RU2721746C1 - Твердотельная меланиновая батарея - Google Patents
Твердотельная меланиновая батарея Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721746C1 RU2721746C1 RU2019135857A RU2019135857A RU2721746C1 RU 2721746 C1 RU2721746 C1 RU 2721746C1 RU 2019135857 A RU2019135857 A RU 2019135857A RU 2019135857 A RU2019135857 A RU 2019135857A RU 2721746 C1 RU2721746 C1 RU 2721746C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melanin
- solid state
- battery
- battery pack
- high voltage
- Prior art date
Links
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 250
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 16
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 16
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N L-tyrosine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical compound OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 3
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 3
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 3
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 3
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- HNXQXTQTPAJEJL-UHFFFAOYSA-N 2-aminopteridin-4-ol Chemical compound C1=CN=C2NC(N)=NC(=O)C2=N1 HNXQXTQTPAJEJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SIKJAQJRHWYJAI-UHFFFAOYSA-N Indole Chemical compound C1=CC=C2NC=CC2=C1 SIKJAQJRHWYJAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YNAVUWVOSKDBBP-UHFFFAOYSA-N Morpholine Chemical compound C1COCCN1 YNAVUWVOSKDBBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPKGOZPBGXJDEP-UHFFFAOYSA-N [C].[Zn] Chemical compound [C].[Zn] BPKGOZPBGXJDEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N adrenaline Chemical compound CNCC(O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 2
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 229960004441 tyrosine Drugs 0.000 description 2
- WOAHJDHKFWSLKE-UHFFFAOYSA-N 1,2-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC=CC1=O WOAHJDHKFWSLKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000005208 1,4-dihydroxybenzenes Chemical class 0.000 description 1
- FWLHAQYOFMQTHQ-UHFFFAOYSA-N 2-N-[8-[[8-(4-aminoanilino)-10-phenylphenazin-10-ium-2-yl]amino]-10-phenylphenazin-10-ium-2-yl]-8-N,10-diphenylphenazin-10-ium-2,8-diamine hydroxy-oxido-dioxochromium Chemical compound O[Cr]([O-])(=O)=O.O[Cr]([O-])(=O)=O.O[Cr]([O-])(=O)=O.Nc1ccc(Nc2ccc3nc4ccc(Nc5ccc6nc7ccc(Nc8ccc9nc%10ccc(Nc%11ccccc%11)cc%10[n+](-c%10ccccc%10)c9c8)cc7[n+](-c7ccccc7)c6c5)cc4[n+](-c4ccccc4)c3c2)cc1 FWLHAQYOFMQTHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CDAWCLOXVUBKRW-UHFFFAOYSA-N 2-aminophenol Chemical class NC1=CC=CC=C1O CDAWCLOXVUBKRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FZZMTSNZRBFGGU-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-7-fluoroquinazolin-4-amine Chemical compound FC1=CC=C2C(N)=NC(Cl)=NC2=C1 FZZMTSNZRBFGGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C1C2C=CC1C(C(=O)O)C2(C(O)=O)[N+]([O-])=O QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 1
- PZOUSPYUWWUPPK-UHFFFAOYSA-N indole Natural products CC1=CC=CC2=C1C=CN2 PZOUSPYUWWUPPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RKJUIXBNRJVNHR-UHFFFAOYSA-N indolenine Natural products C1=CC=C2CC=NC2=C1 RKJUIXBNRJVNHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000006072 paste Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 150000004053 quinones Chemical class 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000000475 sunscreen effect Effects 0.000 description 1
- 239000000516 sunscreening agent Substances 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
- H01M14/005—Photoelectrochemical storage cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Изобретение относится к твердотельной батарее. Батарея включает меланиновую структуру, образованную из по меньшей мере одного меланинового материала, заделанного в инертный материал, и первую и вторую металлические ленты, служащие первым и вторым электродами соответственно. Меланиновый материал выбран из группы, состоящей из меланина, прекурсоров меланина, производных меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина. Техническим результатом является отсутствие перезарядки или перезагрузки батареи. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.
Description
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к батарее, не требующей перезагрузки или перезарядки от источника питания, и, более конкретно, к батарее, получающей необходимую энергию от окружающего света (видимого и невидимого) и преобразующей эту световую энергию в химическую энергию путем диссоциации и повторного связывания молекулы воды.
