力系統包括反應功率輸出之至少一個功率轉換器或輸出系統，包括以下各項之群組中之至少一者：一熱光伏打轉換器、一光伏打轉換器、一光電子轉換器、一磁流體動力轉換器、一電漿動態轉換器、一熱離子轉換器、一熱電轉換器、一純銀引擎、一超臨界CO₂ 循環轉換器、一佈雷登循環轉換器、一外部燃燒器類型佈雷登循環引擎或轉換器、一郎肯循環引擎或轉換器、一有機郎肯循環轉換器、一內燃類型引擎及一熱引擎、一加熱器及一鍋爐。該容器可包括一透光光伏打(PV)窗以將光自該容器之內側透射至一光伏打轉換器以及一容器幾何結構及包括一自旋窗之至少一個擋板中之至少一者。該自旋窗包括用以還原氧化鎵之一系統，該系統包括一氫還原系統及一電解系統中之至少一者。在某些實施例中，該自旋窗包括以下各項或由以下各項構成：石英、藍寶石、氟化鎂或其組合。在數個實施方案中，該自旋窗塗佈有抑制鎵及氧化鎵中之至少一者之黏附之一塗層。該自旋窗塗層可包括類鑽碳、碳、氮化硼及一鹼金屬氫氧化物中之至少一者。

該功率轉換器或輸出系統可包括一磁流體動力(MHD)轉換器，該磁流體動力(MHD)轉換器包括連接至該容器之一噴嘴、一磁流體動力通道、電極、磁體、一金屬收集系統、一金屬再循環系統、一熱交換器及視情況一氣體再循環系統。在某些實施例中，該熔融金屬可包括銀。在具有一磁流體動力轉換器之實施例中，該磁流體動力轉換器可遞送氧氣以在與熔融金屬流中之銀髮生相互作用之後形成銀奈米顆粒(例如，其在分子形態中之大小係諸如小於大約10 nm或小於大約1 nm)，其中透過磁流體動力噴嘴使該等銀奈米顆粒加速度以賦予自反應產生之功率之一動能庫存。反應物供應系統可將氧氣供應至轉換器且控制氧氣至轉換器之遞送。在各種實施方案中，在一磁流體動力通道中將銀奈米顆粒之動能庫存之至少一部分轉換為電能。此版本之電能可導致該等奈米顆粒之聚結。該等奈米顆粒可作為至少部分地吸收氧之熔融金屬聚結在磁流體動力轉換器之一凝結區段(亦在本文中稱為一MHD凝結區段)中，且藉由一金屬再循環系統使包括所吸收氧之該熔融金屬返回至注入器貯器。在某些實施例中，可藉由容器中之電漿而將氧自金屬釋放。在某些實施例中，使該電漿維持在該磁流體動力通道及該金屬收集系統中以增強由該熔融金屬對氧之吸收。

該熔融金屬泵系統可包括一第一級電磁泵及一第二級電磁泵，其中該第一級包括用於一金屬再循環系統之一泵，且該第二級包括該金屬注入器系統之該泵。

由反應引起之反應產生足夠能量以便起始在容器中形成一電漿。此等反應可產生表徵為以下各項中之一或多者之一氫產物： a) 具有處於1900至2000 cm^-1 及5500至6100 cm^-1 之一或多個範圍之一拉曼峰值的一氫產物； b) 具有依0.23至0.25 eV之一整數倍數間隔開之複數個拉曼峰值的一氫產物； c) 具有處於1900至2000 cm^-1 之一紅外線峰值之一氫產物； d) 具有依0.23至0.25 eV之一整數倍數間隔開之複數個紅外線峰值之一氫產物； e) 具有在200至300 nm之範圍中之複數個UV螢光發射光譜峰值之一氫產物，該複數個UV螢光發射光譜峰值在0.23至0.3 eV之一整數倍數下具有一間距； f) 具有在200至300 nm之範圍中之複數個電子束發射光譜峰值之一氫產物，該複數個電子束發射光譜峰值在0.2至0.3 eV之一整數倍數下具有一間距； g) 具有在5000至20,000 cm^-1 之範圍中之複數個拉曼光譜峰值之一氫產物，該複數個拉曼光譜峰值在1000 ±200 cm^-1 之一整數倍數下具有一間距； h) 具有在40至8000 cm^-1 之範圍中之一連續拉曼光譜之一氫產物； i) 由於順磁移位及奈米顆粒移位中之至少一者而具有在1500至2000 cm^-1 之範圍中之一拉曼峰值之一氫產物； j) 具有處於在490至525 eV之範圍中之一能量之一X射線光電子光譜學峰值的一氫產物； k) 引起一高磁場MAS NMR基質移位之一氫產物； l)相對於TMS具有大於-5 ppm之一高磁場MAS NMR或液體NMR移位之一氫產物； m)包括大團聚體或聚合物H_n (n係大於3之一整數)之一氫產物； n) 包括大團聚體或聚合物H_n (n係大於3之一整數)之一氫產物，該氫產物具有16.12至16.13之一飛行時間二次離子質譜學(ToF-SIMS)峰值； o) 包括一金屬氫化物及一金屬氧化物中之至少一者、進一步包括氫之一氫產物，其中金屬包括Zn、Fe、Mo、Cr、Cu及W中之至少一者； p) 包括H₁₆ 及H₂₄ 中之至少一者之一氫產物； q) 包括一無機化合物M_x X_y 及H₂ 之一氫產物，其中M係一陽離子且X係一陰離子，該氫產物具有M(M_x X_y H₂ )n之電灑離子化飛行時間二次離子質譜學(ESI-ToF)及飛行時間二次離子質譜學(ToF-SIMS)峰值中之至少一者，其中n係一整數； r) 包括K₂ CO₃ H₂ 及KOHH₂ 中之至少一者之一氫產物，該氫產物具有分別為及之電灑離子化飛行時間二次離子質譜學(ESI-ToF)及飛行時間二次離子質譜學(ToF-SIMS)峰值中之至少一者； s) 包括一金屬氫化物及一金屬氧化物中之至少一者、進一步包括氫之一磁性氫產物，其中金屬包括Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及一反磁性金屬中之至少一者； t) 包括一金屬氫化物及一金屬氧化物中之至少一者、進一步包括氫之一氫產物，其中金屬包括Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及藉由磁性磁化率量測術來證明磁性之一反磁性金屬中之至少一者； u) 包括在電子順磁共振(EPR)光譜學中並非活性之一金屬之一氫產物，其中EPR光譜包括大約2.0046 ±20%之一g因子及諸如大約1.6×10^-2 eV ±20%之一質子-電子偶極分裂能量之質子分裂中之至少一者； v) 包括一氫分子二聚物[H₂ ]₂ 之一氫產物，其中EPR光譜至少展示大約9.9×10^-5 eV ±20%之一電子-電子偶極分裂能量及大約1.6×10^-2 eV ±20%之一質子-電子偶極分裂能量； w) 包括關於氫或氦載體具有一負氣體層析峰值之一氣體之一氫產物； x) 具有之一四極矩/e之一氫產物，其中p係一整數； y) 包括一分子二聚物之一質子氫產物，該分子二聚物具有在(J+1)44.30 cm^-1 ±20 cm^-1 之範圍中之整數J至J + 1過渡之一翻轉旋轉能量，其中包括氘之該分子二聚物之對應旋轉能量係包括質子之二聚物之對應旋轉能量之½； z) 包括具有至少一個參數之分子二聚物之一氫產物，該至少一個參數來自以下各項之群組：(i) 1.028 Å ±10%的氫分子之一分開距離，(ii) 23 cm^-1 ±10%的氫分子之間的一振動能量，及(iii) 0.0011 eV ±10%的氫分子之間的一凡得瓦能量； aa) 包括具有至少一個參數之一固體之一氫產物，該至少一個參數來自以下各項之群組：(i) 1.028 Å ±10%的氫分子之一分開距離，(ii) 23 cm^-1 ±10%的氫分子之間的一振動能量，及(iii) 0.019 eV ±10%的氫分子之間的一凡得瓦能量； bb) 具有FTIR及拉曼光譜簽章及/或一X射線或中子繞射圖樣之一氫產物，該等FTIR及拉曼光譜簽章為(i) (J+1)44.30 cm^-1 ±20 cm^-1 、(ii) (J+1)22.15 cm^-1 ±10 cm^-1 及(iii) 23 cm^-1 ±10%，該X射線或中子繞射圖樣展示1.028 Å ±10%之一氫分子間隔及/或每分子氫0.0011 eV ±10%之蒸發能量之一量熱判定； cc) 具有FTIR及拉曼光譜簽章及/或一X射線或中子繞射圖樣之一固體氫產物，該等FTIR及拉曼光譜簽章為(i) (J+1)44.30 cm^-1 ±20% cm^-1 、(ii) (J+1)22.15 cm^-1 ±10% cm^-1 及(iii) 23 cm^-1 ±10%，該X射線或中子繞射圖樣展示1.028 Å ±10%之一氫分子間隔及/或每分子氫0.019 eV ±10%之蒸發能量之一量熱判定； dd) 包括一氫氫化物離子之一氫產物，該氫氫化物離子係磁性的且在其束縛-自由結合能區域中以若干單位之磁來鏈接通量； ee) 一氫產物，其中高壓力液體層析法(HPLC)與包括水之一溶劑一起使用一有機管柱展示具有比載體空隙體積時間長之保持時間之層析峰值，其中藉由諸如ESI-ToF之質譜學對該等峰值之偵測展示至少一個無機化合物之碎片。在某些實施例中，該氫產物可表徵為： a) 具有在40至8000 cm^-1 之範圍中之一連續拉曼光譜之一氫產物； b) 由於順磁移位及奈米顆粒移位中之至少一者而具有在1500至2000 cm^-1 之範圍中之一拉曼峰值之一氫產物； c) 具有處於在490至525 eV之範圍中之一能量之一X射線光電子光譜學峰值的一氫產物； d) 包括在電子順磁共振(EPR)光譜學中並非活性之一金屬之一氫產物，其中EPR光譜包括大約2.0046 ±20%之一g因子及諸如大約1.6×10^-2 eV ±20%之一質子-電子偶極分裂能量之質子分裂中之至少一者； e) 包括一氫分子二聚物[H₂ ]₂ 之一氫產物，其中EPR光譜至少展示大約9.9×10^-5 eV ±20%之一電子-電子偶極分裂能量及大約1.6×10^-2 eV ±20%之一質子-電子偶極分裂能量； f) 包括一氫氫化物離子之一氫產物，該氫氫化物離子係磁性的且在其束縛-自由結合能區域中以若干單位之磁通量量子來鏈接通量。在特定實施方案中，該反應產生可表徵為以下各項中之一或多者之H₂ ： a) 具有一傅立葉變換紅外線光譜(FTIR)，該傅立葉變換紅外線光譜包括在1940 cm^-1 ±10%下之H₂ 旋轉能量及其中缺乏其他高能量特徵之指紋區域中之釋放頻帶中之至少一者； b) 具有一質子魔角自旋核磁共振光譜(¹ H MAS NMR)，該質子魔角自旋核磁共振光譜包括一高磁場基質峰值； c) 具有一熱重量分析(TGA)結果，其展示一金屬氫化物及一氫聚合物中之至少一者在100℃至1000℃之溫度區域中之分解； d) 具有一電子束激發發射光譜，該電子束激發發射光譜包括在260 nm區域中之H₂ 振轉頻帶，該H₂ 振轉頻帶包括在0.23 eV至0.3 eV下彼此間隔開之複數個峰值； e) 具有一電子束激發發射光譜，該電子束激發發射光譜包括在260 nm區域中之H₂ 振轉頻帶，該H₂ 振轉頻帶包括在0.23 eV至0.3 eV下彼此間隔開之一系列峰值，其中該等峰值之強度在介於0 K至150 K之範圍中之低溫下減小； f) 具有一光致發光拉曼光譜，該光致發光拉曼光譜包括在260 nm區域中之H₂ 振轉頻帶之二階，包括在0.23 eV至0.3 eV下彼此間隔開之複數個峰值； g) 具有一光致發光拉曼光譜，該光致發光拉曼光譜包括H₂ 振轉頻帶之二階，包括在1000 ± 200 cm^-1 之一整數倍數下具有一間距之在5000至20,000 cm^-1 之範圍中之複數個峰值； h) 具有一拉曼光譜，該拉曼光譜包括在1940 cm^-1 ±10%及5820 cm^-1 ±10%中之一或多者下之H₂ 旋轉峰值； i) 具有在40至8000 cm^-1 之範圍中之一連續拉曼光譜； j) 由於順磁移位及奈米顆粒移位中之至少一者而具有在1500至2000 cm^-1 之範圍中之一拉曼峰值； k) 具有一X射線光電子光譜(XPS)，該X射線光電子光譜包括在490至500 eV下之H₂ 總能量； l) 氫產物與K₂ CO₃ H(1/4)₂ 及KOHH₂ 相互作用(例如，在包括一吸氣劑之實施例中)且電灑離子化飛行時間二次離子質譜(ESI-ToF)及飛行時間二次離子質譜(ToF-SIMS)中之至少一者分別包括及之峰值； m) 具有之一四極矩/e ；且 n) 具有分別在(J+1)44.30 cm^-1 ±20 cm^-1 及(J+1)22.15 cm^-1 ±10 cm^-1 之範圍中之整數J至J + 1過渡之一翻轉旋轉能量； o) 具有來自以下各項之群組之至少一個參數：(i) 1.028 Å ±10%的H₂ 分子之一分開距離，(ii) 23 cm^-1 ±10%的H₂ 分子之間的一振動能量，及(iii) 0.0011 eV±10%的H₂ 分子之間的一凡得瓦能量； p) 具有FTIR及拉曼光譜簽章及/或一X射線或中子繞射圖樣，該等FTIR及拉曼光譜簽章為(i) (J+1)44.30 cm^-1 ±20 cm^-1 、(ii) (J+1)22.15 cm^-1 ±10 cm^-1 及(iii) 23 cm^-1 ±10%，該X射線或中子繞射圖樣展示1.028 Å ±10%之一H₂ 分子間隔及/或每H₂ 0.0011 eV ±10%之蒸發能量之一量熱判定。在某些實施例中，氫產物可形成為一固體H₂ 且表徵為： a) 具有來自以下各項之群組之至少一個參數：(i) 1.028 Å ±10%的H₂ 分子之一分開距離，(ii) 23 cm^-1 ±10%的H₂ 分子之間的一振動能量，及(iii) 0.019 eV ±10%的H₂ (1/4)分子之間的一凡得瓦能量； b) 具有FTIR及拉曼光譜簽章及/或一X射線或中子繞射圖樣，該等FTIR及拉曼光譜簽章為(i) (J+1)44.30 cm^-1 ±20 cm^-1 、(ii) (J+1)22.15 cm^-1 ±10 cm^-1 及(iii) 23 cm^-1 ±10%，該X射線或中子繞射圖樣展示1.028 Å ±10%之一氫分子間隔及/或每H₂ 0.019 eV ±10%之蒸發能量之一量熱判定。在各種實施方案中，氫產物可類似地表徵為自各種分數氫(hydrino)反應器形成之產物(諸如藉由導線爆震(wire detonation)在包括水蒸氣之一大氣中形成之彼等)。此等產物可： a) 包括大團聚體或聚合物H_n (n係大於3之一整數)； b) 包括大團聚體或聚合物H_n (n係大於3之一整數)，其具有16.12至16.13之一飛行時間二次離子質譜學(ToF-SIMS)峰值； c) 包括一金屬氫化物及一金屬氧化物中之至少一者、進一步包括氫，其中金屬包括Zn、Fe、Mo、Cr、Cu及W中之至少一者且氫包括H； d) 包括H₁₆ 及H₂₄ 中之至少一者； e) 包括一無機化合物M_x X_y 及H₂ ，其中M係一金屬陽離子且X係一陰離子，且電灑離子化飛行時間二次離子質譜(ESI-ToF)及飛行時間二次離子質譜(ToF-SIMS)中之至少一者包括M(M_x X_y H(1/4)₂ )n之峰值，其中n係一整數； f)係磁性的且包括一金屬氫化物及一金屬氧化物中之至少一者、進一步包括氫，其中金屬包括Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及一反磁性金屬中之至少一者，且氫係H(1/4)； g) 包括一金屬氫化物及一金屬氧化物中之至少一者、進一步包括氫，其中金屬包括Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及一反磁性金屬中之至少一者且H係H(1/4)，其中產物藉由磁性磁化率量測術來證明磁性； h) 包括在電子順磁共振(EPR)光譜學中並非活性之一金屬，其中EPR光譜展示大約2.0046 ±20%之一g因子及諸如大約1.6×10^-2 eV ±20%之一質子-電子偶極分裂能量之質子分裂； i) 包括一氫分子二聚物[H₂ ]₂ ，其中EPR光譜展示大約9.9×10^-5 eV ±20%之至少一電子-電子偶極分裂能量及大約1.6×10^-2 eV ±20%之一質子-電子偶極分裂能量； j) 包括或釋放關於氫或氦載體具有一負氣體層析峰值之H₂ 氣體(例如，氫產物)；在某些實施例中，藉由反應形成之氫產物包括與以下各項中之至少一者錯合之氫產物：(i)除氫以外之一元素，(ii)一普通氫物種，其包括H⁺ 、普通H₂ 、普通H^- 及普通、一有機分子物種中之至少一者，及(iv)一無機物種。在某些實施例中，氫產物包括一含氧陰離子化合物。在各種實施方案中，氫產物(或自包括一吸氣劑之實施例回收之一氫產物)可包括具有選自以下各項之群組之式之至少一個化合物： a) MH、MH₂ 或M₂ H₂ ，其中M係一鹼金屬陽離子且H或H₂ 係氫產物； b) MH_n ，其中n係1或2，M係一鹼土金屬陽離子且H係氫產物； c) MHX，其中M係一鹼金屬陽離子，X係諸如鹵素原子之一中性原子、一分子或諸如鹵素陰離子之一單一帶負電陰離子中之一者，且H係氫產物； d) MHX，其中M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且H係氫產物； e) MHX，其中M係一鹼土金屬陽離子，X係一雙重帶負電陰離子，且H係氫產物； f) M₂ HX，其中M係一鹼金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且H係氫產物； g) MH_n ，其中n係一整數，M係一鹼金屬陽離子且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； h) M₂ H_n ，其中n係一整數，M係一鹼土金屬陽離子且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； i) M₂ XH_n ，其中n係一整數，M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； j) M₂ X₂ H_n ，其中n係1或2，M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； k) M₂ X₃ H，其中M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且H係氫產物； l) M₂ XH_n ，其中n係1或2，M係一鹼土金屬陽離子，X係一雙重帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； m) M₂ XX’H，其中M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，X’係一雙重帶負電陰離子，且H係氫產物； n) MM’H_n ，其中n係自1至3之一整數，M係一鹼土金屬陽離子，M’係一鹼金屬陽離子且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； o) MM’XHn，其中n係1或2，M係一鹼土金屬陽離子，M’係一鹼金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； p) MM’XH，其中M係一鹼土金屬陽離子，M’係一鹼金屬陽離子，X係一雙重帶負電陰離子且H係氫產物； q) MM’XX’H，其中M係一鹼土金屬陽離子，M’係一鹼金屬陽離子，X及X’係單一帶負電陰離子且H係氫產物； r) MXX’H_n ，其中n係自1至5之一整數，M係一鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X係一單一或雙重帶負電陰離子，X’係一金屬或類金屬、一過渡元素、一內過渡元素或一稀土元素，且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； s) MH_n ，其中n係一整數，M係諸如一過渡元素、一內過渡元素或一稀土元素之一陽離子，且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； t) MXH_n ，其中n係一整數，M係諸如一鹼金屬陽離子、鹼土金屬陽離子之一陽離子，X係諸如一過渡元素、內過渡元素或一稀土元素陽離子之另一陽離子，且化合物之氫含量H_n 包括氫產物中之至少一者； u)，其中M係一鹼金屬陽離子或其他+1陽離子，m及n各自係一整數，且化合物之氫含量H_m 包括氫產物中之至少一者； v)，其中M係一鹼金屬陽離子或其他+1陽離子，m及n各自係一整數，X係一單一帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_m 包括氫產物中之至少一者； w)，其中M係一鹼金屬陽離子或其他+1陽離子，n係一整數，且化合物之氫含量H包括氫產物中之至少一者； x)，其中M係一鹼金屬陽離子或其他+1陽離子，n係一整數，且化合物之氫含量H包括氫產物中之至少一者； y)，其中m及n各自係一整數，M及M'各自係一鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X係一單一或雙重帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_m 包括氫產物中之至少一者；及 z)，其中m及n各自係一整數，M及M'各自係一鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X及X'係一單一或雙重帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_m 包括氫產物中之至少一者。藉由反應形成之氫產物之陰離子可係一或多個單一帶負電陰離子，其包含一鹵素離子、一氫氧離子、一碳酸氫離子、一硝酸根離子、一雙重帶負電陰離子、一碳酸離子、一種氧化物及一硫酸根離子。在某些實施例中，氫產物嵌入於一結晶晶格中(例如，藉助使用位於(舉例而言)容器中或一排氣管線中之諸如K₂ CO₃ 之一吸氣劑)。舉例而言，氫產物可嵌入於一鹽晶格中。在各種實施方案中，該鹽晶格可包括一鹼金屬鹽、一鹼金屬鹵化物、一鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬鹽、一鹼土金屬鹵化物、一鹼土金屬氫氧化物或其組合。

亦提供電極系統，該等電極系統包括： a) 一第一電極及一第二電極； b) 一熔融金屬(例如，熔融銀、熔融鎵)流，其與該第一電極及該第二電極進行電接觸； c) 一循環系統，其包括一泵以自一貯器汲取該熔融金屬且透過一導管(例如，一管)運送其以產生離開該導管之該熔融金屬流； d) 一電力源，其經組態以提供該第一電極與該第二電極之間的一電位差；其中該熔融金屬流同時與該第一電極及該第二電極接觸以在該等電極之間形成一電流。在某些實施例中，電力足以形成超出100 A之一電流。

亦提供電路，該等電路可包括： a) 一加熱構件，其用於產生熔融金屬； b) 一泵送構件，其用於透過一導管運送來自一貯器之該熔融金屬以產生離開該導管之該熔融金屬之一流； c) 一第一電極及一第二電極，其與一電力供應構件進行電連通以用於跨越該第一電極及該第二電極形成一電位差；其中該熔融金屬流同時與該第一電極及該第二電極接觸以在該第一電極與該第二電極之間形成一電路。舉例而言，在包括一第一及第二電極之一電路中，改良可包括跨越該等電極傳遞一熔融金屬流以准許一電流在其之間流動。

另外，提供用於產生一電漿(其可在本文中所闡述之發電系統中使用)之系統。此等系統可包括： a) 一熔融金屬注入器系統，其經組態以自一金屬貯器產生一熔融金屬流； b) 一電極系統，其用於感應一電流以流動穿過該熔融金屬流； c) 以下各項中之至少一者：(i)經組態以使一計量體積之水與該熔融金屬接觸之一水注入系統，其中該水之一部分及該熔融金屬之一部分發生反應以形成該金屬及氫氣之一種氧化物，(ii)過量氫氣及氧氣之一混合物，及(iii)過量氫氣及水蒸氣之一混合物，及 d) 一電源供應器，其經組態以供應該電流；其中在透過該金屬流供應電流時產生該電漿。在某些實施例中，該系統可進一步包括：一泵送系統，其經組態以將在產生該電漿之後收集之金屬轉移至該金屬貯器。在某些實施例中，該系統可包括：一金屬再生系統，其經組態以收集該金屬氧化物且將該金屬氧化物轉換為該金屬；其中該金屬再生系統包括一陽極、一陰極、電解質；其中在該陽極與該陰極之間供應一電偏壓以將該金屬氧化物轉換為該金屬。在特定實施方案中，該系統可包括： a) 一泵送系統，其經組態以將在產生該電漿之後收集之金屬轉移至該金屬貯器；及 b) 一金屬再生系統，其經組態以收集該金屬氧化物且將該金屬氧化物轉換為該金屬；其中該金屬再生系統包括一陽極、一陰極、電解質；其中在該陽極與該陰極之間供應一電偏壓以將該金屬氧化物轉換為該金屬；其中將在該金屬再生系統中再生之金屬轉移至該泵送系統。在特定實施方案中，該金屬係鎵、銀或其組合。在某些實施例中，該電解質係一鹼金屬氫氧化物(例如，氫氧化鈉、氫氧化鉀)。

相關申請案之交叉參考本申請案主張2019年1月18日提出申請之第62/794,515號美國申請案、2019年2月8日提出申請之第62/803,283號美國申請案、2019年3月25日提出申請之第62/823,541號美國申請案、2019年4月2日提出申請之第62/828,341號美國申請案、2019年4月27日提出申請之第62/839,617號美國申請案、2019年5月7日提出申請之第62/844,643號美國申請案、2019年5月21日提出申請之第62/851,010號美國申請案、2019年6月28日提出申請之第62/868,838號美國申請案、2019年7月8日提出申請之第62/871,664號美國申請案、2019年7月26日提出申請之第62/879,389號美國申請案、2019年8月5日提出申請之第62/883,047號美國申請案、2019年8月21日提出申請之第62/890,007號美國申請案、2019年9月6日提出申請之第62/897,161號美國申請案、2019年9月20日提出申請之第62/903,528號美國申請案、2019年11月1日提出申請之第62/929,265號美國申請案、2019年11月14日提出申請之第62/935,559號美國申請案、2019年12月13日提出申請之第62/948,173號美國申請案及2019年12月27日提出申請之第62/954,355號美國申請案之優先權，該等美國申請案中之每一者特此以其全文引用方式併入本文中。

在本文中揭示將來自涉及原子氫之反應之能量輸出轉換為電能及/或熱能之發電系統及發電方法。此等反應可涉及自原子氫釋放能量以形成較低能量狀態之觸媒系統，其中電子殼層相對於核處於一更接近位置。利用所釋放功率進行發電，且另外，新氫物種及化合物係所要產物。此等能量狀態由經典物理定律預測且需要一觸媒自氫接受能量以便經歷對應能量釋放過渡。

經典物理學給出氫原子、氫化物離子、氫分子離子及氫分子之封閉形式溶液，且預測具有分數主量子數之對應物種。原子氫可經歷與特定物種(包含其自身)之一催化反應，該等特定物種可接受原子氫之位能之整數倍數(m • 27.2 eV，其中m係一整數)之能量。所預測反應涉及自以其他方式穩定原子氫至能夠接受能量之觸媒之一共振非輻射能量轉移。產物係H(1/p)，稱作「分數氫原子」的原子氫之分數芮得柏態，其中在氫激發態之芮得柏方程式中，n = 1/2、1/3、1/4、…、1/p (p≤137係一整數)替換眾所周知之參數n = 整數。每一分數氫狀態亦包括一電子、一質子及一光子，但來自光子之場貢獻增加結合能而非減小結合能(對應於能量脫附而非吸收)。由於原子氫之位能係27.2 eV，因此m 個H 原子用作另一第(m＋1)個H原子之m • 27.2eV 之一觸媒[R. Mills，經典物理大統一理論 ；2016年9月版，發表於https://brilliantlightpower.com/book-download-and-streaming/ (「Mills GUTCP」)]。舉例而言，一H原子可藉由以下方式充當另一H之一觸媒：經由貫穿空間能量轉移(諸如藉由磁性或感應電偶極-偶極耦合)自另一H接受27.2 eV以形成隨著具有短波長截止及之能量之連續頻帶之發射而衰減之一中間體。除原子H之外，自原子H接受m • 27.2eV 之一分子(由於該分子之位能之量值減少相同能量)亦可用作一觸媒。H₂ O之位能係81.6 eV。然後，藉由相同機制，藉由一金屬氧化物之一熱力學上有利之還原而形成之初生H₂ O分子(並非以固體、液體或氣體狀態鍵合之氫)經預測以用作一觸媒以形成具有204 eV之一能量釋放之H (1/4)，包括至HOH之一81.6 eV轉移及在10.1 nm處具有一截止之連續輻射之一釋放(122.4 eV)。

在涉及向狀態之一過渡之H 原子觸媒反應中，m 個H 原子用作另一第(m +1)個H 原子之m • 27.2eV 之一觸媒。然後，由下式給出m＋1個氫原子之間的反應，藉此m個原子合理地且非輻射地自第(m +1)個氫原子接受m • 27.2eV ，使得mH 用作觸媒，：(1)(2)(3) 且，總體反應係(4)

關於初生H₂ O之位能之催化作用反應(m = 3) [R. Mills，經典物理大統一理論 ；2016年9月版，發表於https://brilliantlightpower.com/book-download-and-streaming/]係(5)(6)(7)

且，總體反應係(8)

在至觸媒之能量轉移(方程式(1)及(5))之後，形成一中間體，其具有H原子之半徑及一質子之中央場之m + 1倍之一中央場。該半徑經預測以減小，此乃因電子經歷徑向加速度到達一穩定狀態從而具有未催化氫原子之半徑之1/(m + 1)之一半徑，其中釋放m ² • 13.6 eV之能量。歸因於中間體(例如方程式(2)及方程式(6))之極紫外線連續輻射頻帶經預測以具有由下式給出之一短波長截止及能量：(9) 且延伸至比對應截止長之波長。在此處，歸因於H*[a_H /4]中間體之衰減之極紫外線連續輻射頻帶經預測以具有在E = m² ·13.6 = 9·13.6 = 122.4 eV下之一短波長截止(10.1 nm) [其中在方程式(9)中，p = m + 1 = 4且m = 3]且延伸至較長波長。觀察到處於10.1 nm且針對H向較低能量之理論上所預測過渡(因此稱作「分數氫」狀態H(1/4))變為較長波長之連續輻射頻帶僅由包括某些氫之脈衝捏縮氣體放電產生。由方程式(1)及(5)預測之另一觀察係自快速H⁺ 之再結合形成快速激發態H原子。快速原子引起加寬巴耳末α發射。揭露特定混合氫電漿中之極其高動能氫原子之一群體之大於50 eV巴耳末α線加寬係一公認現象，其中原因係在分數氫形成中釋放之能量。先前在連續發射氫捏縮電漿中觀察到快速H。

用以形成分數氫之額外觸媒及反應係可能的。要求可在其已知電子能階之基礎上識別之特定物種(例如He⁺ 、Ar⁺ 、Sr⁺ 、K、Li、HCl及NaH、OH、SH、SeH、初生H₂ O、nH (n=整數))與原子氫一起存在以對程序進行催化。反應涉及一非輻射能量轉移後續接著至H之q • 13.6eV 連續發射或q • 13.6eV 轉移以形成極其熱激發態H及能量低於與一分數主量子數對應之未反應原子氫之一氫原子。亦即，在氫原子之主能階之式中：(10) n＝1、2、3… (11) 其中a_H 係氫原子之波耳半徑(52.947 pm)，e 係電子之電荷之量值，且係真空介電係數，分數量子數：；其中係一整數 (12) 在氫激發態之芮得柏方程式中替換眾所周知之參數n＝整數且表示稱作「分數氫」之較低能量狀態氫原子。氫之n=1狀態及氫之狀態係非輻射的，但兩個非輻射狀態之間的一轉變(例如n=1至n=1/2)經由一非輻射能量轉移而係可能的。氫係由方程式(10)及(12)給出之穩定狀態之一特殊情形，其中氫或分數氫原子之對應半徑由下式給出：， (13) 其中p ＝1、2、3…。為了節省能量，必需以正常n=1狀態中之氫原子之整數單位之位能將能量自氫原子轉移至觸媒，且半徑轉變至。藉由使一普通氫原子與具有如下之一反應淨焓之一適合觸媒發生反應而形成分數氫：m • 27.2eV (14) 其中m 係一整數。據信，隨著反應淨焓與m • 27.2eV 更緊密地匹配，催化作用之速率增加。已發現，具有在m • 27.2eV 之±10%、較佳地±5%內之一反應淨焓之觸媒適合於大多數應用。

觸媒反應涉及能量釋放之兩個步驟：至觸媒之一非輻射能量轉移後續接著隨著半徑減小至對應穩定最終狀態而發生之額外能量釋放。因此，普遍反應由下式給出(15)(16)且 (17) 總體反應係(18)q 、r 、m 及p 係整數。具有氫原子之半徑(對應於分母中之1)及等於一質子之中央場之(m +p )倍之一中央場，且係對應穩定狀態，其半徑係H 之。

觸媒產物H (1/p )亦可與一電子發生反應以形成一分數氫氫化物離子H^- (1/p )，或兩個H (1/p )可發生反應以形成對應分子分數氫H ₂ (1/p )。具體而言，觸媒產物H (1/p )亦可與一電子發生反應以形成具有一結合能E_B 之一新型氫化物離子H^- (1/p )：(19) 其中p =整數＞1，s ＝1/2，係普朗克常數拔，u_o 係真空磁導率，m_e 係電子之質量，μ_e 係由給出之經減少電子質量，其中m_p 係質子之質量，a_o 係波耳半徑，且離子半徑係。依據方程式(19)，氫化物離子之所計算離子化能量係0.75418eV ，且實驗值係6082.99 ± 0.15cm ^-1 (0.75418 eV)。可藉由X射線光電子光譜學(XPS)量測分數氫氫化物離子之結合能。

高磁場經移位NMR峰值係存在相對於普通氫化物離子具有一經減小半徑且具有質子之反磁性屏蔽之一增加的較低能量狀態氫之直接證據。該移位由兩個電子之反磁性及量值p之光子場之貢獻之總和給出(Mills GUTCP方程式(7.87))：(20) 其中第一項應用於H^- ，其中對於H^- (1/p )，p = 1且p =整數＞1，且α係精細結構常數。所預測分數氫氫化物峰值相對於普通氫化物離子係極其高磁場移位的。在一實施例中，峰值在TMS之高磁場。相對於TMS之NMR移位可大於已知針對單獨普通H^- 、H、H₂ 或H⁺ 或包括一化合物中之至少一者之移位。移位可大於0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40 ppm中之至少一者。相對於一裸質子之絕對移位之範圍可係-(p29.9 + p² 2.74) ppm (方程式(20))，其在大約±5 ppm、±10 ppm、±20 ppm、±30 ppm、±40 ppm、±50 ppm、±60 ppm、±70 ppm、±80 ppm、±90 ppm及±100 ppm中之至少一者之一範圍內，其中TMS之移位相對於一裸質子係大約-31.5。相對於一裸質子之絕對移位之範圍可係-(p29.9 + p² 1.59 × 10^-3 ) ppm (方程式(20))，其在大約0.1%至99%、1%至50%及1%至10%中之至少一者之一範圍內。在另一實施例中，一固體基質(諸如一氫氧化物(諸如NaOH或KOH)之一基質)中之一分數氫物種(諸如一分數氫原子)、氫化物離子或分子之存在致使基質質子向高磁場移位。基質質子(諸如NaOH或KOH之彼等基質質子)可交換。在一實施例中，相對於TMS之移位可致使基質峰值在大約-0.1 ppm至-5 ppm之範圍中。NMR判定可包括魔角自旋核磁共振光譜學(MASNMR)。

H (1/p )可與一質子發生反應且兩個H (1/p )可發生反應以分別形成及。依據具有非輻射約束之橢球座標中之拉普拉斯算子對氫分子離子及分子電荷及電流密度函數、鍵距及能量求解。(21)

在長球體分子軌域之每一焦點處具有+pe 之一中央場之氫分子離子之總能量E_T 係(22) 其中p 係一整數，c 係光在真空中之速度，且μ 係經減少核質量。在長球體分子軌域之每一焦點處具有+pe 之一中央場之氫分子之總能量係(23)

氫分子之鍵解離能量E_D 係對應氫原子之總能量與E_T 之間的差(24) 其中(25)E_D 由方程式(23至25)給出：(26)

可藉由X射線光電子光譜學(XPS)識別H ₂ (1/p )，其中除經離子化電子以外之離子化產物可係諸如包括兩個質子及一電子、一氫(H)原子、一分數氫原子、一分子離子、氫分子離子及H ₂ (1/p )⁺ 之彼等之可能性中之至少一者，其中可藉由基質使能量移位。

催化作用產物氣體之NMR提供H ₂ (1/p )之理論上所預測化學移位之一明確測試。一般而言，H ₂ (1/p )之NMR共振被預測為由於橢圓座標中之分數半徑而在H ₂ 之NMR共振之高磁場，其中電子顯著地更靠近於核。H ₂ (1/p )之所預測移位由兩個電子之反磁性及量值p之光子場之貢獻之總和給出(Mills GUTCP方程式(11.415-11.416))：(27)(28) 其中第一項適用於H ₂ ，其中對於H ₂ (1/p )，p = 1且p =整數＞1。-28.0 ppm之實驗絕對H ₂ 氣相共振移位與-28.01 ppm之所預測絕對氣相移位較為一致(方程式(28))。所預測分子分數氫峰值相對於普通H₂ 係極其高磁場移位的。在一實施例中，峰值在TMS之高磁場。相對於TMS之NMR移位可大於已知針對單獨普通H^- 、H、H₂ 或H⁺ 或包括一化合物中之至少一者之移位。移位可大於0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40 ppm中之至少一者。相對於一裸質子之絕對移位之範圍可係-(p28.01 + p² 2.56) ppm (方程式(28))，其在大約±5 ppm、±10 ppm、±20 ppm、±30 ppm、±40 ppm、±50 ppm、±60 ppm、±70 ppm、±80 ppm、±90 ppm及±100 ppm中之至少一者之一範圍內，其中TMS之移位相對於一裸質子係大約-31.5 ppm。相對於一裸質子之絕對移位之範圍可係-(p28.01 + p² 1.49 × 10^-3 ) ppm (方程式(28))，其在大約0.1%至99%、1%至50%及1%至10%中之至少一者之一範圍內。

氫類型分子H ₂ (1/p )之v = 0向v = 1過渡之振動能量E_vib 係(29) 其中p 係一整數。

氫類型分子H ₂ (1/p )之J 向J+ 1過渡之旋轉能量E_rot 係(30) 其中p 係一整數且I 係慣性矩。在氣體中且捕集於固體基質中之電子束激發分子上觀察到H ₂ (1/4)之振轉發射。

旋轉能量之p ² 相依性因核間距之一逆p 相依性及對慣性矩I 之對應影響而產生。之所預測核間距2c ’係(31)

可藉由電子束激發發射光譜學、拉曼光譜學及傅立葉變換紅外線(FTIR)光譜學中之至少一者量測H₂ (1/p)之旋轉及振動能量中之至少一者。H₂ (1/p)可經捕集於用於量測之一基質中，諸如MOH、MX及M₂ CO₃ (M = 鹼金屬； X = 鹵化物)基質中之至少一者中。

在一實施例中，觀察分子分數氫產物為處於大約1950 cm^-1 之一逆拉曼效應(IRE)峰值。該峰值藉由使用包括與支援一表面增強型拉曼散射(SERS)以展示IRE峰值之拉曼雷射波長相當之粗糙度特徵或粒度之一導電材料而增強。

I. 觸媒在本發明中，諸如分數氫反應、H催化作用、H催化作用反應、在提及氫時之催化作用、用以形成分數氫之氫反應及分數氫形成反應之術語全部係指諸如由方程式(14)定義之一觸媒與原子H發生之方程式(15至18)之反應以形成具有由方程式(10)及(12)給出之能階之氫之狀態。在提及執行具有由方程式(10)及(12)給出之能階之H至H狀態或分數氫狀態之催化作用的反應混合物時，亦可互換地使用諸如分數氫反應物、分數氫反應混合物、觸媒混合物、用於分數氫形成之反應物、產生或形成較低能量狀態氫或分數氫之反應物的對應術語。

本發明之催化較低能量氫過渡需要可呈未催化原子氫之位能27.2eV 之一整數m 之一吸熱化學反應之形式之一觸媒，該觸媒自原子H接受能量以引起過渡。吸熱觸媒反應可係來自諸如一原子或離子之一物種之一或多個電子之離子化(例如，對於，m = 3)且可進一步包括一鍵劈裂與來自初始鍵之夥伴中之一或多者之一或多個電子之離子化的協同反應(例如，對於，m = 2)。滿足觸媒準則—具有等於27.2eV 之一整數倍數之一焓變之一化學或物理程序，此乃因其在54.417eV (其係2 • 27.2eV )下離子化。整數數目個氫原子亦可用作27.2eV 焓之一整數倍數之觸媒。觸媒能夠以整數單位之大約27.2 eV0.5 eV及± 0.5 eV中之一者自原子氫接受能量。

在一實施例中，觸媒包括一原子或離子M，其中來自原子或離子M之t 個電子各自離子化至一連續能階使得t 個電子之離子化能量之總和大致係m • 27.2eV 及m •中之一者，其中m 係一整數。

在一實施例中，觸媒包括一雙原子分子MH，其中M-H鍵之斷裂加上來自原子M之t 個電子各自離子化至一連續能階使得鍵能與t 個電子之離子化能量之總和大致係m • 27.2eV 及m •中之一者，其中m 係一整數。

在一實施例中，觸媒包括原子、離子、及/或分子，其選自以下各項之分子：AlH、AsH、BaH、BiH、CdH、ClH、CoH、GeH、InH、NaH、NbH、OH、RhH、RuH、SH、SbH、SeH、SiH、SnH、SrH、TlH、C₂ 、N₂ 、O₂ 、CO₂ 、NO₂ 及NO₃ ；及以下各項之原子或離子：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、Kr、2K ⁺ 、He ⁺ 、Ti ²⁺ 、Na ⁺ 、Rb ⁺ 、Sr ⁺ 、Fe ³⁺ 、Mo ²⁺ 、Mo ⁴⁺ 、In ³⁺ 、He ⁺ 、Ar ⁺ 、Xe ⁺ 、Ar ²⁺ 及H ⁺ ，以及Ne ⁺ 及H ⁺ 。

在其他實施例中，用以產生分數氫之MH^- 類型氫觸媒係藉由將一電子轉移至一受體A、M-H鍵之斷裂加上來自原子M之t 個電子各自離子化至一連續能階而提供，使得包括MH與A之電子親和力(EA)之差之電子轉移能量、M-H鍵能及來自M之t 個電子之離子化能量之總和大致係m • 27.2eV ，其中m 係一整數。能夠提供大致m • 27.2eV 之一反應淨焓之MH^- 類型氫觸媒係OH^- 、SiH^- 、CoH^- 、NiH^- 及SeH^- 。

在其他實施例中，用以產生分數氫之MH⁺ 類型氫觸媒係藉由自可帶負電之一供體A轉移一電子、M-H鍵之斷裂及來自原子M之t 個電子各自離子化至一連續能階而提供，使得包括MH與A之離子化能量之差之電子轉移能量、鍵M-H能量及來自M之t 個電子之離子化能量之總和大致係m • 27.2eV ，其中m 係一整數。

在一實施例中，一分子或帶正電或帶負電分子離子中之至少一者用作由於該分子或帶正電或帶負電分子離子之位能之量值減少大約m • 27.2eV 而自原子H接受大約m • 27.2eV 之一觸媒。例示性觸媒係H₂ O、OH、醯胺基NH₂ 及H₂ S。

O₂ 可用作一觸媒或一觸媒之一源。氧分子之鍵能係5.165 eV，且一氧原子之第一、第二及第三離子化能量分別係13.61806eV 、35.11730eV 及54.9355eV 。反應、及分別提供E_h 之大約2倍、4倍及1倍之一淨焓，且包括用以藉由以下方式形成分數氫之觸媒反應：自H接受此等能量以致使形成分數氫。

II. 分數氫 具有由(其中p 係大於1之一整數，較佳地自2至137)給出之一結合能之一氫原子係本發明之H催化作用反應之產物。亦稱為離子化能量的一原子、離子或分子之結合能係自該原子、離子或分子移除一個電子所需要之能量。具有方程式(10)及(12)中所給出之結合能之一氫原子在下文稱為一「分數氫原子」或「分數氫」。半徑(其中a_H 係一普通氫原子之半徑且p 係一整數)之一分數氫之名稱係。具有一半徑a_H 之一氫原子在下文稱為「普通氫原子」或「正常氫原子」。普通原子氫由13.6 eV之其結合能表徵。

根據本發明，提供具有根據方程式(19)之一結合能之一分數氫氫化物離子(H-)，該結合能針對p =2高達23大於普通氫化物離子之結合(大約0.75 eV)，且針對p =24 (H-)小於通氫化物離子之結合能。對於方程式(19)之p =2至p =24，氫化物離子結合能分別係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及0.69 eV。亦在本文中提供包括新型氫化物離子之例示性組合物。

亦提供包括一或多個分數氫氫化物離子及一或多個其他元素之例示性化合物。此一化合物稱為一「分數氫氫化物化合物」。

普通氫物種由以下結合能表徵：(a)氫化物離子，0.754 eV (「普通氫化物離子」)；(b)氫原子(「普通氫原子」)，13.6 eV；(c)雙原子氫分子，15.3 eV (「普通氫分子」)；(d)氫分子離子，16.3 eV (「普通氫分子離子」)；及(e)，22.6 eV (「普通三氫分子離子」)。在本文中，參考氫形式，「正常」及「普通」係同義的。

根據本發明之一額外實施例，提供包括諸如如下之至少一個經增加結合能氫物種之一化合物：(a)具有大約之一結合能(諸如在之大約0.9至1.1倍之一範圍內)之一氫原子，其中p係自2至137之一整數；(b)具有大約之一結合能(諸如在之大約0.9至1.1倍之一範圍內)之一氫化物離子()，其中p係自2至24之一整數；(c)；(d) 具有大約之一結合能(諸如在之大約0.9至1.1倍之一範圍內)之一三分數氫分子離子，其中p係自2至137之一整數；(e)具有大約之一結合能(諸如在之大約0.9至1.1倍之一範圍內)之一雙分數氫，其中p係自2至137之一整數；(f)具有大約之一結合能(諸如在之大約0.9至1.1倍之一範圍內)之一雙分數氫分子離子，其中p係一整數，較佳地自2至137之一整數。

根據本發明之一額外實施例，提供包括諸如如下之至少一個經增加結合能氫物種之一化合物：(a)具有大約之一總能量諸如在之大約0.9至1.1倍之一範圍內)之一雙分數氫分子離子，其中p 係一整數，係普朗克常數拔，m_e 係電子之質量，c 係光在真空中之速度，且μ 係經減少核質量，及(b)具有大約之一總能量 (諸如在之大約0.9至1.1倍之一範圍內)之一雙分數氫分子，其中p 係一整數且a_o 係波耳半徑。

根據本發明之一項實施例，其中該化合物包括一帶負電經增加結合能氫物種，該化合物進一步包括一或多個陽離子，諸如一質子、普通或普通。

在本文中提供用於製備包括至少一個分數氫氫化物離子之化合物之一方法。此等化合物在下文稱為「分數氫氫化物化合物」。該方法包括使原子氫與具有大約(其中m係大於1之一整數，較佳地小於400之一整數)之一反應淨焓之一觸媒發生反應，以產生具有大約(其中p 係一整數，較佳地自2至137之一整數)之一結合能之一經增加結合能氫原子。催化作用之一額外產物係能量。可使該經增加結合能氫原子與一電子源發生反應，以產生一經增加結合能氫化物離子。可使該經增加結合能氫化物離子與一或多個陽離子發生反應以產生包括至少一個經增加結合能氫化物離子之一化合物。

在一實施例中，可藉由在本文中稱為歧化作用(如在以引用方式併入之Mills GUTCP第5章中所給出)之一程序中使氫經歷向方程式(18)中之高p值之分數氫之躍遷而達成非常高功率及能量中之至少一者。氫原子H (1/p ) (p =1、2、3…137)可經歷向由方程式(10)及(12)給出之較低能量狀態之額外躍遷，其中一個原子之躍遷藉由其位能具有一伴隨相反改變的共振地且非輻射地接受m • 27.2eV 之一第二原子來催化。由方程式(32)給出之由向H (1/p’ )之m • 27.2eV 之一共振轉移引起的H (1/p )向H (1/(p+m ))之躍遷之總體一般方程式由下式給出(32)

來自分數氫程序之EUV光可解離雙分數氫分子且所得分數氫原子可用作觸媒以躍遷至較低能量狀態。一例示性反應包括藉由H(1/4)將H催化為H(1/17)，其中H(1/4)可係藉由HOH對另一H之催化作用之一反應產物。分數氫之歧化作用反應經預測以產生X射線區域中之特徵。如由方程式(5至8)所展示，HOH觸媒之反應產物係。考量含有H₂ O氣體之氫雲中之一可能躍遷反應，其中第一氫類型原子係一H原子且用作一觸媒之第二受體氫類型原子係。由於之位能係，因此躍遷反應由下式給出：(33)(34)(35) 且，總體反應係(36)

歸因於中間體之極紫外線連續輻射頻帶(例如方程式(16)及方程式(34))經預測以具有由下式給出之一短波長截止及能量：(37) 且延伸至比對應截止長之波長。在此處，歸因於中間體之衰減之極紫外線連續輻射頻帶經預測以在E=3481.6 eV 下具有0.35625nm 之一短波長截止且延伸至較長波長。由NASA之錢德拉X射線天文台且由XMM-Newton在英仙座星系團(Perseus Cluster)中觀察到不匹配任何已知原子躍遷的具有一3.48 keV截止之一寬X射線峰值[E. Bulbul，M. Markevitch，A. Foster，R. K. Smith，M. Loewenstein，S. W. Randall，「Detection of an unidentified emission line in the stacked X-Ray spectrum of galaxy clusters」，天文物理期刊，第789卷，第1期，(2014)；A. Boyarsky，O. Ruchayskiy，D. Iakubovskyi，J. Franse，「An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster」，(2014)，arXiv:1402.4119 [astro-ph.CO]]。由BulBul等人指派給不明身份之暗物質之3.48 keV特徵匹配躍遷且進一步確認分數氫為暗物質之身份。

物質之新型氫組合物可包括： (a)至少一個中性、正或負氫物種(在下文為「經增加結合能氫物種」)，其具有如下之一結合能 (i)大於對應普通氫物種之結合能，或 (ii)大於任何氫物種之結合能，其中對應普通氫物種係不穩定的或由於普通氫物種之結合能在周圍條件(標準溫度及壓力，STP)下小於熱能或為負的而未觀察到；及 (b)至少一個其他元素。通常，本文中所闡述之氫產物係經增加結合能氫物種。

在此內容脈絡中，「其他元素」意味除一經增加結合能氫物種以外之一元素。因此，其他元素可係一普通氫物種，或除氫以外之任一元素。在一個化合物群組中，其他元素及經增加結合能氫物種係中性的。在另一化合物群組中，其他元素及經增加結合能氫物種係帶電的使得其他元素提供平衡電荷以形成一中性化合物。前一化合物群組由分子及配位鍵結表徵；後一群組由離子鍵結表徵。

亦提供新型化合物及分子離子，其包括 (a)具有如下之一總能量之至少一個中性、正或負氫物種(在下文為「經增加結合能氫物種」)： (i)大於對應普通氫物種之總能量，或 (ii)大於任何氫物種之總能量，其中對應普通氫物種係不穩定的或由於普通氫物種之總能量在周圍條件下小於熱能或為負的而未觀察到；及 (b)至少一個其他元素。

氫物種之總能量係用以自氫物種移除所有電子之能量之總和。根據本發明之氫物種具有大於對應普通氫物種之總能量之一總能量。根據本發明之具有一經增加總能量之氫物種亦稱為一「經增加結合能氫物種」，即使具有一經增加總能量之氫物種之某些實施例可具有小於對應普通氫物種之第一電子結合能的一第一電子結合能。舉例而言，方程式(19) (其中p =24)之氫化物離子具有小於普通氫化物離子之第一結合能的一第一結合能，而方程式(19) (其中p =24)之氫化物離子之總能量比對應普通氫化物離子之總能量大得多。

亦在本文中提供新型化合物及分子離子，其包括 (a)具有如下之一結合能之複數個中性、正或負氫物種(在下文中為「經增加結合能氫物種」) (i)大於對應普通氫物種之結合能，或 (ii)大於任何氫物種之結合能，其中對應普通氫物種係不穩定的或由於普通氫物種之結合能在周圍條件下小於熱能或係負的而未觀察到；及 (b)視情況一個其他元素。本發明之化合物在下文中稱為「經增加結合能氫化合物」。

經增加結合能氫物種可藉由使一或多個分數氫原子與以下各項中之一或多者發生反應而形成：一電子、分數氫原子、含有該等經增加結合能氫物種中之至少一者之一化合物及除一經增加結合能氫物種以外之至少一個其他原子、分子或離子。

亦提供新型化合物及分子離子，其包括 (a)具有如下之一總能量之複數個中性、正或負氫物種(在下文中為「經增加結合能氫物種」) (i)大於普通分子氫之總能量，或 (ii)大於任何氫物種之總能量，其中對應普通氫物種係不穩定的或由於普通氫物種之總能量在周圍條件下小於熱能或係負的而未觀察到；及 (b)視情況一個其他元素。本發明之化合物在下文中稱為「經增加結合能氫化合物」。

在一實施例中，提供包括選自以下各項之至少一個經增加結合能氫物種之一化合物：(a)氫化物離子，其根據方程式(19)具有針對p =2高達23大於普通氫化物離子之結合能(大約0.8 eV)且針對p =24小於普通氫化物離子之結合之一結合能(「經增加結合能氫化物離子」或「分數氫氫化物離子」)；(b)氫原子，其具有大於普通氫原子之結合能(大約13.6 eV)之一結合能(「經增加結合能氫原子」或「分數氫」)；(c)氫分子，其具有大於大約15.3 eV之一第一結合能(「經增加結合能氫分子」或「雙分數氫」)；及(d)分子氫離子，其具有大於大約16.3 eV之一結合能(「經增加結合能分子氫離子」或「雙分數氫分子離子」)。在本發明中，經增加結合能氫物種及化合物亦稱為較低能量氫物種及化合物。分數氫包括一經增加結合能氫物種或等效地一較低能量氫物種。

III. 化學反應器 本發明亦係針對於用於產生本發明之經增加結合能氫物種及化合物(諸如雙分數氫分子及分數氫氫化物化合物)之其他反應器。取決於池類型，催化作用之額外產物係功率以及視情況電漿及光。此一反應器在下文中稱為一「氫反應器」或「氫池」。該氫反應器包括用於製成分數氫之一池。用於製成分數氫之該池可採取一化學反應器或氣體燃料池(諸如一氣體放電池、一電漿炬池或微波功率池及一電化學池)之形式。在一實施例中，觸媒係HOH且HOH及H中之至少一者之源係冰。該冰可具有一高表面積以增加自冰形成HOH觸媒及H之速率以及分數氫反應速率中之至少一者。該冰可呈精細切屑之形式以增加表面積。在一實施例中，池包括包括冰至少一個電極之一電弧放電池，使得放電涉及冰之至少一部分。

在一實施例中，電弧放電池包括一容器、兩個電極、一高電壓電源(諸如具有在大約100 V至1 MV之範圍中之一電壓及在大約1 A至100 kA之範圍中之一電流之高電壓電源)及一水源(諸如一貯器及用以形成且供應H₂ O微滴之一構件)。該等微滴可在電極之間行進。在一實施例中，該等微滴起始電弧電漿之點火。在一實施例中，水電弧電漿包括可發生反應以形成分數氫之H及HOH。可藉由控制微滴之大小及該等微滴供應至電極之速率而控制點火速率及對應功率比。高電壓源可包括可藉由一高電壓電源充電之至少一個高電壓電容器。在一實施例中，電弧放電池進一步包括諸如一功率轉換器(諸如本發明之功率轉換器)之一構件，諸如用以將來自分數氫程序之諸如光及熱之功率轉換為電之一PV轉換器及一熱引擎中之至少一者。

用於製成分數氫之池之例示性實施例可採取一液體燃料池、一固體燃料池、一異質燃料池、一CIHT池及一SF-CIHT或SunCell®池之形式。此等池中之每一者包括：(i)包含一原子氫源之反應物；(ii)選自一固體觸媒、一熔融觸媒、一液體觸媒、一氣體觸媒或其混合物之用於製成分數氫之至少一個觸媒；及(iii)用於使氫與觸媒發生反應以製成分數氫之一容器。如本文中所使用且如本發明所預期，除非另有指定，否則術語「氫」不僅包含氕()，而且包含氘()及氚()。例示性化學反應混合物及反應器可包括本發明之SF-CIHT、CIHT或熱池實施例。在此化學反應器章節中給出額外例示性實施例。在本發明中給出具有H₂ O作為在混合物之反應期間形成之觸媒之反應混合物之實例。其他觸媒可用於形成經增加結合能氫物種及化合物。可依據此等例示性情形在諸如反應物、反應物wt%、H₂ 壓力及反應溫度之參數方面調整反應及條件。適合反應物、條件及參數範圍係本發明之彼等反應物、條件及參數範圍。分數氫及分子分數氫經展示為係本發明之反應器之產物，其具有13.6 eV之一整數倍之所預測連續輻射頻帶，藉由H線之都卜勒線加寬、H線之逆轉、在不具有一崩潰場之情況下形成電漿而量測之以其他方式不可闡釋之極其高H動能，及異常地電漿輝光後持續時間，如在Mills先前公開案中所報告。已由其他研究者在場外獨立地證實諸如關於CIHT池及固體燃料之資料之資料。藉由本發明之池形成分數氫亦係由在長持續時間內連續地輸出之電能來確認，該等電能係在大多數情形中在不具有替代源之情況下超過輸入達大於10之一因子之電輸入之倍數。所預測分子分數氫H₂ (1/4)藉由以下各項經識別為CIHT池及固體燃料之一產物：MAS H NMR，其展示大約-4.4 ppm之一所預測高磁場經移位基質峰值；ToF-SIMS及ESI-ToFMS，其展示錯合至一吸氣劑基質之H₂ (1/4)作為m/e = M + n2峰值，其中M係一母離子之質量且n係一整數；電子束激發發射光譜學及光致發光發射光譜學，其展示具有H₂ 之能量之16或量子數p = 4平方倍之H₂ (1/4)之所預測旋轉及振動光譜；拉曼及FTIR光譜學，其展示1950 cm^-1 之H₂ (1/4)之旋轉能量，係H₂ 之旋轉能量之16或量子數p = 4平方倍；XPS，其展示500 eV之H₂ (1/4)之所預測總結合能；及具有在m/e=1峰值之前之一到達時間之一ToF-SIMS峰值，其對應於具有與在能量轉移至一第三主體H之情況下H→H(1/4)之所預測能量釋放匹配之大約204 eV之一動能的H，如在Mills先前申請案中且在以其全文引用方式併入本文中之R. Mills X Yu、Y. Lu、G Chu、J. He、J. Lotoski之「Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell」(國際能源研究雜誌，(2013))及R. Mills、J. Lotoski、J. Kong、G Chu、J. He、J. Trevey之「High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell」(2014)中所報告。

使用一水流熱量計及一Setaram DSC 131微差掃描熱量計(DSC)兩者，藉由本發明之池(諸如包括用以產生熱力之一固體燃料之池)形成分數氫係藉由觀察來自超過最大理論能量達60倍之一因子之分數氫形成固體燃料之熱能而確認。MAS H NMR展示大約-4.4 ppm之一所預測H₂ (1/4)高磁場基質移位。在1950 cm^-1 處開始之一拉曼峰值匹配H₂ (1/4)之自由空間旋轉能量(0.2414 eV)。在Mills先前申請案中且在以其全文引用方式併入本文中之R. Mills、J. Lotoski、W. Good、J. He之「Solid Fuels that Form HOH Catalyst」(2014)中報告此等結果。

Ⅳ . SunCell 及功率轉換器 產生電能及熱能中之至少一者之電力系統(亦在本文中稱為「SunCell」)可包括：一容器，其能夠維持低於大氣之一壓力；反應物，其能夠經歷產生足夠能量以在該容器中形成一電漿之一反應，該等反應物包括： a) 氫氣與氧氣之一混合物，及/或水蒸氣，及/或氫氣與水蒸氣之一混合物； b) 一熔融金屬；一質量流量控制器，其用以控制至少一種反應物進入該容器之流率；一真空泵，其用以在一或多種反應物正流動至該容器中時使該容器中之該壓力維持低於大氣壓力；一熔融金屬注入器系統，其包括容納該熔融金屬中之某些熔融金屬之至少一個貯器、經組態以遞送該貯器中之該熔融金屬且穿過一注入器管從而提供一熔融金屬流之一熔融金屬泵系統(例如，一或多個電磁泵)及用於接納該熔融金屬流之至少一個非注入器熔融金屬貯器；至少一個點火系統，其包括一電力或點火電流源以將電力供應至該至少一個熔融金屬流以在該氫氣及/或氧氣及/或水蒸氣正流動至該容器中時將該反應點火；一反應物供應系統，其用以補給在該反應中所消耗之反應物；及一功率轉換器或輸出系統，其用以將自該反應產生之能量(例如，來自該電漿之光及/或熱輸出)之一部分轉換為電力及/或熱力。

在某些實施例中，電力系統可包括：一光學校正天線，諸如由以其全文引用方式併入本文中之A. Sharma、V. Singh、T. L. Bougher、B. A. Cola之「A carbon nanotube optical rectenna」(自然奈米技術，第10 卷，(2015)，第1027至1032頁，doi:10.1038/nnano.2015.220)報告之光學校正天線；及至少一個熱至電力轉換器。在一額外實施例中，容器具有大氣、高於大氣及低於大氣中之至少一者之一壓力。在另一實施例中，至少一個直接電漿至電轉換器可包括以下各項之群組中之至少一者：電漿動態功率轉換器、直接轉換器、磁流體動力功率轉換器、磁鏡磁流體動力功率轉換器、電荷漂移轉換器、後或百葉窗式功率轉換器、迴旋管、光子群聚微波功率轉換器及光電轉換器。在一額外實施例中，至少一個熱至電轉換器可包括以下各項之群組中之至少一者：一熱機、一蒸汽機、一蒸汽渦輪機與發電機、一氣體渦輪機與發電機、一郎肯循環引擎、一佈雷頓循環引擎、一史特靈引擎、一熱離子功率轉換器及一熱電功率轉換器。可包括將熱排到周圍大氣之閉合冷卻劑系統或打開系統之例示性熱至電系統係超臨界CO₂ 、有機郎肯或外部燃燒器氣體渦輪機系統。

除本發明之UV光伏打及熱光伏打之外，SunCell®亦可包括此項技術中已知之其他電轉換構件，諸如熱離子、磁流體動力、渦輪機、微型渦輪機、郎肯或佈雷登循環渦輪機、化學及電化學功率轉換系統。郎肯循環渦輪機可包括超臨界CO₂ 、一有機(諸如氫氟碳化合物或氟碳化合物)或蒸汽工作流體。在一郎肯或佈雷登循環渦輪機中，SunCell®可將熱力提供至一渦輪機系統之預熱器、複熱器、鍋爐及外部燃燒器類型熱交換器級中之至少一者。在一實施例中，佈雷登循環渦輪機包括整合至渦輪機之燃燒區段中之一SunCell®渦輪機加熱器。SunCell®渦輪機加熱器可包括自壓縮機及複熱器中之至少一者接納氣流之管道，其中將空氣加熱且該等管道將經加熱壓縮流引導至渦輪機之入口以執行壓力-體積功。SunCell®渦輪機加熱器可替換或補充氣體渦輪機之燃燒腔室。可關閉郎肯或佈雷登循環，其中功率轉換器進一步包括一凝結器及一冷卻器中之至少一者。

轉換器可係在Mills先前公開案及Mills先前申請案中所給出之轉換器。諸如H源及HOH源之分數氫反應物以及SunCell®系統可包括本發明或在諸如以下各項之先前US專利申請案中之彼等：Hydrogen Catalyst Reactor，PCT 4/24/2008申請之PCT/US08/61455；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT 7/29/2009申請之PCT/US09/052072；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT 3/18/2010申請之PCT/US10/27828；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT 3/17/2011申請之PCT/US11/28889；H₂ O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，3/30/2012申請之PCT/US12/31369；CIHT Power System，5/21/13申請之PCT/US13/041938；Power Generation Systems and Methods Regarding Same，PCT 1/10/2014申請之PCT/IB2014/058177；Photovoltaic Power Generation Systems and Methods Regarding Same，PCT 4/1/2014申請之PCT/US14/32584；Electrical Power Generation Systems and Methods Regarding Same，PCT 5/29/2015申請之PCT/US2015/033165；Ultraviolet Electrical Generation System And Methods Regarding Same，PCT 12/15/2015申請之PCT/US2015/065826；Thermophotovoltaic Electrical Power Generator，PCT 1/8/2016申請之PCT/US16/12620；Thermophotovoltaic Electrical Power Generator Network，PCT 12/7/2017申請之PCT/US2017/035025；Thermophotovoltaic Electrical Power Generator，PCT 1/18/2017申請之PCT/US2017/013972；Extreme and Deep Ultraviolet Photovoltaic Cell，PCT 01/05/2018申請之PCT/US2018/012635；Magnetohydrodynamic Electric Power Generator，PCT 2/12/2018申請之PCT/US18/17765；Magnetohydrodynamic Electric Power Generator，PCT 5/29/18申請之PCT/US2018/034842；及Magnetohydrodynamic Electric Power Generator，PCT 12/05/18申請之PCT/IB2018/059646 (「Mills先前申請案」)，該等專利申請案以其全文引用方式併入本文中。

在一實施例中，將H₂ O點火以形成具有呈熱、電漿及電磁(光)功率中之至少一者之形式之一高能量釋放的分數氫。(在本發明中，「點火」表示H至分數氫之一非常高反應速率，其可表現為一突發、脈衝或其他形式之高功率釋放。) H₂ O可包括可在施加一高電流(諸如在大約10 A至100,000 A之範圍中之電流)之情況下點火之燃料。此可藉由將諸如大約5,000至100,000 V之一高電壓施加至第一形式高度導電電漿(諸如一電弧)而達成。另一選擇係，可使一高電流通過一導電基質，諸如進一步包括諸如H及HOH之分數氫反應物之一熔融金屬(諸如銀)，或者包括H₂ O之一化合物或混合物，其中諸如一固體燃料之所得燃料之傳導率係高的。在本發明中，一固體燃料用於表示形成諸如HOH及H之一觸媒之一反應混合物，該觸媒進一步發生反應以形成分數氫。電漿電壓可係低的，諸如在大約1 V至100V之範圍中。然而，反應混合物可包括除固體以外之物理狀態。在實施例中，反應混合物可係氣體、液體、熔融基質(諸如熔融導電基質，諸如熔融金屬，諸如熔融銀、銀-銅合金及銅中之至少一者)、固體、漿料、溶凝膠、溶液、混合物、氣體懸浮液、氣動流及熟習此項技術者已知之其他狀態中之至少一個狀態。在一實施例中，具有一非常低電阻之固體燃料包括一反應混合物，該反應混合物包括H₂ O。低電阻可歸因於反應混合物之一導體組份。在實施例中，固體燃料之電阻係在大約10^-9 歐姆至100歐姆、10^-8 歐姆至10歐姆、10^-3 歐姆至1歐姆、10^-4 歐姆至10^-1 歐姆及10^-4 歐姆至10^-2 歐姆中之至少一者之範圍中。在另一實施例中，具有一高電阻之燃料包括H₂ O，包括一所添加化合物或材料之一痕量或微小莫耳百分率。在後一情形中，可使高電流流動穿過燃料以藉由引起崩潰而達成點火以形成諸如一電弧或電弧電漿之一高度導電狀態。

在一實施例中，反應物可包括一H₂ O源及一導電基質以形成觸媒源、觸媒、原子氫源及原子氫中之至少一者。在一額外實施例中，包括一H₂ O源之反應物可包括塊體H₂ O、除塊體H₂ O以外之一狀態、一或若干化合物中之至少一者，該一或若干化合物經歷以下情況中之至少一者：發生反應以形成H₂ O；及釋放束縛H₂ O。另外，束縛H₂ O可包括與H₂ O相互作用之一化合物，其中H₂ O在所吸收H₂ O、束縛H₂ O、物理吸附H₂ O及化合水中之至少一者之一狀態中。在實施例中，反應物可包括一導體以及一或多個化合物或材料，該一或多個化合物或材料經歷塊體H₂ O、所吸收H₂ O、束縛H₂ O、物理吸附H₂ O及化合水中之至少一者之釋放，且具有H₂ O作為一反應產物。在其他實施例中，初生H₂ O觸媒源及原子氫源中之至少一者可包括以下各項中之至少一者：(a)至少一個H₂ O源；(b)至少一個氧源，及(c)至少一個氫源。

在一實施例中，分數氫反應速率取決於一高電流之施加或形成。在一SunCell®之一實施例中，用以形成分數氫之反應物經受導致一非常迅速反應速率及能量釋放之一低電壓、高電流、高功率脈衝。在一例示性實施例中，一60 Hz電壓小於15 V峰值，電流之範圍介於100 A/cm² 與50,000 A/cm² 峰值之間，且功率之範圍介於1000 W/cm² 與750,000 W/cm² 之間。在此等參數之大約1/100倍至100倍之範圍中之其他頻率、電壓、電流及功率係適合的。在一實施例中，分數氫反應速率取決於一高電流之施加或形成。在一實施例中，電壓經選擇以導致在100 A至1,000,000 A、1 kA至100,000 A、10 kA至50 kA中之至少一者之範圍中之電流之一高AC、DC或一AC-DC混合物。DC或峰值AC電流密度可在100 A/cm² 至1,000,000 A/cm² 、1000 A/cm² 至100,000 A/cm² 及2000 A/cm² 至50,000 A/cm² 中之至少一者之範圍中。DC或峰值AC電壓可在選自大約0.1 V至1000 V、0.1 V至100 V、0.1 V至15 V及1 V至15 V之至少一個範圍中。AC頻率可在大約0.1 Hz至10 GHz、1 Hz至1 MHz、10 Hz至100 kHz及100 Hz至10 kHz之範圍中。脈衝時間可在選自大約10^-6 s至10 s、10^-5 s至1 s、10^-4 s至0.1 s及10^-3 s至0.01 s之至少一個範圍中。

在一實施例中，自催化至一分數氫狀態之原子氫轉移能量會引起觸媒之離子化。自觸媒離子化之電子可累積在反應混合物及容器中且引起空間電荷積聚。空間電荷可改變能階以達成自原子氫至觸媒之後續能量轉移同時具有反應速率之一減小。在一實施例中，施加高電流會移除空間電荷以導致分數氫反應速率之一增加。在另一實施例中，諸如一電弧電流之高電流致使反應物(諸如可用作一H及HOH觸媒源之水)之溫度極其升高。高溫可致使水熱解為H及HOH觸媒中之至少一者。在一實施例中，SunCell®之反應混合物包括一H源及一觸媒源，諸如nH (n係一整數)及HOH中之至少一者。nH 及HOH中之至少一者可藉由水之至少一個物理相(諸如固體、液體及氣體水中之至少一者)之熱解或熱分解而形成。可在高溫(諸如在大約500K至10,000K、1000K至7000K及1000K至5000K之至少一個範圍中之一溫度)下發生熱解。在一例示性實施例中，反應溫度係大約3500至4000K，使得原子H之莫耳分率係高的，如由J. Lede、F. Lapicque及J Villermaux之[J. Lédé，F. Lapicque，J. Villermaux，「Production of hydrogen by direct thermal decomposition of water」，國際氫能期刊，1983，V8，1983，第675至679頁；H. H. G. Jellinek，H. Kachi，「The catalytic thermal decomposition of water and the production of hydrogen」，國際氫能期刊，1984，V9，第677至688頁；S. Z. Baykara，「Hydrogen production by direct solar thermal decomposition of water, possibilities for improvement of process efficiency」，國際氫能期刊，2004，V29，第1451至1458頁；S. Z. Baykara，「Experimental solar water thermolysis」，國際氫能期刊，2004，V29，第1459至1469頁，該等各項以引用方式併入本文中]所展示。熱解可由一固體表面(諸如池組件之固體表面)輔助。可藉由輸入功率且藉由分數氫反應所維持之電漿將固體表面加熱至一升高溫度。熱解氣體(諸如在點火區域下游之彼等熱解氣體)可經冷卻以阻止產物成為開始水之再結合或逆反應。反應混合物可包括一冷卻劑，諸如在比產物氣體之溫度低之一溫度下之一固體、液體或氣體相中之至少一者。可藉由使產物與冷卻劑接觸而達成熱解反應產物氣體之冷卻。冷卻劑可包括較低溫度蒸汽、水及冰中之至少一者。

在一實施例中，燃料或反應物可包括一H源、H₂ 、一觸媒源、一H₂ O源及H₂ O中之至少一者。適合反應物可包括一導電金屬基質及一水合物，諸如一鹼金屬水合物、一鹼土金屬水合物及一過渡金屬水合物中之至少一者。水合物可包括MgCl₂ ·6H₂ O、BaI₂ ·2H₂ O及ZnCl₂ ·4H₂ O中之至少一者。另一選擇係，反應物可包括銀、銅、氫、氧及水中之至少一者。

在一實施例中，可在低壓力下操作反應池腔室5b31以達成高氣體溫度。然後，可藉由一反應混合物氣體源及控制器增加壓力以增加反應速率，其中高溫藉由水二聚物之H鍵及H₂ 共價鍵中之至少一者之熱解而維持初生HOH及原子H。用以達成熱解之一例示性臨限氣體溫度係大約3300℃。具有比大約3300℃高之一溫度之一電漿可使H₂ O二聚物鍵斷裂以形成初生HOH從而用作分數氫觸媒。反應池腔室H₂ O蒸氣壓力、H₂ 壓力及O₂ 壓力中之至少一者可在大約0.01托至100 atm、0.1托至10 atm及0.5托至1 atm之至少一個範圍中。EM泵送速率可在大約0.01 ml/s至10,000 ml/s、0.1 ml/s至1000 ml/s及0.1 ml/s至100 ml/s之至少一個範圍中。在實施例中，可最初維持一高點火功率及一低壓力中之至少一者以將電漿及池加熱從而達成熱解。初始功率可包括高頻率脈衝、具有一高工作循環之脈衝、較高電壓及較高電流以及連續電流中之至少一者。在一實施例中，達成以下各項中之至少一者：可減小點火功率；及可在加熱電漿及池以達成熱解之後增加壓力。在另一實施例中，SunCell®可包括一額外電漿源(諸如一電漿炬、輝光放電、微波或RF電漿源)以用於加熱分數氫反應電漿及池從而達成熱解。

在一實施例中，點火系統包括一開關以進行以下操作中之至少一者：起始電流；及一旦達成點火便中斷電流。可藉由接觸熔融金屬流而起始電流之流動。可藉由諸如一絕緣閘雙極電晶體(IGBT)、一矽控整流器(SCR)及至少一個金屬氧化物半導體場效晶體管(MOSFET)中之至少一者之構件以電子方式執行切換。另一選擇係，可以機械方式切換點火。可在點火之後中斷電流以便相對於輸入點火能量最佳化輸出分數氫所產生能量。點火系統可包括一開關以允許可控制量之能量流動至燃料中以導致爆震且在其中產生電漿之階段期間關斷電力。在一實施例中，用以遞送高電流電能之一短突發之電力源包括以下各項中之至少一者：一電壓，其經選擇以導致在100 A至1,000,000 A、1 kA至100,000 A、10 kA至50 kA中之至少一者之範圍中之電流之一高AC、DC或一AC-DC混合物；一DC或峰值AC電流密度，其在1 A/cm² 至1,000,000 A/cm² 、1000 A/cm² 、100,000 A/cm² 及2000 A/cm² 至50,000 A/cm² 中之至少一者之範圍中；其中藉由固體燃料之傳導率而判定電壓，其中電壓由所要電流乘以固體燃料樣本之電阻給出； DC或峰值AC電壓在0.1 V至500 kV、0.1 V至100 kV及1 V至50 kV中之至少一者之範圍中，且 AC頻率在0.1 Hz至10 GHz、1 Hz至1 MHz、10 Hz至100 kHz及100 Hz至10 kHz中之至少一者之範圍中。

系統進一步包括一啟動電力/能量源，諸如一蓄電池，諸如一鋰離子蓄電池。另一選擇係，可提供諸如電網電力之外部電力以透過自一外部電源至發電機之一連接來啟動。該連接可包括電力輸出匯流排條。該啟動電力能量源可進行以下操作中之至少一者：將電力供應至加熱器以維持熔融金屬導電基質；給注入系統供電；及給點火系統供電。

SunCell®可包括一高壓力水電解槽，諸如包括具有在高壓力下之水以提供高壓力氫之一質子交換薄膜(PEM)電解槽之高壓力水電解槽。H₂ 及O₂ 腔室中之每一者可包括一再結合器以分別消除污染O₂ 及H₂ 。PEM可用作陽極隔室及陰極隔室之分離器及鹽橋中之至少一者以允許將在陰極處產生之氫及陽極處之氧作為單獨氣體。陰極可包括可進一步包括硫之二硫屬化物析氫觸媒，諸如包括鈮及鉭中之至少一者之二硫屬化物析氫觸媒。陰極可包括此項技術中已知之陰極，諸如Pt或Ni。氫可在高壓力下經產生且可直接或藉由滲透穿過一氫可滲透薄膜而供應至反應池腔室5b31。SunCell®可包括自陽極隔室至氧氣去往一儲存容器或一排氣口之遞送點的一氧氣管線。在一實施例中，SunCell®包括感測器、一處理器及一電解電流控制器。

在另一實施例中，可依據以下方式獲得氫燃料：水電解；重組天然氣；藉由使蒸汽與碳發生反應以形成H₂ 及CO及CO₂ 而進行之合成氣反應及水-氣體變換反應中之至少一者；及熟習此項技術者已知之其他氫產生方法。

在另一實施例中，可藉由熱解使用所供應水及由SunCell®產生之熱而產生氫。熱解循環可包括本發明之熱解循環或此項技術中已知之熱解循環，諸如基於一金屬及其氧化物(諸如SnO/Sn及ZnO/Zn中之至少一者)之熱解循環。在其中電感耦合加熱器、EM泵及點火系統僅在起動期間消耗電力之一實施例中，可藉由熱解產生氫使得寄生電力要求係非常低的。SunCell®可包括諸如鋰離子蓄電池之蓄電池以提供用以運行諸如氣體感測器及控制系統(諸如用於反應電漿氣體之彼等)之系統之電力。

磁流體動力 (MHD) 轉換器 基於在一交叉磁場中形成一離子質量流或一導電介質而形成之電荷分離作為磁流體動力(MHD)功率轉換係眾所周知之技術。正離子及負離子經歷在相反方向上之勞倫茲偏向且在對應MHD電極處經接納以影響其之間的一電壓。用以形成一離子質量流之典型MHD方法係擴展透過一噴嘴植入離子之一高壓力氣體以形成穿過交叉磁場之高速流，其中一組MHD電極相對於偏轉場交叉以接納經偏轉離子。在一實施例中，壓力通常大於大氣，且可藉由分數氫反應達成方向性質量流以形成電漿及高度導電、高壓力及溫度熔融金屬蒸氣，其經擴展以形成穿過MHD轉換器之一交叉磁場區段之高速流。該流可穿過一MHD轉換器，可係軸向的或徑向的。可藉助侷限磁體(諸如亥姆霍茲線圈或一磁瓶之彼等)達成額外定向流。

具體而言，圖1至圖22中所展示之MHD電力系統可包括本發明之一分數氫反應電漿源，諸如包括一EM泵5ka、至少一個貯器5c、至少兩個電極(諸如包括雙重熔融金屬注入器5k61之電極)、一分數氫反應物源(諸如一HOH觸媒及H源)、一點火系統(包括一電力源2以將電壓及電流施加至電極從而依據分數氫反應物形成一電漿)及一MHD電力轉換器之分數氫反應電漿源。在一實施例中，該點火系統可包括一電壓及電流源(諸如一DC電源供應器)及一電容器組以遞送具有高電流脈衝容量之脈衝點火。在一雙重熔融金屬注入器實施例中，電流流動穿過所注入熔融金屬流以在該等流連接時將電漿點火。包括一分數氫反應電漿源及一MHD轉換器的MHD電力系統之組件可由諸如抗氧化金屬、包括抗氧化塗層之金屬及陶瓷之抗氧化材料中之至少一者組成，使得可在空氣中操作該系統。

圖1至圖22中所展示之磁流體動力功率轉換器可包括橫向於z軸(軸向熔融金屬蒸氣及電漿流穿過MHD轉換器300之方向)之一磁通量源。導電流可由於氣體沿著z軸擴展而具有沿著z軸之一優選速度。可藉助侷限磁體(諸如亥姆霍茲線圈或一磁瓶之彼等)達成額外定向流。因此，金屬電子及離子傳播至橫向磁通量之區域中。傳播電子及離子上之勞倫茲力由下式給出 (38) 該力橫向於電荷之速度及磁場且針對正離子及負離子在相反方向上。因此，形成一橫向電流。橫向磁場源可包括提供不同強度之橫向磁場作為沿著z軸之位置之一函數以便最佳化具有並行速度分散之流動電荷之交叉偏轉(方程式(38))的組件。

貯器5c熔融金屬可在液體及氣體之至少一個狀態中。貯器5c熔融金屬可定義為MHD工作介質且可稱為MHD工作介質或稱為熔融金屬，其中暗示熔融金屬可進一步在液體及氣體之至少一個狀態中。亦可使用諸如熔融金屬、液體金屬、金屬蒸氣或氣體金屬之一特定狀態，其中亦可存在另一物理狀態。一例示性熔融金屬係可在液體及氣體狀態中之至少一者中之銀。MHD工作介質可進一步包括一添加劑，該添加劑包括以下各項中之至少一者：一所添加金屬，其可在操作溫度範圍下在一液體及一氣體狀態中之至少一者中；一化合物，諸如本發明之化合物，其可在操作溫度範圍下在一液體及一氣體狀態中之至少一者中；及一氣體，諸如一惰性氣體(諸如氦或氬)、水、H₂ 及本發明之其他電漿氣體中之至少一者。MHD工作介質添加劑可與MHD工作介質呈任何所要比率。在一實施例中，介質與添加劑介質之比率經選擇以給出MHD轉換器之任選電轉換效能。可在過飽和條件下運行諸如銀或銀銅合金之工作介質。

在一實施例中，MHD發電機300可包括一法拉第、通道霍爾及盤霍爾類型中之至少一者。在一通道霍爾MHD實施例中，擴展或發電機通道308可沿著z軸垂直定向，其中諸如銀蒸氣及電漿之熔融金屬電漿流動穿過一加速度器區段(諸如一限定或噴嘴喉部307)後續接著一擴展區段308。通道可包括螺線管形磁體306，諸如超導或永久磁體，諸如橫向於沿著x軸之流方向之一海爾貝克陣列。管道形MHD發電機上之最佳磁場可包括一種馬鞍形。磁體可藉由MHD磁體安裝托架306a來緊固。磁體可包括一液體低溫劑或可包括具有或不具有一液體低溫劑之一低溫冷凍機。該低溫冷凍機可包括一乾稀釋冷凍機。磁體可包括磁場之一返迴路徑，諸如一軛，諸如一C形或矩形後軛。一例示性永久磁體材料係SmCo，且一例示性軛材料係磁性CRS、冷軋鋼或鐵。發電機可包括至少一組電極，諸如沿著y軸橫向於磁場(B )之經分割電極304以接納跨越MHD電極304形成一電壓之橫向地勞倫茲經偏轉離子。在另一實施例中，諸如發電機通道308之至少一個通道可包括除具有平坦壁之幾何結構以外之幾何結構，諸如一帶圓柱形壁通道。由其全部揭示內容以引用方式併入本文中之Walsh之[E. M. Walsh，Energy Conversion Electromechanical, Direct, Nuclear，羅納德新聞公司，NY，NY，(1967)，第221至248頁]闡述磁流體動力產生。勞倫茲力可藉由增加磁場強度而增加至彼所要勞倫茲力。可增加MHD磁體306之磁通量。在一實施例中，磁通量可在大約0.01 T至15 T、0.05 T至10 T、0.1 T至5T、0.1 T至2 T及0.1 T至1 T之至少一個範圍中。

在一實施例中，盤式發電機包括：一電漿入口，其用以維持自反應池腔室流動至一盤之中心中之電漿；一管道，其纏繞在邊緣周圍以收集熔融金屬及可能地藉由一再循環器再循環至反應池腔室之氣體；及該再循環器。磁性激發場可包括在盤上面及下面之一對圓形亥姆霍茲線圈。磁體可供應可與其他設計相比較相對更靠近於電漿之簡單平行場線，且磁場強度作為距離之三次冪而增加。法拉第電流可在盤之周邊周圍之大約一完全短路中流動。盤形MHD發電機可進一步包括環電極，其中霍爾效應電流可在中心附近之環電極與周邊附近之環電極之間流動。

為避免由熔融金屬蒸氣引起之MHD電極電短路，電極304 (圖1)可包括導體，每一導體安裝於一電絕緣體覆蓋之導電柱305上，電絕緣體覆蓋之導電柱305用作引線305a之一間隙器且可進一步用作電極與發電機通道308之壁之一間隔件。電極304可經分割且可包括一陰極302及陽極303。除了間隙器305，電極亦可自由地懸掛在發電機通道308中。沿著垂直軸之電極間距可足以阻止熔融金屬短路。該等電極可包括諸如W或Mo之一耐火導體。引線305a可連接至可藉助諸如BN之一耐火絕緣體來絕緣之導線。該等導線可加入在可包括一金屬之一MHD匯流排條饋通凸緣301處穿透通道之一線束。在MHD轉換器外側，該線束可連接至一功率整合器與逆變器。在一實施例中，MHD電極304包括諸如液體銀電極之液體電極。在一實施例中，點火系統可包括液體電極。點火系統可係DC或AC。反應器可包括一陶瓷，諸如石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或Pyrex。液體電極可包括一陶瓷熔塊，該陶瓷熔塊可進一步包括裝載有諸如銀之熔融金屬之微孔。