[0003] Основной проблемой современной энергетики является то, что батареи, как первичных, так и вторичных элементов, предназначенные для энергоснабжения в мобильных применениях, могут вызывать загрязнение окружающей среды. Кроме этого, такие обычные батареи необходимо заряжать путем подключения к источнику питания.
[0004] Вольтов столб, изобретенный Алессандро Вольта в 1800 г., был первой электрической батареей (химическим источником тока), т.е. первым практическим способом выработки электроэнергии. Вольтов столб состоял из чередующихся металлических дисков из цинка и меди и пропитанных в рассоле кусков картона между металлическими дисками, что позволяло вырабатывать постоянный электрический ток.
[0005] По мере совершенствования знаний создавались другие типы батарей. В 1836 г. Джон Фредерик Даниэль (Даниель) изобретен элемент Даниэля, в котором используется два электролита: сульфат меди и сульфат цинка. Гальванический элемент Даниэля, вырабатывающий около 1,1 В, использовали для запитывания таких устройств, как телеграф, телефон и дверной звонок. Гальванический элемент Даниэля оставался популярным в домашних условиях более 100 лет.
[0006] В 1839 г. Уильям Роберт Грове разработал первый топливный элемент, в котором электрический ток вырабатывался в результате соединения водорода и кислорода.
[0007] Французский изобретатель Гастон Планте разработал первый практичный свинцово-кислотный аккумулятор, который можно было перезаряжать (т.е. вторичный элемент). Этот тип батареи в настоящее время используется, прежде всего, в автомобилях.
[0008] Французский инженер Жорж Лекланше запатентовал угольно–цинковый элемент с жидким электролитом, названный элементом Лекланше. Первоначальный элемент Лекланше был собран в пористом сосуде, с положительным электродом, изготовленным из размолотого диоксида марганца с примесью небольшого количества углерода, и отрицательным электродом, изготовленным из цинкового стержня, вставленного в уплотненный материал положительного электрода, действовавшего как токоотвод. Анод, или цинковый стержень, и стакан были затем погружены в раствор хлорида аммония. Раствор хлорида аммония служил электролитом. Затем Жорж Лекланше дополнительно усовершенствовал свою конструкцию, заменив жидкий электролит на пастообразный раствор хлорида аммония, и изобрел способ герметизации батареи, то есть изобрел первый сухой элемент, усовершенствованная конструкция которого стала транспортабельной.
[0009] В 1881 г. Ж.А. Тибо запатентовал первую батарею с отрицательным электродом и пористым сосудом, помещенными в цинковый стакан.
[0010] Также в 1881 г. Карл Гасснер изобрел первый имевший коммерческий успех сухой элемент (углеродно–цинковый элемент).
[0011] В 1889 г. Вальдмар Юнгнер изобрел первую никель–кадмиевую перезаряжаемую батарею (аккумулятор).
[0012] В 1901 г. Томас Алва Эдисон изобрел щелочной аккумулятор. Щелочной аккумулятор Томаса Эдисона содержал железо в качестве анодного материала и оксид никеля в качестве катодного материала.
[0013] В 1949 г. Льюис Урри разработал небольшую щелочно–марганцевую батарею. Щелочные батареи работали в 5–8 раз дольше, чем их предшественники, углеродно–цинковые элементы.
[0014] В 1954 г. Геральд Пирсон, Кельвин Фуллер и Дэрил Чапин изобрели первую солнечную батарею. Солнечная батарея преобразует солнечную энергию в электричество. Изобретатели создали матрицу из нескольких полосок кремния (каждая размером примерно как лезвие бритвы), поместили их на солнечный свет, улавливали свободные электроны и преобразовывали их в электрический ток. Это изобретение стало известно как солнечная батарея компании Bell. Первое применение солнечной батареи компании Bell для общего пользования началось с телефонной системы несущей частоты 4 октября 1955 г.
[0015] Вообще говоря, батарея (которая представляет собой химический источник тока) – это устройство, вырабатывающее электроэнергию посредством химической реакции. Строго говоря, батарея состоит из двух или более элементов, соединенных последовательно или параллельно, но этот термин в общем используют и для одного элемента. Элемент состоит из отрицательного электрода, положительного электрода, сепаратора (также известного как ионный проводник) и электролита, проводящего ионы. Электролит может быть водным (т.е. образуемым водой) или неводным и может быть в виде жидкости, пасты или твердого тела. Когда элемент подключен к внешней нагрузке, или запитываемому устройству, отрицательный электрод выдает ток электронов, которые протекают через нагрузку и принимаются положительным электродом. Когда внешнюю нагрузку отключают, реакция прекращается.