在一實施例中，分數氫反應混合物可包括氧、水蒸氣及氫中之至少一者。MHD組件可包括在氧化大氣下穩定之材料，諸如陶瓷，諸如金屬氧化物(諸如氧化鋯及氧化鉿中之至少一者)或矽石或石英。陶瓷組件之間密封可包括石墨或一陶瓷織物。在一實施例中，電力系統之至少一個組件可包括陶瓷，其中該陶瓷可包括以下各項中之至少一者：一金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽及一玻璃陶瓷，諸如Li₂ O × Al₂ O₃ ×n SiO₂ 系統(LAS系統)、MgO × Al₂ O₃ ×n SiO₂ 系統(MAS系統)、ZnO × Al₂ O₃ ×n SiO₂ 系統(ZAS系統)。SunCell®之陶瓷部件可藉由本發明之手段(諸如藉由兩個或兩個以上陶瓷部件之陶瓷膠、將陶瓷銅銲至金屬部件、滑螺母密封、墊圈密封及濕密封)來結合。墊圈密封可包括藉助一墊圈密封之兩個凸緣。可藉助諸如螺栓之緊固件將該等凸緣牽引到一起。在一實施例中，MHD電極304可包括可在操作期間不易受腐蝕或降級之一材料。在一實施例中，MHD電極304可包括一導電陶瓷，諸如一導電固體氧化物。在另一實施例中，MHD電極304可包括液體電極。該等液體電極可包括在電極操作溫度下係液體之一金屬。液體金屬可包括諸如熔融銀之工作介質金屬。熔融電極金屬可包括充滿熔融金屬之一基質。該基質可包括一耐火材料，諸如一金屬(諸如W)、碳、可係導電之一陶瓷或本發明之另一耐火材料。負電極可包括一固體耐火金屬。負極性可保護負電極以免發生氧化。正電極可包括一液體電極。

在一實施例中，導電陶瓷電極可包括本發明之導電陶瓷電極，諸如一碳化物(諸如ZrC、HfC或WC)或一硼化物(諸如ZrB₂ )或複合物(諸如可工作高達1800℃之ZrC-ZrB₂ 、ZrC-ZrB₂ -SiC及ZrB₂ 與20% SiC複合物)。該等電極可包括碳。在一實施例中，可透過一共同歧管給複數個液體電極供應液體金屬。該液體金屬可由一EM泵泵送。該等液體電極可包括浸漬於諸如一陶瓷基質(諸如一金屬氧化物基質)之一非反應性基質中之熔融金屬。另一選擇係，液體金屬可透過基質經泵送至連續供應熔融金屬。在一實施例中，該等電極可包括連續地注入之熔融金屬，諸如點火電極。注入器可包括一非反應性耐火材料，諸如一金屬氧化物(諸如ZrO₂ )。在一實施例中，液體電極中之每一者可包括暴露於MHD通道電漿之一熔融金屬流。

MHD磁體306可包括永久電磁體中之至少一者。該(等)電磁體306可係具有一對應低溫管理之未冷卻磁體、水冷卻磁體及超導磁體中之至少一者。例示性磁體係可將一MHD通道308磁化之螺線管形或馬鞍形線圈以及可將一盤形通道磁化之軌道線圈。超導磁體可包括一低溫冷凍機及一低溫劑-杜瓦瓶系統中之至少一者。超導磁體系統306可包括：(i)超導線圈，其可包括NbTi或NbSn之超導體導線繞組，其中超導體可包覆在諸如銅導線之一正常導體上以免受藉由諸如振動之手段或諸如YBa₂ Cu₃ O₇ (通常稱為YBCO-123或簡稱為YBCO)之一高溫超導體(HTS)引起之超導體狀態之暫態區域淬火，(ii)一液體氦杜瓦瓶，其在線圈之兩側上提供液體氦，(iii)液體氮杜瓦瓶，其具有在螺線管形磁體之內徑及外徑上之液體氮，其中液體氦杜瓦瓶及液體氮杜瓦瓶兩者可包括輻射擋板及輻射屏蔽件，該等輻射擋板及輻射屏蔽件可在壁處包括銅、不銹鋼及鋁與高真空絕緣材料中之至少一者，及(iv)用於每一磁體之一入口，其可已附接可由SunCell®發電機之功率輸出透過其輸出功率端子供電之一低溫泵及壓縮機。

在一項實施例中，磁流體動力功率轉換器係一分割式法拉第發電機。在另一實施例中，藉由離子流之勞倫茲偏轉而形成之橫向電流在平行於輸入離子流之方向(z軸)上經歷額外勞倫茲偏轉以在至少一第一MHD電極與沿著z軸相對地位移之一第二MHD電極之間產生一霍爾電壓。此一裝置在此項技術中稱為一磁流體動力功率轉換器之一霍爾發電機實施例。具有相對於z軸在xy平面中成角度之MHD電極之一類似裝置包括本發明之另一實施例且稱為具有一「窗框」構造之一斜發電機。在每一情形中，電壓可透過一電負載驅動一電流。在其全部揭示內容以引用方式併入之Petrick之 [J. F. Louis，V. I. Kovbasyuk，Open-cycle Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation，M Petrick及B. Ya Shumyatsky，編輯者，阿貢國家實驗室，阿貢，伊利諾斯州，(1978)，第157至163頁]中給出一分割式法拉第發電機、霍爾發電機及斜發電機之實施例。

SunCell®可包括至少一個MHD工作介質返回導管310、一個返回貯器311及對應泵312。泵312可包括一電磁(EM)泵。SunCell®可包括雙重熔融金屬導管310、返回貯器311及對應EM泵312。包括在最低貯器熔融金屬液位之高度處具有一開口之一入口之一對應入口升管5qa可控制每一返回貯器311中之熔融金屬液位。返回EM泵312可將MHD工作介質自MHD凝結器通道309之端泵送至返回貯器311且然後泵送至對應注入器貯器5c。在一實施例中，可使MHD通道308壁維持在諸如大於銀之熔點之一溫度以避免液體固化。在另一實施例中，熔融金屬返回流穿過返回導管310直接到達對應返回EM泵312且然後到達對應注入器貯器5c。在一實施例中，對抗諸如大約10 atm之一壓力梯度而泵送諸如銀之MHD工作介質以完成包括注入、點火、擴展及返回流之一熔融金屬流電路。為達成高壓力，EM泵可包括一系列級。SunCell®可包括一雙重熔融金屬注入器系統，其包括一對貯器5c，每一貯器5c包括一EM泵注入器5ka及5k61以及一入口升管5qa以控制對應貯器5c中之熔融金屬液位。返回流可進入對應EM泵總成5kk之基底。

MHD發電機可包括接納擴展流之一凝結器通道區段309且發電機進一步包括返回流通道或導管310，其中諸如銀蒸氣之MHD工作介質隨著其在凝結器區段中失去溫度、壓力及能量中之至少一者而冷卻且透過通道或導管310往回流動至貯器。發電機可包括至少一個返回泵312及返回泵管313以將返回流泵送至貯器5c及EM泵注入器5ka。返回泵及泵管可泵送液體、蒸氣及氣體中之至少一者。返回泵312及返回泵管313可包括一電磁(EM)泵及EM泵管。通往EM泵之入口可具有比出口泵管直徑大之一直徑以增加泵出口壓力。在一實施例中，返回泵可包括EM泵-注入器電極5ka之注入器。在一雙重熔融金屬注入器實施例中，發電機包括返回貯器311，每一返回貯器311具有一對應返回泵，諸如一返回EM泵312。返回貯器311可達成以下各項中之至少一者：平衡諸如熔融銀流之返回熔融金屬；及凝結或分開與液體銀混合之銀蒸氣。貯器311可包括一熱交換器以使銀蒸氣凝結。貯器311可包括一第一級電磁泵以優先地泵送液體銀以將液體銀與氣體銀分開。在一實施例中，可藉由離心力將液體金屬選擇性地注入至返回EM泵312中。返回導管或返回貯器可包括一離心機區段。離心機貯器可自入口至出口漸縮，使得離心力在頂部處比在底部處大以將熔融金屬驅迫至底部且將其與諸如金屬蒸氣及任何工作介質氣體之氣體分開。另一選擇係，SunCell®可安裝於一離心機檯面上，該離心機檯面圍繞垂直於返回熔融金屬之流方向之軸旋轉以產生離心力從而將液體物種與氣體物種分開。

在一實施例中，凝結金屬蒸氣流動至兩個獨立返回貯器311中，且每一返回EM泵312將熔融金屬泵送至對應貯器5c中。在一實施例中，兩個返回貯器311及EM泵貯器5c中之至少一者包括一液位控制系統，諸如本發明之液位控制系統，諸如一入口升管5qa。在一實施例中，可取決於返回貯器中之液位而以一較高或較低速率將返回熔融金屬抽吸至一返回貯器311中，其中抽吸速率由諸如入口升管之對應液位控制系統控制。

在一實施例中，MHD轉換器300可進一步包括至少一個加熱器，諸如一電感耦合加熱器。該加熱器可將與MHD工作介質接觸之組件(諸如反應池腔室5b31、MHD噴嘴區段307、MHD發電機區段308、MHD凝結區段309、返回導管310、返回貯器311、返回EM泵312及返回EM泵管313中之至少一者)預熱。該加熱器可包括至少一個致動器以嚙合加熱器及使加熱器縮回。該加熱器可包括複數個線圈及線圈區段中之至少一者。該等線圈可包括此項技術中已知之線圈。該等線圈區段可包括至少一個開環線圈，諸如本發明之開環線圈。在一實施例中，MHD轉換器可包括至少一個冷卻系統，諸如熱交換器316。MHD轉換器可包括用於至少一個池及MHD組件(諸如腔室5b31、MHD噴嘴區段307、MHD磁體306、MHD電極304、MHD發電機區段308、MHD凝結區段309、返回導管310、返回貯器311、返回EM泵312及返回EM泵管313之群組中之至少一者)之冷卻器。冷卻器可移除自MHD流通道失去之熱，諸如自腔室5b31、MHD噴嘴區段307、MHD發電機區段308及MHD凝結區段309中之至少一者失去之熱。冷卻器可自MHD工作介質返回系統(諸如返回導管310、返回貯器311、返回EM泵312及返回EM泵管313中之至少一者)移除熱。冷卻器可包括可將熱排到周圍大氣之一輻射熱交換器。

在一實施例中，冷卻器可包括將能量自凝結區段309轉移至貯器5c、反應池腔室5b31、噴嘴307及MHD通道308中之至少一者之一再循環器或複熱器。諸如熱之所轉移能量可包括來自工作介質(諸如包括一經蒸發金屬、一動能氣溶膠及諸如一惰性氣體之一氣體中之至少一者之工作介質)之剩餘熱能、壓力能量及蒸發熱中之至少一者之所轉移能量。熱管子係能夠在若干米之一距離內在具有幾十度溫度下降之情況下轉移諸如高達20 MW/m² 之大量熱通量之被動兩相裝置；因此，顯著減少對材料之熱應力，從而僅使用小量之工作流體。鈉及鋰熱管子可轉移大量熱通量且沿著軸向方向保持幾乎等溫。鋰熱管子可轉移高達200 MW/m² 。在一實施例中，一熱管子(諸如熔融金屬熱管子，諸如液體鹼金屬，諸如包裹在諸如W之一耐火金屬中之鈉或鋰)可轉移來自凝結器309之熱且使該熱再循環至反應池腔室5b31或噴嘴307。在一實施例中，至少一個熱管子回收銀蒸發熱且使該銀蒸發熱再循環，使得所回收熱功率係至MHD通道308之功率輸入之一部分。

在一實施例中，SunCell® (諸如包括一MHD轉換器之SunCell®)之組件中之至少一者可包括一熱管子以進行以下操作中之至少一者：將熱自SunCell®電力發電機之一個部分轉移至另一部分；及將熱自諸如一電感耦合加熱器之一加熱器轉移至一SunCell®組件，諸如EM泵管5k6、貯器5c、反應池腔室5b31及MHD熔融金屬返回系統(諸如MHD返回導管310、MHD返回貯器311、MHD返回EM泵312及MHD返回EM管)。另一選擇係，可在一烘箱(諸如此項技術中已知之烘箱)內加熱SunCell®或至少一個組件。在一實施例中，可至少針對操作起動而加熱至少一個SunCell®組件。

SunCell®加熱器415可係一電阻加熱器或一電感耦合加熱器。一例示性SunCell®加熱器415包括Kanthal A-1 (Kanthal)電阻電熱線、具有高達1400℃之操作溫度且具有高電阻率及良好抗氧化性之一肥粒鐵-鉻-鋁合金(FeCrAl合金)。用於適合加熱元件之額外FeCrAl合金係Kanthal APM、Kanthal AF、Kanthal D及Alkrothal中之至少一者。諸如一電阻導線元件之加熱元件可包括可在1100℃至1200℃範圍中操作之一NiCr合金，諸如Nikrothal 80、Nikrothal 70、Nikrothal 60及Nikrothal 40中之至少一者。另一選擇係，加熱器415可包括能夠在氧化大氣中在1500℃至1800℃範圍中操作之二矽化鉬(MoSi₂ )，諸如Kanthal Super 1700、Kanthal Super 1800、Kanthal Super 1900、Kanthal Super RA、Kanthal Super ER、Kanthal Super HT及Kanthal Super NC中之至少一者。加熱元件可包括與氧化鋁鑄成合金之二矽化鉬(MoSi₂ )。加熱元件可具有一抗氧化塗層，諸如一個氧化鋁塗層。電阻加熱器415之加熱元件可包括可能夠在高達1625℃之一溫度下操作之SiC。

SunCell®加熱器415可包括可透過組件壁之熱套管或凹陷部引入之一內部加熱器，該等熱套管或凹陷部向SunCell®組件之外側敞開，但向SunCell®組件之內側關閉。SunCell®加熱器415可包括一內部電阻加熱器，其中功率可藉由跨越經加熱SunCell®組件之壁之磁感應或藉由穿透經加熱SunCell®組件之壁之液體電極耦合至內部加熱器。

SunCell®加熱器可包括絕緣材料以增加其效率及有效性中之至少一者。該絕緣材料可包括一陶瓷，諸如熟習此項技術者已知之陶瓷，諸如包括氧化鋁-矽酸鹽之一絕緣材料。該絕緣材料可係可移除絕緣材料或可逆絕緣材料中之至少一者。可以機械方式移除該絕緣材料。該絕緣材料可包括一能夠真空之腔室及一泵，其中藉由抽一真空而施加該絕緣材料，且藉由添加諸如一惰性氣體(諸如氦)之一傳熱氣體而使該絕緣材料逆轉。具有可經添加或泵出之一傳熱氣體(諸如氦)之一真空腔室可用作可調整絕緣材料。SunCell®可包括一氣體循環系統以在啟動時導致力對流傳熱以自一熱絕緣模式切換至非熱絕緣模式。

在另一實施例中，SunCell®可包括一顆粒絕緣材料及至少一個絕緣材料貯器，該至少一個絕緣材料貯器在待熱絕緣之組件周圍具有至少一個腔室以在SunCell®之變熱期間裝納絕緣材料。例示性粒狀絕緣材料包括沙子及陶瓷珠粒(諸如氧化鋁或氧化鋁-矽酸鹽珠粒，諸如富鋁紅柱石珠粒)中之至少一者。可在變熱之後移除該等珠粒。可藉由重力流移除該等珠粒，其中殼體可包括用於珠粒移除之一滑道。亦可藉助一珠粒運輸機(諸如一螺旋鑽、運送機或氣動泵)以機械方式移除該等珠粒。粒狀絕緣材料可進一步包括諸如一液體(諸如水)之一助流劑以在填充絕緣材料貯器時增加流量。液體可在加熱之前經移除且在絕緣材料運輸期間經添加。絕緣材料-液體混合物可包括漿料。SunCell®可包括至少一個額外貯器以自絕緣材料貯器填充或清空絕緣材料。填充貯器可包括用以維持漿料之一構件，諸如一攪拌器。

在一實施例中，SunCell®可進一步包括在待絕緣之組件周緣之一液體絕緣材料貯器、液體絕緣材料及一泵，其中可逆絕緣材料可包括可在起動之後經排放或泵送離開之液體。液體絕緣材料貯器可包括薄壁石英。一例示性液體絕緣材料係具有29 W/m K之一傳熱係數之鎵，且另一液體絕緣材料係具有8.3 W/m K之一傳熱係數之汞。液體絕緣材料可包括至少一個輻射屏蔽件，其中諸如鎵之液體反映輻射。在另一實施例中，液體絕緣材料可包括一熔融鹽，諸如鹽之一熔融共熔混合物，諸如鹼金屬及鹼土金屬鹵化物、碳酸鹽、氫氧化物、氧化物、硫酸鹽及硝酸鹽中之至少兩者中之複數者之一混合物。液體絕緣材料可包括一經加壓液體或超臨界液體，諸如CO₂ 或水。

在一實施例中，可逆絕緣材料可包括至少在大約熔融金屬(諸如銀)之熔點至大約SunCell®操作溫度之範圍內隨著溫度而顯著增加其熱傳導率的一材料。可逆絕緣材料可包括在升溫期間可係絕緣之一固體化合物且在高於所要起始溫度之一溫度下變得導熱。石英係在大約1000℃至1600℃之銀熔點至一石英SunCell®之一所要操作溫度之溫度範圍內熱傳導率具有一顯著增加之一例示性絕緣材料。石英絕緣材料厚度可經調整以達成在起動期間之所要絕緣材料行為及在操作期間至一負載之傳熱。另一例示性實施例包括一高度多孔半透明陶瓷材料。

在另一實施例中，熱主要藉由輻射而自經加熱SunCell®損失。絕緣材料可包括裝納SunCell®之一真空腔室及輻射屏蔽件中之至少一者。可在起動之後移除該等輻射屏蔽件。SunCell®可包括用以進行以下操作中之至少一者之一機構：使熱屏蔽件旋轉及平移。熱屏蔽件可進一步包括絕緣材料(諸如矽石或氧化鋁絕緣材料)之一支持層。在一例示性實施例中，輻射屏蔽件可經轉動以減少反射表面積。在另一實施例中，輻射屏蔽件可進一步包括加熱元件，諸如MoSi₂ 加熱元件。

在一實施例中，電感電流(諸如在EM泵管區段405及406中感應之電感電流)可藉由電阻加熱而致使EM泵區段405中之銀熔融。電流可由EM泵變壓器繞組401感應。EM泵管區段405可在起動之前預裝載有銀。在一實施例中，分數氫反應之熱可在一個SunCell®組件處進行加熱。在一例示性實施例中，諸如一電感耦合加熱器之一加熱器將EM泵管5k6、貯器5c及至少反應池腔室5b31之底部部分加熱。可藉由分數氫反應之熱釋放將至少一個其他組件加熱，諸如反應池腔室5b31之頂部、MHD噴嘴307、MHD通道308、MHD凝結區段309及MHD熔融金屬返回系統(諸如MHD返回導管310、MHD返回貯器311、MHD返回EM泵312及MHD返回EM管)中之至少一者。

可使一分數氫反應物源(諸如H₂ O、H₂ 及O₂ 中之至少一者)滲透穿過可滲透池組件，諸如池腔室5b31、貯器5c、MHD擴展通道308及MHD凝結區段309中之至少一者。可在至少一個位置中諸如透過EM泵管5k6、MHD擴展通道308、MHD凝結區段309、MHD返回導管310、返回貯器311、MHD返回泵312、MHD返回EM泵管313將分數氫反應氣體引入至熔融金屬流中。諸如一質量流量控制器之氣體注入器可能夠諸如透過EM泵管5k6、MHD返回泵312及MHD返回EM泵管313中之至少一者在MHD轉換器之高壓力側上在高壓力下進行注入。氣體注入器可能夠諸如透過MHD凝結區段309、MHD返回導管310及返回貯器311在MHD轉換器之低壓力側上(諸如至少一個位置)在較低壓力下注入分數氫反應物。在一實施例中，可藉由一流量控制器透過EM泵管5k4注入水及水蒸氣中之至少一者，該流量控制器可進一步包括一壓力制動器及一回流止回閥以阻止熔融金屬往回流動至諸如質量流量控制器之水供應器中。可透過諸如一陶瓷或碳薄膜之一選擇性地可滲透薄膜注入水。

在一實施例中，轉換器可包括一PV轉換器，其中分數氫反應物注入器能夠藉由手段中之至少一者(諸如藉由在遞送位點之操作壓力下滲透或注入)供應反應物。在另一實施例中，SunCell®可進一步包括一氫氣源及一氧氣源，其中該兩種氣體經組合以在反應池腔室5b31中提供水蒸氣。氫源及氧源可各自包括一對應罐、使氣體直接或間接流動至反應池腔室5b31中之一管線、一流量調節器、一流量控制器、一電腦、一流量感測器及至少一個閥中之至少一者。在後一情形中，可使氣體流動至與反應池腔室5b31氣體連續之一腔室中，諸如EM泵5ka、貯器5c、噴嘴307、MHD通道308及其他MHD轉換器組件(諸如任何返回管線310a、導管313a及泵312a)中之至少一者。在一實施例中，可將H₂ 及O₂ 中之至少一者注入至EM泵管之注入區段5k61中。可透過雙重EM泵注入器之單獨EM泵管注入O₂ 及H₂ 。另一選擇係，可透過具有較低銀蒸氣壓力之一區域(諸如MHD通道308或MHD凝結區段309)中之一注入器將諸如氧及氫中之至少一者之一氣體添加至池內部。可透過一選擇性薄膜(諸如一陶瓷薄膜，諸如一奈米多孔陶瓷薄膜)注入氫及氧中之至少一者。可透過一氧可滲透薄膜(諸如本發明之氧可滲透薄膜，諸如可塗佈有Bi₂₆ Mo₁₀ O₆₉ 以增加氧滲透速率之BaCo_0.7 Fe_0.2 Nb_0.1 O_3-δ (BCFN)氧可滲透薄膜)供應氧。可透過諸如一鈀-銀合金薄膜之一氫可滲透薄膜供應氫。SunCell®可包括諸如一高壓力電解槽之一電解槽。該電解槽可包括一質子交換薄膜，其中可由陰極隔室供應純氫。可由陽極隔室供應純氧。在一實施例中，EM泵部件塗佈有一非氧化塗層或氧化保護塗層，且在受控條件下使用兩個質量流量控制器單獨注入氫及氧，其中可基於由對應氣體感測器感測之池濃度而控制流量。

反應池腔室5b31之分數氫反應混合物可進一步包括一氧源，諸如H₂ O及包括氧之一化合物中之至少一者。諸如包括氧之該化合物之該氧源可係過量的以維持一幾乎恆定氧源庫存，其中在池操作期間，一小部分可逆地與所供應H源(諸如H₂ 氣體)發生反應以形成HOH觸媒。包括氧之例示性化合物係氫氧化物(諸如Ga(OH)₃ )、水合氧化鎵(Al(OH)₃ )、羥基氧化物(諸如GaOOH、AlOOH及FeOOH)、氧化物(諸如MgO、CaO、SrO、BaO、ZrO₂ 、HfO₂ 、Al₂ O₃ 、Li₂ O、LiVO₃ 、Bi₂ O₃ 、Al₂ O₃ 、WO₃ 及本發明之其他者)。氧源化合物可係用於使諸如氧化釔或氧化鉿(諸如氧化釔(Y₂ O₃ ))、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鍶(SrO)、氧化鉭(Ta₂ O₅ )、氧化硼(B₂ O₃ )、TiO₂ 、氧化鈰(Ce₂ O₃ )、鋯酸鍶(SrZrO₃ )、鋯酸鎂(MgZrO₃ )、鋯酸鈣(CaZrO₃ )及鋯酸鋇(BaZrO₃ )之氧化物陶瓷穩定之氧源化合物。

在一實施例中，可將氫作為一氣體透過一氣體注入器注入。可使氫氣維持在諸如在1 atm至100 atm之範圍中之一升高壓力以降低所需要流率從而維持一所要功率。在另一實施例中，可藉由跨越一可滲透薄膜滲透或擴散而將氫供應至反應池腔室5b31。薄膜可包括一陶瓷，諸如聚合物、矽石、沸石、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、碳或一金屬(諸如Pd-Ag合金、鈮、Ni、Ti、不銹鋼或此項技術中已知之其他氫可滲透材料)，諸如由以其全文引用方式併入之McLeod之[L. S. McLeod，「Hydrogen permeation through microfabricated palladium-silver alloy membranes」，佐治亞理工學院博士論文，12月，(2008)，https://smartech.gatech.edu/bitstream/handle/1853/31672/mcleod_logan_s_200812_phd.pdf]報告之氫可滲透材料。可藉由以下各項中之至少一者而增加H₂ 滲透速率：增加H₂ 可滲透薄膜(諸如一Pd或Pd-Ag薄膜)之供應側與反應池腔室5b31之間的壓力差；增加薄膜之面積；減小薄膜之厚度；及使薄膜之溫度升高。薄膜可包括一光柵或經穿孔背襯以提供結構支撐從而在諸如在大約1至500 atm之範圍中之較高壓力差、諸如在大約0.01 cm² 至10 m² 之範圍中之較大面積、諸如在10 nm至1 cm之範圍中之經減小厚度及諸如在大約30℃至3000℃之範圍中之升高溫度之至少一個條件下操作。該光柵可包括未與氫發生反應之一金屬。該光柵可抵抗氫脆化。一例示性實施例，具有5 × 10^-11 m m^-2 s^-1 Pa^-1 之一滲透係數、1 × 10^-3 m² 之一面積及1 × 10^-4 m之一厚度之一Pd-Ag合金薄膜在1 × 10⁷ Pa之一壓力差及300℃之一溫度下操作以提供大約0.01莫耳/s之一H₂ 流率。在一實施例中，可藉由維持可滲透薄膜之外表面上之一電漿而增加氫滲透速率。

在一實施例中，包括一內部隔室(諸如貯器5c)、反應池腔室5b31、噴嘴307、MHD通道308、MHD凝結區段309及其他MHD轉換器組件(諸如任何返回管線310a、導管313a及泵312a)的SunCell®及MHD轉換器之至少一個組件裝納於一氣體密封殼體或腔室中，其中腔室中之氣體藉由跨越可滲透氣體且不可滲透銀蒸氣之一薄膜進行擴散而與內部池氣體平衡。氣體選擇性薄膜可包括一可半滲透陶瓷，諸如本發明之可半滲透陶瓷。池氣體可包括氫、氧及一惰性氣體(諸如氬或氦)中之至少一者。外殼體可包括針對每一氣體之一壓力感測器。SunCell®可包括針對每一氣體之一源及控制器。惰性氣體(諸如氬)源可包括一罐。氫及氧中之至少一者之源可包括一電解槽，諸如一高壓力電解槽。氣體控制器可包括一流量控制器、一氣體調節器及一電腦中之至少一者。可控制殼體中之氣體壓力以控制池之內部中(諸如貯器、反應池腔室及MHD轉換器組件中)之每一氣體之氣體壓力。每一氣體之壓力可在大約0.1托至20 atm之範圍中。在圖9至圖21中所展示之一例示性實施例中，MHD通道308可係筆直的、發散的或會聚的，且MHD凝結區段309包括一氣體殼體309b、一壓力計309c及氣體供應與抽空總成309e (包括一氣體入口管線、一氣體出口管線及一凸緣)，其中氣體可滲透薄膜309d可安裝於MHD凝結區段309之壁中。座架可包括一燒結接頭、一金屬化陶瓷接頭、一銅焊接頭或本發明之其他者。氣體殼體309b可進一步包括一接達端口。氣體殼體309b可包括一金屬(諸如一抗氧化金屬，諸如SS 625)或在一金屬上之一抗氧化塗層(諸如在適合CTE之一金屬(諸如鉬)上之一銥塗層)。另一選擇係，氣體殼體309b可包括諸如一金屬氧化物陶瓷(諸如氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、氧化鉿、石英或本發明之另一者)之陶瓷。可使穿過一金屬氣體殼體309b之陶瓷穿透件(諸如MHD返回導管310之彼等)冷卻。穿透件可包括一碳密封，其中密封溫度低於金屬之碳化溫度及陶瓷之碳還原溫度。可針對熱熔融金屬移除密封以將其冷卻。密封可包括冷卻，諸如被動或強制空氣或水冷卻。

在一例示性實施例中，黑體電漿初始溫度及最終溫度在MHD轉換至電期間係3000K及1300K。在一實施例中，在低壓力側上使MHD發電機冷卻以維持電漿流。可使霍爾或發電機通道308冷卻。冷卻構件可係本發明之冷卻構件。MHD發電機300可包括一熱交換器316，諸如一輻射熱交換器，其中該熱交換器可經設計以輻射隨其溫度而變之功率從而維持諸如在大約1000℃至1500℃之一範圍中之一所要最低通道溫度範圍。該輻射熱交換器可包括一高表面積以最小化其大小及重量中之至少一者。輻射熱交換器316可包括可組態成錐形或稜柱形小面以增加輻射表面積之複數個表面。輻射熱交換器可在空氣中操作。輻射熱交換器之表面可塗佈有具有如下之群組之至少一個性質之一材料：(i)能夠進行高溫度操作，諸如一耐火材料，(ii)擁有一高發射率，(iii)對於氧化係穩定的，且提供一高表面積，諸如具有無阻礙或無障礙發射之一紋理化表面。例示性材料係陶瓷，諸如氧化物(諸如MgO、ZrO₂ 、HfO₂ 、Al₂ O₃ )及其他氧化穩定化陶瓷(諸如ZrC-ZrB₂ 及ZrC-ZrB₂ -SiC複合物)。

發電機可進一步包括一再生器或再生熱交換器。在一實施例中，使流在以一反向電流方式通過之後返回至注入系統以接收擴展區段308或其他熱損失區域中之熱從而將注入至池反應腔室5b31中之金屬預熱以維持反應池腔室溫度。在一實施例中，以下各項中之至少一者可由一熱交換器加熱：工作介質，諸如銀及一惰性中之至少一者；一池組件，諸如貯器5c、反應池腔室5b31；及一MHD轉換器組件，諸如MHD凝結區段309或其他熱組件(諸如貯器5c、反應池腔室5b31、MHD噴嘴區段307、MHD發電機區段308及MHD凝結區段309之群組中之至少一者)中之至少一者，該熱交換器自至少一個其他池或MHD組件(諸如貯器5c、反應池腔室5b31、MHD噴嘴區段307、MHD發電機區段308及MHD凝結區段309之群組中之至少一者)接收熱。再生器或再生熱交換器可將熱自一個組件轉移至另一組件。

在一實施例中，SunCell®可進一步包括一熔融金屬溢流系統，諸如包括一溢流罐、至少一個泵、一池熔融金屬庫存感測器、一熔融金屬庫存控制器、一加熱器、一溫度控制系統及如可由至少一個感測器及控制器判定用以視需要儲存熔融金屬且將熔融金屬供應至SunCell®之一熔融金屬庫存的熔融金屬溢流系統。該溢流系統之一熔融金屬庫存控制器可包括本發明之一熔融金屬液位控制器，諸如一入口升管及一EM泵。該溢流系統可包括MHD返回導管310、返回貯器311、返回EM泵312及返回EM泵管313中之至少一者。

電磁泵可各自包括用於液體金屬之兩個主要類型之電磁泵中之一者：一AC或DC傳導泵，其中跨越含有液體金屬之一管建立一AC或DC磁場，且透過連接至管壁之電極分別將一AC或DC電流饋送至液體；及感應泵，其中一行波場感應所需電流，如在一感應馬達中，其中電流可與一所施加AC電磁場交叉。感應泵可包括三個主要形式：環線性、平直線及螺旋形。該等泵可包括此項技術中已知之其他形式，諸如機械泵及熱電泵。機械泵可包括具有一馬達驅動葉輪之一離心泵。去往電磁泵之功率可係恆定的或脈衝式的以分別引起熔融金屬之一對應恆定或脈衝式注入。該脈衝式注入可由一程式或函數產生器驅動。該脈衝式注入可將脈衝電漿維持在反應池腔室中。

在一實施例中，EM泵管5k6包括一流限制器以引起間歇或脈衝式熔融金屬注入。該限制器可包括一閥，諸如進一步包括一控制器之一以電子方式控制之閥。該閥可包括一螺線管閥。另一選擇係，該限制器可包括具有至少一個通路之一旋轉圓盤，該旋轉圓盤週期性地旋轉以橫切熔融金屬流以允許熔融金屬流動穿過該通路，其中流由不包括一通路的旋轉圓盤之區段阻擋。

熔融金屬泵可包括一移動磁體泵(MMP)，諸如在M. G. Hvasta、W. K. Nollet、M. H. Anderson之以其全文引用方式併入之「Designing moving magnet pumps for high-temperature, liquid-metal systems」(核工程與設計，第327卷，(2018)，第228至237頁)中所闡述。該MMP可產生具有永久磁體及多相場線圈之一自旋陣列中之至少一者之一行波磁場。在一實施例中，該MMP可包括一多級泵，諸如用於MHD再循環及點火注入之一個兩級泵。一個兩級MMP泵可包括一馬達，諸如使一軸件轉動之一電動馬達。該兩級MMP可進一步包括：兩個磁鼓，每一磁鼓包括固定在每一磁鼓之表面上方之具有交替極性之一組圓周地安裝之磁體；及一陶瓷容器，其具有裝納磁鼓之一U形部分，其中可藉由軸件使每一磁鼓旋轉以引起熔融金屬在陶瓷容器中之一流動。在另一MMP實施例中，由在一經夾持條帶陶瓷容器(容納藉由圓盤之旋轉而泵送之熔融金屬)之相對位點上之每一圓盤表面上之交替極性磁體之兩個圓盤替換交替磁體之磁鼓。在另一實施例中，容器可包括一磁場可滲透材料，諸如一非鐵金屬(諸如不銹鋼)或陶瓷，諸如本發明之磁場可滲透材料。磁體可藉由諸如空氣冷卻或水冷卻之手段來冷卻以准許在升高溫度下操作。

一例示性商業AC EM泵係CMI Novacast CA15，其中加熱系統及冷卻系統可經修改以支援泵送熔融銀。包括入口區段及出口區段之EM泵管之加熱器及容納銀之容器可由本發明之一加熱器(諸如一電阻或電感耦合加熱器)加熱。諸如一電阻或電感耦合加熱器之加熱器可在EM泵管外部且進一步包括一傳熱構件以將熱自加熱器轉移至諸如一熱管子之EM泵管。熱管子可在高溫下操作，諸如具有一鋰工作流體之熱管子。EM泵之電磁體可由本發明之系統(諸如由水冷卻迴路及冷凍器)冷卻。

在一實施例(圖4至圖22)中，EM泵400可包括一AC感應類型，其中對銀之勞倫茲力藉由穿過銀之一時變電流及一交叉同步時變磁場而產生。穿過銀之時變電流可藉由由一EM泵變壓器繞組電路產生之一第一時變磁場之法拉第感應而形成。第一時變磁場之源可包括一初級變壓器繞組401，且銀可用作一次級變壓器繞組，諸如包括一電流迴路之一EM泵管區段405及一EM泵電流迴路返回區段406之一單匝短路繞組。初級繞組401可包括一AC電磁體，其中透過銀之圓周迴路405及406、感應電流迴路、藉由一磁路或EM泵變壓器軛402傳導第一時變磁場。銀可容納於諸如一陶瓷容器之一容器(諸如包括本發明之一陶瓷之容器，諸如氮化矽(MP 1900℃)、石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿)中。一保護性SiO₂ 層可藉由受控制被動氧化形成於矽亞硝酸鹽上。該容器可包括封圍磁路或EM泵變壓器軛402之通道405及406。該容器可包括一扁平區段405以根據對應勞倫茲力致使所感應電流在垂直於同步時變磁場之一方向及所要泵流方向上具有一流分量。可藉由包括AC電磁體403及EM泵電磁軛404之一EM泵電磁電路或總成形成交叉同步時變磁場。磁軛404可在容納銀之容器之扁平區段處具有一間隙。EM泵變壓器繞組電路之電磁體401及EM泵電磁總成之電磁體403可由一單相AC電源或此項技術中已知之其他適合電源供電。磁體可靠近於迴路彎曲部而定位，使得存在所要電流分量組件。給變壓器繞組401及電磁體繞組403供電之AC電流之相位可經同步以維持勞倫茲泵送力之所要方向。用於變壓器繞組401及電磁體繞組403之電源供應器可係相同或單獨電源供應器。所感應電流及B場之同步可係透過構件(諸如延遲線組件)或藉由數位構件，兩者在此項技術中皆係已知的。在一實施例中，EM泵可包括具有複數個軛之一單個變壓器以提供在閉合電流迴路405及406兩者中之電流之感應且用作電磁體403及軛404。由於使用一單個變壓器，因此對應所感應電流及AC磁場可同相。

在一實施例(圖2至圖22)中，感應電流迴路可包括入口EM泵管5k6、電流迴路之EM泵管區段405、出口EM泵管5k6及穿過貯器5c中之銀之路徑，該路徑可包括入口升管5qa及注入器561之壁(在包括此等組件之實施例中)。EM泵可包括監測及控制系統，諸如用於SunCell電力產生之初級繞組及回饋控制之電流及電壓以及泵送參數之監測及控制系統。例示性所量測回饋參數可係反應池腔室5b31處之溫度及MHD轉換器處之電。監測及控制系統可包括對應感測器、控制器及一計算機。在一實施例中，可對SunCell®進行以下操作中之至少一者：由諸如一行動電話之一無線裝置監測；及由該無線裝置控制。SunCell®可包括一天線以發送及接收資料及控制信號。

在僅具有一對電磁泵400之一MHD轉換器實施例中，每一MHD返回導管310經延伸且連接至對應電磁泵5kk之入口。連接可包括一管套節，諸如具有MHD返回導管310之一輸入及貯器之基底之支柱(諸如貯器底板總成409之彼等)之一Y形管套節。在包括具有一MHD轉換器之一經加壓SunCell®之一實施例中，EM泵、貯器及反應池腔室5b31之注入側相對於MHD返回導管310在高壓力下操作。每一EM泵之入口可僅包括MHD返回導管310。連接可包括一管套節，諸如具有MHD返回導管310之一輸入及貯器之基底之支柱之一Y形管套節，其中泵功率阻止自貯器至MHD返回導管310之入口流發生回流。

在一MHD電力發電機實施例中，注入EM泵及MHD返回EM泵可包括本發明之任何泵，諸如DC或AC傳導泵及AC感應泵。在一例示性MHD電力發電機實施例(圖5)中，注入EM泵可包括一感應EM泵400，且MHD返回EM泵312可包括一感應EM泵或一DC傳導EM泵。在另一實施例中，注入泵可進一步用作MHD返回EM泵。MHD返回導管310可在壓力比來自貯器之入口低之一位置處向EM泵進行輸入。來自MHD返回導管310之輸入可在適合用於MHD凝結區段309及MHD返回導管310中之低壓力之一位置處進入EM泵。來自貯器5c之入口可在壓力較高的EM泵管之一位置處(諸如在其中壓力係所要反應池腔室5b31操作壓力之一位置處)進入。注入器區段5k61處之EM泵壓力可至少係所要反應池腔室壓力。入口可在管5k6及電流迴路區段405或406處附接至EM泵。

EM泵可包括一多級泵(圖6至圖21)。多級EM泵可在各自對應於基本上僅准許向前熔融金屬流離開EM泵出口及注入器5k61之一壓力之不同泵級處接納諸如來自MHD返回導管310及來自貯器5c之基底之輸入金屬流。在一實施例中，多級EM泵總成 (圖6)包括至少一個EM泵變壓器繞組電路(包括穿過一感應電流迴路405及406之一變壓器繞組401及變壓器軛402)且進一步包括至少一個AC EM泵電磁電路(包括一AC電磁體403及一EM泵電磁軛404)。該感應電流迴路可包括一EM泵管區段405及一EM泵電流迴路返回區段406。電磁軛404可在容納諸如銀之經泵送熔融金屬之容器之扁平區段或一電流迴路405之EM泵管區段處具有一間隙。在圖7中所展示之一實施例中，包括EM泵管區段405之感應電流迴路可具有定位為自用於區段406中之返回流之彎曲部偏移之入口及出口，使得感應電流可更橫向於電磁體403a及403b之磁通量以最佳化橫向於電流及磁通量兩者之勞倫茲泵送力。經泵送金屬可在區段405中係熔融的且在EM泵電流迴路返回區段406中係固體。

在一實施例中，多級EM泵可包括供應垂直於電流及金屬流兩者之磁通量之複數個AC EM泵電磁電路。多級EM泵可在其中入口壓力適合用於區域泵壓力之位置處接納沿著一電流迴路405之EM泵管區段之入口以達成向前泵流，其中壓力在下一AC EM泵電磁電路級處增加。在一例示性實施例中，MHD返回導管310在包括AC電磁體403a及EM泵電磁軛404a之一第一AC電磁體電路之前在一入口處進入電流迴路，諸如一電流迴路405之此EM泵管區段。來自貯器5c之入口流可在第一AC電磁體電路之後且在包括AC電磁體403b及EM泵電磁軛404b之一第二AC電磁體電路之前進入，其中泵維持電流迴路405中之一熔融金屬壓力，從而維持自每一入口至下一泵級或至泵出口及注入器5k61之一所要流。可藉由控制AC電磁體電路之對應AC電磁體之電流而控制每一泵級之壓力。一例示性變壓器包括一矽鋼層疊式變壓器核心402，且例示性EM泵電磁軛404a及404b各自包括一層疊式矽鋼(晶粒取向鋼)薄片堆疊。

在一實施例中，諸如一陶瓷通道之EM泵電流迴路返回區段406可包括一熔融金屬流限定器或可填充有一固體電導體，使得電流迴路之電流係完整的同時阻止自EM泵管之一較高壓力區段至一較低壓力區段之熔融金屬回流。固體可包括一金屬，諸如本發明之一不銹鋼，諸如Haynes 230、Pyromet®合金625、Carpenter L-605合金、BioDur® Carpenter CCM®合金、Haynes 230、310 SS或625 SS。固體可包括一耐火金屬。固體可包括抗氧化之一金屬。固體可包括一金屬或導電帽蓋層或塗層(諸如銥)以避免固體導體之氧化。

在一實施例中，提供一返回電流路徑但阻止銀回流的導管406中之固體導體包括固體熔融金屬，諸如固體銀。固體銀可藉由維持沿著導管406之路徑之一或多個位置處之一溫度(低於銀之熔點)而維持，使得其在導管406之至少一部分中維持一固體狀態以阻止導管406中之銀流。導管406可包括以下各項中之至少一者：一熱交換器，諸如一冷卻劑迴路，其缺乏痕量加熱或絕緣材料；及一區段，其與熱區段405隔開使得導管406之至少一個部分之溫度可維持低於熔融金屬之熔點。

在一實施例中，變壓器及電磁體中之至少一者之磁性繞組藉由變壓器磁軛402及電磁電路軛404中之至少一者之延伸而與容納流動金屬的一電流迴路405之EM泵管區段隔開。延伸允許以下操作中之至少一者：EM泵管405之更高效加熱(諸如電感耦合加熱)；以及變壓器繞組401、變壓器軛402及電磁電路(包括AC電磁體403及EM泵電磁軛404)中之至少一者之更高效冷卻。在一個兩級EM泵之情形中，磁路可包括AC電磁體403a及403b以及EM泵電磁軛404a及404b。變壓器軛402及電磁軛404中之至少一者可包括具有一高居裡溫度之一鐵磁材料，諸如鐵或鈷。繞組可包括高溫絕緣線，諸如陶瓷塗佈包覆線，諸如鎳包覆銅線，諸如Ceramawire HT。EM泵變壓器繞組電路或總成及EM泵電磁電路或總成中之至少一者可包括一水冷卻系統，諸如本發明之水冷卻系統，諸如DC傳導EM泵之磁體5k4中之一者(圖2至圖3)。感應EM泵400b中之至少一者可包括一空氣冷卻系統400b (圖9至圖10)。感應EM泵400c中之至少一者可包括一水冷卻系統(圖11)。冷卻系統可包括熱管子，諸如本發明之熱管子。冷卻系統可包括一陶瓷護套以用作一冷卻劑導管。冷卻劑系統可包括一冷卻劑泵及一熱交換器以將熱排到一負載或周圍環境。該護套可至少部分地裝納待冷卻之組件。軛冷卻系統可包括一內部冷卻劑導管。冷卻劑可包括水。冷卻劑可包括矽油。

一例示性變壓器包括一矽鋼層疊式變壓器核心。點火變壓器可包括：(i)一繞組數目，其在大約10匝至10,000匝、100匝至5000匝及500匝至25,000匝之至少一個範圍中；(ii)一功率，其在大約10 W至1 MW、100 W至500 kW、1 kW至100 kW及1 kW至20 kW之至少一個範圍中，及(iii)一初級繞組電流，其在大約0.1 A至10,000 A、1 A至5 kA、1 A至1 kA及1 A至500 A之至少一個範圍中。在一例示性實施例中，點火電流在大約6 V至10 V之一電壓範圍中且電流係大約1000 A；因此具有50匝之一繞組在大約500 V及20 A下操作以提供在1000 A下10 V之一點火電流。EM泵電磁體可包括在大約0.01 T至10 T、0.1 T至5 T及0.1 T至2 T之至少一個範圍中之一通量。在一例示性實施例中，大約0.5 mm直徑磁體線維持在大約200℃下。

在包括未形成一合金或在池操作溫度下與鋁發生反應之一SunCell®之一實施例中，熔融金屬可包括鋁。在一例示性實施例中，SunCell® (諸如圖4至圖21中所展示之SunCell®)包括與熔融鋁金屬接觸之組件，諸如反應池腔室5b31及包括石英或陶瓷之EM泵管5k6，其中SunCell®進一步包括感應EM泵以及一感應點火系統。

諸如MHD返回導管310、EM泵貯器管線416及EM泵注入管線417中之至少一者之至少一個管線(圖9至圖21)可由諸如一電阻或電感耦合加熱器之一加熱器加熱。電感耦合加熱器可包括纏繞在管線上之一天線415，其中該天線可係水冷卻的。纏繞有電感耦合加熱器天線(諸如5f及415)之組件可包括一內絕緣材料層。電感耦合加熱器天線可用於一雙重功能或加熱及水冷卻以維持對應組件之一所要溫度。SunCell可進一步包括：結構支撐件418，其緊固諸如MHD磁體殼體306a、MHD噴嘴307及MHD通道308、電輸出、感測器之組件；及控制線419，其可安裝於結構支撐件418上；及諸如420之熱屏蔽件，其在EM泵貯器管線416及EM泵注入管線417周圍。

在一實施例中，諸如5k2a之點火匯流排條可包括與一濕密封接頭(諸如貯器5c處之濕密封接頭)之固化熔融金屬之一部分接觸之一電極。在另一實施例中，點火系統包括一感應系統(圖8至圖21)，其中施加至導電熔融金屬以引起分數氫反應之點火之電源提供一感應電流、電壓及功率。點火系統可包括一無電極系統，其中由一感應點火變壓器總成410藉由感應施加點火電流。感應電流可自由諸如EM泵400之泵維持之複數個注入器流動穿過橫切熔融金屬流。在一實施例中，貯器5c可進一步包括一陶瓷交叉連接通道414，諸如在貯器5c之基底之間的一通道。感應點火變壓器總成410可包括可延伸穿過由貯器5c、來自複數個熔融金屬注入器之橫切熔融金屬流及交叉連接通道414形成之感應電流迴路的一感應點火變壓器繞組411及一感應點火變壓器軛412。感應點火變壓器總成410可類似於EM泵變壓器繞組電路。

在一實施例中，點火電流源可包括一AC感應類型，其中藉由穿過銀之一時變磁場之法拉第感應產生諸如銀之熔融金屬中之電流。時變磁場之源可包括一初級變壓器繞組、一感應點火變壓器繞組411，且銀可至少部分地用作一次級變壓器繞組，諸如一單匝短路繞組。初級繞組411可包括一AC電磁體，其中一感應點火變壓器軛412透過包括熔融銀之一圓周傳導迴路或電路傳導時變磁場。在一實施例中，感應點火系統可包括維持穿過包括熔融銀電路之次級變壓器繞組之時變通量的複數個閉合磁迴路軛412。至少一個軛及對應磁路可包括一繞組411，其中各自具有一繞組411之複數個軛412之加性通量可並行形成感應電流及電壓。每一軛412繞組411之初級繞組匝數可經選擇以達成施加至每一繞組之一所要次級電壓，且可藉由選擇具有對應繞組411之閉合迴路軛412之數目而達成一所要次級電流，其中電壓獨立於軛及繞組數目，且並行電流係加性的。

變壓器電磁體可由一單相AC電源或此項技術中已知之其他適合電源供電。變壓器頻率可經增加以減小變壓器軛412之大小。變壓器頻率可在大約1 Hz至1 MHz、1 Hz至100 kHz、10 Hz至10 kHz及10 Hz至1 kHz之至少一個範圍中。變壓器電源供應器可包括一VFD可變頻率驅動。貯器5c可包括一熔融金屬通道，諸如連接兩個貯器5c之交叉連接通道414。封圍變壓器軛412之電流迴路可包括容納於貯器5c中之熔融銀、交叉連接通道414、注入器管5k61中之銀及交叉以完成感應電流迴路之所注入熔融銀流。感應電流迴路可進一步至少部分地包括容納於EM泵組件(諸如入口升管5qa、EM泵管5k6、支柱及注入器5k61)中之至少一者中之熔融銀。

交叉連接通道414可處於貯器中之諸如銀之熔融金屬之所要液位。另一選擇係，交叉連接通道414可處於比所要貯器熔融金屬液位低之一位置，使得通道在操作期間連續地填充有熔融金屬。交叉連接通道414可朝向貯器5c之基底定位。通道可形成感應電流迴路或電路之一部分且進一步促進自具有一較高銀液位之一個貯器至具有一較低液位之另一貯器之熔融金屬流以維持兩個貯器5c中之所要液位。熔融金屬頭部壓力之一差可致使貯器之間的金屬流在每一者中維持所要液位。電流迴路可包括橫切熔融金屬流、注入器管5k61、貯器5c中之一熔融金屬管柱及連接處於所要熔融銀液位之貯器5c或低於所要液位之貯器5c之交叉連接通道414。電流迴路可封圍藉由法拉第感應產生電流之變壓器軛412。在另一實施例中，至少一個EM泵變壓器軛402可進一步包括感應點火變壓器軛412以藉由另外透過一點火熔融金屬迴路(諸如藉由橫切熔融金屬流以及容納於貯器及交叉連接通道414中之熔融金屬形成之點火熔融金屬迴路)供應時變磁場而產生感應點火電流。貯器5c及通道414可包括一電絕緣體，諸如一陶瓷。感應點火變壓器軛412可包括一封蓋413，封蓋413可包括一電絕緣體及一熱絕緣體中之至少一者，諸如一陶瓷封蓋。在可包括圓周地纏繞之電感耦合加熱器天線(諸如螺旋形線圈)之貯器之間延伸之感應點火變壓器軛412之區段可由封蓋413熱或電屏蔽。貯器5c、通道414及封蓋413中之至少一者之陶瓷可係本發明之陶瓷，諸如氮化矽(MP 1900℃)、石英(諸如熔凝石英)、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿。一保護性SiO₂ 層可藉由受控制被動氧化形成於矽亞硝酸鹽上。

在一實施例中，交叉連接通道414使貯器銀液位維持幾乎恆定。SunCell®可進一步包括注入器5k61之浸沒式噴嘴5q。每一浸沒式噴嘴之深度及因此頭部壓力(注入器透過其進行注入)可由於每一貯器5c之大約恆定熔融金屬液位而保持基本上恆定。在包括交叉連接通道414之一實施例中，入口升管5qa可經移除且用進入貯器支柱或EM泵貯器管線416之一端口來替換。

SunCell®可包括一熱源以在操作起動期間將至少一個組件加熱。該熱源可經選擇以避免感應EM泵及感應點火系統中之至少一者之軛之過度加熱。該熱源可容許高效傳熱至SunCell®之一熱力源實施例之一外部熱交換器。熱可維持用於熔融金屬注入系統(諸如包括EM泵之雙重熔融金屬注入系統)之熔融金屬。在一實施例中，SunCell®包括一加熱器或加熱源，諸如一化學熱源(諸如一催化化學熱源)、一火焰或燃燒熱源、一電阻加熱器(諸如一耐火細絲加熱器)、一輻射加熱源(諸如一紅外線光源，諸如一熱燈或高功率二極體光源)及一電感耦合加熱器中之至少一者。

輻射加熱源可包括用以使輻射功率在待加熱之一表面上方掃描之一構件。該掃描構件可包括一掃描鏡。該掃描構件可包括至少一個鏡且可進一步包括用以使鏡在複數個位置上方移動之一構件，諸如此項技術中已知之一機械、氣動、電磁、壓電、液壓及其他致動器。

在一實施例中，加熱器415可包括一電阻加熱器，諸如包括導線之電阻加熱器，諸如Kanthal或本發明之其他者。該電阻加熱器可包括可纏繞在待加熱之組件上之一耐火電阻細絲或導線。例示性電阻加熱器元件及組件可包括高溫導體，諸如碳、鎳鉻合金、300系列不銹鋼、英高合金800及英高鎳600、601、718、625、海恩斯合金230、188、214、鎳、赫史特合金C、鈦、鉭、鉬、TZM、錸、鈮及鎢。細絲或導線可灌封於一灌封化合物中以保護其免受氧化。可在真空中操作作為細絲、導線或網格之加熱元件以保護其免受氧化。一例示性加熱器包括Kanthal A-1 (Kanthal)電阻加熱導線、具有高達1400℃之操作溫度且具有高電阻率及良好抗氧化性之一鐵-鉻-鋁合金(FeCrAl合金)。另一例示性細絲係Kanthal APM，其形成對抗氧化及滲碳環境且可操作至1475℃之一不起皮氧化物塗層。在1375 K下之熱損失速率及1之一發射率係200 kW/m² 或0.2 W/cm² 。操作至1475 K之可商購電阻加熱器具有4.6 W/cm² 之一功率。可使用在加熱元件外部之絕緣材料增加加熱。

一例示性加熱器415包括Kanthal A-1 (Kanthal)電阻加熱導線、具有高達1400℃之操作溫度且具有高電阻率及良好抗氧化性之一鐵-鉻-鋁合金(FeCrAl合金)。用於適合加熱元件之額外FeCrAl合金係Kanthal APM、Kanthal AF、Kanthal D及Alkrothal中之至少一者。諸如一電阻導線元件之加熱元件可包括可在1100℃至1200℃範圍中操作之一NiCr合金，諸如Nikrothal 80、Nikrothal 70、Nikrothal 60及Nikrothal 40中之至少一者。另一選擇係，加熱器415可包括能夠在氧化大氣中在1500℃至1800℃範圍中操作之二矽化鉬(MoSi₂ )，諸如Kanthal Super 1700、Kanthal Super 1800、Kanthal Super 1900、Kanthal Super RA、Kanthal Super ER、Kanthal Super HT及Kanthal Super NC中之至少一者。加熱元件可包括與氧化鋁鑄成合金之二矽化鉬(MoSi₂ )。加熱元件可具有一抗氧化塗層，諸如一個氧化鋁塗層。電阻加熱器415之加熱元件可包括可能夠在高達1625℃之一溫度下操作之SiC。加熱器可包括絕緣材料以增加其效率及有效性中之至少一者。該絕緣材料可包括一陶瓷，諸如熟習此項技術者已知之陶瓷，諸如包括氧化鋁-矽酸鹽之一絕緣材料。該絕緣材料可係可移除絕緣材料或可逆絕緣材料中之至少一者。該絕緣材料可在起動之後經移除以更有效地將熱傳遞至一所要接收器，諸如周圍環境或一熱交換器。可以機械方式移除該絕緣材料。絕緣材料可包括一能夠真空腔室及一泵，其中藉由抽一真空而施加絕緣材料，且藉由添加諸如一惰性氣體(諸如氦)之一傳熱氣體而使絕緣材料逆轉。具有可經添加或泵出之一傳熱氣體(諸如氦)之一真空腔室可用作可調整絕緣材料。

可藉由串聯及並聯經佈線電路中之至少一者給電阻加熱器415供電以選擇性地將SunCell®不同組件加熱。電阻加熱導線可包括一雙絞線以阻止受導致一時變場之系統(諸如感應系統，諸如至少一個感應EM泵、一感應點火系統及電磁體)干擾。電阻加熱導線可經定向使得最小化任何經鏈接時變磁通量。導線定向可使得任何閉合迴路在與磁通量平行之一平面中。

催化化學熱源及火焰或燃燒熱源中之至少一者可包括一燃料，諸如一碳水化合物，諸如丙烷及氧或氫及氧。SunCell®可包括可供應大約H₂ 與O₂ 之一化學計量混合物之一電解槽。該電解槽可包括一氣體分離器以單獨供應H₂ 或O₂ 中之至少一者。該電解槽可包括一高壓力電解單元，諸如具有用於H₂ 及O₂ 中之至少一者之一單獨源之一質子交換薄膜之高壓力電解單元。該電解單元可在起動期間由一蓄電池供電。SunCell®可包括因H₂ O電解而產生之H₂ 及O₂ 氣體之一氣體儲存與供應系統。氣體儲存器可儲存隨著時間因H₂ O電解而產生之H₂ 及O₂ 氣體中之至少一者。隨著時間之電解功率可由SunCell®或蓄電池提供。儲存器可以一速率將氣體作為燃料釋放至加熱器以達成比自蓄電池獲得之功率高之功率。電解之效率可比90%好。一觸媒上之氫-氧再結合及燃燒之效率可係幾乎100%。火焰加熱器可包括至少一個燃燒器及用以使至少一個燃燒器在複數個位置上方移動或掃描使得火焰覆蓋一較大面積之一構件。掃描機可包括一凸輪及此項技術中已知之一機械、氣動、電磁、壓電、液壓及其他致動器中之至少一者。

在一實施例中，加熱系統包括管子、歧管及至少一個殼體中之至少一者以將至少一種燃料或燃料混合物(諸如H₂ 及O₂ 中之至少一者)供應至充滿一觸媒之一表面以燃燒SunCell®之至少一個組件之表面上方之燃料氣體從而用作加熱源。氫及氧之一化學計量混合物之最大溫度係大約2800℃。待加熱之任何組件之表面可塗佈有一氫-氧再結合器觸媒，諸如雷氏鎳、氧化銅或一貴金屬(諸如鉑、鈀、釕、銥、錸或銠)。例示性催化表面係塗Pd、Pt或Ru之氧化鋁、矽石、石英及氧化鋁-矽酸鹽中之至少一者。火焰加熱器可包括一經加熱細絲，其中細絲之升高溫度可至少部分地藉由氫-氧再結合反應來維持。

在一實施例中，H₂ + O₂ 氣體源可包括一氫氧炬系統，諸如包括像諸如Honguang H160氧氫HHO氣體火焰產生器之一商業單元之一設計之氫氧炬系統。假定電解電壓為H₂ O 1.48 V且一典型電解效率為大約90%，所需電流係每1 W燃燒器大約0.75 A。在一實施例中，複數個燃燒器可由一共同氣體管線(諸如供應H₂ + O₂ 之一化學計量混合物之共同氣體管線)供應。火焰加熱器可包括複數個此類氣體管線及燃燒器。該等管線及燃燒器可配置成一適合結構以達成SunCell®組件之所要加熱。該結構可包括至少一個螺旋狀物，諸如圖20至圖21中所展示之單螺旋氫氧火焰加熱器423，其具有一氣體管線424及複數個燃燒器或噴嘴425。在亦在圖20至圖21中所展示之一替代設計中，氫氧火焰加熱器423可包括複數個氣體管線424 及複數個燃燒器或噴嘴425以達成在待加熱之SunCell®組件周圍之一系列環狀環。賦予SunCell®組件之一良好加熱表面覆蓋範圍之一額外例示性結構係一DNA樣雙重螺旋或一個三重螺旋。諸如MHD返回導管310之線型組件可由至少一個線性燃燒器結構加熱。

在一實施例中，諸如一電阻燃燒器或熱交換器類型之加熱器可透過可鑄造於貯器之底部中之一內部井自SunCell組件之內側(諸如貯器5c之內側)加熱，舉例而言。

點火電流可係時變的，諸如大約60 Hz AC，但可具有其他特性及波形，諸如具有在1 Hz至1 MHz、10 Hz至10 kHz、10 Hz至1 kHz及10 Hz至100 Hz之至少一個範圍中之一頻率、在大約1 A至100 MA、10 A至10 MA、100 A至1 MA、100 A至100 kA及1 kA至100 kA之至少一個範圍中之一峰值電流及在大約1 V至1 MV、2 V至100 kV、3 V至10 kV、3 V至1 kV、2 V至100 V及3 V至30 V之至少一個範圍中之一峰值電壓的一波形，其中該波形可包括一正弦波、一方波、一三角形或其他所要波形，其可包括諸如在1%至99%、5%至75%及10%至50%之至少一個範圍中之工作循環之一工作循環。為最小化在高頻率下之表皮效應，點火系統之繞組(諸如411)可包括編織線、多股線及李茲線中之至少一者。

在一實施例中，控制點火電流之頻率從而控制分數氫反應之反應速率。控制感應點火繞組411之功率供應之頻率可控制點火電流之頻率。點火電流可係由一時變磁場引起之一感應電流。該時變磁場可影響分數氫反應速率。在一實施例中，時變磁場之強度及頻率中之至少一者經控制以控制分數氫反應速率。可藉由控制感應點火繞組411之功率供應而控制時變磁場之強度及頻率。

在一實施例中，點火頻率經調整以引起反應池腔室5b31及MHD通道308中之至少一者中之分數氫發電之一對應頻率。可藉由控制點火頻率而控制諸如大約60 Hz AC之功率輸出之頻率。可藉由使感應點火變壓器總成410之時變磁場之頻率變化而調整點火頻率。可藉由使感應點火變壓器繞組411之電流之頻率變化而調整感應點火變壓器總成410之頻率，其中可使去往繞組411之功率之頻率變化。MHD通道308中之時變功率可阻止氣溶膠射流之震動形成。在另一實施例中，時變點火可驅動產生一時變電力輸出之一時變分數氫發電。MHD轉換器可輸出亦可包括一DC分量之AC電。AC分量可用於給至少一個繞組(諸如變壓器及電磁體繞組中之一或多者中之至少一者，諸如EM泵變壓器繞組電路之繞組及EM泵電磁電路之電磁體之繞組中之至少一者)供電。

具有一MHD轉換器之經加壓SunCell®可在不具有對重力之一相依性之情況下操作。諸如兩級空氣冷卻之EM泵400b之EM泵(諸如400)可位於一位置中以最佳化熔融金屬入口及出口導管或管線之包裝及最小化中之至少一者。一例示性封裝係如下之例示性封裝：其中EM泵位於MHD凝結區段309之端與貯器5c之基底之間的中途處(圖12至圖19)。

在一實施例中，工作介質包括一金屬及一氣體，該氣體在低溫下可溶於熔融金屬中且在升高溫度下不可溶或不太可溶於熔融金屬中。在一例示性實施例中，工作介質可包括銀及氧中之至少一者。在一實施例中，使反應池腔室中之氧壓力維持在實質上阻止諸如銀之熔融金屬經歷蒸發之一壓力。分數氫反應電漿可將氧及液體銀加熱至諸如3500K之一所要溫度。包括工作介質之混合物可在諸如25 atm之壓力下流動穿過一漸縮MHD通道，其中壓力及溫度在熱能轉換為電時下降。當溫度下降時，諸如銀之熔融金屬可吸收諸如氧之氣體。然後，液體可經泵送回至貯器以經回收於反應池腔室中，其中電漿加熱會釋放氧以增加所要反應池腔室壓力及溫度狀況從而驅動MHD轉換。在一實施例中，MHD通道之出口處之銀之溫度係大約熔融金屬之熔點，其中氧溶解度在一atm O₂ 下係大約20 cm³ 之氧(STP)對1 cm³ 之銀。包括經溶解氣體之液體之再循環泵送功率可比自由氣體小得多。此外，用以在一熱動態功率循環期間使自由氣體之壓力及溫度下降之氣體冷卻要求及MHD轉換器體積可實質上減小。

在一實施例中，工作介質金屬可形成一奈米顆粒氣溶膠。可藉由存在與工作介質接觸之一氣體而促進奈米顆粒形成。在一實施例中，熔融金屬及工作介質包括在存在氧之情況下形成銀奈米顆粒之銀。可在MHD噴嘴307中使奈米顆粒加速度，其中在MHD通道308中將流動射流之動能轉換為電。氧壓力可足以用作噴嘴307中之一加速劑氣體。在一實施例中，銀氣溶膠幾乎係MHD噴嘴307之出口處之純液體加氧。銀中之氧原子溶解度隨著溫度接近熔點而增加，其中溶解度高達25%之莫耳分率[J. Assal，B. Hallstedt及L. J. Gauckler，「Thermodynamic assessment of the silver-oxygen system」，J. Am Ceram. Soc.第80 (12)卷，(1997)，第3054至3060頁]。銀在MHD通道308處(諸如在出口處)吸收氧且使液體銀及氧兩者再循環。可使氧作為經吸收於熔融銀中之氣體而再循環。在一實施例中，在反應腔室5b31中釋放氧以使循環再生。高於熔點的銀之溫度亦用作用於熱力再循環或再生之一手段。在一實施例中，在一會聚-發散噴嘴(諸如一德拉瓦噴嘴)中藉由諸如氧及一惰性氣體(諸如氬或氦)中之至少一者之一氣體使銀氣溶膠加速度。MHD工作介質、擁有動能及電傳導率之流動穿過MHD通道之介質可包括銀氣溶膠、加速度氣體及銀蒸氣。在工作介質包括氧及銀之情形中，工作介質可進一步包括經吸收於液體銀中之氧，該液體銀可呈精細液體顆粒或氣溶膠之形式。可在MHD通道之端處藉由諸如一泵(諸如一EM泵312)及一壓縮機(圖22)中之至少一者之一再循環器使工作介質再循環。包括一MHD返回氣體泵或壓縮機312a之再循環器可進一步包括一MHD返回氣體導管310a、一MHD返回氣體貯器311a及一MHD返回氣體管313a。再循環器可使工作介質中之銀蒸氣、液體銀及加速度氣體中之至少一者再循環。液體銀可呈氣溶膠之形式，使得可藉助諸如一壓縮機之一氣體泵使工作介質之大約所有物種再循環。加速度氣體可包括氧以致使液體銀形成或維持為銀氣溶膠從而藉由氣體泵促進再循環。諸如氧之加速度氣體可包括工作介質之大多數莫耳分率。加速度氣體莫耳分率可在大約50至99莫耳%、50至95莫耳%及50至90莫耳%之至少一個範圍中。在另一實施例中，可藉由一液體金屬泵(諸如本發明之液體金屬泵，諸如一EM泵)使液體銀再循環。在一實施例中，藉由EM泵使加速劑氣體(諸如氧)及液體金屬(諸如銀)中之至少一者再循環，其中氧可由熔融銀吸收以藉由EM泵促進其泵送。

在一實施例中，MHD轉換器包括一類型之液體金屬磁流體動力(LMMHD)轉換器，其中藉由MHD通道308將來自噴嘴307之導電電漿射流之動能轉換為電。MHD通道之入口處之動能輸入功率P_input 由在其速度v 下之質量流率給出。(39)

勞倫茲力F_L 與流速度成比例：(40) 其中係流傳導率，v 係流速度，B 係磁場強度，W 係負載因子(跨越負載之電場與開路電場之比率)，d係電極間隔，且dx 係沿著通道軸之差別距離。然後，隨著通道距離之速度改變與通道距離成比例(41) 其中一約計k被視為由邊界條件判定之一常數：(42) 該常數係依據可重新配置為下式之勞倫茲力(方程式(40))來判定(43) 或(44) 藉由比較方程式(6)與方程式(3)，常數係(45) 藉由組合方程式(42)與方程式(45)，隨通道距離而變之速度係(46) MHD通道中之電力P _electric 轉換由下式給出(47) 其中V係MHD通道電壓，I係通道電流，E係通道電場，J係通道電流密度，L係通道長度，且A係電流剖面面積(噴嘴出口面積)。依據方程式(46至47)，通道之對應功率由下式給出(48) 高壓力銀蒸氣電漿之傳導率藉由ANSYS模型化經判定為係10⁶ S/m。在質量流係0.5 kg/s之情形中，傳導率保守地係500,000 S/m，速度係1200 m/s，磁通量B 係0.1 T，負載因子W 係0.7，例示性直方矩形通道之通道寬度及電極間隔d 係0.1 m，且通道長度L 係0.25 m，功率參數係：(49)(50)(51)(52) 其中P_electic 係施加至一外部負載之電力，P_density 係功率密度，且係功率轉換效率。在高速度及傳導率之情況下，效率收斂至MHD通道之負載因子W ，且負載所施加功率收斂至輸入至MHD通道之動能功率乘以MHD通道之負載因子W 。功率之剩餘部分在內部MHD通道電阻中經耗散。

在一實施例中，LMMHD類型循環包括一強大的高度導電射流形式，其包括藉由在銀之熔點下銀及氧之兩個獨特性質促進之一氧與銀奈米顆粒氣溶膠。在存在氧之情況下，熔融銀以高速率形成表現類似於大致遵守理想氣體定律之大分子之奈米顆粒。氣溶膠在銀之熔點(962℃)下形成；因此，具有類似於銀原子之熱動態性質之一分子氣體可在低於2162℃之銀沸點之一溫度井處形成。銀之此獨特性質促進一熱動態循環，從而在一傳統氣體擴展循環中之凝結及回收期間避免輸入在MHD通道之端處失去之254 kJ/莫耳之非常高蒸發熱。此外，熔融銀在其熔點溫度下可吸收可在MHD通道之端處溶解於熔融銀中且與熔融銀一起經電磁(EM)泵送以再循環至反應池腔室之大量氧氣。反應池腔室中之高溫度致使氧經釋放以用作所得氧及銀氣溶膠之加速劑氣體。藉由反應池腔室中之分數氫反應釋放之熱力導致一高壓力上升且一高功率銀電漿射流離開MHD噴嘴且進入MHD通道，其中發生MHD動功率至電力轉換。效率可係非常高的，此乃因(i)通道效率接近負載因子，如由方程式(52)所展示，(ii)在通道中耗散之殘餘動能將氣溶膠加熱，該殘餘動能作為對凝結或聚結在MHD通道之端處之氣溶膠之熱能庫存之一添加經保存且與總熱庫存一起返回至反應池腔室，及(iv)藉由在溶液中載運氣體之熔融金屬之非常低功率電磁泵送而非藉由氣體之非常能量密集型多級中間冷卻氣體壓縮來使加速劑氣體返回。可提供252 kW之電之0.5 kg/s銀氣溶膠流之泵功率P_pump (方程式(50))由質量流乘以5 × 10⁵ N/m² 之反應腔室壓力P 之乘積(方程式(56))除以銀10.5 g/cm³ 之密度給出：(53)

大氣壓力氧在銀中之溶解度隨著溫度接近熔點而增加，其中溶解度高達針對銀體積之大約40至50個氧體積(圖23)。此外，氧在銀中之溶解度隨著與所溶解氧均衡之氧大氣壓力而增加。可在高O₂ 壓力下達成氧在銀中之一高莫耳分率，如由J. Assal、B. Hallstedt及L. J. Gauckler之「Thermodynamic assessment of the silver-oxygen system」(J. Am Ceram. Soc.第80 (12)卷，(1997)，第3054至3060頁)所展示。舉例而言，在804 K之一溫度、526拔(5.26 × 10⁷ Pa)之一氧局部壓力及0.25之液體相之一氧莫耳分率下存在Ag與Ag₂ O之間的一共熔。

顯著地增加氧原子至銀中之併入，除此之外，亦可藉由將分子氧轉換為原子氧在一給定氧壓力及銀溫度下藉由氣體溶解達成[A. de Rooij，「The oxidation of silver by atomic oxygen」，產品保證與安全部門，ESTEC，諾德韋克，荷蘭，ESA雜質1989，(第13卷)，第363至382頁]。液體銀中之氧溶解度關係與之氣體氧壓力之½冪成比例，此乃因氧作為原子經吸收至銀中。當在與銀之氧化反應中涉及O原子而非O₂ 分子時，AgO以及Ag₂ O甚至在非常低O₂ 壓力下係熱力學穩定的，AgO比Ag₂ O更穩定，且將Ag₂ O氧化至AgO (此關於O₂ 分子可係不可能的)在熱動態上係可能的。為在MHD循環期間利用O原子之優良溶解度，可藉由分數氫反應維持MHD通道電漿射流以維持自O₂ 分子形成O原子。諸如共熔物(包括併入於熔融銀中之0.25莫耳分率氧)之一組合物可形成於MHD通道之端處且經泵送至反應池腔室以回收銀及氧。MHD循環進一步包括由於分數氫電漿反應後續接著MHD噴嘴區段中之等焓擴展而在具有一顯著溫度及壓力增加之情況下在反應池腔室中釋放氧以在MHD通道中形成一氣溶膠射流及該射流之幾乎等壓流。

為藉由等熵擴展將反應池腔室中之熱及壓力體積能量庫存成功地轉換為MHD通道中之動能，氧必須有效地使銀在會聚-發散噴嘴中加速度。LMMHD之主要故障模式中之一者係加速劑氣體滑動越過大液體金屬顆粒。理想地，金屬顆粒表現為分子，且流動至MHD通道中之電漿射流之熱能向動能之轉換大致遵守等熵擴展之理想氣體定律，最高效意味可能。考量其中反應池腔室大氣係氧之情形，所注入熔融金屬係銀，且氧促成一銀奈米顆粒氣溶膠之形成。銀奈米顆粒在其與懸浮氣體之平均自由路徑相比較較小時呈自由分子形態。在數學上，由下式給出之努生數K_n (54) 使得K_n ＞＞1，其中λ係懸浮氧氣之平均路徑且d_Ag 係銀顆粒之直徑。在Levine之[I. Levine，Physical Chemistry，McGraw-Hill Book Company，紐約，(1978)，第420至421頁。]之後，與具有直徑d_B 及莫耳分率f_B 之一第二氣體B碰撞的具有直徑d_A 之一氣體A之平均路徑λ_A 由下式給出(55)

對於6000 K溫度T、5個大氣(5 × 10⁵ N/m² )壓力P、與0.25之一氣體分率f_O2 對應之25莫耳%氧及與0.75之一銀氣體分率f_Ag 對應之75莫耳%銀的氣體參數，由方程式(55)給出之與具有5 × 10^-9 m之直徑d_Ag 之一銀顆粒碰撞之具有1.2 × 10^-10 m之分子直徑d_O2 之懸浮氣體氧之平均路徑λ_O2 係= 2.5 × 10^-9 m (56) 其中k_B 係波滋曼常數。針對與大約3800個銀原子對應之具有一5 nm直徑之銀氣溶膠顆粒，大約滿足分子形態。在此形態中，顆粒透過與氣體分子之彈性碰撞而與懸浮氣體相互作用。藉此，顆粒之表現類似於氣體分子，其中該等氣體分子及顆粒在連續及隨機運動中，在任何顆粒碰撞時不存在動能損失或增益，且平均動能對於顆粒及分子兩者係相同的且係共同溫度之一函數。

在一例示性MHD熱動態循環中：(i)銀奈米顆粒形成於反應池腔室中，其中可藉由針對呈分子形態之奈米顆粒進行選擇之熱泳及熱梯度中之至少一者來運輸該等奈米顆粒；(ii)在存在所釋放O之情況下之分數氫電漿反應形成流動至噴嘴入口中之高溫度及壓力25莫耳% O及70莫耳%銀奈米顆粒氣體；(iii) 25莫耳% O及75莫耳%銀奈米顆粒氣體經歷噴嘴擴展，(iv)在MHD通道中將射流之所得動能轉換為電；(v)奈米顆粒之大小在MHD通道中增加且在MHD通道之端處聚結至銀液體，(vi)液體銀吸收25莫耳% O，且(vii) EM泵將液體混合物往回泵送至反應池腔室。

對於氧與銀奈米顆粒之一氣體混合物，氧及呈自由分子形態之銀奈米顆粒之溫度係相同的，使得理想氣體方程式適用於估計噴嘴擴展中之氣體混合物之加速度，其中O₂ 與奈米顆粒之混合物在共同溫度下具有一共同動能。包括熔融金屬奈米顆粒(諸如銀奈米顆粒)之氣體混合物在一會聚-發散噴嘴中之加速度可被視為理想氣體/蒸氣在該會聚-發散噴嘴中之等熵擴展。假定停滯溫度T₀ ；停滯壓力p₀ ；氣體常數R_v ；及比熱比k，可使用Liepmann及Roshko之[Liepmann H.W.及A. Roshko，Elements of Gas Dynamics，Wiley (1957)]之方程式來計算熱動態參數。停滯音速及密度由下式給出(57)

噴嘴喉部條件(馬赫數Ma^* = 1)由下式給出：(58) 其中u係速度，m係質量流，且A係噴嘴剖面面積。噴嘴出口條件(出口馬赫數= Ma)由下式給出：(59)

由於奈米顆粒之高分子重量，MHD轉換參數類似於LMMHD之彼等，其中MHD工作介質係密集的且相對於氣體擴展以低速行進。

假定銀具有形成呈分子形態之適合奈米顆粒且在不使用渦輪機械裝置之情況下吸收適合質量之氧以回收加速劑氣體(在此情形為氧)之能力，氧及銀奈米顆粒氣溶膠MHD循環之可行性取決於氣溶膠形成速率及氧可吸收至熔融銀中及自熔融銀脫氣之速率之動力學。執行對應動力學研究且發現動力學係充足的。在一實施例中，諸如鎵金屬及鎵奈米顆粒之另一金屬可取代銀金屬及銀奈米顆粒。

在一實施例中，可增加氧在銀中之溶解度，除此之外，亦可藉由將一電場、一電位及一電漿中之至少一者施加至熔融銀在一給定氧壓力下藉由氣體溶解而達成。在一實施例中，可將電解或電漿施加至熔融銀以增加液體銀中之O₂ 溶解度，其中熔融銀可包括一電解或電漿電極。將一電場、一電位及一電漿中之至少一者施加至熔融銀(諸如施加O₂ 電解或電漿)亦可增加O₂ 溶解於銀中之速率。在一實施例中，SunCell®可包括至熔融銀之一電場、一電位及一電漿中之至少一者之一源。該源可包括若干電極以及電力及電漿功率(諸如輝光放電、RF或微波電漿功率)之一源中之至少一者。熔融銀可包括諸如一陰極之一電極。熔融或固體銀可包括陽極。氧可在陽極處經還原且與銀髮生反應以經吸收。在另一實施例中，熔融銀可包括一陽極。銀可在陽極處經氧化且與氧發生反應以引起氧吸收。

在一實施例中，SunCell®進一步包括一氧感測器及一氧控制系統，諸如用以進行以下操作中之至少一者之一構件：藉助一惰性氣體稀釋氧；及將惰性氣體泵送離開。前者可包括一惰性氣體罐、閥、調節器及泵中之至少一者。後者可包括一閥及泵中之至少一者。

MHD凝結區段309處之大氣可包括一非常低銀蒸氣壓力，且可主要地包括氧。銀蒸氣壓力可由於諸如在大約970℃至2000℃、970℃至1800℃、970℃至1600℃及970℃至1400℃之至少一個範圍中之一低操作溫度而係低的。SunCell®可包括用以移除MHD凝結區段309中之任何銀氣溶膠之一構件。該氣溶膠移除構件可包括用以聚結銀氣溶膠之一構件，諸如一旋風分離器。該旋風分離器可包括MHD返回貯器311或MHD返回氣體貯器311a。包括經溶解氧之銀可藉由泵送而再循環至反應池腔室5b31，其中泵可包括一電磁泵。較高溫度及施加至熔融銀之一電場、一電位及電漿中之至少一者之缺乏可致使氧在反應池腔室中自銀釋放。在一例示性實施例中，銀壓力由於諸如大約1200℃之一低操作溫度而在MHD凝結區段處係非常低的，且一旋風分離器用於將銀氣溶膠聚結成銀液體，該銀液體然後用作一負電極以將O₂ 電解至液體銀中。

在一實施例中，一MHD循環包括MHD噴嘴區段307中之等焓擴展以在MHD通道308中形成一氣溶膠射流及該射流之等壓流。可藉由諸如H₂ 、O₂ 、H₂ O或一惰性氣體中之至少一者之一加速劑氣體使氣溶膠在噴嘴307中加速度。在一實施例中，MHD凝結區段309中之加速劑氣體之壓力能夠維持加速劑氣體之電漿，其中反應腔室及MHD凝結區段中之加速劑氣體之壓力之比率大於1。壓力比率可在大約1.5至1000、2至500及10至20之至少一個範圍中。反應腔室及MHD凝結區段中之氧加速劑氣體之例示性壓力分別在大約1至10大氣及0.1至1大氣之範圍中。反應池腔室可包括某些經釋放及電漿維持之O對O₂ 以隨著加速劑引起之射流動能之一對應增加而增加蒸氣相。某些O可在MHD通道308及MHD凝結區段309中之至少一者再結合為O₂ 以增加自反應池腔室5b31至MHD凝結區段309之壓力梯度從而增加射流動能及所轉換電力。反應池腔室及MHD凝結區段中之至少一者之氣體溫度可在一範圍中，藉此金屬蒸氣壓力在銀蒸氣之情形中係低的，諸如低於2200℃。在一實施例中，諸如氧之加速劑氣體與諸如銀之熔融金屬相比較之莫耳分率係在大約1至95莫耳%、10至90莫耳%及20至90莫耳%之至少一個範圍中。較高莫耳%加速劑氣體可在MHD噴嘴307之出口處提供一較高射流動能。

在一實施例中，氣溶膠可包括熔融金屬奈米顆粒，諸如銀或鎵奈米顆粒。該等顆粒可具有在大約1 nm至100微米、1 nm至10微米、1 nm至1微米、1 nm至100 nm及1 nm至10 nm之至少一個範圍中之一直徑。在一實施例中，MHD轉換器之工作介質包括諸如銀奈米顆粒之金屬奈米顆粒與諸如氧氣之一氣體之一混合物，該混合物可達成以下各項中之至少一者：用作一載體或擴展輔助氣體；及輔助形成或維持奈米顆粒之穩定性。在另一實施例中，工作介質可包括金屬奈米顆粒。可藉由使池及電漿溫度中之至少一者維持高於某一溫度而維持奈米顆粒大氣，該溫度使奈米顆粒之蒸氣壓力維持在一所要蒸氣壓力，諸如在大約1至100 atm、1至20 atm及1至10 atm之至少一個範圍中之蒸氣壓力。池及電漿溫度中之至少一者可在大約1000℃至6000℃、1000℃至5000℃、1000℃至4000℃、1000℃至3000℃及1000℃至2500℃之至少一個範圍內。

在一實施例中，藉助諸如氧局部壓力、總壓力、溫度、氣體組合物(諸如，除氧、氫及水蒸氣中之至少一者之外，亦添加一惰性氣體)及分數氫反應流率(其促使充分小大小之氣溶膠顆粒形成為分子形態)之參數維持反應池腔室5b31中之大氣。在一實施例中，懸浮氣體及諸如銀顆粒之顆粒中之至少一者可係帶電的以抑制物種之間的碰撞，使得氣體混合物展現分子形態行為。銀可包括一添加劑以促進顆粒充電。在一實施例中，SunCell®可包括一大小選擇構件以按大小將奈米顆粒流分開。該大小選擇構件可選擇性地維持具有對於分子形態行為適當之一大小之奈米顆粒進行噴嘴307入口之流。用以選擇分子形態大小之顆粒之大小選擇構件可包括在噴嘴307之入口前面之一旋風分離器、一重力分離器、一擋板系統、篩網、熱泳分離器或電場(諸如一電或磁場分離器)。在熱泳之情形中，大顆粒可展現一積極熱擴散效應，其中大奈米顆粒自電漿之熱中央區域遷移至較冷反應腔室池5b31壁。電漿可選擇性地經引導或導管輸送以自熱中央部分流動至噴嘴入口中。

可藉由以下方式形成奈米顆粒：藉由反應池腔室5b31之一個區段中之分數氫反應之強烈區域功率密度以及反應池腔室之另一冷卻器區段中之迅速冷卻而蒸發金屬，其中溫度可在周圍壓力下低於金屬之沸點。在一實施例中，諸如銀或鎵奈米顆粒之奈米顆粒可藉由金屬在包括氧之一大氣中之蒸發及凝結而形成，其中一個氧化物層可形成於奈米顆粒之表面上。該氧化物層可阻止奈米顆粒在氣溶膠狀態中聚結。可控制氧濃度、金屬蒸發速率、反應池腔室溫度及壓力以及溫度及壓力梯度中之至少一者以控制奈米顆粒之大小。可控制該大小，使得奈米顆粒具有分子形態之大小。可使奈米顆粒在MHD區段307中加速度，可在MHD通道區段308中將對應動能轉換為電，且可致使奈米顆粒在MHD凝結區段309中聚結。SunCell®可包括在凝結區段中之一聚結表面。奈米顆粒可撞擊聚結表面，聚結，且可包括所吸收氧之所得液體金屬可流動至MHD返回EM泵312中以經泵送至反應池腔室5b31。

在一實施例中，SunCell®可包括一還原構件以至少部分地還原金屬奈米顆粒上之氧化物塗層。還原可准許奈米顆粒混凝或聚結。聚結可准許所得液體藉由MHD返回EM泵312經往回泵送至反應池腔室5b31。還原構件可包括一原子氫源，諸如原子氫之氫電漿或化學解離劑源。電漿源可包括本發明或此項技術中已知之一輝光、電弧、微波、RF或其他電漿源。氫電漿源可包括一輝光放電電漿源，其包括能夠在高壓力(諸如一個大氣，諸如本發明之一個大氣)下操作之複數個微空心陰極。用作一原子氫源之化學解離劑可包括一陶瓷支撐之貴金屬氫解離劑，諸如氧化鋁或矽石珠粒上之Pt，諸如本發明之Pt。化學解離劑可能夠再結合H₂ + O₂ 。氫解離劑可包括以下各項中之至少一者：(i) SiO₂ 支撐之Pt、Ni、Rh、Pd、Ir、Ru、Au、Ag、Re、Cu、Fe、Mn、Co、Mo或W，(ii)沸石支撐之Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Au、Re、Ag、Cu、Ni、Co、Zn、Mo、W、Sn、In、Ga；及(iii)富鋁紅柱石、SiC、TiO₂ 、ZrO₂ 、CeO₂ 、Al₂ O₃ 、SiO₂ 及混合氧化物支撐之貴金屬、貴金屬合金、貴金屬混合物及稀土金屬中之至少一者。氫解離劑可包括一支撐型雙金屬，諸如包括Pt、Pd、Ir、Rh及Ru之支撐型雙金屬。氫解離劑之例示性雙金屬觸媒係支撐型Pd-Ru、Pd-Pt、Pd-Ir、Pt-Ir、Pt-Ru及Pt-Rh。催化氫解離劑可包括一催化轉換器之一材料，諸如支撐型Pt。還原構件可位於MHD凝結區段309及MHD返回貯器311中之至少一者中。

在一實施例中，在MHD區段307中經加速度之氣溶膠包括氣體(諸如氧、H₂ 及一惰性氣體中之至少一者)、呈分子形態之銀或鎵奈米顆粒及較大顆粒(諸如在大約10 nm至1 mm之直徑範圍中之銀或鎵顆粒)之一混合物。呈分子形態之氣體及奈米顆粒中之至少一者可用作一載體氣體以使較大顆粒加速度，此乃因氣體及呈分子形態之奈米顆粒中之至少一者在MHD噴嘴區段307中加速度。氣體及呈分子形態之奈米顆粒可包括一充分莫耳分率以達成反應池腔室5b31中之氣溶膠混合物之壓力及熱能庫存之高動能轉換。呈分子形態之氣體及奈米顆粒之莫耳百分比可包括大約1%至100%、5%至90%、5%至80%、5%至70%、5%至60%、5%至50%、5%至40%、5%至30%、5%至20%及5%至10%之至少一個範圍。

在一實施例中，可藉由熱泳或熱梯度及場(諸如電場及磁場中之至少一者)中之至少一者來運輸奈米顆粒。奈米顆粒可係帶電的，使得電場有效。可藉由以下方式達成充電：藉由氧之受控制添加而施加諸如一個氧化物塗層之一塗層。

在一實施例中，發生以下情況之至少一者：銀氣溶膠經聚結且分數氫反應電漿未維持於MHD凝結區段309中，使得MHD凝結區段309中之周圍大氣之傳導率使得一電場、電位或電漿可施加至氧氣以致使氧經吸收至銀中，該銀然後經回收至反應池腔室。在一實施例中，SunCell®可包括用以在MHD凝結區段309處將一放電施加至蒸氣相之一構件。該放電可包括輝光、電弧、RF、微波、雷射及此項技術中已知之其他電漿形成構件或放電(其可將O₂ 解離成原子O)中之至少一者。放電構件可包括一放電電源供應器或電漿發電機、放電電極或至少一個天線及壁穿透件(諸如液體電極穿透件)或感應耦合功率連接器中之至少一者。在另一實施例中，原子氧源可包括一超熱產生器，其中O₂ 吸收至一銀薄膜之表面上，解離成穿過薄膜進行擴散以在相對表面上提供O原子之原子O。氧原子可經脫附且然後由熔融銀吸收。脫附手段可包括一低能量電子束。

在一實施例中，可藉助於一微空心陰極放電來維持一高壓力輝光放電。可使該微空心陰極放電維持在具有大致100微米直徑之開口之兩個緊密間隔開電極之間。可使例示性直流放電維持高達大約大氣壓力。在一實施例中，可透過並行操作之個別輝光放電之疊加來維持在高大氣壓力下之大體積電漿。可藉由添加諸如具有一低離子化電位之一金屬(諸如銫)之一物種而在一給定電流下增加電漿中之電子密度。亦可藉由添加一物種(諸如自其熱發射電子之一細絲材料，諸如錸金屬及其他電子槍熱電子發射體(諸如敷釷金屬或銫處理之金屬)中之至少一者)而增加電子密度。在一實施例中，使電漿電壓升高，使得電漿電流之每一電子藉由與銀氣溶膠顆粒、加速劑氣體或一所添加氣體或物種(諸如銫蒸氣)中之至少一者碰撞而產生多個電子。電漿電流可係DC或AC中之至少一者。可藉由分別在MHD凝結區段之腔室外側及內側之一感應電源及接收器轉移AC功率。

在一實施例中，MHD轉換器可包括諸如MHD返回貯器311或MHD返回氣體貯器311a之一貯器以增加使氧在回收至反應池腔室5b31之前經吸收於銀中之停留時間及銀面積中之至少一者。貯器之大小可經選擇以達成所要氧吸收。MHD返回貯器311或MHD返回氣體貯器311a可進一步包括一旋風分離器。該旋風分離器可聚結銀氣溶膠顆粒。貯器可包括一電解或電漿放電腔室。

在一實施例中，SunCell®可包括用以至少部分地還原金屬奈米顆粒(諸如銀或鎵奈米顆粒)上之任何氧化物塗層之一構件。氧化物塗層之局部移除可促進奈米顆粒聚結於SunCell®之一所要區域中，諸如MHD凝結區段309中。可藉由使顆粒與氫發生反應而達成還原。可在一受控制壓力及溫度下將氫氣引入至MHD凝結區段中以達成至少局部還原。SunCell®可包括用以維持包括氫之一電漿以至少部分地還原氧化物塗層的本發明之一構件。未經氫還原之額外氧可吸收至經聚結熔融金屬中以返回泵送至反應池腔室5b31從而為奈米顆粒表面氧化物形成及還原之一循環提供氧。

在一閉合液體磁流體動力循環之一實施例中，將勞倫茲定律最簡單地應用於具有交叉電極之一移動導體及不具有移動部件之一磁場，MHD功率轉換效率之電位接近負載因子W (跨越負載之電場與開路電場之比率)。由於MHD效率可接近W = 1，因此電漿之功率向電之電轉換可接近壓力-熱向動能轉換之效率，其中已實現99%之對應噴嘴效率。例示性操作參數係至少100 atm之一背景O₂ 壓力、25莫耳%的在MHD通道之出口處之銀中之O之一莫耳分率吸收、N = 20個銀原子/奈米顆粒、W = 0.98、1 kg/s之一質量流率、10⁶ S/m之一氣體傳導率、2 T之一均勻磁場以及分別等於1 atm、1000 K及1000 m/s之入口壓力、溫度及速度。此等參數致使自具有4 cm² 最大剖面及1800 K之氣體離開溫度之一16 cm長通道提取471 kW之MHD功率，其中藉由熔融銀中之氣體吸收而回收熱庫存。使用不具有移動部件之電磁泵以不顯著功率回收銀。通道體積係20.4 cm³ ，因此對應MHD功率密度係大約23.1 kW/cm³ (23.1 MW/公升)，其非常有利地與在最先進高速度重型柴油引擎之僅大約30 kW/公升之範圍中之典型功率密度進行比較。在其他實施例中，N (每奈米顆粒之銀原子數目)之一增加致使一較長通道由於針對一固定動能庫存之較低速度及一對應經減小減速度勞倫茲力而達成類似功率轉換。

在一實施例中，熔融金屬可包括此項技術中已知之任何導電金屬或合金。熔融金屬或合金可具有一低熔點。例示性金屬及合金係鎵、銦、錫、鋅及鎵銦錫合金，其中一典型共熔混合物之一實例係68% Ga、22% In及10% Sn (按重量)，儘管比例可在62%至95% Ga、5%至22% In、0%至16% Sn (按重量)之間變化。在其中金屬可與氧及水中之至少一者係反應性的以形成對應金屬氧化物之一實施例中，分數氫反應混合物可包括熔融金屬、金屬氧化物及氫。金屬氧化物可包括熱分解成金屬以釋放氧之金屬氧化物，諸如Sn、Zn及Fe氧化物中之至少一者。金屬氧化物可用作氧源以形成HOH觸媒。可在金屬氧化物與HOH觸媒之間回收氧，其中可再供應經消耗以形成分數氫之氫。池材料可經選擇使得其在池之操作溫度下係非反應性的。另一選擇係，可在低於材料與H₂ 、O₂ 及H₂ O中之至少一者係反應性之一溫度的一溫度下操作池。池材料可包括不銹鋼、一陶瓷(諸如氮化矽)、SiC、BN、一硼化物(諸如YB₂ )、一矽化物及一種氧化物(諸如Pyrex、石英、MgO、Al₂ O₃ 及ZrO₂ )中之至少一者。在一例示性實施例中，池可包括BN及碳中之至少一者，其中操作溫度小於大約500℃至600℃。在一實施例中，電力系統之至少一個組件可包括陶瓷，其中該陶瓷可包括以下各項中之至少一者：一金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽及一玻璃陶瓷，諸如Li₂ O × Al₂ O₃ ×n SiO₂ 系統(LAS系統)、MgO × Al₂ O₃ ×n SiO₂ 系統(MAS系統)、ZnO × Al₂ O₃ ×n SiO₂ 系統(ZAS系統)。

在一實施例中，注入金屬可具有一低熔點，諸如具有低於700℃之一熔點，諸如鉍、鉛、錫、銦、鎘、鎵、銻或合金(諸如洛斯金屬、Cerrosafe、伍式合金、菲爾德金屬、Cerrolow 136、Cerrolow 117、Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl及鎵銦錫合金)中之至少一者。諸如貯器5c之至少一個組件可包括一陶瓷，諸如氧化鋯、氧化鋁、石英或Pyrex。貯器之端可經金屬化以促進與電磁泵總成之一金屬貯器底板或基底之連接。貯器與電磁泵總成之基底之間的管套節可包括銅銲或焊料，諸如銀焊料。另一選擇係，管套節可包括一帶墊圈凸緣密封。EM泵可包括金屬EM泵管5k6、點火電磁泵匯流排條5k2及點火連接(諸如點火電磁泵匯流排條5k2a)。熔融金屬注入及點火中之至少一者可由DC電流驅動，其中注入泵可包括DC EM泵。DC EM泵管5k6、貯器支撐件、EM泵匯流排條5k2及點火匯流排條5k2a中之至少一者可包括諸如不銹鋼之金屬。點火匯流排條5k2a可連接至貯器支撐件及DC EM泵管5k6中之至少一者。反應池腔室5b31可包括一陶瓷，諸如氧化鋯、氧化鋁、石英或Pyrex。另一選擇係，反應池腔室5b31可包括塗SiC之碳。SunCell®可包括入口升管5qa，諸如具有自頂部至底部之漸縮通道或狹槽或在貯器液位下降時使流入熔融金屬節流之複數個洞之入口升管5qa。節流可用於平衡貯器液位同時避免關於該等液位之差異極值。初始熔融金屬填充液位及入口上之底部之高度可經選擇以設定最大及最小貯器高度。

在一實施例中，熔融金屬包括鎵或諸如Ga-In-Sn合金之一合金。具有一低熔點金屬(諸如低於300℃而熔融之金屬)之SunCell®可包括一機械泵以將熔融金屬注入至反應池腔室5b31中。該機械泵可針對低於一機械泵之最大能力之一操作溫度替換EM泵，諸如感應EM泵400，且可在操作溫度較高之情形中使用一EM泵。通常，機械泵操作高達大約300℃之一溫度極限；然而，陶瓷齒輪泵操作高達1400℃。諸如低於300℃之較低溫度操作很好地適合於熱水及低壓力蒸汽應用，其中加熱器SunCell®包括一熱交換器114，諸如圖24中所展示之熱交換器114。諸如H₂ 及O₂ 之反應物氣體可藉由透過一氣體可滲透薄膜309d自一罐及管線擴散而添加至諸如反應池腔室5b31之池。

一SunCell®加熱器或熱力發電機實施例(圖24)包括具有一空間分開之圓周半球形熱交換器114之一球形反應器池5b31，空間分開之圓周半球形熱交換器114包括藉由輻射自球形反應器5b4接收熱之若干面板或區段114a。每一面板可包括由穿過球體之極點之兩個大圓圈界定的一球形表面之一區段。熱交換器114可進一步包括一歧管114b (諸如具有來自熱交換器之面板114a中之每一者之冷卻劑管線114c之一環形歧管)及一冷卻劑出口歧管114f。每一冷卻劑管線114c可包括一冷卻劑入口端口114d及一冷卻劑出口端口114e。熱力發電機可進一步包括一氣體鋼瓶421 (具有入口及出口309e)及一氣體供應管422 (其伸展穿過熱交換器114之頂部到達球形池5b31之頂部上之氣體可滲透薄膜309d)。氣體供應管422可伸展穿過在熱交換器114之頂部處之冷卻劑收集歧管114b。在另一SunCell®加熱器實施例(圖24)中，反應池腔室5b31可與一圓柱形熱交換器114一起係圓柱形的。氣體鋼瓶421可在熱交換器114外側，其中氣體供應管422藉由通過熱交換器114而連接至在反應池腔室5b31之頂部上之可半滲透氣體薄膜309d。反應池腔室5b31、在反應池腔室5b31之頂部上之氣體薄膜309d及氣體供應管422之至少一部分中之至少一者可包括陶瓷。連接至氣體鋼瓶421之氣體供應管422可包括金屬，諸如不銹鋼。氣體供應管422之陶瓷及金屬部分可藉由一氣體供應管陶瓷結合至可包括諸如一碳墊圈之一墊圈之金屬凸緣。冷水可經饋送於入口113中且在熱交換器114中經加熱以形成收集於鍋爐116中且離開蒸汽出口111之蒸汽。熱力發電機可進一步包括雙重熔融金屬注入器，其包括感應EM泵400、貯器5c及反應池腔室5b31。

在諸如包括一點火系統(包括諸如點火電磁泵匯流排條5k2a之點火匯流排條)之一SunCell®之一實施例中，減小電阻以增加點火電流。SunCell®可包括直接接觸熔融金屬(諸如貯器5c中之熔融金屬)之點火匯流排條。該等點火匯流排條可包括貯器支撐板5b8之一穿透件以直接接觸諸如銀或鎵之熔融金屬。SunCell®可包括浸沒式電極，諸如提供貯器熔融金屬與藉由一對應電磁泵形成之流之熔融金屬之間的直接電接觸之浸沒式EM泵注入器5k61。至少一個所注入熔融金屬流之電路可包括穿透貯器支撐板5b8之點火匯流排條5k2a、貯器5c中之熔融金屬及接觸來自浸沒式EM泵注入器之對應流之貯器熔融金屬，其中流穿透熔融金屬以到達反向流或對應反向電極。貯器可在頂部處包括足以提供一充足熔融金屬體積以避免注入波動之一面積，其中體積由面積乘以浸沒深度給出。注入波動可歸因於影響熔融金屬表面處之浸沒深度及紊流中之至少一者的返回熔融金屬流之流率之變化。

如基於離子再結合之電弧電流機制而預測，觀察到電漿反應在正電極上強烈得多以極大地增加分數氫反應動力學。在一分數氫反應器中，與一輝光放電相比，正電極係獨特的，其中負電極係耗散電漿功率且產生輝光之位置。在一實施例中，一注入器貯器5c可進一步包括反應池腔室5b31之底部之一部分，其中反向電極可包括一非注入器貯器(包括一延伸部或底座)，其包括與注入器貯器及電極電隔離之一凸起底座電極。反向電極或非注入器電極可包括一電絕緣體且可進一步包括一滴水簷以提供電隔離。注入器電極及反向電極可分別係負的及正的。

在一例示性實施例中，圖25中所展示之具有一底座電極之SunCell®包括：(i)一注入器貯器5c、EM泵管5k6及噴嘴5q、一貯器基底板409a及一球形反應池腔室5b31圓頂，(ii)一非注入器貯器，其包括一套筒貯器409d，套筒貯器409d可包括焊接至在套筒貯器409d之端處具有一套筒貯器凸緣409e之下半球之SS，(iii)一電絕緣體插入貯器409f，其包括在頂部處之一底座5c1及與套筒貯器凸緣409e配接之在底部處之一插入貯器凸緣409g，其中插入貯器409f、可進一步包括一滴水簷5c1a之底座5c1及插入貯器凸緣409g可包括：一陶瓷，諸如氮化硼、穩定化BN (諸如BN-CaO或BN-ZrO₂ )、碳化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或石英；或一耐火材料，諸如具有一保護塗層(諸如SiC或ZrB₂ )之一耐火金屬、碳或陶瓷，諸如包括SiC或ZrB₂ 碳之耐火材料；及(iv)一貯器基底板409a，諸如包括具有用於點火匯流排條10a1及一點火匯流排條10之一穿透件之SS的貯器基底板，其中基底板螺栓連接至套筒貯器凸緣409e以夾持插入貯器凸緣409g。在一實施例中，SunCell®可包括封圍且氣密地密封包括套筒貯器凸緣409e、插入貯器凸緣409g及貯器基底板409a之接頭之一真空殼體，其中該殼體在電極匯流排條10處電隔離。

在圖25中所展示之一實施例中，一顛倒底座5c2以及點火匯流排條及電極10係如下情況中之至少一者：定向於大約池5b3之中心中及對準於負z軸上，其中在適用之情況下，至少一個反向注入器電極5k61對抗重力而在正z方向上注入來自其貯器5c之熔融金屬。在適用之情況下，所注入熔融流可對抗重力而維持底座5c2中之一液體金屬塗層或集區。該集區或塗層可至少部分地覆蓋電極10。該集區或塗層可保護電極免受損壞，諸如腐蝕或熔融。在後一情形中，可增加EM泵送速率以增加由流動所注入熔融金屬進行之電極冷卻。亦可增加電極面積及厚度以耗散區域熱點從而阻止熔融。底座可經加正偏壓且注入器電極可經加負偏壓。在另一實施例中，底座可經加負偏壓且注入器電極可經加正偏壓，其中注入器電極可浸沒於熔融金屬中。諸如鎵之熔融金屬可填充反應池腔室5b31之下部部分之一部分。除所注入熔融金屬塗層或集區之外，亦可使諸如一W電極之電極10穩定化以免受所施加負偏壓腐蝕。在一實施例中，電極10可包括諸如一惰性導電塗層(諸如一錸塗層)之一塗層以保護電極免受侵蝕。在一實施例中，可使電極冷卻。冷卻可降低電極腐蝕速率及與熔融金屬形成合金之速率中之至少一者。可藉由諸如中心線水冷卻之手段達成冷卻。在一實施例中，藉由增加與來自注入器電極之電漿及熔融金屬流中之至少一者接觸之表面之大小而增加反向電極之表面積。在一例示性實施例中，一大板或杯形件附接至電極10之端。在另一實施例中，注入器電極可經浸沒以增加反向電極之面積。圖25展示一例示性球形反應池腔室。諸如矩形、立方、圓柱形及圓錐形之其他幾何結構在本發明之範疇內。在一實施例中，反應池腔室之基底(反應池腔室在此處連接至貯器之頂部)可係傾斜的(諸如圓錐形的)以在熔融金屬進入EM泵之入口時促進熔融金屬之混合。在一實施例中，反應池腔室之外部表面之至少一部分可包覆於具有一高傳熱係數之一材料(諸如銅)中以避免反應池腔室壁上之熱點。在一實施例中，SunCell®包括複數個泵(諸如EM泵)以在反應池腔室壁上注入熔融金屬從而維持熔融金屬壁以阻止反應池腔室中之電漿使該等壁熔融。在另一實施例中，反應池腔室壁包括一襯裡5b31a (諸如一BN、熔融矽石或石英襯裡)以避免熱點。一例示性反應池腔室包括以石英板加襯之一立方上部區段及包括在底部處之一EM泵之下部球形區段，其中該球形區段促進熔融金屬混合。

在一實施例中，套筒貯器409d可包括點火匯流排條及電極10之一緊密配合電絕緣體，使得熔融金屬大約排他地容納於在顛倒底座5c2之端處之一杯或滴水簷5c1a中。具有插入貯器凸緣409g之插入貯器409f可藉由貯器基底板409a、套筒貯器409d及套筒貯器凸緣409e安裝至池腔室5b3。電極可透過電極穿透件10a1穿透貯器基底板409a。

在另一實施例中，可用安裝於貯器基底板409a中之一饋通替換插入貯器凸緣409g，該饋送將該饋通及底座5c1或插入貯器409f之匯流排條10與貯器基底板409a電隔離。該饋通可焊接至貯器基底板。包括匯流排條10之一例示性饋通係固體密封技術公司之#FA10775。匯流排條10可結合至電極8或匯流排條10且電極8可包括一單個件。貯器基底板可直接結合至套筒貯器凸緣。管套節可包括藉助一介入墊圈螺栓連接在一起之Conflat凸緣。該等凸緣可包括刀刃以密封一軟金屬墊圈，諸如一銅墊圈。包括插入貯器409f之陶瓷底座5c1可鑽孔於一帶埋頭孔貯器基底板409a中，其中可藉助一墊圈(諸如一碳墊圈或本發明之另一者)密封底座與貯器基底板之間的管套節。電極8及匯流排條10可在發生電漿放電之端處包括一端板。壓力可施加至墊圈以藉由推動圓盤(此又將壓力施加至墊圈)而密封底座與貯器基底板之間的套管節。該等圓盤可旋擰至電極8之端上，使得使圓盤轉動會將壓力施加至墊圈。饋通可包括連接至匯流排條及電極之一環狀軸環。該環狀軸環可包括在拉緊時將電極鎖定至適當位置中之一螺紋固定螺絲。位置可在由向上拉動底座之端盤施加之張力下關於墊圈而鎖定。底座5c1可包括用於接達固定螺絲之一軸件。軸件可係帶螺紋的，使得其可藉助一非導電固定螺絲(諸如陶瓷固定螺絲，諸如一BN固定螺絲)密封於底座之外表面上，其中底座可包括BN，諸如BN-ZrO₂ 。在另一實施例中，匯流排條10及電極8可包括可根端連接之桿。在一實施例中，底座5c1可包括兩個或兩個以上螺紋金屬軸件，每一螺紋金屬軸件具有抵靠匯流排條10或電極8拉緊以在張力下將其鎖定於適當位置中之一固定螺絲。張力可提供匯流排條10與電極8之連接及墊圈上之壓力中之至少一者。另一選擇係，反向電極包括一縮短絕緣底座5c1，其中電極8及匯流排條10中之至少一者包括外螺紋、一墊片及一匹配陰螺母，使得螺母及墊片抵靠縮短絕緣底座5c1拉緊。另一選擇係，電極8可包括旋擰至在匯流排條10之一端處之匹配內螺紋中之在匯流排條10之一端上之外螺紋，且電極8進一步包括抵靠底座墊片及可係鑽孔之貯器基底板409a拉緊縮短絕緣底座5c1之一固定墊片。反向電極可包括熟習此項技術者已知之固定底座、匯流排條及電極之其他構件。

在另一實施例中，諸如以下各項之至少一個密封可包括一濕密封(圖25)：(i)插入貯器凸緣409g與套筒貯器凸緣409e之間的密封，及(ii)貯器基底板409a與套筒貯器凸緣409e之間的密封。在後一情形中，可用安裝於貯器基底板409a中之一饋通替換插入貯器凸緣409g，該饋通將該饋通及底座5c1之匯流排條10與貯器基底板409a電隔離，且濕密封可包括位於貯器基底板409a與饋通之間的濕密封。由於鎵以1900℃之一熔點形成一種氧化物，因此濕密封可包括固體氧化鎵。

在一實施例中，可透過一氫可滲透薄膜(諸如一結構上加強之Pd-Ag或鈮薄膜)將氫供應至池。可藉由維持可滲透薄膜之外表面上之電漿而增加穿過氫可滲透薄膜之氫滲透速率。SunCell®可包括一可半滲透薄膜，該可半滲透薄膜可包括一電漿池之一電極，諸如一電漿池之一陰極。SunCell® (諸如圖25中所展示之SunCell®)可進一步包括一外密封電漿腔室，該外密封電漿腔室包括環繞池5b3之壁之一部分之一外壁，其中池5b3之金屬壁之一部分包括電漿池之一電極。密封電漿腔室可包括在池5b3周圍之一腔室(諸如一殼體)，其中池5b3之壁可包括一電漿池電極且殼體或腔室中之一獨立電極可包括反向電極。SunCell®可進一步包括一電漿電源及電漿控制系統、一氣體源(諸如一氫氣供應罐)、一氫供應監測器及調節器以及一真空泵。

在一實施例中，SunCell®包括一干擾消除器，該干擾消除器包括用以緩解或消除點火電路之電力源與EM泵5kk之電力源之間的任何干擾之一構件。該干擾消除器可包括一或多個電路元件及一或多個控制器中之至少一者，以調節點火及EM泵電流之相對電壓、電流、極性、波形及工作循環從而阻止兩個對應供應器之間的干擾。

在一實施例中，SunCell®包括用以增加EM泵管5k61之注入器區段中之金屬流之電阻之一構件。該用以增加電阻之構件可包括對EM泵5kk上之金屬流具有最小影響之一電流限定器。電流電阻器可靠近於EM泵磁體5k4及匯流排條5k2定位，使得電流電阻器不干擾可在電流電阻器之後供應至金屬流之點火電流。電流電阻器可包括自旋以允許熔融金屬流之複數個葉片或槳葉。該等槳葉或葉片可安裝於一軸件上。該等槳葉或葉片可包括一絕緣體作為一陶瓷，諸如氮化硼、石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或本發明或此項技術中已知之其他陶瓷。在一實施例中，電流電阻器包括EM泵流之一斷流器，諸如一絕緣體槳輪，諸如一陶瓷(諸如一BN)絕緣體槳輪。斷流器可裝納於一殼體中，該殼體包括EM泵管之注入器區段5k61之一區段中之一突出部。槳輪之軸件可固定至殼體之內側壁。在用以使旋轉方向偏向於一所要方向之一實施例中，槳葉或葉片中之至少一者可係曲線的或杯形的且槳輪可自EM泵管流之中心偏移。殼體可適應偏移。在一實施例中，斷流器可位於EM泵之入口及注入出口側中之至少一者中。EM泵管可包括具有一較大直徑之一突出部或一區段以形成包括用以緩解不穩定熔融金屬流之一流量調節器之一貯器。該貯器可在流通過斷流器之後接納流。在一實施例中，斷流器可用以中斷穿過入口及出口EM泵管兩者中之熔融金屬之電流。斷流器可包括在輪之一半上接納入口流且在流之另一半上接納外出流之一單個槳輪。入口及出口管中之每一者可包括在流下游之貯器。出口流可幫助使輪轉動以促進可以其他方式由諸如一槳輪之斷流器阻擋之入口流。

在一實施例中，電流限定器可包括在EM泵管內側之一螺旋鑽(其中其軸與流方向對準)且包括一螺旋節距以基於流方向而促進一所要螺旋鑽軸件旋轉。電流限定器可包括一阿基米德螺桿泵類型，其中藉由由EM泵推進之熔融金屬流達成旋轉。螺旋鑽可包括一電絕緣體，諸如一陶瓷，諸如本發明之陶瓷。螺旋鑽可包括碳或諸如不銹鋼之一金屬，其可塗佈有一絕緣體，諸如一陶瓷，諸如氧化鋁、矽石、富鋁紅柱石、BN或本發明之另一者。對於諸如低於螺旋鑽之熔點之低溫操作，螺旋鑽可包括Teflon、Viton、Delrin或熟習此項技術者已知之另一高溫聚合物。在一實施例中，裝納螺旋鑽之EM泵管區段可包括一較大直徑，其中一對應較大直徑螺旋鑽用以減少對熔融金屬流之阻力。螺旋鑽可包括座架以將其緊固於適當位置中且准許其旋轉。每一端上之螺旋鑽座架可各自跨越EM泵管區段之裝納螺旋鑽之殼體之直徑包括在一軸件上之一滑動軸承。座架可包括對抗與鎵形成一合金之一材料，諸如不銹鋼、鉭或鎢。在一實施例中，EM泵管之注入區段包括一電絕緣體，諸如一陶瓷。噴嘴可經浸沒以優先地進行點火功率與對應所注入熔融金屬流之間的一電接觸。

在一實施例中，SunCell®包括具有一對應電源供應器之至少一個EM泵及具有一對應電源供應器之至少一個點火系統。在一實施例中，對應電源具有不同頻率，使得當存在一共同傳導電路(諸如具有熔融金屬作為一共同電觸點之傳導電路)時將來自其供應器之點火功率與來自其供應器之EM泵功率解耦。在一例示性實施例中，一AC傳導EM泵可與一DC傳導點火電流解耦，或一DC傳導EM泵可與一AC傳導點火電流解耦。另一選擇係，EM泵及點火電流中之至少一者可包括由對應AC變壓器維持之一感應AC電流，其中多個變壓器經設計為不耦合。亦可在包括一機械泵(諸如此項技術中已知之一磁性耦合、葉輪、活塞、旋轉磁體、蠕動或其他類型之機械泵)或一線性感應EM泵之一實施例中消除電耦合，其中點火電流及對應供應器之頻率包括任何頻率且電流可係為傳導或感應類型。

SunCell®可進一步包括一光伏打(PV)轉換器及用以使光透射至該PV轉換器之一窗。在圖26至圖27中所展示之一實施例中，SunCell®包括：一反應池腔室5b31，其沿著垂直軸具有一漸縮剖面；及一PV窗5b4，其在錐形件之頂點處。具有一配接錐形件之窗可包括容納PV陣列26a之任何所要幾何結構，諸如圓形(圖26)或正方形或矩形(圖27)。錐形件可抑制PV窗5b4之金屬化以准許藉由光伏打(PV)轉換器26a進行之高效光至電轉換。PV轉換器26a可包括聚光器PV池(諸如本發明之PV池)之一密集接收器陣列且可進一步包括一冷卻系統，諸如包括微通道板之冷卻系統。PV窗5b4 可包括抑制金屬化之一塗層。PV窗可經冷卻以阻止PV窗塗層之熱降級。SunCell®可包括具有在顛倒底座5c2之端處之一杯或滴水簷5c1a之至少一個部分地顛倒底座5c2，類似於圖25中所展示之部分地顛倒底座5c2，惟每一底座及電極10之垂直軸可以相對於垂直或z軸之一角度定向除外。該角度可在1°至90°之範圍中。在一實施例中，在適用之情況下，至少一個反向注入器電極5k61對抗重力而在正z方向上傾斜地注入來自其貯器5c之熔融金屬。注入泵送可由安裝於EM泵總成滑動檯面409c上之EM泵總成5kk提供。在例示性實施例中，部分地顛倒底座5c2及反向注入器電極5k61在相對於水平或x軸處於135°之一軸上對準(如圖26中所展示)或在相對於水平或x軸處於45°之一軸上對準(如圖27中所展示)。具有插入貯器凸緣409g之插入貯器409f可藉由貯器基底板409a、套筒貯器409d及套筒貯器凸緣409e安裝至池腔室5b3。電極可透過電極穿透件10a1穿透貯器基底板409a。注入器電極之噴嘴5q可浸沒於液體金屬(諸如容納於反應池腔室5b31及貯器5c之底部中之液體鎵)中。氣體可供應至反應池腔室5b31，或腔室可透過諸如409h之氣體端口經抽空。

在圖28中所展示之一替代實施例中，SunCell®包括：一反應池腔室5b31，其沿著負垂直軸具有一漸縮剖面；及一PV窗5b4，其在錐形件之較大直徑端(包括反應池腔室5b31之頂部)處，與圖26至圖27中所展示之實施例之錐形件相反。在一實施例中，SunCell®包括一反應池腔室5b31，其包括一直圓柱幾何結構。注入器噴嘴及底座反向電極可在垂直軸上在圓柱體之相對端處或沿著相對於垂直軸傾斜之一線對準。

在一實施例中，PV窗可包括可捆綁在一起之複數個窄通道或管。每一通道可在遠離反應池腔室之端上包括一PV窗。該等通道可垂直定向。可藉由管中之氣體之機械抵抗力及重力中之至少一者阻止沿著通道之軸推進之熔融金屬到達PV窗。可將一向上移動顆粒之初始動能轉換為重力能量，使得停止向上運動。通道面積可在大約0.01 cm² 至10 cm² 、0.05 cm² 至5 cm² 及0.1 cm² 至1 cm² 之至少一個範圍中。

在一實施例中，PV窗包括：一透光窗；及至少一個鏡或反射器，其實體上阻止熔融金屬對透光窗進行塗佈同時以使得光藉由行進一間接路徑而入射於該透光窗上之一方式反射光。該透光窗可包括一材料，諸如石英、藍寶石、玻璃或本發明之另一窗材料。池之熔融金屬可包括低發射率之熔融金屬，諸如熔融鎵或熔融銀。反射器可包括一表面，該表面塗佈有熔融金屬使得經塗佈表面主要地反射來自池之入射光且引導該光以入射於窗上。反射器可包括複數個此類表面，諸如可係平滑之金屬板。金屬顆粒可沿著筆直軌跡流動且不自該複數個反射器彈開。因此，反射器可阻擋金屬流到達窗。反射器可以任何合意角度定向成任何合意配置，此提供去往窗之一間接光路徑同時阻擋金屬顆粒去往窗之直線路徑。在一例示性實施例中，諸如金屬板之反射器可配置成若干對，其包括大約平行平面，其中每一板相對於垂直軸具有大約相同傾斜角且對之第二板相對於第一板在橫向方向上偏移。複數個此類對可係如下情況中之至少一者：在橫向方向上相對於彼此偏移；及在垂直方向上相對於彼此偏移。光入射角可大約等於在反射期間之反射角。光可隨著其沿著一漸進垂直軌跡行進而在自至少一對反射器之複數個反射之後橫向地位移。反射器可經配置以至少部分地使任何橫向光位移逆轉。在一例示性實施例中，反射器可經配置使得在正z方向上行進之光在橫向方向上自一第一反射器反射，且然後在正z方向上由一第二反射器反射。在另一實施例中，反射器可經配置使得入射光隨著軌跡在z方向上前進而在橫向方向上交替地來回反射。在一例示性實施例中，在z方向上之光傳播經歷以下反射序列：(i)橫向方向，諸如x方向，(ii)正z方向，(iii)相反橫向方向，諸如負x方向，及(iv)正z方向。可使光橫越包括一垂直之字形之一光路徑。可使用複數個(整數n)堆疊式反射器對使之字形路徑垂直延伸一所要距離。每一對之部件可相對於彼此而平行。每一第n個連續對可垂直於第(n-1)個對而定向以形成一之字形光通道。可控制之字形通道之x寬度、y寬度及z高度中之至少一者以選擇性地將光與金屬顆粒分開。x寬度、y寬度及z高度中之至少一者可在1 mm至1 m、5 mm至100 cm及1 cm至50 cm之至少一個範圍中。在一實施例中，通道x寬度或y寬度中之至少一者可作為垂直位置之一函數或在z方向上變化。通道之至少一個寬度可隨高度而發生以下情形中之至少一者：漸縮、加寬或變化。通道可包括矩形通道，諸如正方形通道。在一實施例中，至少一個反射器可包括在表面上流動以維持一高反射率之一熔融金屬(諸如鎵)源。該熔融金屬源可包括至少一個EM泵及一個熔融金屬貯器。貯器可包括貯器5c。

SunCell可包括一透明窗以用作對該窗透明之波長之一光源。SunCell可包括可用作一黑體光源之一黑體輻射器5b4。在一實施例中，SunCell®包括一光源(例如，因反應而產生之電漿)，其中在一所要照明應用(諸如房間、街道、商業或工業照明)中或針對加熱或處理(諸如化學處理或微影)而利用透過窗發射之分數氫電漿光。

在一實施例中，SunCell®包括具有貯器之一交叉連接通道414之一感應點火系統、諸如一感應EM泵之一泵、一傳導EM泵或一注入器貯器中之一機械泵及用作反向電極之一非注入器貯器。貯器之交叉連接通道414可包括經限定流構件使得可使非注入器貯器維持大約填滿。在一實施例中，貯器之交叉連接通道414可容納不流動之一導體，諸如一固體導體，諸如固體銀。

在一實施例(圖29)中，SunCell®包括在陰極及陽極匯流排條或電流連接器之間的一電流連接器或貯器跨接電纜414a。池主體5b3可包括一非導體，或池主體5b3可包括諸如不銹鋼之一導體，其中至少一個電極與池主體5b3電隔離，使得驅迫感應電流在電極之間流動。電流連接器或跨接電纜可將底座電極8中之至少一者及電連接器中之至少一者連接至EM泵及與EM泵之貯器5c中之金屬接觸之匯流排條。SunCell® (諸如圖25至圖28中所展示之SunCell®)之陰極及陽極(其包括一底座電極，諸如一顛倒底座5c2或與z軸成一角度之一底座5c2)可包括藉由由至少一個EM泵5kk注入之熔融金屬流形成一閉合電流迴路之陽極與陰極之間的一電連接器。金屬流可藉由接觸熔融金屬EM泵注入器5k61及5q或貯器5c中之金屬及底座之電極中之至少一者而閉合一導電迴路。SunCell®可進一步包括在閉合導電迴路中具有其軛402之一點火變壓器401以感應用作一單迴路短接次級繞組之迴路之熔融金屬中之一電流。變壓器401及402可感應閉合電流迴路中之一點火電流。在一例示性實施例中，初級繞組可在1 Hz至100 kHz、10 Hz至10 kHz及60 Hz至2000 Hz之至少一個頻率範圍中操作，輸入電壓可在大約10 V至10 MV、50 V至1 MV、50 V至100 kV、50 V至10 kV、50 V至1 kV及100 V至480 V之至少一個範圍中操作，輸入電流可在大約1 A至1 MA、10 A至100 kA、10 A至10 kA、10 A至1 kA及30 A至200 A之至少一個範圍中操作，點火電壓可在大約0.1 V至100 kV、1 V至10 kV、1 V至1 kV及1 V至50 V之至少一個範圍中操作，且點火電流可在大約10 A至1 MA、100 A至100 kA、100 A至10 kA及100 A至5 kA之範圍中。在一實施例中，電漿氣體可包括任何氣體，諸如一惰性氣體、氫、水蒸氣、二氧化碳、氮、氧及空氣中之至少一者。氣體壓力可在大約1微托至100 atm、1毫托至10 atm、100毫托至5 atm及1托至1 atm之至少一個範圍中。

當次級繞組由於由諸如來自分數氫電漿反應之震波及所注入金屬流之不穩定性中之至少一者之機制導致的電極之間的熔融流之中斷或不連續而係開路的時，通量可在初級繞組中積聚且致使電壓在次級繞組中上升直至重新建立電漿為止。一旦電漿開始，電壓便可由於與初級繞組中之通量相對之在次級繞組中形成之高電流而下降。因此，在一實施例中，包括至少一個熔融金屬流、至少一個EM泵貯器、至少一個熔融金屬EM泵注入器及在每一端處連接至對應電極匯流排條且通過變壓器初級繞組之跨接電纜的電流迴路可固有地調節電壓以達成電漿點火同時最小化輸入功率。

在一實施例中，反應池腔室包括不導電之壁，使得感應通量穿透腔室且直接在反應池腔室中之熔融金屬流上導致一所感應電壓。直接感應可相對於來自一變壓器之一外部所施加AC電壓增加點火電流之連續性質，舉例而言。池壁可包括石英或一陶瓷(諸如氧化鋁、氧化鉿或氧化鋯)或本發明之另一材料。SunCell® (諸如圖25至圖32中所展示之例示性SunCell®)可包括一電絕緣體(諸如具有金屬凸緣409g之陶瓷或石英池腔室5b3)及在貯器5c至池腔室5b3連接處之電絕緣體。該等凸緣可藉由一金屬至石英或金屬至陶瓷密封(諸如本發明之密封或此項技術中已知之密封)附接至電絕緣體。電極匯流排條10可焊接至一板409a中，板409a螺栓連接至凸緣409g且由諸如一銅墊圈之一墊圈密封。匯流排條10可由一電絕緣體底座5c1 (諸如包括BN之電絕緣體底座5c1)覆蓋。在其中腔室壁係導電的之另一實施例中，壁可係薄壁及非磁性壁中之至少一者以允許磁通量穿透且鏈接至所注入熔融金屬流。可降低感應頻率以准許更佳通量穿透。

在另一實施例中，池腔室5b3包括導電區段及非導電區段。池腔室5b3可針對自點火變壓器初級繞組切割最少量之磁通量之區段包括諸如不銹鋼之一電導體且可針對大約垂直於來自感應點火變壓器之初級繞組之通量之磁通量線的區段包括一電絕緣體。時變磁通量之穿透高度地取決於池腔室壁之滲透率，如由Yang等人之以引用方式併入之(D. Yang，Z. Hu，H. Zhao，H. Hu，Y. Sun，B. Hou，「Through-Metal-Wall Power Delivery and Data Transmission for Enclosed Sensors: A Review」，感測器，(2015)，第15卷，第31581至31605頁；doi:10.3390/s151229870) (尤其係章節2.1)所報告。K ∼ 1.002至1.005之相對滲透性通常針對304及316不銹鋼在其經退火狀態中經報告(https://www.mtm-inc.com/ac-20110117-how-nonmagnetic-are-304-and-316-stainless-steels.html)；然而，石英係反磁性的且鎵之滲透率係-21.6 × 10⁻⁶ cm³ /mol (在290 K下)。在包括立體幾何結構之一反應腔室之一例示性實施例中，反應池腔室包括使磁通量通過之窗，諸如在自點火變壓器之初級繞組最大量地切割磁通量之磁通量線之兩個相對側上安裝於SS凸緣中之石英窗。每一窗可藉由焊接至SS面之一經螺栓連接匹配凸緣密封至對應池面。在諸如鎵之熔融金屬塗佈窗之情形中，預期對通量穿透之效應係最小的，此乃因例示性熔融金屬鎵及銀係反磁性的且塗層可各自係非常薄的。該等窗可經定位使得磁通量穿透反應池腔室可在反應池腔室中之電漿及來自EM泵之所注入熔融金屬流中之至少一者中最大量地直接感應一電場。

一例示性所測試實施例包括具有兩個交叉EM泵注入器之一石英SunCell®，諸如圖10中所展示之SunCell®。各自包括一感應類型電磁泵(包括一例示性基於Fe之非晶磁心)之兩個熔融金屬注入器泵送鎵銦錫合金流，使得其相交以形成鏈接一1000 Hz變壓器初級繞組之一個三角形電流迴路。該電流迴路包括流、兩個鎵銦錫合金貯器及在該等貯器之基底處之一交叉通道。迴路用作短接至1000 Hz變壓器初級繞組之一次級繞組。次級繞組中之所感應電流在低功耗下維持大氣空氣中之一電漿。感應系統使一基於銀之工作流體SunCell® (本發明之磁流體動力電力發電機)成為可能，其中根據本發明，將分數氫反應物供應至反應池腔室。具體而言，(i)點火變壓器之初級迴路在1000 Hz下操作，(ii)輸入電壓係100 V至150 V，及(iii)輸入電流係25 A。EM泵電流變壓器之60 Hz電壓及電流分別係300 V及6.6 A。每一EM泵之電磁體透過一系列299μ F電容器在60 Hz、15至20 A下經供電以使所得磁場之相位與EM泵電流變壓器之勞倫茲交叉電流匹配。

變壓器由一1000 Hz AC電源供應器供電。在一實施例中，點火變壓器可由諸如一單相可變頻率驅動(VFD)之一可變頻率驅動供電。在一實施例中，VFD輸入功率經匹配以提供輸出電壓及電流(其進一步提供所要點火電壓及電流)，其中針對VFD之對應輸出電壓及電流而選擇匝數及線規。感應點火電流可在大約10 A至100 kA、100 A至10 kA及100 A至5 kA之至少一個範圍中。感應點火電壓可在0.5 V至1 kV、1 V至100 V及1 V至10 V之至少一個範圍中。頻率可在大約1 Hz至100 kHz、10 Hz至10 kHz及10 Hz至1 kHz之至少一個範圍中。一例示性VFD係ATO 7.5 kW、220 V至240 V輸出單相500 Hz VFD。

另一例示性所測試實施例包括具有一個EM泵注入器電極及一底座反向電極(其之間具有一連接跨接電纜414a)之一Pyrex SunCell®，諸如圖29中所展示之SunCell®。包括一DC類型電磁泵之熔融金屬注入器泵送與底座反向電極連接以閉合包括流、EM泵貯器及跨接電纜(在每一端處連接至對應電極匯流排條)之一電流迴路且通過一60 Hz變壓器初級繞組之一鎵銦錫合金流。迴路用作短接至60 Hz變壓器初級繞組之一次級繞組。次級繞組中之所感應電流在低功耗下維持大氣空氣中之一電漿。感應點火系統使本發明之一基於銀或鎵之熔融金屬SunCell®電力發電機成為可能，其中根據本發明，將分數氫反應物供應至反應池腔室。具體而言，(i)點火變壓器之初級迴路在60 Hz下操作，(ii)輸入電壓係300 V 峰值，且(iii)輸入電流係29 A峰值。最大感應電漿點火電流係1.38 kA。

在一實施例中，電力源或點火電源包括一非直流(DC)源，諸如一時間相依電流源，諸如一脈衝或交流(AC)源。峰值電流可在諸如10 A至100 MA、100 A至10 MA、100 A至1 MA、100 A至100 kA、100 A至10 kA及100 A至1 kA之至少一個範圍中。峰值電壓可在0.5 V至1 kV、1 V至100 V及1 V至10 V之至少一個範圍中。在一實施例中，EM泵電源及AC點火系統可經選擇以避免將導致所要點火波形之無效EM泵送及失真中之至少一者之推斷。

在一實施例中，用以供應點火電流之電力源或點火電源可包括一DC、AC及DC與AC電源供應器中之至少一者，諸如藉由AC電、DC電及DC與AC電中之至少一者供電之電源供應器，諸如一切換電源供應器、一可變頻率驅動(VFD)、一AC至AC轉換器、一DC至DC轉換器及AC至DC轉換器、一DC至AC轉換器、一整流器、一全波整流器、一換流器、一光伏打陣列發電機、磁流體動力發電機及一習用電力發電機，諸如一郎肯或佈雷頓循環供電之發電機、一熱離子發電機及一熱電發電機。點火電源可包括用以產生所要點火電流之至少一個電路元件，諸如一過渡、IGBT、電感器、變壓器、電容器、整流器、橋接器(諸如一H橋接器)、電阻器、操作放大器或此項技術中已知之另一電路元件或功率調節裝置。在一例示性實施例中，點火電源可包括一全波經整流高頻率源，諸如在大約50%工作循環或更大工作循環下供應正方波脈衝之全波經整流高頻率源。頻率可在大約60 Hz至100 kHz之範圍中。一例示性供應器在大約10 kHz至40 kHz之範圍中之一頻率下提供大約30至40 V及3000至5000 A。在一實施例中，用以供應點火電流之電力可包括可與一AC變壓器或電源供應器串聯之經充電至一初始偏移電壓(諸如在1 V至100 V之範圍中之電壓)之一電容器組，其中所得電壓可包括具有AC調變之DC電壓。DC組件可以取決於其正常放電時間常數之一速率衰變，或者可增加或消除放電時間，其中點火電源進一步包括將電容器組再充電之一DC電源供應器。DV電壓組件可輔助起始電漿，其中此後可以一較低電壓維持電漿。

在一實施例中，SunCell®包括用以使電極(諸如包括一注入器電極及一反向電極之一組)之間的電流密度集中以增加分數氫反應速率之構件。高電流密度可形成一電弧電流，該電弧電流另外由於分數氫反應而降低輸入功率以增加功率增益。在一實施例(諸如圖25中所展示之實施例)中，池腔室5b3或壁或反應池腔室5b31係非導電的，使得在具有一高點火電流密度之情況下高度聚焦分數氫反應電漿。貯器5c、池腔室5b3及反應池腔室5b31壁中之至少一者可包括一非導體，諸如石英、熔融矽石、一陶瓷(諸如氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯)或本發明之另一非導體。用於反向電極之凸緣及貯器凸緣可包括結合至非導體之金屬，諸如至石英或Pyrex之金屬，如本發明中所揭示。在其中反應腔室及貯器可包括諸如石英或熔融矽石之一非導體之諸如圖25中所展示之一實施例中，反應池腔室5b31、貯器5c及氣體端口409h中之至少一者可包括石英至金屬高溫凸緣以(i)將反應池腔室連接至一底座電極總成，諸如包括凸緣409g、匯流排條10、電極8及底座5c1之底座電極總成，(ii)將貯器5c之底部連接至一EM泵總成，該EM泵總成包括一基底板、具有一選用篩網5qa1或升管5qa之一EM泵入口以及一EM泵噴射管，及(iii)將氣體供應器及真空埠中之至少一者連接至對應氣體及真空管線。密封、凸緣、連接、墊圈及緊固件可係本發明之密封、凸緣、連接、墊圈及緊固件或此項技術中已知之密封、凸緣、連接、墊圈及緊固件。在一實施例中，反應池腔室壁可包括諸如一金屬(諸如不銹鋼)之一導體，其包括一非導體塗層(諸如BN、富鋁紅柱石、氧化鋁、矽石或本發明之另一者)，其中自反應池腔室外側穿透至內側之電引線係電隔離的。

在一實施例中，分數氫電漿及點火電流中之至少一者可包括一電弧電流。一電弧電流可具有如下之特性：電流越高，電壓越低。在一實施例中，反應池腔室壁及電極中之至少一者經選擇以形成且支援一分數氫電漿電流及包括一電弧電流(即在非常高電流下具有一非常低電壓之一者)之一點火電流中之至少一者。在一單個注入器池設計(諸如圖25中所展示之注入器池設計)之一實施例中，非注入器電極8可係正電極。分數氫反應可發生在正電極處。使非注入器電極為正電極可增加反應池腔室中之區域處之電流密度，其中分數氫反應具有最高動力學。電極8 (圖25)可在暴露於分數氫反應之端5c1a上係凹形的以支援鎵聚集從而保護電極8免受熱損壞。在一實施例中，注入器電極可係非浸沒的以使電漿集中且增加電流密度。注入器電極可包括一耐火材料，諸如一耐火金屬，諸如鎢。反應池腔室體積及熔融金屬表面積中之至少一者(諸如反應池腔室及貯器中之至少一者)可經最小化以增加點火電流密度。電流密度可在大約1 A/cm² 至100 MA/cm² 、10 A/cm² 至10 MA/cm² 、100 A/cm² 至10 MA/cm² 及1 kA/cm² 至1 MA/cm² 之至少一個範圍中。在增加電流密度之一例示性實施例中，非注入器電極8可係正或負電極且包括一部分，諸如一耐火金屬部分，諸如至少部分地突出至一BN底座5c2之一凹形底座滴水簷5c1中之一W或Ta桿。在一實施例中，一BN底座5c2之凹形底座滴水簷5c1可包括一耐火材料，諸如一陶瓷(諸如本發明之陶瓷)或一耐火金屬(諸如鎢、鉭或鉬或本發明之另一者)。底座5c2之頂部部分可包括在匯流排條10上之一電絕緣體以阻止其短接至反應腔室壁。該絕緣體可包括一陶瓷，諸如BN或本發明之另一者。H₂ 流可隨著電流密度之增加而增加以產生一更高輸出功率及增益中之至少一者。在一例示性實施例中，一大板或杯形件附接至電極10之端。在另一實施例中，注入器電極可經浸沒以增加反向電極之面積。在包括一球形池(諸如圖25中所展示之球形池)之一實施例中，電極經定位使得點火發生在球形反應池腔室之中心中以藉由來自分數氫反應之外出震波之法向入射反射加強分數氫反應電漿。

在一實施例中，熔融金屬可包括具有支援來自分數氫反應之一高增益之至少一個性質的一金屬或合金。熔融金屬可包括具有如下之群組之至少一個屬性之熔融金屬：高傳導率，其用以減少輸入電壓且改良增益；一低黏度，其用以改良EM泵送以支援一更強烈分數氫反應，抵抗形成一個氧化物塗層以改良SunCell®電極之間的傳導率；及擁有潤濕PV窗之一低傾向性。在一例示性實施例中，熔融金屬可包括鎵銦錫合金。鎵銦錫合金之鎵組份可還原合金之其他氧化物(諸如In₂ O₃ 及SnO₂ 中之至少一者)以形成氧化鎵。該氧化鎵可轉換回為鎵金屬或藉由本發明之手段(諸如氫還原)來移除。在一實施例中，熔融金屬可包括鎵銦錫合金加上小量(諸如少於2 wt%)之至少一個其他金屬，諸如鉍及銻中之一或多者。一或若干其他金屬可達成以下各項中之至少一者：減少PV窗潤濕；增加流動性；減少氧化；及增加熔融金屬之沸點。在一例示性實施例中，包括一共熔合金之熔融金屬包括68至69 wt% Ga、21至22 wt% In及9.5至10.5 wt% Sn以及小量之Bi及Sb (各自為0至2 wt%)，且一雜質位準小於0.001%，其中熔點係大約-19.5℃且沸點高於1800℃。在另一實施例中，熔融金屬包括菲爾德合金，其包括一共熔混合物或鉍、銦及錫。

在一實施例中，點火系統可將一高起始功率施加至電漿且然後在電阻下降之後減少點火功率。電阻可由於以下各項中之至少一者而下降：歸因於諸如電極或熔融金屬流上之點火電路中之任何氧化物之還原的傳導率之一增加；及一電漿之形成。在一例示性實施例中，點火系統包括與AC串聯之一電容器組以產生高功率DC之AC調變，其中DC電壓隨著電容器之放電而衰變且僅剩下較低AC功率。

在一實施例中，底座電極8可凹陷於插入貯器409f中，其中所泵送熔融金屬填充諸如5c1a之一袋形區以動態地形成與底座電極8接觸之一熔融金屬集區。底座電極8可包括在SunCell®之操作溫度下不與熔融金屬(諸如鎵)形成一合金之一導體。一例示性底座電極8包括鎢、鉭、不銹鋼或鉬，其中Mo低於600℃之一操作溫度而不與鎵形成一合金，諸如Mo₃ Ga。在一實施例中，EM泵之入口可包括一過濾器5qa1，諸如阻擋合金顆粒同時准許鎵進入之一篩網或網格。為增加表面積，過濾器可以垂直方式及水平方式中之至少一者延伸且連接至入口。過濾器可包括抵抗與鎵形成一合金之一材料，諸如不銹鋼(SS)、鉭或鎢。一例示性入口過濾器包括具有等於入口之直徑之一直徑但垂直地升高之一SS圓柱體。作為日常維護之一部分，可週期性地清潔過濾器。

在一實施例中，非注入器電極可間斷地浸沒於熔融金屬中以便使其冷卻。在一實施例中，SunCell®包括一注入器EM泵及其貯器5c以及至少一個額外EM泵，且可包括用於額外EM泵之另一貯器。使用額外貯器，額外EM泵可進行以下操作中之至少一者：(i)將熔融金屬可逆地泵送至反應池腔室中以間斷地浸沒非注入器電極以便使其冷卻；及(ii)將熔融金屬泵送至非注入器電極上以便使其冷卻。SunCell®可包括具有冷卻劑之一冷卻劑罐、用以使冷卻劑循環穿過非注入器電極之一冷卻劑泵及用以排斥來自冷卻劑之熱之一熱交換器。在一實施例中，非注入器電極可包括用於冷卻劑(諸如水、熔融鹽、熔融金屬或此項技術中已知之另一冷卻劑)之一通道或插管以使非注入器電極冷卻。

在圖25中所展示之一顛倒實施例中，使SunCell®旋轉180°，使得非注入器電極在池之底部處且注入器電極在反應池腔室之頂部處，使得熔融金屬注入係沿著負z軸。非注入器電極及注入器電極中之至少一者可安裝於一對應板中且可藉由一對應凸緣密封連接至反應池腔室。該密封可包括一墊圈，該墊圈包括不與鎵形成一合金之一材料，諸如Ta、W或一陶瓷(諸如本發明或此項技術中已知之陶瓷)。在底部處之反應池腔室區段可用作貯器，可消除前一貯器，且EM泵可在新底部貯器中包括可穿透底部基底板、連接至一EM泵管且將熔融金屬流提供至EM泵之一入口升管，其中EM泵管之一出口部分穿透頂部板且連接至在反應池腔室內側之噴嘴。在操作期間，EM泵可泵送來自底部貯器之熔融金屬且將其注入至在反應池腔室之底部處之非注入器電極8中。顛倒SunCell®可藉由由池之頂部之注入器電極注入之一高鎵流來冷卻。非注入器電極8可包括用以聚集鎵之一凹形腔以更好地使電極冷卻。在一實施例中，非注入器電極可用作正電極；然而，相反極性亦係本發明之一實施例。

在一實施例中，電極8可藉由發射輻射來冷卻。為增加傳熱，可增加輻射表面積。在一實施例中，匯流排條10可包括所附接輻射器，諸如葉片輻射器，諸如平面板。可藉由沿著匯流排條10之軸固定一邊緣之面而附接該等板。該等葉片可包括一槳輪圖案。葉片可藉由自匯流排條10之傳導傳熱而加熱，匯流排條10可藉由點火電流以電阻方式加熱且藉由分數氫反應而加熱。諸如葉片之該等輻射器可包括一耐火金屬，諸如Ta或W。

在一實施例中，SunCell®包括侷限點火電流及電漿電流中之至少一者以增加電流密度之一構件。侷限構件可包括電漿侷限磁體。SunCell®可進一步包括達成以下各項中之至少一者之磁體：侷限電漿；及穩定化電漿，以增加電流密度。侷限構件可包括充分高電流之一點火電流源以引起一磁性捏縮效應。電流可經選擇使得在電流經捏縮時產生一電弧電流，其中電壓隨電流增加而下降。電弧電流可增加功率增益。可藉由施加至電極之DC或AC電力或藉由維持一電流迴路(諸如包括本發明之感應點火系統之雙重所注入熔融金屬流之電流迴路)中之一感應電流而形成捏縮電漿。SunCell®可包括一稠密電漿聚焦裝置。在一實施例中，反應腔室壁可用作一電極，且由注入器電極形成之金屬流可包括反向電極，使得點火功率之施加會在兩個兩個電極之間引起表現為一稠密聚焦電漿之一電漿。在一實施例(諸如圖25中所展示之實施例)中，反應池腔室及貯器中之至少一者可包括一非導體，諸如石英或本發明之另一陶瓷，且非注入器電極可包括與注入器電極電隔離之反應池腔室之一襯裡5b31a。該襯裡可電連接至電極8。熔融金屬流及襯裡電極可包括諸如一電漿聚焦裝置之一捏縮電漿裝置之同心電極。點火功率可提供充足電壓、電流及功率中之至少一者以在兩個電極之間的電漿中引起一捏縮效應。可由一控制器連續地或間斷地施加點火功率。

在一實施例中，用於將由分數氫反應產生之光自反應池腔室5b31透射至一光伏打(PV)功率轉換器之PV窗可定位於顛倒底座後面(圖25)。顛倒底座可阻擋金屬流去往PV窗以阻止其變得不透明。在一實施例中，SunCell®可進一步包括至少一個電漿可滲透擋板或篩網以阻擋金屬顆粒流去往PV窗同時准許由分數氫反應形成之發光電漿之滲透。擋板或篩網可包括至少一個光柵或布(諸如包括不銹鋼或其他耐火抗腐蝕材料(諸如一金屬或陶瓷)之光柵或布)中之一或多者。

在一實施例中，反應池腔室5b31可包括一系列擋板以阻止金屬顆粒使光伏打(PV)窗金屬化。反應池腔室可包括一圓柱形幾何結構。該等擋板可經配置以優先地阻擋金屬顆粒軌跡或流同時允許發光電漿流動至透過PV窗5b4發射光之區域。在一實施例中，該等擋板可經定向使得至少一部分具有在垂直於垂直或z軸之一平面中之一突出部。該PV窗可在垂直於z軸之一平面中。該等擋板可配置成自基底至PV窗之一螺旋形件。該等擋板可包括一螺旋樓梯幾何結構。電漿可在螺旋形件之擋板周圍流動同時阻擋金屬顆粒。

在一實施例中，池腔室5b3之頂部可包括一PV窗，其中在反應池腔室5b31之頂部處之氣體流具有至少一個性質，諸如平行於窗之平面之大多數流、低軸向流及低流。在一實施例中，池腔室5b3包括漸縮壁、圓柱形對稱性及諸如一系列螺旋形擋板409j之一構件(圖28)中之至少一者以引導反應池腔室5b31中之氣體流從而形成一氣旋。漸縮壁池腔室5b3可包括在大直徑端處之PV窗，該大直徑端被定位成使得PV窗在池之頂部上之一定向。在一實施例中，反應池腔室5b31中之擋板可形成一氣旋，其中軸向氣體流主要沿著池腔室5b3之漸縮部分到達小直徑端或底部，其中氣體流逆向以朝向中間區段流動。該氣旋可再次向下驅迫該流以在反應池腔室5b31之底部與中間區段之間形成一軸向循環。

在包括一時間相依點火電流(諸如AC電流)之一實施例中，擋板及PV窗中之至少一者包括一圓周框架，該圓周框架由交流電充電使得熔融金屬自PV窗附近經排斥以阻止PV窗塗佈有熔融金屬。

在一實施例中，SunCell®可包括諸如鎵之一熔融金屬。SunCell®可進一步包括一光伏打(PV)轉換器及用以使光透射至該PV轉換器之一窗，且可進一步包括一點火EM泵，諸如在Mills先前申請案中經揭示為一電極EM泵或第二電極EM泵之點火EM泵，諸如包括至少一組磁體以產生垂直於點火電流之一磁場從而產生用以侷限電漿及熔融金屬之一勞倫茲力使得電漿光可透過窗透射至PV轉換器的點火EM泵。點火電流可係沿著x軸，磁場可係沿著y軸，且勞倫茲力可係沿著負z軸。在另一實施例中，包括一光伏打(PV)轉換器及用以使光透射至該PV轉換器之一窗的SunCell®進一步包括一機械窗清潔器及一氣體射流或氣刀中之至少一者以移除可在操作期間累積於一窗表面上之熔融金屬。氣體射流或氣刀之氣體可包括反應池腔室氣體，諸如反應物、氫、氧、水蒸氣及惰性氣體中之至少一者。在一實施例中，PV窗包括阻止諸如鎵之熔融金屬黏住之一塗層，諸如本發明之塗層，其中塗層之厚度足夠薄以對待PV轉換為電之光係高度透明的。一石英反應池腔室區段之例示性塗層係薄膜氮化硼及碳。石英可係自身適合於用作一反應池腔室壁之一材料及PV窗材料。

在另一實施例中，反應池腔室可包括一溶劑或一運輸劑、運輸反應物或運輸化合物(諸如GaX₃ (X = 鹵化物)，諸如 GaCl₃ 或GaBr₃ )或自PV窗表面移除所沈積鎵金屬及氧化鎵中之至少一者之一長鏈碳水化合物。該溶劑或一運輸劑可進行以下操作中之至少一者：溶解、懸浮及運輸所沈積鎵金屬及氧化鎵中之至少一者以導致其移除。可藉由氣體射流或氣刀增強該移除。在一實施例中，窗包括抵抗由鎵金屬潤濕之一材料，諸如石英及本發明之其他非潤濕材料。諸如GaX₃ (X = 鹵化物)之該溶劑或運輸劑可溶解及移除氧化鎵，使得剩餘純化鎵金屬積聚成珠且藉由重力、氣體射流、藉助諸如一刮刷器之一構件以機械方式、振動及一離心力容易地移除。該移除可係藉由諸如本發明之彼等構件之構件。Ga₂ O₃ 可藉由與諸如GaX₃ (X = 鹵化物)之溶劑或運輸劑發生反應而經選擇性地移除。反應產物可包括一鹵氧化物，諸如鹵氧化鎵。該鹵氧化物可係揮發性的。可在一溫度下操作PV窗以致使鹵氧化物自PV窗之表面蒸發。

在一實施例中，用以在反應池腔室5b31中形成分數氫之反應混合物包括GaX₃ (X = 鹵化物)以形成氣體分子以與H₂ O二聚物發生反應從而產生可用作分數氫觸媒之初生HOH。GaX₃ + H₂ O二聚物反應產物可係氧化鎵或鹵氧化鎵中之至少一者。使H₂ O二聚物斷裂以形成初生HOH觸媒可增加分數氫反應速率。在另一實施例中，諸如GaCl₃ 之GaX₃ 可與水發生反應以維持一再生循環從而形成可用作觸媒以形成分數氫之初生HOH。再生反應混合物可包括GaX₃ 、Ga、H₂ O及H₂ 中之至少兩者。一例示性反應係2Ga + GaCl₃ + 3H₂ O → 3GaOCl + 3H₂ 及3GaOCl + 3H2 → 3H₂ O (初生) + GaCl₃ + 2Ga。在一實施例中，SunCell®可包括一冷阱、冷貯器或冷指(包括與反應池腔室5b31之一氣體連接)及一溫度控制器，其中可藉由控制該冷阱之溫度而控制鹵化鎵及鹵氧化鎵中之至少一者之蒸氣壓力。在一例示性實施例中，使氫流動至容納一氧源(諸如氧化鎵及氯化鎵或溴化鎵)之反應池腔室中，其中藉由控制處於氣體連接中但在反應池腔室外部之用於鹵化鎵之一冷貯器之溫度而控制鹵化鎵之蒸氣壓力。

在一實施例中，反應池腔室5b31及PV窗中之至少一者可包括一溶劑，該溶劑可在PV窗之表面上或凝結在PV窗之表面上以使可在操作期間累積在PV窗上之熔融金屬成溶劑化物。舉例而言，由於鎵上之一個氧化鎵塗層而黏合至PV窗或擋板之表面之鎵可藉由溶解該氧化鎵塗層之溶劑來移除。該溶劑可包括一氫氧化物，諸如氫氧化鈉或氫氧化鉀。該氫氧化物可係水性的。SunCell®可包括一PV窗或擋板清潔系統，該PV窗或擋板清潔系統包括以下各項中之至少一者：用以移除窗之一構件；用以清潔窗之一腔室與構件；一清潔溶液(諸如一氫氧化物水溶液)與用以將鎵及任何經溶解氧化鎵與該清潔溶液分開之構件；及用以在清潔之後替換窗之一構件。在一實施例中，PV窗或擋板清潔系統可用諸如一水溶液之一氫氧化物溶液清潔窗，可將鎵、氧化溶解產物及溶液分開，且可使鎵及氧化溶解產物中之至少一者返回至反應池腔室或一鎵再生系統。可在PV窗處於其永久位置中之情況下發生清潔，或可移除PV窗、對PV窗進行清潔且使PV窗返回。PV窗或擋板清潔系統可包括複數個窗，其中一個窗可用作作用窗，同時正在對至少一個其他窗進行清潔。清潔可發生在一單獨腔室中或與反應池腔室連接之一腔室中。用以移除及替換PV窗或擋板之構件可包括此項技術中已知之構件，諸如一機械、電磁、氣動或液壓系統。用以將鎵與溶劑分開之構件可係此項技術中已知之構件，諸如過濾及離心系統。

在一實施例中，將諸如銫之金屬(其具有一低沸點，在一第一溫度下與鎵形成一合金，且在一較高溫度下與該合金分開地沸騰)作為一運輸劑添加至鎵。諸如銫之金屬在其沸點下選擇性地沸騰且作為一液體凝聚於PV窗上，該液體然後與沈積於窗上之鎵形成一合金以將其溶解。可藉由流或諸如一空氣噴流或一機械刮刷器之構件進行之輔助移除而自窗移除合金。

在一實施例中，熔融金屬可包括比純金屬對擋板或PV窗潤濕更少之一合金。合金可包括鎵及一貴金屬或未由H₂ O氧化之一金屬，諸如Pt、Pd、Ir、Re、Ru、Rh、Au、Cu及Ni中之至少一者。在其中銀改變鎵之潤濕行為以阻止黏合之一例示性實施例中，純金屬包括鎵且合金包括鎵銀合金，其中銀抑制一個氧化鎵塗層之形成，該氧化鎵塗層以其他方式引起鎵對擋板或窗材料(諸如石英、藍寶石及MgF₂ 或本發明之另一者)之高潤濕。

在一實施例中，鎵可回應於一電場之施加，如由Chrimes等人之[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26820807]所報告。反應池5b3可包括一電場源及一外部磁體中之至少一者以在反應池腔室5b31中所容納之電漿中感應一電場以在一所要方向上引導電漿。該電場源可包括一或多個感應線圈、電饋通、電極、電源供應器及電源供應器控制器中之至少一者。對電漿之方向性控制可係以下各項中之至少一者：將電漿加熱功率引導至反應池腔室中之一所要區域；及自PV窗引導鎵金屬顆粒流。方向性控制可達成以下各項中之至少一者：阻止反應池5b3中之熱點之形成；及阻止PV窗經金屬化。

在一實施例中，可藉由諸如一磁場、一電場或一所感應電或磁場之一外部場將電漿引導至一所要位置。電漿引導可增強擋板減少PV窗之金屬化之效能。在一實施例中，SunCell®包括用以將一電荷施加至PV窗5b4之一構件。該電荷可排斥反應池腔室5b31中之相似帶電金屬顆粒以減少PV窗之金屬化。在一例示性實施例中，可使反應池腔室5b31帶負電，其中可藉由與一帶負電注入貯器之一連接施加負電荷，且可使PV窗5b4帶負電以排斥反應池腔室5b31中之熔融金屬顆粒(諸如鎵或氧化鎵顆粒中之至少一者)以減少PV窗之金屬化。PV窗可包括在窗之內表面上之一電導體(諸如至少一個電極，諸如一金屬網格)以用作用以將PV窗充電之一構件。另一選擇係，窗可包括一導電材料或塗層(諸如氧化銦錫)以將窗充電，諸如使窗帶負電。在窗之內表面上之電導體(諸如一金屬網格)可與反應池腔室5b31接觸以變得帶電。在另一實施例中，PV窗可包括至少一個電導體，諸如穿透PV窗之至少一個銷。SunCell®可包括一電源以將導體充電。

在一實施例中，窗可包括排斥場(諸如一排斥電場)之一源。該源可包括最靠近於電漿之一內電極及最靠近於PV窗之一外電極。該源可包括至少一個電位源。可使該內電極維持在一個電位，且可使該外電極維持在另一電位，諸如一較高電位，使得一電位差及對應場存在於該等電極之間。該等電極可係至少部分地打開的以允許輻射通過。一例示性電極包括一金屬網，諸如一耐火金屬網，諸如W網。在一例示性實施例中，該內電極維持在大約100 V，且該外電極維持在大約300 V。

在一實施例中，PV窗可包括至少一個透明壓電晶體，諸如石英、磷酸鎵、鋯鈦酸鉛(PZT)或結晶硼矽酸鹽(諸如電氣石)。發生以下情形中之至少一者：機械應變可施加至PV窗以產生電；及電可施加至與PV窗接觸之電極以引起窗之機械運動。所產生電及所引起機械運動中之至少一者可致使金屬化物自PV窗移除。在另一實施例中，來自分數氫反應之強烈電漿可將PV窗之內表面加熱且使金屬化物蒸發。在一實施例中，PV窗或擋板包括一壓電直接放電(PDD)系統。高電壓及藉由PDD系統形成於反應池腔室之氣體中之一電漿中之至少一者可達成以下各項中之至少一者：抑制黏合；及促進鎵顆粒自PV窗之移除。PDD系統可包括至少一個冠狀電極，諸如不顯著阻擋入射於PV窗或擋板上之分數氫反應電漿光之冠狀電極。冠狀電極可包括至少一個導線，諸如包括一耐火金屬(諸如鎢、鉭或錸)之一導線。在一實施例中，反應池腔室可包括氫，且PPD系統可引起氫解離。所得原子氫可使氧化鎵還原以減少其對PV窗之潤濕。

PV窗可在外表面上經冷卻以阻止熱窗故障。PV窗可安裝於一反應池腔室延伸部上以將其放置於自最強烈加熱區域移開之一位置中。在一實施例中，壓電PV窗之電極可包括准許光穿透窗之網格導線。該等電極可包括一透明導體，諸如石墨烯、氧化銦錫(ITO)、摻銦氧化鎘(ICdO)、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、摻銦氧化鋅(IZO)、氧化銦鎢(IWO)、ITO、ICdO、AZO、GZO、IZO或塗佈有氧化鎢之IWO之表面塗層，或熟習此項技術者已知之另一透明導體。在另一實施例中，該等電極可係沿著PV窗之邊緣。PV轉換器可進一步在PV轉換器之PV窗與PV池陣列之間包括一腔室(諸如一經抽空腔室)以阻止聲波傳播至PV池陣列。

在一實施例中，PV窗可包括一可變形且透明材料，諸如玻璃、Pyrex或Guerilla玻璃。可變形窗可以機械方式經激發或振動以移除或阻止金屬化。機械PV窗激發構件可包括熟習此項技術者已知之一機械、氣動、壓電、液壓及其他激發構件中之至少一者。PV窗-PV轉換器可包括一去磁器，諸如一表面類型去磁器，諸如工業磁學公司之DSC423-120。PV窗可包括至少一個鐵磁材料(諸如Fe、Ni、Co、AlNiCo及稀土金屬中之至少一者)及合金，其中可藉由去磁器之施加而使窗振動。鐵磁材料可包括至少一個條帶或導線，該至少一個條帶或導線出現以下情形中之至少一者：束縛或固定至窗之至少一個表面；夾持於窗層之間；及嵌入於窗中。一例示性去磁器包括由一AC場供電之一螺線管形線圈，該AC場在xy平面中在PV窗之鐵磁材料上沿著z軸產生一交替向上及向下磁力，從而致使PV窗交替地向上及向下偏轉。振動會驅逐黏合至PV窗之表面之材料。該去磁器可定位於PV池陣列後面以阻止其阻擋光穿過PV窗到達PV池。

在一實施例中，PV窗可包括用於面對反應池腔室之表面之一刮刷器。該刮刷器可包括一柔軟耐化學且耐熱材料，諸如石墨烯。PV窗可進一步包括一氣刀。氣體可包括經回收反應池氣體。在一實施例中，PV窗進一步包括一氣體泵，及氣體源或氣體入口，及至少一個氣體噴口，該至少一個氣體噴口包括至少一個噴嘴以用高速氣體撞擊內窗表面。PV窗可包括諸如圓頂形之幾何結構以促進表面上方之氣體流。氣體可包括池氣體，可藉由泵使該池氣體再循環穿過入口且離開至少一個噴嘴。用以自入口清除可阻礙入口流之任何金屬或金屬氧化物之一控制器可週期性地使氣體流逆轉。在一實施例中，氣體噴口之氣體可包括顆粒以轟擊PV窗上之金屬且將其移除。顆粒可經回收至反應池腔室且自反應池腔室回收或自反應池腔室外側引入以經消耗。前一情形及後一情形之例示性實施例分別係精細碳顆粒及冰晶。

在一實施例中，SunCell®包括旋轉以提供一離心力之至少一個透明擋板。擋板可在PV窗前面且阻擋熔融鎵及氧化鎵中之至少一者沈積於窗上。在SunCell®之操作期間，離心力可移除沈積於擋板上之熔融鎵及氧化鎵。擋板可包括本發明之一材料，諸如抵抗由鎵及氧化鎵中之至少一者潤濕之石英。反應池腔室5b31可包括一溶劑及一運輸劑(諸如鹵化鎵或水)中之至少一者以促進擋板沈積物之移除。該運輸劑可與氧化鎵及鎵中之至少一者發生反應以形成更容易地藉由離心力移除之一產物。鹵化鎵可係反應池腔室內之一所回收試劑。水可經注入以提供H及HOH觸媒源中之至少一者以形成分數氫。氣體射流可施加至透明擋板以進一步促進沈積物之移除。一例示性透明擋板包括一扁平圓盤，但其可包括其他形狀及幾何結構，諸如一凹形或凸形圓盤、一圓錐形狀或另一圓柱地對稱形狀。擋板可包括附接至其中心之一軸件、在PV窗處具有一密封軸承之一密封軸件穿透件以及在SunCell®之PV窗及反應池腔室外側之一軸件驅動、馬達及控制器。在另一實施例中，可使擋板電動或氣動自旋。可藉由DC磁性耦合或AC磁性感應使圓盤轉動。圓盤可包括至少一個DC磁體或感應線圈，其中至少一個DC磁體或感應線圈分別在PV窗及池外部。可藉由一旋轉構件使外部DC磁體旋轉。感應線圈可在時間及空間中之至少一者上由一感應電源及控制器激勵以引起擋板上之一旋轉力。在一實施例中，旋轉擋板可包括PV窗。旋轉擋板及旋轉PV窗中之至少一者可包括適合於SunCell®之操作條件之一商業設計之一調適。具有可調適設計之例示性商業產品係由Cornell Carr (http://www.cornell-carr.com/products/clear-view-screens.html)製成之迴旋窗或由Visiport (http://www.visiport.com/)製成之自旋窗系統，其以引用方式併入本文中。在一實施例中，(i)密封、軸承及框架包括抵抗與鎵形成一合金之材料，諸如不銹鋼、鉭及鎢，(ii)窗包括抵抗由鎵潤濕之一材料，諸如石英或本發明之其他非潤濕材料，且(iii)密封具有真空及在升高溫度下之升高壓力中之至少一者。

在一實施例中，一PV窗系統包括以下各項中之至少一者：在一固定密封窗前面之一透明旋轉擋板，其兩者皆在xy平面中以使光沿著z軸傳播；及一窗，其可在xy平面中旋轉以使光沿著z軸傳播。一例示性實施例包括一自旋透明圓盤，諸如一迴旋窗(https://en.wikipedia.org/wiki/Clear_view_screen)，該自旋透明圓盤可包括擋板及窗中之至少一者。在另一實施例中，一PV窗系統可包括在xy平面中之一窗且進一步包括在該窗前面之一槳輪類型或葉片-泵類型擋板，其中擋板包括剛性地附接至沿著一軸定向於xy平面中之一旋轉軸件之複數個透明葉片以使光沿著z軸傳播。在另一實施例中，一葉片-泵類型PV窗包括剛性地附接至沿著一軸定向於xy平面中之一旋轉軸件之複數個透明葉片以使光沿著z軸傳播。一PV窗系統可包括一葉片-泵類型擋板及一葉片-泵類型PV窗兩者。在一實施例中，旋轉軸件上之葉片間距使得在葉片相對於窗旋轉時窗始終由連續葉片之一組合覆蓋。在其中擋板及窗兩者皆係旋轉之葉片-泵類型之一實施例中，每一旋轉軸件上之葉片間距及軸件旋轉在擋板與窗之間經同步，使得在兩組葉片旋轉時窗始終由連續擋板葉片之一組合覆蓋。葉片可係促進顆粒之阻擋、光之透射及經移除顆粒之泵送之筆直槳片、彎曲槳片或其他幾何結構。透明葉片可包括抵抗由諸如鎵顆粒之顆粒潤濕的本發明之一材料。例示性材料係石英及塗佈類鑽碳(DLC)之玻璃、Pyrex或guerrilla玻璃。來自旋轉葉片之離心力可致使沈積於葉片上之任何顆粒經移除。旋轉速度可足以形成充足離心力以移除所沈積顆粒。旋轉速度可在大約1 RPM至10,000 RPM、10 RPM至5,000 RPM及100 RPM至3,000 RPM之至少一個範圍中。

旋轉圓盤、葉片-泵類型擋板及葉片-泵類型窗可各自包括一驅動機構及控制器。驅動系統可包括一氣動、機械、液壓或電驅動系統，或此項技術中已知之另一系統。PV窗系統中之至少一者可安裝於各自具有一PV窗系統之複數個通道中之一個通道之頂部上。通道可進一步包括至少一個氣體射流以致使一顆粒流離開PV窗系統。通道可包括本發明之一之字形通道。反應池腔室可進一步包括本發明之一溶劑或運輸劑以進一步自PV窗系統清潔可黏合至擋板及窗中之至少一者之顆粒。

葉片-泵類型擋板或窗可包括一殼體，使得葉片-泵類型擋板或窗之旋轉將經移除顆粒往回泵送至反應池腔室中。在一例示性實施例中，PV窗系統包括一擋板，包括具有透明石英或塗佈DLC之Pyrex葉片之一葉片-泵類型擋板，其中旋轉軸件係沿著一水平軸，窗在水平平面中，葉片間距使得連續葉片之一組合在旋轉期間始終覆蓋窗，旋轉速度足以移除所沈積顆粒，擋板可安裝於諸如一之字形通道之一通道中(其中窗在通道之頂部上)，且裝納於促進將顆粒往回泵送至反應池腔室中之一殼體中。

在一實施例中，自旋PV窗或擋板包括一施用器(諸如刷子)以施加一非潤濕材料薄膜從而阻止顆粒沈積於PV窗或擋板上。在一例示性實施例中，施用器包括氮化硼、石墨及二硫化鉬刷子中之至少一者以用對應非潤濕薄膜連續地塗佈PV窗或擋板表面。

在一實施例中，諸如自旋圓盤之PV窗可包括一塗層。該塗層可包括減少或阻止窗上之鎵或氧化鎵之黏合之一材料。該塗層可與氧化鎵發生反應以阻止由鎵潤濕，其中窗包括在不存在氧化鎵之情況下抵抗鎵潤濕之一材料。一例示性塗層及窗分別係NaOH及石英。該塗層可包括水、酸性水、鹼性水及一有機化合物(諸如一烷烴或醇類，諸如異丙醇)中之至少一者。該塗層可由一施用器施加。可藉由窗或擋板之自旋動作達成塗層之施加。塗層可包括至少一個組份，該至少一個組份可進行以下操作中之至少一者：凝聚至窗或擋板表面上；及吸收至窗或擋板表面上。至少一個窗或擋板表面塗層組份之一源可包括反應池腔室5b31氣體。在一實施例中，反應池腔室包括水及包括一酸酐之一氣體。可使窗或擋板維持在允許水凝結在表面上且酸酐經吸收於水中之一溫度。在一實施例中，酸性水阻止鎵黏合至PV窗或擋板之表面。酸可與對於鎵黏合至表面必要之一個氧化鎵塗層發生反應。該表面塗層可與反應池腔室氣體之至少一個物種熱動態或動態均衡。該表面塗層可包括一酸水溶液(諸如H₂ SO₃ 、H₂ SO₄ 、H₂ CO₃ 、HNO₂ 、HNO₃ 、HClO₄ 、H₃ PO₃ 及H₃ PO₄ )或諸如一酸酐或無水酸之一酸之一源。後者可包括以下各項之群組中之至少一者：I₂ O₄ 、I₂ O₅ 、I₂ O₉ 、SO₂ 、SO₃ 、CO₂ 、N₂ O、NO、NO₂ 、N₂ O₃ 、N₂ O₄ 、N₂ O₅ 、Cl₂ O、ClO₂ 、Cl₂ O₃ 、Cl₂ O₆ 、Cl₂ O₇ 、PO₂ 、P₂ O₃ 及P₂ O₅ 。酸源可包括諸如NO₂ 、NO、N₂ O、CO₂ 、P₂ O₃ 、P₂ O₅ 及SO₂ 之一氣體。

在另一實施例中，塗層可包括一鹼。塗層可包括至少一個組份，該至少一個組份可進行以下操作中之至少一者：凝結至窗或擋板表面上；及吸收至窗或擋板表面上。至少一個窗或擋板表面塗層組份之一源可包括反應池腔室5b31氣體。在一實施例中，反應池腔室包括水及一氣體，該氣體包括一鹼酐。可使窗或擋板維持在允許水凝結於表面上且鹼酐經吸收於水中之一溫度。在一實施例中，鹼性水阻止鎵黏合至PV窗或擋板之表面。鹼可與對於鎵黏合至表面必要之一個氧化鎵塗層發生反應。該表面塗層可與反應池腔室氣體之至少一個物種熱動態或動態均衡。該表面塗層可包括一鹼水溶液，諸如來自一鹼性酐之一鹼，諸如NH₃ 、M₂ O (M= 鹼金屬)、M’O (M’ = 鹼土金屬)、ZnO或其他過渡金屬氧化物(CdO、CoO、SnO、AgO、HgO或Al₂ O₃ )。額外例示性酐包括對於H₂ O穩定之金屬，諸如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。酐可係一鹼金屬或鹼土金屬氧化物，且水合化合物可包括一氫氧化物。在另一實施例中，塗層可包括一羥基氧化物，諸如FeOOH、NiOOH或CoOOH。鹼源可包括一氣體，諸如對應於鹼NH₄ OH之NH₃ 。