[0016] Первичная батарея может превращать свои химические реагенты в электроэнергию только один раз, после чего должна быть утилизирована. Электроды вторичной батареи, с другой стороны, могут быть восстановлены путем пропускания через них электричества в обратном направлении, и поэтому вторичная батарея может быть использована много раз. Такие вторичные батареи хорошо известны как аккумуляторы или перезаряжаемые батареи.
[0017] Фотоэлектрические системы преобразуют световую энергию в электроэнергию и наиболее широко известны как «солнечные элементы». Солнечные элементы используют в различных приложениях, например, для обеспечения электроэнергией устройств перекачивания воды, питания аппаратуры связи, освещения домов и приведения в действие некоторых электроприборов. Эффективность обычных солнечных батарей составляет около 6% – 14%.
[0018] Одной из проблем, связанных с такими обычными солнечными элементами, является потребность в поликристаллическом кремнии, производство которого является довольно дорогостоящим. Кроме этого, поликристаллический кремний функционирует только при солнечном свете, поэтому подключенные к солнечным элементам устройства обычно также должны иметь вторичные батареи для снабжения энергией в вечерние часы. Половина срока службы фотоэлектрических систем составляет около 3 лет.
[0019] Топливный элемент представляет собой устройство, преобразующее химическую энергию топлива в электроэнергию в результате химической реакции положительно заряженных ионов водорода с кислородом или другим окислителем. Отличие топливных элементов от батарей заключается в том, что им нужен непрерывный источник топлива (например, водорода) и кислород или воздух для поддержания химической реакции. Напротив, химические реагенты, имеющиеся в батарее, вступают в реакцию друг с другом с генерированием электродвижущей силы (ЭДС). Топливные элементы способны вырабатывать электроэнергию непрерывно, пока в них подается топливо и кислород/воздух. Помимо электроэнергии, топливные элементы вырабатывают воду, тепло и, в зависимости от источника топлива, небольшие количества диоксида азота и других выбросов. Энергоэффективность топливных элементов составляет, как правило, от 40% до 60%.
[0020] Однако, одной из проблем, свойственных топливным элементам, является потребность в постоянном источнике водорода (т.е. топлива).
[0021] Таким образом, было бы желательно предложить твердотельную батарею, которая не требовала бы перезарядки и которая не нуждалась бы в подключении к источнику энергии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022] Приведенное выше краткое изложение, а также последующее подробное описание изобретения будут более понятны по прочтении в сочетании с прилагаемыми чертежами. С целью иллюстрации изобретения на чертежах представлены те варианты осуществления изобретения, которые являются в настоящее время предпочтительными. Следует, однако, понимать, что изобретение не ограничивается приведенными точными компоновками и инструментарием.
[0023] На чертежах:
[0024] Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе наноматериала, образованного из меланинового материала, заделанного в блок инертного материала, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0025] Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе тела твердотельной меланиновой батареи, образованного из наноматериалов, показанных на фиг. 1;
[0026] Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе твердотельной меланиновой батареи в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0027] Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе твердотельной меланиновой батареи, показанной на фиг. 3, обернутой в инертную пленку;
[0028] Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе комплекта твердотельных меланиновых батарей;
[0029] Фиг. 6 представляет собой вид в перспективе комплекта меланиновых структур;
[0030] Фиг. 7 представляет собой вид в перспективе батареи, образованной из комплекта меланиновых структур, показанного на фиг. 6, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0031] Фиг. 8 представляет собой вид в перспективе батареи, образованной из комплекта меланиновых структур, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0032] Фиг. 9 представляет собой вид в перспективе батареи, образованной из комплекта меланиновых структур, показанного на фиг. 6, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения; и
[0033] Фиг. 10 представляет собой вид сбоку устройства для производства газообразных водорода и кислорода с использованием меланиновой структуры в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0034] Все цитируемые здесь патенты и публикации включены сюда путем ссылки. Если не указано иное, все используемые здесь технические и научные термины имеют то же значение, которое общепринято специалистами в той области, к которой относится изобретение. В других случаях некоторые используемые здесь термины имеют смысловые значения, указанные в описании.