反應混合物可包括一H₂ O源及一H₂ O源中之至少一者。可藉由水合反應及脫水反應可逆地形成酸、鹼、羥基氧化物或對應酐。可使窗或擋板維持在形成酸或鹼之一溫度，其中反應池腔室溫度高於酸或鹼分解溫度。一分解產物可包括可回收至窗塗層之鹼酐之對應酸。在其中硝酸鎵(Ga(NO₃ )₃ )在高於250℃之一溫度下分解為δ氧化鎵(Ga₂ O₃ )及N_x O_y (x及y係整數)之一例示性實施例中，使反應池腔室5b31維持高於250℃，且使窗或擋板維持低於250℃。

在另一實施例中，塗層包括一固體化合物，該固體化合物包括一酸、酸酐、鹼及一鹼酐中之至少一者。塗層可與氧化鎵發生反應以阻止其黏合至窗或擋板。塗層可與水發生反應以在與氧化鎵之反應之後再生。一例示性酸性固體化合物塗層係一質子交換薄膜塗層，諸如納菲薄膜。用以再生塗層之水源係反應池腔室氣體。

在一實施例中，SunCell®包括至少一個化合物(包括氮及氧，諸如N_x O_y (x及y係整數)，諸如NO或NO₂ )之一源及一H₂ O源。在一實施例中，反應混合物包括可維持氧化鎵(諸如Ga₂ O₃ )與硝酸鎵之間的一再生循環之N_x O_y 及H₂ O。在一例示性實施例中，NO₂ 氣體與水發生反應以形成硝酸，該硝酸與氧化鎵發生反應以形成水及硝酸鎵(其分解為氧化鎵及NO₂ )。再生循環可進行以下操作中之至少一者：(i)藉由減少鎵潤濕(藉由氧化物移除)而支援自PV窗或擋板移除鎵；及(ii)促進初生HOH之形成，該初生HOH可用作觸媒以藉由與原子H之反應而形成分數氫。

在一實施例中，NO_x (x = 整數)化學促進自PV窗移除氧化鎵-鎵顆粒且藉由以催化方式形成HOH觸媒以用於分數氫而使分數氫反應速率加速度。在一實施例中，SunCell®包括一氮源(諸如N₂ 氣體)及用以可控制地將氮供應至反應池腔室5b31中之分數氫反應混合物之一構件(諸如一氣體管線及流量控制器)。分數氫反應混合物可包括熔融鎵、氧化鎵、氫、一惰性氣體(諸如氬)、水蒸氣、氧及氮中之至少一者。反應混合物可傳播一分數氫反應，該分數氫反應又維持反應池腔室中之一電漿。電漿及反應池混合物可形成NO_x (x = 整數)。在一例示性化學實施例中，Ga₂ O₃ 可與Ga及氫中之至少一者發生反應以形成Ga₂ O，Ga₂ O可與氫一起用作一強大還原劑以形成NH₃ ，NH₃ 可進一步與氧發生反應以形成NO及NO₂ ，其中氧源可係O₂ 及H₂ O中之至少一者。反應池腔室可進一步包括一氮化學觸媒(諸如一貴金屬，諸如Pt)以促進NH₃ 、NO及NO₂ 中之至少一者之形成。可保護氮化學觸媒在暴露於反應混合物之氣體時免受熔融鎵影響以避免與鎵鑄成合金。在一實施例中，反應池混合物之氮可與鎵發生反應以形成氮化鎵，該氮化鎵可與水發生反應以形成可再生為Ga之諸如Ga₂ O₃ 之一產物。在一實施例中，GaN可使用分數氫電漿光用作一光觸媒。光觸媒反應可用以形成至少一個分數氫反應反應物，諸如原子H及HOH觸媒。諸如一電極之一鎢SunCell®組件可與氧及水中之至少一者發生反應以形成可用作光觸媒之WO₃ 。反應池腔室可進一步包括添加至包括一光觸媒之反應混合物之一物種。

在一實施例中，與氧化鎵發生反應之諸如 NaOH或KOH之一氫氧化物經結晶以在PV窗或擋板之表面上形成一塗層。晶體可係透明的。氧化鎵及氫氧化物之反應產物可包括氫氧化物及五倍子酸離子(GaO₂ ^- )之金屬，諸如五倍子酸鈉(NaGaO₂ )或五倍子酸鉀(KGaO₂ )。NaOH與Ga₂ O₃ 之間的一例示性反應係 Ga₂ O₃ + 2NaOH → 2NaGaO₂ + H₂ O 在包括一反應池腔室大氣(其包括水蒸氣)之一實施例中，可使水蒸氣壓力維持為低，諸如在大約0.01托至50托、0.01托至10托、0.01托至5托及0.01托至1托中之至少一者之範圍中之一水蒸氣壓力。氫氧化物與氧化鎵之反應可形成水作為一產物。在一實施例中，可使PV窗上之氫氧化物塗層維持在一升高溫度以維持所要量之所吸收或所保持水。在一例示性實施例中，使PV窗維持在阻止水吸收或保持同時低於氫氧化物熔點(諸如NaOH之熔點(M.P = 318℃)或KOH之熔點(M.P. = 360℃))之一升高溫度。在一實施例中，作為日常維護，當已實質上消耗氫氧化物時可用氫氧化物替換或重新塗佈PV窗。在一實施例中，PV窗(諸如自旋窗)、之字形通道及擋板之至少一個其他組件可塗佈有具有氧化鎵之一反應物，諸如一鹼(諸如NaOH)。在一實施例中，諸如一NaOH塗層之塗層可包括一可替換板，諸如包括嵌入於一結構支撐體(諸如可係透明之一基質，諸如瓊脂或其他此類聚合物、一沸石、一玻璃熔塊以及此項技術中已知之其他透明支撐體及基質)中或浸透該結構支撐體之鹼(諸如NaOH)之可替換板。可在日常維護期間替換板。在一實施例中，具有氧化鎵之反應物(諸如一鹼，諸如NaOH)可係固體、液體或熔融或水性中之至少一者，其中諸如NaOH之反應物可經吸收或以其他方式束縛至支撐體或基質以維持板之形式。在一例示性實施例中，板包括一OH^- 導體薄膜，諸如Neosepta® AHA薄膜，其中可用鹼(諸如1 M KOH或NaOH溶液)處理該薄膜以允許用氫氧化物離子(OH^- )取代氯離子(Cl^- )。

在一實施例中，SunCell®包括一PV窗或擋板電解系統，該PV窗或擋板電解系統包括一陰極、一陽極、一透明窗及一透明電解質。電解質可包括源自可供應至PV窗電解池之H₂ O或H₂ 之以下離子中之一者之一導體：H⁺ 、OH^- 及H^- 。電極可藉由PV窗分開，或兩者可在PV窗之前面(包括指向反應池腔室之面)上。在一實施例中，電解質可包括一氫化物離子導體，諸如一熔融鹽(諸如一共熔鹽混合物)，且電解質可進一步包括一氫化物。鹽可包括一或多個鹵化物，諸如可進一步包括諸如LiH之一氫化物之混合物LiCl/KCl。除鹵化物之外，可傳導氫化物離子之其他適合熔融鹽電解質亦包括溶解於一氫氧化物中之一氫化物(諸如KOH中之KH、NaOH中之NaH或諸如金屬有機系統，諸如NaAl(Et)₄ 中之NaH)。電解質可包括兩個或兩個以上鹵化物(諸如鹼金屬鹵化物及鹼土金屬鹵化物之群組之至少兩種化合物)之一共熔鹽。例示性鹽混合物包含LiF-MgF₂ 、NaF-MgF₂ 、KF-MgF₂ 及NaF-CaF₂ 。其他適合電解質係基於金屬硼氫化物及金屬鋁氫化物之有機氯鋁酸鹽熔融鹽及系統。在表1中給出可係熔融混合物(諸如熔融共熔混合物)之額外適合電解質。表1.熔融鹽電解質。 AlCl3-CaCl2 AlCl3-CoCl2 AlCl3-FeCl2 AlCl3-KCl AlCl3-LiCl AlCl3-MgCl2 AlCl3-MnCl2 AlCl3-NaCl AlCl3-NiCl2 AlCl3-ZnCl2 BaCl2-CaCl2 BaCl2-CsCl BaCl2-KCl BaCl2-LiCl BaCl2-MgCl2 BaCl2-NaCl BaCl2-RbCl BaCl2-SrCl2 CaCl2-CaF2 CaCl2-CaO CaCl2-CoCl2 CaCl2-CsCl CaCl2-FeCl2 CaCl2-FeCl3 CaCl2-KCl CaCl2-LiCl CaCl2-MgCl2 CaCl2-MgF2 CaCl2-MnCl2 CaCl2-NaAlCl4 CaCl2-NaCl CaCl2-NiCl2 CaCl2-PbCl2 CaCl2-RbCl CaCl2-SrCl2 CaCl2-ZnCl2 CaF2-KCaCl3 CaF2-KF CaF2-LiF CaF2-MgF2 CaF2-NaF CeCl3-CsCl CeCl3-KCl CeCl3-LiCl CeCl3-NaCl CeCl3-RbCl CoCl2-FeCl2 CoCl2-FeCl3 CoCl2-KCl CoCl2-LiCl CoCl2-MgCl2 CoCl2-MnCl2 CoCl2-NaCl CoCl2-NiCl2 CsBr-CsCl CsBr-CsF CsBr-CsI CsBr-CsNO3 CsBr-KBr CsBr-LiBr CsBr-NaBr CsBr-RbBr CsCl-CsF CsCl-CsI CsCl-CsNO3 CsCl-KCl CsCl-LaCl3 CsCl-LiCl CsCl-MgCl2 CsCl-NaCl CsCl-RbCl CsCl-SrCl2 CsF-CsI CsF-CsNO3 CsF-KF CsF-LiF CsF-NaF CsF-RbF CsI-KI CsI-LiI CsI-NaI CsI-RbI CsNO3-CsOH CsNO3-KNO3 CsNO3-LiNO3 CsNO3-NaNO3 CsNO3-RbNO3 CsOH-KOH CsOH-LiOH CsOH-NaOH CsOH-RbOH FeCl2-FeCl3 FeCl2-KCl FeCl2-LiCl FeCl2-MgCl2 FeCl2-MnCl2 FeCl2-NaCl FeCl2-NiCl2 FeCl3-LiCl FeCl3-MgCl2 FeCl3-MnCl2 FeCl3-NiCl2 K2CO3-K2SO4 K2CO3-KF K2CO3-KNO3 K2CO3-KOH K2CO3-Li2CO3 K2CO3-Na2CO3 K2SO4-Li2SO4 K2SO4-Na2SO4 KAlCl4-NaAlCl4 KAlCl4-NaCl KBr-KCl KBr-KF KBr-KI KBr-KNO3 KBr-KOH KBr-LiBr KBr-NaBr KBr-RbBr KCl-K2CO3 KCl-K2SO4 KCl-KF KCl-KI KCl-KNO3 KCl-KOH KCl-LiCl KCl-LiF KCl-MgCl2 KCl-MnCl2 KCl-NaAlCl4 KCl-NaCl KCl-NiCl2 KCl-PbCl2 KCl-RbCl KCl-SrCl2 KCl-ZnCl2 KF-K2SO4 KF-KI KF-KNO3 KF-KOH KF-LiF KF-MgF2 KF-NaF KF-RbF KFeCl3-NaCl KI-KNO3 KI-KOH KI-LiI KI-NaI KI-RbI KMgCl3-LiCl KMgCl3-NaCl KMnCl3-NaCl KNO3-K2SO4 KNO3-KOH KNO3-LiNO3 KNO3-NaNO3 KNO3-RbNO3 KOH-K2SO4 KOH-LiOH KOH-NaOH KOH-RbOH LaCl3-KCl LaCl3-LiCl LaCl3-NaCl LaCl3-RbCl Li2CO3-Li2SO4 Li2CO3-LiF Li2CO3-LiNO3 Li2CO3-LiOH Li2CO3-Na2CO3 Li2SO4-Na2SO4 LiAlCl4-NaAlCl4 LiBr-LiCl LiBr-LiF LiBr-LiI LiBr-LiNO3 LiBr-LiOH LiBr-NaBr LiBr-RbBr LiCl-Li2CO3 LiCl-Li2SO4 LiCl-LiF LiCl-LiI LiCl-LiNO3 LiCl-LiOH LiCl-MgCl2 LiCl-MnCl2 LiCl-NaCl LiCl-NiCl2 LiCl-RbCl LiCl-SrCl2 LiF-Li2SO4 LiF-LiI LiF-LiNO3 LiF-LiOH LiF-MgF2 LiF-NaCl LiF-NaF LiF-RbF LiI-LiOH LiI-NaI LiI-RbI LiNO3-Li2SO4 LiNO3-LiOH LiNO3-NaNO3 LiNO3-RbNO3 LiOH-Li2SO4 LiOH-NaOH LiOH-RbOH MgCl2-MgF2 MgCl2-MgO MgCl2-MnCl2 MgCl2-NaCl MgCl2-NiCl2 MgCl2-RbCl MgCl2-SrCl2 MgCl2-ZnCl2 MgF2-MgO MgF2-NaF MnCl2-NaCl MnCl2-NiCl2 Na2CO3-Na2SO4 Na2CO3-NaF Na2CO3-NaNO3 Na2CO3-NaOH NaBr-NaCl NaBr-NaF NaBr-NaI NaBr-NaNO3 NaBr-NaOH NaBr-RbBr NaCl-Na2CO3 NaCl-Na2SO4 NaCl-NaF NaCl-NaI NaCl-NaNO3 NaCl-NaOH NaCl-NiCl2 NaCl-PbCl2 NaCl-RbCl NaCl-SrCl2 NaCl-ZnCl2 NaF-Na2SO4 NaF-NaI NaF-NaNO3 NaF-NaOH NaF-RbF NaI-NaNO3 NaI-NaOH NaI-RbI NaNO3-Na2SO4 NaNO3-NaOH NaNO3-RbNO3 NaOH-Na2SO4 NaOH-RbOH RbBr-RbCl RbBr-RbF RbBr-RbI RbBr-RbNO3 RbCl-RbF RbCl-RbI RbCl-RbOH RbCl-SrCl2 RbF-RbI RbNO3-RbOH CaCl2-CaH2 諸如表1中所給出之例示性鹽混合物之熔融鹽電解質係H^- 離子導體。在實施例中，在本發明中暗示，一H^- 源(諸如一鹼金屬氫化物，諸如LiH、NaH或KH)可添加至熔融鹽電解質以改良H^- 離子傳導率。

在一實施例中，H^- 係電解質之一遷移離子。H^- 可在陰極處形成且遷移至陽極。電解質可係一氫化物離子導體，諸如一熔融鹽，諸如一共熔混合物，諸如鹼金屬鹵化物之一混合物，諸如LiCl-KCl。陰極可係一氫可滲透薄膜，諸如Ni (H₂ )。陽極可將氧化鎵及H-氧化為鎵及H2O，藉此藉助潤濕劑氧化鎵之消耗來消除PV窗之鎵潤濕。在一實施例中，PV電解池可包括：一熔融氫氧化物-鹵化物電解質，其係一H^- 導體；一H源，其用以形成氫化物離子，諸如一氫可滲透陰極，諸如Ni(H₂ )；及一陽極，其將氧化鎵及氫化物離子選擇性地氧化為鎵及H₂ O。該等反應可係陽極： 6H^- + Ga₂ O₃ → 2Ga + 3H₂ O + 6e^- 陰極： 3H₂ + 6e^- → 6H^- 例示性池係[Pt/MOH-M’X/M」(H₂ )]，其中陰極M」可包括一氫可滲透金屬，諸如Ni、Ti、V、Nb、Pt及PtAg，電解質包括一氫氧化物與一鹵化物之一混合物，諸如MOH-M’X (M，M’ = 鹼金屬；X = 鹵化物)，且其他貴金屬及支撐體可取代Pt陽極。電解質可進一步包括至少一個其他鹽，諸如一鹼金屬氫化物。在一替代實施例中，電解質可包括一氫化物離子傳導固體電解質，諸如CaCl₂ -CaH₂ 。例示性氫化物離子傳導固體電解質係CaCl₂ -CaH₂ (5至7.5莫耳%)及CaCl₂ -LiCl-CaH₂ 。

在一替代實施例中，SunCell®窗或擋板包括一電解系統，該電解系統包括至少兩個電極、一電源及一控制器以用於還原氧化鎵以阻止氧化鎵致使鎵黏合至窗或擋板。窗或擋板可包括柵電極或一經圖案化透明導電薄膜，諸如包括氧化銦錫之經圖案化透明導電薄膜。至少一個電極可包括一網格或篩網。在一實施例中，電解質可包括一酸及一鹼中之至少一者。在一例示性實施例中，電解質可包括一氫氧化物，諸如NaOH。在另一實施例中，電解質可包括一固體，諸如β氧化鋁，其可包括一薄膜及透明物中之至少一者。電解電壓可在大約0.1 V至50 V、0.25 V至5 V及0.5 V至2 V之至少一個範圍中。

窗或擋板可包括一電解系統，該電解系統包括由一電解質分開且由一電力源供電之一負及正電極，其中黏合至窗或擋板之表面之鎵接觸窗上之負電極，且透過電解質將電流載運至經分開正電極以還原黏合鎵之氧化鎵。在用以還原氧化鎵以阻止鎵黏合至窗或擋板之表面之窗或擋板電解系統之一實施例中，窗或擋板可包括一背電解電極或一電極複合物，諸如在電漿側面在窗或擋板之背表面上之一陽極或一陽極複合物。為最小化陰影效應，背電解電極可係以下各項中之至少一者：(i)圓周地定位至窗或擋板，(ii)包括網格導線，及(iii)包括一透明導體，諸如氧化銦錫。電解質可包括在窗或擋板之背表面上之一透明層或膜。電解質可係透明的且包括一鹼(諸如MOH (M = 鹼金屬)，諸如NaOH或KOH)或水及氨中之至少一者，其中氣態氨與溶劑化氨均衡，且氨氣可容納於裝納陽極之一透明腔室中。前表面可包括一前電解電極或一電極複合物，諸如在前表面之至少一部分上之一陰極或一陰極複合物(其包括電連接，諸如網格導線或電極或一導電層或膜)。膜可係可覆蓋表面或呈複合物之網格引線或電極之形式之一透明導體，諸如氧化銦錫。電極可包括一透明導體，諸如石墨烯、氧化銦錫(ITO)、摻銦氧化鎘(ICdO)、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、摻銦氧化鋅(IZO)、氧化銦鎢(IWO)、ITO、ICdO、AZO、GZO、IZO或IWO (塗佈有鎢氧化物)之表面塗層，或熟習此項技術者已知之另一透明導體。在塗層係電致變色之情形中，可施加一電流以藉由還原其氧化物塗層而移除鎵，且可藉由在一間斷再生週期內使電流逆轉而再生無色PV塗層。在另一實施例中，接觸鎵之電解電極或一電極複合物可包括抵抗與鎵形成一合金之一材料，諸如不銹鋼(SS)、鎢(W)或鉭(TA)。電極可抵抗鎵潤濕，諸如SS、Ta或W。在諸如納菲薄膜之一酸性電解質之情形中，電極可穩定地與電解質(諸如一貴金屬，諸如Pt、Ir、Rh、Re、Pd或Au)發生反應。接觸鹼性電解質之電解電極或一電極複合物可包括抵抗用鹼腐蝕之一材料，諸如銅、不銹鋼、鎳、一貴金屬或碳。電極可包括諸如導線之元件，該等元件可包括一柵格、網格或篩網。諸如導線之元件可經塑形以最小化透過PV窗透射至PV轉換器之光之陰影。一例示性份額係頂點朝向光源之錐體形，其中光可經反射至PV窗或擋板之另一非陰影區域。窗或擋板可包括非導電緊固件(諸如陶瓷或塑膠螺栓)以附接至少一個電極。窗或擋板可包括在窗或擋板之至少一部分上方之至少一個穿透件(諸如複數個小直徑穿透件)以用作用於陽極與陰極之間的電解質之電接觸之複數個導管。

在另一實施例中，電解系統組件自電漿之方向依序可係陽極、電解質及陰極，其中陽極及陰極係空間上分開的，陽極可在窗或擋板周緣，且電解質可黏合至窗或擋板之表面。電解質可包括一鹼，諸如MOH (M = 鹼金屬)，諸如NaOH或KOH。窗或擋板可包括可輔助將電解質接合至表面之一粗糙表面。窗或擋板可包括一吸濕塗層以結合電解質。電解質可具有一低水蒸氣壓力。電解質可包括一高濃度鹼及至少一個化合物(諸如一吸濕化合物)中之至少一者以減小水蒸氣壓力。電解質可包括一漿料或糊劑，諸如NaOH或KOH中之一者。電解質可包括一結合化合物(諸如一聚合物)或一陶瓷氧化物(諸如MgO)或一摻鹽基質(諸如瓊脂)或一聚合物(諸如聚氧化乙烯)。

電解質可包括一固體電解質。電解質可包括適合用於所要陽極氧化及陰極還原化學過程(其移除黏合至PV窗之顆粒)之一離子導體。例示性固體電解質係Na⁺ 導體β氧化鋁固體電解質(BASE)、Na⁺ 或OH^- 導體五倍子酸鈉、K⁺ 或OH^- 導體五倍子酸鉀、氧離子導體釔穩定氧化鋯、鈉離子導體NASICON (Na₃ Zr₂ Si₂ PO₁₂ )、H⁺ 導體納菲薄膜，其中使氧化及還原反應與電解質匹配。固體電解質可包括OH^- 導體、一層狀雙氫氧化物(LDH)。在一實施例中，LDH包括陰離子黏土且LDH之通式係[M^II _1-x M^III _x (OH)₂ ][(A^n- )_x/n ·mH₂ O]，其中M^II 係一個二價陽離子，諸如Ni²⁺ 、Mg²⁺ 、Zn²⁺ 等，且M^III 係一個三價陽離子，諸如Al³⁺ 、Fe³⁺ 、Cr³⁺ 等，且A^n- 係一陰離子，諸如CO₃ ^2- 、Cl^- 、OH^- 等。係OH-導體之例示性固體電解質係：層狀雙氫氧化物(LDH)，諸如KOH-Al-Mg層狀雙氫氧化物Mg₆ Al₂ CO₃ (OH)₁₆ ；離子交換薄膜，諸如Neosepta® AHA薄膜，其中可用鹼(諸如1 M KOH溶液)處理薄膜以允許用氫氧化物離子(OH−)取代氯離子(Cl−)；及奈米顆粒，其由嵌入於一聚碸基質中之SiO₂ /稠密四級銨官能化聚苯乙烯(諸如(20至70 wt%))及氫氧化四乙銨(TEAOH)聚丙烯醯胺(PAM)構成。在其中熔融金屬可包括銀或一合金(諸如鎵-銀)之一實施例中，電解質可包括用於銀離子之一進階超離子導體，諸如RbAg₄ I₅ 、KAg₄ I₅ 、NH₄ Ag₄ I₅ 、K_1−x Cs_x Ag₄ I₅ 、Rb_1−x Cs_x Ag₄ I₅ 、CsAg₄ Br_1−x I_2+x 、CsAg₄ ClBr₂ I₂ 、CsAg₄ Cl₃ I₂ 、RbCu₄ Cl₃ I₂ 、KCu₄ I₅ 及硫化銀中之至少一者。

在一實施例中，諸如一鹼金屬鹵化物(諸如NaF)之電解質可具有大約一中性pH。該大約中性pH電解質可避免黏合至窗之鎵上之氧化鎵塗層之溶解。

在一實施例中，補給諸如NaOH之PV窗電解質，且可在藉由諸如電解之手段回收鎵期間回收損失至反應混合物之電解質。

用以還原氧化鎵以阻止鎵潤濕之一例示性電解系統包括：(i)在窗之背側上之一環狀SS陽極；(ii)在窗之背面上之NaOH漿料電解質；(iii)具有用於電解質之諸多小通道之一窗，及(iv)在窗之前表面上之一SS網格或篩網陰極，其接觸鎵且減少鎵。在一實施例中，其中(i)鎵不黏合至具有一個氧化物塗層之一金屬，諸如不銹鋼、鉭或鎢，(ii)包括氧化物塗層之金屬包括陰極，且(iii)在操作期間還原金屬氧化物塗層，可使電解池之極性週期性地逆轉以在陰極之金屬上再生氧化物塗層。

在一實施例中，前電極可包括陽極，且陰極可係以下情形中之至少一者：圓周地位於PV窗之前面，或位於PV窗之後面。在後一情形中，PV窗可包括用於電解質之穿孔。對與黏合至PV窗之鎵接觸之前陽極施加一正電位且對陰極施加一負電位可致使鎵遷移至陰極，其中可移除且回收所收集鎵。SunCell®可包括一移除構件、一運輸構件(其可進一步包括對應通道)及用於所收集鎵之一回收構件。例示性移除構件係一機械構件，諸如一刮削器、一氣體噴口、一泵及本發明之其他移除構件。可移除鎵且使用運輸構件及對應通道將鎵運輸至本發明之反應池腔室、貯器及鎵再生系統中之至少一者。

在一實施例中，窗或擋板包括一電漿放電系統以將一電漿維持在窗或擋板之表面處。該電漿放電系統可包括：電極柵格導線、網格或篩網，其在窗或擋板表面上或緊密接近於窗或擋板表面；一反向電極；及一放電電源，諸如一輝光放電源。在其他實施例中，電漿源包括其他已知電漿源，諸如微波、電感或電容耦合之RF放電、介電障壁放電、壓電直接放電及聲學放電池電漿源。電漿系統可經組態使得對應電漿還原氧化鎵以致使黏合鎵顆粒自窗或擋板表面經移除。另一選擇係，電漿可自一氫源形成原子氫，其中原子氫使氧化鎵還原為鎵以致使其係非潤濕的。在另一實施例中，窗或擋板包括一磁場源，諸如引導藉由接近於窗或擋板之表面之分數氫反應而維持之電漿的一永久磁體或一電磁體。電漿可自一氫源形成原子氫，其中原子氫使氧化鎵還原為鎵以致使其係非潤濕的。在一實施例中，窗或擋板包括一氫解離劑，諸如本發明之氫解離劑，諸如一熱細絲或一金屬解離劑，諸如錸、鉭、鈮、鈦或本發明之另一者。反應腔室氣體(諸如包括氫之一反應混合物，諸如一氬-氫-痕量H₂ O氣體混合物)可還原鎵顆粒上之氧化物塗層且達成以下各項中之至少一者：阻止鎵黏合至PV窗；及自PV窗移除顆粒。窗或擋板可包括一氣體噴口，該氣體噴口使氫在細絲上方流動以進一步致使原子氫流動至PV窗上。

在一實施例中，擋板或PV窗進一步包括一解離劑腔室，該解離劑腔室裝納：一氫解離劑，諸如在諸如碳或陶瓷珠粒(諸如Al₂ O₃ 、矽石或沸石珠粒)之一支撐體上之Pt、Pd、Ir、Re或其他解離劑金屬；雷氏Ni或Ni、鈮、鈦或呈提供一高表面積之一形式(諸如粉末、墊子、編織物或布)的本發明之其他解離劑金屬。解離劑腔室可藉由一鎵阻擋通道(諸如本發明之字形形通道)在擋板或PV窗之位置處連接至反應池腔室，該鎵阻擋通道抑制鎵流自反應池腔室去往解離劑腔室同時准許氣體交換。氫氣可自反應池腔室流動至解離腔室中，其中氫分子經解離為原子，且原子氫可往回流動至反應池腔室中以用作還原PV窗上之氧化鎵之一反應物。在其他實施例中，解離腔室可裝納本發明之電漿解離劑或細絲解離劑。在一實施例中，一氣體噴口使氫在解離劑上方流動使得所得H原子流動以撞擊擋板或PV窗之表面。

PV窗可包括至少一個壓電變壓器(PT)及視情況至少一個毗鄰電極，諸如至少一個導線電極，其中PT之固有機電共振用於產生電壓放大，使得壓電之表面展現可在其隅角上或在毗鄰電極上產生電暈樣放電之一大表面電壓。一例示性電壓放大小於7 V至kV。所謂的壓電直接放電之組態可用於產生稱為一離子風之一大量空氣流，如由Johnson及Go之[M. Johnson，D. B. Go，「Piezoelectric transformers for low-voltage generation of gas discharges and ionic winds in atmospheric air」，應用物理雜質，第118卷，12月，(2015)，第243304-1至243304-10頁，doi: 10.1063/1.493849]所報告。在一實施例中，壓電直接放電包括用以產生一離子風(其移除或減少黏合至PV窗之鎵顆粒)之一電極組態。在一實施例中，用以達成以下各項中之至少一者之氣體噴口可包括再循環器，諸如包括一鼓風機及至少一個氣體噴嘴之再循環器：阻止鎵顆粒黏合至PV窗；及自PV窗清潔黏合鎵顆粒。洗淨再循環惰性氣體及補充氫(包括添加至洗淨再循環惰性氣體且注入至反應池腔室中之氫)中之至少一者可經引導至反應池腔室中之一區域，此致使氣體流進行以下操作中之至少一者：驅迫鎵顆粒遠離PV窗；及提供原子氫以還原鎵顆粒上之任何氧化物塗層，從而達成以下各項中之至少一者：阻止顆粒黏合；及致使顆粒自PV窗移除。在後一情形中，可使再循環惰性氣體及補充氫中之至少一者撞擊在PV窗上，其中可致使包括氫之氣體在諸如一解離劑金屬、電漿源或熱細絲之氫解離劑上方流動。在一實施例中，反應池腔室氣體、再循環氣體及替換所耗盡反應物之補充氣體中之至少一者可包括藉由可包括至少一個毗鄰導線電極之壓電變壓器產生之離子風。在一實施例中，PV窗可包括至少一個透明壓電晶體，諸如石英、磷酸鎵、鋯鈦酸鉛(PZT)、結晶硼矽酸鹽(諸如電氣石)或此項技術中已知之另一者。壓電換能器之至少一個電極可包括一透明導體，諸如氧化銦錫(ITO)或本發明之另一者。在另一實施例中，壓電換能器及對應壓電直接放電可由一障壁電極放電系統及障壁電極放電替換以阻止黏合或促進自PV窗移除氧化鎵顆粒。

在另一實施例中，自旋擋板或自旋窗包括一裝置以實體地移除已在SunCell®操作期間沈積於擋板或窗上之顆粒。該裝置可包括一表面安裝式磨損裝置，諸如一刷子或槳片，諸如跨在擋板或窗之表面上之一銳緣槳片。擋板或窗之表面可係拋光的，且槳片可包括一精密邊緣以提供邊緣與表面之間的最佳化接觸。槳片可具有等於擋板或窗之半徑之一長度，使得在擋板或窗之每一旋轉期間刮擦對應表面。槳片可包括一可控制裝置以用於朝向表面對槳片施加可調整壓力，諸如一機械、液壓、氣動或電磁壓力施加裝置。一例示性機械壓力施加裝置包括一彈簧。

在一實施例中，擋板及PV窗中之至少一者包括至少一個熔融金屬注入器以將熔融金屬泵送至擋板及PV窗中之至少一者上以用作用以移除所沈積顆粒(諸如金屬之氧化物)之一溶劑。在一實施例中，擋板及PV窗中之至少一者包括抵抗由熔融金屬潤濕之一材料或表面。在一例示性實施例中，熔融金屬包括鎵，金屬氧化物包括氧化鎵，材料或表面包括石英、BN、碳或者抵抗由鎵潤濕之另一材料或表面中之至少一者，且熔融金屬注入器包括至少一個EM泵及至少一個噴嘴以將來自一源(諸如貯器5c及反應池腔室5b31中之至少一者)之熔融鎵注入至擋板及PV窗中之至少一者之表面上以用作氧化鎵之溶劑從而將氧化鎵自擋板及PV窗中之至少一者之表面移除。在另一例示性實施例中，熔融金屬包括銀，擋板或PV窗包括具有一高熔點之一透明材料，諸如石英、藍寶石或一鹼土金屬鹵化物晶體(諸如MgF₂ )，且熔融金屬注入器包括至少一個EM泵及至少一個噴嘴以將來自一源(諸如貯器5c及反應池腔室5b31中之至少一者)之熔融銀注入至擋板及PV窗中之至少一者之表面上以用於自擋板及PV窗中之至少一者之表面移除銀顆粒(諸如銀奈米顆粒)。擋板或PV窗可進一步包括一透明犧牲層以保護擋板或窗免於因由熱銀顆粒導致之熔融而下凹。

在一實施例中，擋板及PV窗中之至少一者可進一步包括諸如一刮刷器之至少一個構件以移除鎵及氧化物。刮刷器可包括至少一個刮刷器槳片及用以使刮刷器槳片在擋板及PV窗中之至少一者之表面上方移動之一構件。用以使槳片移動之構件可包括一機械構件、氣動構件、液壓構件、電磁構件或此項技術中已知之其他此類移動構件中之至少一者。另一選擇係，擋板及PV窗中之至少一者可包括一自旋擋板或PV窗及一固定刮刷器槳片。

在一例示性實施例中，諸如一陣列之複數個注入器射流以充足速度及流量將熔融鎵注入至自旋擋板及自旋PV中之至少一者之表面上以驅逐可黏合至擋板及PV窗中之至少一者之表面之氧化鎵顆粒，且槳葉可在擋板及PV窗中之至少一者自旋時自擋板及PV窗中之至少一者移除所注入鎵及氧化物。在另一實施例中，藉由單獨使擋板及PV窗中之至少一者自旋之離心力移除鎵及氧化鎵。

在另一例示性實施例中，窗或擋板包括一高壓力射流(諸如由至少一個機械或EM泵供應之高壓力射流)陣列以自未由鎵潤濕之一表面(諸如塗佈有諸如NaOH或KOH之一鹼之一石英表面或一透明表面)移除氧化鎵。熔融金屬射流陣列可將高速熔融鎵注入至一自旋窗上以清走所沈積顆粒，諸如包括鎵及氧化鎵之顆粒。高速鎵可充當一液體清潔劑以移除氧化鎵。由於氧化鎵引起表面之鎵潤濕，因此其移除消除由鎵潤濕，鎵可積聚成珠且藉由自旋窗之離心力而移除。

在一實施例中，熔融金屬包括一磨料添加劑(諸如與熔融金屬一起注入之小的硬顆粒)以輔助驅逐擋板及PV窗中之至少一者之表面之黏合材料。添加劑可包括磨料顆粒，諸如小陶瓷顆粒，諸如包括氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰或氧化釷之顆粒。顆粒大小可低於阻塞擋板或PV窗注入器之泵或者點火注入泵之大小。

在一實施例中，可將磁性顆粒(諸如磁性奈米顆粒)添加至熔融金屬(諸如鎵)以形成一鐵磁流體。奈米顆粒可係鐵磁的，諸如Fe、Fe₂ O₃ 、Co、Ni、CoSm及AlNiCo奈米顆粒以及此項技術中已知之其他鐵磁奈米顆粒中之至少一者。一例示性鐵磁流體包括鎵或鎵合金作為用於磁性奈米顆粒(諸如釓奈米顆粒)之一溶劑或懸浮介質，如由Castro等人之以其全文引用方式併入本文中之[I. A. de Castro等人，「A gallium-based magnetocaloric liquid metal ferrofluid」，Nano Lett.，(2017)，第17卷，第12期，第7831至7838頁]所給出。磁性奈米顆粒可塗佈有一塗層以阻止受反應池腔室氣體腐蝕或與鎵形成合金。該塗層可包括一陶瓷，諸如矽石、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或本發明之另一者。擋板及PV窗中之至少一者可包括一磁場梯度源以阻止熔融金屬塗佈擋板及PV窗中之至少一者。可使擋板及PV窗中之至少一者維持在低於磁性奈米顆粒之居裡溫度之一溫度範圍中。該磁場梯度源可係永久電磁體中之至少一者。在一例示性實施例中，擋板及PV窗中之至少一者可包括一亥姆霍茲線圈電磁體，諸如在擋板及PV窗中之至少一者前面之反應池腔室周緣之一超導線圈以提供自擋板及PV窗中之至少一者朝向線圈之一磁體梯度。在一實施例中，擋板及PV窗中之至少一者可包括一系列線圈，諸如一感應電磁泵之彼等線圈，其中該等線圈產生磁性熔融金屬之一行進力以致使其自擋板及PV窗中之至少一者之表面經泵送。在一實施例中，注入泵可包括一機械泵及一線性感應類型中之至少一者，其中藉由複數個同步經啟動電磁體或移動永久磁體中之至少一者形成之一行進磁場梯度產生用以泵送熔融金屬之力。同步可係為在電動馬達中使用且此項技術中已知之類型。由於磁場穿透諸如不銹鋼之金屬，因此除本發明之感應EM泵之陶瓷之外，EM泵管亦可包括此類金屬。

PV窗可抵抗由諸如鎵之熔融金屬潤濕。窗可抵抗存在於反應池腔室中之化合物(諸如金屬氧化物，諸如在鎵係熔融金屬之情形中之氧化鎵)之黏合。PV窗可包括一透明塗層。在一例示性實施例中，PV窗及PV塗層中之至少一者包括石英、鑽石、氮化鎵(GaN)、磷酸鎵(GaPO₄ )、立方鋯、藍寶石、一鹼金屬或鹼土金屬鹵化物(諸如MgF₂ )、石墨烯、透明鋰夾層多層石墨烯、一薄碳層(諸如石墨)、Teflon或其他非潤濕氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯或其他非潤濕透明聚合物、一薄氮化硼層(六方或立方BN)、透明六方氮化硼、透明氮化矽(諸如立方氮化矽)、一薄膜透明非潤濕金屬塗層(諸如W、Ta)或者一薄膜金屬氧化物或透明非潤濕金屬氧化物(諸如五氧化二鉭(Ta₂ O₅ )、氧化銦錫(其可進一步塗佈或摻雜有鎢氧化物)或氧化銦鎢(其可進一步塗佈或摻雜有鎢氧化物))。PV窗可包括：一石墨網格，其具有用於光之穿孔；或一碳纖維柵格或篩網，其具有抵抗熔融金屬之黏合同時准許光穿透之一密堆積編織物。PV窗可包括一類鑽碳(DLC)或鑽石塗層。諸如一透明結構材料(諸如石英、Pyrex、藍寶石、氧化鋯、氧化鉿或鎵磷酸鹽)之一結構材料可支撐DLC或鑽石塗層。PV窗可包括自清潔玻璃，諸如經TiO₂ 塗佈或蠟或其他疏水表面經塗佈玻璃。完全地或作為一塗層，PV窗可包括氮化鎵(GaN)。可經由在藍寶石、氧化鋅及碳化矽(SiC)上之金屬-有機蒸氣相磊晶(MOVPE)將GaN沈積為一GaN薄膜。

在一實施例中，PV窗包括：能夠在升高溫度下操作之一透明材料，諸如石英、熔融矽石、藍寶石或MgF₂ ；及用以使PV窗維持在塗氧化鎵之鎵不黏合之一高溫之一構件，諸如熱絕緣材料及一加熱器中之至少一者。一例示性溫度範圍係大約300℃至2000℃中之一者。

在一實施例中，PV窗及擋板中之至少一者可塗佈有Ga₂ O₃ 。PV窗及擋板中之至少一者可包括Ga₂ O₃ ，諸如透明β-Ga₂ O₃ 。PV窗及擋板中之至少一者可包括可係平坦的、圓頂的或呈另一所要幾何形式之一透明β-Ga₂ O₃ 窗格。在另一實施例中，PV窗及擋板可各自在避免形成氧化鎵之一組合物或相(引起由鎵潤濕)之條件下經操作。在一實施例中，避免Ga₂ O之一表面塗層。在一實施例中，在導致Ga₂ O分解之條件下操作窗。窗及擋板可各自在高於Ga₂ O之分解溫度(諸如高於500℃)之一溫度下經操作。

在一實施例中，PV窗及擋板中之至少一者可塗佈有不與鎵發生反應之一金屬之一薄透明層。例示性塗層可包括鎢及鉭中之至少一者。在一實施例中，可藉由諸如濺鍍之方法使金屬表面紋理化以控制表面之非潤濕。在一實施例中，金屬包括一金屬氧化物塗層以避免由鎵潤濕。

可藉由直接冷卻及間接冷卻中之至少一者使PV窗冷卻。間接冷卻可包括藉由傳熱至PV池陣列冷卻系統(諸如一水冷卻之熱交換器)進行之次級冷卻。該熱交換器可包括至少一個多通道板。可藉由冷卻至低於窗之故障溫度之一個範圍(諸如低於窗之結構材料及塗層(若存在)中之至少一者之故障溫度之一溫度)而控制PV窗溫度。可使溫度維持在大約50℃至1500℃、100℃至1000℃及100℃至500℃之至少一個範圍中。

PV窗可包括藉由最小化固體表面與液體金屬之間的接觸面積(此阻礙由諸如鎵之熔融或液體金屬進行之表面潤濕)而具有對抗液體鎵之一超疏液性質的一塗層。該塗層可進一步妨礙具有一個氧化鎵塗層之鎵之表面潤濕，否則將增強潤濕。例示性超疏液塗層係具有圖案化有聚二甲基矽氧烷(PDMS)微型柱陣列之一個多尺度表面之塗層及具有一垂直對準碳奈米管(具有分層微米/奈米尺度經組合結構)之塗層。碳奈米管可藉由壓印而轉移至撓性PDMS上，使得甚至在諸如拉伸及彎曲之機械變形下維持超疏液性質。另一選擇係，可藉由修改液體金屬自身之表面而操縱液體鎵之氧化物塗層。舉例而言，與HCl蒸氣之化學反應致使將液體鎵之經氧化表面(主要係Ga₂ O₃ /Ga₂ O)轉換為GaCl₃ ，從而引起非潤濕特性之恢復。在另一實施例中，可藉由以下方式中之至少一者達成未由液體金屬潤濕：用諸如Co、Ni、Fe或CoNiMnP之一鐵磁材料塗佈PV窗表面；及施加一磁場。

在一實施例中，窗或擋板可包括未用鎵潤濕但可在藉由與諸如氧氣或水蒸氣之一氧源之反應形成氧化鎵時潤濕之一塗層。可使反應池腔室中之諸如O₂ 或H₂ O蒸氣之氧源之蒸氣壓力維持在低於致使形成充足氧化物以引起鎵潤濕之一壓力之一所要壓力。可使氧源之壓力維持低於大約10托、1托、0.1托及0.01托之至少一個壓力。在其中水吸收於窗或擋板表面(諸如包括石英之窗或擋板表面)上之一實施例中，使窗或擋板溫度維持在高於引起充足水表面吸收以致使由鎵潤濕之一溫度之一所要溫度。歸因於水之鎵潤濕可由形成促進潤濕之充足氧化鎵而導致。針對反應池腔室5b31中之水之蒸氣壓力而調整用以阻止一所吸收水濃縮以准許鎵潤濕之經維持所要溫度。窗或擋板可包括一加熱器及一控制器以維持所要溫度從而阻止水之過吸收。另一選擇係，窗或擋板可包括一冷卻器或冷凍器，諸如一熱交換器，其中減少熱移除以達成阻止鎵潤濕之升高所要溫度。所要溫度可高於大約50℃、100℃、150℃、200℃、300℃、400℃及500℃之至少一個溫度。

PV窗可包括可係非透明的一抗潤濕劑之一薄塗層，諸如包括氟之一聚合物(諸如透明Teflon、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚四氟乙烯-全氟烷氧基共聚物(Teflon-PFA))及基於氟、碳或矽之聚合物或共聚物(諸如烯丙基烷氧基矽烷、氟代脂族烷氧基矽烷、氟代脂族甲矽烷基醚及氟化三甲氧基矽烷)。諸如一長鏈碳水化合物(諸如凡士林或蠟)之薄塗層可係半透明的。PV窗及PV窗塗層中之至少一者可包括一透明熱塑膠，諸如以下各項中之至少一者：聚碳酸脂(Lexan)、包括聚(甲基丙烯酸甲酯) (PMMA)之丙烯酸玻璃或Plexiglas (亦稱為丙烯酸或丙烯酸玻璃以及商標名Crylux、Plexiglas、Acrylite、Lucite及Perspex)、聚對酞酸乙二酯(PET)、非晶共聚酯(PETG)、聚氯乙烯(PVC)、液體聚矽氧橡膠(LSR)、環烯共聚物、聚乙烯、離子聚合物數值、透明聚丙烯、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯(SMMA)、苯乙烯丙烯腈樹脂(SAN)、聚苯乙烯(一般用途GPPS)及聚合甲基甲基丙烯酸酯丙烯腈丁二烯苯乙烯(MABS (透明ABS))。

之字形通道可阻止用具有將損壞一軟塗層之高動能及高溫度中之至少一者之顆粒直接轟擊PV窗或擋板。在包括一之字形通道之一PV窗或擋板之一實施例中，PV窗或擋板可塗佈有未由鎵潤濕之一表面，諸如一聚乙烯或Teflon。

在一實施例中，反應池腔室容納一運輸反應物，該運輸反應物與鎵及氧化鎵中之至少一者發生反應以在一第一溫度下形成一揮發性化合物，該揮發性化合物在一第二高溫度下熱分解。在一實施例中，揮發性化合物在第一溫度下形成於PV窗上且在以下位置中之一或多者中分解：在反應池腔室壁上、在反應腔室氣體中及在分數氫反應電漿中。所形成之揮發性化合物用於在一催化循環中清潔PV窗。運輸反應物可在其自PV窗之表面移除鎵及氧化鎵中之至少一者時連續地經消耗及再生。運輸反應物可形成具有201℃之一沸點之一揮發性鹵化物，諸如GaCl₃ 。運輸反應物可包括HCl、Cl₂ 或一有機鹵化物，諸如氯甲烷。運輸反應物可形成具有345℃之一沸點之一揮發性鹵化物，諸如GaI₃ 或Ga₂ I₆ 。運輸反應物可包括HI、I₂ 或一有機鹵化物，諸如碘甲烷。運輸反應物可包括形成一揮發性有機金屬鎵錯合物或化合物之一有機分子。有機運輸化合物可包括N、O或S。在一實施例中，運輸反應物包括與鎵及氧化鎵中之至少一者發生反應之一鹵化鎵，諸如GaCl₃ 。產物可係揮發性的。在一例示性實施例中，GaCl₃ 與鎵發生反應以形成四氯化二鎵(Ga₂ Cl₄ )。由於M.P. = 164℃且B.P = 535℃，因此可在諸如接近及高於沸點(BP)之用以維持充足Ga₂ Cl₄ 以清潔窗之一溫度下操作窗。運輸化合物可與Ga₂ O₃ 發生反應以形成係揮發性之Ga₂ O。運輸化合物可包括H₂ 。H₂ 可由可進一步用於清潔PV窗之一氣體射流供應。在一實施例中，運輸化合物係一原子、離子或元素。該元素可係鎵。鎵可與Ga₂ O₃ 發生反應以形成係揮發性之Ga₂ O。用以形成鎵次氧化物之反應在窗之較低溫度下係有利的。Ga₂ O可在反應池腔室中之電漿之較高溫度下(諸如在超過660℃之一溫度下)分解成Ga及Ga₂ O₃ 。在一實施例中，運輸元素係添加至鎵之鋁。鋁可形成氣態Al₂ O。在另一實施例中，可用鋁取代鎵。鋁可包括熔融金屬。可使運輸反應物自一熱區帶流動，在該熱區帶處藉由氣體射流系統使運輸反應物形成至PV窗表面，其中運輸反應物與PV窗表面上之鎵及氧化鎵中之至少一者發生反應。產物揮發以清潔窗。與運輸化合物或溶劑接觸之SunCell®組件(諸如反應池腔室及EM泵管)可包括抵抗運輸劑或溶劑之腐蝕之一材料，諸如GaCl₃ 或GaBr₃ 。SunCell®組件可包括抵抗鹵化物之腐蝕之例示性材料，石英或一沃思田不銹鋼(諸如316或SS 625)。包括一石英EM泵管之實施例可包括一感應EM泵。

在一實施例中，反應池腔室包括自PV窗移除所沈積材料(諸如鎵及氧化鎵)之一清潔化合物。該清潔化合物可包括用於鎵及氧化鎵中之至少一者之一溶劑。該溶劑可包括在PV窗之操作溫度下係一液體之一化合物。該清潔化合物可在反應池腔室之操作溫度下包括一氣體。該清潔化合物可凝結於PV窗上。該清潔化合物可進行以下操作中之至少一者：溶解、懸浮及運輸沈積於PV窗上之材料。SunCell®可進一步包括一氣體射流系統，諸如包括一氣體泵之氣體射流系統，該氣體泵具有一氣體入口及至少一個氣體出口，該至少一個氣體出口包括致使氣體撞擊至PV窗之內表面上之至少一個氣體噴嘴，其中氣體可具有用以磨損來自PV窗之所沈積材料之一高速度。該氣體射流系統可使反應池腔室氣體再循環。亦可藉由氣體射流用懸浮或溶解所沈積材料移除清潔化合物。清潔化合物可包括一無機化合物，諸如GaX₃ ，其中X係一鹵化物、F、Cl、Br或I中之至少一者。在一例示性實施例中，溴化鎵中之鎵金屬之溶解度(MP = 121.5℃，BP = 278.8℃)係14 莫耳% [M. A. Bredig，「Mixtures of metals with molten salts」，橡樹嶺國家實驗室，化學系，美國原子能量委員會，1963年，http://moltensalt.org/references/static/downloads/pdf/ORNL-3391.pdf]。因此，溴化鎵可溶解沈積於PV窗上之鎵。可藉由蒸發或藉由流而移除溶液。另一選擇係，清潔化合物可包括一有機化合物，諸如一溶劑。例示性溶劑係長鏈碳水化合物，諸如壬烷(BP = 151℃)、癸烷(BP = 174℃)、十一烷(BP = 196℃)、十二烷(BP = 216℃)、六甲基磷醯胺、二甲基亞碸、N,N’-四烷基脲DMPU (二甲基丙烯脲)、DMI (1,3-二甲-2-咪唑啶酮)、甲醇、異丙醇或其他溶劑，諸如具有來自適當地高沸點、使沈積於PV窗上之物種溶解或懸浮之能力及低表面張力之清單之至少一個性質之溶劑，使得其潤濕PV窗且使所沈積物種位移。清潔化合物可包括一金屬氫氧化物或金屬氧化物，諸如一鹼金屬氫氧化物或氧化物或者Mg、Zn、Co、Ni或Cu氫氧化物或氧化物以分別形成MGaO₂ (其中M係Li、Na、K、Rb、Cs中之一者)或一尖晶石(諸如MgGa₂ O₄ )。清潔化合物可包括複數個化合物，諸如一金屬氫氧化物或氧化物及金屬氧化物與氧化鎵之反應產物之溶劑(諸如水或一乙醇)。在一實施例中，可藉由以下方式中之至少一者來控制反應池腔室中之清潔化合物之蒸氣壓力：限制清潔化合物之莫耳數；及控制PV窗之溫度。可由與蒸氣接觸之最冷溫度錶面(諸如PV窗之表面)判定清潔化合物之蒸氣壓力。蒸氣壓力可係在PV窗之溫度下對應液體之蒸氣壓力。

在一實施例中，點火電力源可包括至少一個電容器以透過所注入熔融金屬提供一高電流突發。高電流可導致可使所注入熔融金屬流中斷之一強大衝擊波。在一實施例中，注入器管5k61包括在不同位置及角度之複數個噴嘴以減少由分數氫反應衝擊波對所注入熔融金屬流之中斷。在一實施例中，反應池腔室提供對由分數氫反應形成之壓力波之侷限。侷限可增加分數氫反應速率。

在一實施例中，高點火電流可導致電漿及所注入熔融金屬流中之至少一者之一不穩定性。該不穩定性可歸因於勞倫茲偏轉及高電流捏縮效應中之至少一者。可限制注入電流以避免不穩定性。另一選擇係，注入器可包括一噴嘴設計及複數個噴嘴中之至少一者以避免不穩定性。舉例而言，該複數個噴嘴可劃分電流以避免不穩定性。另一選擇係，可沿著平行及反平行路徑中之至少一者引導電流以消除不穩定性。在另一實施例中，可對熔融金屬注入速率進行增加、減小及終止中之至少一者以達成以下各項中之至少一者：控制分數氫反應速率；阻尼電漿不穩定性；及減少電流在熔融金屬流與電漿之間的劃分。在一實施例中，使電流流動穿過電漿以增強分數氫反應係有利的。藉由熔融金屬流使電流自電漿分流可藉由一旦起始電漿便減少或消除EM泵送而達成。在另一實施例中，可藉由增加可有利於離子再結合之熔融金屬注入速率而增加分數氫反應速率。SunCell®可包括複數個熔融金屬注入器，諸如EM泵，其中至少一個泵對反向電極進行注入且至少一個注入器可對反應池腔室進行注入。該複數個注入器可使熔融鎵循環且自反應池腔室中之熱點移除熱以避免對SunCell®之損壞。另外，可藉由控制點火功率而控制分數氫反應速率，該點火功率可經增加、減小或終止以相對於輸入功率控制功率輸出及功率增益。分數氫反應速率可隨輸入功率增加而增加，但增益可減少。

在一實施例中，可最初使諸如電壓、電流及功率之點火電漿參數中之至少一者維持在比在已形成電漿且已增加反應池腔室之溫度之後高之一值。可使諸如電壓及電流之至少一個點火功率參數維持在一高初始位準且然後在啟動電漿之後減小以使輸出功率增益改良為優於輸入功率。在一實施例中，一旦電漿對於分數氫反應變得充分熱，便可終止點火電流以在不存在點火功率之情況下維持電漿。為藉由減小池電阻而減小點火電壓，SunCell®可包括以下各項中之至少一者：(i)用以直接將電力供應至貯器5c中之熔融金屬之一高度導電匯流排條，(ii)一高度導電反向電極8或10，(iii)浸沒式電極，(iv)具有一大直徑之一噴嘴5q，及(v)一較短電極間隔。在包括鎵作為熔融金屬之一實施例(其中點火電流跨越注入器泵管)中，泵管可包括一金屬或塗層以避免藉由與EM泵管之金屬之反應而形成高電阻之一鎵合金層。例示性金屬及金屬塗層係不銹鋼、鉭、鎢及錸。在一實施例中，接觸鎵之至少一個SunCell®組件(諸如EM泵管5k6、注入器管5k61、鎵貯器5c中之匯流排條及電極8)可包括或塗佈有具有一緩慢鎵合金形成速率或鎵合金形成係不利的之一金屬，諸如不銹鋼、錸(Re)、鉭及鎢(W)中之至少一者。

在一實施例中，SunCell®包括一真空系統，該真空系統包括通往一真空管線之一入口、一真空管線、一阱及一真空泵。該真空泵可包括具有一高泵送速度之真空泵(諸如一根泵或捲動泵)且可進一步包括可與真空泵串聯或並聯連接(諸如在真空泵前面串聯連接)之用於水蒸氣之一阱。水阱可包括一吸水材料，諸如一固體乾燥劑或一低溫冷阱。在一實施例中，泵可包括一低溫泵、低溫過濾器或冷卻器中之至少一者以進行以下操作中之至少一者：使氣體在進入泵之前冷卻；及使至少一種氣體(諸如水蒸氣)凝結。為增加泵送容量及速率，泵送系統可包括連接至反應池腔室之複數個真空管線及連接至真空管線之一真空歧管，其中該歧管連接至真空泵。在一實施例中，去往真空管線之入口包括用於使反應池腔室中之熔融金屬顆粒停止進入真空管線之一屏蔽件。一例示性屏蔽件可包括在入口上方但自入口之表面凸起之一金屬板或圓頂以為自反應池腔室進入真空管線之氣體流提供一選擇性間隙。真空系統可進一步包括真空管線入口之一顆粒流限定器(諸如一組擋板)以允許氣體流同時阻擋顆粒流。

真空系統可具有以下能力中之至少一者：超高真空；及使一反應池腔室操作壓力維持在諸如大約0.01托至500托、0.1托至50托、1托至10托及1托至5托之至少一個低範圍中。可在以下各項中之至少一者之情形中使壓力維持為低：(i) H₂ 添加以及經供應為與H₂ 發生反應以形成HOH之痕量水或O₂ 的痕量HOH觸媒；及(ii) H₂ O添加。在諸如氬之惰性氣體亦供應至反應混合物之情形中，可使壓力維持在諸如大約100托至100 atm、500托至10 atm及1 atm至10 atm之至少一個高操作壓力範圍中，其中與其他反應池腔室氣體相比較，氬可係過量的。氬壓力可增加HOH觸媒及原子H中之至少一者之壽命且可阻止形成於電極處之電漿迅速地擴散使得增加電漿強度。

在一實施例中，反應池腔室包括用以藉由回應於反應池腔室中之壓力改變而改變體積來將反應池腔室壓力控制在一所要範圍內的一構件。該構件可包括：一壓力感測器；一機械可擴展區段；一致動器，其用以使該可擴展區段擴展及收縮；及一控制器，其用以控制藉由該可擴展區段之擴展及收縮而形成之差動體積。該可擴展區段可包括一波紋管。該致動器可包括一機械、氣動、電磁、壓電、液壓致動器及此項技術中已知之其他致動器。

在一實施例中，SunCell®可包括(i)一氣體再循環系統，其具有一氣體入口及一出口，(ii)一氣體分離系統，諸如能夠將一惰性氣體(諸如氬)、O₂ 、H₂ 、H₂ O、諸如GaX₃ (X = 鹵化物)或N_x O_y (x, y = 整數)之反應混合物之一揮發性物種及分數氫氣中之至少兩者之一混合物之至少兩種氣體分開之氣體分離系統，(iii)至少一個惰性氣體、O₂ 、H₂ 及H₂ O局部壓力感測器，(iv)流量控制器，(v)至少一個注入器，諸如一微注入器，諸如注入水之微注入器，(vi)至少一個閥，(vii)一泵，(viii)一排放氣體壓力及流量控制器，及(ix)一電腦，其用以維持惰性氣體、氬、O₂ 、H₂ 、H₂ O及分數氫氣壓力中之至少一者。再循環系統可包括一可半滲透薄膜以允許至少一種氣體(諸如分子分數氫氣)自經循環氣體經移除。在一實施例中，可在反應混合物之至少一種氣體可自出口流出且可透過一排氣口排放時使至少一種氣體(諸如惰性氣體)選擇性地再循環。惰性氣體可達成以下各項中之至少一者：增加分數氫反應速率；及增加反應池腔室中之至少一個物種離開排氣口之運輸速率。惰性氣體可增加過量水之排放速率以維持一所要壓力。惰性氣體可增加排放分數氫之速率。在一實施例中，諸如氬之一惰性氣體可由一類惰性氣體替換，該類惰性氣體係以下情形中之至少一者：可容易地自周圍大氣獲得；及容易地排放至周圍大氣中。類惰性氣體可具有與反應混合物之一低反應性。類惰性氣體可自大氣獲得且經排放，而非由再循環系統再循環。類惰性氣體可由可容易地自大氣獲得且可排放至大氣之一氣體形成。惰性氣體可包括可在流動至反應池腔室中之前與氧分開之氮。另一選擇係，空氣可用作一惰性氣體源，其中可自一源使氧與碳發生反應以形成二氧化碳。氮及二氧化碳中之至少一者可用作類惰性氣體。另一選擇係，可藉由與諸如鎵之熔融金屬之反應而移除氧。可在一鎵再生系統(諸如藉由氫氧化鈉水溶液與氧化鎵之反應形成五倍子酸鈉且將五倍子酸鈉電解為鎵金屬及經排放之氧之鎵再生系統)中再生所得氧化鎵。

在一實施例中，可在添加反應物H₂ 、O₂ 及H₂ O中之至少一者之情況下顯著地關閉而操作SunCell®，其中反應池腔室大氣包括反應物以及一惰性氣體(諸如氬)。可使惰性氣體維持在諸如在10托至100 atm之範圍中之一升高壓力。大氣可係以下方式中之至少一者經排放或由再循環系統再循環：連續地及週期性地或間斷地。排放可移除過量氧。與H₂ 一起添加反應物O₂ 可使得O₂ 係一次要物種且在O₂ 與過量H₂ 一起經注入至反應池腔室中時基本上形成HOH觸媒。一氣炬可注入H₂ 與O₂ 混合物，該H₂ 與O₂ 混合物立即發生反應以形成HOH觸媒及過量H₂ 反應物。在一實施例中，可藉由以下方式中之至少一者至少部分地自氧化鎵釋放過量氧：氫還原、電解還原、熱分解以及歸因於Ga₂ O之揮發性之蒸發及昇華中之至少一者。在一實施例中，存在以下情況中之至少一者：可控制氧庫存；及可至少部分地准許氧庫存藉由在存在氫之情況下使氧間斷地流動至反應池腔室中而形成HOH觸媒。在一實施例中，可藉由與所添加H₂ 之反應而使氧庫存作為H₂ O進行循環。在另一實施例中，過量氧庫存可作為Ga₂ O₃ 經移除且藉由本發明之構件(諸如藉由本發明之撇渣器及電解系統中之至少一者)而再生。過量氧之源可係O₂ 添加及H₂ O添加中之至少一者。

在一實施例中，可至少部分地藉由控制泵送速率及再循環速率中之至少一者而控制反應池腔室中之氣體壓力。可藉由受一壓力感測器及一控制器控制之一閥來控制此等速率中之至少一者。用以控制氣體流之例示性閥係回應於一較高及一較低目標壓力而打開及關閉之螺線管閥以及可變流量限定閥(諸如受一壓力感測器及一控制器控制以維持一所要氣體壓力範圍之蝶形閥及節流閥)。

在一實施例中，可藉由歸因於Ga₂ O揮發性之蒸發及昇華中之至少一者而自反應池腔室移除諸如Ga₂ O之氧化鎵。可藉由使氣體流動穿過反應池腔室及維持一低壓力(諸如低於大氣之壓力)之至少一個方法達成移除。可藉由本發明之再循環器維持氣體流。可藉由本發明之真空泵送系統維持低壓力。氧化鎵可凝結在本發明之凝結器中且返回至反應池腔室。另一選擇係，可將氧化鎵捕集於一過濾器或阱(諸如一低溫冷阱)中，該氧化鎵可自該過濾器或阱經移除且藉由本發明之系統及方法而再生。該阱可在再循環器之至少一個氣體管線中。在一實施例中，可將Ga₂ O捕集於真空系統之阱中，其中該阱可包括一過濾器、一低溫冷阱及一靜電沈澱器中之至少一者。該靜電沈澱器可包括高電壓電極以維持一電漿從而使Ga₂ O顆粒帶靜電且捕集帶電顆粒。在一例示性實施例中，至少一組電極中之每一組可包括一導線(其可產生使Ga₂ O顆粒帶負靜電之一冠狀放電)及一帶正電收集電極(諸如使帶電顆粒自來自反應池腔室之氣體流沈澱之一板或管電極)。可藉由此項技術中已知之一手段(諸如機械地)自每一收集器電極移除Ga₂ O顆粒，且可將Ga₂ O轉換為鎵且回收。可藉由本發明之系統及方法(諸如藉由NaOH溶液中之電解)自Ga₂ O再生鎵。

靜電沈澱器(ESP)可進一步包括用以使至少一個所要物種自來自反應池腔室之氣體流沈澱且使其返回至反應池腔室之一構件。沈澱器可包括一運輸構件(諸如本發明或此項技術中已知之一螺旋鑽、運送帶、氣動、機電或其他運輸構件)以將由沈澱器收集之顆粒往回運輸至反應池腔室。沈澱器可安裝於包括藉由重力流使所要顆粒返回至反應池腔室之一回流器的真空管線之一部分中，其中顆粒可藉由重力流(諸如真空管線中之流)經沈澱且往回流動至反應池腔室。真空管線可垂直地定向於至少一個部分中，此允許所要顆粒經歷重力返回流。

在一例示性所測試實施例中，在具有4 ml/分鐘H₂ O注入之情況下使反應池腔室維持在大約1至2 atm之一壓力範圍。DC電壓係大約30 V且DC電流係大約1.5 kA。反應池腔室係一6英吋直徑不銹鋼球體，諸如容納3.6 kg之熔融鎵之圖25中所展示之不銹鋼球體。電極包括一DC EM泵之一1英吋浸沒式SS噴嘴及一反向電極，該反向電極包括具有由一BN底座覆蓋之一1 cm直徑引線之一4 cm直徑、1 cm厚W圓盤。EM泵速率係大約30至40 ml/s。藉助一浸沒式噴嘴使鎵極化為正，且使W底座電極極化為負。藉由EM泵注入器使鎵很好地混合。SunCell®輸出功率係使用鎵及SS反應器之質量、比熱及溫度上升之乘積量測之大約85 kW。

在另一所測試實施例中，使2500 sccm H₂ 及25 sccm O₂ 流動穿過保持於與H₂ 及O₂ 氣體入口以及反應池腔室成一直線之一外部腔室中之大約2g之10% Pt/Al₂ O₃ 珠粒。另外，在應用主動真空泵送之同時使氬以維持50托腔室壓力之一速率流動至反應池腔室中。DC電壓係大約20 V且DC電流係大約1.25 kA。SunCell®輸出功率係使用鎵及SS反應器之質量、比熱及溫度上升之乘積量測之大約120 kW。

在一實施例中，再循環系統或再循環器(諸如能夠在低於大氣壓力、處於大氣壓力及高於大氣壓力中之一或多者下操作之惰性氣體再循環系統)可包括：(i)一氣體推進器，諸如一真空泵、一壓縮機及一鼓風機中之至少一者，其用以使來自反應池腔室之至少一種氣體再循環，(ii)再循環氣體管線，(iii)一分離系統，其用以移除諸如分數氫及氧之排放氣體，及(iv)一反應物供應系統。在一實施例中，氣體推進器能夠泵送來自反應池腔室之氣體，透過分離系統推動該氣體以移除排放氣體，且使所再生氣體返回至反應池腔室。氣體推進器可包括作為同一單元的泵、壓縮機及鼓風機中之至少兩者。在一實施例中，泵、壓縮機、鼓風機或其組合可包括一低溫泵、低溫過濾器或冷卻器中之至少一者以進行以下操作中之至少一者：使氣體在進入氣體推進器之前冷卻；及使至少一種氣體(諸如水蒸氣)凝結。再循環氣體管線可包括自真空泵至氣體推進器之一管線、自氣體推進器至用以移除排放氣體之分離系統之一管線，及自用以移除排放氣體之分離系統至可與反應物供應系統連接之反應池腔室之管線。一例示性反應物供應系統包括至少一個套管節以及去往反應池腔室之線路以及用於惰性氣體(諸如氬)、氧、氫及水中之至少一者之至少一個反應混合物氣體補充管線。與H₂ 一起添加反應物O₂ 可使得O₂ 係一次要物種且在O₂ 與過量H₂ 一起經注入至反應池腔室中時基本上形成HOH觸媒。一氣炬可注入H₂ 與O₂ 混合物，該H₂ 與O₂ 混合物立即發生反應以形成HOH觸媒及過量H₂ 反應物。反應物供應系統可包括連接至反應混合物氣體供應管線之一氣體歧管及通往反應池腔室之一流出管線。

用以移除排放氣體之分離系統可包括一低溫過濾器或低溫冷阱。用以自再循環氣體移除分數氫產物氣體之分離系統可包括一可半滲透薄膜以藉由跨越薄膜自再循環氣體擴散至大氣或一排放腔室或流而選擇性地排放分數氫。再循環器之分離系統可包括自再循環氣體移除氧之一氧洗滌器系統。洗滌器系統可包括一容器及該容器中與氧發生反應之一吸氣劑或吸收劑(諸如一金屬，諸如一鹼金屬、一鹼土金屬或鐵)中之至少一者。另一選擇係，吸收劑(諸如活化木炭或此項技術中已知之另一氧吸收體)可吸收氧。木炭吸收劑可包括可密封於一氣體可滲透卡匣(諸如可商購之氣體可滲透卡匣)中之一木炭過濾器。該卡匣可係可移除的。洗滌器系統之氧吸收劑可週期性地經替換或藉由此項技術中已知之方法來再生。再循環系統之一洗滌器再生系統可包括一或多個吸收劑加熱器及一或多個真空泵中之至少一者。在一例示性實施例中，對木炭吸收劑進行以下操作中之至少一者：由加熱器加熱；及藉由真空泵經受一所施加真空以釋放經排放或收集之氧，且重新使用所得所再生木炭。來自SunCell®之熱可用於再生吸收劑。在一實施例中，SunCell®包括至少一個熱交換器、一冷卻劑泵及一冷卻劑流迴路，該冷卻劑流迴路用作一洗滌器加熱器以再生諸如木炭之吸收劑。該洗滌器可包括一大體積及面積以有效地洗滌同時不顯著地增加氣體流阻力。可藉由連接至再循環管線之氣體推進器維持流。可使木炭冷卻以更有效地吸收待自再循環氣體(諸如包括諸如氬之惰性氣體之一混合物)洗滌之物種。諸如木炭之氧吸收劑亦可洗滌或吸收分數氫氣。分離系統可包括複數個洗滌器系統，每一洗滌器系統包括(i)一腔室，其能夠維持一氣體密封，(ii)一吸收劑，其用以移除諸如氧之排放氣體，(iii)入口及出口閥，其可隔離腔室與再循環氣體管線且隔離再循環氣體管線與腔室，(iv)諸如一機器人機構之一構件，其受一控制器控制以將腔室與再循環管線連接及斷開連接，(v)用以再生吸收劑之一構件，諸如一加熱器及一真空泵，其中加熱器及真空泵可係共用的以使至少一個其他洗滌器系統在其再生期間再生，(v)一控制器，其用以控制第n個洗滌器系統之斷開連接、第n +1個洗滌器系統之連接及第n個洗滌器系統之再生，而第n + 1個洗滌器系統用作一主動洗滌器系統，其中可使該複數個洗滌器系統中之至少一者再生，而至少一個其他洗滌器系統可主動地洗滌或吸收所要氣體。洗滌器系統可准許在封閉排放條件下在具有週期性受控制排放或氣體回收之情況下操作SunCell®。在一例示性實施例中，可藉由加熱至不同溫度而自吸收劑(諸如活化碳)單獨收集氫及氧，在該等不同溫度下大約單獨地釋放對應氣體。

在包括一惰性氣體、氫及氧之一反應池腔室氣體混合物之一實施例(其中反應池腔室氣體之惰性氣體之局部壓力超過氫之局部壓力)中，由於諸如氬之惰性氣體之反應物濃度稀釋效應，可增加氧局部壓力以補償氫與氧之間的經減小反應速率從而形成HOH觸媒。在一實施例中，可在與諸如氬之惰性氣體組合之前形成HOH觸媒。可藉由一再結合器或燃燒器(諸如一再結合器觸媒)、一電漿源或一熱表面(諸如一細絲)致使氫及氧發生反應。再結合器觸媒可包括：支撐於一陶瓷支撐體上之一貴金屬，諸如氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、矽石或沸石粉末或珠粒上之Pt、Pd或Ir；本發明之另一支撐型再結合器觸媒；或一解離劑，諸如雷氏Ni、Ni、鈮、鈦或呈提供一高表面積之一形式(諸如粉末、墊子、編織物或布)的本發明之其他解離劑金屬或此項技術中已知之解離劑。一例示性再結合器包括Al₂ O₃ 珠粒上之10 wt% Pt。電漿源可包括一輝光放電、微波電漿、電漿炬、電感或電容耦合之RF放電、介電障壁放電、壓電直接放電、聲學放電或本發明或此項技術中已知之另一放電池。熱細絲可包括一熱鎢細絲、一Pt上之Pt或Pd黑細絲或此項技術中已知之另一催化細絲。

諸如水、氫、氧及一惰性氣體中之至少一者之反應混合物物種之入口流可係連續的或間斷的。可控制入口流率及一排放或真空流率以達成一所要壓力範圍。入口流可係間斷的，其中可使流在一所要範圍之最大壓力處停止且在該所要範圍之一最小值處開始。在反應混合物氣體包括諸如氬之高壓力惰性氣體之一情形中，反應池腔室可經抽空，用反應混合物填充，且在大約靜止排放流條件下運行，其中在連續或間斷流條件下維持諸如水、氫及氧中之至少一者之反應物之入口流以將壓力維持在所要範圍中。另外，可使惰性氣體以一經濟上切實可行流率及一對應排放泵送速率流動，或可由再循環系統或再循環器使惰性氣體再生或洗滌及再循環。

反應池腔室5b31氣體可包括H₂ 、一惰性氣體(諸如氬)、O₂ 及H₂ O以及氧化物(諸如CO₂ )之中之至少一者。在一實施例中，反應池腔室5b31中之壓力可低於大氣。該壓力可在大約1豪托至750托、10豪托至100托、100豪托至10托及250豪托至1托之至少一個範圍中。SunCell®可包括一水蒸氣供應系統，該水蒸氣供應系統包括：一水貯器，其具有加熱器及一溫度控制器；一通道或導管；及一閥。在一實施例中，反應池腔室氣體可包括H₂ O蒸氣。可藉由控制水貯器之溫度由與反應池腔室連接之外部水貯器透過通道供應水蒸氣，其中水貯器可係水蒸氣供應系統之最冷組件。水貯器之溫度可基於作為溫度之一函數的水之局部壓力而控制水蒸氣壓力。水貯器可進一步包括一冷凍器以降低蒸氣壓力。水可包括一添加劑，諸如一溶解化合物(諸如一鹽，諸如NaCl或其他鹼金屬或鹼土金屬鹵化物)、一吸收劑(諸如沸石)、形成一水合物之一材料或化合物或者熟習此項技術者已知之減小蒸氣壓力之另一材料或化合物。用以降低蒸氣壓力之例示性機制係藉由依數性效應或鍵合相互作用。在一實施例中，水蒸氣壓力源可包括可裝納在一貯器中且透過一導管供應至反應池腔室5b31之冰。該冰可具有一高表面積以增加自冰形成HOH觸媒及H之速率以及分數氫反應速率中之至少一者。該冰可呈精細切屑之形式以增加表面積。可使冰維持在低於0℃之一所要溫度以控制水蒸氣壓力。可使諸如H₂ 及氬中之至少一者之一載體氣體流動穿過冰貯器且流動至反應池腔室中。亦可藉由控制載體氣體流率而控制水蒸氣壓力。

液體H₂ O中之H₂ 之莫耳濃度當量係55莫耳/公升，其中在STP下之H₂ 氣體佔據22.4公升。在一實施例中，將H₂ 作為一反應物供應至反應池腔室5b31從而以包括液體水及蒸汽中之至少一者之一形式形成分數氫。SunCell®可包括液體水及蒸汽中之至少一者之至少一個注入器。注入器可包括水及蒸汽射流中之至少一者。進入反應池腔室之注入器孔口可係小的以阻止回流。注入器可包括一抗氧化耐火材料，諸如一陶瓷或本發明之另一者。SunCell®可包括水及蒸汽中之至少一者之一源及一壓力與流量控制系統。在一實施例中，SunCell®可進一步包括一超音波發生器、原子化器、霧化器或噴霧器以產生可挾帶於一載體氣體流中且流動至反應池腔室中之小水微滴。該超音波發生器可包括一振動器及一壓電裝置中之至少一者。可藉由控制水蒸氣源之溫度或自源至反應池腔室之一流導管之溫度來控制一載體氣體流中之水之蒸氣壓力。在一實施例中，SunCell®可進一步包括一氫源及一氫再結合器(諸如一CuO再結合器)以藉由使氫流動穿過再結合器(諸如一經加熱氧化銅再結合器)而將水添加至反應池腔室5b31，使得所產生水蒸氣流動至反應池腔室中。在另一實施例中，SunCell®可進一步包括一蒸汽注入器。該蒸汽注入器可包括：一控制閥及一控制器中之至少一者，其用以控制蒸汽及池氣體中之至少一者進入蒸汽注入器之流量；通往一會聚噴嘴之一氣體入口；一會聚-發散噴嘴；一組合錐，其可與一水源及一溢流出口連接；一水源；一溢流出口；一遞送錐；及一止回閥。控制閥可包括可由一定時器、感測器(諸如一池壓力或水感測器)或一手動啟動器控制之一電子螺線管或其他電腦控制之閥。在一實施例中，SunCell®可進一步包括一泵以注入水。可透過一窄剖面導管(諸如一細皮下注射針)遞送水，使得來自SunCell®之熱不使泵中之水沸騰。泵可包括一注射泵、蠕動泵、計量泵或此項技術中已知之其他泵。注射泵可包括複數個注射器，使得至少一個注射器可在另一注射器進行注入時進行再填充。注射泵可由於導管之小得多之剖面(相對於注射器之活塞)而放大導管中之水之力。可對導管進行以下操作中之至少一者：散熱及冷卻以阻止泵中之水沸騰。

在一實施例中，藉由以下方式控制反應池腔室反應池混合物：藉由控制反應物之注入速率及控制自反應池腔室5b31排放反應混合物及產物之過量反應物之速率之至少一個手段而控制反應池腔室壓力。在一實施例中，SunCell®包括一壓力感測器、一真空泵、一真空管線、一閥控制器及一閥，諸如回應於處理由感測器量測之壓力之控制器而對自反應池腔室至真空泵之真空管線打開及關閉的一壓力啟動閥，諸如一螺線管閥或一節流閥。該閥可控制反應池腔室氣體之壓力。該閥可保持關閉直至池壓力達到一第一高設定點，然後該閥可經啟動以係打開的，直至藉由真空泵使壓力下降至一第二低設定點，此可致使啟動閥以關閉。在一實施例中，控制器可控制至少一個反應參數(諸如反應池腔室壓力、反應物注入速率、電壓、電流及熔融金屬注入速率)以維持一非脈衝或大約穩定或連續電漿。

在一實施例中，SunCell®包括一壓力感測器、反應混合物之至少一種反應物或物種之一源(諸如H₂ O、H₂ 、O₂ 及惰性氣體(諸如氬)之一源)、一反應物管線、一閥控制器及一閥，諸如回應於處理由感測器量測之壓力之控制器而對自反應混合物之至少一種反應物或物種之源及反應池腔室之反應物管線打開及關閉之一壓力啟動之閥，諸如一螺線管閥或一節流閥。該閥可控制反應池腔室氣體之壓力。該閥可保持打開直至池壓力達到一第一高設定點，然後該閥可經啟動以關閉直至藉由真空泵使壓力下降至一第二低設定點，此可致使啟動閥以打開。

在一實施例中，SunCell®可包括一注入器，諸如一微型泵。該微型泵可包括一機械或非機械裝置。例示性機械裝置包括移動部件，該等移動部件可包括致動及微閥薄膜及翻板。可藉由利用來自壓電、靜電、熱-氣動、氣動及磁性效應之群組之至少一個效應而產生微型泵之驅動力。非機械泵可與電流體動力、電滲、電化學、超音波、毛細管、化學機構及此項技術中已知之另一流產生機構中之至少一者聯合。微型泵可包括一壓電、電滲、隔板、蠕動、注射器及無閥微型泵以及一毛細管及一化學動力泵及此項技術中已知之另一微型泵中之至少一者。諸如一微型泵之注入器可連續地供應諸如水之反應物，或其可諸如以一脈衝模式間斷地供應反應物。在一實施例中，一水注入器包括一泵(諸如一微型泵)、至少一個閥及一水貯器中之至少一者，且可進一步包括一冷卻器或一延伸導管以使及閥用於反應池腔室之水貯器移開一充分距離，以避免預注入水之過加熱或沸騰。

SunCell®可包括一注入控制器及至少一個感測器，諸如記錄壓力、溫度、電漿傳導率或其他反應氣體或電漿參數之感測器。可藉由使用來自至少一個感測器之輸入來實現所要功率同時避免由過功率引起之對SunCell®之損壞的控制器來控制注入序列。在一實施例中，SunCell®包括複數個注入器(諸如水注入器)以對反應池腔室內之不同區域進行注入，其中由控制器啟動注入器以使電漿熱點之位置即時交替以避免對SunCell®之損壞。注入可係間斷的、週期性間斷的、連續的或包括達成所要功率、增益及效能最佳化之任何其他注入模式。

SunCell®可包括回應於泵之注入及填充而打開及關閉之閥，諸如泵入口及出口閥，其中打開或關閉之入口及出口閥狀態可彼此異相180°。泵可形成比反應池腔室壓力高之一壓力以達成注入。在泵注入易於受反應池腔室壓力影響之事件中，SunCell®可包括反應池腔室與將水供應至泵之貯器之間的一氣體連接以使泵之頭部壓力與反應池腔室之壓力動態地匹配。

在其中反應池腔室壓力低於泵壓力之一實施例中，泵可包括至少一個閥以在泵閒置時達成去往反應池腔室之流之停止。泵可包括至少一個閥。在一例示性實施例中，一蠕動微型泵包括串聯之至少三個微型閥。順序地打開及關閉此三個閥以便在稱為蠕動之一程序中將流體自入口拉動至出口。在一實施例中，閥可係主動的，諸如一螺線管形或壓電止回閥，或其可被動地起作用，藉此藉由背壓力關閉閥，諸如一止回閥(諸如一球形、擺動、線圖或鴨嘴形止回閥)。

在其中一壓力梯度存在於待注入至反應池腔室中之水源與反應池腔室之間之一實施例中，泵可包括可週期性地180°異相打開及關閉之兩個閥，一貯器閥及一反應池腔室閥。可藉由具有一所要注入體積之一泵腔室將該等閥分開。在反應池腔室閥關閉之情況下，貯器閥可對水貯器打開以填充泵腔室。在貯器閥關閉之情況下，反應池腔室閥可打開以致使將所要體積之水注入至反應池腔室中。可藉由壓力梯度而驅動流動至泵腔室中及自泵腔室流出。可藉由控制泵腔室之體積及同步閥打開及關閉之週期而控制水流率。在一實施例中，水微型注入器可包括兩個閥，去往一微腔室或大約10ul至15 ul體積之一入口及出口閥，每一閥機械地鏈接且關於打開及關閉係180°異相。可由一凸輪機械地驅動該等閥。

在另一實施例中，諸如H₂ 、O₂ 、一惰性氣體及水中之至少一者之反應池混合物之另一物種可替換水或係除水以外。在流動至反應池腔室中之物種在室溫下係一氣體之情形中，SunCell®可包括一質量流量控制器以控制氣體之輸入流。

在其中一壓力梯度存在於待注入至反應池腔室中之水源與反應池腔室之間的另一實施例中，可透過諸如以下各項中之至少一者之一流率控制器或限定器連續地供應入口水流：(i)一針閥，(ii)一窄或小ID管，(iii)一吸濕材料，諸如纖維素、棉花、聚乙二醇或此項技術中已知之另一吸濕材料，及(iv)一可半滲透薄膜，諸如陶瓷薄膜、一熔塊或此項技術中已知之另一可半滲透薄膜。除諸如一針閥之另一限定器之外，諸如棉花之該吸濕材料亦可包括一填料且可用於限定流。SunCell®可包括用於吸濕材料或可半滲透薄膜之一固持器。流限定器之流率可經校準，且真空泵及壓力控制之排放閥可進一步維持一所要動態腔室壓力及水流率。在另一實施例中，諸如H₂ 、O₂ 、一惰性氣體及水中之至少一者之反應池混合物之另一物種可替換水或係除水以外。在流動至反應池腔室中之物種在室溫下係一氣體之情形中，SunCell®可包括一質量流量控制器以控制氣體之輸入流。

在一實施例中，在一反應池腔室真空下操作之注入器可包括一流限定器，諸如一針閥或窄管，其中控制長度及直徑以控制水流率。一例示性小直徑管注入器包括與用於ESI-ToF注入系統之注入器類似之注入器，諸如具有在大約25 um至300 um之範圍中之一ID之注入器。流限定器可與至少一個其他注入器元件(諸如一閥或一泵)組合。在一例示性實施例中，藉助諸如一注射泵之一泵控制小直徑管之水頭部壓力。可藉助自管至反應池腔室之一閥進一步控制注入速率。可藉由將在水表面上方之一氣體加壓而施加頭部壓力，其中氣體係可壓縮的且水係不可壓縮的。可由一泵施加氣體加壓。可藉由管直徑、長度、頭部壓力以及閥打開及關閉頻率及工作循環中之至少一者而控制水注入速率。管直徑可在大約10 um至10 mm之範圍中，長度可在大約1 cm至1 m之範圍中，頭部壓力可在大約1托至100 atm之範圍中，閥打開及關閉頻率可在大約0.1 Hz至1 kHz之範圍中，且工作循環可在大約0.01至0.99之範圍中。

在一實施例中，SunCell®包括諸如氫氣之一氫源及諸如氧氣之一氧源。氫源及氧源中之至少一者包括至少一或多個氣體罐、流量調節器、壓力計、閥及通往反應池腔室之氣體管線。在一實施例中，自氫及氧之燃燒產生HOH觸媒。可使氫氣及氧氣流動至反應池腔室中。諸如氫及氧中之至少一者之反應物入口流可係連續的或間斷的。可控制流率及一排放或真空流率以達成一所要壓力。入口流可係間斷的，其中可使流在一所要範圍之最大壓力處停止且在該所要範圍之一最小值處開始。可控制H₂ 壓力及流率以及O₂ 壓力及流率中之至少一者以使HOH及H₂ 濃度或局部壓力中之至少一者維持在一所要範圍中以控制且最佳化來自分數氫反應之功率。在一實施例中，氫庫存及流量中之至少一者可顯著大於氧庫存及流量。H₂ 對O₂ 之局部壓力與H₂ 對O₂ 之流率的比率中之至少一者可在大約1.1至10,000、1.5至1000、1.5至500、1.5至100、2至50及2至10之至少一個範圍中。在一實施例中，可使總壓力維持在支援初生HOH及原子H之一高濃度之一範圍中，諸如在大約1毫托至500托、10毫托至100托、100毫托至50托及1托至100托之至少一個壓力範圍中。在一實施例中，可使貯器及反應池腔室中之至少一者維持在比羥基氧化鎵及氫氧化鎵中之至少一者之分解溫度大之一操作溫度。該操作溫度可在大約200℃至2000℃、200℃至1000℃及200℃至700℃之至少一個範圍中。在抑制羥基氧化鎵及氫氧化鎵形成之情形中，可將水庫存控制在氣體狀態中。

在一實施例中，SunCell®包括一氣體混合器以混合流動至反應池腔室中之至少兩種氣體，諸如氫及氧。在一實施例中，用於水之微量注入器包括混合氫與氧之混合器，其中混合物在其進入反應池腔室時形成HOH。該混合器可進一步包括至少一個質量流量控制器，諸如用於每一氣體或一氣體混合物(諸如一預混合氣體)之質量流量控制器。該預混合氣體可包括在其所要莫耳比率中之每一氣體，諸如包括氫及氧之一混合物。一H₂ -O₂ 混合物之H₂ 莫耳百分比可顯著過量，諸如在O₂ 之莫耳百分率之大約1.5至1000倍之一莫耳比範圍中。質量流量控制器可控制氫及氧流及後續燃燒以形成HOH觸媒，使得進入反應池腔室之所得氣體流包括過量氫及HOH觸媒。在一例示性實施例中，H₂ 莫耳百分率在HOH之莫耳百分比之大約1.5至1000倍之範圍中。該混合器可包括一氫-氧氣炬。該氣炬可包括此項技術中已知之一設計，諸如一商業氫-氧氣炬。在例示性實施例中，藉由氣炬注入器混合O₂ 與H₂ 以致使O₂ 發生反應以在H₂ 流內形成HOH從而避免氧與鎵池組件或電解質發生反應以溶解氧化鎵從而藉由原位電解(諸如NaI電解質或本發明之另一者)促進其再生為鎵。另一選擇係，藉由供應氣炬之一單個流量控制器而非兩個流量控制器使包括至少十倍莫耳過量之氫之一H₂ -O₂ 混合物流動至反應池腔室中。

將氫作為H₂ 氣體供應至反應池腔室而非藉由使H₂ O與鎵發生反應以形成H₂ 及Ga₂ O₃ 而將水作為H₂ 源可減少所形成之Ga₂ O₃ 量。包括一氣體混合器之水微量注入器可具有由於能夠相比於液體流更精確地控制氣體流而允許以非常低流率注入精確量之水之能力的一有利特性。此外，與包括複數個氫鍵水分子之整體水及蒸汽相比較，O₂ 與過量H₂ 之反應可形成大約100%初生水作為一初始產物。在一實施例中，使鎵維持在小於100℃之一溫度，使得鎵可具有一低反應性以藉由形成氧化鎵而消耗HOH觸媒。可藉由一冷卻系統(諸如包括用於貯器及反應池腔室中之至少一者之一熱交換器或一水浴之冷卻系統)使鎵維持在低溫。在一例示性實施例中，在高流率H₂ 及痕量O₂ 流(諸如99% H₂ /1% O₂ )之條件下操作SunCell®，其中可使反應池腔室壓力維持為低，諸如在大約1至30托之壓力範圍中，且可控制流率以產生所要功率，其中藉由形成H₂ (1/4)產生之理論上最大功率可係大約1 kW/30 sccm。可藉由原位氫電漿及電解還原來還原任何所得氧化鎵。在能夠產生75 kW之一最大過量功率之一例示性實施例(其中真空系統能夠達成超高真空)中，操作條件係關於無氧化物鎵表面、諸如大約1至5托之低操作壓力以及高H₂ 流量(諸如大約2000 sccm)及作為大約10至20 sccm氧透過一氣炬注入器供應之痕量HOH觸媒。

在一實施例中，襯裡、反應池腔室壁及貯器壁中之至少一者包括係以下各項中之至少一者之一材料：表現得與一氫解離劑一樣；具有一低氫再結合係數或低再結合容量；及在SunCell®之操作溫度範圍下(諸如在大約25℃至3500℃、75℃至2000℃、100℃至1500℃、100℃至1000℃、100℃至600℃及100℃至400℃之至少一個範圍中)抵抗來自鎵之攻擊。由於不同材料具有作為溫度之一函數而改變之不同H原子再結合速率，因此可在最佳化原子氫濃度之一溫度範圍中操作SunCell®。可用作SunCell®組件(諸如反應池腔室壁、貯器及EM泵管中之至少一者)或者SunCell®組件之塗層、鍍覆金屬或包覆層的抵抗鎵之攻擊之例示性材料包括不銹鋼、Inconel 625、Nb-5 Mo-1 Zr合金、鋯705、SS (包括大約0.04 wt% C、0.4 wt% Si、1.4 wt% Mn、0.03 wt% P、18 wt% Cr、8.1 wt% Ni及0.045% N)、類型347 Cr-Ni鋼與430 Cr鋼、Ta、W、鈮、鋯、錸、一陶瓷(諸如BN、石英、氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯、矽石、富鋁紅柱石、石墨及碳化矽)及此項技術中已知之其他耐性材料，諸如以引用方式併入本文中之以下各項中所給出之彼等：L. R. Kelman，W. D. Wilkinson及F. L. Yagee，在Resistance of Materials to Attack by Liquid Metals中，阿貢國家實驗室報告# ANL-4417 (1950)；P. R. Luebbers，W. F. Michaud及O. K. Chopra，Compatibility of ITER Candidate Structural Material with Static Gallium，阿貢國家實驗室報告# ANL-93/31，1993年12月。在一實施例中，反應池腔室壁材料、一壁塗層或襯裡中之至少一者經選擇以用於藉由增加解離及減少H再結合成H₂ 分子之至少一個機制而促進原子氫。在一實施例中，材料可包括一分子氫解離劑，諸如一貴金屬(諸如雷氏鎳、Pt、Pd、Ir、Ru、Rh或Re)、一稀土金屬、Co、石英支撐之Co、雷氏Ni、Ni、Cr、Ti、Co、Nb或Zr。解離劑金屬可由一陶瓷或另一金屬(諸如尺寸上穩定之陽極，諸如支撐於鈦上之錸或此項技術中已知之另一者)支撐，該陶瓷或另一金屬可達成以下各項中之至少一者：抵抗與鎵形成一合金；及能夠在反應池腔室(該陶瓷或另一金屬安裝於其中)之操作溫度下操作。可包括襯裡、反應池腔室壁及貯器壁(亦可抵抗與鎵形成一合金)中之至少一者之例示性解離劑係鉭、鈦、鈮、錸、鉻、不銹鋼(SS)、類型347 SS、類型430 SS、具有高鉻含量之麻田散鐵不銹鋼(諸如Fe-17Cr-1Mn-1Si-0.75Mo-1.1C)、具有高鎳含量之不銹鋼(SS) (諸如Inconel，諸如Inconel 625)、SS 316、SS 625及Nb-5 Mo-1 Zr合金。

在一實施例中，接觸鎵之SunCell®組件或組件表面(諸如反應池腔室壁、反應池腔室之頂部、貯器之內側壁及EM泵管之內側壁中之至少一者)可塗佈有不容易地與鎵形成一合金之一塗層，諸如一陶瓷(諸如富鋁紅柱石、BN或本發明之另一者)或一金屬(諸如W、Ta、Nb、Zr、Mo、TZM或本發明之另一者)。在另一實施例中，該等表面可包覆有不容易地與鎵形成一合金之一材料，諸如碳、一陶瓷(諸如BN、氧化鋁、氧化鋯、石英或本發明之另一者)或一金屬(諸如W、Ta或本發明之另一者)。在一實施例中，可藉由電沈積、蒸氣沈積及化學沈積中之至少一者施加塗層。在後一情形中，可藉由表面上之六羰鎢之熱分解施加一鎢塗層。可使用此項技術中已知之方法來電鍍鎢，諸如由以引用方式併入之Fink及Jones之[C. Fink，F. Jones，「The Electrodeposition of Tungsten from Aqueous Solutions」，電化學學會雜誌，(1931)，第461至481頁]給出之彼等方法。可藉由諸如蒸氣沈積之方法在SunCell®組件(諸如與熔融鎵接觸的反應池腔室、貯器及EM泵管之壁)上塗佈W，其中塗W之組件包括Mo。在一實施例中，反應池腔室、貯器及EM泵管中之至少一者可包括Nb、Zr、W、Ta、Mo或TZM。在一實施例中，SunCell®組件或組件之部分(諸如反應池腔室、貯器及EM泵管)可包括不形成一合金之一材料，惟在接觸鎵之溫度超過一極值(諸如超過大約400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃及1000℃之至少一個極值)時除外。可在一溫度下操作SunCell®，其中組件之部分未達到發生鎵合金形成之一溫度。可在藉由諸如一熱交換器或水浴之冷卻構件進行冷卻之情況下控制SunCell®操作溫度。水浴可包括衝擊水射流，諸如離開一水歧管之射流，其中入射於反應腔室上之射流數目及每一射流之流率中之至少一者由一控制器控制以將反應腔室維持在一所要操作溫度範圍內。在一實施例(諸如包括至少一個表面之水射流冷卻之實施例)中，SunCell®之至少一個組件之外部表面可包覆有諸如碳之絕緣材料以維持一升高內部溫度同時准許操作冷卻。高於在SunCell®操作期間達成之一溫度極值而形成一鎵合金之表面可選擇性地塗佈或包覆有不容易地與鎵形成一合金之一材料。既接觸鎵又超過組件之材料(諸如不銹鋼)之合金溫度的SunCell®組件之部分可包覆有不容易地與鎵形成一合金之材料。在一例示性實施例中，反應池腔室壁可尤其在電極附近之區域處包覆有W、Ta、Mo、TZM、鈮或鋯板，或一陶瓷(諸如石英)，其中反應池腔室溫度係最大的。包覆層可包括一反應池腔室襯裡5b31a。襯裡可包括定位於襯裡與反應池腔室之壁之間以阻止鎵滲漏至襯裡後面之一墊圈或其他不透鎵材料，諸如一陶瓷糊劑。襯裡可藉由焊接、螺栓或此項技術中已知之另一緊固件或黏合劑中之至少一者附接至壁。

在一實施例中，匯流排條(諸如10、5k2中之至少一者)及自匯流排條至點火及EM泵電源供應器中之至少一者之對應電引線可用作自反應池腔室5b31移除熱以用於施加之一構件。SunCell®可包括一熱交換器以自匯流排條及對應引線中之至少一者移除熱。在包括一MHD轉換器之一SunCell®實施例中，在匯流排條及其引線上損失之熱可藉由將熱自匯流排條轉移至熔融銀(其藉由EM泵自MHD轉換器返回至反應池腔室)之一熱交換器返回至反應池腔室。

在一實施例中，反應池腔室之側壁(諸如一立方反應池腔室之四個垂直側)可包覆於諸如W或Ta之一耐火金屬中或由諸如W或Ta襯裡之一耐火金屬覆蓋。金屬可抵抗與鎵形成合金。反應池腔室之頂部可包覆或塗佈有一電絕緣體或包括一電絕緣襯裡。例示性包覆層、塗層及襯裡材料係BN、石英、氧化鈦、氧化鋁、氧化釔、氧化鉿、氧化鋯、碳化矽或混合物(諸如TiO₂ -Yr₂ O₃ -Al₂ O₃ )中之至少一者。頂部襯裡可具有用於底座5c1之一穿透件(圖25)。頂部襯裡可阻止頂部電極8電短接至反應池腔室之頂部。

可使反應腔室壁及襯裡中之至少一者之溫度維持在藉由增加分子氫解離且減少原子氫再結合之至少一個機制最佳化原子氫之濃度的一範圍內。解離器之操作溫度可高於金屬係起催化作用的以用於解離氫之溫度且低於發生與鎵之實質性反應之溫度。可關於一反應腔室壁及襯裡冷卻系統(諸如包括一熱交換器及冷凍器之冷卻系統)中之至少一者維持最佳化範圍。在一實施例中，解離器可包括一加熱器，諸如一電阻加熱器、一電感耦合加熱器或此項技術中已知之另一加熱器。在一例示性實施例中，在Ni或具有一高Ni含量之一不銹鋼(SS) (諸如SS 316)之情形中使反應池腔室壁維持在足以引起氫解離之溫度，諸如在大約440 ± 100℃之範圍內。

在一實施例中，反應池腔室進一步包括一解離劑腔室，該解離劑腔室裝納：一氫解離劑，諸如在諸如碳或陶瓷珠粒(諸如Al₂ O₃ 、矽石或沸石珠粒)之一支撐體上之Pt、Pd、Ir、Re或其他解離劑金屬；雷氏Ni或Ni、鈮、鈦或呈提供一高表面積之一形式(諸如粉末、墊子、編織物或布)的本發明之其他解離劑金屬。解離劑腔室可藉由一鎵阻擋通道(諸如本發明之字形通道)連接至反應池腔室，該鎵阻擋通道抑制自反應池腔室至解離劑腔室之鎵流同時准許氣體交換。氫氣可自反應池腔室流動至解離腔室中，其中氫分子經解離為原子，且原子氫可往回流動至反應池腔室中以用作用以形成分數氫之一反應物。在其他實施例中，解離腔室可裝納本發明之電漿解離劑或細絲解離劑。在一實施例中，在流動至反應池腔室中之前形成HOH觸媒之再結合器或燃燒器可進一步包括解離劑腔室。輸入至解離劑腔室之氣體可包括氫、氧及一載體氣體中之至少一者。載體氣體可用於在其流動至反應池腔室中時保留原子H及HOH中之至少一者。載體氣體可包括諸如氬之一惰性氣體。解離器可包括可與至少一個再結合器或燃燒器腔室串聯或並聯流通之複數個解離腔室。在一實施例中，使氫及氧以及最佳地一載體氣體流動至包括一再結合器、燃燒器或解離腔室之一第一腔室中，其中氫氣可超過氧氣。HOH、過量氫及載體氣體中之至少一者自第一腔室流動至諸如一解離腔室之一第二腔室中以形成H原子，其中藉由載體氣體將H原子及HOH自第二腔室載運至反應池腔室中。可透過進入第二腔室之一單獨輸入管線獨立於進入第一腔室之流而將載體氣體引入至第二腔室中。

在另一實施例中，諸如一H₂ 罐之氫源可連接至一歧管，該歧管可連接至至少兩個質量流量控制器(MFC)。第一MFC可將H₂ 氣體供應至接受H₂ 管線之一第二歧管及來自一惰性氣體源(諸如一氬罐)之一惰性氣體管線。該第二歧管可向連接至一殼體中之一解離器(諸如一觸媒，諸如Pt/Al₂ O₃ 、Pt/C或本發明之另一者)之一管線進行輸出，其中解離器之輸出可係通往反應池腔室之一管線。第二MFC可將H₂ 氣體供應至接受H₂ 管線之一第三歧管及來自一氧源(諸如一O₂ 罐)之一氧管線。該第三歧管可向通往一殼體中之一再結合器(諸如一觸媒，諸如Pt/Al₂ O₃ 、Pt/C或本發明之另一者)之一管線進行輸出，其中再結合器之輸出可係通往反應池腔室之一管線。

另一選擇係，第二MFC可連接至由第一MFC供應之第二歧管。在另一實施例中，第一MFC可使氫直接流動至再結合器或流動至再結合器及第二MFC。氬可由一第三MFC供應，該第三MFC自諸如一氬罐之一供應器接納氣體且將氬直接輸出至反應池腔室中。

在另一實施例中，H₂ 可自其供應器(諸如一H₂ 罐)流動至向一第一歧管進行輸出之一第一MFC。O₂ 可自其供應器(諸如一O₂ 罐)流動至向第一歧管進行輸出之一第二MFC。該第一歧管可向再結合器/解離器進行輸出，該再結合器/解離器向一第二歧管進行輸出。諸如氬之一惰性氣體可自其供應器(諸如一氬罐)流動至向反應池腔室進行輸出之第二歧管。其他流方案在本發明之範疇內，其中流藉由氣體供應器、MFC、歧管及此項技術中已知之連接以可能有序排列遞送反應物氣體。

在一實施例中，將一氫解離劑添加至反應池腔室，該氫解離劑具有不如鎵密集、未由鎵潤濕且不與鎵形成一合金之一或多個特性。該解離劑可係導電的。觸媒可包括一氫解離劑，諸如鎳、鈮、鉭、鈦或一貴金屬(諸如Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Ir或Au)。可支撐氫解離劑。觸媒可包括不如鎵密集之一支撐體，諸如碳、Al₂ O₃ 、矽石或沸石。不如鎵密集、未由鎵潤濕且不與鎵形成一合金之一例示性觸媒係Re/碳觸媒，諸如由Riogen (https://shop.riogeninc.com/category.sc?categoryId=4)製成之10% Re/C。氫解離劑可漂浮在鎵之表面上。在其中支撐體未由鎵潤濕之一實施例中，保護可與鎵形成一合金之諸如鎳之解離劑以免由非潤濕支撐體接觸鎵使得不形成合金。一例示性解離劑係由Riogen製成之20%Ni/C。

在一實施例中，除亦可在熔融鎵表面上外，解離劑(諸如可漂浮或懸浮於熔融金屬上之解離劑)亦可還原氧化鎵。諸如Re/C之一例示性解離劑可包括一氫溢流觸媒，其中原子氫可溢流至諸如碳之支撐體上且然後經歷氧化鎵之一H還原反應。

在一實施例中，解離器可包括由諸如碳、氧化鋁或矽石之一支撐體支撐之一貴金屬(諸如Pt、Pd、Ir或錸)，其中解離器可包括一襯裡或解離器可包括懸掛於反應池腔室中之一氣體可滲透容器，該反應池腔室裝納一解離劑，諸如抵抗鎵合金形成之解離劑，諸如支撐於諸如碳之一支撐體上之抵抗由鎵潤濕之錸。該氣體可滲透容器可包括用於解離器之一網格、編織物、發泡體或其他敞開殼體。該氣體可滲透容器可包括抵抗鎵合金形成之一金屬(諸如鎢或鉭)或者一塗錸或陶瓷之金屬。

在一實施例中，諸如鎵、銀、銀銅合金或另一合金(諸如包括鎵之合金，諸如鎵銀合金)中之至少一者之熔融金屬用作氫解離劑。對於氫解離有利的一金屬之特性係一對應氫電極之一高交換電流密度及與貴金屬之金屬-H鍵類似之一金屬-H鍵。Ni、Co、Cu、Fe及Ag之群組之金屬具有合理電流密度，但具有較低金屬-H鍵能；然而，金屬W、Mo、Nb及Ta具有較高金屬-H鍵能。在一實施例中，諸如鎵或銦之熔融金屬與至少一個其他金屬(諸如Ni、Co、Cu、Fe、Ag、W、Mo、Nb、Ta及Zr中之至少一者)鑄成合金以增加解離速率。可藉由使熔融金屬之M-H結合能在適當方向上移動為更接近於貴金屬之M-H結合能而增加速率。用以增加熔融金屬解離氫之速率之例示性合金係Ga-Nb、Ga-Ti及一In-Ni-Nb系統中之至少一者。低熔點熔融金屬及與熔融金屬形成合金以增加氫解離速率之金屬由Datta等人之以引用方式併入(尤其係區段2)之[Ravindra Datta，Yi Hua Ma，Pei-Shan Yen，Nicholas D. Deveau，Ilie Fishtik Ivan Mardilovich，「Supported Molten Metal Membranes for Hydrogen Separation」，2014年2月20日，United States: N. p., 2013. Web. doi:10.2172/1123819]所給出。

在一實施例中，SunCell®包括以下各項中之至少一者：一氫源，諸如水或氫氣，諸如一氫罐；用以控制來自該源之流之一構件，諸如一氫質量流量控制器；一壓力調節器；低於腔室中之熔融金屬液位之一管線，諸如自該氫源至貯器或反應池腔室中之至少一者之一氫氣管線；及一控制器。可將一氫源或氫氣直接引入至熔融金屬中，其中濃度或壓力可大於藉由引入至金屬外部而達成之濃度或壓力。較高濃度或壓力可增加熔融金屬中之氫溶解度。氫可溶解為原子氫，其中諸如鎵或鎵銦錫合金之熔融金屬可用作一解離劑。在另一實施例中，氫氣管線可包括一氫解離劑，諸如一支撐體上之一貴金屬，諸如Al₂ O₃ 支撐體上之Pt。可自反應池腔室中之熔融金屬之表面釋放原子氫以支援分數氫反應。氣體管線可具有自氫源之一入口，該入口位於比進入熔融金屬之出口高之一海拔處以阻止熔融金屬往回流動至質量流量控制器中。氫氣管線可延伸至熔融金屬中且可進一步在端處包括用以分配氫氣之一氫擴散器。諸如氫氣管線之管線可包括一U區段或阱。該管線可在熔融金屬上面進入反應池腔室且包括在熔融金屬表面下面彎曲之一區段。氫源(諸如一氫罐)、調節器及質量流量控制器中之至少一者可提供氫源或氫之充分壓力以克服在管線(諸如一氫氣管線)之出口處之熔融金屬之頭部壓力以准許所要氫源或氫氣流。

在一實施例中，SunCell®包括一氫源(諸如一罐)、一閥、一調節器、一壓力計、一真空泵及一控制器，且可進一步包括至少一個構件以自氫源形成原子氫，諸如一氫解離器(諸如本發明之氫解離器，諸如Re/C或Pt/C)及一電漿(諸如分數氫反應電漿)源、可施加至SunCell®電極以維持一輝光放電電漿之一高電壓電源、一RF電漿源、一微波電漿源或本發明之用以維持反應池腔室中之一氫電漿之另一電漿源中之至少一者。該氫源可供應經加壓氫。經加壓氫源可藉助氫以可逆方式及間斷方式中之至少一者對反應池腔室進行加壓。經加壓氫可溶解至諸如鎵之熔融金屬中。用以形成原子氫之手段可增加熔融金屬中之氫溶解度。反應池腔室氫壓力可在大約0.01 atm至1000 atm、0.1 atm至500 atm及0.1 atm至100 atm之至少一個範圍中。可在允許吸收之一停留時間之後藉由抽空而移除氫。該停留時間可在大約0.1 s至60分鐘、1 s至30分鐘及1 s至1分鐘之至少一個範圍中。SunCell®可包括複數個反應池腔室及一控制器，可對該控制器進行以下操作中之至少一者：用原子氫間斷地供應該控制器；及以一協調方式用氫對該控制器加壓及減壓，其中每一反應池腔室可正在吸收氫，而正在對另一反應池腔室加壓或供應原子氫、抽空或在操作中維持一分數氫反應。用於致使氫吸收至熔融鎵中之例示性系統及條件由Carreon之以引用方式併入本文中之[M. L. Carreon，「Synergistic interactions of H₂ and N₂ with molten gallium in the presence of plasma」，真空科學與技術雜質，第36卷，第2期，(2018)，021303第1至8頁；https://doi.org/10.1116/1.5004540]給出。在一例示性實施例中，在諸如0.5至10 atm之高氫壓力下操作SunCell®，其中電漿顯示具有比連續電漿及點火電流低得多之輸入功率之脈衝行為。然後，使壓力維持在大約1托至5托，其中1500 sccm H₂ + 15 sccm O₂ 流在大於90℃下穿過1 g之Pt/Al₂ O₃ 且然後進入反應池腔室，其中隨著鎵溫度增加，關於自鎵脫氣之額外H₂ 形成高輸出功率。可重複對應H₂ 裝載(鎵吸收)及卸載(H₂ 自鎵脫氣)。

在一實施例中，可在將熔融金屬推進至一對電極中之相對電極之一方向上將氫源或氫氣直接注入至熔融金屬中，其中熔融金屬浴用作一電極。氣體管線可用作一注入器，其中諸如H₂ 氣體注入之氫源或氫注入可至少部分地用作一熔融金屬注入器。一EM泵注入器可用作包括至少兩個電極及一電力源之點火系統之一額外熔融金屬注入器。

可藉由本發明之至少一個方法及系統、諸如藉由以下各項中之一或多者使反應池腔室中之熔融金屬表面維持在一經還原或清潔金屬狀態中：(i)由撇渣器裝備進行之機械移除；及(ii)藉由電解及氫還原中之至少一者進行之氧化物還原，以及藉由諸如本發明之一循環(諸如HCl循環)之手段進行之氧化物移除。舉例而言，HCl可將Ga₂ O₃ 作為揮發性GaCl₃ 選擇性地移除(B.P. = 201℃)；然而，保留銀，此乃因AgCl具有1547℃之一沸點。在其中銀以及一鎵合金之其他金屬不可溶於鹼(諸如NaOH)中之一實施例中，其他金屬或其氧化物可在藉由電解再生鎵之前經沈澱及收集。在其中其他金屬或其氧化物係可溶的之一實施例中，其可藉助鎵經電解以再生合金。在其中氧化鎵比合金之其他金屬之氧化物更穩定之一實施例中，僅需要藉由諸如本發明中所給出之手段自氧化鎵再生鎵，其中作為進一步包括氧化鎵之一混合物之未氧化鎵分率之一部分，可處置任何未氧化合金化金屬。與鎵形成合金且具有一種氧化物(與鎵發生反應以形成氧化鎵及對應金屬)之例示性金屬係Ni、Co、Cu、Fe、Ag、W及Mo。相比之下，Nb、Ta及Zr之例示性氧化物比氧化鎵更穩定。

在一實施例中，SunCell®包括一分子氫解離器。該解離器可裝納於反應池腔室中或與反應池腔室氣體連通之一單獨腔室中。單獨殼體可阻止解離器由於暴露於諸如鎵之熔融金屬而出故障。解離器可包括一解離材料，諸如支撐型Pt，諸如氧化鋁珠粒上之Pt或者本發明或此項技術中已知之另一者。另一選擇係，解離器可包括一熱細絲或電漿放電源，諸如輝光放電、微波電漿、電漿炬、電感或電容耦合之RF放電、介電障壁放電、壓電直接放電、聲學放電或本發明或此項技術中已知之另一放電池。該熱細絲可由一電源以電阻方式加熱，該電源使電流流動穿過電隔離饋通、穿透反應池腔室壁且然後穿過細絲。

在另一實施例中，可增加點火電流以增加氫解離速率及電漿離子-電子再結合速率中之至少一者。在一實施例中，點火波形可包括一DC偏移(諸如在大約1 V至100 V之電壓範圍中之DC偏移)以及在大約1 V至100 V之範圍中之一疊加AC電壓。DC電壓可充分地增加AC電壓以在分數氫反應混合物中形成一電漿，且AC組份可在存在電漿之情況下包括諸如在大約100 A至100,000A之一範圍中之一高電流。具有AC調變之DC電流可致使點火電流以對應AC頻率(諸如在大約1 Hz至1 MHz、1 Hz至1 kHz及1 Hz至100 Hz之至少一個範圍中之AC頻率)加脈衝。在一實施例中，增加EM泵送以減少電阻且增加電流及點火功率之穩定性。

在一實施例中，可藉助於一微空心陰極放電維持一高壓力輝光放電。可使該微空心陰極放電維持在具有大致100微米直徑之開口之兩個緊密間隔開之電極之間。可使例示性直流放電維持高達大約大氣壓力。在一實施例中，可透過並行操作之個別輝光放電之疊加來維持在高空氣壓力下之大體積電漿。可藉由添加一物種(諸如具有一低離子化電位之一金屬，諸如銫)而在一給定電流下增加電漿中之電子密度。亦可藉由添加一物種(諸如自其熱發射電子之一細絲材料，諸如錸金屬及其他電子槍熱電子發射體(諸如敷釷金屬或銫處理之金屬)中之至少一者)而增加電子密度。在一實施例中，使電漿電壓升高使得電漿電流之每一電子藉由與至少一個氣體物種碰撞而產生多個電子。電漿電流可係DC或AC中之至少一者。

在一實施例中，藉由供應比H₂ O或H₂ 更容易解離之一氫源而增加原子氫濃度。例示性源係每H原子具有較低焓及較低形成自由能量中之至少一者之彼等源，諸如甲烷、一碳水化合物、甲醇、一乙醇、包括H之另一有機分子。

在一實施例中，解離器可包括電極8，諸如圖25中所展示之電極8。電極8可包括一解離器，該解離器能夠在高溫(諸如高達3200℃之高溫)下操作且可進一步包括抵抗與諸如鎵之熔融金屬形成合金之一材料。例示性電極包括W及Ta中之至少一者。在一實施例中，匯流排條10可包括所附接解離器，諸如葉片解離器，諸如平面板。可藉由沿著匯流排條10之軸固定一邊緣之面而附接該等板。該等葉片可包括一槳輪圖案。葉片可藉由自匯流排條10之傳導傳熱而加熱，匯流排條10可藉由點火電流以電阻方式加熱且藉由分數氫反應而加熱。諸如葉片之解離器可包括一耐火金屬，諸如Hf、Ta、W、Nb或Ti。

在一實施例中，SunCell®包括大約單色光(例如，具有小於50 nm或小於25 nm或小於10 nm或小於5 nm之一光譜頻寬之光)之一源及用於大約單色光之一窗。該光可入射於氫氣(諸如反應池腔室中之氫氣)上。H₂ 之基本振動頻率係4161 cm^-1 。可能複數個頻率中之至少一個頻率可大約與H₂ 之振動能量共振。大約共振輻射可由H₂ 吸收以引起選擇性H₂ 鍵解離。在另一實施例中，光之頻率可大約與以下各項中之至少一者共振：(i) H₂ O之OH鍵之振動能量，諸如3756 cm^-1 ，及熟習此項技術者已知之其他者，諸如由Lemus之以引用方式併入之[R. Lemus，「Vibrational excitations in H₂ O in the framework of a local model」，J. Mol. Spectrosc.，第225卷，(2004)，第73至92頁]給出之彼等，(ii)氫鍵合H₂ O分子之間的氫鍵之振動能量，及(iii)氫鍵合H₂ O分子之間的氫鍵能量，其中光之吸收致使H₂ O二聚物及其他H₂ O多聚體解離成初生水分子。在一實施例中，分數氫反應氣體混合物可包括一額外氣體，諸如來自一源之氨，該源能夠與H₂ O分子進行H鍵合以藉由與水二聚物H鍵合競爭而增加初生HOH之濃度。初生HOH可用作分數氫觸媒。

在一實施例中，分數氫反應形成來自功率、熱力、電漿、光、壓力、一電磁脈衝及一震波之群組之至少一個反應簽章。在一實施例中，SunCell®包括至少一個感測器及至少一個控制系統以監測反應簽章且控制諸如反應混合物組合物及諸如壓力及溫度之條件之反應參數以控制分數氫反應速率。反應混合物可包括以下各項中之至少一者或以下各項之一源：H₂ O、H₂ 、O₂ 、一惰性氣體(諸如氬)及GaX₃ (X = 鹵化物)。在一例示性實施例中，感測電磁脈衝(EMP)之強度及頻率，且控制反應參數以增加EMP之強度及頻率從而增加反應速率，且反之亦然。在另一例示性實施例中，感測震波頻率、強度及傳播速度(諸如兩個聲探頭之間的彼等)中之至少一者，且控制反應參數以增加震波頻率、強度及傳播速度中之至少一者從而增加反應速率，且反之亦然。

H₂ O可與諸如鎵之熔融金屬發生反應以形成H₂ (g)以及諸如Ga₂ O₃ 及Ga₂ O之對應氧化物、諸如GaO(OH)之羥基氧化物及諸如Ga(OH)₃ 之氫氧化物中之至少一者。可控制鎵溫度以控制與H₂ O之反應。在一例示性實施例中，可使鎵溫度維持低於100℃以達成以下各項中之至少一者：阻止H₂ O與鎵發生反應；及致使以一緩慢動力學發生H₂ O-鎵反應。

在另一例示性實施例中，可使鎵溫度維持高於大約100℃以致使以一快速動力學發生H₂ O-鎵反應。H₂ O與鎵在反應池腔室5b31中之反應可促進諸如H或HOH觸媒之至少一個分數氫反應物之形成。在一實施例中，水可經注入至反應池腔室5b31中且可與可維持在高於100℃之一溫度之鎵發生反應以達成以下各項中之至少一者：(i)形成H₂ 以用作一H源，(ii)致使H₂ O二聚物形成HOH單體或初生HOH以用作觸媒，及(iii)減少水蒸氣壓力。

在一實施例中，GaOOH可用作一固體燃料分數氫反應物以形成HOH觸媒及H (用作形成分數氫之反應物)中之至少一者。在一實施例中，諸如Ga₂ O₃ 或Ga₂ O之氧化物、諸如Ga(OH)₃ 之氫氧化物及諸如GaOOH、AlOOH或FeOOH之羥基氧化物中之至少一者可用作用以結合諸如H₂ (1/4)之分數氫之一基質。在一實施例中，將GaOOH及金屬氧化物(諸如不銹鋼及不銹鋼-鎵合金之彼等)中之至少一者添加至反應池腔室以用作用於分數氫之吸氣劑。可將吸氣劑加熱至一高溫(諸如在大約100℃至1200℃之範圍中之高溫)以釋放諸如H₂ (1/4)之分子分數氫氣。

可使藉由熔融鎵與水及氧中之至少一者之反應而形成於反應池腔室中之氧化鎵還原為鎵金屬。可藉由使氧化鎵與分子及原子氫中之至少一者發生反應而達成還原。可以諸如O₂ 或H₂ O之一形式移除氧。可在反應池腔室5b31中還原氧化鎵，且可自反應池腔室移除包括氧的Ga₂ O₃ 還原反應之產物。另一選擇係，Ga₂ O₃ 可自反應池腔室經移除且藉助返回至反應池腔室5b31之鎵金屬在外部經還原。氧化鎵(MP = 1900℃)可在高溫(諸如高於其熔點之高溫)下分解。可藉由諸如一真空泵之一構件自反應池腔室抽空所釋放氧。在一實施例中，可使貯器之表面維持高於氧化鎵之分解溫度。熔融金屬上之鎵及氧化鎵表面可用作正電極以促進高溫之維持。熔融金屬之表面積可經選擇以使電漿充分地集中以達成所要表面溫度從而引起氧化鎵之分解。在一實施例中，表面積可係可調整的。調整構件可包括可移動池壁。在一實施例中，可使池壓力維持為低(諸如在0.01托至50托之範圍中)以允許由分數氫反應產生之高能量光分解氧化鎵。在一實施例中，Ga₂ O₃ 與鎵發生反應以形成可熱分解之Ga₂ O。反應溫度可係大約700℃，因此可使鎵表面溫度維持在大於700℃之一溫度。另外，可使反應池腔室、貯器及底座(其中可存在Ga₂ O)中之至少一者之溫度維持高於500℃，此乃因Ga₂ O可在500℃下開始分解。

可將諸如氫氣之一還原劑添加至反應池腔室以促進諸如Ga₂ O₃ 及Ga₂ O中之至少一者之氧化鎵之還原及分解中之至少一者。氫還原反應溫度可係大約700℃，因此可使鎵表面溫度維持在大於700℃之一溫度。在另一實施例中，可使反應池腔室、貯器及底座(其中可存在Ga₂ O)中之至少一者之溫度維持低於大約600℃，此乃因Ga₂ O可低於大約600℃而經歷氫還原(對比經歷Ga₂ O → Ga + Ga₂ O₃ 之反應)。在一實施例中，匯流排條10及電極8中之至少一者可包括一解離劑，諸如Ta或W。底座2c1 (圖25)可係縮短的以部分地暴露匯流排條以促進原子氫之產生從而還原氧化鎵。在一實施例中，匯流排條10可包括所附接解離器，諸如葉片解離器，諸如平面板。可藉由沿著匯流排條10之軸固定一邊緣之面而附接該等板。該等葉片可包括一槳輪圖案。葉片可藉由自匯流排條10之傳導傳熱而加熱，匯流排條10可藉由點火電流以電阻方式加熱且藉由分數氫反應而加熱。諸如葉片之解離器可包括一耐火金屬，諸如Hf、Ta、W、Nb或Ti。除氫之外，亦可添加一惰性氣體。惰性氣體及氫之莫耳百分比可係任何所要比率。一例示性氣體混合物包括在大約80至99莫耳百分比之範圍中之氬及在大約1至20莫耳百分比之範圍中之氫。可使反應池腔室之壓力維持為低以促進氧化鎵分解。在另一實施例中，可使氫壓力維持為高以有利於氧化鎵之氫還原。諸如一鹼(諸如NaOH)之物質之另一物種、化合物、元素或組合物可添加至反應池腔室以與氧化鎵形成一產物(諸如五倍子酸鈉)以增加氧化鎵之熱分解及還原中之至少一者之速率。

在另一實施例中，反應池腔室中之反應混合物包括一熔融金屬添加劑(諸如一材料或化合物，諸如一無機化合物，諸如一鹼金屬鹵化物，諸如NaCl)以對抗氧化而使鎵穩定。在另一實施例中，該熔融金屬添加劑包括一金屬，諸如與熔融金屬形成一合金以對抗氧化而使其穩定之金屬。在包括熔融金屬鎵之一例示性實施例中，將銀添加至鎵以增強氧化鎵膜之熱分解以及熱、氫及電解還原中之至少一者。在一例示性實施例中，將大約5.6 wt%銀添加至鎵以形成在大約30℃至40℃下熔融之一合金。鎵-Ag可抑制鎵氧化。

在一實施例中，將一鹵化物源(諸如添加劑，諸如HCl)、一金屬鹵化物、一13、14、15或16族鹵化物或一鹵素氣體添加至反應混合物以與氧化鎵形成一反應產物，諸如可藉由蒸發及凝結而自反應池腔室移除之一揮發性產物。添加劑之產物可包括一鹵化鎵，諸如GaCl₃ (MP = 77.9℃，BP = 201℃)。該鹵化鎵在SunCell®操作溫度及壓力下可係揮發性的。可使諸如鹵化鎵之一揮發性產物中之至少一者流動至一凝結器中且使其凝結。可藉由諸如電解之手段再生鎵金屬。在一實施例中，添加劑與氧化鎵形成至少一個產物，可藉由諸如揮發之手段且藉由用以移除氧化鎵之本發明之構件(諸如包括一撇渣器之構件)而自反應池腔室移除該氧化鎵。本發明之固體燃料及此項技術中已知之其他固體燃料之反應進一步包括用以移除藉由鎵與所添加水及氧中之至少一者之反應而形成的反應池腔室之氧化物庫存之反應。

在一例示性實施例中，包括一鹵化物源之添加劑係與所注入水發生反應以形成無水HCl及氫氧化鋅或氧化鋅之ZnCl₂ 。HCl及ZnCl₂ 中之至少一者可與Ga₂ O₃ 發生反應以形成GaCl₃ (MP = 77.9℃，BP = 201℃)。可藉由用以移除氧化鎵之本發明之構件選擇性地自池移除鋅產物。可自池排放GaCl₃ 且使GaCl₃ 凝結。然後可使該GaCl₃ 與水發生反應以形成HCl以及Ga(OH)Cl、GaO(OH)、Ga(OH)₃ 及Ga₂ O₃ 中之至少一者。可藉由蒸餾或蒸發將HCl與水分開，且可在鹼性水溶液中(諸如在一NaOH電解質中)將包括鎵及氧之產物電解為鎵金屬。可回收該鎵金屬。可使HCl與氧化鋅及氫氧化鋅中之至少一者發生反應以形成可回收之氯化鋅。

在另一例示性實施例中，FeCl₂ 係與所注入水及O₂ 發生反應以形成HCl及Fe₂ O₃ 之添加劑。HCl及FeCl₂ 中之至少一者可與Ga₂ O₃ 發生反應以形成GaCl₃ 。可藉由用以移除氧化鎵之本發明之構件自池選擇性地移除Fe₂ O₃ 。可自池排放GaCl₃ 且使GaCl₃ 凝結。然後可使該GaCl₃ 與水發生反應以形成HCl以及Ga(OH)Cl、GaO(OH)、Ga(OH)₃ 及Ga₂ O₃ 中之至少一者。可藉由蒸餾或蒸發將HCl與水分開，且可在鹼性水溶液中(諸如在一NaOH電解質中)將包括鎵及氧之產物電解為鎵金屬。可回收該鎵金屬。可使HCl與Fe₂ O₃ 發生反應以形成可回收之FeCl₂ 。

在另一例示性實施例中，磺醯氯(SO₂ Cl₂ )係與所注入水發生反應以形成HCl及SO₃ 之添加劑。HCl及SO₂ Cl₂ 中之至少一者可與Ga₂ O₃ 發生反應以形成GaCl₃ 。可自池排放GaCl₃ 及SO₃ 兩者且選擇性地使GaCl₃ 及SO₃ 兩者凝結。可藉由將GaCl₃ 熔融物電解為Ga及Cl₂ 而自GaCl₃ 再生鎵。可藉由將SO₃ 分解為SO₂ 後續接著SO₂ 與Cl₂ → SO₂ Cl₂ 之反應而自SO₃ 再生SO₂ Cl₂ 。亦可藉由此項技術中已知之其他方法再生Ga及SO₂ Cl₂ 。

在另一例示性實施例種，鹵化物添加劑可包括磷而非硫，其中諸如PCl₃ 或PCl₅ 之PX₃ 或PX₅ (X係鹵化物)與所注入水發生反應以形成HCl及PO₂ 。HCl及PCl₃ 或PCl₅ 中之至少一者與Ga₂ O₃ 發生反應以形成GaCl₃ 。可自池排放GaCl₃ 及PO₂ 兩者且選擇性地使GaCl₃ 及PO₂ 兩者凝結。可藉由將GaCl₃ 熔融物電解為Ga及Cl₂ 而自GaCl₃ 再生鎵。可藉由還原PO₂ 後續接著P₄ 與Cl₂ → PCl₃ 或PCl₅ 之反應而自PO₂ 再生PCl₃ 或PCl₅ 。

在HCl添加之情形中，使HCl與氧化鎵膜選擇性地發生反應。SunCell®可包括諸如一抗腐蝕方向性噴嘴(諸如一個氧化鋁噴嘴)之一構件以將HCl選擇性地施加至氧化鎵膜。可在與氧化鎵膜及鎵上之任何塗層之HCl反應期間終止熔融金屬注入器以最小化鎵與HCl之反應。HCl可與氧化鎵發生反應以形成揮發性GaCl₃ 及H₂ O。可自反應池腔室排放GaCl₃ 。可原位回收H₂ O。所排放之任何H₂ O可由一H₂ O源(諸如液體水)或來自一H₂ 氣體源及一O₂ 氣體源之H₂ 及O₂ 氣體替換。鹵化鎵產物可經凝結且可溶解於水中以形成HCl、Ga(OH)Cl、GaO(OH)、Ga(OH)₃ 及Ga₂ O₃ 中之至少一者。可進一步透過陽極處之電解產生HCl。在一實施例中，可藉由在水電解期間使用一氧析出觸媒(諸如Mn_0.84 Mo_0.16 O_2.23 氧析出電極)對包括氯離子水溶液之一溶液進行水電解而在陽極處形成HCl，如Lin等人之以引用方式併入之[「Direct anodic hydrochloric acid and cathodic caustic production during water electrolysis」，科學報告，(2016)；6: 20494, doi: 10.1038/srep20494]所闡述。可將HCl作為一氣體移除。可藉由Ga(OH)Cl、GaO(OH)、Ga(OH)₃ 及Ga₂ O₃ 中之至少一者之電解而在一電解池之陰極處產生鎵金屬，其中電解質可包括NaOH。可回收諸如Ga、金屬鹵化物及HCl之所再生產物。

在一實施例中，鹵化物源包括一化合物，該化合物包括一鹵化物及係以下情況中之至少一者之一物種：包括一H⁺ 源；及與氧化鎵發生反應以在反應池腔室之操作溫度下形成可蒸發之鹵化鎵及一氣體。鹵化物源可包括一鹵化銨鹽，諸如藉由使一銨化合物(諸如一胺或氨)與一鹵化氫(諸如HCl)發生反應而形成之鹵化銨鹽。在一實施例中，用以移除Ga₂ O₃ 作為GaCl₃ 、再生Ga及回收Ga之一方法包括一NH₄ Cl循環。在一例示性實施例中，可使氨與HCl發生反應以形成NH₄ Cl。氧化鎵可與鹵化物源(諸如NH₄ Cl)發生反應以形成可藉由蒸發而自反應池腔室移除之鹵化鎵(諸如GaCl₃ )。可使諸如GaCl₃ 之鹵化鎵選擇性地凝結於一凝結器(諸如在通往一真空泵之一管線中之凝結器，諸如一冷阱)中。根據例示性反應，可藉由熔融物之直接電解將所凝結GaCl₃ 轉換為鎵： 2GaCl₃ (熔融物)電解為2Ga↓(陰極) + 3Cl₂ ↑(陽極) 可使用UV光輻射或藉由一HCl爐中之Cl₂ 與H₂ 之反應而使氯氣與H₂ 發生反應： Cl₂ + H₂ → 2HCl 可使氨與HCl發生反應以形成氯化銨 NH₃ + HCl → NH₄ Cl 在另一實施例中，可將HCl而非NH₄ Cl直接添加至反應池腔室中之鎵之表面上之氧化鎵。可使NH₄ Cl之遞送位點維持在大於GaCl₃ 之沸點(在STP下，BP = 201℃)且低於NH₄ Cl之分解溫度(338℃)之一溫度範圍中。另一選擇係，可使反應池腔室維持在大於NH₄ Cl之分解溫度之一溫度，其中所釋放HCl可與氧化鎵發生反應。

根據例示性反應，用以形成GaCl₃ 之HCl添加之一替代回收路徑係將GaCl₃ 添加至水以釋放HCl： GaCl₃ + 2H₂ O(蒸汽) = GaO(OH) + 3HCl (350℃)。可析出且回收HCl氣體，且可在諸如NaOH溶液之鹼水溶液中電解羥基氧化鎵。在一實施例中，可藉由在水電解期間使用一氧析出觸媒(諸如Mn_0.84 Mo_0.16 O_2.23 氧析出電極)對包括氯離子水溶液之一溶液進行水電解而在陽極處形成HCl，如由Lin等人之以引用方式併入之[「Direct anodic hydrochloric acid and cathodic caustic production during water electrolysis」，科學報告，(2016)；6: 20494, doi: 10.1038/srep20494]所闡述。

另一選擇係，藉由例示性反應，可使藉由氧化鎵與氯化銨之反應形成之鹵化鎵(諸如GaCl₃ )及氨中之至少一者與水發生反應以形成羥基氧化鎵或氫氧化鎵： Ga₂ O₃ + 6NH₄ Cl = 2GaCl₃ + 6NH₃ + 3H₂ O (250℃) GaCl₃ + 3(NH₃ • H₂ O)[稀釋的] = Ga(OH)₃ ↓ + 3NH₄ Cl 可藉由諸如倒出水性液體或過濾且收集固體之手段而將Ga(OH)₃ 沈澱物與氫氧化鎵及氯化銨之混合物分開。經隔離氫氧化鎵可溶解於一鹼水溶液(諸如一NaOH水溶液)中且經電解以在陽極處釋放氧且在陰極處沈積鎵金屬。可回收該鎵金屬。例示性反應係 Ga(OH)₃ + NaOH(濃縮，熱) = Na[Ga(OH)₄ ] Na[Ga(OH)₄ ]電解為Ga (陰極) + O₂ (陽極) 可藉由蒸發而使在將氫氧化鎵分開之後留下之NH₄ Cl濃縮，允許NH₄ Cl在適合條件(諸如一降低溫度，諸如接近0℃之降低溫度)下結晶，且藉由過濾而收集NH₄ Cl，或可在水溶劑之蒸發之後收集NH₄ Cl。可回收NH₄ Cl。NH₄ Cl可在避免其在接觸氧化鎵之前在大約337.6℃下分解之溫度及注入速度之條件下經添加至反應池腔室。作為一連續或分批程序，可執行此等反應之NH₄ Cl循環。

來自一HCl源之HCl可係無水的。HCl可在遞送至反應池腔室中之後保持無水的，其中反應池腔室中之任何水庫存可係氣態水。在一實施例中，SunCell®包括抵抗與鎵形成一合金及與HCl、氫氯酸或NH₄ Cl發生反應中之至少一者之組件。在一例示性實施例中，反向電極可包括鉭，且反應池腔室可包括不銹鋼、鎳、鎳合金、鋯、鉭及鎳鉬合金(諸如B-2及B-3®)中之至少一者。另一選擇係，反應池腔室可包括石英、一陶瓷襯裡或塗佈有一陶瓷塗層，諸如氧化鋁富鋁紅柱石或矽石。在一實施例中，一HCl氣體罐、閥、管線、壓力調節器及反應池腔室中之至少一者可塗佈有此項技術中已知之一HCl抗腐蝕塗層，諸如SilcoNert®。一例示性抗HCl金屬係蒙納金屬，諸如蒙納400。

在一實施例中，SunCell®包括一可變傳熱護套。可變絕緣材料可經調整以准許反應池腔室5b31在一所要溫度、諸如准許以下各項中之一或多者之所要溫度下操作：(i)分解任何氧化鎵，諸如可形成之Ga₂ O₃ 或Ga₂ O，(ii)藉由與鎵之反應將Ga₂ O₃ 轉換為Ga₂ O，及(iii)藉由氫來還原氧化鎵。包括可變傳熱護套之SunCell®可由諸如一水浴(SunCell®沉沒至其中)之一熱交換器冷卻。熱可變傳熱護套可包括位於熱交換器與可能夠真空之反應池腔室之外側之間的至少一個腔室。可變傳熱護套可包括一泵送系統以可逆地且可控制地將一傳熱冷卻劑(諸如一氣體或流體冷卻劑)添加至腔室。該泵送系統可包括一冷卻劑源，諸如一罐、一泵及一控制器。該泵送系統可回應於反應池腔室溫度而增加或減少冷卻劑量以藉由控制對應傳熱而將冷卻劑量控制為在一所要範圍內。冷卻劑可包括一惰性氣體(諸如氦)、一熔融鹽(諸如本發明之熔融鹽)及一熔融金屬(諸如鎵)中之至少一者。

在一替代實施例中，SunCell®包括一冷卻劑流熱交換器(包括泵送系統)，藉此藉由一流動冷卻劑使反應池腔室冷卻，其中可使流率變化以控制反應池腔室從而在一所要溫度範圍內操作。熱交換器可包括具有通道之板，諸如微通道板。在一實施例中，SunCell®包括一池，該池包括反應池腔室531、貯器5c、底座5c1及與分數氫反應電漿接觸之所有組件，其中一或多個組件可包括一池區帶。在一實施例中，熱交換器(諸如包括一流動冷卻劑之熱交換器)可包括組織於池區帶中之複數個熱交換器以將對應池區帶維持在一獨立所要溫度。

在一實施例(諸如圖30中所展示之實施例)中，SunCell®包括固定在反應池腔室5b31之內側上在熔融鎵液位處之熱絕緣材料或一襯裡5b31a以阻止熱鎵直接接觸腔室壁。熱絕緣材料可包括一熱絕緣體、一電絕緣體及抵抗由諸如鎵之熔融金屬潤濕之一材料中之至少一者。絕緣材料可達成以下各項中之至少一者：允許鎵之表面溫度增加；及減少反應池腔室之壁上之可使壁熔融之區域化熱點之形成。另外，一氫解離器(諸如本發明之氫解離器)可包覆於襯裡之表面上。在另一實施例中，存在以下情形中之至少一者：增加壁厚度；及諸如銅塊之熱擴散器包覆於壁之外部表面上以分散壁內之熱力以阻止區域化壁熔融。較高溫度可有利於以下各項中之至少一者：(i) Ga₂ O₃ 或Ga₂ O之熱分解，(ii) Ga與Ga₂ O₃ 發生反應以形成Ga₂ O，(iii) Ga₂ O₃ 及Ga₂ O中之至少一者之氫還原，以及歸因於Ga₂ O之揮發性之蒸發及蒸餾中之至少一者。熱絕緣材料可包括一陶瓷，諸如BN、SiC、碳、富鋁紅柱石、石英、熔融矽石、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、本發明之其他者及熟習此項技術者已知之材料。絕緣材料之厚度可經選擇以達成熔融金屬及氧化鎵表面塗層之一所要面積，其中一較小面積可藉由分數氫反應電漿之濃縮而增加溫度。由於一較小面積可降低電子-離子再結合速率，因此面積可經最佳化以有利於氧化鎵膜之消除同時最佳化分數氫反應功率。在包括一矩形反應池腔室之一例示性實施例中，將矩形BN塊螺栓連接至螺紋螺椿上，該等螺紋螺椿在熔融鎵之表面之液位處焊接至反應池腔室之內側壁。BN塊在此位置處在反應池腔室之內側上形成一連續凸起表面。

在一實施例中，分數氫反應電漿以大約一對稱分佈維持在反應池腔室內。該對稱分佈可避免在反應池腔室壁上形成一區域化熱點。可藉由所注入熔融金屬沿著具有圓柱對稱性之一元件之反應池腔室之中央對稱軸的筆直對準達成對稱電漿分佈。對應點火電流對準可產生一所要捏縮類型磁場而不具有由於一不平衡勞倫茲力導致一電漿不穩定性之扭結。

電漿可由於鎵上之一個氧化物塗層而在熔融鎵表面上方優先地接觸反應腔室壁。壁之位置可由增加電阻之氧化物塗層之厚度判定。在一實施例中，藉由諸如機械磨損(諸如珠粒噴砂處理及金屬絲刷)之至少一個手段且藉由化學蝕刻(諸如弱酸蝕刻)而移除壁上之氧化物塗層。在另一實施例中，貯器可包括至少一個電引線，諸如穿透貯器上之底部之一基底板且延伸至熔融金屬液位以上之電引線。該電引線可連接至點火電流源。該電引線可包括點火電流之一替代路徑，該替代路徑包括除去往注入器之點火電流以外之一第二電流。該第二電流可藉由提供第二電路徑中之至少一者且藉由提供由第二電流產生之一磁場而維持反應池腔室中之對稱電漿分佈。在一實施例中，反應池腔室包括至少一個電流連接，該至少一個電流連接可具有將反應池腔室連接至接地及點火電源供應器中之至少一者之一對應開關。開關可經閉合以致使點火電流至少部分地流動穿過電流連接，其中電流流動穿過反應池腔室壁(開關連接於此處)。電流可致使電漿至少部分地經引導至電流區域。至少一個電流連接之開關可由一控制器控制以維持對稱電漿分佈。該控制器可接收來自至少一個電漿分佈感測器(諸如至少一個熱偶)之輸入。在另一實施例中，反應池腔室可包括額外反應混合物入口端口以平衡燃料注入且達成反應池腔室中之對稱電漿分佈。

在一實施例(圖25及圖30)中，SunCell®包括穿過在貯器5c之底部處的EM泵之一基底板之一匯流排條5k2a1。該匯流排條可連接至點火電流電源供應器。該匯流排條可延伸至熔融金屬液位以上。除諸如鎵之熔融金屬之外，該匯流排條亦可用作正電極。熔融金屬可使匯流排條散熱以將其冷卻。該匯流排條可包括一耐火金屬，該耐火金屬在熔融金屬包括鎵之情形中不與諸如W或Ta之熔融金屬形成一合金。自鎵表面突出之匯流排條(諸如一W桿)可使電漿集中在鎵表面處。注入器噴嘴(諸如包括W之注入器噴嘴)可浸沒於貯器中之熔融金屬中以保護其免受熱損壞。

在一實施例(圖25) (諸如其中熔融金屬用作一電極之實施例)中，用作熔融電極之剖面面積可經最小化以增加電流密度。熔融金屬電極可包括注入器電極。注入噴嘴可係浸沒的。熔融金屬電極可係正極性。熔融金屬電極之面積可係大約反向電極之面積。熔融金屬表面之面積可經最小化以用作具有高電流密度之一電極。該面積可在大約1 cm² 至100 cm² 、1 cm² 至50 cm² 及1 cm² 至20 cm² 之至少一個範圍中。反應池腔室及貯器中之至少一者可漸縮至在熔融金屬液位處之一較小剖面面積。反應池腔室及貯器中之至少一者之至少一部分可在熔融金屬之液位處包括一耐火材料，諸如鎢、鉭或一陶瓷(諸如BN)。在一例示性實施例中，反應池腔室及貯器中之至少一者在熔融金屬液位處之面積可經最小化以用作具有高電流密度之正電極。在一例示性實施例中，反應池腔室可係圓柱形的且可進一步包括通往貯器之一漸縮管、錐形區段或過渡區，其中諸如鎵之熔融金屬將貯器填充至一液位，使得對應熔融金屬表面處之鎵剖面面積係小的以集中電流且增加電流密度。在一例示性實施例(圖31)中，反應池腔室及貯器中之至少一者可包括一個薄片之一沙漏形狀或一雙曲面體，其中熔融金屬液位在大約最小剖面面積之位準處。此區可包括一耐火材料或包括一耐火材料(諸如碳)、一耐火金屬(諸如W或Ta)或一陶瓷(諸如BN、SiC或石英)之一襯裡5b31a。在例示性實施例中，反應池腔室可包括諸如347 SS之不銹鋼且襯裡可包括W或BN。

在一實施例中，SunCell®包括一可逆絕緣材料(諸如複數個熱絕緣顆粒，諸如珠粒，諸如氧化鋁珠粒)及一絕緣體容器或殼體，其中顆粒位於在SunCell®組件周緣以熱絕緣之容器(諸如反應池腔室及貯器中之至少一者)中。該容器可包括入口及出口端口以用於分別填充及清空珠粒容器，且可進一步包括用以運輸進入及離開容器之珠粒之一構件，諸如一機械運送機，諸如一螺旋鑽。在一實施例中，珠粒可藉由重力而自容器流出。

在一實施例中，可在一充分持續時間內充分地間斷地增加點火電流及電壓中之至少一者以引起以下各項中之至少一者：(i)分解可形成於反應池腔室或貯器中之任何氧化鎵，諸如Ga₂ O₃ 或Ga₂ O，(ii)藉由與鎵之反應而將Ga₂ O₃ 轉換為Ga₂ O，及(iii)藉由氫而還原氧化鎵。氧化鎵膜可包括一鎵金屬與氧化鎵顆粒之一混合物，其中形成混合物膜，此乃因氧化鎵由鎵金屬潤濕且氧化鎵不如鎵密集。由於氧化鎵係一電絕緣體且鎵金屬係一電導體，因此膜之電阻隨著氧化鎵含量增加而增加，其中驅迫點火電流穿過減小面積及增加長度之鎵通道。間斷加脈衝點火電流可選擇性地將此等高電阻金屬鎵通道之鎵加熱以致使鎵及混入氧化鎵加熱。點火電流及電壓中之至少一者之間斷增加可包括所施加功率之一脈衝。點火功率之間斷脈衝之工作循環可在大約1%至99%、1%至75%、1%至50%、1%至25%及1%至10%中之至少一者之一範圍中。可使電壓增加至大約1000 V、100 V、75 V及50V中之至少一者，或增加預增加電壓之大約10倍、5倍、2倍、1.5倍或1.25倍。可使電流增加至大約100 kA、50 kA、10 kA、5 kA、1 kA及500 A中之至少一者，或增加預增加安培之大約10倍、5倍、2倍、1.5倍或1.25倍。在一實施例中，分數氫反應在點火電極對中之正電極處係有利的，使得藉由分數氫反應之加熱選擇性地發生在正電極處。包括一個氧化鎵膜之鎵可經正加偏壓以藉由分數氫反應而將氧化鎵膜選擇性地加熱。在一實施例中，SunCell®之陰極及陽極包括一底座電極(諸如一顛倒底座5c2)及一相對注入器噴嘴5q，諸如圖25中所展示之各者。反向電極(諸如包括鎢之反向電極)可包括藉由分數氫反應選擇性地加熱至一非常升高溫度(諸如在大約1000℃至3000℃之溫度範圍中)之正電極，且經加熱電極將氧化鎵膜加熱。可藉由一AC點火電力源使電極之極性交替以避免對反向電極過加熱且藉此阻止其熔融。反向電極對膜之加熱可藉由減小其與鎵表面之分開距離而增加。反應池腔室可包括一陶瓷襯裡5b31a (諸如一BN、石英或熔融矽石襯裡)以將分數氫反應電漿聚焦於電極上。加熱可促進以下各項中之至少一者：(i)分解可形成於反應池腔室或貯器中之任何氧化鎵，諸如Ga₂ O₃ 或Ga₂ O，(ii)藉由與鎵之反應將Ga₂ O₃ 轉換為Ga₂ O，及(iii)藉由氫而還原氧化鎵。

在一實施例中，SunCell®包括用以將氧化鎵轉換為鎵之一鎵再生系統，該鎵再生系統包括一電解系統，該電解系統包括一陰極、一陽極、一電源供應器(諸如一DC電源供應器)及包括氧化鎵之一電解質，該電解質直接在貯器及反應池腔室之熔融金屬中之至少一者之表面處將氧化鎵或包括氧化鎵之一物種(諸如五倍子酸鈉)電解為鎵金屬。電解質可包括熔融氧化鎵，其中離子包括鎵及氧化物離子。電解質可包括一種氧化物，諸如係以下情形中之至少一者之氧化物：(i)在SunCell®操作條件下穩定，諸如氧化鋁或一鹼金屬或鹼土金屬氧化物，(ii)單獨形成具有低於氧化鎵之一熔點之一混合物，及(iii)比氧化鎵更熱力學穩定，使得熔融膜之氧化物及鎵離子可經選擇性地電解為鎵金屬及氧氣，其中熔融鹽混合物包括電解質。電解質可包括一離子源，諸如一鹼(諸如NaOH，諸如熔融NaOH、Na₂ O、LiOH或Li₂ O)、一金屬鹵化物(諸如一鹼金屬鹵化物，諸如在鎵之表面上之NaF或CsF電解質)或此項技術中已知之另一穩定電解質。電解質可包括降低氧化鎵之熔點之一鹽混合物作為一混合物。電解質可包括溶解於一鹽或鹽混合物中之氧化鎵，諸如包括鎵、鋁及一鹵化物(諸如NaF、LiF、KF、CsF、NaI (MP = 661℃)、一鹵化物鹽混合物、AlF₃ 、冰晶石(Na₃ AlF₆ )或Na₃ GaF₆ )中之至少一者之鹽或鹽混合物。溶劑鹽(諸如一鹼金屬鹵化物，諸如NaI)對於反應池混合物之鎵及H₂ O可係熱力學穩定的。溶解Ga₂ O₃ 且用作將氧化鎵以電解方式還原為鎵之電解質的電解質可包括氧化物、氫氧化物、鹵化物及一混合物(諸如NaOH-NaCl)中之至少一者。電解質可包括一鹽或鹽混合物，諸如溶解氧化鎵且對於氧化鎵穩定之共熔鹽混合物。例示性共熔混合物係(i)三元共熔金屬氟化物混合物LiF-NaF-KF，諸如呈比率46.5-11.5-42莫耳%之FliNaK，其具有454℃之一熔點及1570℃之一沸點，(ii)呈比率57.5-13.3-29.2莫耳%之三元共熔金屬氯化物混合物LiCl-KCl-CsCl，其具有265℃之一熔點，(iii)呈NaI/(CsI + NaI) = 0.484之一莫耳比之CsI-NaI，其具有420℃之一熔點，(iv)呈LiI/(KI + LiI) = 0.635之一莫耳比之KI-LiI，其具有283℃之一熔點，及(v)呈LiI/(CsI + LiI) = 0.657之一莫耳比之CsI-LiI，其具有209℃之一熔點。包括氟化物離子之額外例示性電解質鹽係2LiF–BeF2、LiF–BeF2–ZrF4 (64.5–30.5–5)、NaF–BeF2 (57–43)、LiF–NaF–BeF2 (31–31–38)、LiF–ZrF4 (51–49)、NaF–ZrF4 (59.5–40.5)、LiF-NaF–ZrF4 (26–37–37)、KF–ZrF4 (58–42)、RbF–ZrF4 (58–42)、LiF–KF (50–50)、LiF–RbF (44–56)、LiF–NaF–KF (46.5–11.5–42)及LiF–NaF–RbF (42–6–52)。在一實施例中，電解質莫耳與氧化鎵莫耳之比率在大約0.1至1000、0.5至100、0.5至50、0.75至10、0.75至5及0.75至2之至少一個範圍中。在其中NaI係電解質且Ga₂ O₃ 之穩態莫耳對應於產生3.44 g Ga₂ O₃ (MW =188)之1 ml之H₂ O或氧當量的一例示性實施例中，NaI (MW = 150)電解質莫耳與Ga₂ O₃ 莫耳之一比率1對應於添加至反應池腔室之2.74 g之NaI。每1 ml之H₂ O或氧當量之還原需要由180 A之點火電流提供之一電解電流。

在電解陽極處於O^2- 上方氧化電解質之陰離子(諸如鹵素離子，諸如I^- )之情形中，陰離子可經選擇以比O^2- 對氧化更穩定。CsF (M.P. = 682℃)係具有F^- 作為穩定鹵化物陰離子之一例示性鹽。在一實施例中，反應池腔室可包括分子及原子氫中之至少一者，其中由於氧產物之反應而使陽極處之O^2- 電解氧化更熱力學有利，該氧產物與分子及原子氫中之至少一者發生反應以形成水。陽極反應可包括O^2- + 2H → H₂ O + 2e^- 。在電解質之陰離子(諸如鹵素離子，諸如I^- )經氧化且或在升高溫度下發生反應之情形中，發生以下各項中之至少一者：可低於陰離子反應或分解溫度(諸如在碘化物之情形中小於大約700℃)而操作反應池腔室；及陰離子可經選擇以在升高溫度下係穩定的。F^- 係一例示性更穩定鹵化物陰離子。在其中藉由諸如電解之手段藉由點火電流以及以熱方式氧化陰離子之一實施例中，可由一鹵素回收器回收所得氣體、液體或固體。該鹵素回收器可包括一凝結器。該凝結器可與真空系統之真空管線成一直線。真空系統可進一步包括真空管線入口之一顆粒流限定器(諸如一組擋板)以允許氣體流同時阻擋顆粒流。在一例示性實施例中，鹵素離子係氧化為I₂ 之I^- (M.P. = 113.7℃，B.P. = 184.3℃)，I₂ 凝結在凝結器中且藉由重力往回流動至反應池腔室中，或由一運輸機(諸如用於固體碘之一運送機或用於液體碘之一泵)主動地運輸經凝結碘以接觸熔融金屬。在一例示性實施例中，可週期性地允許反應池腔室冷卻，使得碘可作為一液體往回流動以接觸熔融金屬且與鈉發生反應以再生NaI。

SunCell®可包括抵抗由電解質(諸如包括諸如FliNaK之至少一個鹼金屬鹵化物之電解質)腐蝕之組件，諸如反應池腔室。反應池腔室可包括一襯裡5b31a，諸如一陶瓷襯裡，諸如一BN、石英、熔融矽石、MgO、HfO₂ 、ZrO₂ 、Al₂ O₃ 。反應池腔室可包括一抗腐蝕金屬(諸如Monel金屬，諸如Monel 400)、一抗腐蝕不銹鋼(諸如Hastelloy N或Inconel)、碳複合物、鉬合金(諸如由0.5%鈦及0.08%鋯(其餘係鉬)構成之鈦-鋯-鉬合金(TZM))、碳化物及基於耐火金屬或氧化物彌散加強合金(ODS)合金。在一實施例中，諸如鎵之熔融金屬潤濕反應池腔室之壁，此連同電解質之較低密度阻止電解質與彼壁之接觸以保護壁免受電解質腐蝕。

SunCell®可包括用於自反應池腔室或鎵再生系統排放之鹵素或氫鹵素氣體之一阱。包括一鹼(諸如NaOH)之例示性阱可與揮發性HF發生反應以形成經捕集之NaF。該阱可連接在真空泵之後。在一實施例中，氧化鎵可轉換為經電解之另一氧化物，諸如Ga₂ O₃ 轉換為電解至Al之Al₂ O₃ ，其中電解質可包括冰晶石。例示性遷移離子可包括氧化物、過氧化物、超氧化物、OH^- 、鹼金屬離子(諸如Na⁺ )、氫氧[基]錯鹽(諸如Ga(OH)₄ ^- )及一鹵氧[基]錯鹽(諸如GaF(OH)₃ ^- 或GaFO(OH)^- )中之至少一者。

在一實施例中，其中以電解方式形成鎵金屬之陰極包括熔融金屬表面。電解質可包括以下各項中之至少一者：(i)氧化鎵，(ii)羥基氧化鎵，(iii)氫氧化鎵，(iv)氧化鎵、羥基氧化鎵及氫氧化鎵中之至少一者以及至少一個所添加源，諸如NaOH、KOH、一金屬鹵化物及一混合物，諸如一氫氧化物-鹵化物鹽混合物，諸如NaOH-NaCl。陽極可包括在熔融金屬表面上之氧化鎵膜之表面上之一導體。電解質可包括一氫氧離子導體，諸如五倍子酸鈉，或其可包括五倍子酸鉀，該五倍子酸鉀可包括一K⁺ 離子導體。在一實施例中，電解質可包括一添加劑，該添加劑包括一種氧化物、一氫氧化物及一羥基氧化物中之至少一者。諸如氧化鋁之添加劑氧化物可比氧化鎵更穩定，其中一鹽混合物形成於添加劑氧化物與氧化鎵表面膜之間，其中該混合物可具有比氧化鎵低之一熔點。膜之氧化物及鎵離子可選擇性地經電解為鎵金屬及氧氣，其中熔融鹽混合物包括電解質。在一實施例中，諸如反應池腔室溫度、壓力、電壓、電流及水注入速率中之至少一者之SunCell®操作條件支援羥基氧化鎵之形成，其中氫氧化物可用作遷移電解質離子。在一實施例中，水注入速率及位置可經控制以維持羥基氧化鎵之一穩態濃度。在一實施例中，水注入可經引導至熔融鎵表面以支援可用作電解質之遷移離子之氫氧化物離子之形成。點火系統可將一正或負偏壓提供至用作鎵再生系統之一電極之熔融金屬。在一例示性實施例中，陰極之負偏壓可由點火系統提供，其中注入器可包括負電極且可浸沒於熔融鎵金屬表面下面。陽極可包括漂浮於熔融鎵之表面上之一導體，諸如碳或不銹鋼。另一選擇係，電解池可包括藉由與來自氧化鎵及水中之至少一者之氧發生反應以形成由諸如一真空泵之構件排放之CO及CO₂ 中之至少一者而消耗之一碳陽極。

在一實施例中，電解系統陰極及陽極可包括點火系統電極。反應池腔室中之電漿可包括在電極之間運輸離子之電解質，而電子載運在電極與用於點火之電力源之間的一外部電路中之點火電流。在一實施例中，電漿可包括與在反應池腔室及貯器中之熔融鎵之表面中之至少一者上之氧化鎵膜接觸之一電解電極，且支撐氧化鎵膜之鎵可包括反向電極。點火電流可係DC、AC或DC與AC之任一組合，且可包括促進氧化鎵膜之電解還原之任何波形。在一實施例中，電極間隔可經調整以達成以下各項中之至少一者：增加電壓以輔助氧化鎵膜之電解反應；及增加電漿反應體積且藉此增加SunCell®功率輸出。

在一實施例中，SunCell®包括：一真空系統，其包括通往反應池腔室之一真空管線；及一真空泵，其用以在一間斷或連續基礎上自反應池腔室抽空氣體。在一實施例中，SunCell®包括凝結器以使至少一個分數氫反應反應物或產物凝結。該凝結器可與真空泵成一直線或包括與真空泵之一氣體導管連接。真空系統可進一步包括一凝結器以使自反應池腔室流動之至少一種反應物或產物凝結。該凝結器可致使凝結物、所凝結反應物或產物選擇性地往回流動至反應池腔室中。可使該凝結器維持在一溫度範圍中以致使凝結物選擇性地往回流動至反應池腔室。流可係主動或被動運輸手段，諸如分別藉由泵送或藉由重力流。在一實施例中，該凝結器可包括用以阻止顆粒流(諸如鎵或氧化鎵奈米顆粒)自反應池腔室進入真空系統之一構件，諸如一過濾器、之字形通道及一靜電沈澱器中之至少一者。

在一實施例中，電解質包括一鹼，該鹼與氧化鎵發生反應以形成鎵離子及包括氧之離子(諸如氧化物或氫氧化物離子，其能夠在電解反應中遷移及沈澱以將氧化鎵還原為鎵金屬)。該鹼可經選擇使得存在如下情形中之至少一者：(i)鹼之熔點低於反應池腔室之操作溫度，(ii)鹼之沸點高於真空系統之操作溫度，(iii)鹼之熔點低於鹼之任何對應金屬之沸點，(iv)鹼之任何對應金屬能夠與H₂ O或氧發生反應以再生鹼，(v)鹼之熔點高於水之沸點，(vi)鹼之任何對應金屬之沸點高於水之沸點。在一例示性實施例中，電解質包括具有323℃之一熔點及1388℃之一沸點之NaOH，且與100℃之水之沸點相比較，對應金屬(鈉)具有97.8℃之一熔點及883℃之一沸點。凝結器可使NaOH及Na凝結且使此等凝結物返回至反應池腔室同時准許更多揮發性氣體(諸如過量水蒸氣)自反應池腔室抽空。所返回Na可與反應池腔室中或凝結器中之H₂ O或氧中之至少一者發生反應以經再生及經回收中之至少一者，其中可使凝結器維持在324℃至882℃之一溫度範圍中。可使凝結器維持在大約大於324℃至小於882℃之一溫度範圍中以使鈉以熔融金屬鈉及熔融NaOH之至少一個形式選擇性地返回至反應池腔室。

在一實施例中，鎵再生系統可進一步包括一鹽橋，該鹽橋橫跨熔融金屬表面且穿透至熔融金屬中以將陽極與陰極電分開，惟藉由通過該鹽橋進行離子傳導除外。該鹽橋可包括本發明之鹽橋，諸如β固體氧化鋁電解質(BASE)或五倍子酸鉀。

在一實施例中，將熔融鎵金屬表面加偏壓為負以提供一減小電位給熔融鎵從而抑制其氧化反應，諸如其與水之反應。負偏壓可由點火系統提供，其中注入器可包括負電極且可浸沒於熔融鎵金屬表面下面。

在一實施例中，反應池腔室包括電絕緣壁或塗電絕緣體之壁以致使點火電流至少部分地流動穿過氧化鎵塗層。壁或塗層可進一步抵抗由鎵潤濕。例示性壁或塗層包括BN、藍寶石、MgF₂ 、SiC或石英。在另一實施例中，電極位於距壁充足的一距離處，使得點火電流傾向於電極之間的避開壁之一路徑。點火電流可流動穿過反應池腔室中之電漿到達氧化鎵表面，其中底座5c1之電極8及電漿可用作電解陽極，氧化物塗層下方之熔融鎵金屬及可係浸沒之注入器可包括電解陰極，且點火電流可至少部分地用作電解電流以在陰極處使氧化鎵還原為鎵。另一選擇係，可使極性反轉，且在陽極處釋放之氧可透過氧化鎵擴散以與池氧氣一起經排放。可使點火電流維持在可將自水添加形成之氧化鎵電解為鎵之一充分位準。在一實施例中，反應池腔室可包括一吸氣劑，諸如用於氧之碳。在一例示性實施例中，每一1 ml/分鐘H₂ O添加會每分鐘形成3.44 g或0.533 ml之Ga₂ O₃ ，此需要180 A之一電流將氧化鎵還原為鎵。可將諸如一離子化合物之一電解質離子源添加至反應池腔室以提供離子遷移從而完成電解電路。離子化合物可包括一鹼(諸如NaOH)或鹼金屬鹵化物(諸如NaF)。在一實施例中，可減少或終止注入電流以有利於穿過氧化鎵之電流。可控制水注入速率或模式以控制氧化鎵形成速率，使得氧化鎵還原速率可足以維持一所要電漿條件，諸如一連續對間斷電漿。在一例示性實施例中，間斷地注入水以准許氧化鎵大約在注入之間還原。在一實施例中，添加氫以催化氧化鎵表面膜之電解還原及熱分解中之至少一者。分數氫反應電漿可提供活性H以增強氧化鎵變成鎵之反應。

在具有電絕緣壁之另一實施例中，使一高電流流動穿過氧化鎵層以使其超熱且致使氧化鎵經歷以下各項中之至少一者：藉助所添加H₂ 進行氫還原；及熱分解。可關小或關斷諸如EM注入泵之注入泵以增加穿過氧化鎵之電流。可針對可能歸因於傳導率之對應減小之經減少泵送或泵出條件而調整電漿之電壓。在一例示性實施例中，使電壓增加大約5至10 V以維持與在泵減少或終止之前大約相同之電流。除了或代替由所注入熔融金屬提供之傳導率，可將銀添加至鎵以形成銀奈米顆粒，該等銀奈米顆粒維持一高氣體傳導率及對應高離子-電子再結合速率以維持一高分數氫反應速率。在一實施例中，可將一氫解離劑(諸如一貴金屬、Ni、Ti、Nb、一碳、陶瓷或沸石支撐之貴金屬、一稀土金屬及此項技術中已知之另一氫解離劑)添加至反應池腔室以提供原子H作為一活化氫形式從而還原氧化鎵。在另一實施例中，分數氫反應電漿可提供原子氫以還原氧化鎵。可使氫壓力維持在大約0.1托至10 atm、0.5托至5 atm及0.5托至1 atm之至少一個範圍中。可使氫流動，且速率可在大約0.1標準立方公分/分鐘(sccm)至100公升/分鐘、1 sccm至10公升/分鐘及10 sccm至1升/分鐘之至少一個範圍中。

在一例示性所測試實施例中，當每分鐘使10 sccm之H₂ 流動且注入4 ml之H₂ O同時施加主動真空泵送時，使反應池腔室維持在大約1托至20托之一壓力範圍。DC電壓係大約28 V且DC電流係大約1 kA。反應池腔室係具有9英吋長度之邊緣之一SS立方體，其容納47 kg之熔融鎵。電極包括一DC EM泵之一1英吋浸沒式SS噴嘴及一反向電極，該反向電極包括具有由一BN底座覆蓋之一1 cm直徑引線之一4 cm直徑、1 cm厚W圓盤。EM泵速率係大約30 ml/s至40 ml/s。使鎵極化為正且使W底座電極極化為負。SunCell®輸出功率係使用鎵及SS反應器之質量、比熱及溫度上升之乘積量測之大約150 kW。

在包括用作相反極性之電極之兩個貯器及注入器之SunCell® (諸如圖5及圖9中所展示之SunCells®)之一實施例中，可減少或終止一第一注入器之泵送，而充分地維持一第二注入器之泵送以將熔融金屬泵送至第一注入器之貯器中，使得可藉由電流流動穿過膜而消除第一注入器中之任何氧化鎵塗層。相反地，可減少或終止第二注入器之泵送，而充分地維持第一注入器之泵送以將熔融金屬泵送至第二注入器之貯器中，使得可藉由電流流動穿過膜而消除第二注入器中之任何氧化鎵塗層。另一選擇係，可減少或終止兩個注入器之泵送，使得電流流動穿過具有分數氫反應電漿之貯器中之至少一者之氧化鎵膜，從而至少部分地提供電極之間的一電流連接。可將一電解質添加至氧化鎵膜以促進氧化鎵膜之還原。

在一實施例中，EM泵注入器包括浸沒於包括一個氧化鎵表面膜之熔融鎵金屬表面下面之複數個噴嘴。該複數個浸沒式噴嘴可位於貯器中之不同位置處及相對於熔融金屬表面之不同角度處以打破氧化鎵膜，此乃因對應所注入流在點火期間穿透氧化物膜。在一實施例中，SunCell®包括複數個熔融金屬注入泵及可係浸沒之對應噴嘴，其中所注入熔融金屬可打破表面氧化鎵膜。浸沒深度可經調整以最佳化氧化鎵膜之打破。在一實施例中，至少一個非浸沒式噴嘴可包括經引導朝向反向電極之至少一個出口，及經引導朝向氧化鎵表面以輔助打破氧化物膜之至少一個其他出口。

在一實施例中，將一反應物添加至貯器及反應池腔室中之至少一者以與可形成於熔融金屬上之任何電絕緣膜發生反應，其中反應產物係不太電絕緣及不太易於形成一連續電絕緣膜中之至少一者。在一實施例中，將諸如NaOH之一鹼添加至貯器及反應池腔室中之至少一者以與氧化鎵發生反應以形成諸如NaGaO₂ 之一產物從而減少或消除熔融氧化鎵上之任何連續電絕緣表面層表面。在一例示性實施例中，NaOH與氧化鎵之反應可打破熔融鎵上之電絕緣Ga₂ O₃ 膜。在另一實施例中，調整泵注入噴嘴直徑及深度以及一經增加EM泵送速率中之至少一者以充分地打破熔融鎵上之電絕緣膜(諸如熔融鎵之表面上之一個氧化鎵塗層)以阻止其干擾電漿點火電流。

在一實施例中，SunCell®包括一碳源，諸如碳粉，諸如石墨、焦炭或木炭粉。該碳源可包括一碳貯器、一閥及碳貯器與反應池腔室之間的一連接或導管，且可進一步包括用以除重力流或饋料之外亦將碳機械地運輸至反應池腔室之一構件。碳可塗佈鎵表面以減少用以形成氧化鎵的分數氫反應混合物之任何氧化物種(諸如氧及水中之至少一者)與鎵之反應。作為用以移除熔融鎵上之氧化鎵表面塗層的NaOH添加、氫還原、電解還原、熱分解或蒸發及昇華(歸因於Ga₂ O之揮發性)中之至少一者之一替代方案，反應池腔室中之反應混合物包括來自源之碳。碳可與所添加H₂ O及Ga₂ O₃ 中之至少一者發生反應以形成可由一真空泵排放之CO及CO₂ 中之至少一者。碳反應可包括水合成氣反應、水-氣體變換反應以及氧化鎵至鎵金屬及可排放之CO及CO₂ 之碳熱還原反應中之至少一者。例示性反應係 2H₂ O + C → CO₂ + 2H₂ 及氧化鎵之碳還原反應 Ga₂ O₃ + 3C → 2Ga + 3CO Ga₂ O₃ + 3/2C → 2Ga + 3/2CO₂ 在另一實施例中，氧化鎵之碳熱還原可與另一反應相結合以包括一反應組合，諸如將氧化鎵還原至鎵之碳熱反應之一組合。

在一實施例中，SunCell®包括用以將Ga₂ O₃ 還原至鎵金屬同時排放Ga₂ O₃ 還原產物(諸如包括氧之Ga₂ O₃ 還原產物)且使鎵金屬返回至反應池腔室之系統。在一實施例中，SunCell®包括：用以自反應池腔室移除一Ga₂ O₃ 膜或層之構件；一鎵再生系統；自反應池腔室5c1至一鎵再生系統之一個氧化鎵通道；用以將氧化鎵自反應池腔室5b31運輸至鎵再生系統之一運輸機；用以排出因自氧化鎵再生鎵而產生之其他產物(諸如氧)之一構件；用於所再生鎵之一貯器；自鎵再生貯器至反應池腔室之一鎵通道、導管或管；自用於所再生鎵之貯器至貯器5c或反應池腔室5b31之一鎵運輸機；及用於構件中之每一者之一控制系統。(i)用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件，(ii)用以在其通道中運輸氧化鎵之運輸機，及(iii)用以在其通道中運輸鎵之運輸機中之至少一者可包括一機械、電磁、液壓或氣動推進器或撇渣器、一泵(諸如一機械或EM泵)、一噴口(諸如至少一個氣體噴口、熔融金屬噴口、水噴口)、至少一個螺旋鑽、一搖動器或振動器(諸如一電磁或壓電振動器)及至少一個運送機(諸如一運送帶或網格)中之至少一者。在一實施例中，用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之射流(諸如熔融金屬射流)可以對於使熔融鎵之表面上之氧化鎵選擇性地移動有利之一角度撞擊於表面上。在一例示性實施例中，射流可自鎵表面下面撞擊。

在一實施例中，用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件包括使可藉助在池外部之至少一個磁體(諸如一電磁體或經冷卻永久磁體)操縱或驅動之一機械表面撇渣器或刮刀移動之一致動器，其中該致動器可包括具有一高居裡溫度之一鐵磁材料，諸如鐵或鈷。在另一實施例中，撇渣器可包括一能夠真空密封之穿透件及一外部驅動機構(諸如此項技術中已知之外部驅動機構)。

在一實施例中，SunCell®可包括一表面機械波產生器以在氧化鎵中產生波以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面推動Ga₂ O₃ 膜且致使氧化物流動至氧化鎵通道中。源，諸如一聲波源，諸如一聲納裝置，諸如一電磁驅動聲納源，諸如一聲納激增器。源可位於貯器及反應池腔室之一或多個外部壁以及貯器及反應池腔室中之至少一者之內側中之至少一者上。在一實施例中，SunCell®可進一步包括一過濾器或篩子，該過濾器或篩子接納自熔融鎵表面移除之氧化鎵及某一熔融鎵中之至少一者且選擇性地保留氧化鎵同時使鎵返回至其源(諸如貯器或反應池腔室)。該過濾器或篩子可包括可自表面升高之一凹槽。該凹槽可藉由表面波源之動作接納氧化鎵及鎵中之至少一者。該凹槽可沿著反應池腔室之一個側伸展。該凹槽可在底部中具有允許鎵往回排泄至其源之穿孔。該凹槽可進一步包括一運輸機，諸如一螺旋鑽。該螺旋鑽可包括一能夠真空密封之穿透件或磁性耦合器以及一外部驅動機構(諸如此項技術中已知之外部驅動機構)。該螺旋鑽可將氧化鎵運輸至自反應池腔室5c1至一鎵再生系統之氧化鎵通道。