[0035] Нужно отметить, что в описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают формы множественного числа, если контекст явно не указывает на иное.
[0036] Используемый здесь термин «меланиновый материал» относится к меланину, прекурсорам меланина, производным меланина, аналогам меланина и разновидностям меланина, включающим природный и синтетический меланин, эумеланин, феомеланин, нейромеланин, полигидроксииндол, аломеланин, гуминовую кислоту, фуллерены, графит, полииндолхиноны, ацетиленовую сажу, пирроловый черный, индоловый черный, бензоловый черный, тиофеновый черный, анилиновый черный, полихиноны в гидратированной форме, сепиомеланины, допа–меланин, дофаминовый черный, адреналиновый черный, катехоловый черный, 4–аминкатехоловый черный в простой линейной алифатической или ароматической форме; или их прекурсоры, такие как фенолы, аминофенолы или дифенолы, индол–полифенолы, хиноны, семихиноны или гидрохиноны, L–тирозин, L–допамин, морфолин, орто–бензохинон, диморфолин, порфириновый черный, птериновый черный и оммохромовый черный.
[0037] Используемый здесь термин «инертный материал», когда он используется в отношении материала для заделывания по меньшей мере одного меланинового материала, означает любой материал, совместимый с меланином, но не вступающий в химическую реакцию с меланином. Предпочтительно, инертный материал является материалом, который нерастворим в воде. Примерами инертных материалов являются кремний, оксид кремния, кальций, алюминий и полиэтилен.
[0038] В одном варианте осуществления изобретение относится к солнечному элементу или фотоэлектрическому элементу (также известному как солнечная батарея), который представляет собой электрический прибор, преобразующий энергию света непосредственно в электроэнергию. Солнечный элемент по настоящему изобретению при функционировании сам вырабатывает водород.
[0039] Солнечный элемент состоит из множества наноматериалов 10 меланина. Более конкретно, каждый наноматериал 10 содержит меланиновый материал 12, удерживаемый на или заделанный в инертную форму 14, как показано на фиг. 1.
[0040] Недавно была также обнаружена свойственная меланину способность поглощать энергию и использовать поглощенную энергию для катализа электролиза воды на водород и кислород. В частности, было установлено, что при расщеплении молекулы воды меланином может происходить обратная реакция, то есть повторное образование молекулы воды и выделение энергии. Таким образом, меланин поглощает все длины волн электромагнитной энергии, включая энергию видимого и невидимого света, и рассеивает эту поглощенную энергию посредством диссоциации воды с ее последующим повторным образованием, тем самым производя химическую энергию. Фотоэлектрохимический процесс выработки энергии с использованием меланина или его аналогов, прекурсоров, производных или разновидностей меланина описан в патенте США № 8455145.
[0041] В природе меланин распространен повсеместно, и в его состав входят азот, кислород, водород и углерод. Долгие годы считалось, что меланин не выполняет никаких биологических или физиологических функций помимо простого солнцезащитного экрана с низким коэффициентом ослабления излучения, эквивалентным таковому у 2%-го раствора сульфата меди. Меланин также считали самой темной известной молекулой благодаря его способности поглощать энергию почти любой длины волны, хотя казалось, что он не излучает никакой энергии. Это считали уникальной особенностью меланина, противоречащей законам термодинамики, поскольку другие соединения, способные поглощать энергию, в частности пигменты, излучают часть поглощенной энергии. Долгое время в фокусе внимания находились электронные свойства меланина. Однако меланин является одним из наиболее устойчивых из известных человеку соединений, и долгое время казалось, что меланин не способен катализировать какую–либо химическую реакцию.
[0042] Без связи с какими–то ни было теориями, например, полагают, что внутри меланина реакция происходит по следующей схеме (I):
[0043] Поглотив электромагнитную энергию, такую как энергия света (видимого или невидимого), меланин катализирует диссоциацию воды на двухатомный водород (Н2), двухатомный кислород (О2) и электроны (е–). Хотя при расщеплении воды на водород и кислород энергия расходуется, эта реакция является обратимой, и в ходе обратного процесса восстановления атомов кислорода двухатомным водородом с повторным образованием молекул воды энергия выделяется, как описано выше.