在一實施例中，用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件包括將電力遞送至表面氧化物之一系列電極。該等電極可將具有時間延遲之順序高電壓脈衝之氧化鎵推動至氧化物覆蓋之表面中以在貯器表面上形成一電弧電流行波以及一對應熱行波。熱波繼而產生將氧化鎵推動至氧化物通道中之一力波。用以移除氧化鎵表面之機制可包括熱泳。

在一實施例中，自反應池腔室5c1至鎵再生系統之運輸機可包括在反應池腔室5c1與鎵再生系統之間維持一密封(諸如包括一熔融金屬管柱之一密封)之一泵，諸如一電磁泵。在一實施例中，自鎵再生系統至反應池腔室5c1之運輸機可包括在鎵再生系統與反應池腔室5c1之間維持一密封(諸如包括一熔融金屬管柱之一密封)之一泵，諸如一電磁泵。該密封可准許反應池腔室5c1及鎵再生系統之氣體及壓力中之至少一者之分開。在另一實施例中，自反應池腔室5c1至鎵再生系統之運輸機可包括一被動裝置，諸如准許重力流之一通道。通道(諸如包括一P阱之通道)可在反應池腔室5c1與鎵再生系統之間維持一密封(諸如包括一熔融金屬管柱之一密封)。通道可進一步包括一熱複熱器或熱交換器以達成以下各項中之至少一者：自所運輸鎵回收熱；及使鎵冷卻。

用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件可致使熔融金屬及氧化物流動至自反應池腔室5c1至一鎵再生系統之氧化鎵通道或導管中。熔融金屬流可足以將氧化物沖刷至通道或導管中且在不具有堵塞之情況下准許其由運輸機運輸至再生系統。再生系統可包括一電解系統(諸如包括一鹼水溶液電解質之電解系統)、兩個電極(諸如不銹鋼電極)及一電解池，該電解池具有朝向陰極傾斜之一底板及自鎵再生貯器至反應池腔室之鎵通道、導管或管之入口。用以沖刷氧化物之熔融金屬可沿著傾斜底板流動且流動至鎵通道之入口中且可運輸至貯器或反應池腔室。該運輸可係藉助所再生鎵。在一例示性實施例中，用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之手段包括可由一電磁泵供應之一熔融金屬射流，其中熔融金屬供應器可包括再生系統及貯器中之至少一者。可由一控制器基於沖刷氧化鎵所需要之量而調整熔融金屬泵送至噴口之速率。沖刷氧化鎵所需要之量可取決於所形成之量。輸入至控制器之關於所形成之氧化鎵量之一參數包括水注入速率。在一替代實施例中，用以自液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件包括一搖晃台，SunCell®安裝於該搖晃台上。搖晃台之搖擺動作可將氧化鎵驅迫至自反應池腔室5c1至一鎵再生系統之氧化鎵通道中。在另一實施例中，用以自液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件可包括一旋轉平台，SunCell®安裝於該旋轉平台上，其中因台之旋轉產生之離心力將氧化鎵驅迫至自反應池腔室5c1至一鎵再生系統之氧化鎵通道中。

在一實施例中，自反應池腔室5c1至鎵再生系統之運輸機可包括自用於所再生鎵之貯器至貯器5c或反應池腔室5b31之鎵運輸機。後一運輸機可在氧化鎵通道中形成抽吸。在一例示性實施例中，由對應EM泵運輸機泵送來自所再生鎵貯器之鎵會沿著氧化鎵通道形成一局部真空以致使氧化鎵自貯器5c或反應池腔室5b31抽吸至鎵再生系統。連接SunCell®組件(包括反應池腔室或貯器及再生系統)之至少一個導管中之流阻力可足以維持對應腔室之間的密封。

在包括氧化之一熔融金屬之一實施例中，電漿反應有利於一金屬表面(相對於一不太導電經氧化金屬表面)。舉例而言，在具有分數氫反應動力學之一大幅增加之情況下有利於離子-電子再結合之電弧電流形成可有利於一金屬鎵表面而非一個氧化鎵表面，該氧化鎵表面由於所添加水蒸氣與金屬鎵之反應隨著時間而形成。為自氧化鎵再新鎵表面，SunCell®可包括用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件。用以移除氧化物表面塗層之一例示性構件包括：(i)一收集器，諸如傾斜經穿孔平台，諸如在反應池腔室內側在貯器之鎵液體液位處之一傾斜平面篩網；及(ii)一惰性氣體或熔融鎵噴口，其在反應池腔室之相對側上以將氧化鎵驅迫至選擇性地收集氧化鎵之篩網上同時鎵流動穿過篩網且返回至貯器。可進一步由運輸機將所收集氧化鎵運輸至鎵再生系統。

在一實施例中，用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件包括一熔融金屬噴口。在一實施例中，至少一個熔融金屬噴口可包括將至少一個所注入熔融金屬流施加至貯器金屬(諸如熔融鎵)上之一個氧化物表面塗層之一熔融金屬泵(諸如一電磁泵)之出口噴嘴。所注入流之力可將氧化物塗層推動至一所要位置，諸如通往鎵再生系統之運輸機。熔融金屬射流泵之入口可與貯器之熔融金屬及鎵再生系統之熔融金屬中之至少一者連續。在一例示性實施例中，熔融金屬射流將包括Ga₂ O₃ 、Ga₂ O及Ga中之至少一者的貯器之表面層驅迫至通往鎵再生系統(其可包括一鹼性電解質，諸如NaOH水溶液)及一電解系統之一導管中。可藉由與在電解系統之一陽極處析出之氧之反應將Ga₂ O氧化為Ga₂ O₃ ，Ga₂ O₃ 可形成對應五倍子酸鹽，諸如五倍子酸鈉，Ga可在陰極處流動至一貯器中，鎵可係以下情形中之至少一者：經運輸至貯器及反應池腔室；及流動至熔融金屬射流泵之入口中。在一實施例中，可將諸如NaOH之一化學物添加至貯器及反應池腔室中之至少一者以與氧化鎵發生反應以形成諸如五倍子酸鈉之一產物，藉由用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件更容易地將該產物自貯器熔融金屬之表面移除。

在一實施例中，可使Ga₂ O₃ 還原至一較小氧化物(諸如Ga₂ O)，藉由用以自貯器5c或反應池腔室5b31中之液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件更容易地將該較小氧化物自熔融金屬之表面移除。可藉由以下各項中之一或多者將Ga₂ O₃ 轉換為另一氧化物，諸如Ga₂ O：(i)任何氧化鎵之熱分解，諸如Ga₂ O₃ → Ga₂ O，(ii)藉由與鎵之反應將Ga₂ O₃ 轉換為Ga₂ O，(iii)藉由氫而還原Ga₂ O₃ ，(iv)藉由碳熱還原而還原Ga₂ O₃ ，(v)藉由原位電解而還原Ga₂ O₃ ，且藉由本發明之其他方法還原Ga₂ O₃ ，其中將諸如氫、碳及電解電解質之對應還原劑以及電解電流添加至反應池腔室且使溫度維持在准許所要還原反應及熱分解中之至少一者之溫度。在一實施例中，Ga₂ O可形成嵌入於熔融鎵之表面上之Ga₂ O₃ 膜中之顆粒。在藉由用以自液體鎵之表面移除Ga₂ O₃ 膜之構件運輸Ga₂ O顆粒時，Ga₂ O顆粒可攜帶著Ga₂ O₃ 膜。在一例示性實施例中，嵌入於熔融鎵之表面上之Ga₂ O₃ 膜中之Ga₂ O顆粒致使膜藉由由至少一個EM泵形成之一射流或流與Ga₂ O顆粒一起經運輸。用於引起射流或流之任何鎵金屬可與氧化鎵分開且經再循環。

用以移除氧化鎵膜之泵可將抽吸施加至氧化鎵且選擇性地移除氧化鎵表面層(由於其較低密度)。一例示性機械撇渣器係包括一軸件及機械連桿及外部驅動馬達以及一電源供應器及控制器之機械撇渣器。另一例示性撇渣器實施例包括在反應池腔室內側之一攪拌棒，藉由與內部攪拌棒同相之一外部自旋磁體使該攪拌棒自旋。該攪拌棒可包括具有一高居裡溫度之一磁性或鐵磁材料，諸如鈷或鐵。反應池腔室可包括至少一個平坦垂直壁，諸如一立方形或矩形反應池腔室之壁中之一者，其中攪拌棒在與壁平行之平面中操作。該攪拌棒可將Ga₂ O₃ 推進至通往鎵再生系統之其通道中。在另一例示性實施例中，SunCell®包括一氣體噴口以跨越貯器5c中之液體金屬之表面提供至少一水平力分量。在一實施例中，藉由氣體噴流(諸如反應池腔室5b31氣體之一氣體噴流)將在貯器5c中之鎵之頂部上漂浮之氧化鎵層驅迫至通往鎵再生系統(諸如一電解系統)之通道中。氣體噴口可包括一氣體入口、一氣體出口、至少一個噴嘴(其中噴嘴之方向可係可控制的)以及氣體流及噴嘴方向中之至少一者之一控制系統。在另一實施例中，SunCell®包括用以引起漂浮氧化鎵層處之一離心力以致使氧化鎵層圓周地流動且流動至通往電解系統之通道中的一構件。SunCell®可包括一旋轉構件，諸如一旋轉台，SunCell®安裝於該旋轉台上。鎵再生系統可包括一電解池。該電解池可包括至少兩個電極、一電解質、一電解電源供應器、一電解控制器及用於鎵金屬之貯器、包括來自及去往貯器及反應池腔室中之至少一者之通道的一入口與出口通道。

鎵再生系統可包括一Ga₂ O₃ 還原系統。鎵再生系統可包括一Ga₂ O₃ 電解池，諸如一水性或熔融鹽電解池。Ga₂ O₃ 可經歷電解為在陰極處之鎵金屬以及在陽極處自Ga₂ O₃ 電解池選擇性地排出之O₂ 、H₂ O或另一氧化物(諸如一揮發性或氣態氧化物，諸如CO₂ )中之至少一者。在後一情形中，諸如陽極之至少一個電極可包括碳。可選擇性地排出O₂ 、H₂ O或另一氧化物(諸如一揮發性或氣態氧化物，諸如CO₂ )。用以排出其他產物(諸如因自氧化鎵再生鎵而產生之氧)之構件可包括通往至少部分地覆蓋陽極之一罐或排氣口及殼體之一排氣管(此允許氣體收集且流動至排氣管中)。該殼體可包括可滲透電解質離子流之至少一區段，諸如可包括一鐘形罩之敞開下部端之一選擇性鹽橋。在一實施例中，用一氫氧化物(諸如一鹼金屬氫氧化物，諸如氫氧化鈉溶液)處理Ga₂ O₃ 以形成可藉由陰極(諸如一不銹鋼陰極)處之五倍子酸鈉溶液之電解還原至陰極處之鎵金屬的五倍子酸鈉。在一實施例中，至少一個電極可包括不銹鋼、鎳、碳、一貴金屬(諸如Pd、Pt、Au、Ru、Rh、Ir)、一維度穩定化電極及熟習此項技術者已知之在鹼中穩定之其他陽極中之至少一者。在一例示性實施例中，可藉由選擇性地返回泵送鎵金屬之一EM泵使鎵金屬返回至貯器5c及反應池腔室5b31中之至少一者。

用以使氧化鎵移動之一例示性撇渣器系統可包括橫跨累積氧化鎵之熔融金屬表面之一剖面之一經穿孔可移動板且可進一步包括一橫向運輸機以使氧化鎵在大約垂直於撇渣器使氧化鎵移動之方向之一方向上移動。該撇渣器可係非導電的以避免短接點火電流或電漿，諸如一陶瓷撇渣器，諸如BN撇渣器或塗陶瓷之金屬撇渣器，諸如一塗富鋁紅柱石、氧化鋁或BN之不銹鋼、鎢或鉭撇渣器。一EM泵可用作避免一非焊接穿透之一液壓撇渣器驅動器。該EM泵可驅動作為致動器之一液壓活塞或驅動一氣動馬達。該撇渣器可由一可逆馬達(諸如一氣動馬達，諸如包括一EM泵之馬達)驅動。該撇渣器可將氧化鎵推動至一個壁且然後使方向逆轉且將氧化鎵推動至相對壁。該撇渣器可沿著至少一個壁包括一橫向運輸機以使經撇取氧化鎵在垂直於撇渣器之方向之一方向上移動。運輸機可包括部分地懸掛於液體鎵之一螺桿或開式螺旋鑽，該螺桿或開式螺旋鑽將氧化物選擇性地推動至一隅角同時允許液體鎵在螺旋鑽周圍流動。撇渣器系統可包括位於撇渣器與至少一個橫向運輸機之間的至少一個機械連桿，使得可藉由同一驅動器(諸如一EM泵氣動馬達)驅動橫向運輸機。在一實施例中，撇渣器包括一螺旋鑽，諸如一開式螺旋鑽。橫向運輸機可包括本發明之一撇渣器，該撇渣器包括一橫向撇渣器。橫向撇渣器之運動可與撇渣器之運動同步，使得其處於恰當位置中以自撇渣器接納氧化物且在不具有兩個撇渣器之間的干擾之情況下將氧化物移動至氧化物通道中。

在一實施例中，撇渣器可包括一輪轂與輪輻氧化鎵膜撇渣器，其中可透過開式輪轂發生注入。撇渣器可圍繞由諸如一氣動馬達(諸如一EM泵驅動之馬達)之一馬達提供動力之輪轂旋轉。撇渣器可橫跨一圓柱形反應池腔室之表面，該圓柱形反應池腔室可包括將氧化鎵撇取至之一周邊氧化鎵通道。旋轉可呈形成一離心力以致使所撇取氧化鎵沿著撇渣器之輪輻流動至氧化鎵通道中之一高速度。

在一實施例中，SunCell®包括一個氧化鎵儲存貯器(氧化鎵經運輸至其中)，且SunCell®可進一步包括一補充鎵貯器以補給在操作期間形成氧化鎵之鎵。SunCell®可在氧化鎵儲存貯器之底部處包括一鎵返回運輸機以使累積在此貯器中之任何鎵返回至反應器貯器5c或反應池腔室5b31。該鎵返回運輸機可包括諸如一EM泵之一泵，該泵可進一步包括一入口過濾器以阻擋氧化鎵。可在本發明之再生系統(諸如五倍子酸鈉電解系統)中批量再生隨著時間而收集於氧化鎵儲存貯器中之氧化鎵。SunCell®可進一步包括一罐放電運輸機(諸如本發明之罐放電運輸機)以將氧化鎵自氧化鎵儲存貯器運輸至鎵再生系統中。在一例示性實施例中，每分鐘注入之每毫升之水之氧化鎵之累積速率(對應於大約50 kW之一理論分數氫功率)係3.4 g/分鐘(0.54 ml/分鐘)。

在一實施例中，撇渣器可包括一運送機，諸如包括至少一個皮帶或一組纜線或一組鏈條701之運送機，該運送機具有附接至該皮帶或該等纜線或鏈條之間的至少一個經穿孔鬥或槳葉702 (圖32)。該鬥用作撇渣器及一鬥式提升機中之至少一者，該鬥式提升機用以將所撇取氧化鎵舉升至氧化鎵儲存貯器5b33中。該鬥可包括不與鎵形成合金或發生反應之一耐火材料，諸如一陶瓷、W或Ta。鉭及陶瓷BN係可機械加工例示性材料。一對之相對部件之皮帶或每一纜線或鏈條可在鏈輪、齒輪或滑輪703中之至少一者上經驅動及導引，其中藉由諸如一電、氣動、液壓或電磁泵馬達之一馬達使鏈輪、齒輪或滑輪中之至少一者轉動。運送機皮帶、纜線或鏈條可致使至少一個鬥沿著熔融鎵表面自反應池腔室5b31或貯器之一第一壁行進至一相對壁，然後沿著一斜坡向上到達運送機之頂部，其中將所撇取氧化鎵傾倒至氧化鎵儲存貯器5b33中。運送機可使鬥返回至第一壁以重複撇取循環。熔融金屬注入器(諸如包括一噴嘴5q之熔融金屬注入器)可充分地浸沒於反應池腔室5b31或貯器5c之熔融鎵中以准許鬥浸沒於一較小深度處且越過噴嘴5q。反應池腔室可包括用於運送機之傾斜或鬥式提升機區段及氧化鎵儲存貯器5b33之一殼體5b32。氧化鎵儲存貯器5b33可包括在頂部處之一開口以自運送機之鬥式提升機區段接納氧化鎵。反應池腔室5b31或貯器之相對壁可包括一鬥形通路704，鬥形通路704包括一開口以允許鬥形撇渣器通過同時部分地阻擋反應池腔室或貯器中之熔融鎵。氧化鎵儲存貯器5b33之頂部開口之高度可足以阻止藉由任何流動之熔融鎵朝向鬥式提升機破壞其壁，該流動之熔融鎵可由於在熔融鎵中產生之任何機械波而通過鬥式通道。氧化鎵儲存貯器5b33可包括一凸緣5b33a及配接凸緣板5b33b，凸緣5b33a及配接凸緣板5b33b係可移除的以移除氧化鎵儲存貯器5b33，使得可移除及再生所收集氧化鎵，其中重新組裝空氧化鎵儲存貯器5b33。

在一實施例中，氧化鎵膜之形成增加點火電流電阻，使得點火電流在恆定點火電壓下減小或點火電壓增加以維持點火電流常數。在一實施例中，撇渣器包括一控制器，該控制器監測電流、點火電壓及點火電流電阻之點火參數中之至少一者且啟動撇渣器以移除氧化物塗層以使點火參數維持在一所要範圍中。

在一實施例中，可使貯器及反應池腔室中之至少一者維持在比羥基氧化鎵及氫氧化鎵中之至少一者之分解溫度大之一操作溫度。該操作溫度可在大約200℃至2000℃、200℃至1000℃及200℃至700℃之至少一個範圍中。在抑制羥基氧化鎵及氫氧化鎵形成之情形中，待撇取之物種可限於氧化鎵。

反應混合物可包括能夠與原位存在(亦即，在反應腔室中)之氧或水中之某些氧或水發生反應以便自反應混合物移除此等組份之一部分的一添加劑。在某些實施例中，添加劑可用於將此等組份運輸至再生系統。最終，可經由再生系統排放(亦即，自整個系統排出)與添加劑發生反應之氧及水。在特定實施例中，添加劑能夠由氧及/或水氧化。舉例而言，一種氧化添加劑(例如，金屬氧化物，諸如氧化鎵)可因將添加劑添加至反應腔室(例如，銀熔融金屬中之鎵添加劑)而形成於反應腔室中。在其產生之後，可將該氧化添加劑運輸至再生系統(例如，一還原系統)。一旦經運輸至再生系統，便可還原該氧化添加劑，從而產生所再生添加劑及先前存在於反應腔室中之氧及/或水。然後可使添加劑返回至反應腔室以供進一步使用，且可排出先前存在於反應腔室中之氧及/或水。

在一實施例中，反應混合物可包括一添加劑，該添加劑包括諸如與氧及水中之至少一者發生反應之一金屬或化合物之一物種。可再生該添加劑。可藉由SunCell®之至少一個系統達成再生。再生系統可包括一熱、電漿及電解系統中之至少一者。可將該添加劑添加至包括熔融銀之一反應混合物。在一實施例中，該添加劑可包括可添加至熔融銀(包括熔融金屬)之鎵。在一實施例中，可將水供應至反應池腔室。可由一注入器供應該水。鎵可與供應至反應混合物之水發生反應以形成氫及鎵。氫可與用作分數氫觸媒之某些殘餘HOH發生反應。可藉由本發明之電解系統再生氧化鎵。可將藉由電解系統產生之鎵金屬及氧分別往回泵送至反應池腔室且排放以用於池。

在一實施例中，用以對Ga₂ O₃ 執行電解之電解質包括一鹼金屬鹵化物及鹵化鎵(諸如GaF₃ )。電解質可包括一熔融鹽，諸如冰晶石之一類似物，其中Ga取代Al，諸如Na₃ GaF₆ 。在一實施例中，可使Ga₂ O₃ 與諸如HCl之HX (x = 鹵化物)發生反應以形成GaCl₃ 。GaCl₃ 之熔融物可經電解以在陰極處形成Ga金屬且在陽極處形成Cl₂ 氣體。可使氯氣與來自一源之氫(諸如因水電解而產生之H₂ )發生反應以形成HCl。

在一實施例中，SunCell®包括用以使Ga₂ O₃ 與至少一種反應物發生反應以形成一揮發性產物之系統、一揮發性產物凝結器、一鎵再生系統(諸如一電解池)以及用以分別將揮發性產物及所再生鎵運輸至鎵再生系統及自鎵再生系統運輸之通道及運輸機。反應物可包括一酸，諸如HX (X = 鹵化物)。可使Ga₂ O₃ 與諸如HX (X = 鹵化物)之一酸發生反應以形成可係揮發性之GaX₃ 。氣態GaX₃ 可凝結於凝結器中，該凝結器可包括鎵再生系統之一組件。諸如GaCl₃ 或GaBr₃ 之GaX₃ 可經電解以在陰極處形成Ga金屬且在陽極處形成X₂ 氣體。可使X₂ 氣體與來自一源之氫(諸如因H₂ O電解而產生之H₂ )發生反應以形成HX。SunCell®可進一步包括一鎵再生貯器，其中運輸Ga₂ O₃ 且使Ga₂ O₃ 與HX發生反應以形成鎵金屬。可將HX氣體釋放至貯器、反應池腔室及一再生貯器中之至少一者中以形成GaX₃ 及H₂ O。

在一實施例中，熔融金屬可包括任何熔融金屬。在熔融金屬藉由與分數氫反應混合物之一組份發生反應而形成一產物(諸如一金屬氧化物產物)之情形中，熔融金屬可包括能夠再生之熔融金屬。在一實施例中，SunCell®包括用以再生及回收熔融金屬之一構件。在一實施例中，熔融金屬可包括形成可藉由氫還原及電解中之至少一者而再生之一種氧化物的熔融金屬，其中金屬再生構件包括一電解池及一氫還原反應器中之至少一者。用以再生金屬之系統可包括本發明之電解再生系統，該電解再生系統可進一步包括用以將金屬氧化物還原至金屬且再循環或回收所再生熔融金屬之一氫源。可藉由氫還原而再生之例示性金屬係銅及鎳。在一實施例中，可用一氫還原腔室替換電解腔室。在另一實施例中，可由鋁替換鎵，且再生系統可包括一氧化鋁電解池，諸如包括碳電極及一熔融鹽電解質(諸如冰晶石(Na₃ AlF₆ ))之氧化鋁電解池。

在一實施例中，可將氫氣添加至反應混合物以消除藉由所注入水與鎵之反應而形成之氧化鎵膜。在另一實施例中，可添加諸如一惰性氣體(諸如氬)、氮、CO₂ 、一碳水化合物(諸如甲烷或丙烷)或本發明之另一氣體之一添加劑氣體以支援氧化鎵膜之消除。添加劑氣體可增加因H₂ O + Ga → Ga₂ O₃ + H₂ 反應而產生之原子H。諸如氬之添加劑氣體可增加分數氫反應速率，其中高能量釋放促進氧化鎵膜之分解。添加劑氣體可與反應池腔室中之一物種(諸如H₂ O、OH^- 、Ga₂ O₃ 、OH及Ga₂ O中之至少一者)發生反應以形成增強氧化鎵膜之電解還原之一電解質。諸如一惰性氣體之添加劑氣體可增加電漿之離子化分率以增加其傳導率且增加流動穿過氧化鎵之還原電流。添加劑氣體可由於諸如較高質量之性質而在反應池腔室中具有相對於其他氣體較長之一半衰期。所添加氫或添加劑氣體可係任何所要量以達成氧化鎵膜之還原。反應池腔室中之氫或添加劑氣體中之至少一者可在大約0.1托至100 atm、1托至1 atm及1托至10托之至少一個壓力範圍中。可以在大約0.001 sccm至10升/分鐘、0.001 sccm至10升/分鐘及0.001 sccm至10升/分鐘之至少一個範圍中之每公升反應池腔室體積之一速率使氫或添加劑氣體中之至少一者流動至反應池腔室中。

在一實施例中，H₂ O注入器可將H₂ O注入至反應池腔室之分數氫電漿區域中，諸如電極之間的區域中。電漿注入可在正電極附近，其中分數氫電漿係最強烈的。將H₂ O注入至電漿中可係達成以下各項中之至少一者：增強功率釋放；阻止水與鎵形成一種氧化物；及促成氧化鎵還原或分解。注入器可包括在反應池腔室壁處之一孔口或在反應池腔室內側之一噴嘴，該孔口或噴嘴可將水引導至諸如在鎵表面上在熔融金屬注入器上面之一所要位置。噴嘴可以一位置及角度進入以達成至所要位置之所要遞送。在例示性實施例中，噴嘴可位於池之頂部處且將所注入水向下引導至鎵表面處之電漿之中心，或一耐火噴嘴可包括穿過熔融鎵之一導管且進一步包括一電弧以將水引導至鎵表面。噴嘴可包括一小孔隙、一會聚-發散噴嘴或此項技術中已知之其他噴嘴以將水引導至所要位置。噴嘴可包括諸如一加熱器及熱交換器之一構件以將液體加熱且將液體轉換為至少某些氣態水。轉換為氣態水可引起一壓力增加，該壓力增加可用作將水注入至一所要位置之一推進劑。在一實施例中，所注入水微滴或顆粒可藉由諸如靜電地之手段而帶電，諸如帶負電。可藉由以下各項中之至少一者而使顆粒帶電：噴嘴出口處之一電極；顆粒在經注入時穿過之一電暈放電；及顆粒與一充電材料或結構(諸如噴嘴)之摩擦。鎵可相反地帶電，諸如帶正電，使得將所注入水吸引至鎵表面。可將所注入顆粒引導至大約沿著電極之軸之區。

在一實施例中，氫可用作觸媒。用以供應nH (n係一整數)作為觸媒及H原子以形成分數氫之氫源可包括H₂ 氣體，該H₂ 氣體可使用用以控制來自一高壓力水電解槽之氫流量之一質量流量控制器透過一氫可滲透薄膜(諸如一Pd或Pd-Ag，諸如EM泵管5k4壁中之23% Ag/77% Pd合金薄膜)來供應。使用氫作為觸媒、作為HOH觸媒之一替代物可避免諸如一碳反應池腔室5b31之至少一個池組件之氧化反應。維持於反應池腔室中之電漿可解離H₂ 以提供H原子。碳可包括熱解碳以抑制碳與氫之間的反應。

固體燃料 SunCell® 在一實施例中，SunCell®包括發生反應以形成至少一種反應物以形成分數氫之一固體燃料。分數氫反應物可包括用以形成分數氫之原子H及一觸媒。該觸媒可包括初生水、HOH。可在SunCell®中至少部分地原位再生該反應物。可藉由反應池腔室5b31中之一電漿或熱驅動之反應而再生固體燃料。可藉由在反應池腔室5b31中維持及釋放之電漿及熱力中之至少一者達成再生。可藉由供應在分數氫或包括分數氫之產物(諸如物質之較低能量氫化合物及組合物)之形成中消耗之元素之一源而再生固體燃料反應物。SunCell®可包括H及氧之一源中之至少一者以替換在SunCell®中之分數氫反應之傳播期間固體燃料所丟失之任何H及氧。H及O中之至少一者之源可包括H₂ 、H₂ O及O₂ 中之至少一者。在一例示性再生實施例中，藉由添加H₂ 及H₂ O中之至少一者而替換經消耗以形成H₂ (1/4)之H₂ ，其中H₂ O可進一步用作HOH觸媒及O₂ 中之至少一者之源。最佳地，CO₂ 及諸如氬之一惰性氣體中之至少一者可係反應混合物之一組份，其中CO₂ 可用作用以形成HOH觸媒之一氧源。

在一實施例中，SunCell®進一步包括一電解池以自形成於反應池腔室中之任何產物再生至少一個起始材料中之至少某些起始材料。起始材料可包括固體燃料之反應物中之至少一者，其中產物可藉由固體燃料反應而形成以形成分數氫反應物。起始材料可包括熔融金屬，諸如鎵或銀。在一實施例中，熔融金屬與熔融金屬係非反應性的。一例示性非反應性熔融金屬包括銀。電解池可包括貯器5c、反應池腔室5b31及在貯器5c及反應池腔室5b31中之至少一者外部之一單獨腔室中之至少一者。電解池可至少包括：(i)兩個電極，(ii)用於一單獨腔室之入口及出口通道以及運輸機，(iii)一電解質，其可包括貯器、反應池腔室及單獨腔室中之至少一者中之熔融金屬及反應物及產物中之至少一者，(iv)一電解電源供應器，及(v)用於電解之控制器以及用於在適用情況下進入及離開電解池之運輸機之控制器及電源。運輸機可包括本發明之運輸機。

在一實施例中，一固體燃料反應形成H₂ O及H作為產物或中間反應產物。H₂ O可用作用以形成分數氫之一觸媒。反應物包括至少一個氧化劑及一個還原劑，且反應包括至少一個氧化-還原反應。該還原劑可包括諸如一鹼金屬之一金屬。反應混合物可進一步包括一氫源及一H₂ O源，且可視情況包括一支撐體，諸如碳、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)或腈類。該支撐體可包括一金屬粉末。H源可選自本發明之鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬、稀土氫化物及氫化物之群組。氫源可係氫氣，該氫氣可進一步包括一解離劑，諸如本發明之彼等解離劑，諸如一支撐體上之一貴金屬，諸如碳或氧化鋁及本發明之其他者。水源可包括脫水之一化合物，諸如一氫氧化物或一氫氧[基]錯鹽，諸如Al、Zn、Sn、Cr、Sb及Pb之彼等。水源可包括一氫源及一氧源。該氧源可包括一化合物，該化合物包括氧。例示性化合物或分子係O₂ 、鹼金屬或鹼土金屬氧化物、過氧化物或超氧化物、TeO₂ 、SeO₂ 、PO₂ 、P₂ O₅ 、SO₂ 、SO₃ 、M₂ SO₄ 、MHSO₄ 、CO₂ 、M₂ S₂ O₈ 、MMnO₄ 、M₂ Mn₂ O₄ 、M_x H_y PO₄ (x、y = 整數)、POBr₂ 、MClO₄ 、MNO₃ 、NO、N₂ O、NO₂ 、N₂ O₃ 、Cl₂ O₇ 及O₂ (M = 鹼金屬；且鹼土金屬或其他陽離子可取代M)。其他例示性反應物包括選自以下各項之群組之試劑：Li、LiH、LiNO₃ 、LiNO、LiNO₂ 、Li₃ N、Li₂ NH、LiNH₂ 、LiX、NH3、LiBH₄ 、LiAlH₄ 、Li₃ AlH₆ 、LiOH、Li₂ S、LiHS、LiFeSi、Li₂ CO₃ 、LiHCO₃ 、Li₂ SO₄ 、LiHSO₄ 、Li₃ PO₄ 、Li₂ HPO₄ 、LiH₂ PO₄ 、Li₂ MoO₄ 、LiNbO₃ 、Li₂ B₄ O₇ (四硼酸鋰)、LiBO₂ 、Li₂ WO₄ 、LiAlCl₄ 、LiGaCl₄ 、Li₂ CrO₄ 、Li₂ Cr₂ O₇ 、Li₂ TiO₃ 、LiZrO₃ 、LiAlO₂ 、LiCoO₂ 、LiGaO₂ 、Li₂ GeO₃ 、LiMn₂ O₄ 、Li₄ SiO₄ 、Li₂ SiO₃ 、LiTaO₃ 、LiCuCl₄ 、LiPdCl₄ 、LiVO₃ 、LiIO₃ 、LiBrO₃ 、LiXO₃ (X = F、Br、Cl、I)、LiFeO₂ 、LiIO₄ 、LiBrO₄ 、LiIO₄ 、LiXO₄ (X = F、Br、Cl、I)、LiScO_n 、LiTiO_n 、LiVO_n 、LiCrO_n 、LiCr₂ O_n 、LiMn₂ O_n 、LiFeO_n 、LiCoO_n 、LiNiO_n 、LiNi₂ O_n 、LiCuO_n 及LiZnO_n (其中n=1、2、3或4)、一含氧陰離子、一強酸之一含氧陰離子、一氧化劑、一分子氧化劑(諸如V₂ O₃ 、I₂ O₅ 、MnO₂ 、Re₂ O₇ 、CrO₃ 、RuO₂ 、AgO、PdO、PdO₂ 、PtO、PtO₂ 及NH₄ X，其中X係一硝酸鹽或CRC中給出之其他適合陰離子)及一還原劑。另一鹼金屬或其他陽離子可取代Li。額外氧源可選自以下各項之群組：MCoO₂ 、MGaO₂ 、M₂ GeO₃ 、MMn₂ O₄ 、M₄ SiO₄ 、M₂ SiO₃ 、MTaO₃ 、MVO₃ 、MIO₃ 、MFeO₂ 、MIO₄ 、MClO₄ 、MScO_n 、MTiO_n 、MVO_n 、MCrO_n 、MCr₂ O_n 、MMn₂ O_n 、MFeO_n 、MCoO_n 、MNiO_n 、MNi₂ O_n 、MCuO_n 及MZnO_n (其中M係鹼金屬且n=1、2、3或4)、一含氧陰離子、一強酸之一含氧陰離子、一氧化劑、一分子氧化劑，諸如V₂ O₃ 、I₂ O₅ 、MnO₂ 、Re₂ O₇ 、CrO₃ 、RuO₂ 、AgO、PdO、PdO₂ 、PtO、PtO₂ 、I₂ O₄ 、I₂ O₅ 、I₂ O₉ 、SO₂ 、SO₃ 、CO₂ 、N₂ O、NO、NO₂ 、N₂ O₃ 、N₂ O₄ 、N₂ O₅ 、Cl₂ O、ClO₂ 、Cl₂ O₃ 、Cl₂ O₆ 、Cl₂ O₇ 、PO₂ 、P₂ O₃ 及P₂ O₅ 。反應物可呈形成分數氫之任何所要比率。一例示性反應混合物係0.33 g之LiH、1.7 g之LiNO₃ 及1 g之MgH₂ 與4 g之活化C粉末之混合物。在表2、3及4中給出用以形成H₂ O觸媒及H₂ 中之至少一者之額外適合例示性反應。

表2.關於H₂ O觸媒及H₂ 之熱可逆反應循環。[L.C. Brown，G.E. Besenbruch，K.R. Schultz，A.C. Marshall，S.K. Showalter，P.S. Pickard及J.F. Funk，Nuclear Production of Hydrogen Using Thermochemical Water-Splitting Cycles，將呈現在佛羅里達好萊塢(6月19–13，2002年)之國際先進核電站大會(ICAPP)且公佈於會議記錄中之一論文之一預印本。]

循環名稱	T/E* T (℃)	反應
1 Westinghouse	T 850	2H₂ SO₄ (g) 2SO₂ (g) + 2H₂ O(g) + O₂ (g)

	E 77	SO₂ (g) + 2H₂ O(a) H₂ SO₄ (a) + H₂ (g)
2 spra Mark 13	T 850	2H₂ SO₄ (g) 2SO₂ (g) + 2H₂ O(g) + O₂ (g)
	E 77	2HBr(a) Br₂ (a) + H₂ (g)
	T 77	Br₂ (l) + SO₂ (g) + 2H₂ O(l) 2HBr(g) + H₂ SO₄ (a)
3 UT-3 Univ. of Tokyo	T 600	2Br₂ (g) + 2CaO 2CaBr₂ + O₂ (g)
	T 600	3FeBr₂ + 4H₂ O Fe₃ O₄ + 6HBr + H₂ (g)
	T 750	CaBr₂ + H₂ O CaO + 2HBr
	T 300	Fe₃ O4 + 8HBr Br₂ + 3FeBr₂ + 4H₂ O
4 Sulfur-Iodine	T 850	2H₂ SO₄ (g) 2SO₂ (g) + 2H₂ O(g) + O₂ (g)
	T 450	2HI I₂ (g) + H₂ (g)
	T 120	I₂ + SO₂ (a) + 2H₂ O 2HI(a) + H₂ SO₄ (a)
5 Julich Center EOS	T 800	2Fe₃ O₄ + 6FeSO₄ 6Fe₂ O₃ + 6SO₂ + O₂ (g)
	T 700	3FeO + H₂ O Fe₃ O₄ + H₂ (g)
	T 200	Fe₂ O₃ + SO₂ FeO + FeSO₄
6 Tokyo Inst. Tech. Ferrite	T 1000	2MnFe₂ O₄ + 3Na₂ CO₃ + H₂ O 2Na₃ MnFe₂ O₆ + 3CO₂ (g) + H₂ (g)
	T 600	4Na₃ MnFe₂ O₆ + 6CO₂ (g) 4MnFe₂ O₄ + 6Na₂ CO₃ + O₂ (g)
7 Hallett Air Products 1965	T 800	2Cl₂ (g) + 2H₂ O(g) 4HCl(g) + O₂ (g)
	E 25	2HCl Cl₂ (g) + H₂ (g)
8 Gaz de France	T 725	2K + 2KOH 2K₂ O + H₂ (g)
	T 825	2K₂ O 2K + K₂ O₂
	T 125	2K₂ O₂ + 2H₂ O 4KOH + O₂ (g)
9 Nickel Ferrite	T 800	NiMnFe₄ O₆ + 2H₂ O NiMnFe₄ O₈ + 2H₂ (g)
	T 800	NiMnFe₄ O₈ NiMnFe₄ O₆ + O₂ (g)
10 Aachen Univ Julich 1972	T 850	2Cl₂ (g) + 2H₂ O(g) 4HCl(g) + O₂ (g)
	T 170	2CrCl₂ + 2HCl 2CrCl₃ + H₂ (g)
	T 800	2CrCl₃ 2CrCl₂ + Cl₂ (g)
11 Ispra Mark 1C	T 100	2CuBr₂ + Ca(OH)₂ 2CuO + 2CaBr₂ + H₂ O
	T 900	4CuO(s) 2Cu₂ O(s) + O₂ (g)
	T 730	CaBr₂ + 2H₂ O Ca(OH)₂ + 2HBr
	T 100	Cu₂ O + 4HBr 2CuBr₂ + H₂ (g) + H₂ O
12 LASL- U	T 25	3CO₂ + U₃ O₈ + H₂ O 3UO₂ CO₃ + H₂ (g)
	T 250	3UO₂ CO₃ 3CO₂ (g) + 3UO₃
	T 700	6UO₃ (s) 2U₃ O₈ (s) + O₂ (g)
13 Ispra Mark 8	T 700	3MnCl₂ + 4H₂ O Mn₃ O₄ + 6HCl + H₂ (g)
	T 900	3MnO₂ Mn₃ O₄ + O₂ (g)
	T 100	4HCl + Mn₃ O₄ 2MnCl₂ (a) + MnO₂ + 2H₂ O
14 Ispra Mark 6	T 850	2Cl₂ (g) + 2H₂ O(g) 4HCl(g) + O₂ (g)
	T 170	2CrCl₂ + 2HCl 2CrCl₃ + H₂ (g)
	T 700	2CrCl₃ + 2FeCl₂ 2CrCl₂ + 2FeCl₃
	T 420	2FeCl₃ Cl₂ (g) + 2FeCl₂
15 Ispra Mark 4	T 850	2Cl₂ (g) + 2H₂ O(g) 4HCl(g) + O₂ (g)
	T 100	2FeCl₂ + 2HCl + S 2FeCl₃ + H₂ S
	T 420	2FeCl₃ Cl₂ (g) + 2FeCl₂
	T 800	H₂ S S + H₂ (g)
16 Ispra Mark 3	T 850	2Cl₂ (g) + 2H₂ O(g) 4HCl(g) + O₂ (g)
	T 170	2VOCl₂ + 2HCl 2VOCl₃ + H₂ (g)
	T 200	2VOCl₃ Cl₂ (g) + 2VOCl₂
17 Ispra Mark 2 (1972)	T 100	Na₂ O.MnO₂ + H₂ O 2NaOH(a) + MnO₂
	T 487	4MnO₂ (s) 2Mn₂ O₃ (s) + O₂ (g)
	T 800	Mn₂ O₃ + 4NaOH 2Na₂ O.MnO₂ + H₂ (g) + H₂ O
18 Ispra CO/Mn3O4	T 977	6Mn₂ O₃ 4Mn₃ O₄ + O₂ (g)
	T 700	C(s) + H₂ O(g) CO(g) + H₂ (g)
	T 700	CO(g) + 2Mn₃ O₄ C + 3Mn₂ O₃
19 Ispra Mark 7B	T 1000	2Fe₂ O₃ + 6Cl₂ (g) 4FeCl₃ + 3O₂ (g)
	T 420	2FeCl₃ Cl₂ (g) + 2FeCl₂
	T 650	3FeCl₂ + 4H₂ O Fe₃ O₄ + 6HCl + H₂ (g)
	T 350	4Fe₃ O₄ + O₂ (g) 6Fe₂ O₃
	T 400	4HCl + O₂ (g) 2Cl₂ (g) + 2H₂ O
20 Vanadium Chloride	T 850	2Cl₂ (g) + 2H₂ O(g) 4HCl(g) + O₂ (g)
	T 25	2HCl + 2VCl₂ 2VCl₃ + H₂ (g)
	T 700	2VCl₃ VCl₄ + VCl₂
	T 25	2VCl₄ Cl₂ (g) + 2VCl₃
21 Ispra Mark 7A	T 420	2FeCl₃ (l) Cl₂ (g) + 2FeCl₂
	T 650	3FeCl₂ + 4H₂ O(g) Fe₃ O₄ + 6HCl(g) + H₂ (g)
	T 350	4Fe₃ O₄ + O₂ (g) 6Fe₂ O₃
	T 1000	6Cl₂ (g) + 2Fe₂ O₃ 4FeCl₃ (g) + 3O₂ (g)
	T 120	Fe₂ O₃ + 6HCl(a) 2FeCl₃ (a) + 3H₂ O(l)
22 GA Cycle 23	T 800	H₂ S(g) S(g) + H₂ (g)
	T 850	2H₂ SO₄ (g) 2SO₂ (g) + 2H₂ O(g) + O₂ (g)
	T 700	3S + 2H₂ O(g) 2H₂ S(g) + SO₂ (g)
	T 25	3SO₂ (g) + 2H₂ O(l) 2H₂ SO₄ (a) + S
	T 25	S(g) + O₂ (g) SO₂ (g)
23 US -Chlorine	T 850	2Cl₂ (g) + 2H₂ O(g) 4HCl(g) + O₂ (g)
	T 200	2CuCl + 2HCl 2CuCl₂ + H₂ (g)
	T 500	2CuCl₂ 2CuCl + Cl₂ (g)
24 Ispra Mark	T 420	2FeCl₃ Cl₂ (g) + 2FeCl₂
	T 150	3Cl₂ (g) + 2Fe₃ O₄ + 12HCl 6FeCl₃ + 6H₂ O + O₂ (g)
	T 650	3FeCl₂ + 4H₂ O Fe₃ O₄ + 6HCl + H₂ (g)
25 Ispra Mark 6C	T 850	2Cl₂ (g) + 2H₂ O(g) 4HCl(g) + O₂ (g)
	T 170	2CrCl₂ + 2HCl 2CrCl₃ + H₂ (g)
	T 700	2CrCl₃ + 2FeCl₂ 2CrCl₂ + 2FeCl₃
	T 500	2CuCl₂ 2CuCl + Cl₂ (g)
	T 300	CuCl+ FeCl₃ CuCl₂ + FeCl₂

*T = 熱化學，E = 電化學。

表3.關於H₂ O觸媒及H₂ 之熱可逆反應循環。[C. Perkins及A.W. Weimer，Solar-Thermal Production of Renewable Hydrogen，AIChE雜質，55 (2)，(2009)，第286至293頁。] 循環反應步驟

高溫循環

Zn/ZnO

FeO/Fe₃ O₄

碳酸鉻

混合鉻

鈉錳

M-肥粒鐵(M = Co、Ni、Zn)

低溫循環

硫-碘

混合硫

混合氯化銅

表4.關於H₂ O觸媒及H₂ 之熱可逆反應循環。[S. Abanades，P. Charvin，G. Flamant，P. Neveu，Screening of Water-Splitting Thermochemical Cycles Potentially Attractive for Hydrogen Production by Concentrated Solar Energy，能量，31，(2006)，第2805至2822頁。]

No ID	循環之名稱	元素清單	化學步驟數目	最大溫度(ºC)	反應
6	ZnO/Zn	Zn	2	2000	ZnO → Zn + 1/2O₂	(2000℃)
					Zn + H₂ O → ZnO + H₂	(1100℃)
7	Fe₃ O₄ /FeO	Fe	2	2200	Fe₃ O₄ →3FeO + 1/2O₂	(2200℃)
					3FeO + H₂ O → Fe₃ O₄ + H₂	(400℃)
194	In₂ O₃ /In₂ O	In	2	2200	In₂ O₃ → In₂ O + O₂	(2200℃)
					In2O + 2H₂ O → In₂ O₃ + 2H₂	(800℃)
194	SnO₂ /Sn	Sn	2	2650	SnO₂ → Sn + O₂	(2650℃)
					Sn + 2H₂ O → SnO₂ + 2H₂	(600℃)
83	MnO/MnSO₄	Mn, S	2	1100	MnSO₄ → MnO + SO₂ + 1/2O₂	(1100℃)
					MnO + H₂ O + SO₂ → MnSO₄ + H₂	(250℃)
84	FeO/FeSO₄	Fe, S	2	1100	FeSO₄ → FeO + SO₂ + 1/2O₂	(1100℃)
					FeO + H₂ O + SO₂ → FeSO₄ + H₂	(250℃)
86	CoO/CoSO₄	Co, S	2	1100	CoSO₄ → CoO + SO₂ + 1/2O₂	(1100 ℃)
					CoO + H₂ O + SO₂ → CoSO₄ + H₂	(200℃)
200	Fe₃ O₄ /FeCl₂	Fe, Cl	2	1500	Fe₃ O₄ + 6HCl → 3FeCl₂ + 3H₂ O + 1/2O₂	(1500 ℃)
					3FeCl₂ + 4H₂ O → Fe₃ O₄ + 6HCl + H₂	(700℃)
14	FeSO₄ Julich	Fe, S	3	1800	3FeO(s) + H₂ O → Fe₃ O₄ (s) + H₂	(200℃)
					Fe₃ O₄ (s) + FeSO₄ → 3Fe₂ O₃ (s) + 3SO₂ (g) + 1/2O₂	(800℃)
					3Fe₂ O₃ (s) + 3SO₂ → 3FeSO₄ + 3FeO(s)	(1800℃)
85	FeSO₄	Fe, S	3	2300	3FeO(s) + H₂ O → Fe₃ O₄ (s) + H₂	(200℃)
					Fe₃ O₄ (s) + 3SO₃ (g) → 3FeSO₄ + 1/2O₂	(300℃)
					FeSO₄ → FeO + SO₃	(2300℃)
109	C7 IGT	Fe, S	3	1000	Fe₂ O₃ (s) + 2SO₂ (g) + H₂ O → 2FeSO₄ (s) + H₂	(125℃)
					2FeSO₄ (s) → Fe₂ O₃ (s) + SO₂ (g) + SO₃ (g)	(700℃)
					SO₃ (g) → SO₂ (g) + 1/2O₂ (g)	(1000℃)
21	殼層程序	Cu, S	3	1750	6Cu(s) + 3H₂ O → 3Cu₂ O(s) + 3H₂	(500℃
					Cu₂ O(s) + 2SO₂ + 3/2O₂ → 2CuSO₄	(300℃)
					2Cu₂ O(s)+2CuSO₄ → 6Cu+2SO₂ +3O₂	(1750℃)
87	CuSO₄	Cu, S	3	1500	Cu₂ O(s)+H₂ O(g)V → Cu(s)+Cu(OH)₂	(1500 ℃)
					Cu(OH)₂ +SO₂ (g) → CuSO₄ +H₂	(100 ℃)
					CuSO₄ + Cu(s) → Cu₂ O(s) + SO₂ + 1/2O₂	(1500℃)
110	LASL BaSO₄	Ba, Mo, S	3	1300	SO₂ + H₂ O + BaMoO₄ → BaSO₃ + MoO₃ + H₂ O	(300℃)
					BaSO₃ + H₂ O → BaSO₄ + H₂
					BaSO₄ (s) + MoO₃ (s) →BaMoO₄ (s) + SO₂ (g) + 1/2O₂	(1300℃)
4	Mark 9	Fe, Cl	3	900	3FeCl₂ + 4H₂ O →Fe₃ O₄ + 6HCl + H₂	(680℃)
					Fe₃ O₄ + 3/2Cl₂ + 6HCl → 3FeCl₃ + 3H₂ O + 1/2O₂	(900℃)
					3FeCl₃ → 3FeCl₂ + 3/2Cl₂	(420℃)
16	Euratom 1972	Fe, Cl	3	1000	H₂ O + Cl₂ → 2HCl + 1/2O₂	(1000℃)
					2HCl + 2FeCl₂ → 2FeCl₃ + H₂	(600℃)
					2FeCl₃ → 2FeCl₂ + Cl₂	(350℃)
20	Cr, Cl Julich	Cr, Cl	3	1600	2CrCl₂ (s, T_f = 815 ºC) + 2HCl → 2CrCl₃ (s) + H₂	(200℃)
					2CrCl₃ (s, T_f = 1150 ºC)2CrCl₂ (s) + Cl₂	(1600℃)
					H₂ O + Cl₂ → 2HCl + 1/2O₂	(1000℃)
27	Mark 8	Mn, Cl	3	1000	6MnCl₂ (l) + 8H₂ O → 2Mn₃ O₄ + 12HCl + 2H₂	(700℃)
					3Mn₃ O₄ (s) + 12HCl → 6MnCl₂ (s) + 3MnO₂ (s)+6H₂ O	(100℃)
					3MnO₂ (s) → Mn₃ O₄ (s) + O₂	(1000℃)
37	Ta Funk	Ta, Cl	3	2200	H₂ O + Cl₂ → 2HCl + 1/2O₂	(1000℃)
					2TaCl₂ + 2HCl → 2TaCl₃ + H₂	(100℃)
					2TaCl₃ → 2TaCl₂ + Cl₂	(2200℃)
78	Mark 3 Euratom JRC	V, Cl	3	1000	Cl₂ (g) + H₂ O(g) → 2HCl(g) + 1/2O₂ (g)	(1000℃)
	Ispra (Italy)				2VOCl₂ (s) + 2HCl(g) → 2VOCl₃ (g) + H₂ (g)	(170℃)
					2VOCl₃ (g) → Cl₂ (g) + 2VOCl₂ (s)	(200℃)
144	Bi, Cl	Bi, Cl	3	1700	H₂ O + Cl₂ → 2HCl + 1/2O₂	(1000℃)
					2BiCl₂ + 2HCl → 2BiCl₃ + H₂	(300℃)
					2BiCl₃ (T_f = 233 ºC,T_eb = 441 ºC) → 2BiCl₂ + Cl₂	(1700℃)
146	Fe, Cl Julich	Fe, Cl	3	1800	3Fe(s) + 4H₂ O → Fe₃ O4(s) + 4H₂	(700℃)
					Fe₃ O₄ + 6HCl → 3FeCl₂ (g) + 3H₂ O + 1/2O₂	(1800℃)
					3FeCl₂ +3H₂ → 3Fe(s)+6HCl	(1300℃)
147	Fe, Cl Cologne	Fe, Cl	3	1800	3/2FeO(s) + 3/2Fe(s) + 2.5H₂ O → Fe₃ O₄ (s) + 2.5H₂	(1000℃)
					Fe₃ O₄ + 6HCl → 3FeCl₂ (g) + 3H₂ O + 1/2O₂	(1800℃)
					3FeCl₂ + H₂ O + 3/2H₂ →_3/2 FeO(s) + 3/2Fe(s) + 6HCl	(700℃)
25	Mark 2	Mn, Na	3	900	Mn₂ O₃ (s)+4NaOH → 2Na₂ OMnO₂ + H₂ O + H₂	(900℃)
					2Na₂ OMnO₂ + 2H₂ O → 4NaOH + 2MnO₂ (s)	(100℃)
					2MnO₂ (s) → Mn₂ O₃ (s) + 1/2O₂	(600℃)
28	Li, Mn LASL	Mn, Li	3	1000	6LiOH + 2Mn₃ O₄ → 3Li₂ OMn₂ O₃ + 2H₂ O + H₂	(700℃)
					3Li₂ OMn₂ O₃ + 3H₂ O → 6LiOH + 3Mn₂ O₃	(80℃)
					3Mn₂ O₃ → 2Mn₃ O₄ + 1/2O₂	(1000℃)
199	Mn PSI	Mn, Na	3	1500	2MnO + 2NaOH → 2NaMnO₂ + H₂	(800℃)
					2NaMnO₂ + H₂ O → Mn₂ O₃ + 2NaOH	(100℃)
					Mn₂ O₃ (l) → 2MnO(s) + 1/2O₂	(1500℃)
178	Fe, M ORNL	Fe,	3	1300	2Fe₃ O₄ + 6MOH → 3MFeO₂ + 2H₂ O + H₂	(500℃)
		(M = Li,K, Na)			3MFeO₂ + 3H₂ O → 6MOH + 3Fe₂ O₃	(100℃)
					3Fe₂ O₃ (s) → 2Fe₃ O₄ (s) + 1/2O₂	(1300℃)
33	Sn Souriau	Sn	3	1700	Sn(l) + 2H₂ O → SnO₂ + 2H₂	(400℃)
					2SnO₂ (s) → 2SnO + O₂	(1700℃)
					2SnO(s) → SnO₂ + Sn(l)	(700℃)
177	Co ORNL	Co, Ba	3	1000	CoO(s)+x Ba(OH)₂ (s) →
					Ba _x CoO _y (s)+(y -x -1)H₂ +(1+2x -y ) H₂ O	(850℃)
					Ba _x CoO _y (s)+x H₂ O→x Ba(OH)₂ (s)+CoO(y -x )(s)	(100℃)
					CoO(y -x )(s) → CoO(s) + (y -x -1)/2O₂	(1000℃)
183	Ce, Ti ORNL	Ce, Ti, Na	3	1300	2CeO₂ (s) + 3TiO₂ (s) → Ce₂ O₃ 3TiO₂ + 1/2O₂	(800–1300℃)
					Ce₂ O₃ 3TiO₂ + 6NaOH → 2CeO₂ + 3Na₂ TiO₃ + 2H₂ O + H₂	(800℃)
					CeO₂ + 3NaTiO₃ + 3H₂ O → CeO₂ (s) + 3TiO₂ (s) + 6NaOH	(150℃)
269	Ce, Cl GA	Ce, Cl	3	1000	H₂ O + Cl₂ → 2HCl + 1/2O₂	(1000℃)
					2CeO₂ + 8HCl → 2CeCl₃ + 4H₂ O + Cl₂	(250℃)
					2CeCl₃ + 4H₂ O → 2CeO₂ + 6HCl + H₂	(800℃)

用以形成H₂ O觸媒之反應物可包括一O (諸如一O物種)源及一H源。該O物種之該源可包括O₂ 、空氣及包括O之一化合物或化合物摻合物中之至少一者。包括氧之該化合物可包括一氧化劑。包括氧之該化合物可包括一種氧化物、羥基氧化物、氫氧化物、過氧化物及一超氧化物中之至少一者。適合例示性金屬氧化物係：鹼金屬氧化物，諸如Li₂ O、Na₂ O及K₂ O；鹼土金屬氧化物，諸如MgO、CaO、SrO及BaO；過渡金屬氧化物，諸如NiO、Ni₂ O₃ 、FeO、Fe₂ O₃ 及CoO；以及內過渡及稀土金屬氧化物，及其他金屬及類金屬之彼等，諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之彼等，以及此等及其他元素(包括氧)之混合物。該等氧化物可包括：一個氧化物陰離子，諸如本發明之彼等，諸如一金屬氧化物陰離子；及一陽離子，諸如一鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬陽離子，以及其他金屬及類金屬之彼等，諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之彼等，諸如MM’_2x O_3x+1 或MM’_2x O₄ (M = 鹼土金屬，M’ = 過渡金屬，諸如Fe或Ni或Mn，x = 整數)及M₂ M’_2x O_3x+1 或M₂ M’_2x O₄ (M = 鹼金屬，M’ = 過渡金屬，諸如Fe或Ni或Mn，x = 整數)。適合例示性金屬羥基氧化物係AlO(OH)、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、CrO(OH)、MnO(OH) (-MnO(OH)錳榍石及-MnO(OH)水錳礦)、FeO(OH)、CoO(OH)、NiO(OH)、RhO(OH)、GaO(OH)、InO(OH)、Ni_1/2 Co_1/2 O(OH)及Ni_1/3 Co_1/3 Mn_1/3 O(OH)。適合例示性氫氧化物係諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬之金屬之彼等氫氧化物以及諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之其他金屬及類金屬之彼等氫氧化物以及混合物。適合錯離子氫氧化物係Li₂ Zn(OH)₄ 、Na₂ Zn(OH)₄ 、Li₂ Sn(OH)₄ 、Na₂ Sn(OH)₄ 、Li₂ Pb(OH)₄ 、Na₂ Pb(OH)₄ 、LiSb(OH)₄ 、NaSb(OH)₄ 、LiAl(OH)₄ 、NaAl(OH)₄ 、LiCr(OH)₄ 、NaCr(OH)₄ 、Li₂ Sn(OH)₆ 及Na₂ Sn(OH)₆ 。額外例示性適合氫氧化物係來自Co(OH)₂ 、Zn(OH)₂ 、Ni(OH)₂ 、其他過渡金屬氫氧化物、Cd(OH)₂ 、Sn(OH)₂ 及Pb(OH)之至少一者。適合例示性過氧化物係H₂ O₂ 、有機化合物之彼等及金屬之彼等(諸如M₂ O₂ (其中M係一鹼金屬，諸如Li₂ O₂ 、Na₂ O₂ 、K₂ O₂ )、其他離子過氧化物(諸如鹼土金屬過氧化物之彼等，諸如Ca、Sr或Ba過氧化物)、其他正電性金屬之彼等(諸如鑭系元素之彼等)及共價金屬過氧化物(諸如Zn、Cd及Hg之彼等))。適合例示性超氧化物係金屬之彼等(MO₂ ，其中M係一鹼金屬，諸如NaO₂ 、KO₂ 、RbO₂ 及CsO₂ )以及鹼土金屬超氧化物。在一實施例中，固體燃料包括一鹼金屬過氧化物及氫源(諸如一氫化物、碳水化合物或儲氫材料，諸如BH₃ NH₃ )。反應混合物可包括：一氫氧化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬以及Al、Ga、In、Sn、Pb及形成氫氧化物之其他元素之彼等；及一氧源，諸如包括至少一個含氧陰離子之一化合物，諸如一碳酸鹽，諸如包括鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬以及Al、Ga、In、Sn、Pb及本發明之其他者之一者。包括氧之其他適合化合物係以下各項之群組之含氧陰離子化合物中之至少一者：鋁酸鹽、鎢酸鹽、鋯酸鹽、鈦酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽、鉻酸鹽、二鉻酸鹽及錳酸鹽、氧化物、羥基氧化物、過氧化物、超氧化物、矽酸鹽、鈦酸鹽、鎢酸鹽及本發明之其他者。一氫氧化物及一碳酸鹽之一例示性反應由下式給出： Ca(OH)₂ + Li₂ CO₃ → CaO + H₂ O + Li₂ O + CO₂ (60)

在其他實施例中，氧源係氣態的或容易地形成諸如NO₂ 、NO、N₂ O、CO₂ 、P₂ O₃ 、P₂ O₅ 及SO₂ 之一氣體。可藉由與氧或其一源一起燃燒而將因形成H₂ O觸媒而產生之經還原氧化物產物(諸如C、N、NH₃ 、P或S)再次轉換回至氧化物，如Mills先前申請案中所給出。池可產生可用於加熱應用之過量熱，或可藉由諸如一Rankine或Brayton系統之構件將熱轉換為電。另一選擇係，池可用於合成較低能量氫物種，諸如分子分數氫及分數氫氫化物離子及對應化合物。

在一實施例中，用以針對較低能量氫物種及化合物之產生以及能量產生中之至少一者形成分數氫之反應混合物包括一原子氫源及一觸媒源，其包括H及O中之至少一者，諸如本發明之彼等，諸如H₂ O觸媒。反應混合物可進一步包括一酸(諸如H₂ SO₃ 、H₂ SO₄ 、H₂ CO₃ 、HNO₂ 、HNO₃ 、HClO₄ 、H₃ PO₃ 及H₃ PO₄ )或一酸之一源(諸如一酸酐或無水酸)。後者可包括以下各項之群組中之至少一者：SO₂ 、SO₃ 、CO₂ 、NO₂ 、N₂ O₃ 、N₂ O₅ 、Cl₂ O₇ 、PO₂ 、P₂ O₃ 及P₂ O₅ 。反應混合物可包括一鹼及一鹼性酐中之至少一者，諸如M₂ O (M= 鹼金屬)、M’O (M’ = 鹼土金屬)、ZnO或其他過渡金屬氧化物、CdO、CoO、SnO、AgO、HgO或Al₂ O₃ 。額外例示性酐包括對於H₂ O穩定之金屬，諸如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。酐可係一鹼金屬或鹼土金屬氧化物，且水合化合物可包括一氫氧化物。反應混合物可包括一羥基氧化物，諸如FeOOH、NiOOH或CoOOH。反應混合物可包括一H₂ O源及一H₂ O源中之至少一者。可在存在原子氫之情況下藉由水合及脫水反應可逆地形成H₂ O。用以形成H₂ O觸媒之例示性反應係 Mg(OH)₂ → MgO + H₂ O (61) 2LiOH → Li₂ O + H₂ O (62) H₂ CO₃ → CO₂ + H₂ O (63) 2FeOOH → Fe₂ O₃ + H₂ O (64)

在一實施例中，藉由至少一個化合物之脫水而形成H₂ O觸媒，該至少一個化合物包括：磷酸鹽，諸如磷酸鹽、磷酸氫鹽及二氫磷酸鹽之鹽，諸如陽離子(諸如包括諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬之金屬之陽離子)之彼等，以及其他金屬及類金屬之彼等(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之彼等)；及混合物，其用以形成一經凝結磷酸鹽，諸如多磷酸鹽(諸如)、長鏈偏磷酸鹽(諸如)、環偏磷酸鹽(諸如，其中n≥3)及過磷酸鹽(諸如P₄ O₁₀ )中之至少一者。例示性反應係 (n-2)NaH₂ PO₄ + 2Na₂ HPO₄ Na_n+2 P_n O_3n+1 (多磷酸鹽) + (n-1)H₂ O (65) nNaH₂ PO₄ (NaPO₃ )_n (偏磷酸鹽) + nH₂ O (66)

脫水反應之反應物可包括R-Ni，其可包括Al(OH)₃ 及Al₂ O₃ 中之至少一者。反應物可進一步包括一金屬M (諸如本發明之彼等，諸如一鹼金屬)、一金屬氫化物MH、一金屬氫氧化物(諸如本發明之彼等，諸如一鹼金屬氫氧化物)及一氫源(諸如H₂ 以及本質氫)。例示性反應係 2Al(OH)₃ + → Al₂ O₃ + 3H₂ O (67) Al₂ O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂ O (68) 3MH + Al(OH)₃ + → M₃ Al + 3H₂ O (69) MoCu + 2MOH + 4O₂ → M₂ MoO₄ + CuO + H₂ O (M = Li、Na、K、Rb、Cs) (70)

反應產物可包括一合金。可藉由再水合而再生R-Ni。用以形成H₂ O觸媒之反應混合物及脫水反應可包括且涉及一羥基氧化物，諸如本發明之彼等，如例示性反應中所給出： 3Co(OH)₂ → 2CoOOH + Co + 2H₂ O (71)

可藉由解離而自H₂ 氣體形成原子氫。氫解離劑可係本發明之彼等氫解離劑中之一者，諸如在一支撐體上之R-Ni或一貴金屬或過渡金屬，諸如在碳或Al₂ O₃ 上之Ni或Pt或Pd。另一選擇係，原子H可係來自穿過一薄膜(諸如本發明之彼等)之H滲透。在一實施例中，池包括一薄膜(諸如一陶瓷薄膜)以允許H₂ 選擇性地擴散同時阻止H₂ O擴散。在一實施例中，藉由包括一氫源之一電解質(諸如包括H₂ O之一水性或熔融電解質)之電解將H₂ 及原子H中之至少一者供應至池。在一實施例中，藉由將一酸或鹼脫水至酐形式而可逆地形成H₂ O觸媒。在一實施例中，藉由改變池pH或活性、溫度及壓力中之至少一者而傳播用以形成觸媒H₂ O及分數氫之反應，其中可藉由改變溫度而改變壓力。可藉由添加一鹽而改變諸如酸、鹼或酐之一物種之活性，如熟習此項技術者已知。在一實施例中，反應混合物可包括諸如碳之一材料，該材料可對於用以形成分數氫之反應吸收諸如H₂ 或酸酐氣體之一氣體或係諸如H₂ 或酸酐氣體之一氣體之一源。反應物可呈任何所要濃度及比率。反應混合物可係熔融的或包括一水性漿料。

在另一實施例中，H₂ O觸媒之源係一酸與一鹼之間的反應，諸如一氫鹵酸、硫酸、硝酸及亞硝酸中之至少一者與一鹼之間的反應。其他適合酸反應物係H₂ SO₄ 、HCl、HX (X-鹵化物)、H₃ PO₄ 、HClO₄ 、HNO₃ 、HNO、HNO₂ 、H₂ S、H₂ CO₃ 、H₂ MoO₄ 、HNbO₃ 、H₂ B₄ O₇ (M四硼酸鹽)、HBO₂ 、H₂ WO₄ 、H₂ CrO₄ 、H₂ Cr₂ O₇ 、H₂ TiO₃ 、HZrO₃ 、MAlO₂ 、HMn₂ O₄ 、HIO₃ 、HIO₄ 、HClO₄ 或一有機酸(諸如甲酸或醋酸)之水溶液。適合例示性鹼係一氫氧化物、羥基氧化物或氧化物，其包括一鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬，或Al、Ga、In、Sn或Pb。

在一實施例中，反應物可包括分別與鹼或酸酐發生反應之一酸或鹼，以分別形成H₂ O觸媒及鹼之陽離子及酸酐之陰離子或者鹼性酐之陽離子及酸之陰離子之化合物。酸性酐SiO₂ 與鹼NaOH之例示性反應係 4NaOH + SiO₂ → Na₄ SiO₄ + 2H₂ O (72) 其中對應酸之脫水反應係 H₄ SiO₄ → 2H₂ O + SiO₂ (73)

其他適合例示性酐可包括一元素、金屬、合金或混合物，諸如來自以下各項之群組之元素、金屬、合金或混合物：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg。對應氧化物可包括以下各項中之至少一者：MoO₂ 、TiO₂ 、ZrO₂ 、SiO₂ 、Al₂ O₃ 、NiO、Ni₂ O₃ 、FeO、Fe₂ O₃ 、TaO₂ 、Ta₂ O₅ 、VO、VO₂ 、V₂ O₃ 、V₂ O₅ 、B₂ O₃ 、NbO、NbO₂ 、Nb₂ O₅ 、SeO₂ 、SeO₃ 、TeO₂ 、TeO₃ 、WO₂ 、WO₃ 、Cr₃ O₄ 、Cr₂ O₃ 、CrO₂ 、CrO₃ 、MnO、Mn₃ O₄ 、Mn₂ O₃ 、MnO₂ 、Mn₂ O₇ 、HfO₂ 、Co₂ O₃ 、CoO、Co₃ O₄ 、Co₂ O₃ 及MgO。在一例示性實施例中，鹼包括一氫氧化物，諸如一鹼金屬氫氧化物，諸如MOH (M = 鹼)，諸如LiOH，其可形成對應鹼性氧化物(諸如M₂ O，諸如Li₂ O)及H2O。鹼性氧化物可與酐氧化物發生反應以形成一產物氧化物。在LiOH與酐氧化物之一例示性反應(其中釋放H₂ O)中，產物氧化物化合物可包括Li₂ MoO₃ 或Li₂ MoO₄ 、Li₂ TiO₃ 、Li₂ ZrO₃ 、Li₂ SiO₃ 、LiAlO₂ 、LiNiO₂ 、LiFeO₂ 、LiTaO₃ 、LiVO₃ 、Li₂ B₄ O₇ 、Li₂ NbO₃ 、Li₂ SeO₃ 、Li₃ PO₄ 、Li₂ SeO₄ 、Li₂ TeO₃ 、Li₂ TeO₄ 、Li₂ WO₄ 、Li₂ CrO₄ 、Li₂ Cr₂ O₇ 、Li₂ MnO₄ 、Li₂ HfO₃ 、LiCoO₂ 及MgO。其他適合例示性氧化物係以下各項之群組中之至少一者：As₂ O₃ 、As₂ O₅ 、Sb₂ O₃ 、Sb₂ O₄ 、Sb₂ O₅ 、Bi₂ O₃ 、SO₂ 、SO₃ 、CO₂ 、NO₂ 、N₂ O₃ 、N₂ O₅ 、Cl₂ O₇ 、PO₂ 、P₂ O₃ 及P₂ O₅ ，以及熟習此項技術者已知之其他類似氧化物。另一實例由方程式(91)給出。金屬氧化物之適合反應係 2LiOH + NiO → Li₂ NiO₂ + H₂ O (74) 3LiOH + NiO → LiNiO₂ + H₂ O + Li₂ O + 1/2H₂ (75) 4LiOH + Ni₂ O₃ → 2Li₂ NiO₂ + 2H₂ O + 1/2O₂ (76) 2LiOH + Ni₂ O₃ → 2LiNiO₂ + H₂ O (77)

其他過渡金屬(諸如Fe、Cr及Ti)、內過渡及稀土金屬以及其他金屬或類金屬(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可取代Ni，且其他鹼金屬(諸如Li、Na、Rb及Cs)可取代K。在一實施例中，氧化物可包括Mo，其中在用以形成H₂ O之反應期間，可形成進一步發生反應以形成分數氫之初生H₂ O觸媒及H。例示性固體燃料反應及可能氧化還原路徑係(78)(79)(80)(81)(82)(83)

反應可進一步包括一氫源(諸如氫氣)及一解離劑(諸如Pd/Al₂ O₃ )。氫可係氕、氘或氚或其組合中之任一者。用以形成H₂ O觸媒之反應可包括兩個氫氧化物發生反應以形成水。氫氧化物之陽離子可具有不同氧化狀態，諸如一鹼金屬氫氧化物與一過渡金屬或鹼土金屬氫氧化物之反應之彼等。反應混合物及反應可進一步包括且涉及來自一源之H₂ ，如例示性反應中所給出： LiOH + 2Co(OH)₂ + → 1/2H₂ → LiCoO₂ + 3H₂ O + Co (84)

反應混合物及反應可進一步包括且涉及一金屬M，諸如一鹼金屬或一鹼土金屬，如例示性反應中所給出： M + LiOH + Co(OH)₂ → LiCoO₂ + H₂ O + MH (85)

在一實施例中，反應混合物包括可用作一H源及視情況另一H源之一金屬氧化物及一氫氧化物，其中金屬氧化物之金屬(諸如Fe)可具有多個氧化狀態使得其在反應期間經歷一氧化-還原反應以形成H₂ O以用作與H發生反應以形成分數氫之觸媒。一實例係FeO，其中Fe²⁺ 可在反應期間經歷氧化至Fe³⁺ 以形成觸媒。一例示性反應係 FeO + 3LiOH → H₂ O + LiFeO₂ + H(1/p) + Li₂ O (86)

在一實施例中，諸如一金屬氧化物、氫氧化物或羥基氧化物之至少一種反應物用作一氧化劑，其中諸如Fe、Ni、Mo或Mn之金屬原子可處於比另一可能氧化狀態高之一氧化狀態中。用以形成觸媒及分數氫之反應可致使原子經歷向至少一個較低氧化狀態之一還原。用以形成H₂ O觸媒之金屬氧化物、氫氧化物及羥基氧化物之例示性反應係 2KOH + NiO → K₂ NiO₂ + H₂ O (87) 3KOH + NiO → KNiO₂ + H₂ O + K₂ O + 1/2H₂ (88) 2KOH + Ni₂ O₃ → 2KNiO₂ + H₂ O (89) 4KOH + Ni₂ O₃ → 2K₂ NiO₂ + 2H₂ O + 1/2O₂ (90) 2KOH + Ni(OH)₂ → K₂ NiO₂ + 2H₂ O (91) 2LiOH + MoO₃ → Li₂ MoO₄ + H₂ O (92) 3KOH + Ni(OH)₂ → KNiO₂ + 2H₂ O + K₂ O + 1/2H₂ (93) 2KOH + 2NiOOH → K₂ NiO₂ + 2H₂ O + NiO + 1/2O₂ (94) KOH + NiOOH → KNiO₂ + H₂ O (95) 2NaOH + Fe₂ O₃ → 2NaFeO₂ + H₂ O (96)

其他過渡金屬(諸如Ni、Fe、Cr及Ti)、內過渡及稀土金屬以及其他金屬或類金屬(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可取代Ni或Fe，且諸如Li、Na、K、Rb及Cs之其他鹼金屬可取代K或Na。在一實施例中，反應混合物包括對H₂ O穩定之金屬(諸如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)之一種氧化物及一氫氧化物中之至少一者。另外，反應混合物包括一氫源(諸如H₂ 氣體)及視情況一解離劑(諸如一支撐體上之一貴金屬)。在一實施例中，固體燃料或高能材料包括一金屬鹵化物(諸如一過渡金屬鹵化物，諸如一溴化物，諸如FeBr₂ )及一金屬(其形成一羥基氧化物、氫氧化物或氧化物)及H₂ O中之至少一者之混合物。在一實施例中，固體燃料或高能材料包括以下各項中之至少一者之一混合物：一金屬氧化物、氫氧化物及一羥基氧化物，諸如一過渡金屬氧化物(諸如Ni₂ O₃ )及H₂ O中之至少一者。

鹼性酐NiO與酸HCl之例示性反應係 2HCl + NiO → H₂ O + NiCl₂ (97) 其中對應鹼之脫水反應係 Ni(OH)₂ → H₂ O + NiO (98)

反應物可包括一路易斯酸或鹼及一布氏-洛瑞酸或鹼中之至少一者。反應混合物及反應可進一步包括且涉及包括氧之一化合物，其中酸與包括氧之化合物發生反應以形成水，如例示性反應中所給出： 2HX + POX₃ → H₂ O + PX₅ (99) (X = 鹵化物)。與POX₃ 類似之化合物係適合的，諸如其中由S替換P之彼等。其他適合例示性酐可包括可溶於酸中之一元素、金屬、合金或混合物之一種氧化物，諸如一氫氧化物、羥基氧化物或包括一鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬或者Al、Ga、In、Sn或Pb (諸如來自Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg之群組之一者)之氧化物。對應氧化物可包括MoO₂ 、TiO₂ 、ZrO₂ 、SiO₂ 、Al₂ O₃ 、NiO、FeO或Fe₂ O₃ 、TaO₂ 、Ta₂ O₅ 、VO、VO₂ 、V₂ O₃ 、V₂ O₅ 、B₂ O₃ 、NbO、NbO₂ 、Nb₂ O₅ 、SeO₂ 、SeO₃ 、TeO₂ 、TeO₃ 、WO₂ 、WO₃ 、Cr₃ O₄ 、Cr₂ O₃ 、CrO₂ 、CrO₃ 、MnO、Mn₃ O₄ 、Mn₂ O₃ 、MnO₂ 、Mn₂ O₇ 、HfO₂ 、Co₂ O₃ 、CoO、Co₃ O₄ 、Co₂ O₃ 及MgO。其他適合例示性氧化物係以下各項之群組之彼等氧化物：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及In。在一例示性實施例中，酸包括一氫鹵酸且產物係H₂ O及氧化物之金屬鹵化物。反應混合物進一步包括一氫源(諸如H₂ 氣體)及一解離劑(諸如Pt/C)，其中H及H₂ O觸媒發生反應以形成分數氫。

在一實施例中，固體燃料包括一H₂ 源(諸如一滲透薄膜或H₂ 氣體)及一解離劑(諸如Pt/C)及一H₂ O觸媒源(包括還原至H₂ O之一種氧化物或氫氧化物)。氧化物或氫氧化物之金屬可形成用作一H源之金屬氫化物。一鹼金屬氫氧化物及氧化物(諸如LiOH及Li₂ O)之例示性反應係 LiOH + H₂ → H₂ O + LiH (100) Li₂ O + H₂ → LiOH + LiH (101)

反應混合物可包括：金屬之氧化物或氫氧化物，其經歷氫還原為H₂ O，諸如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之彼等；及一氫源，諸如H₂ 氣體；及一解離劑，諸如Pt/C。

在另一實施例中，反應混合物包括一H₂ 源(諸如H₂ 氣體)及一解離劑(諸如Pt/C)及一過氧化物化合物(諸如H₂ O₂ ，其分解為H₂ O觸媒及包括氧(諸如O₂ )之其他產物)。H₂ 及分解產物(諸如O₂ )中之某些可發生反應以亦形成H₂ O觸媒。

在一實施例中，用以形成H₂ O作為觸媒之反應包括一有機脫水反應，諸如一乙醇(諸如一多元醇，諸如一糖)生成一醛及H₂ O之有機脫水反應。在一實施例中，脫水反應涉及自一端乙醇釋放H₂ O以形成一醛。該端乙醇可包括釋放可用作一觸媒之H₂ O的一糖或其一衍生物。適合例示性乙醇係內丁四醇、半乳糖醇或甜醇及聚乙烯醇(PVA)。一例示性反應混合物包括一糖+氫解離劑，諸如Pd/Al₂ O₃ + H₂ 。另一選擇係，反應包括一金屬鹽(諸如具有至少一個水合水之金屬鹽)之一脫水。在一實施例中，脫水包括自諸如水合離子及鹽水合物(諸如BaI₂ 2H₂ O及EuBr₂ nH₂ O)之水合物失去用作觸媒之H₂ O。

在一實施例中，用以形成H₂ O觸媒之反應包括以下各項之氫還原：包括氧之一化合物，諸如CO；一含氧陰離子，諸如MNO₃ (M = 鹼金屬)；一金屬氧化物，諸如NiO、Ni₂ O₃ 、Fe₂ O₃ 或SnO；一氫氧化物，諸如Co(OH)₂ ；羥基氧化物，諸如FeOOH、CoOOH及NiOOH；以及包括氧之物質之化合物、含氧陰離子、氧化物、氫氧化物、羥基氧化物、過氧化物、超氧化物及其他組合物，諸如可氫還原至H₂ O的本發明之彼等。包括氧或一含氧陰離子之例示性化合物係SOCl₂ 、Na₂ S₂ O₃ 、NaMnO₄ 、POBr₃ 、K₂ S₂ O₈ 、CO、CO₂ 、NO、NO₂ 、P₂ O₅ 、N₂ O₅ 、N₂ O、SO₂ 、I₂ O₅ 、NaClO₂ 、NaClO、K₂ SO₄ 及KHSO₄ 。用於氫還原之氫源可係H₂ 氣體及一氫化物(諸如一金屬氫化物，諸如本發明之彼等)中之至少一者。反應混合物可進一步包括可形成包括氧之一化合物或離子之一還原劑。含氧陰離子之陽離子可形成包括另一陰離子之一產物化合物，諸如一鹵化物、其他硫屬化物、磷化物、其他含氧陰離子、氮化物、矽化物、砷化物或本發明之其他陰離子。例示性反應係 4NaNO₃ (c ) + 5MgH₂ (c ) → 5MgO(c ) + 4NaOH(c ) + 3H₂ O(l) + 2N₂ (g) (102) P₂ O₅ (c) + 6NaH(c) → 2Na₃ PO₄ (c) + 3H₂ O(g) (103) NaClO₄ (c ) + 2MgH₂ (c ) → 2MgO(c ) + NaCl(c ) + 2H₂ O(l) (104) KHSO₄ + 4H₂ → KHS + 4H₂ O (105) K₂ SO₄ + 4H₂ → 2KOH + 2H₂ O + H₂ S (106) LiNO₃ + 4H₂ → LiNH₂ + 3H₂ O (107) GeO₂ + 2H₂ → Ge + 2H₂ O (108) CO₂ + H₂ → C + 2H₂ O (109) PbO₂ + 2H₂ → 2H₂ O + Pb (110) V₂ O₅ + 5H₂ → 2V + 5H₂ O (111) Co(OH)₂ + H₂ → Co + 2H₂ O (112) Fe₂ O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂ O (113) 3Fe₂ O₃ + H₂ → 2Fe₃ O₄ + H₂ O (114) Fe₂ O₃ + H₂ → 2FeO + H₂ O (115) Ni₂ O₃ + 3H₂ → 2Ni + 3H₂ O (116) 3Ni₂ O₃ + H₂ → 2Ni₃ O₄ + H₂ O (117) Ni₂ O₃ + H₂ → 2NiO + H₂ O (118) 3FeOOH + 1/2H₂ → Fe₃ O₄ + 2H₂ O (119) 3NiOOH + 1/2H₂ → Ni₃ O₄ + 2H₂ O (120) 3CoOOH + 1/2H₂ → Co₃ O₄ + 2H₂ O (121) FeOOH + 1/2H₂ → FeO + H₂ O (122) NiOOH + 1/2H₂ → NiO + H₂ O (123) CoOOH + 1/2H₂ → CoO + H₂ O (124) SnO + H₂ → Sn + H₂ O (125)

反應混合物可包括一陰離子之一源或一陰離子及一氧源或氧(諸如包括氧之一化合物)，其中用以形成H₂ O觸媒之反應包括一陰離子-氧交換反應，其中視情況，來自一源之H₂ 與氧發生反應以形成H₂ O。例示性反應係 2NaOH + H₂ + S → Na₂ S + 2H₂ O (126) 2NaOH + H₂ + Te → Na₂ Te + 2H₂ O (127) 2NaOH + H₂ + Se →Na₂ Se + 2H₂ O (128) LiOH + NH₃ → LiNH₂ + H₂ O (129)

在另一實施例中，反應混合物包括硫屬化物之間的一交換反應，諸如包括O及S之反應物之間的交換反應。諸如四面體四硫代鉬酸銨之一例示性硫屬化物反應物含有([MoS₄ ]^2- )陰離子。用以形成初生H₂ O觸媒及視情況初生H之一例示性反應包括在存在氨之情況下鉬酸鹽[MoO₄ ]^2- 與硫化氫之反應： [NH₄ ]₂ [MoO₄ ] + 4H₂ S → [NH₄ ]₂ [MoS₄ ] + 4H₂ O (130)

在一實施例中，反應混合物包括一氫源、包括氧之一化合物及能夠與反應混合物之至少一個其他元素形成一合金之至少一個元素。用以形成H₂ O觸媒之反應可包括包括氧之化合物之氧及能夠與氧化合物之陽離子形成一合金之一元素之一交換反應，其中氧與來自源之氫發生反應以形成H₂ O。例示性反應係 NaOH + 1/2H₂ + Pd → NaPb + H₂ O (131) NaOH + 1/2H₂ + Bi → NaBi + H₂ O (132) NaOH + 1/2H₂ + 2Cd → Cd₂ Na + H₂ O (133) NaOH + 1/2H₂ + 4Ga → Ga₄ Na + H₂ O (134) NaOH + 1/2H₂ + Sn → NaSn + H₂ O (135) NaAlH₄ + Al(OH)₃ + 5Ni → NaAlO₂ + Ni₅ Al + H₂ O + 5/2H₂ (136)

在一實施例中，反應混合物包括：包括氧之一化合物，諸如一羥基氧化物；及形成一種氧化物之一還原劑，諸如一金屬。用以形成H₂ O觸媒之反應可包括一羥基氧化物與一金屬發生反應以形成一金屬氧化物及H₂ O。例示性反應係 2MnOOH + Sn → 2MnO + SnO + H₂ O (137) 4MnOOH + Sn → 4MnO + SnO₂ + 2H₂ O (138) 2MnOOH + Zn → 2MnO + ZnO + H₂ O (139)

在一實施例中，反應混合物包括：包括氧之一化合物，諸如一氫氧化物；一氫源；及至少一個其他化合物，其包括一不同陰離子(諸如鹵化物)或另一元素。用以形成H₂ O觸媒之反應可包括氫氧化物與其他化合物或元素之反應，其中交換陰離子或元素與氫氧化物以形成陰離子或元素之另一化合物，且藉助氫氧化物與H₂ 之反應形成H₂ O。陰離子可包括鹵化物。例示性反應係 2NaOH + NiCl₂ + H₂ → 2NaCl + 2H₂ O + Ni (140) 2NaOH + I₂ + H₂ → 2NaI+ 2H₂ O (141) 2NaOH + XeF₂ + H₂ → 2NaF+ 2H₂ O + Xe (142) BiX₃ (X=鹵化物) + 4Bi(OH)₃ → 3BiOX + Bi₂ O₃ + 6H₂ O (143)

氫氧化物及鹵化物化合物可經選擇使得用以形成H₂ O及另一鹵化物之反應係熱可逆的。在一實施例中，一般交換反應係 NaOH + 1/2H₂ + 1/yM_x Cl_y = NaCl + 6H₂ O + x/yM (171) 其中例示性化合物M_x Cl_y 係AlCl₃ 、BeCl₂ 、HfCl₄ 、KAgCl₂ 、MnCl₂ 、NaAlCl₄ 、ScCl₃ 、TiCl₂ 、TiCl₃ 、UCl₃ 、UCl₄ 、ZrCl₄ 、EuCl₃ 、GdCl₃ 、MgCl₂ 、NdCl₃ 及YCl₃ 。在一升高溫度下，諸如在大約100℃至2000℃之範圍中之方程式(171)之反應具有大約0 kJ之一焓及自由能量中之至少一者且係可逆的。依據每一反應之對應熱動態參數計算可逆溫度。代表性溫度範圍係在大約800K至900K下之NaCl-ScCl₃ 、在大約300K至400K下之NaCl-TiCl₂ 、在大約600K至800K下之NaCl-UCl₃ 、在大約250K至300K下之NaCl-UCl₄ 、在大約250K至300K下之NaCl-ZrCl₄ 、在大約900K至1300K下之NaCl-MgCl₂ 、在大約900K至1000K下之NaCl-EuCl₃ 、在大約＞1000K下之NaCl-NdCl₃ 及在大約＞1000K下之NaCl-YCl₃ 。

在一實施例中，反應混合物包括：一種氧化物，諸如一金屬氧化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬氧化物以及其他金屬及類金屬之彼等氧化物，諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之彼等氧化物；一過氧化物，諸如M₂ O₂ ，其中M係一鹼金屬，諸如Li₂ O₂ 、Na₂ O₂ 及K₂ O₂ ；及一超氧化物，諸如MO₂ ，其中M係一鹼金屬，諸如NaO₂ 、KO₂ 、RbO₂ 及CsO₂ ；及鹼土金屬超氧化物；及一氫源。離子過氧化物可進一步包括Ca、Sr或Ba之彼等離子過氧化物。用以形成H₂ O觸媒之反應可包括氧化物、過氧化物或超氧化物之氫還原以形成H₂ O。例示性反應係 Na₂ O + 2H₂ → 2NaH + H₂ O (144) Li₂ O₂ + H₂ → Li₂ O + H₂ O (145) KO₂ + 3/2H₂ → KOH + H₂ O (146)

在一實施例中，反應混合物包括：一氫源，諸如H₂ 、一氫化物(諸如一鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬氫化物中之至少一者)及本發明之彼等中之至少一者；及包括可燃燒氫之一氫源或其他化合物，諸如一金屬醯胺；及一氧源(諸如O₂ )。用以形成H₂ O觸媒之反應可包括H₂ 、一氫化物或氫化合物(諸如金屬醯胺)之氧化以形成H₂ O。例示性反應係 2NaH + O₂ → Na₂ O + H₂ O (147) H₂ + 1/2O₂ → H₂ O (148) LiNH₂ + 2O₂ → LiNO₃ + H₂ O (149) 2LiNH₂ + 3/2O₂ → 2LiOH + H₂ O + N₂ (150)

在一實施例中，反應混合物包括一氫源及一氧源。用以形成H₂ O觸媒之反應可包括分解氫源及氧源中之至少一者以形成H₂ O。例示性反應係 NH₄ NO₃ → N₂ O + 2H₂ O (151) NH₄ NO₃ → N₂ + 1/2O₂ + 2H₂ O (152) H₂ O₂ → 1/2O₂ + H₂ O (153) H₂ O₂ + H₂ → 2H₂ O (154)

本文中所揭示之反應混合物進一步包括一氫源以形成分數氫。源可係一原子氫源(諸如一氫解離劑)及H₂ 氣或一金屬氫化物，諸如本發明之解離劑及金屬氫化物。用以提供原子氫之氫源可係包括氫之一化合物，諸如一氫氧化物或羥基氧化物。發生反應以形成分數氫之H可係藉由一或多種反應物之反應而形成之初生H，其中至少一者包括一氫源，諸如一氫氧化物與一種氧化物之反應。反應亦可形成H₂ O觸媒。氧化物及氫氧化物可包括相同化合物。舉例而言，諸如FeOOH之一羥基氧化物可脫水以提供H₂ O觸媒且亦在脫水期間提供用於一分數氫反應之初生H： 4FeOOH → H₂ O + Fe₂ O₃ + 2FeO + O₂ + 2H(1/4) (155) 其中在反應期間形成之初生H發生反應以形成分數氫。其他例示性反應係一氫氧化物與一羥基氧化物或一種氧化物(諸如NaOH + FeOOH或Fe₂ O₃ )之彼等反應以形成諸如NaFeO₂ + H₂ O之一鹼金屬氧化物，其中在反應期間形成之初生H可形成分數氫，其中H₂ O用作觸媒。氧化物及氫氧化物可包括相同化合物。舉例而言，諸如FeOOH之一羥基氧化物可脫水以提供H₂ O觸媒且亦在脫水期間提供用於一分數氫反應之初生H： 4FeOOH → H₂ O + Fe₂ O₃ + 2FeO + O₂ + 2H(1/4) (156) 其中在反應期間形成之初生H發生反應以形成分數氫。其他例示性反應係一氫氧化物與一羥基氧化物或一種氧化物(諸如NaOH + FeOOH或Fe₂ O₃ )之彼等反應以形成諸如NaFeO₂ + H₂ O之一鹼金屬氧化物，其中在反應期間形成之初生H可形成分數氫，其中H₂ O用作觸媒。氫氧離子在形成H₂ O及氧離子中既經還原亦經氧化。氧離子可與H₂ O發生反應以形成OH^- 。可藉助諸如下式之一氫氧化物-鹵化物交換反應獲得相同路徑(157) 其中例示性M及M’金屬分別係鹼土金屬及過渡金屬，諸如Cu(OH)₂ + FeBr₂ 、Cu(OH)₂ + CuBr₂ 或Co(OH)₂ + CuBr₂ 。在一實施例中，固體燃料可包括一金屬氫氧化物及一金屬鹵化物，其中至少一個金屬係Fe。可添加H₂ O及H₂ 中之至少一者以再生反應物。在一實施例中，M及M’可選自以下各項之群組：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、13、14、15及16族元素，以及氫氧化物或鹵化物之其他陽離子，諸如本發明之彼等。用以形成HOH觸媒、初生H及分數氫中之至少一者之一例示性反應係(158)

在一實施例中，反應混合物包括一氫氧化物及一鹵化物化合物(諸如本發明之彼等)中之至少一者。在一實施例中，鹵化物可用於促進初生HOH觸媒及H中之至少一者之形成及維持中之至少一者。在一實施例中，混合物可用於降低反應混合物之熔點。

一酸-鹼反應係形成H₂ O觸媒之另一方法。例示性鹵化物及氫氧化物混合物係Bi、Cd、Cu、Co、Mo及Cd之彼等以及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之群組之具有低水反應性之金屬之氫氧化物及鹵化物之混合物。在一實施例中，反應混合物進一步包括可用作H及觸媒(諸如初生H₂ O)中之至少一者之一源之H₂ O。水可呈在反應期間分解或以其他方式發生反應之一水合物之形式。

在一實施例中，固體燃料包括H₂ O與形成初生H及初生H₂ O之一無機化合物之一反應混合物。該無機化合物可包括一鹵化物，諸如與H₂ O發生反應之一金屬鹵化物。反應產物可係一氫氧化物、羥基氧化物、氧化物、鹵氧化物、羥基鹵化物及水合物中之至少一者。其他產物可包括陰離子，該等陰離子包括氧及鹵素，諸如、、及(X = 鹵素)。產物亦可係一經還原陽離子及一鹵素氣體中之至少一者。鹵化物可係一金屬鹵化物，諸如一鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬以及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B以及形成鹵化物之其他元素的金屬鹵化物。金屬或元素可另外係形成一氫氧化物、羥基氧化物、氧化物、鹵氧化物、羥基鹵化物、水合物中之至少一者之金屬或元素，以及形成包括氧及鹵素之一陰離子(諸如、、及(X = 鹵素))之一化合物之金屬或元素。適合例示性金屬及元素係一鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬以及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B中之至少一者。一例示性反應係 5MX₂ + 7H₂ O → MXOH + M(OH)₂ + MO + M₂ O₃ + 11H(1/4) + 9/2X₂ (159) 其中M係一金屬，諸如一過渡金屬(諸如Cu)，且X係鹵素(諸如Cl)。

在一實施例中，固體燃料或高能材料包括單線態氧之一源。用以產生單線態氧之一例示性反應係 NaOCl + H₂ O₂ → O₂ + NaCl + H₂ O (160)

在另一實施例中，固體燃料或高能材料包括芬頓反應之一源或試劑，諸如H₂ O₂ 。

固體燃料及反應可係藉由至少一個SunCell®電漿或熱力及本文中且在諸如以下各項之Mills先前申請案中所揭示之方法可再生及可逆中之至少一者：Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US08/61455，PCT 4/24/2008提出申請；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，PCT 7/29/2009提出申請；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System， PCT/US10/27828，PCT 3/18/2010提出申請；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US11/28889，PCT 3/17/2011提出申請；H₂ O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，PCT/US12/31369，3/30/2012提出申請；及CIHT Power System，PCT/US13/041938，5/21/13提出申請，其以全文引用方式併入本文中。

在一實施例中，一氫氧化物及鹵化物化合物混合物(諸如Cu(OH)₂ + CuBr₂ )之再生反應可係藉由添加至少一個H₂ 及H₂ O。例示性熱可逆固體燃料循環係 T 100 2CuBr₂ + Ca(OH)₂ 2CuO + 2CaBr₂ + H₂ O (161) T 730 CaBr₂ + 2H₂ OCa(OH)₂ + 2HBr (162) T 100 CuO + 2HBrCuBr₂ + H₂ O (163) T 100 2CuBr₂ + Cu(OH)₂ 2CuO + 2CaBr₂ + H₂ O (164) T 730 CuBr₂ + 2H₂ OCu(OH)₂ + 2HBr (165) T 100 CuO + 2HBrCuBr₂ + H₂ O (166)

在一實施例中，其中一鹼金屬M (諸如K或Li)以及nH (n =整數)、OH、O、2O、O₂ 及H₂ O中之至少一者用作觸媒，H源係以下各項中之至少一者：一金屬氫化物，諸如MH；及一金屬M及一金屬氫化物MH中之至少一者與一H源發生反應以形成H。一個產物可係一經氧化M，諸如一種氧化物或氫氧化物。用以形成原子氫及觸媒中之至少一者之反應可係一電子轉移反應或一氧化-還原反應。反應混合物可進一步包括H₂ 、一H₂ 解離劑(諸如SunCell®及本發明之彼等SunCell®中之至少一者，諸如Ni篩網或R-Ni)及一導電支撐體(諸如此等解離劑及其他解離劑)以及本發明之支撐體(諸如碳)以及碳化物、一硼化物及一碳氮化物中之至少一者。M或MH之一例示性氧化反應係 4MH + Fe₂ O₃ → + H₂ O + H(1/p) + M₂ O + MOH + 2Fe + M (167) 其中H₂ O及M中之至少一者可用作觸媒以形成H(1/p)。

在一實施例中，氧源係具有與水之形成熱類似之一形成熱之一化合物，使得以最少能量釋放發生氧源化合物之經還原產物與氫之間的氧交換。適合例示性氧源化合物係CdO、CuO、ZnO、SO₂ 、SeO₂ 及TeO₂ 。諸如金屬氧化物之其他亦可係酸或鹼之酐，其可在H₂ O觸媒源係MnO_x 、AlO_x 及SiO_x 時經歷脫水反應。在一實施例中，一個氧化物層氧源可覆蓋一氫源，諸如一金屬氫化物，諸如氫化鈀。可藉由將塗氧化物之氫源(諸如塗金屬氧化物之氫化鈀)加熱而起始用以形成H₂ O觸媒及原子H (其進一步發生反應以形成分數氫)之反應。在一實施例中，用以形成分數氫觸媒之反應及再生反應包括分別在氧源化合物與氫之間以及水與經還原氧源化合物之間的一氧交換。適合經還原氧源係Cd、Cu、Zn、S、Se及Te。在一實施例中，氧交換反應可包括用於熱形成氫氣之彼等氧交換反應。例示性熱方法係氧化鐵循環、氧化鈰(IV)- 氧化鈰(III)循環、鋅氧化鋅循環、碘化硫循環、氯化銅循環及混合硫循環及熟習此項技術者已知之其他熱方法。在一實施例中，用以形成分數氫觸媒之反應及諸如一氧交換反應之再生反應同時發生在同一反應容器中。可控制諸如溫度及壓力之條件以達成反應同時性。替代地，可在至少一個其他單獨容器中移除及再生產物，此可發生在不同於功率形成反應之彼等條件之條件下，如本發明及Mills先前申請案中所給出。

固體燃料可包括不同離子，諸如鹼金屬、鹼土金屬及其他陽離子以及陰離子，諸如鹵化物及含氧陰離子。固體燃料之陽離子可包括以下各項中之至少一者：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬、稀土金屬、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ga、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、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、W，及此項技術中已知之形成離子化合物之其他陽離子。陰離子可包括以下各項中之至少一者：一氫氧化物、一鹵化物、氧化物、硫屬化物、硫酸鹽、磷酸鹽、磷化物、硝酸鹽、氮化物、碳酸鹽、鉻酸鹽、矽化物、砷化物、硼化物、過氯酸鹽、過碘酸鹽、氧化鈷鎂、氧化鎳鎂、氧化銅鎂、鋁酸鹽、鎢酸鹽、鋯酸鹽、鈦酸鹽、錳酸鹽、碳化物、金屬氧化物、非金屬氧化物；鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及土金屬以及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B以及形成一種氧化物或含氧陰離子之其他元素的氧化物；LiAlO₂ 、MgO、CaO、ZnO、CeO₂ 、CuO、CrO₄ 、Li₂ TiO₃ 或SrTiO₃ ，包括Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf及Co之群組之一元素、金屬、合金或混合物之一種氧化物；MoO₂ 、TiO₂ 、ZrO₂ 、SiO₂ 、Al₂ O₃ 、NiO、FeO或Fe₂ O₃ 、TaO₂ 、Ta₂ O₅ 、VO、VO₂ 、V₂ O₃ 、V₂ O₅ 、B₂ O₃ 、NbO、NbO₂ 、Nb₂ O₅ 、SeO₂ 、SeO₃ 、TeO₂ 、TeO₃ 、WO₂ 、WO₃ 、Cr₃ O₄ 、Cr₂ O₃ 、CrO₂ 、CrO₃ 、MnO、Mn₃ O₄ 、Mn₂ O₃ 、MnO₂ 、Mn₂ O₇ 、HfO₂ 、CoO、Co₂ O₃ 、Co₃ O₄ 、Li₂ MoO₃ 或Li₂ MoO₄ 、Li₂ TiO₃ 、Li₂ ZrO₃ 、Li₂ SiO₃ 、LiAlO₂ 、LiNiO₂ 、LiFeO₂ 、LiTaO₃ 、LiVO₃ 、Li₂ B₄ O₇ 、Li₂ NbO₃ 、Li₂ PO₄ 、Li₂ SeO₃ 、Li₂ SeO₄ 、Li₂ TeO₃ 、Li₂ TeO₄ 、Li₂ WO₄ 、Li₂ CrO₄ 、Li₂ Cr₂ O₇ 、Li₂ MnO₃ 、Li₂ MnO₄ 、Li₂ HfO₃ 、LiCoO₂ 、Li₂ MoO₄ 、MoO₂ 、Li₂ WO₄ 、Li₂ CrO₄ 及Li₂ Cr₂ O₇ 、S、Li₂ S、MoO₂ 、TiO₂ 、ZrO₂ 、SiO₂ 、Al₂ O₃ 、NiO、FeO或Fe₂ O₃ 、TaO₂ 、Ta₂ O₅ 、VO、VO₂ 、V₂ O₃ 、V₂ O₅ 、P₂ O₃ 、P₂ O₅ 、B₂ O₃ ，及此項技術中已知之形成離子化合物之其他陰離子。

在一實施例中，諸如LiNH₂ 之一醯胺之NH₂ 基團用作觸媒，其中位能係大約81.6 eV或大約3×27.2 eV。類似於酸或鹼與酐之間的可逆H₂ O消除或添加反應(且反之亦然)，醯胺與醯亞胺或氮化物之間的可逆反應致使形成NH₂ 觸媒，NH₂ 觸媒進一步與原子H發生反應以形成分數氫。醯胺與醯亞胺及氮化物中之至少一者之間的可逆反應亦可用作一氫源，諸如原子H。

固體燃料熔融及電解池 在一實施例中，用以形成熱力及較低能量氫物種(諸如H(1/p)及H₂ (1/p)，其中p係一整數)之一反應器包括用作H及HOH觸媒中之至少一者之一源之一熔融鹽。該熔融鹽可包括一鹽混合物，諸如一共熔混合物。混合物可包括一氫氧化物及一鹵化物中之至少一者，諸如鹼金屬及鹼土金屬氫氧化物及鹵化物(諸如LiOH-LiBr或KOH-KCl)中之至少一者之一混合物。該反應器可進一步包括一加熱器、一加熱器電源供應器及一溫度控制器以將鹽維持在一熔融狀態中。H及HOH觸媒中之至少一者之源可包括水。該水可在熔融鹽中經分解。熔融鹽可進一步包括一添加劑，諸如一種氧化物及一金屬(諸如一氫解離劑金屬，諸如包括Ti、Ni及一貴金屬(諸如Pt或Pd)之至少一者)中之至少一者以提供H及HOH觸媒中之至少一者。在一實施例中，可藉由存在於熔融鹽中之氫氧化物、鹵化物及水中之至少一者之反應而形成H及HOH。在一例示性實施例中，可藉由MOH (M = 鹼金屬)之脫水而形成H及HOH中之至少一者：2MOH → M₂ O + HOH；MOH + H2O → MOOH + 2H；MX + H2O (X = 鹵化物) → MOX + 2H，其中可由MX催化脫水及交換反應。在固體燃料揭示內容中給出熔融鹽之反應之其他實施例，其中此等反應可包括SunCell®固體燃料反應物以及反應。

在一實施例中，用以形成熱力及較低能量氫物種(諸如H(1/p)及H₂ (1/p)，其中p係一整數)之一反應器包括一電解系統，該電解系統包括至少兩個電極及電解電源供應器、一電解控制器、一熔融鹽電解質、一加熱器、一溫度感測器及用以維持一所要溫度之一加熱器控制器以及H及HOH觸媒中之至少一者之一源。該等電極在電解質中可係穩定的。例示性電極係鎳及貴金屬電極。可將水供應至池且可將諸如一DC電壓之一電壓施加至該等電極。氫可在陰極處形成且氧可在陽極處形成。氫可與亦形成於池中之HOH觸媒發生反應以形成分數氫。HOH觸媒可來自所添加水。因形成分數氫而產生之能量可在池中產生熱。池可係良好絕緣的，使得來自分數氫反應之熱可減少使加熱器維持熔融鹽所需要之功率量。絕緣材料可包括一真空護套或此項技術中已知之其他熱絕緣材料，諸如陶瓷纖維絕緣材料。該反應器可進一步包括一熱交換器。該熱交換器可移除待遞送至一外部負載之過量熱。

熔融鹽可包括一氫氧化物及至少一個其他鹽(諸如選自一或多個其他氫氧化物、鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽及磷酸鹽之一者)。在一實施例中，鹽混合物可包括一金屬氫氧化物及具有本發明之另一陰離子之相同金屬，諸如鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽及磷酸鹽。熔融鹽可包括選自以下各項之至少一個鹽混合物：CsNO₃ -CsOH、CsOH-KOH、CsOH-LiOH、CsOH-NaOH、CsOH-RbOH、K₂ CO₃ -KOH、KBr-KOH、KCl-KOH、KF-KOH、KI-KOH、KNO₃ -KOH、KOH-K₂ SO₄ 、KOH-LiOH、KOH-NaOH、KOH-RbOH、Li₂ CO₃ -LiOH、LiBr-LiOH、LiCl-LiOH、LiF-LiOH、LiI-LiOH、LiNO₃ -LiOH、LiOH-NaOH、LiOH-RbOH、Na₂ CO₃ -NaOH、NaBr-NaOH、NaCl-NaOH、NaF-NaOH、NaI-NaOH、NaNO₃ -NaOH、NaOH-Na₂ SO₄ 、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；及LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH、Mg(OH)₂ 、Ca(OH)₂ 、Sr(OH)₂ 或Ba(OH)₂ ；及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及WX₄ 中之一或多者，其中X =F、Cl、Br或I。熔融鹽可包括對於鹽混合物電解質之陰離子共同之一陽離子；或陰離子對於陽離子係共同的，且氫氧化物對混合物之其他鹽係穩定的。混合物可係一共熔混合物。池可在大約共熔混合物之熔點之一溫度下操作，但可在更高溫度下操作。電解電壓可係大約1V至50 V、2 V至25 V、2V至10 V、2 V至5 V及2 V至3.5 V之至少一個範圍。電流密度可在大約10 mA/cm² 至100 A/cm² 、100 mA/cm² 至75 A/cm² 、100 mA/cm² 至50 A/cm² 、100 mA/cm² 至20 A/cm² 及100 mA/cm² 至10 A/cm² 之至少一個範圍中。

在另一實施例中，電解熱力系統進一步包括一氫電極，諸如一氫可滲透電極。氫電極可包括穿過諸如Ni、V、Ti、Nb、Pd、PdAg或Fe之一金屬薄膜滲透之由Ni(H₂ )、V(H₂ )、Ti(H₂ )、Nb(H₂ )、Pd(H₂ )、PdAg(H₂ )、Fe(H₂ )或430 SS(H₂ )指定之H₂ 氣體。一鹼金屬電解質之適合氫可滲透電極包括Ni及合金(諸如LaNi5)、貴金屬(諸如Pt、Pd及Au)及塗鎳或貴金屬之氫可滲透金屬，諸如V、Nb、Fe、Fe-Mo合金、W、Mo、Rh、Zr、Be、Ta、Rh、Ti、Th、Pd、塗Pd之Ag、塗Pd之V、塗Pd之Ti、稀土、其他耐火金屬、諸如 430 SS之不銹鋼(SS)及熟習此項技術者已知之其他此類金屬。指定為M(H₂ ) (其中M係H₂ 透過其滲透之一金屬)之氫電極可包括Ni(H₂ )、V(H₂ )、Ti(H₂ )、Nb(H₂ )、Pd(H₂ )、PdAg(H₂ )、Fe(H₂ )及430 SS(H₂ )中之至少一者。氫電極可包括可噴灑H₂ 之一多孔電極。氫電極可包括一氫化物，諸如選自以下各項之一氫化物：R-Ni、LaNi₅ H₆ 、La₂ Co₁ Ni₉ H₆ 、ZrCr₂ H_3.8 、LaNi_3.55 Mn_0.4 Al_0.3 Co_0.75 、ZrMn_0.5 Cr_0.2 V_0.1 Ni_1.2 及能夠儲存氫之其他合金，AB₅ (LaCePrNdNiCoMnAl)或AB₂ (VTiZrNiCrCoMnAlSn)類型，其中「AB _x 」名稱係指A類型元素(LaCePrNd或TiZr)與B類型元素(VNiCrCoMnAlSn)之比率，AB₅ 類型：MmNi_3.2 Co_1.0 Mn_0.6 Al_0.11 Mo_0.09 (Mm = 密鈰合金：25 wt% La、50 wt% Ce、7 wt% Pr、18 wt% Nd)，AB₂ -類型：Ti_0.51 Zr_0.49 V_0.70 Ni_1.18 Cr_0.12 合金、基於鎂之合金、Mg_1.9 Al_0.1 Ni_0.8 Co_0.1 Mn_0.1 合金、Mg_0.72 Sc_0.28 (Pd_0.012 + Rh_0.012 )及Mg₈₀ Ti₂₀ 、Mg₈₀ V₂₀ 、La_0.8 Nd_0.2 Ni_2.4 Co_2.5 Si_0.1 、LaNi_5-x M_x (M= Mn、Al)，(M= Al、Si、Cu)，(M= Sn)，(M= Al、Mn、Cu)及LaNi₄ Co、MmNi_3.55 Mn_0.44 Al_0.3 Co_0.75 、LaNi_3.55 Mn_0.44 Al_0.3 Co_0.75 、MgCu₂ 、MgZn₂ 、MgNi₂ 、AB化合物、TiFe、TiCo及TiNi、AB_n 化合物(n = 5、2或1)、AB_3-4 化合物、AB_x (A = La、Ce、Mn、Mg；B = Ni、Mn、Co、Al)、ZrFe₂ 、Zr_0.5 Cs_0.5 Fe₂ 、Zr_0.8 Sc_0.2 Fe₂ 、YNi₅ 、LaNi₅ 、LaNi_4.5 Co_0.5 、(Ce、La、Nd、Pr)Ni₅ 、密鈰合金-鎳合金、Ti_0.98 Zr_0.02 V_0.43 Fe_0.09 Cr_0.05 Mn_1.5 、La₂ Co₁ Ni₉ 、FeNi及TiMn₂ 。在一實施例中，電解陰極包括一H₂ O還原電極及氫電極中之至少一者。在一實施例中，電解陽極包括一OH^- 氧化電極及氫電極中之至少一者。

在本發明之一實施例中，電解熱力系統包括以下各項中之至少一者：[M’’’/MOH-M’鹵化物/M’’(H₂ )]、[M’’’/M(OH)₂ -M’鹵化物/M’’(H₂ )]、[M’’(H₂ )/MOH-M’鹵化物/M’’’]及[M’’(H₂ )/M(OH)₂ -M’鹵化物/M’’’]，其中M係一鹼金屬或鹼土金屬，M’係具有氫氧化物及氧化物之一金屬，該等氫氧化物及氧化物係以下情形中之至少一者：不如鹼金屬或鹼土金屬之彼等氫氧化物及氧化物穩定或具有與水之一低反應性，M’’係一氫可滲透金屬，且M’’’係一導體。在一實施例中，M’係金屬，諸如選自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、In、Pt及Pb之金屬。另一選擇係，M及M’可係金屬，諸如獨立地選自以下各項之金屬：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及W。其他例示性系統包括[M’’/MOH M’’X/M’(H₂ )]及[M’(H₂ )/MOH M’X/M’’)]，其中M、M’、M’’及M’’’係金屬陽離子或金屬，X係一陰離子，諸如選自氫氧化物、鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽及磷酸鹽之陰離子，且M’係H₂ 可滲透的。在一實施例中，氫電極包括一金屬，諸如選自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、W及一貴金屬之至少一者。在一實施例中，電化學電力系統包括：一氫源；能夠提供或形成原子H之一氫電極；一電極，其能夠形成H、H₂ 、OH、OH^- 及H₂ O觸媒中之至少一者；O₂ 及H₂ O中之至少一者之一源；一陰極，其能夠還原H₂ O及O₂ 中之至少一者；一鹼金屬電解質；及用以收集及再循環H₂ O蒸氣、N₂ 及O₂ 及H₂ 中之至少一者之一系統。H₂ 、水及氧之源可包括本發明之各者。

在一實施例中，供應至電解系統之H₂ O可用作將在陰極處形成之H原子催化為分數氫之HOH觸媒。由氫電極提供之H亦可用作H反應物以形成分數氫，諸如H(1/4)及H₂ (1/4)。在另一實施例中，可藉由陽極處之OH^- 氧化及與來自一源之H之反應而形成觸媒H₂ O。H源可來自電解質(諸如包括氫氧化物及H₂ O中之至少一者之電解質)及氫電極之電解中之至少一者。H可自陰極擴散至陽極。例示性陰極及陽極反應係：陰極電解反應 2H₂ O + 2e- → H₂ + 2OH- (168) 陽極電解反應 1/2H₂ + OH^- → H₂ O + e^- (169) H₂ + OH^- → H₂ O + e^- + H(1/4) (170) OH^- + 2H → H₂ O + e^- + H(1/4) (171)

關於在陽極處之OH^- 氧化反應以形成HOH觸媒，可藉由在陰極處還原一氧源(諸如O₂ )而替換OH^- 。在一實施例中，熔融電解質之陰離子可用作陰極處之一氧源。適合陰離子係含氧陰離子，諸如、及。諸如之陰離子可形成一鹼性溶液。一例示性陰極反應係陰極+ 4e^- + 3H₂ O → C + 6OH^- (172) 反應可涉及一可逆半池氧化-還原反應，諸如+ H₂ O → CO₂ + 2OH^- (173) 將H₂ O還原為OH^- + H可引起一陰極反應以形成分數氫，其中H₂ O用作觸媒。在一實施例中，可將CO₂ 、SO₂ 、NO、NO₂ 、PO₂ 及其他類似反應物作為一氧源添加至池。

除熔融電解池之外，亦可能在熔融或水性鹼金屬或碳酸鹽電解池中產生H₂ O觸媒，其中在陰極上產生H。藉由將H₂ O還原為OH^- + H而在陰極處形成之H電極交叉可引起方程式(171)之反應。另一選擇係，存在可產生H₂ O觸媒之涉及碳酸鹽之數個反應，諸如涉及一可逆內部氧化-還原反應之彼等反應，諸如(174) 以及半池反應，諸如(175)(176)

物質之分數氫化合物或組合物 包括較低能量氫物種(諸如分子分數氫)之分數氫化合物可藉由以下各項來識別：(i)飛行時間二次離子質譜學(ToF-SIMS)及電灑飛行時間二次離子質譜學(ESI-ToF)，其可記錄獨特金屬氫化物、氫化物離子及具有束縛H₂ (1/4)之無機離子之團簇，諸如呈一M + 2單體或多聚體單元之形式，諸如及，其中n係一整數；(ii)傅立葉變換紅外線光譜學(FTIR)，其可記錄處於大約1940 cm^-1 之H₂ (1/4)旋轉能量及在指紋區域中之釋放頻帶中之至少一者，其中可缺乏已知官能基之其他高能量特徵，(iii)質子魔角自旋核磁共振光譜學(¹ H MAS NMR)，其可記錄一高磁場矩陣峰值，諸如在-4 ppm至-6 ppm區域中之高磁場矩陣峰值，(iv) X射線繞射(XRD)，其可由於可包括一聚合結構之獨特組合物而記錄新型峰值，(v)熱重量分析(TGA)，其可記錄氫聚合物在非常低溫度下(諸如在200℃至900℃之區域中)之一分解且提供獨特氫化學計量或組合物，諸如FeH或K₂ CO₃ H₂ ，(vi)電子束激發發射光譜學，其可記錄在260 nm區域中之H₂ (1/4)振轉頻帶，包括以0.25 eV間隔開之峰值；(vii)光致發光拉曼光譜學，其可記錄在260 nm區域中之H₂ (1/4)振轉頻帶之二階，包括以0.25 eV間隔開之峰值；(viii)由電子束激發發射光譜學記錄之在260 nm區域中之一階H₂ (1/4)振轉頻帶(包括以0.25 eV間隔開之峰值)及由光致發光拉曼光譜學記錄之二階H₂ (1/4)振轉頻帶中之至少一者之強度可在由一低溫冷卻器熱冷卻時隨溫度可逆地減小；(ix)振轉發射光譜學，其中諸如H₂ (1/4)之H₂ (1/p)之振轉頻帶可由高能量光(諸如至少振轉發射之能量之光)激發；(x)拉曼光譜學，其可由於順磁移位及奈米顆粒移位中之至少一者而記錄在40至8000 cm^-1 之範圍中之一連續拉曼光譜及在1500至2000 cm^-1 之範圍中之一峰值中之至少一者；(xi)關於處於氣相中或嵌入於一液體或固體(諸如一結晶基質，諸如包括用諸如一氦或氫電漿(諸如一微波、RF或輝光放電電漿)之一電漿激發之KCl之結晶基質)中之H₂ (1/4)之振轉頻帶之光譜學；(xii)拉曼光譜學，其可記錄在大約1940 cm^-1 ±10%及5820 cm^-1 ±10%中之一或多者處之H₂ (1/4)旋轉峰值，(xiii) X射線光電子光譜學(XPS)，其可記錄在大約495至500 eV下之H₂ (1/4)之總能量，(xiv)氣體層析法，其可記錄一負峰值，其中該峰值可具有比氦或氫快之一遷移時間，(xv)電子順磁共振(EPR)光譜學，其可記錄具有大約2.0046 ±20%之一g因子之一H₂ (1/4) 峰值及質子分裂(諸如大約1.6×10^-2 eV ±20%之一質子-電子偶極分裂能量)以及包括一氫分子二聚物[H₂ (1/4)]₂ 之一氫產物中之至少一者，其中EPR光譜展示大約9.9×10^-5 eV ±20%之一電子-電子偶極分裂能量及大約1.6×10^-2 eV ±20%之一質子-電子偶極分裂能量，(xvi)四極矩量測，諸如磁化率及g因子量測，其記錄大約之一H₂ (1/p)四極矩/e，及(xvii)高壓力液體層析法(HPLC)，其與一溶劑(諸如包括水或水-甲醇-蟻酸之溶劑)及溶析液( 諸如一梯度水+醋酸銨+蟻酸及乙腈/水+醋酸銨+蟻酸)一起使用一有機管柱展示具有比載體空隙體積時間長之保持時間之層析峰值，其中藉由諸如ESI-ToF之質譜學對峰值之偵測展示至少一個離子或無機化合物之碎片，諸如來自藉由將來自SunCell®之Ga₂ O₃ 溶解於NaOH中而製備之一樣本之NaGaO₂ 類型碎片。分數氫分子可形成二聚物及固體H₂ (1/p)中之至少一者。在一實施例中，H₂ (1/4)二聚物([H₂ (1/4)]₂ )及D₂ (1/4)二聚物([D₂ (1/4)]₂ )之整數J至J +1過渡之翻轉旋轉能量分別係大約(J+1)44.30 cm^-1 及(J+1)22.15 cm^-1 。在一實施例中，[H₂ (1/4)]₂ )之至少一個參數係(i) H₂ (1/4)分子之間的大約1.028 Å之一分開距離，(ii) H₂ (1/4)分子之間的大約23 cm^-1 之一振動能量，及(iii) H₂ (1/4)分子之間的大約0.0011 eV之一凡得瓦能量。在一實施例中，固體H₂ (1/4)之至少一個參數係(i) H₂ (1/4)分子之間的大約1.028 Å之一分開距離，(ii) H₂ (1/4)分子之間的大約23 cm^-1 之一振動能量，及(iii) H₂ (1/4)分子之間的大約0.019 eV之一凡得瓦能量。可藉由FTIR及拉曼光譜學中之至少一者記錄旋轉及振動光譜中之至少一者，其中亦可依據光譜判定鍵解離能量及分開距離。在Mills GUTCP [其以引用方式併入本文中，可在https://brilliantlightpower.com處獲得]中、諸如在章節5至6、11至12及16中給出分數氫產物之參數之解。

在一實施例中，用以收集氣態、物理吸收、液化或其他狀態中之分子分數氫之一裝備包括：一大團聚體或聚合物源，其包括較低能量氫物種；一腔室，其用以容納包括較低能量氫物種之大團聚體或聚合物；用以熱分解該腔室中之包括較低能量氫物種之大團聚體或聚合物之一構件；及用以收集自包括較低能量氫物種之大團聚體或聚合物釋放之氣體之一構件。分解構件可包括一加熱器。該加熱器可將第一腔室加熱至大於包括較低能量氫物種之大團聚體或聚合物之分解溫度之一溫度，諸如在大約10℃至3000℃、100℃至2000℃及100℃至1000℃之至少一個範圍中之一溫度。用以收集因分解包括較低能量氫物種之大團聚體或聚合物而產生之氣體之構件可包括一第二腔室。該第二腔室可包括一氣體泵、一氣體閥、一壓力計及一質量流量控制器中之至少一者以進行以下操作中之至少一者：儲存所收集分子分數氫氣；及轉移所收集分子分數氫氣。該第二腔室可進一步包括用以吸收分子分數氫氣之一吸氣劑或用以液化分子分數氫之一冷凍器(諸如一低溫系統)。該冷凍器可包括容納諸如液體氦或液體氮之一低溫液體之一低溫泵或杜瓦瓶。

用以形成包括較低能量氫物種之大團聚體或聚合物之手段可進一步包括一場源，諸如一電場或一磁場中之至少一者之一源。電場之源可包括至少兩個電極及一電壓源以將電場施加至反應腔室，其中形成團聚體或聚合物。另一選擇係，電場源可包括一帶靜電材料。該帶靜電材料可包括反應池腔室，諸如包括碳之一腔室，諸如一Plexiglas腔室。本發明之爆震可使反應池腔室帶靜電。磁場之源可包括至少一個磁體(諸如一永久電磁體或一超導磁體)以將磁場施加至反應腔室，其中形成團聚體或聚合物。

本文中為形式(#.#)及所引用章節之EPR計算之方程式對應於MILLS GUT之彼等。分子分數氫H ₂ (1/p)包括(i)兩個電子，其束縛在包括一分子軌域(MO)之一最小能量、等電位、長球形、二維電流薄膜中，(ii)兩個核，諸如在長球之兩個焦點處之兩個質子，及(iii)一光子，其中每一狀態之光子方程式不同於氫分子之激發態章節中所給出之一激發H₂ 狀態之光子方程式，此乃因光子使中央場增加一整數而非使中央扁長球體場減小至在球體之焦點上定中心之每一核之基本電荷之一倒數整數，且H ₂ (1/p)之電子在同一殼層中在相同位置處而非在單獨位置處成對。分數氫狀態光子電場與每一電子之相互作用會產生一非輻射徑向單極，使得狀態係穩定的。相比之下，藉由相同機制，經激發H₂ 狀態光子在外激發態電子處產生一輻射徑向偶極，從而致使狀態對輻射係不穩定的。對於激發狀態，光子電場在空間及時間上包括一扁長球體諧波，其調變同相之外電子之恆定扁長球體電流。前者對應於軌道角動量且後者對應於自旋角動量。由於在一單個MO中包括兩個非輻射電子之分子分數氫之唯一穩定狀態，經捕集光子場之性質、在用作一共振器腔之分子分數氫內側傳播之向量光子之性質及電子電流之性質係唯一的。

考量由兩個非輻射n =1狀態H原子形成一非輻射狀態H₂ 分子，從而需要藉由一第三體碰撞移除鍵能：(16.216) 其中表示一高能狀態中之第三體。分子分數氫可藉由相同非輻射機制而形成，其中分數氫原子及分數氫分子包括由於等效於分別在原點處及在扁長球體MO之每一焦點處之一質子之中央場之一整數倍數而係非輻射性的中央場之一額外光子分量。將兩個電子組合至一單個分子軌域中同時維持無輻射整數光子中央場會引起在分子分數氫中出現一雙重MO狀態而非一單重態之特殊情形。單重態係非磁性的；然而，雙重態具有一波耳磁元μ _B 之一淨磁矩。

具體而言，每一氫類型原子之電流之基元素係一大圓圈，如原子軌域-CVFS之產生章節中所展示，且大圓圈電流基元素過渡至氫類型分子中之橢圓電流基元素，如氫類型分子之力平衡章節中所展示。如原子軌域區段內側之電場之方程式中所展示，(i)光子攜帶電場且包括封閉場線迴路，(ii)一分數氫或一分子分數氫各自包括一經捕集光子，其中光子場線迴路各自沿著一配對大圓圈或橢圓電流迴路基元素在相同向量方向上行進，(iii)每一場線之方向隨著如由特殊相對性所要求之相對運動而在垂直於傳播方向之方向上增加，且(iv)由於每一點沿著一經捕集光子之一場線迴路之線性速度係光速c ，因此相對於實驗室座標系之電場方向純粹垂直於其配對電流迴路且其僅在處激發。氫分子軌域之成對電子包括不具有淨磁矩之一單重態。然而，在形成一分子分數氫期間疊加之兩個分數氫原子之光子場線可僅在一個方向上傳播以避免取消且產生一中央場以提供離心力與中央力之間的力平衡(方程式(11.200))。此特殊情形產生分子分數氫中之一雙重態。

可將MO視為包括每一電子之電流密度函數之大橢圓之一線性組合，如軌道球-CVFS之產生章節及氫-類型分子之力平衡章節中所給出。為滿足光子之方向與電子電流匹配且電子角動量係之邊界條件，電子1之二分之一及電子2之二分之一可向上自旋且與兩個光子匹配，且電子1之另一二分之一可向上自旋且電子2之另一二分之一可向下自旋，使得電流之二分之一係成對的且電流之二分之一係不成對的。假設每一電子之不可分割性及MO包括兩個完全相同電子之條件，將兩個光子之力轉移至包括兩個完全相同電子之電子MO之總體以滿足方程式(11.200)。未成對電流密度之所得角動量及磁矩分別係及一波耳磁元μ _B 。

如電子g因子章節中所給出，由一未成對電子以量化單位之磁通量子或磁通量量子來鏈接通量。沿由方程式(1.226至1.227)給出之原子軌域而行之一磁通量子之電能、磁性能量及經耗散能量係(16.217) 在分子分數氫之情形中，未成對電子係MO之兩個電子之一線性組合，其中電流密度之二分之一係成對的且二分之一係未成對的。磁通量子鏈接兩個互鎖電子，使得通量鏈項之貢獻係雙倍的。對應g因子係(16.218) 一所施加磁場中之未成對電子之平行位準與反平行位準之間的能量係(16.219) 確認方程式(16.218)之預測，其中在g因子為2.0047之情況下觀察到電子順磁共振峰值。

與其他分子分數氫電子磁矩及分子之質子之核磁矩之相互作用致使按對應於相互作用之能量分裂量化能階(方程式(16.219))。如由方程式(16.220)所展示，在同軸地施加或相互作用磁通量平行於磁矩之情形中減小電子之能量，且在磁通量反平行於磁矩之情形中增加電子之能量。可藉由考量一分數氫二聚物之一第一H ₂ (1/4)分子之磁矩與第二共線H ₂ (1/4)分子之磁矩之相互作用能量而計算諸如之一分子分數氫二聚物之能量移位，該分數氫二聚物具有由於H₂ 二聚物、H₂ (1/p)二聚物、固體H₂ 及固體H₂ (1/p)之分子間凡得瓦內聚能章節而以幾何參數及能量來計算之參數。一般而言，分開一距離之兩個經量化磁性偶極m₁ 與m₂ 之相互作用位能由下式給出(16.220) 其中μ ₀ 係自由空間之滲透率且係平行於結合兩個偶極之中心之線的一單位向量。考量與一H ₂ (1/4)二聚物之兩個軸向對準磁矩之相互作用之分裂能量。在將每一軸向對準磁矩之一波耳磁元μ _B 及由方程式(16.202)針對給出之H ₂ (1/4)二聚物間隔替換成方程式(16.220)之情況下，用以使之兩個電子磁矩之自旋方向翻轉之能量係(16.221) 由方程式(16.221)給出之磁性能量亦由一給定H ₂ (1/4)之質子核磁矩分裂，其中核磁矩可平行或反平行於電子磁矩。橢圓MO、(方程式(12.31))內側之磁場係：(16.222) 將H ₂ (1/4)半長軸a (方程式(11.202))及H ₂ (1/4)半短軸b (方程式(11.205))替換成方程式(16.222)給出(16.223) 使質子磁矩翻轉之對應能量由下式給出(16.224)

能量(方程式(16.219))可進一步受大於二階之多聚體(諸如三聚物、四聚物、五聚物、六聚物)之存在且受分數氫化合物之內部整體磁性影響。可藉由由方程式(16.220)給出之疊加磁性偶極相互作用之向量相加以及對應距離及角度而判定歸因於複數個多聚體之能量移位。當複數個分數氫分子之磁矩協作地相互作用時，分子分數氫可產生非零或有限整體磁性，諸如順磁性、超順磁性及甚至鐵磁性。藉由振動樣本測磁強術而確認超順磁性。當一分子分數氫大團聚體另外包括諸如鐵之鐵磁原子時，超順磁性及鐵磁性係有利的。超過室溫而係穩定之大團聚體可藉由磁性組裝及鍵合而形成。磁性能量成為與周圍實驗室熱能相當之大約0.01 eV。已藉由傅立葉變換紅外線(FTIR)光譜學及拉曼光譜學確認在大約100 cm^-1 之區域中之對應紅外線吸收頻帶。

可由電子順磁共振光譜學(EPR)以及電子核雙共振光譜學(ENDOR)唯一地識別分子分數氫。在一實施例中，較低能量氫產物可包括處於一反磁性化學狀態中之一金屬，諸如一金屬氧化物，且另外不存在任何自由非分數氫自由基物種，其中由於存在諸如H₂ (1/4)之H₂ (1/p)而觀察到一電子順磁共振(EPR)光譜學峰值。一分數氫反應池腔室包括圖33中所展示之一導線爆震系統500，該分數氫反應池腔室包括用以使一導線爆震以用作一反應物源中之至少一者之一構件及用以傳播分數氫反應以形成以下各項中之至少一者之一構件：H₂ (1/4)分子；無機化合物，諸如金屬氧化物、氫氧化物、水合無機化合物(諸如水合金屬氧化物)及氫氧化物(其進一步包括H₂ (1/p)，諸如H₂ (1/4))；及大團聚體或聚合物，其包括較低能量氫物種(諸如分子分數氫)。在例示性實施例中，包括較低能量氫物種(諸如藉由使99.999% Sn與Zn導線在包括空氣中之水蒸氣之一大氣中爆震而形成且藉由球磨包括H₂ O (其用作一H及HOH觸媒源)之NaOH-KCl以形成H₂ (1/4)而形成之分子分數氫)之反應產物之EPR光譜各自展示具有大約2之一g因子之一EPR峰值，其中可不存在習用EPR物種。在導線爆震樣本之情形中，觀察到一網狀產物在濕空氣中之爆震之後在一30分鐘週期內形成。在不存在水蒸氣之情況下未觀察到網產物。網化合物經收集且懸浮於甲苯中，且對普林斯頓大學之具有9.368 GHz (3343 G)之一微波頻率之一儀器執行EPR。NaOH-KCl平穩運行。在g =2.0045處之EPR峰值匹配針對H₂ (1/4)而預測之峰值。Sn、SnO、Zn、ZnO、NaOH及KCl並非EPR活性的。在圖34中展示包括較低能量氫之一分數氫反應產物之電子順磁共振光譜學(EPR)光譜，該較低能量氫包括藉由以下方式形成之一白色聚合化合物：溶解自在SunCell®中在KOH水溶液中運行之一分數氫反應收集之Ga₂ O₃ ，從而允許纖維生長且漂浮至表面，在該表面處藉由過濾收集該等纖維。在g =2.0045處之EPR峰值匹配針對H₂ (1/4)而預測之峰值。控制氧化鎵及氫氧化鉀係反磁性且經觀察係EPR非活性的。藉由將商業試劑Ga₂ O₃ 溶解於KOH水溶液中且在真空下對水進行旋轉蒸發而製備控制KGa(OH)₄ 。控制之EPR光譜不存在在區域0至6000 G區域中之任何特徵。單個峰值係一有機自由基之典型特徵且並非一過渡金屬之特性。由於觀察到化合物在濃鹼(pH = 14)及濃HCl (pH ~ 0)中係穩定的而消除任何自由基之存在之可能性。

包括諸如[H₂ (1/4)]之分子分數氫之化合物可在非常低能量指紋區域中產生一寬IR頻帶或拉曼頻帶。如Mills GUTCP中所展示，[H₂ (1/4)]₂ 具有一低振動能量及翻滾旋轉能量，在作為涉及作為一大團聚體之一 [H₂ (1/4)]₂ 二聚物總體之模式經激發時，疊加能量產生一IR或拉曼吸收頻帶，如圖35A及圖35B中所觀察到。Zn導線在包括水蒸氣之一大氣中之爆震之產物之FTIR光譜係顯著的，此乃因其不存在任何官能基特徵(圖35A)。在藉由以下方式形成之一白色聚合化合物之拉曼光譜之情形中觀察到相同特徵：溶解自在SunCell®中在KOH水溶液中運行之一分數氫反應收集之Ga₂ O₃ ，從而允許纖維生長且漂浮至表面，在該表面處藉由過濾收集該等纖維(圖35B)。用一325 nm雷射在高波數下觀察到拉曼連續譜，如圖35C及圖35D中所展示。連續拉曼光譜可歸因於磁性光子移位、奈米顆粒效應及歸因於藉由磁性分子分數氫鏈進行隨機聚集之無序。隨著順磁及奈米顆粒移位而將在1602 cm^-1 下之峰值指派給H₂ (1/4)旋轉。分子分數氫具有一未成對電子；因此，預測超精細結構。在一實施例中，在分數氫分子自旋(磁性地)耦合時觀察到超精細結構能量之一整數(諸如1、2、3、4)倍。與方程式(16.224)一致，在關於圖35C及圖35D之分子分數氫化合物之785 nm雷射拉曼中觀察到n × 128 cm^-1 之峰值。

諸如H₂ (1/4)之複數個分數氫分子之電子磁矩可引起永久磁化。當複數個分數氫分子之磁矩協作地相互作用時，分子分數氫可產生整體磁性，且其中可出現諸如二聚物之多聚體。包括分子分數氫之二聚物、團聚體或聚合物之磁性可因協作地對準之磁矩之相互作用引起。在磁性歸因於具有至少一個不成對電子(諸如鐵原子)之一額外物種之永久電子磁矩之相互作用之情形中，磁性可大得多。

分子分數氫之磁特性由質子魔角自旋核磁共振光譜學(¹ H MAS NMR)證明，如由Mills等人在稱作CIHT池的產生分數氫之電化學池之情形中所展示[R. Mills，X Yu，Y. Lu，G Chu，J. He，J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)，Int. J. Energy Res.，(2013)，DOI: 10.1002/er.3142]。分子分數氫存在於一固體基質(諸如一鹼金屬氫氧化物-鹼金屬鹵化物基質，其可進一步包括某些水合水)中會產生由於分子分數氫之順磁性基質效應而通常處於-4至-5 ppm之一高磁場¹ H MAS NMR峰值；然而，缺乏分數氫之初始基質展示處於+4.41 ppm之已知下場經移位基質峰值。自一不銹鋼SunCell®收集之Ga₂ O₃ :H₂ (1/4)溶解於NaOH過濾器中，且將包括不銹鋼氧化物及GaOOH之濾液在一壓力容器中加熱至900℃且使分解氣體流動穿過包裝於連接至該壓力容器之一管中之水合KCl吸氣劑。相對於暴露於分數氫氣之KCl吸氣劑之外部TMS的¹ H MAS NMR光譜展示由於分子分數氫之磁性而處於-4.6 ppm之一高磁場經移位基質峰值(圖36)。

用以產生分子分數氫之一簡便方法係藉由在存在用作分數氫觸媒及H源之H₂ O之情況下進行導線爆震。包括水蒸氣之一大氣中之導線爆震產生磁線性鏈條，該等磁線性鏈條包括分數氫氫(諸如分子分數氫)以及可聚集以形成網之金屬原子或離子。順磁性材料隨著所感應磁性而線性地做出回應；然而，一所觀察「S」形狀係超順磁、鐵磁性與順磁性之一混合體之特性。在一實施例中，聚合網化合物(諸如藉由使鉬導線在包括水蒸氣之空氣中爆震而形成之化合物)係超順磁的。振動樣本磁電機磁化率計記錄可展示如圖37中所展示之一S形曲線。例外的係，所感應磁性在5K Oe處達到峰值且隨著所施加場變高而下降。超順磁分數氫化合物可包括可定向於一磁場中之磁性奈米顆粒。

除凡得瓦力之外，一自組裝機制亦可包括一磁性排序。眾所周知，一外部磁場之施加致使懸浮於諸如甲苯之一溶劑中之膠狀磁性奈米顆粒(諸如磁鐵礦(Fe₂ O₃ ))組裝至線性結構中。由於小質量及高磁矩，因此分子分數氫甚至在不存在一磁場之情況下磁性地自組裝。在用以增強自組裝且控制分數氫產物之替代結構之形成之一實施例中，將一外部磁場施加至分數氫反應，諸如導線爆震。可藉由將至少一個永久磁體放置於反應腔室中而施加磁場。另一選擇係，爆震導線可包括用作諸如磁鐵礦之一磁性顆粒源以驅動分子分數氫之磁性自組裝之一金屬，其中源可係水蒸氣或另一源中之導線爆震。

在一實施例中，諸如分數氫化合物或大團聚體之分數氫產物可包括除氫以外的週期表之至少一個其他元素。分數氫產物可包括分數氫分子及至少一個其他元素，諸如至少一個金屬原子、金屬離子、氧原子及氧離子。例示性分數氫產物可包括H₂ (1/p) (諸如H₂ (1/4))以及Sn、Zn、Ag、Fe、Ga、Ga₂ O₃ 、GaOO、SnO、ZnO、AgO、FeO及Fe₂ O₃ 中之至少一者。

鍵合分子分數氫分子H₂ (1/4)以在升高室溫下形成一固體歸因於對於分子分數氫比分子氫大得多之凡得瓦力(歸因於經減小尺寸及較大包裝)，如Mills GUTCP中所展示。由於其內在磁矩及凡得瓦力，分子分數氫可自組裝至大團聚體中。在一實施例中，諸如H₂ (1/p) (諸如H₂ (1/4))之分數氫可形成聚合物、管、鏈、立方體、富勒烯及其他巨觀結構，諸如具有式H_n 之結構，其中n係大於一已知氫形式之整數之一整數。在一例示性實施例中，藉由本發明中所給出之方法在因一Zn導線在包括水蒸氣之一空氣大氣中之高電壓爆震而產生之絲狀產物之TOF-SIMS中觀察到具有m/e = 60.35之一絕對質量之H₆₀ 。在一實施例中，諸如H₂ (1/4)之分子分數氫可組裝至受磁性偶極力以及凡得瓦力束縛之線性鏈中。在另一實施例中，分子分數氫可組裝至三維結構(諸如具有H₂ (1/p) (諸如在八個頂點中之每一者處之H₂ (1/4))之一立方體)中。在一實施例中，將八個H₂ (1/p)分子(諸如H₂ (1/4)分子)束縛至一立方體中，其中每一分子之中心在立方體之八個頂點中之一者處，且每一核間軸平行於定中心於一頂點上之立方體之一邊緣。

H₁₆ 可用作藉由自組裝形成之更複雜巨觀結構之一單元或部分。在另一實施例中，可將包括H₂ (1/p) (諸如在一正方形之四個頂點中之每一者處之H₂ (1/4))之H₈ 單元添加至長方體H₁₆ 以構成，其中n係一整數。例示性額外大團聚體係H₁₆ 、H₂₄ 及H₃₂ 。氫大團聚體中性粒子及離子可與作為中性粒子或離子之其他物種(諸如O、OH、C及N)組合。在一實施例中，所得結構產生在飛行時間二次離子質譜(ToF-SIMS)中之一H₁₆ 峰值，其中可觀察到質量與自H₁₆ 之整數H損失(諸如H₁₆ 、H₁₄ 、H₁₃ 及H₁₂ )對應之碎片。由於1.00794 u之H質量，對應+1或-1離子峰值具有16.125、15.119、14.111、13.103、12.095…之質量。諸如或之氫大團聚體離子可包括亞穩態。藉由ToF-SIMS在正及負光譜中之16.125處觀察到具有寬峰值之亞穩態特徵之氫大團聚體離子及。在負ToF-SIMS光譜中在15.119處觀察到。分別在正及負ToF-SIMS光譜中觀察到H₂₄ 亞穩態物種及。

在一實施例中，可磁性分離包括較低能量氫物種(諸如分子分數氫)之物質之組合物(「分數氫化合物」)。分數氫化合物可經冷卻以在經磁性分離之前進一步增強磁性。磁性分離方法可包括：使含有所要分數氫化合物之一化合物混合物移動穿過一磁場使得分數氫化合物之移動性相對於混合物之其餘部分優先地受阻；或使一磁體在混合物上方移動以將分數氫化合物與混合物分開。在一例示性實施例中，藉由將爆震產物材料浸沒於液體氮中且使用磁性分離而將分數氫化合物與線爆震之非分數氫產物分開，其中低溫增加分數氫化合物產物之磁性。可在液體氮之沸騰表面處增強分離。

除帶負電之外，在一實施例中，分數氫氫化物離子H^- (1/p)亦包括具有一不成對電子之一雙重狀態，該不成對電子產生磁矩之一波耳磁元。一分數氫氫化物離子分離器可包括一電場源及磁場源中之至少一者以基於差動及選擇性力(基於分數氫氫化物離子之電荷及磁矩中之至少一者而維持於分數氫氫化物離子上)而將分數氫氫化物離子與一離子混合物分開。在一實施例中，分數氫氫化物離子可在一電場中經加速度且基於分數氫氫化物離子之唯一質量與電荷比而偏轉至一收集器。分離器可包括一半球形分析器或一飛行時間分析器類型裝置。在另一實施例中，分數氫氫化物離子可藉由磁分離而收集，其中藉由一磁體將一磁場施加至一樣本且分數氫氫化物離子選擇性地黏至待分離之磁體。分數氫氫化物離子可與一相對離子一起經分離。

在一實施例中，藉由H與OH及H₂ O觸媒中之至少一者之反應合成諸如原子分數氫、分子分數氫或氫氫化物離子之一分數氫物種。在一實施例中，用以形成分數氫之SunCell®反應及高能反應(諸如包括本發明之點或線點火之反應)中之至少一者之產物係一分數氫化合物或物種，包括與以下各項中之至少一者錯合之諸如H₂ (1/p)之一分數氫物種：(i)除氫以外之一元素，(ii)一普通氫物種，諸如H⁺ 、普通H₂ 、普通H^- 及普通中之至少一者，一有機分子物種，諸如一有機離子或有機分子，及(iv)一無機物種，諸如一無機離子或無機化合物。分數氫化合物可包括一含氧陰離子化合物，諸如一鹼金屬或鹼土金屬碳酸鹽或氫氧化物、羥基氧化物(諸如GaOOH、AlOOH及FeOOH)或本發明之其他此類化合物。在一實施例中，產物包括及(M = 鹼金屬或本發明之其他陽離子)錯合物中之至少一者。產物可由ToF-SIMS或電灑飛行時間二次離子質譜學(ESI-ToF)識別為在正光譜中之一系列離子，分別包括及，其中n係一整數且可用一整數p ＞ 1取代4。在一實施例中，包括矽及氧之一化合物(諸如SiO₂ 或石英)可用作用於H₂ (1/4)之一吸氣劑。用於H₂ (1/4)之吸氣劑可包括一過渡金屬、鹼金屬、鹼土金屬、內過渡金屬、稀土金屬、金屬組合、合金(諸如一Mo合金，諸如MoCu)及儲氫材料，諸如本發明之彼等。

包括藉由本發明之方法合成之分數氫物種之化合物可具有式MH、MH₂ 或M₂ H₂ ，其中M係一鹼金屬陽離子且H係一分數氫物種。化合物可具有式MH_n ，其中n係1或2，M係一鹼土金屬陽離子且H係分數氫物種。化合物可具有式MHX，其中M係一鹼金屬陽離子，X係諸如鹵素原子之一中性原子、一分子或諸如鹵素陰離子之一單一帶負電陰離子中之一者，且H係一分數氫物種。化合物可具有式MHX，其中M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且H係一分數氫物種。化合物可具有式MHX，其中M係一鹼土金屬陽離子，X係一雙重帶負電陰離子，且H係一分數氫物種。化合物可具有式M₂ HX，其中M係一鹼金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且H係一分數氫物種。化合物可具有式MH_n ，其中n係一整數，M係一鹼金屬陽離子且化合物之氫含量Hn包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式M₂ H_n ，其中n係一整數，M係一鹼土金屬陽離子且化合物之氫含量H_n 包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式M₂ XH_n ，其中n係一整數，M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_n 包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式M₂ X₂ H_n ，其中n係1或2，M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_n 包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式M₂ X₃ H，其中M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，且H係一分數氫物種。化合物可具有式M₂ XH_n ，其中n係1或2，M係一鹼土金屬陽離子，X係一雙重帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_n 包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式M₂ XX’H，其中M係一鹼土金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子，X’係一雙重帶負電陰離子，且H係分數氫物種。化合物可具有式MM’H_n ，其中n係自1至3之一整數，M係一鹼土金屬陽離子，M’係一鹼金屬陽離子且化合物之氫含量H_n 包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式MM’XH_n ，其中n係1或2，M係一鹼土金屬陽離子，M’係一鹼金屬陽離子，X係一單一帶負電陰離子且化合物之氫含量Hn包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式MM’XH，其中M係一鹼土金屬陽離子，M’係一鹼金屬陽離子，X係一雙重帶負電陰離子且H係一分數氫物種。化合物可具有式MM’XX’H，其中M係一鹼土金屬陽離子，M’係一鹼金屬陽離子，X及X’係單一帶負電陰離子且H係一分數氫物種。化合物可具有式MXX’H_n ，其中n係自1至5之一整數，M係一鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X係一單一或雙重帶負電陰離子，X’係一金屬或類金屬、一過渡元素、一內過渡元素或一稀土元素，且化合物之氫含量Hn包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式MH_n ，其中n係一整數，M係諸如一過渡元素、一內過渡元素或一稀土元素之一陽離子，且化合物之氫含量H_n 包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式MXH_n ，其中n係一整數，M係諸如一鹼金屬陽離子、鹼土金屬陽離子之一陽離子，X係諸如一過渡元素、內過渡元素或一稀土元素陽離子之另一陽離子，且化合物之氫含量H_n 包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式，其中M係一鹼金屬陽離子或其他+1陽離子，m及n各自係一整數，且化合物之氫含量H_m 包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式，其中M係一鹼金屬陽離子或其他+1陽離子，m及n各自係一整數，X係一單一帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_m 包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式，其中M係一鹼金屬陽離子或其他+1陽離子，n係一整數，且化合物之氫含量H包括至少一個分數氫物種。化合物可具有式，其中M係一鹼金屬陽離子或其他+1陽離子，n係一整數，且化合物之氫含量H包括至少一個分數氫物種。包含一陰離子或陽離子之化合物可具有式，其中m及n各自係一整數，M及M'各自係一鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X係一單一或雙重帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_m 包括至少一個分數氫物種。包含一陰離子或陽離子之化合物可具有式，其中m及n各自係一整數，M及M'各自係一鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X及X'係一單一或雙重帶負電陰離子，且化合物之氫含量H_m 包括至少一個分數氫物種。陰離子可包括本發明之彼等陰離子中之一者。適合例示性單一帶負電陰離子係鹵素離子、氫氧離子、碳酸氫離子或硝酸根離子。適合例示性雙重帶負電陰離子係碳酸離子、氧化物或硫酸根離子。

在一實施例中，分數氫化合物或混合物包括至少一個分數氫物種，諸如一分數氫原子、分數氫氫化物離子及嵌入於一晶格(諸如一結晶晶格，諸如一金屬或離子晶格)中之雙分數氫分子。在一實施例中，該晶格與分數氫物種係非反應性的。諸如在嵌入式分數氫氫化物離子之情形中，基質可係非質子的。化合物或混合物可包括嵌入於一鹽晶格(諸如一鹼金屬或鹼土金屬鹽，諸如一鹵化物)中之H(1/p)、H₂ (1/p)及H^- (1/p)中之至少一者。例示性鹼金屬鹵化物係KCl及KI。在嵌入式H^- (1/p)之情形中，鹽可不存在任何H₂ O。其他適合鹽晶格包括本發明之彼等鹽晶格。

本發明之分數氫化合物之純度較佳地大於0.1原子百分比。更佳地，化合物之純度大於1原子百分比。甚至更佳地，化合物之純度大於10原子百分比。最佳地，化合物之純度大於50原子百分比。在另一實施例中，化合物之純度大於90原子百分比。在另一實施例中，化合物之純度大於95原子百分比。

在一實施例中，可藉由在一適合溶劑中再結晶而純化分數氫化合物。另一選擇係，可在包括分子分數氫之一氣體之情形中藉由諸如高效能液體層析法(HPLC)或氣體層析法之層析法而純化化合物。在一實施例中，可藉由低溫過濾而純化分子分數氫。純化系統可包括用於分子分數氫之一選擇性吸收劑，諸如活性碳或沸石。吸收劑可容納於一容器中，該容器經加熱以致使雜質自吸收劑脫氣。可在真空下移除雜質。可將經脫氣吸收劑冷卻至一低溫，諸如低溫溫度，諸如液體氮之低溫溫度。容器可浸沒於諸如液體氮之一低溫劑之一杜瓦瓶中。可使包括分子分數氫之氣體混合物流動穿過冷吸收劑，使得選擇性地吸收分子分數氫。可加熱吸收劑以致使經純化分子分數氫氣自吸收劑流出以經收集。

超順磁分數氫化合物可包括可定向於一磁場中之磁性奈米顆粒。磁性分數氫化合物(諸如包括分子分數氫及分數氫氫化物離子中之至少一者之磁性分數氫化合物)之應用包括磁性儲存材料(諸如電腦硬碟機之記憶體儲存材料)、磁共振成像中之造影劑、一鐵磁流體(諸如具有可調諧黏度之鐵磁流體)、磁性細胞分離(諸如細胞、DNA或蛋白質分離或RNA釣取)以及諸如靶向給藥、磁熱療及磁轉染之治療。在一實施例中，包括分子分數氫之化合物之磁、光吸收、光散射性質可用於隱形塗層、光感測器、太陽能電池、磁性分離、作為造影劑之MRI成像及熱療治療。

在其中一分數氫氫化物以若干單位之磁通量量子來鏈接通量(類似於一超導量子干涉裝置(SQUID)之行為)之一實施例中，諸如一磁力計、邏輯閘、感測器或開關之一電子裝置包括至少一個分數氫氫化物離子以及一輸入電流與輸入電壓電路及一輸出電流與輸出電壓電路中之至少一者以進行以下操作中之至少一者：感測及改變至少一個分數氫氫化物離子之通量鏈狀態。

在一實施例中，形成分數氫產物之一功率與光發射池包括至少一個超音波換能器、用以形成空化泡之一液體介質、一HOH觸媒源及一H源。該液體介質可包括以下各項中之至少一者：一碳水化合物，諸如十二烷；一酸，諸如硫酸；及水，其可進一步用作HOH及H中之至少一者之源。液體可包括一惰性氣體(諸如氬或氙)且可進一步包括一氧源、氧、一氫源及氫中之至少一者。惰性氣體可使液體飽和。惰性氣體可用作一電子源。可使液體維持在低溫，諸如接近液體冰點之低溫。可藉由以下方式形成H：使碳與水發生反應以形成CO及CO₂ 中之至少一者。可藉由以下方式形成H：藉由一電子源(諸如惰性氣體)還原H⁺ 。碳源可係碳水化合物及碳之至少一者，該碳可係以下情形中之至少一者：懸浮於水中；及塗佈超音波換能器。由超音波換能器對液體介質之音波振動處理可致使水氫鍵斷裂且可進一步致使碳源或碳與水發生反應以形成CO及H，CO及H進一步與HOH發生反應以形成分數氫。用以形成分數氫之對應反應可致使釋放諸如可在可見區域中之黑體輻射之熱及光中之至少一者。

在一實施例中，藉由昇華將諸如H₂ (1/p)之一分數氫物種與一化合物或材料(包括束縛於該化合物或材料中之該分數氫物種，諸如一金屬氧化物、一鹼金屬鹵化物、一鹼金屬鹵化物-鹼金屬氫氧化物混合物及諸如K₂ CO₃ 之碳酸鹽)隔離。可藉由將該化合物或材料冷卻至一低溫(諸如低溫溫度)且維持一真空而達成昇華。

在一實施例中，一混合物(諸如一液體或氣體混合物，諸如包括氬之混合物)之分子分數氫可藉由跨越諸如金屬、玻璃或陶瓷薄膜之一滲透選擇性薄膜擴散而純化。滲透可進入一收集腔中。在一例示性實施例中，滲透薄膜可包括可浸沒於液體氬中以允許分子分數氫擴散至腔中之一薄壁空心經抽空腔、腔室或管道。可藉由使氣體低溫凝結而增加所收集氣體之壓力及量。在一例示性實施例中，腔可懸掛於一液體氦杜瓦瓶中且所凝結氣體然後可轉移至一較小體積氣體瓶且被允許蒸發。

在一實施例中，諸如H₂ (1/4)之分子分數氫氣可溶於諸如一惰性氣體(諸如液體氬、液體氮、液體CO₂ )或一固體氣體(諸如固體CO₂ )之經凝結氣體中。藉由觀察記錄於經蒸發液體氬氣上之H₂ (1/4) (圖41至圖42)之振轉頻帶而確認溶解度。H₂ 及O₂ 亦以痕量存在，從而亦確認此等氣體在液體氬中之溶解度。在分數氫比氫更可溶之情形中，液體氬可用於選擇性地收集且富集來自一源(諸如包括H₂ 與分子分數氫氣(諸如來自SunCell®之氣體)之一混合物之源)之分子分數氫氣。在一實施例中，使來自SunCell®之氣體鼓泡穿過由於分子分數氫在液體氬中之溶解度而用作一吸氣劑之液體氬。在另一實施例中，一固體材料吸氣劑可單獨使用或浸沒於諸如液體氬之一液體氣體中。例示性固體吸氣劑可包括碳、沸石、KCl、KOH、RbCl、K₂ CO₃ 、LiBr、FeOOH、In箔、MoCu箔、矽晶圓、其他氧化物、鹼金屬鹵化物及鹼金屬氫氧化物中之至少一者。可藉由諸如一低溫劑之手段冷卻吸氣劑。該低溫劑可包括一低溫冷阱。在一例示性實施例中，將低溫冷阱冷卻至液體氮溫度。為自吸氣劑釋放分數氫，包括分數氫之吸氣劑可係以下情形中之至少一者：經加熱以釋放分數氫氣；及溶解於諸如水、酸、鹼或有機溶劑之一溶劑中以釋放分數氫氣。在一實施例中，可使分數氫氣鼓泡至溶劑中，諸如一低溫液體，諸如一液體惰性氣體(諸如氬或液體氮)、超臨界CO₂ 、液體氧、液體氮、液體O₂ /N₂ 混合物、此項技術中已知之另一超臨界液體或另一液體(諸如水、酸、鹼或有機溶劑，諸如一氟碳化合物)。在一實施例中，溶劑可係磁性的，諸如順磁性的，使得分子分數氫由於分子分數氫之磁性而具有某些吸收相互作用。例示性溶劑係液體氧及溶解於諸如水之另一液體中之氧。另一選擇係，可使分數氫氣鼓泡穿過一固體溶劑(諸如在室溫下係一氣體之一固體，諸如固體CO₂ )。可直接收集分數氫氣。另一選擇係，所得溶液可經過濾、撇取、倒出或離心分離以收集包括分數氫(諸如分數氫大團聚體)之不可溶化合物。

在一實施例中，H₂ O可包括分子分數氫溶劑。可將H₂ O放置於一阱中，其中使來自分數氫反應之氣體產物鼓泡穿過水以致使分子分數氫溶解於水中。可藉由將水加熱而釋放分子分數氫氣。加熱可達到諸如小於100℃之一溫度，此相對於水蒸氣選擇性地釋放分數氫。可使所釋放氣體通過一冷阱(諸如一CO₂ 低溫冷阱)以使一氣體混合物之水蒸氣相對於分子分數氫氣選擇性凝結。可藉由氣體層析法及電子束激發光譜學中之至少一者識別分子分數氫氣。

在用以隔離及識別分子分數氫氣中之至少一者之一例示性實施例中，分數氫吸氣劑(諸如來自SunCell®之氧化鎵)可溶解於水(諸如濃縮鹼水溶液，諸如NaOH水溶液)中，使得所捕集分子分數氫然後處於氣體或液體相中。氣體可使用氫作為載體氣體經注入於一氣體層析管柱上或鼓泡穿過液體氬以溶解分子分數氫，且氬-分數氫氣然後可與氬載體氣體一起經引入至一氣體層析管柱上，其中液體氬用於在正常氫上方富集分子分數氫。可以分析方式分析水。可低於沸點而將其進一步加熱以選擇性地釋放分子分數氫氣，其中水蒸氣可由一低溫冷阱(諸如一CO₂ 阱)選擇性地凝結以移除水從而將分子分數氫氣選擇性地引入至氣體層析管柱上。

在一實施例中，使直接自SunCell®收集之氣態產物或自SunCell®之固體產物釋放氣態產物流動穿過諸如一CuO再結合器之一再結合器以移除氫氣，且所富集分數氫氣經凝結於一低溫泵之一低溫指形件或冷載台上之一帶閥可密封低溫腔室中。分子分數氫氣可與至少一個其他氣體共同凝結或經吸收於一共同凝結氣體(諸如可用作一溶劑之氬、氮及氧中之一或多者)中。當累積充足液體時，可密封低溫腔室且允許其升溫以蒸發所凝結液體。所得氣體可用於工業或分析目的。舉例而言，可透過一腔室閥將氣體注入至一氣體層析儀中或一池中以用於電子束發射光譜學。在一替代實施例中，可使分子分數氫氣直接流動至低溫指形腔室中且凝結，其中可在高於20.3 K (在atm壓力下H₂ 之沸點)之一溫度下操作低溫指形件使得氫不共同凝結。

之兩個不同核自旋組態係可能的，稱為正交及平行。正交使所有三個質子自旋平行，從而產生3/2之一總核自旋。平行使兩個質子自旋平行而另一質子自旋係反平行的，從而產生1/2之一總核自旋。類似地，H₂ 亦具有正交及平行狀態，其中正交H₂ 具有一總核自旋1且平行H₂ 具有一總核自旋0。當一正交與一平行H₂ 碰撞時，可發生質子自旋改變，從而替代地產生一平行及一正交H₂ 。在一實施例中，藉由諸如一氫電漿及視情況一磁場源之手段製備正交以增加正交之自旋極化良率。可使正交與分子分數氫氣碰撞以形成係NMR活性之正交H₂ (1/p)。可藉由形成正交及H₂ (1/p)之射束或藉由混合氣體而達成碰撞。可藉由質子NMR識別正交H₂ (1/p)。

在一實施例中，可針對自SunCell®撇取且溶解於鹼(諸如NaOH)中之氧化鎵隔離一大團聚體分數氫化合物。該化合物可包括一高溫超導體。

在一實施例中，來自SunCell之氧化鎵溶解於諸如NaOH之鹼中。非可溶材料可經過濾以用作一分數氫氣源。另一選擇係，可倒出溶液以隔離非可溶顆粒以用作一分數氫氣源。可對溶液進行過濾且可允許濾液靜置以形成藉由諸如過濾、離心及乾燥中之至少一者之手段收集之白色棉狀分數氫產物。

在另一實施例中，可在一層析管柱上純化分數氫氣。在載體氣體包括諸如一氬/H₂ (1/4)混合物之一混合物(其包括分數氫)之情形中，可藉由使混合物流動穿過冷卻至一低溫溫度(諸如液體氮或氬溫度)之一層析管柱(諸如一HayeSep® D管柱)而富集分數氫氣。氬可部分地液化以准許流動分數氫氣經富集。可藉由本發明之分析手段(諸如氣體層析法及電子束激發發射光譜學)而分析分數氫氣。在一實施例中，具有另一氣體(諸如氬)之一混合物之分子分數氫可經分離且藉由低溫液體層析法自該混合物富集。在一實施例中，可藉由氣體層析法使用氦或氫載體氣體識別分子分數氫，其中分子分數氫可更容易地在此等載體氣體中形成一層析頻帶。偵測器可包括一熱傳導率偵測器。在另一實施例中，可使用超流體CO₂ 作為載液來以層析方式富集或純化分子分數氫。在另一實施例中，可藉由在低溫溫度下進行差動液化而富集或純化分子分數氫。可藉由火焰燃燒而自一H₂ -分子分數氫混合物移除氫，可藉由使氫-分子分數氫氣混合物流動穿過一H₂ -O₂ 氣體氣炬之一H₂ 入口而達成該火焰燃燒。另一選擇係，可藉由諸如一CuO再結合器之一再結合器或藉由與氧之催化再結合而移除氫。例示性催化再結合器係在一固體支撐體(諸如氧化鋁、矽石或碳)上之一貴金屬(諸如Pt或Pd)。

在一實施例中，藉由以下各項之至少一個方法增加分子分數氫氣之壓力：(i)凝結至一液體(諸如低溫凝結)後續接著加熱以引起一壓力容器中之蒸發，(ii)吸收於一吸收體(諸如碳或沸石或本發明之其他吸氣劑)中後續接著加熱以引起一壓力容器中之蒸發，及(iii)將包括分子分數氫之氣體收集於一壓力容器中後續接著機械或液壓壓縮。可藉助一低溫冷阱或一低溫泵在一凝結容器中達成低溫凝結，該低溫冷阱或該低溫泵能夠達到足以凝結分數氫之一溫度。可藉由液體氬、液體氮及液體氦溫度中之至少一者達成低溫凝結。在一實施例中，可將一磁場施加至凝結容器以提升凝結溫度。可藉助可定位於凝結容器內側或外側之電磁體及永久磁體(諸如釹或鈷釤磁體)中之至少一者施加磁場。可藉由將一液體(諸如一不可壓縮液體，諸如水)泵送至容器中以使體積位移且壓縮分子分數氫氣而達成液壓壓縮。分子分數氫可具有在液體中之一低溶解度。可將液體泵送至容器之基底中以避免分子分數氫氣穿過液體遞送系統(諸如通往容器之一導管及一泵)之擴散損失。在包括分數氫氣之經壓縮氣體包括至少一個其他非所要氣體之情形中，可藉由諸如使混合物流動穿過一層析管柱(諸如HayeSep® D管柱)之手段而移除非所要氣體。在一例示性實施例中，藉由在低溫溫度下(諸如在液體氬溫度下)使混合物流動穿過一HayeSep® D管柱而將分子分數氫與氬分離。

在一實施例中，藉由使用一再結合觸媒使氬中之氫及氧與一氣體或液體狀態中之反應物再結合而以催化方式形成分數氫。例示性再結合觸媒係可支撐於諸如一陶瓷之一支撐體上之貴金屬(諸如Pt或Pd)。陶瓷支撐體可包括氧化鋁，諸如氧化鋁珠粒。分數氫可與共同凝結氧一起形成於液體氬中，然後在存在一再結合觸媒(諸如Pd或Pt)之情況下藉由H₂ 添加而移除該共同凝結氧。

包括諸如H₂ (1/4)之分數氫之氬可用作用以形成分數氫H(1/p)及H₂ (1/p) (其中p＞4)之燃料，其中使包括H₂ (1/4)之氬作為一反應物流動至SunCell®之反應池腔室中。維持在反應池腔室中之分數氫電漿可使H₂ (1/4)之鍵斷裂以形成可用作一觸媒及反應物之H(1/4)從而形成較低能量分數氫狀態。

在一實施例中，水中之一高電壓放電(諸如具有大於1 kV之一電壓之一電弧放電)致使形成分數氫物種，諸如H₂ (1/4)。分數氫物種可進行以下操作中之至少一者：與水相互作用；及相互作用。相互作用可在水上形成可改變其表面張力之一表面塗層。該表面塗層可充當一表面活性劑。該表面活性劑可減小水之表面張力。該表面塗層可表現為水形成兩個經位移水貯器之間的橋之能力。舉例而言，肥皂可減小水之表面張力且致使形成兩個水貯器之間的可變形橋。

在一實施例中，高能分數氫電漿可驅動H₂ O及H₂ 中之至少一者與碳、CO及CO₂ 中之至少一者之反應以形成甲烷。原子分數氫及分子分數氫中之至少一者可催化H₂ O及H₂ 中之至少一者與碳、CO及CO₂ 中之至少一者之反應以形成甲烷。高能分數氫電漿可驅動H₂ O → H₂ + ½ O2之反應以形成氫氣。氫氣與氧氣可經分離及收集以用作工業氣體。可將分數氫反應之功率轉換成其他形式之燃料，諸如H₂ 、甲烷及碳水化合物中之至少一者。

在一實施例中，關於甲烷觀察到分子分數氫氣層析法峰值，諸如H₂ (1/4)之分子分數氫氣層析法峰值(圖52A)，使得藉由諸如XRD、EDS、NMR及質譜學之手段對甲烷或碳之識別包括用以篩選包括分子分數氫之樣本之一手段。待篩選之例示性樣本係氧化鎵及來自SunCell®之經NaOH水溶液處理之氧化鎵之樣本。在一實施例中，可將碳添加至分數氫反應混合物以捕集分子分數氫。甲烷亦可在反應中形成，該反應可藉由增強碳-分子分數氫鍵合之甲烷插入而進一步輔助分數氫之碳捕集。在一實施例中，唯一於分子分數氫之額外簽章(諸如本發明之EPR、FTIR、拉曼、XPS及其他分子分數氫簽章)可用於針對分子分數氫之存在而篩選樣本。

在一實施例中，用以形成較低能量氫物種(諸如H(1/p)及H₂ (1/p)，其中p係一整數)之一反應器包括一熔融鹽，該熔融鹽用作H及HOH觸媒中之至少一者之一源。該熔融鹽可包括一鹽混合物，諸如一共熔混合物。混合物可包括一氫氧化物及一鹵化物中之至少一者，諸如鹼金屬及鹼土金屬氫氧化物及鹵化物(諸如LiOH-LiBr或KOH-KCl)中之至少一者之一混合物。該反應器可進一步包括一加熱器、一加熱器電源供應器及一溫度控制器以將鹽維持在一熔融狀態中。該反應器可進一步包括一電解系統(其包括至少兩個電極)及一電源供應器。該等電極在電解質中可係穩定的。例示性電極係鎳及貴金屬電極。可將水供應至池且可將諸如一DC電壓之一電壓施加至該等電極。氫可在陰極處形成且氧可在陽極處形成。氫可與亦形成於池中之HOH觸媒發生反應以形成分數氫。因形成分數氫而產生之能量可在池中產生熱。池可係良好絕緣的，使得來自分數氫反應之熱可減少使加熱器維持熔融鹽所需要之功率量。該反應器可進一步包括一熱交換器。該熱交換器可移除待遞送至一外部負載之過量熱。

實驗的 SunCell®發電系統通常包含經組態以捕獲藉由燃料點火反應而產生之電漿光子且將該等電漿光子轉換為可用能量的一光伏打功率轉換器。在某些實施例中，可期望高轉換效率。反應器可在多個方向(例如，至少兩個方向)上排出電漿，且反應器之半徑可按大致數毫米至數米之比例，舉例而言，自大約1 mm至大約25 cm之半徑。另外，藉由燃料點火產生之電漿之光譜可類似藉由太陽產生之電漿之光譜及/或可包含額外短波長輻射。圖38展示在一80 mg銀粒(包括因在熔融銀冷卻成粒時水添加至熔融銀而產生之所吸收H₂ O)之點火之5 nm至450 nm區域中之一例示性絕對光譜，其展示基本上全部在紫外線及極紫外線光譜區域中之1.3 MW之一平均光學功率。使用一Taylor-Winfield型號ND-24-75點銲機以一低電壓、高電流達成點火。跨越粒之電壓降小於1 V且電流係大約25 kA。高強度UV發射具有大約1 ms之持續時間。控制光譜在UV區域中係平坦的。諸如線及黑體發射中之至少一者之固體燃料之輻射可具有在大約2至200,000個太陽、10至100,000個太陽、100至75,000個太陽之至少一個範圍中之一強度。在一實施例中，可增加電銲機點火電路之電感以在點火之後增加電流衰減時間。較長衰減時間可維持分數氫電漿反應以增加能量產生。具有所預測10.1 nm截止之連續輻射確認H(1/4)之產生。

在爆震之前及之後對電極執行XPS及拉曼。爆震後電極各自展示一非常大1940 cm^-1 拉曼峰值，諸如圖46及圖47B中所展示之拉曼峰值。爆震後XPS展示匹配H₂ (1/4)之總能量之一大496 eV峰值，諸如圖48A至圖48B中所展示之峰值。不存在僅替代指派之其他主要元素峰值(Na、Sn或Zn)，從而確認H₂ (1/4)係極其高能反應之產物。未在爆震前電極之分別拉曼或XPS光譜中之1940 cm^-1 或496 eV區域觀察到拉曼或XPS峰值。

可將UV及EUV光譜轉換為黑體輻射。可藉由致使池大氣對於UV及EUV光子中之至少一者之傳播光學厚而達成該轉換。可藉由致使諸如燃料金屬之金屬在池中蒸發而增加光學厚度。光學厚電漿可包括一黑體。黑體溫度可由於分數氫反應之極其高功率密度容量及藉由分數氫反應發射之光子之高能量而係高的。在圖39中展示在具有大約1托之一周圍H₂ O蒸氣壓力之情況下泵送至大氣氬中之W電極之熔融銀之點火之光譜(由於藍寶石光譜儀窗而在180 nm處具有一截止之100 nm至500 nm區域)。電力源2包括串聯之兩個電容器(Maxwell Technologies K2超電容器2.85V/3400F)之兩個組，該兩個組並聯連接以在大約1 kHz至2 kHz之頻率下提供大約5至6 V及300 A之恆定電流以及達到5 kA之疊加電流脈衝。至W電極(1 cm × 4 cm)之平均輸入功率係大約75 W。當在藉由分數氫反應功率使銀蒸發之情況下大氣對UV輻射變得光學厚時，初始UV線發射轉變為5000K黑體輻射。具有0.15之一經蒸發銀發射率之一5000K黑體輻射器之功率密度係5.3 MW/m² 。所觀察到之電漿之面積係大約1 m² 。黑體輻射可加熱池26之一組件，諸如可在本發明之一熱光伏打實施例中用作對PV轉換器26a之一黑體輻射器之頂部封蓋5b4。

包括一氧源之一熔融物之一例示性測試包括以由絕對光譜學判定之光學功率將一氬/5莫耳% H₂ 大氣中之一80 mg銀/1 wt%硼砂脫水粒點火。在大約1 ms之持續時間內觀察到使用一電銲機(Acme 75 KVA點銲機)在大約1 V之一電壓降、250 kW之功率下施加大約12 kA之一高電流。包括一氧源之一熔融物之另一例示性測試包括以由絕對光譜學判定之光學功率將一氬/5莫耳% H₂ 大氣中之一80 mg銀/2莫耳% Na₂ O脫水粒點火。在大約1 ms之持續時間內觀察到使用一電銲機(Acme 75 KVA點銲機)在大約1 V之一電壓降、370 kW之功率下施加大約12 kA之一高電流。包括一氧源之一熔融物之另一例示性測試包括以由絕對光譜學判定之光學功率將一氬/5莫耳% H₂ 大氣中之一80 mg銀/2莫耳% Li₂ O脫水粒點火。在大約1 ms之持續時間內觀察到使用一電銲機(Acme 75 KVA點銲機)在大約1 V之一電壓降、500 kW之功率下施加大約12 kA之一高電流。

基於用一Edgertronics高速視訊攝影機記錄之電漿之大小，分數氫反應及功率取決於反應體積。體積可需要係用於最佳化反應功率及能量之一最小值(諸如大約0.5至10公升)以用於將大約30至100 mg之一粒(諸如一銀粒)及一H及HOH觸媒源(諸如水合作用)點火。依據粒點火，分數氫反應速率在非常高銀壓力下係高的。在一實施例中，分數氫反應可在高電漿壓力下具有高動力學。基於高速光譜學及Edgertronics資料，在電漿體積係最低且Ag蒸氣壓力係最高時分數氫反應速率在起始時係最高的。1 mm直徑Ag粒在熔融(T = 1235 K)時點火。80 mg (7.4 × 10^-4 莫耳)粒之初始體積係5.2 × 10^-7 公升。對應最大壓力係大約1.4 × 10⁵ atm。在一例示性實施例中，觀察到反應在大約0.5 ms之反應持續時間內在大約聲音速度(343 m/s)下擴展。最終半徑係大約17 cm。在不具有任何背壓之情況下之最終體積係大約20公升。最終Ag局部壓力係大約3.7E-3 atm。由於反應可在較高壓力下具有較高動力學，因此可藉由施加電極壓力且允許電漿垂直於電極間軸而擴展來藉由電極侷限增加反應速率。

量測由分數氫反應釋放之功率，該分數氫反應藉由將1莫耳%或0.5莫耳%氧化鉍添加至在存在一97%氬/3%氫大氣之情況下以2.5 ml/s注入至一SunCell®之點火電極中之熔融銀而引起。在添加對應於氧化物添加之分數氫反應功率貢獻之前及之後暫時反應池水冷卻劑溫度之斜率之相對改變乘以用作一內部標準之恆定初始輸入功率。對於重複運行，在氧源添加之後關於分數氫功率貢獻之總池輸出功率由對應於7540 W、8300 W、8400 W、9700 W、8660 W、8020 W及10,450 W之總輸入功率的97、119、15、538、181、54及27之暫時冷卻劑溫度回應之斜率之比率之乘積判定。熱突發功率分別係731,000 W、987,700 W、126,000 W、5,220,000 W、1,567,000 W、433,100 W及282,150 W。

量測由分數氫反應釋放之功率，該分數氫反應藉由將1莫耳%氧化鉍(Bi₂ O₃ )、1莫耳%釩酸鋰(LiVO₃ )或0.5莫耳%釩酸理添加至在存在一97%氬/3%氫大氣之情況下以2.5 ml/s注入至一SunCell®之點火電極中之熔融銀而引起。在添加對應於氧化物添加之分數氫反應功率貢獻之前及之後暫時反應池水冷卻劑溫度之斜率之相對改變乘以用作一內部標準之恆定初始輸入功率。對於重複運行，在氧源添加之後關於分數氫功率燃燒之總池輸出功率由對應於6420 W、9000 W及8790 W之總輸入功率的497、200及26之暫時冷卻劑溫度回應之斜率之比率之乘積判定。熱突發功率分別係3.2 MW、1.8 MW及230,000 W。

在一例示性實施例中，使點火電流自大約0 A斜升至2000 A，此對應於以大約0.5為單位的自大約0 V至1 V之一電壓增加，在該電壓下將電漿點火。然後使電壓作為一步階增加至大約16 V且保持大約0.25 s，其中大約1 kA流動穿過熔融物且1.5 kA透過電漿之塊體串聯流動穿過除電極8以外之另一接地迴路。在具有至一SunCell® (包括以9公升/s之一流率之Ag (0.5莫耳% LiVO₃ )及氬-H₂ (3%))的大約25 kW之一輸入功率之情況下，功率輸出在1 MW以上。以大約1.3 Hz重複點火序列。

在一例示性實施例中，點火電流係大約500 A恆定電流且電壓係大約20 V。在具有至一SunCell® (包括以9公升/s之一流率之Ag (0.5莫耳% LiVO₃ )及氬-H₂ (3%))的大約15 kW之一輸入功率之情況下，功率輸出超過1 MW。

在一實施例中，最佳化操作參數，諸如氣體流量、氣體組合物(諸如一氬-氫混合物之組合物)、氣體流率、尺度、幾何結構、EM泵送速率、操作溫度以及點火波形、電流、電壓及功率。以25至30 V之一DC點火電壓及1500A至3000A之一電流測試一組實驗SunCells®，其中各自包括(i)一顛倒底座，諸如圖25中所展示之顛倒底座，其中底座電極為正，(ii)作為熔融金屬之鎵以200g/s泵送，(iii) 在混合於一氣炬中之情況下H₂ 以3000 sccm流動且O₂ 以30 sccm流動且在超過90℃下作為反應池腔室中之HOH觸媒及H源流動穿過1 g之10% Pt/Al₂ O₃ 。發現最佳規模等級次序係一6英吋直徑球體＞8英吋直徑球體＞12英吋直徑球體，及4英吋邊立方體＞6英吋邊立方體＞9英吋邊立方體。

在包括鎵銦錫合金作為熔融金屬之6英吋直徑球形池之一實施例中，用混合於一氫氧炬中且在流動至池中之前在大於90℃下流動穿過包括1 g 10% Pt/Al₂ O₃ 之一再結合器腔室之750 sccm H₂ 及30 sccm O₂ 供應分數氫反應。另外，以在流動至池中之前在大於90℃下流動穿過包括1 g 10% Pt/Al₂ O₃ 之一第二再結合器腔室之1250 sccm H₂ 供應反應池腔室。藉由一對應質量流量控制器控制三個氣體供應器中之每一者。H₂ 與O₂ 之經組合流提供HOH觸媒及原子H，且第二H₂ 供應器提供額外原子H。以大約30至35 V及大約1000 A之一DC輸入維持分數氫反應電漿。藉由VI整合量測之輸入功率係34.6 kW，且藉由熔融金屬浴熱量測定法量測129.4 kW之輸出功率，其中貯器及反應池腔室中之鎵用作浴。

在預裝載有2500 sccm H₂ 及70 sccm O₂ 且在反應池腔室之壁上包括一Ta襯裡之4英吋邊池之一實施例中，由充電至50 V之一電容器組供應在3000 A至1500 A之範圍中之一電流。該電容器組包括串聯之18個電容器(Maxwell Technologies K2超電容器2.85V/3400F)之3個並聯組，此提供51.3V之一總組電壓能力及566.7法拉之一總組電容。輸入功率係83 kW，且輸出功率係338 kW。在供應有4000 sccm H₂ 及60 sccm O₂ 之6英吋直徑球形池之一實施例中，由充電至50 V之電容器組供應在3000 A至1500 A之範圍中之一電流。輸入功率係104 kW，且輸出功率係341 kW。

自圖40中所展示之1.3 nm之H α線之所觀察極端斯塔克加寬顯見藉由在一2公升Pyrex SunCell®中運行之分數氫反應產生之非凡功率密度。該加寬對應於3.5 × 10²³ /m³ 之一電子密度。基於800托之一氬-H₂ 壓力及3000K之溫度而將SunCell®氣體密度計算為係2.5 × 10²⁵ 個原子/m³ 。對應離子化分率係大約10%。假設氬及H₂ 具有大約15.5 eV之離子化能量及在高壓力下小於100 us之一再結合壽命，用以維持離子化之功率密度係。

在圖34中所展示之一實施例中，用以形成包括較低能量氫物種之大團聚體或聚合物之系統500包括：一腔室507，諸如一Plexiglas腔室；一金屬線506；一高電壓電容器505，其具有接地連接504、可由一高電壓DC電源供應器503充電；及一開關，諸如一12 V電開關502及一經觸發火花隙開關501，其用以閉合自電容器至腔室507內側之金屬線506之電路以致使導線爆震。腔室可包括水蒸氣及一氣體，諸如大氣空氣或一惰性氣體。

用以形成包括較低能量氫物種之大團聚體或聚合物之一例示性系統包括：一閉合矩形長方體Plexiglas腔室，其具有46 cm之一長度及12.7 cm之一寬度與高度；一10.2 cm長0.22至0.5 mm直徑金屬導線，其藉助不鏽螺母以距腔室底板之9 cm之一距離安裝於兩個不鏽立桿之間；一15 kV電容器 (Westinghouse型號5PH349001AAA，55 uF)，其經充電至對應於557 J之大約4.5 kV；一35 kV DC電源供應器，其用以將電容器充電；及一12 V開關，其具有一經觸發火花隙開關(Information Unlimited，model-Trigatron10,3 kJ)以閉合自電容器至腔室內側之金屬導線之電路以致使導線爆震。導線可包括一Mo (鉬紗網，來自0.305 mm直徑導線之20網格，99.95%，Alpha Aesar)、Zn (0.25 mm 直徑，99.993%，Alpha Aesar)、Fe-Cr-Al合金(73%-22%-4.8%，31規格，0.226 mm直徑，KD Cr-Al-Fe合金導線Part No #1231201848，Hyndman工業產品公司)或Ti (0.25 mm直徑，99.99%，Alpha Aesar)導線。在一例示性運行中，腔室容納包括大約20托之水蒸氣之空氣。在閉合觸發開關之前關斷高電壓DC電源供應器。大約4.5 kV之峰值電壓作為一經阻尼諧波振盪器在大約300 us內在5 kA之一峰值電流下放電。包括較低能量氫物種之大團聚體或聚合物在導線爆震之後在大約3至10分鐘內形成。自腔室底板及壁以及在放置於腔室中之一Si晶圓上收集分析樣本。分析結果匹配本發明之分數氫簽章。

在圖41中所展示之一實施例中，藉由一混合物氣體之電子束激發而觀察分數氫振轉光譜，該混合物氣體包括惰性氣體(諸如氬氣)及藉由H與O再結合為原子氫之HOH觸媒源而形成之H₂ (1/4) (OH頻帶309 nm，O 130.4 nm，H 121.7 nm)。氬可在大約100托至10 atm之一壓力範圍中。水蒸氣可在大約1微托至10托之範圍中。電子束能量可在大約1 keV至100 keV之範圍中。在145至300 nm區域中自大氣壓力氬電漿觀察到旋轉線，該等大氣壓力氬電漿包括藉由透過一氮化矽窗入射於一腔室中之氣體上之一12 keV至16 keV電子束激發之H₂ (1/4)。透過反應氣體腔室之MgF₂ 另一窗觀察到發射。氫之能量間距之4² 倍之能量間距將核間距離確立為H₂ 及所識別H₂ (1/4)之核間距離之1/4 (方程式(29至31))。系列匹配H₂ (1/4)振動躍遷v= 1 → v= 0之H₂ (1/4)之P分支，該P分支包括分別在154.8、160.0、165.6、171.6及177.8處觀察到之P(1)、P(2)、P(3)、P(4)及P(5)。在另一實施例中，熱分解包括分數氫(諸如本發明之分數氫)之物質之一組合物，且將包括諸如H₂ (1/4)之分數氫之分解氣體引入至反應氣體腔室中，其中藉助電子束激發分數氫氣且記錄振轉發射光譜。

藉由氫與氧在一支撐型貴金屬觸媒上在一氬大氣中之再結合而形成之一氬/H₂ (1/4)混合物之H₂ (1/4)氣體係藉由使該混合物流動穿過在一液體氬中冷卻至一低溫溫度之一35 m長2.5 mm ID HayeSep® D層析管柱而富集。部分地液化氬以准許流動分子分數氫氣經富集，如由如圖42中所展示之電子束激發發射光譜學所觀察到之H₂ (1/4)之振轉P分支之顯著增加所指示。

藉助移除雜質之一熱鈦絲帶處理氬氣。用經純化氬重複電子束光譜，且未觀察到H₂ (1/4)之P分支。對用於移除H₂ (1/4)氣體之Ti絲帶執行拉曼光譜學，且在匹配H₂ (1/4)之旋轉能量之1940 cm^-1 處觀察到一峰值，從而確認其係圖41中所展示之150至180 nm區域中之線系列之源。1940 cm^-1 峰值匹配圖46中所展示之峰值。

在另一實施例中，諸如H₂ (1/4)之分數氫氣經吸收於一吸氣劑(諸如一鹼金屬鹵化物或鹼金屬鹵化物鹼金屬氫氧化物基質)中。可藉由真空中之吸氣劑之電子束激發而觀察振轉光譜(圖43)。電子束能量可在大約1 keV至100 keV之範圍中。可由方程式(30)給出峰值之間的旋轉能量間距。由方程式(29)給出之振動能量可由於由結晶基質導致之一較高有效質量而移位至較低能量。在一例示性實驗實例中，藉由在大約5×10^-6 托之一壓力範圍下具有10至20μA 之一射束電流之一入射6 KeV電子槍來激發且由無窗UV光譜學記錄經捕集於吸氣劑之結晶晶格中之H ₂ (1/4)之振轉發射。用作Mills等人之(R. Mills，X Yu，Y. Lu，G Chu，J. He，J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)，Int. J. Energy Res.，(2013)，DOI: 10.1002/er.3142，其以引用方式併入)之一5 W CIHT池堆疊中之一吸氣劑之UV透明基質KCl中之H₂ (1/4)之經解析振轉光譜(所謂的260 nm頻帶)包括在258 nm處之一峰值最大值，其中峰值之代表性位置在222.7、233.9、245.4、258.0、272.2及287.6 nm處，具有0.2491 eV之一相等間距。一般而言，能量對峰值數之曲線圖產生由y = -0.249 eV + 5.8 eV在R² = 0.999下給出或最好與過渡v = 1 →v = 0之H₂ (1/4)之所預測值以及Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、P(1)、P(2)、P(3)及P(4)良好一致之一線，其中Q(0)係可識別為系列之最強烈峰值。

振轉激發頻帶數量減少且藉由使樣本冷卻而抑制其激發。分子分數氫形成於一KCl晶體中，該KCl晶體包括用作H及HOH分數氫觸媒源之水合水。藉由無窗UV光譜學觀察經捕集於結晶晶格中之H ₂ (1/4)之熟悉振轉發射(260 nm頻帶) (圖44)，其中藉由具有25μA 之一射束電流之一入射6 KeV電子槍激發彈丸樣本。依據297 K-155 K-296 K使電子束彈丸樣本熱循環，其中使用一低溫泵系統執行樣本冷卻(Helix Corp.，CTI-Cryogenics型號SC壓縮機；TRI-Research型號T-2000D-IEEE控制器；Helix Corp.，CTI-Cryogenics型號22 cryodyne)。0.25 eV間隔系列之峰值之強度在冷溫度下可逆地減小，而電子束電流維持恆定。強度減小歸因於260 nm頻帶發射器之一改變，此乃因高於310 nm之光譜區域中之背景在低溫下實際上增加。此等結果確認發射之起點歸因於具有與H₂ (1/4)之旋轉能量之一幾乎完美匹配之振轉。Mills之[R. Mills，X Yu，Y. Lu，G Chu，J. He，J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)，Int. J. Energy Res.，(2013)，DOI: 10.1002/er.3142]展示：不存在以一精確度od使用二階之高解析度可見光譜學指派給H₂ (1/4)之線之結構，從而進一步確認指派給H₂ (1/4)振轉。

搜尋分數氫光譜之另一成功交叉確認技術涉及使用拉曼光譜儀來將H₂ (1/4)之振轉記錄為匹配紫外線(260 nm電子束頻帶)中之先前所觀察到之一階光譜的二階螢光[R. Mills，X Yu，Y. Lu，G Chu，J. He，J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)，Int. J. Energy Res.，(2013)，DOI: 10.1002/er.3142]。形成於一不銹鋼SunCell®中之H₂ (1/4)作為一氣體經釋放以用於藉由兩種方法進行分析：(i)對藉由水添加至SunCell®而形成之氧化物混合物進行900℃加熱以維持一分數氫電漿反應，其中加熱導致混合物之Ga₂ O₃ :H₂ (1/4)之分解；及(ii)對溶解於NaOH中之氧化物混合物之濾液進行900℃加熱。在具有40X之一放大率之顯微鏡模式中與一HeCd 325 nm雷射一起使用Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis拉曼光譜儀來記錄因熱分解氧化鎵之NaOH溶解產物或包括凡得瓦束縛H₂ (1/4)氣體之氧化鎵之濾液中之至少一者而產生之氣體之KCl吸氣劑之拉曼光譜。具體而言，將KCl包裝於連接至容納自SunCell®收集之Ga₂ O₃ :H₂ (1/4)之一壓力容器之一管中，且使因將Ga₂ O₃ :H₂ (1/4)加熱至900℃而產生之分解氣體流動穿過KCl吸氣劑。關於KCl起始材料之拉曼光譜係不顯著的；然而，KCl吸氣劑拉曼包括在8000 cm^-1 至18,000 cm^-1 區域中觀察到之一系列1000 cm^-1 (0.1234 eV)相等能量間隔之拉曼峰值。將拉曼光譜轉換為螢光或光致發光光譜會將一匹配揭露為對應於藉由電子束激發而首先觀察到之260 nm頻帶之H₂ (1/4)之二階振轉光譜[R. Mills，X Yu，Y. Lu，G Chu，J. He，J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)，Int. J. Energy Res., (2013)，DOI: 10.1002/er.3142]。將Q(0)指派給最強烈峰值，表5中所給出之對圖45中所展示之光譜之Q、R及P分支之峰值指派係分別在13,188、12,174、11,172、10,159、9097、8090、14,157、15,106、16,055、16,975及17,873 cm^-1 處觀察到之Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、R(3)、R(4)、P(1)、P(2)、P(3)、P(4)及P(5)。在表5中展示具有峰值指派之理論過渡能量與所觀察拉曼光譜進行比較。表5.理論過渡能量及過渡指派與所觀察拉曼峰值之比較。

指派	所計算(cm^-1 )	實驗(cm^-1 )	差(%)
P(5)	18,056	17,873	-1.0
P(4)	17,082	16,975	-0.6
P(3)	16,109	16,055	-0.3
P(2)	15,135	15,106	-0.2
P(1)	14,162	14,157	0
Q(0)	13,188	13,188	0
R(0)	12,214	12,174	-0.3
R(1)	11,241	11,172	-0.6
R(2)	10,267	10,159	-1.1
R(3)	9,294	9,097	-2.1
R(4)	8,320	8,090	-2.8

將In箔暴露於因將固體燃料(包括密封於鋁DSC平底鍋中之100 mg Cu + 30 mg去離子化水)點火而產生之氣體。藉由拉曼光譜學及XPS來識別所預測分數氫產物H₂ (1/4)。與一780 nm二極體雷射一起使用一熱科學DXR智慧拉曼，在匹配H₂ (1/4)之自由空間旋轉能量(0.2414 eV)之銦金屬箔上觀察到具有40 cm^-1 之一寬度之處於1982 cm^-1 之一吸收峰值(圖46)，其中觀察到僅O及In由XPS呈現且此等元素之化合物不可產生所觀察到之峰值。此外，XPS光譜確認分數氫之存在。使用一Scienta 300 XPS光譜儀，在裡海大學對In箔樣本執行XPS。在498.5 eV處觀察到不可指派給任何已知元素之一強峰值(圖48A至圖48B)。峰值匹配分子分數氫H₂ (1/4)之理論上所允許雙重離子化之能量。亦在存在包括水蒸氣之一氬大氣之情況下在針對Mo導線之導線爆震而形成之聚合分數氫化合物上記錄H₂ (1/4)之496 eV XPS峰值，如圖49A至圖49B中所展示。

在將包括1莫耳% H₂ O之80 mg銀粒點火之前關於銅電極進一步確認H₂ (1/4)旋轉能量過渡，如圖47A至圖47B中所展示。使用熱科學DXR智慧拉曼光譜儀及780 nm雷射獲得之拉曼光譜展示藉由匹配H₂ (1/4)之自由轉子能量(0.2414 eV)之點火而形成之處於1940 cm^-1 之一逆拉曼效應峰值。使用絕對光譜學在22.8至647 nm區域內關於經點火粒量測20 MW之峰值功率，其中光學發射能量係所施加能量之250倍[R. Mills，Y. Lu，R. Frazer，「Power Determination and Hydrino Product Characterization of Ultra-low Field Ignition of Hydrated Silver Shots」，中國物理學報，第56卷，(2018)，第1667至1717頁，其以引用方式併入]。在圖50A至圖50B中展示在將包括1莫耳% H₂ O之一80 mg銀粒點火之後關於銅電極之對應XPS光譜，其中藉由用一點銲機施加一12 V 35,000 A電流而達成爆震。將處於496 eV之峰值指派給H₂ (1/4)，其中消除諸如Na、Sn及Zn之其他可能性，此乃因不存在此等候選者之對應峰值。

在圖45中所觀察到之H₂ (1/4)振轉光譜之激發被視為係藉由雷射之高能量UV及EUV He及Cd發射。總之，諸如0.241 eV (1940 cm^-1 )拉曼逆拉曼效應峰值之觀察及匹配260 nm電子束光譜之0.2414 eV間隔之拉曼光致發光頻帶的拉曼結果係具有係H₂ 之核間距離之1/4之一核間距離之分子分數氫之強確認。由拉曼光譜學進行之分子分數氫指派、以1982 cm^-1 為中心之逆拉曼效應吸收峰值以及由XPS在498.5 eV處觀察到之分子分數氫H₂ (1/4)之雙重離子化複合地確認H之HOH催化作用之分數氫產物。

此外，具有所吸收分數氫反應產物氣體之吸氣劑之正離子ToF-SIMS光譜展示具有二氫作為結構之一部分之基質化合物之多聚體團簇，M:H₂ (1/p) (M = KOH或K₂ CO₃ )。具體而言，包括KOH及K₂ CO₃ 之先前分數氫反應產物[R. Mills，X Yu，Y. Lu，G Chu，J. He，J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)，Int. J. Energy Res.，(2013)，DOI: 10.1002/er.3142]或具有此等化合物作為分數氫反應產物氣體之吸氣劑之正離子光譜展示與作為結構中之一錯合物之H₂ (1/p)一致之及。

在一實施例中，可藉由氫與氧之反應而形成分子分數氫氣，其中藉由該反應而維持H及HOH觸媒。可藉由燃燒或藉由催化再結合(諸如藉由一再結合觸媒，諸如Pt/Al₂ O₃ 或本發明之另一者)而再結合氫及氧。一反應混合物可包括氫、氧、一燃燒器或一再結合器及視情況一惰性氣體以增加原子H及HOH觸媒中之至少一者之壽命及濃度中之至少一者。在一實施例中，用以產生分數氫氣之反應器包括一水性電解池及一再結合器且可進一步包括一惰性氣體以支援隨著藉由再結合器及電解產生H及HOH而經歷再結合之氫及氧之一化學計量混合物之產生，其中H及HOH形成分子分數氫。為將反應器大氣富集於分數氫氣中，反應器可經關閉且連續地操作達一所要持續時間，其中富集於分數氫氣中之氣體可透過一帶閥出口藉由一收集系統自反應器收集，且視情況，藉由諸如一層析管柱之一氣體純化系統進一步富集於分數氫氣中。

在一例示性實施例中，藉由氧及氫之催化再結合而產生氬中之分子分數氫。在惰性氣體當中，由於在純化期間之污染，氬唯一地含有痕量分數氫氣。氬及氧在空氣之低溫蒸餾期間共同凝結，且藉由在諸如鉑/Al₂ O₃ 之一再結合觸媒上與氫之反應而移除氧，藉此由於HOH觸媒與H之後續反應而在再結合反應期間形成分數氫。氬氣之電子束激發發射展示H I、O I及O₂ 頻帶之已知峰值(圖41)。未知峰值匹配分子分數氫(H₂ (1/4) P分支)，其中光譜中不存在其他未指派峰值。在另一實施例中，可藉由低溫蒸餾自大氣氣體或另一源(諸如SunCell®)富集諸如H₂ (1/4)之分數氫氣。另一選擇係，分數氫氣可係藉由維持包括H₂ O (諸如一惰性氣體(諸如氬)中之H₂ O)之一電漿而原位形成。電漿可在大約0.1豪托至1000托之一壓力範圍中。H₂ O電漿可包括另一氣體，諸如一惰性氣體(諸如氬)。在一例示性實施例中，藉由一電漿源(諸如本發明之電漿源，諸如一電子束、輝光、RF或微波放電源)維持包括1托H₂ O蒸氣之大氣壓力氬電漿。

在一實施例中，熱分解包括分數氫(諸如本發明之分數氫)之物質之一組合物，且對包括諸如H₂ (1/4)之分數氫氣之分解氣體執行氣體層析法。在一例示性實施例中，根據本發明，可自分數氫化合物(諸如因使一Zn或Sn導線在包括水蒸氣之一大氣中爆震而產生之分數氫化合物)之熱分解獲得H₂ (1/4)氣體。氣體樣本可由於在諸如大約800℃之升高溫度下所觀察到之迅速壓力降(由於來自真空密閉壓力容器之非常小H₂ (1/4)氣體之迅速擴散)而需要迅速裝載於GC上。由於較小大小及較大平均自由路徑，H₂ (1/p)可比H₂ 載體氣體更導熱，使得觀察到一負峰值。已知不存在比氫更導熱之氣體；因此，與氫相比較更快且負之一峰值係特性且唯一地識別分子分數氫，諸如H₂ (1/4)。

與熱傳導率偵測器(TCD)一起使用一HP 5890系列II氣體層析圖，對藉由熱分解束縛至自SunCell®電漿運行收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 之分數氫氣而釋放且與識別已知氣體之遷移時間之控制氣體相比較之氣體執行層析法。藉助處於60℃之TCD在處於303 K (30℃)之一毛細管柱(安捷倫分子篩5 Å，(50 m × 0.32，df = 30 μm)上針對以2.13 ml/min之氦載體氣體流將壓力控制器手動設定在10 PSI。使用一個六通閥將氣體樣本自一經加壓氣體樣本容器直接注入至管柱上。由具有8"之一長度之一經填充0.065" ID銅管提供具有1.74 ml之一受控制注入體積之氣體樣本。

圖25中所展示之用以產生分子分數氫氣之電漿反應器包括一6英吋直徑不銹鋼球體，其具有：一DC電磁(EM)泵注入器，其具有在該球體之負z軸立桿處、用作陽極之一不銹鋼注入管及一鉬噴嘴；及一氮化硼底座，其具有在該球體之正z軸立桿處、用作陰極之一中央鉬桿。反應器容納在操作期間熔融且由EM泵注入器注入之3.5 kg之鎵。藉助氬將SunCell®加壓至800托，使H₂ 氣體以100 sccm流動，且注入250 ul之H₂ O。池中之大約10 mg之氧化鎵用作HOH觸媒及H₂ 氣體之氧源，其中後者亦用作分數氫反應物原子氫之源。鎵泵送速率係大約30 cm³ /s且用以維持大約100 kW過量功率之一電漿之電漿DC點火電壓及電流分別係50 V及1000 A。

在一5分鐘電漿運行之後，自SunCell®收集3克氧化鎵，將固體與過量1 M NaOH混合達24小時，倒出水溶液，且將不可溶固體放置於一多孔薄壁陶瓷坩堝中。將該坩堝放置至使用一銅墊圈及不銹鋼刀刃凸緣板真空密封之一65毫升不銹鋼容器中，該銅墊圈及不銹鋼刀刃凸緣板具有兩個經銲入端口，一個入口/出口端口及用於在測試期間及之後監測壓力改變之一端口。密封鋼容器經抽空、進行洩漏檢查且裝載至一熔煉爐(ProCast™ 3 kg 110伏特美國電熔爐2102 °F)中且在25至40分鐘之一時間間隔內加熱至950℃，其中壓力自-30 in Hg上升至介於15至25 PSI之間。不銹鋼容器然後連接至氣體層析儀之銅樣本管及六通閥。最佳地，銅樣本管內側之壓力維持至少1000托。亦使鎵經受與經NaOH處理Ga₂ O₃ 相同之協定以用作控制氣體。

除因將來自SunCell®之經NaOH處理氧化物以及包括氧(20%)、氮(80%)及痕量H₂ O之空氣加熱而產生之分數氫氣之外，亦藉助氦載體氣體測試來自大西洋州特種氣體之以下控制氣體：氫超高純度(UHP)、甲烷(UHP)及氫(HUP)/甲烷(UHP) (90/10%)。在GC分析之後使用一殘餘氣體分析器(Ametek Dycor殘餘氣體分析器型號：Q100M)對分數氫氣執行質譜學。分數氫氣樣本在於室溫下靜止達至少24小時之後藉由氣體層析法來重複分析以判定是否任何物種擴散離開真空密封容器。

如由Snavely及Subramaniam之[K. Snavely，B. Subramaniam，「Thermal conductivity detector analysis of hydrogen using helium carrier gas and HayeSep® D columns」，層析科學雜誌，第36卷，(1998)，第191至196頁]所展示，藉助處於小於130℃之一溫度之一TCD在HP5890上運行之氫峰值對於所有峰值強度係正的。諸如H₂ (1/4)之分子分數氫氣H₂ (1/p)具有小於普通H₂ 之係p³ 之一體積，使得彈道碰撞之平均自由路徑小p² ，從而產生比H₂ 高之一熱傳導率。由於分子分數氫氣相對於普通H₂ 之較小大小及較高熱傳導率，預期H₂ (1/4)之層析峰值具有一減少保持時間且在低濃度下為正且在較高濃度下為負。因此，可具有正前緣及後緣且在其最大值處具有與氦載體氣體中之分子分數氫頻帶之最大濃度對應之一負強度的在H₂ 峰值之前之一峰值可僅係分數氫，此乃因氦不在氦載體氣體中產生一峰值且沒有已知氣體具有比氫或氦短之一保持時間及比氫或氦高之熱傳導率。

在圖51A至圖51E中展示控制氣體層析圖，藉助HP 5890系列II氣體層析儀使用具有氦載體氣體之一安捷倫分子篩管柱及經設定處於60℃之一熱傳導率偵測器(TCD)記錄該等控制氣體層析圖，使得任何H₂ 峰值係正的，其中1000托氫展示在10分鐘處之一正峰值，1000托甲烷展示在17分鐘處之一小正H₂ O污染峰值及在50.5分鐘處之一正甲烷峰值，1000托氫(90%)及甲烷(10%)混合物展示在10分鐘處之一正氫峰值及在50.2分鐘處之一正甲烷峰值，760托空氣展示在17.1分鐘處之一非常小正H₂ O峰值、在17.6分鐘處之一正氧峰值及在35.7分鐘處之一正氮峰值，且因將鎵金屬加熱至950℃而產生之氣體未展示峰值。在圖52A至圖52B中展示從自在SunCell®中運行且經加熱至950℃之一分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖。在10分鐘處觀察到已知正氫峰值，且在9分鐘處觀察到之一新型負峰值指派給H₂ (1/4)，該新型負峰值分別在8.9分鐘及9.3分鐘處具有正前緣及後緣。沒有已知氣體具有比H₂ 或He快之一遷移時間及比H₂ 或He高之一熱傳導率，此係分數氫之特性且識別分數氫，此乃因其由於例示性H₂ (1/4)具有小64倍體積及小16倍彈道剖面而具有一大得多之平均自由路徑。允許包括氫及H₂ (1/4)之氣體繼圖52A至圖52B中所展示之氣體層析圖之記錄時間以後在容器中保持超過24小時。再次在10分鐘處觀察到氫峰值，其中一小N₂ 污染峰值在37.4分鐘處，但不存在具有比氫短之保持時間之新型負峰值，如圖53中所展示，此與甚至與H₂ 相比較H₂ (1/4)之較小大小及對應高擴散率一致。

針對在SunCell®中運行之一第二及第三分數氫反應重複與比H₂ 或氦快之一遷移時間及比H₂ 或氦高之一熱傳導率對應且指派給H₂ (1/4)之一早期負峰值之氣體層析結果。在圖54A至圖54B中展示從自在SunCell®中運行之一第二分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖之結果。在10分鐘處觀察到已知正氫峰值，在42.4分鐘處觀察到一正未知峰值，在51.8分鐘處觀察到正甲烷峰值，且在8.76分鐘處觀察到指派給H₂ (1/4)之新型負峰值，該新型負峰值分別在8.66分鐘及9.3分鐘處具有正前緣及後緣。在圖55A至圖55B中展示從自在SunCell®中運行之一第三分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖之結果。在10分鐘處觀察到已知正氫峰值，在51.9分鐘處觀察到正甲烷峰值，且在8.8分鐘處觀察到指派給H₂ (1/4)之新型負峰值，該新型負峰值分別在8.7分鐘及9.3分鐘處具有正前緣及後緣。

在圖55A至圖55B中所展示之氣體層析圖之記錄之後記錄的從自在SunCell®中運行且加熱至950℃之一分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之氣體之質譜(圖56)確認氫及甲烷之存在。甲烷形成係特別的且歸因於引起氫與來自不銹鋼反應器之痕量CO₂ 或碳之反應的高能分數氫電漿。在圖55A至圖55B中所展示之氣體層析圖之記錄時間之後允許包括氫及H₂ (1/4)之氣體在容器中保持24小時以上。再次觀察到10分鐘處之氫峰值及53.7分鐘處之甲烷峰值，但不存在具有比氫短之保持時間之新型負峰值，如圖57中所展示，此與甚至與H₂ 相比較H₂ (1/4)之較小大小及對應高擴散率一致。

在圖58中展示從自在SunCell®中運行之一第四分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖之結果。在10分鐘處觀察到之已知正氫峰值前面係7.4分鐘處之一新型正峰值。將快速峰值指派給H₂ (1/4)，此乃因沒有已知氣體具有比H₂ 或He快之一遷移時間。H₂ (1/4)峰值之正性質指示彼樣本之氦載體氣體中之分數氫氣之一較低濃度。快速峰值以及彼快速峰值在高濃度下係負峰值會消除除分數氫以外之任何其他氣體指派。

在一實施例中，可在低壓力(諸如由一動態真空維持之10托以下)下將水注入至反應池腔室中以產生功率且在表面上形成可經收集以用作一分數氫氣源之氧化鎵。在一例示性實施例中，在操作一SunCell®之後自熔融鎵表面撇取氧化鎵，該SunCell®包括(i)一15.24 cm直徑304不銹鋼反應池腔室以及在底部上之具有一6 cm內徑及6.35 cm高度之容納大約3.5 kg之熔融鎵之一貯器，(ii)一熔融鎵注入器，其在底部上包括具有一W噴嘴之一DC EM泵；及(iii)在頂部上之一BN絕緣底座反向電極，其包括連接至一能夠真空之饋通之一1.27 cm直徑W匯流排條，該能夠真空之饋通安裝於在頂部端處之一凸緣及在底部端處中心深大約2.54 cm且直徑為3.8 cm之一凹形抛物線腔上。為阻止反應腔室之熔融，在30 s之間隔內在1000 A及25至30 V DC下以一200 g/s EM泵送速率運行SunCell三次，從而允許運行之間的冷卻。與用以控制流量之一控制器一起使用一水貯器之一針閥及一螺線管，在維持10托以下之一壓力之動態真空下以大約4 ml/min將水注入至反應池腔室中。池輸出係大約120 kW，以及一輸入係大約28 kW。大約15 g之氧化鎵溶解於大約500 ml之1 M NaOH水溶液中且被允許在室溫下保持72小時。藉由撇取而移除懸浮於溶液中之不可溶材料。將固體放置於一密封65 cm³ SS容器中且加熱至600℃以釋放6.8 atm之氣體。使用六通閥將2 atm之氣體注入至氣體層析圖上。光譜等效於圖52A中所展示之光譜，其中在一9分鐘保持時間處觀察到指派給H₂ (1/4)之早期負峰值。亦在作為一正峰值之氫峰值之前觀察到早期峰值，其中載體氣體係氬且TCD處於85℃。

在另一實驗實施例中，藉由使3000 sccm H₂ 及30 sccm O₂ 流動穿過維持在90℃以上之1 g之Pt/Al₂ O₃ 再結合器觸媒且進入反應池腔室而提供HOH觸媒及一H原子源。輸入功率係大約25 kW且輸出功率係大約100 kW。在1 M NaOH中溶解在操作SunCell®之後自熔融鎵表面撇取之Ga₂ O₃ ，藉由倒出液體而收集不可溶固體，且在經抽空65 cm³ SS容器中將所得樣本加熱以將分數氫氣釋放至氣體層析管柱上，其中在大約一9分鐘保持時間處觀察到指派給H₂ (1/4)之早期負峰值。在一實施例中，在低溫溫度下之Hayesep管柱可用於將H₂ (1/4)氣體與H₂ 氣體分開。可藉由一腔室中之電子束激發發射而觀察分數氫之振轉光譜，該腔室包括在大約1 atm下之氬以形成用以激發振轉頻帶之氬準分子，諸如圖41中所展示。

藉由使1200 sccm之H₂ 及20 sccm之O₂ 流動穿過維持在90℃以上之1 g之Pt/Al₂ O₃ 再結合器觸媒且進入反應池腔室而操作一SunCell® (圖25)。在1至5托之一壓力下操作池同時使氣體自一排放端口流出，使該等氣體冒泡穿過與由一外部液體氮杜瓦瓶冷卻之一真空管線串聯之容器中之液體氬之一薄層，且使用一真空泵抽空該等氣體。分子分數氫在液體氬中具有比H₂ 高之一溶解度，此提供一H₂ (1/4)氣體富集手段。圖59展示分子分數氫氣之氣體層析圖，該分子分數氫氣自SunCell®流動，作為一溶劑經吸收至液體氬中，且然後藉由允許液體氬在升溫至27℃之後蒸發而經釋放。與在85℃下之一熱傳導率偵測器及在19 PSI下之氬載體氣體一起使用一第二HP 5890系列II氣體層析圖，與在安捷倫管柱(安捷倫分子篩5 Å，(50 m × 0.32，df = 30 μm)，在303 K (30℃)下)上稍後在12.58分鐘處觀察到之氫相比較，在8.05分鐘處觀察到分數氫峰值。

藉由氫與氧在一支撐型貴金屬觸媒上在一氬大氣中之再結合而形成之一氬/H₂ (1/4)混合物之H₂ (1/4)氣體係藉由使該混合物流動穿過在一液體氬中冷卻至一低溫溫度之一35 m長2.5 mm ID HayeSep® D層析管柱而富集。氬經部分地液化以准許富集流動分子分數氫氣，如由藉由如圖42中所展示之電子束激發發射光譜學所觀察之H₂ (1/4)之振轉P分支之顯著增加所指示。來自層析管柱之分子分數氫氣亦在其流動至藉由一低溫泵系統冷卻至55 K之一帶閥微腔室中時藉助痕量空氣來液化(Helix Corp.，CTI-Cryogenics型號SC壓縮機；TRI-Research型號T-2000D-IEEE控制器；Helix Corp.，CTI-Cryogenics型號22 cryodyne)。使液化氣體升溫至室溫以達成1000托腔室壓力且藉助氬載體氣體將液化氣體注入至安捷倫管柱上。分別在19及35分鐘處觀察到氧及氮。在6.9分鐘處觀察到H₂ (1/4) (圖60)。

本文中為形式(#.#)及所引用章節之分數氫氫化物離子計算之方程式對應於MILLS GUT之彼等。對於普通氫化物離子H^- ，在稱為束縛-自由連續譜之離子化或結合能之較短波長下觀察到一連續譜。對於光球中之典型條件，Stix之圖4.5 [M. Stix，The Sun ，施普林格，柏林，(1991)，第136頁]展示太陽之連續吸收係數。在可見及紅外線光譜中，氫化物離子H^- 係主導吸收體。其自由-自由連續譜在λ = 1.645μm 處開始，此對應於H^- 之0.745eV 之離子化能量，其中吸收朝向遠紅外線強烈增加。關於太陽記錄之普通氫化物光譜表示一非常熱電漿中之氫化物光譜。

一氫原子與一第二電子發生反應以形成在一單個殼層中包括兩個成對電子之普通氫化物離子會釋放連續輻射達到較長波長，其具有氫化物離子之第二電子之結合能之一截止，如由Stix之[M. Stix，The Sun ，施普林格，柏林，(1991)，第136號]所展示。然而，分數氫氫化物離子及結合一第二電子之一分數氫原子之對應發射係唯一的。分數氫氫化物離子包括一未成對電子，該未成對電子致使基於磁通量子或磁體通量量子之通量增量之鏈而以額外量化單位之能量釋放第二電子之結合能之發射。具體而言，分數氫H ^- (1/p )包括(i)兩個電子，其束縛於一最小能量、等電位、球形、二維電流薄膜中，其中H ^- (1/p )之電子在相同殼層中在相同位置r 處係未成對的；及(ii)一光子，其使中央場增加在球體之原點上定中心之核處之基本電荷之一整數。分數氫狀態光子電場與每一電子之相互作用會產生一非輻射徑向單極，使得狀態係穩定的。將兩個電子組合成一單個原子軌域(AO)同時維持無輻射整數光子中央場會引起在分數氫氫化物離子中之一雙重AO狀態而非如在普通氫化物離子之情形中之一單重態之特殊情形。該單重態係非磁性的；然而，雙重態具有一波耳磁元μ_B 之一淨磁矩。

具體而言，原子軌域之電流之基元素係如在原子軌域-CVFS之產生章節中所展示之一大圓圈。如原子軌域內側之電場之方程式章節中所展示，(i)光子攜帶電場且包括閉合場線迴路，(ii)一分數氫原子包括一經捕集光子，其中光子場線迴路各自沿著一配對大圓圈電流迴路基元素在相同向量方向上行進，(iii)每一場線之方向隨著由狹義相對論要求之相對運動而在垂直於傳播方向之方向上增加，及(iv)由於每一點沿著一經捕集光子之一場線迴路之線性速度係光速度c ，因此相對於實驗室座標系之電場方向純粹地垂直於其配對電流迴路且其僅在處存在。H^- 原子軌域之成對電子包括不具有淨磁矩之一單重態。然而，一分數氫氫化物離子之光子場線可僅在一個方向上傳播以避免取消且產生一中央場以在離心力與中央力之間提供力平衡(方程式(7.72))。此特殊情形引起分數氫氫化物離子中之一雙重態。

可將分數氫氫化物AO視為包括每一電子之電流密度函數之大圓圈之一線性組合，如軌道球-CVFS之產生章節中所給出。為滿足光子之方向與電子電流匹配且電子角動量係之邊界條件，電子1之二分之一及電子2之二分之一可向上自旋且與光子匹配，且電子1之另一二分之一可向上自旋且電子2之另一二分之一可向下自旋使得電流之二分之一成對且電流之二分之一不成對。假定每一電子之不可分割性及AO包括兩個完全相同電子之條件，將光子之力轉移至包括兩個完全相同電子之電子AO之總體以滿足方程式(7.72)。未成對電流密度之所得角動量及磁矩分別係及一波耳磁元μ _B 。如電子g因子章節中所給出，由一未成對電子以量化單位之磁通量子或磁通量量子來鏈接通量。

藉由氫或分數氫原子與具有一動能分佈之自由電子之反應而形成之氫化物離子由於電子動能及氫化物離子結合能之釋放而使束縛-自由發射頻帶之波長比離子化或結合能短。如由與方程式(7.71)相比較之方程式(7.74)所展示，用於形成分數氫氫化物離子之能量大得多，且在具有充分光譜解析度之情況下，由於在形成分數氫氫化物離子期間自由電子與束縛電子之相互作用而解析對應束縛-自由頻帶中之唯一超精細結構可係可能的。在分數氫氫化物離子超精細線章節中給出唯一雙重狀態之超精細線之導出。

兩個O之離子化、兩個H之離子化、Rb ⁺ 之離子化及兩個K ⁺ 離子之間的一電子轉移(方程式(5.6-5.9))提供具有原子氫之位能27.2eV 之一整數倍數之一淨焓之一反應。對應I族硝酸鹽藉由經歷分解或還原至在一電漿中離子化之對應金屬而提供此等反應物直接作為經揮發離子或作為原子。經識別為提供27.2eV 之一焓之反應物中之每一者之存在形成一低所施加溫度，原子氫中之極其低電壓電漿稱作具有強真空紫外線(VUV)發射之一共振轉移或rt-電漿。Rb ⁺ 及兩個K ⁺ 之觸媒產物H (1/2)經預測以係一高度反應性中間體，該高度反應性中間體進一步發生反應以形成一分數氫氫化物離子H ^- (1/2)。

H ^- (1/2)離子藉由H (1/2)原子與具有一動能分佈之自由電子之反應而形成。電子動能及分數氫氫化物離子結合能之釋放使束縛-自由發射頻帶之波長比對應氫化物離子之離子化或結合能短。由於通量藉由H (1/2)以整數單位之磁通量量子來鏈接之要求，能量經量化，且歸因於H ^- (1/2)形成之發射包括在對應束縛-自由頻帶中之一系列超精細線。依據電子g因子且使用所觀察結合能峰值，歸因於自由電子與束縛電子之相互作用之束縛-自由超精細結構線具有由磁通量子能量E ϕ 、自旋-自旋能量E_SS 及所觀察結合能峰值之總和給出之所預測能量E_HF ：(7.97) 其中j = 整數。此與進行比較，其中無擾動E_B 由方程式(7.73)及(7.74)給出。所預測光譜係在增加波長下會聚且在3.0563 eV (關於精細結構之氫化物結合能加上自旋成對能量)下終止之一逆芮得柏類型系列。圖61中所展示之在4000 Å至4060 Å之區域中之高解析度可見電漿發射光譜使所預測發射線在10⁵ 分之一內匹配。

具體而言，觀察到H ^- (1/2)之所預測3.0471eV 結合能為處於3.047 eV (λ_air = 4068 Å)之一連續臨限值。在4070.6 Å (空氣波長)下之實驗H ^- (1/2)峰值用於藉由將3.0451 eV之對應能量替換成E_B 之方程式(7.97)而計算束縛-自由超精細線之峰值位置以給出H ^- (1/2)之束縛-自由超精細結構線。在3995 Å至4060 Å之區域中之高解析度可見電漿發射線(包括自3.0563 eV至3.1012 eV之一逆芮得柏類型系列)匹配由方程式(7.97)針對j = 1至j = 39給出之所預測超精細分裂發射能量E_HF ，其中處於3996.3 Å之系列邊緣高達10⁵ 分之一[R. L. Mills，P. Ray，「A Comprehensive Study of Spectra of the Bound-Free Hyperfine Levels of Novel Hydride IonH^- (1/2), Hydrogen, Nitrogen, and Air」，Int. J. Hydrogen Energy，第28卷，第8期，(2003)，第825至871頁；R. Mills，W. Good，P. Jansson，J. He，「Stationary Inverted Lyman Populations and Free-Free and Bound-Free Emission of Lower-Energy State Hydride Ion formed by and Exothermic Catalytic Reaction of Atomic Hydrogen and Certain Group I Catalysts」，Cent. Eur. J. Phys.，第8卷，(2010)，第7至16頁，doi: 10.2478/s11534-009-0052-6；R. L. Mills、P. Ray，「Stationary Inverted Lyman Population and a Very Stable Novel Hydride Formed by a Catalytic Reaction of Atomic Hydrogen and Certain Catalysts」，J. Opt. Mat.，27， (2004)，第181至186頁，及R. L. Mills，P. C. Ray，R. M. Mayo，M. Nansteel，W. Good，P. Jansson，B. Dhandapani，J. He，「Hydrogen Plasmas Generated Using Certain Group I Catalysts Show Stationary Inverted Lyman Populations and Free-Free and Bound-Free Emission of Lower-Energy State Hydride」，Res. J. Chem Env.，第12(2)卷，(2008)，第42至72頁，其以其全文引用方式併入本文中]。平坦強度量變曲線匹配約瑟夫森接面(諸如亦以量化單位之磁通量量子來鏈接磁通量之超導量子干涉裝置(SQUID)之約瑟夫森接面)之平坦強度量變曲線。

5b3:池/池腔室/池主體/陶瓷或石英池腔室/漸縮壁池腔室/反應池 5b31:反應池腔室/池腔室/池反應腔室/反應腔室/反應腔室池/球形反應器池/球形池/碳反應池腔室 5b31a:襯裡/反應池腔室襯裡/陶瓷襯裡 5b32:殼體 5b33:氧化鎵儲存貯器/空氧化鎵儲存貯器 5b33a:凸緣 5b33b:配接凸緣板 5b4:球形反應器/PV窗/黑體輻射器/頂部封蓋 5b8:貯器支撐板 5c:貯器/注入器貯器/EM泵貯器/鎵貯器/反應器貯器 5c1:底座/陶瓷底座/縮短絕緣底座/電絕緣體底座 5c1a:袋形區/滴水簷/凹形底座滴水簷 5c2:顛倒底座/部分地顛倒底座/BN底座 5f:電感耦合加熱器天線 5k2:點火電磁泵匯流排條/EM泵匯流排條/匯流排條 5k2a:點火匯流排條/點火電磁泵匯流排條 5k4:EM泵管/磁體/EM泵磁體 5k6:EM泵管/管/金屬EM泵管/DC EM泵管 5k61:雙重熔融金屬注入器/EM泵注入器/EM泵管之注入區段/注入器區段/注入器/注入器管/浸沒式EM泵注入器/熔融金屬EM泵注入器/反向注入器電極 5kk:EM泵總成/電磁泵/EM泵 5q:噴嘴/浸沒式噴嘴/注入器噴嘴 5qa:入口升管/升管 5qa1:網篩/過濾器 8:電極 10:匯流排條 10a1:用於點火匯流排之一穿透件/電極穿透件 26a:光伏達陣列/光伏達轉換器 111:蒸汽出口 113:入口 114:熱交換器/圓柱形熱交換器/空間分開之圓周半球形熱交換器 114a:面板/區段 114b:歧管/冷卻劑收集歧管 114c:冷卻劑管線 114d:冷卻劑入口端口 114e:冷卻劑出口端口 114f：冷卻劑出口歧管 116:鍋爐 301:磁流體動力匯流排條饋通凸緣 302:陰極 303:陽極 304:經分割電極/磁流體動力電極/電極 305:導電柱/間隙器 305a:引線 306:螺線管形磁體/磁流體動力磁體/電磁體/超導磁體系統 306a:磁流體動力磁體安裝托架/磁流體動力磁體殼體 307:噴嘴喉部/磁流體動力噴嘴區段/噴嘴/磁流體動力噴嘴/磁流體動力區段 308:擴展或發電機通道/擴展區段/磁流體動力通道/磁流體動力發電機區段/磁流體動力擴展通道 309:磁流體動力凝結器通道/凝結器通道區段/磁流體動力凝結區段/凝結器 309b:氣體殼體/金屬氣體殼體 309c:壓力計 309d:氣體可滲透薄膜/氣體可半滲透薄膜 309e:抽空總成 310:磁流體動力工作介質返回導管/雙重熔融金屬導管/返回導管/返回流通道/通道/導管/磁流體動力返回導管 310a:返回管線/磁流體動力返回氣體導管 311:返回貯器/貯器/磁流體動力返回貯器 311a:磁流體動力返回氣體貯器 312:泵/EM泵/返回EM泵/返回泵/磁流體動力返回EM泵/磁流體動力返回泵 312a:泵/磁流體動力返回氣體泵或壓縮機 313:返回泵管/返回EM泵管/磁流體動力返回EM泵管 313a:導管/磁流體動力返回氣體管 316:熱交換器/輻射熱交換器 400:EM泵/電磁泵/感應EM泵 400b:感應EM泵/空氣冷卻系統/兩級空氣冷卻之EM泵 400c:感應EM泵 401:EM泵變壓器繞組/初級變壓器繞組/初級繞組/電磁體/變壓器繞組 402:EM泵變壓器軛/變壓器軛矽鋼/層疊式變壓器核心/變壓器磁軛/變壓器軛/軛 403:電磁體/AC電磁體/電磁體繞組 403a:電磁體/AC電磁體 403b:電磁體/AC電磁體 404:EM泵電磁軛/磁軛/軛/電磁軛/電磁電路軛 404a:EM泵電磁軛 404b:EM泵電磁軛 405:EM泵管區段/EM泵區段/圓周迴路/通道/扁平區段/閉合電流迴路/電流迴路區段/感應電流迴路/電流迴路/區段/熱區段 406:EM泵管區段/EM泵電流迴路返回區段/圓周迴路/通道/閉合電流迴路/電流迴路區段/感應電流迴路/EM泵電流迴路返回區段/區段/導管 409a:貯器基底板/板/帶埋頭孔貯器基底板 409c:EM泵總成滑動檯面 409d:套筒貯器 409e:套筒貯器凸緣 409f:電絕緣體插入貯器/插入貯器 409g:插入貯器凸緣/金屬凸緣 409h:氣體端口 409j:擋板 410:感應點火變壓器總成 411:感應點火變壓器繞組/初級繞組/繞組/感應點火繞組 412:感應點火變壓器軛/閉合磁迴路軛/軛/閉合迴路軛/變壓器軛 413:封蓋 414:陶瓷交叉連接通道/交叉連接通道/通道 414a:電流連接器或貯器跨接電纜/連接跨接電纜 415:SunCell®加熱器/加熱器/電阻加熱器/天線/電感耦合加熱器天線 416:EM泵貯器管線 417:EM泵注入管線 418:結構支撐件 419:控制線 420:熱屏蔽件 421:氣體鋼瓶 422:氣體供應管 423:單螺旋氫氧火焰加熱器/氫氧火焰加熱器 424:氣體管線 425:燃燒器/噴嘴 501:經觸發火花隙開關 502:電開關 503:高電壓DC電源供應器 504:接地連接 505:高電壓電容器 506:金屬線 507:腔室 701:鏈條 702:經穿孔鬥或槳葉 703:鏈輪/齒輪/滑輪 704:鬥形通路

併入於說明書中且構成說明書之一部分之附圖圖解說明本發明之數個實施例且連同說明用於闡釋本發明之原理。在各圖式中：圖1係根據本發明之一實施例之一陰極、陽極、絕緣體及匯流排條饋通凸緣之磁流體動力(MHD)轉換器組件之一示意圖。圖2至圖3係根據本發明之一實施例之包括雙重EM泵注入器作為液體電極之一SunCell®電力發電機之示意圖，其展示傾斜貯器及包括一對MHD返回EM泵之一磁流體動力(MHD)轉換器。圖4係根據本發明之一實施例之一單級感應注入EM泵之示意圖。圖5係根據本發明之一實施例之包括雙重EM泵注入器作為液體電極之磁流體動力(MHD) SunCell®電力發電機之示意圖，其展示傾斜貯器、一球形反應池腔室、一筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體及用於注入之單級感應EM泵以及單級感應或DC傳導MHD返回EM泵。圖6係根據本發明之一實施例之一個兩級感應EM泵之示意圖，其中第一級用作MHD返回EM泵且第二級用作注入EM泵。圖7係根據本發明之一實施例之一個兩級感應EM泵之示意圖，其中第一級用作MHD返回EM泵且第二級用作注入EM泵，其中勞倫茲泵送力係更最佳化的。圖8係根據本發明之一實施例之一感應點火系統之示意圖。圖9至圖10係根據本發明之一實施例之包括雙重EM泵注入器作為液體電極之一磁流體動力(MHD) SunCell®電力發電機之示意圖，其展示傾斜貯器、一球形反應池腔室、一筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、各自具有一經驅迫空氣冷卻系統之用於注入及MHD返回兩者之兩級感應EM泵以及一感應點火系統。圖11係根據本發明之一實施例之包括雙重EM泵注入器作為液體電極之一磁流體動力(MHD) SunCell®電力發電機之示意圖，其展示傾斜貯器、一球形反應池腔室、一筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、各自具有一經驅迫液體冷卻系統之用於注入及MHD返回兩者之兩級感應EM泵、一感應點火系統以及在EM泵管、貯器、反應池腔室及MHD返回導管上之電感耦合加熱天線。圖12至圖19係根據本發明之一實施例之包括雙重EM泵注入器作為液體電極之一磁流體動力(MHD) SunCell®電力發電機之示意圖，其展示傾斜貯器、一球形反應池腔室、一筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、各自具有一空氣冷卻系統之用於注入及MHD返回兩者之兩級感應EM泵以及一感應點火系統。圖20係展示根據本發明之一實施例之SunCell®之一例示性螺旋形火焰加熱器及包括一系列環狀環之一火焰加熱器之示意圖。圖21係展示根據本發明之一實施例之一電解槽之示意圖。圖22係根據本發明之一實施例之包括雙重EM泵注入器作為液體電極之一SunCell®電力發電機之一示意圖，其展示傾斜貯器以及包括一對MHD返回EM泵及一對MHD返回氣體泵或壓縮機之一磁流體動力(MHD)轉換器。圖23係根據本發明之一實施例之來自史密斯爾斯金屬參考手冊-第八版(11至20頁)之銀-氧相圖式之一示意圖。圖24展示根據本發明之一實施例之SunCell®熱力發電機之示意圖，一個SunCell®熱力發電機包括具有壁之一半球面殼形輻射熱吸收體熱交換器(具有嵌入式冷卻劑管以自包括一黑體輻射器之反應池接收熱力且將熱轉移至冷卻劑)，且另一SunCell®熱力發電機包括一圓周圓柱形熱交換器及鍋爐。圖25係展示根據本發明之一實施例之SunCell®熱力發電機之細節之示意圖，該SunCell®熱力發電機包括在一注入器貯器中之一單個EM泵注入器及一顛倒底座作為液體電極。圖26至圖28係展示根據本發明之一實施例之SunCell®熱力發電機之細節之示意圖，該SunCell®熱力發電機包括在一注入器貯器中之一單個EM泵注入器及一部分地顛倒底座作為液體電極以及用以抑制一PV窗之金屬化之一漸縮反應池腔室。圖29係展示根據本發明之一實施例之SunCell®熱力發電機之細節之一示意圖，該SunCell®熱力發電機包括在一注入器貯器中之一單個EM泵注入器、一部分地顛倒底座作為液體電極、一感應點火系統及一PV窗。圖30係展示根據本發明之一實施例之SunCell®熱力發電機之細節之一示意圖，該SunCell®熱力發電機包括具有一襯裡之一立方體形狀反應池腔室及在一注入器貯器中之一單個EM泵注入器及一顛倒底座作為液體電極。圖31係展示根據本發明之一實施例之SunCell®熱力發電機之細節之一示意圖，該SunCell®熱力發電機包括一沙漏形反應池腔室襯裡及在一注入器貯器中之一單個EM泵注入器及一顛倒底座作為液體電極。圖32係展示根據本發明之一實施例之SunCell®熱力發電機之細節之一示意圖，該SunCell®熱力發電機包括在一注入器貯器中之一單個EM泵注入器、一部分地顛倒底座作為液體電極、一感應點火系統及一鬥式提升機氧化鎵撇渣器。圖33係根據本發明之一實施例之一分數氫反應池腔室之一示意圖，該分數氫反應池腔室包括用以使一導線爆震以用作一反應物源中之至少一者之一構件以及用以傳播分數氫反應以形成諸如分子分數氫之較低能量氫物種之一構件。圖34係包括較低能量氫之一分數氫反應產物之電子順磁共振光譜學(EPR)光譜，該分數氫反應產物包括藉由如下方式而形成之一白色聚合化合物：溶解自在SunCell®中在KOH水溶液中運行之一分數氫反應收集之Ga₂ O₃ ，從而允許纖維生長且漂浮至表面，在該表面處藉由過濾收集該等纖維。圖35A係根據本發明之一實施例之反應產物之一傅立葉變換紅外線(FTIR)光譜，該反應產物包括較低能量氫物種，諸如藉由在包括空氣中之水蒸氣之一大氣中使Zn線爆震而形成之分子分數氫。圖35B係對一白色聚合化合物使用一熱科學DXR智慧拉曼光譜儀及一780 nm雷射而獲得之一拉曼光譜，該白色聚合化合物藉由以下方式來形成：溶解自在SunCell®中在KOH水溶液中運行之一分數氫反應收集之Ga₂ O₃ ，從而允許纖維生長且漂浮至表面，在該表面處藉由過濾收集該等纖維。圖35C至圖35D係對一白色聚合化合物使用一Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS光譜儀及一325 nm雷射而獲得之拉曼光譜，該白色聚合化合物藉由以下方式來形成：溶解自在SunCell®中在KOH水溶液中運行之一分數氫反應收集之Ga₂ O₃ ，從而允許纖維生長且漂浮至表面，在該表面處藉由過濾收集該等纖維。圖36係根據本發明之一實施例之相對於暴露於分數氫氣之KCl吸氣劑之外部TMS之一¹ H MAS NMR光譜，其展示由於分子分數氫之磁性而處於-4.6 ppm之高磁場經移位基質峰值。圖37係根據本發明之一實施例之反應產物之一振動樣本磁力計記錄，該反應產物包括較低能量氫物種，諸如藉由在包括空氣中之水蒸氣之一大氣中使Mo導線爆震而形成之分子分數氫。圖38係根據本發明之一實施例在一80 mg銀粒(包括因對在滴注至一水貯器中之前熔融之銀進行氣體處理而產生之所吸收H₂ 及H₂ O)之點火之5 nm至450 nm區域中之一絕對光譜，其展示基本上全部在紫外線及極紫外線光譜區域中之1.3 MW之一平均NIST經校準光學功率。圖39係根據本發明之一實施例在具有大約1托之一周圍H₂ O蒸氣壓力之情況下泵送至大氣氬中之W電極中之一熔融銀之點火之一光譜(由於藍寶石光譜儀窗而在180 nm處具有一截止之100 nm至500 nm區域)，其展示當大氣隨著銀之蒸發而對UV輻射變得光學厚時轉變至5000K黑體輻射之UV線發射。圖40係根據本發明之一實施例之藉由在一Pyrex SunCell®中之分數氫反應維持之800托氬-氫電漿之一高解析度可見光譜，其展示對應於3.5×10²³ /m³ 之一電子密度及需要維持大約8.6 GW/m³ 之一10%離子化分率的1.3 nm之一史他克加寬。圖41係根據本發明之一實施例之包括H₂ (1/4)之振轉P分支之因氬/H₂ (1/4)氣體之電子束激發而產生之一紫外線發射光譜。圖42係根據本發明之一實施例之因氬/H₂ (1/4)氣體之電子束激發而產生之一紫外線發射光譜，其中藉由使氣體混合物流動穿過冷卻至液體氬溫度之一HayeSep® D層析管柱而極大地增強H₂ (1/4)之振轉P分支之強度。圖43係根據本發明之一實施例之因充滿分數氫反應產物氣體之KCl之電子束激發而產生之一紫外線發射光譜，其展示結晶晶格中之H₂ (1/4)振轉P分支。圖44係根據本發明之一實施例之因充滿分數氫之KCl之電子束激發而產生之一紫外線發射光譜，其展示隨溫度而改變強度從而確認H₂ (1/4)振轉指派的結晶晶格中之H₂ (1/4)振轉P分支。圖45係暴露於因自SunCell®收集之Ga₂ O₃ :H₂ (1/4)之熱分解而產生之氣體之KCl吸氣劑之一拉曼模式二階光致發光光譜，其中藉助具有一325 nm雷射及一1200光柵之一Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS光譜儀在8000至19,000 cm^-1 拉曼移位之一範圍內記錄光譜。圖46係對暴露於因在氬下之一系列固體燃料點火(各自包括100 mg之Cu與30 mg之去離子水混合)而產生之產物氣體的一In金屬箔使用一熱科學DXR智慧拉曼光譜儀及一780 nm雷射而獲得之一拉曼光譜，其展示與H₂ (1/4)之自由轉子能量(0.2414 eV)匹配的處於1982 cm^-1 之一逆拉曼效應峰值。圖47A至圖47B係根據本發明之一實施例在包括1莫耳% H₂ O之一80 mg銀粒之點火之前及之後對銅電極使用熱科學DXR智慧拉曼光譜儀及780 nm雷射而獲得之拉曼光譜，其中藉由用一點銲機施加一12 V 35,000 A電流而達成爆震，且該光譜展示與H₂ (1/4)之自由轉子能量(0.2414 eV)匹配的處於大約1940 cm^-1 之一逆拉曼效應峰值。圖48A至圖48B係根據本發明之一實施例之關於暴露於因密封於DSC平底鍋中之固體燃料100 mg Cu + 30 mg去離子水之順序氬-大氣點火而產生之氣體之銦金屬箔所記錄之XPS光譜。(A)一調查光譜，其展示僅存在元素In、C、O及痕量K峰值。(B)高解析度光譜，其展示在498.5 eV下指派給H₂ (1/4)之一峰值，其中基於調查掃描中之任何其他對應主要元素峰值之不存在而消除其他可能性。圖49A至圖49B係具有在496 eV下指派給H₂ (1/4)之一峰值之Mo分數氫聚合化合物之XPS光譜，其中消除諸如Na、Sn及Zn之其他可能性，此乃因僅存在Mo、O及C峰值且不存在候選者之其他峰值。根據本發明之一實施例，不如Mo 3p強烈之Mo 3s關於額外樣本處於506 eV，其亦展示H₂ (1/4) 496 eV峰值。(A)調查掃描。(B)在H₂ (1/4)之496 eV峰值之區域中之高解析度掃描。圖50A至圖50B係根據本發明之一實施例在包括1莫耳% H₂ O之一80 mg銀粒之點火之後銅電極上之XPS光譜，其中藉由用一點銲機施加一12 V 35,000 A電流而達成爆震。在496 eV下之峰值指派給H₂ (1/4)，其中消除諸如Na、Sn及Zn之其他可能性，此乃因不存在此等候選者之對應峰值。拉曼後爆震光譜(圖46A至圖46B)展示與H₂ (1/4)之自由轉子能量(0.2414 eV)匹配之在大約1940 cm^-1 下之一逆拉曼效應峰值。圖51A至圖51E係根據本發明之一實施例之控制氣體層析圖，藉助一HP 5890系列II氣體層析儀使用具有氦載體氣體之一安捷倫分子篩管柱及經設定處於60℃之一熱傳導率偵測器(TCD)記錄該等控制氣體層析圖，使得任何H₂ 峰值係正的。(A) 1000托氫之氣體層析圖在10分鐘處展示一正峰值。(B) 1000托甲烷之氣體層析圖在17分鐘處展示一小的正H₂ O污染峰值且在50.5分鐘處展示一正甲烷峰值。(C) 1000托氫(90%)與甲烷(10%)混合物之氣體層析圖在10分鐘處展示一正氫峰值且在50.2分鐘處展示一正甲烷峰值。(D) 760托空氣之氣體層析圖在17.1分鐘處展示一非常小的正H₂ O峰值，在17.6分鐘處展示一正氧峰值，且在35.7分鐘處展示一正氮峰值。(E)因將鎵金屬加熱至950℃而產生之氣體之氣體層析圖未展示峰值。圖52A至圖52B係從自在SunCell®中運行且經加熱至950℃之一分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖。根據本發明之一實施例，藉助一HP 5890系列II氣體層析儀使用具有氦載體氣體之一安捷倫分子篩管柱及經設定處於60℃之一熱傳導率偵測器(TCD)在氣體釋放之後立即記錄該等氣體層析圖，使得任何H₂ 峰值係正的。(A)從自在SunCell®中運行之一分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖展示指派給H₂ (1/4)之在10分鐘處之一已知正氫峰值及在9分鐘處之一新型負峰值，該新型負峰值分別在8.9分鐘及9.3分鐘處具有正前緣及後緣。沒有已知氣體具有比H₂ 或He快之一遷移時間及比H₂ 或He高之一熱傳導率，此係分數氫之特性且識別分數氫，此乃因其由於例示性H₂ (1/4)具有小64倍體積及小16倍彈道剖面而具有一大得多之平均自由路徑。(B)指派給H₂ (1/4)之負峰值之展開圖。圖53係根據本發明之一實施例之從自在SunCell®中運行且經加熱至950℃之一分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之氣體之一氣體層析圖，該氣體層析圖係在允許容器中之氣體繼圖52A至圖52B中所展示之氣體層析圖之記錄時間以後保持超過24小時之後記錄的。再次在10分鐘處觀察到氫峰值，但不存在具有比氫短之保持時間之新型負峰值，此與甚至與H₂ 相比較H₂ (1/4)之較小大小及對應高擴散率一致。37分鐘處之正峰值對應於痕量氮污染。圖54A至圖54B係從自在SunCell®中運行且經加熱至950℃之一第二分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖。根據本發明之一實施例，藉助一HP 5890系列II氣體層析儀使用具有氦載體氣體之一安捷倫分子篩管柱及經設定處於60℃之一熱傳導率偵測器(TCD)記錄該等氣體層析圖，使得任何H₂ 峰值係正的。(A)從自在SunCell®中運行之一分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖展示指派給H₂ (1/4)之在10分鐘處之一已知正氫峰值、在42.4分鐘處之一正未知峰值、在51.8分鐘處之一正甲烷峰值及在8.76分鐘處之一新型負峰值，該新型負峰值分別在8.66分鐘及9.3分鐘處具有正前緣及後緣。沒有已知氣體具有比H₂ 或He快之一遷移時間及比H₂ 或He高之一熱傳導率，此係分數氫之特性且識別分數氫，此乃因其由於例示性H₂ (1/4)具有小64倍體積及小16倍彈道剖面而具有一大得多之平均自由路徑。(B)指派給H₂ (1/4)之負峰值之展開圖。圖55A至圖55B係從自在SunCell®中運行且經加熱至950℃之一第三分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖。根據本發明之一實施例，藉助一HP 5890系列II氣體層析儀使用具有氦載體氣體之一安捷倫分子篩管柱及經設定處於60℃之一熱傳導率偵測器(TCD)記錄該等氣體層析圖，使得任何H₂ 峰值係正的。(A)從自在SunCell®中運行之一分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之氣體層析圖展示指派給H₂ (1/4)之在10分鐘處之一已知正氫峰值及在51.9分鐘處之正甲烷峰值及在8.8分鐘處之一新型負峰值，該新型負峰值分別在8.7分鐘及9.3分鐘處具有正前緣及後緣。沒有已知氣體具有比H₂ 或He快之一遷移時間及比H₂ 或He高之一熱傳導率，此係分數氫之特性且識別分數氫，此乃因其由於例示性H₂ (1/4)具有小64倍體積及小16倍彈道剖面而具有一大得多之平均自由路徑。(B)指派給H₂ (1/4)之負峰值之展開圖。圖56係根據本發明之一實施例之從自在SunCell®中運行且經加熱至950℃之一分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之氣體之一質譜，該質譜係在記錄圖55A至圖55B中所展示之確認氫及甲烷之存在之氣體層析圖之後記錄的。甲烷形成係特別的且歸因於引起氫與來自不銹鋼反應器之痕量CO2或碳之反應的高能分數氫電漿。圖57係根據本發明之一實施例之從自在SunCell®中運行且經加熱至950℃之第三分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之氣體之一氣體層析圖，該氣體層析圖係在允許氣體容器繼圖55A至圖55B中所展示之氣體層析圖之記錄時間以後保持超過24小時之後記錄的。再次觀察到10分鐘處之氫峰值及53.7分鐘處之甲烷峰值，但不存在具有比氫短之保持時間之新型負峰值，此與甚至與H₂ 相比較H₂ (1/4)之較小大小及對應高擴散率一致。圖58係根據本發明之一實施例之從自在SunCell®中運行之一第四分數氫反應收集之經NaOH處理Ga₂ O₃ 析出之分數氫氣之一氣體層析圖，其展示指派給H₂ (1/4)之在10分鐘處之一已知正氫峰值及在7.4分鐘處之一新型正峰值，此乃因沒有已知氣體具有比H₂ 或He快之一遷移時間。H₂ (1/4)峰值之正性質指示氦載體氣體中之分數氫氣之一較低濃度。圖59係分數氫氣之一氣體層析圖，該分數氫氣自SunCell®流動，作為一溶劑經吸收至液體氬中，且然後藉由允許液體氬在升溫至27℃之後即刻蒸發而經釋放。與一熱傳導率偵測器及氬載體氣體一起使用一第二HP 5890系列II氣體層析圖在安捷倫管柱上在12.58分鐘處觀察到之氫相比較，在8.05分鐘處觀察到分數氫峰值。圖60係分子分數氫氣之一氣體層析圖，該分子分數氫氣使用冷卻至液體氬溫度之一HayeSep® D層析管柱來富集，使用藉由一低溫泵系統冷卻至55 K之一帶閥微腔室與痕量空氣一起經液化，藉由升溫至室溫而蒸發以達成1000托腔室壓力，且與一熱傳導率偵測器及氬載體氣體一起使用一HP 5890系列II氣體層析圖經注入至安捷倫管柱上。分別在19分鐘及35分鐘處觀察到氧及氮，且在6.9分鐘處觀察到H₂ (1/4)。圖61係藉由使用覆疊有一氫微波電漿之一鎢細絲來加熱KNO₃ 且解離H₂ 而形成之一分數氫反應電漿之一波長經校準光譜(3900至4090 Å)。由於通量係由H (1/2)以整數單位之磁通量量子來鏈接的要求，因此將能量量化，且歸因於H^- (1/2)形成之發射包括在對應束縛-自由頻帶中之一系列超精細線，該系列超精細線具有由磁通量子能量E ϕ 、自旋-自旋能量E_ss 及所觀察結合能峰值之總和給出之能量，，其中根據本發明之一實施例，在4000 Å至4060 Å之區域中之光譜與所預測發射線匹配且排除諸如氮之其他物種。

5f:電感耦合加熱器天線

309:磁流體動力凝結器通道/凝結器通道區段/磁流體動力凝結區段/凝結器

309e:抽空總成

310:磁流體動力工作介質返回導管/雙重熔融金屬導管/返回導管/返回流通道/通道/導管/磁流體動力返回導管

316:熱交換器/輻射熱交換器

400c:感應EM泵

411:感應點火變壓器繞組/初級繞組/繞組/感應點火繞組

412:感應點火變壓器軛/閉合磁迴路軛/軛/閉合迴路軛/變壓器軛

414:陶瓷交叉連接通道/交叉連接通道/通道

415:SunCell®加熱器/加熱器/電阻加熱器/天線/電感耦合加熱器天線

Claims

一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，該電力系統包括：至少一個容器，其能夠維持低於大氣之一壓力；反應物，其能夠經歷產生足夠能量以在該容器中形成一電漿之一反應，該等反應物包括：a)氫氣與氧氣之一混合物，及/或水蒸氣，及/或氫氣與水蒸氣之一混合物；b)一熔融金屬；一質量流量控制器，其用以控制至少一種反應物進入該容器之流率；一真空泵，其用以在一或多種反應物正流動至該容器中時使該容器中之該壓力維持低於大氣壓力；一熔融金屬注入器系統，其包括容納該熔融金屬中之一些之至少一個貯器、經組態以遞送該貯器中之該熔融金屬且穿過一注入器管從而提供一熔融金屬流之一熔融金屬泵系統(例如，一或多個電磁泵)及用於接納該熔融金屬流之至少一個非注入器熔融金屬貯器；至少一個點火系統，其包括一電力或點火電流源以將電力供應至該至少一個熔融金屬流以在該氫氣及/或氧氣及/或水蒸氣正流動至該容器中時將該反應點火；一反應物供應系統，其用以補給在該反應中所消耗之反應物；一光伏打轉換器，其用以將自該反應產生之能量(例如，來自該電漿之光及/或熱輸出)之一部分轉換為電力及/或熱力；及一透光光伏打(PV)窗，其用以將光自該容器之內側透射至該光伏打轉換器以及一容器幾何結構及包括一自旋窗之至少一個擋板中之至少一者。
如請求項1之電力系統，其進一步包括用於混合該氫氣與該氧氣之一氣體混合器以及一氫與氧再結合器及/或一氫解離器。
如請求項1之電力系統，其中該氫與氧再結合器包括由一惰性支撐體材料支撐之一再結合器催化性金屬。
如請求項1之電力系統，其中將一惰性氣體(例如，氬)注入至該容器中。
如請求項1之電力系統，其進一步包括經組態以將水注入至該容器中(例如，產生包括水蒸氣之一電漿)之一水微量注入器。
如請求項1之電力系統，其中熔融金屬注入系統進一步包括在該熔融金屬貯器及該非注入熔融金屬貯器中之電極；且該點火系統包括一電力或點火電流源以將相反電壓供應至該等注入器及非注入器貯器電極；其中該電力源透過該熔融金屬流供應電流及功率流以引起該等反應物之該反應從而在該容器內側形成一電漿。
如請求項1之電力系統，其中該熔融金屬泵系統係一或多個電磁泵且每一電磁泵包括以下各項中之一者：a)一DC或AC導電類型，其包括透過電極供應至該熔融金屬之一DC或AC電流源及一恆定或同相交變向量交叉磁場源，或b)一感應類型，其包括在該金屬中感應一交流電的穿過一經短接熔融金屬迴路之一交變磁場源及一同相交變向量交叉磁場源。
如請求項1之電力系統，其中該注入器貯器包括與其中之該熔融金屬接觸之一電極，且該非注入器貯器包括與由該注入器系統提供之該熔融金屬進行接觸之一電極。
如請求項1之電力系統，其中該非注入器貯器在該注入器上面經對準(例如，與該注入器垂直對準)且該注入器經組態以產生朝向該非注入器貯器定向之該熔融流，使得來自該熔融金屬流之熔融金屬可收集於該貯器中且該熔融金屬流與非注入器貯器電極進行電接觸；且其中該熔融金屬匯集在該非注入器貯器電極上。
如請求項1之電力系統，其中該容器包括一沙漏幾何結構(例如，其中該容器之內部表面區之一中間部分具有比在沿著長軸之每一遠端之剖面小20%或10%或5%內之一剖面的一幾何結構)且在剖面之一垂直定向上定向(例如，該容器之該長軸與重力大致平行)，其中該注入器貯器在腰部下面且經組態使得該貯器中之熔融金屬液位大約在該沙漏之該腰部近端以增加點火電流密度。
如請求項1之電力系統，其中該熔融金屬與水發生反應以形成原子氫。
如請求項1之電力系統，其中該熔融金屬係鎵且該電力系統進一步包括自氧化鎵(例如，在該反應中產生之氧化鎵)再生鎵之一鎵再生系統。
如請求項1之電力系統，其中該功率轉換器或輸出系統係一磁流體動力轉換器，該磁流體動力轉換器包括連接至該容器之一噴嘴、一磁流體動力通道、電極、磁體、一金屬收集系統、一金屬再循環系統、一熱交換器及視情況一氣體再循環系統。
如請求項1之電力系統，其中該熔融金屬泵系統包括一第一級電磁泵及一第二級電磁泵，其中該第一級包括用於一金屬再循環系統之一泵，且該第二級包括該金屬注入器系統之該泵。
如請求項1之電力系統，其中該反應產生表徵為以下各項中之一或多者之一氫產物：a)具有處於1900至2000cm^-1及5500至6200cm^-1之一或多個範圍之一拉曼峰值的一氫產物；b)具有依0.23至0.25eV之一整數倍數間隔開之複數個拉曼峰值的一氫產物；c)具有處於1900至2000cm^-1之一紅外線峰值之一氫產物； d)具有依0.23至0.25eV之一整數倍數間隔開之複數個紅外線峰值之一氫產物；e)具有在200至300nm之範圍中之複數個UV螢光發射光譜峰值之一氫產物，該複數個UV螢光發射光譜峰值在0.23至0.3eV之一整數倍數下具有一間距；f)具有在200至300nm之範圍中之複數個電子束發射光譜峰值之一氫產物，該複數個電子束發射光譜峰值在0.2至0.3eV之一整數倍數下具有一間距；g)具有在5000至20,000cm^-1之範圍中之複數個拉曼光譜峰值之一氫產物，該複數個拉曼光譜峰值在1000±200cm^-1之一整數倍數下具有一間距；h)具有在40至8000cm^-1之範圍中之一連續拉曼光譜之一氫產物；i)由於順磁移位及奈米顆粒移位中之至少一者而具有在1500至2000cm^-1之範圍中之一拉曼峰值之一氫產物；j)具有處於在490至525eV之範圍中之一能量之一X射線光電子光譜學峰值的一氫產物；k)引起一高磁場MAS NMR基質移位之一氫產物；l)相對於TMS具有大於-5ppm之一高磁場MAS NMR或液體NMR移位之一氫產物；m)包括大團聚體或聚合物H_n(n係大於3之一整數)之一氫產物；n)包括大團聚體或聚合物H_n(n係大於3之一整數)之一氫產物，該氫產物具有16.12至16.13之一飛行時間二次離子質譜學(ToF-SIMS)峰值；o)包括一金屬氫化物之一氫產物，其中該金屬包括Zn、Fe、Mo、 Cr、Cu及W中之至少一者；p)包括H₁₆及H₂₄中之至少一者之一氫產物；q)包括一無機化合物M_xX_y及H₂之一氫產物，其中M係一陽離子且X係一陰離子，該氫產物具有M(M_xX_yH₂)n之電灑離子化飛行時間二次離子質譜學(ESI-ToF)及飛行時間二次離子質譜學(ToF-SIMS)峰值中之至少一者，其中n係一整數；r)包括K₂CO₃H₂及KOHH₂中之至少一者之一氫產物，該氫產物具有分別為
及
之電灑離子化飛行時間二次離子質譜學(ESI-ToF)及飛行時間二次離子質譜學(ToF-SIMS)峰值中之至少一者；s)包括一金屬氫化物及一金屬氧化物中之至少一者、進一步包括氫之一磁性氫產物，其中金屬包括Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及一反磁性金屬中之至少一者；t)包括一金屬氫化物及一金屬氧化物中之至少一者、進一步包括氫之一氫產物，其中金屬包括Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及藉由磁性磁化率量測術證明磁性之一反磁性金屬中之至少一者；u)包括在電子順磁共振(EPR)光譜學中並非活性之一金屬之一氫產物，其中EPR光譜包括大約2.0046±20%之一g因子及諸如大約1.6×10^-2eV±20%之一質子-電子偶極分裂能量之質子分裂中之至少一者；v)包括一氫分子二聚物[H₂]₂之一氫產物，其中EPR光譜至少展示大約9.9×10^-5eV±20%之一電子-電子偶極分裂能量及大約1.6×10^-2eV±20%之一質子-電子偶極分裂能量；w)包括關於氫或氦載體具有一負氣體層析峰值之一氣體之一氫產物； x)具有
之一四極矩/e之一氫產物，其中p係一整數；y)包括一分子二聚物之一質子氫產物，該分子二聚物具有在(J+1)44.30cm^-1±20cm^-1之範圍中之整數J至J+1躍遷之一翻轉旋轉能量，其中包括氘之該分子二聚物之對應旋轉能量係包括質子之二聚物之對應旋轉能量之½；z)包括具有至少一個參數之分子二聚物之一氫產物，該至少一個參數來自以下各項之群組：(i)1.028Å±10%的氫分子之一分開距離，(ii)23cm^-1±10%的氫分子之間的一振動能量，及(iii)0.0011eV±10%的氫分子之間的一凡得瓦能量；aa)包括具有至少一個參數之一固體之一氫產物，該至少一個參數來自以下各項之群組：(i)1.028Å±10%的氫分子之一分開距離，(ii)23cm^-1±10%的氫分子之間的一振動能量，及(iii)0.019eV±10%的氫分子之間的一凡得瓦能量；bb)具有FTIR及拉曼光譜簽章及/或一X射線或中子繞射圖樣之一氫產物，該等FTIR及拉曼光譜簽章為(i)(J+1)44.30cm^-1±20cm^-1、(ii)(J+1)22.15cm^-1±10cm^-1及(iii)23cm^-1±10%，該X射線或中子繞射圖樣展示1.028Å±10%之一氫分子間隔及/或每分子氫0.0011eV±10%之蒸發能量之一量熱判定；cc)具有FTIR及拉曼光譜簽章及/或一X射線或中子繞射圖樣之一固體氫產物，該等FTIR及拉曼光譜簽章為(i)(J+1)44.30cm^-1±10% cm^-1、(ii)(J+1)22.15cm^-1±10% cm^-1及(iii)23cm^-1±10%，該X射線或中子繞射圖樣展示1.028Å±10%之一氫分子間隔及/或每分子氫0.019eV±10%之蒸發能量之一量熱判定； dd)包括一氫氫化物離子之一氫產物，該氫氫化物離子係磁性的且在其束縛-自由結合能區域中以若干單位之磁來鏈接通量；ee)一氫產物，其中高壓力液體層析法(HPLC)將一有機管柱與包括水之一溶劑一起使用展示具有比載體空隙體積時間長之保持時間之層析峰值，其中藉由諸如ESI-ToF之質譜學對該等峰值之偵測展示至少一個無機化合物之碎片。