[0044] Таким образом, меланин способен преобразовывать энергию света в химическую энергию, аналогично процессу, посредством которого в растениях при помощи пигмента хлорофилла энергия света преобразуется в химическую энергию в ходе фотосинтеза. Следовательно, по аналогии, этот процесс назвали «человеческим фотосинтезом». Однако, важным отличием реакции расщепления воды, осуществляемой меланином, от реакции, осуществляемой хлорофиллом, является то, что реакция расщепления воды хлорофиллом может происходить только в живой клетке и при наличии видимого света с длиной волны в диапазоне от 400 нм до 700 нм. Меланин, напротив, способен расщеплять и повторно образовывать молекулу воды вне живой клетки, используя любую форму электромагнитной энергии, в частности, энергию света (видимого или невидимого) с длиной волны в диапазоне от 200 нм до 900 нм, с образованием Н2 и О2.
[0045] Предпочтительно, меланиновый материал 12 заделан в инертную форму 14 каждого наноматериала 10, так что материал инертной формы 14 служит барьером между меланиновым материалом 12 и его непосредственным окружением, сохраняя физическую и химическую целостность меланинового материала. Предпочтительно, инертная форма 14 образована из пористого материала. Поры предпочтительно имеют такой размер, что через них может проходить только вода и газ.
[0046] В одном варианте осуществления каждый наноматериал 10 может включать только один тип или вид меланинового материала 12, либо более одного типа или вида меланинового материала 12.
[0047] В соответствии с вариантами осуществления изобретения упомянутый по меньшей мере один меланиновый материал выбран из группы, состоящей из меланина, прекурсоров меланина, производных меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина. В одном предпочтительном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один меланиновый материал представляет собой меланин, предпочтительно, природный меланин или синтетический меланин. Для получения меланина в контексте раскрытия настоящего изобретения может быть использован любой известный в данной области способ. Например, меланиновые материалы могут быть синтезированы химически или выделены из природных источников, таких как растения и животные. Меланин также может быть синтезирован из аминокислот – прекурсоров меланина, таких как L–тирозин. Меланиновый материал также может быть получен из коммерческих источников.
[0048] Инертная форма 14 наноматериала 10 предпочтительно устойчива и нереакционноспособна. Например, материалом инертной формы 14 может быть кремний, оксид кремния, кальций, алюминий, пластмасса (например, полиэтилен), стекло или любая их смесь. Предпочтительно, инертная форма 14 образована из смеси кальция, алюминия и оксида кремния, так что наноматериал 100 представляет собой смесь кальция, алюминия и оксида кремния с заделанным в нее по меньшей мере одним меланиновым материалом 12.
[0049] В одном варианте осуществления меланиновый материал 12 предпочтительно составляет от 1% до 3% объемных от общего объема наноматериала 10. Количество материала инертной формы 14 в наноматериале 10 предпочтительно составляет от 91% до 99% объемных от общего объема наноматериала 10, а более предпочтительно от 97% до 99% объемных.
[0050] Упомянутый по меньше мере один меланиновый материал 12 может быть заделан в инертную форму 14 с помощью любых известных или еще подлежащих разработке приемов. В одном варианте осуществления меланиновый материал 12 заделан в инертную форму 14 за счет адгезии. В другом варианте осуществления меланиновый материал 12 заделан в инертную форму 14 при помощи сжатия.
[0051] Раствор меланина, используемый для приготовления каждого наноматериала 10, предпочтительно обладает концентрацией меланина 3 мг/мл. Однако следует понимать, что может быть использована более низкая концентрация меланина или более высокая концентрация меланина (например, для использования в зонах с меньшим количеством солнечного света) по мере необходимости для достижения желаемого эффекта поглощения света. Также будет понятно, что наноматериалы 10 могут быть выполнены с любой формой.
[0052] Меланиновая структура 16 образована из множества (предпочтительно, тысяч) наноматериалов 10, как показано на фиг. 2. Меланиновая структура 16 образует тело батареи 20. В соответствии с вариантами осуществления изобретения меланиновая структура 16 может принимать любые размер или форму, включая, но не ограничиваясь ими, форму стержня (цилиндрического), пластины, сферы или куба.
[0053] Скорость производства двухатомного водорода (Н2) будет зависеть от самых различных факторов и может регулироваться путем изменения, например, размера, формы и площади поверхности наноматериалов 10 или меланиновой структуры 16, количества меланинового материала в наноматериалах 10 и/или числа наноматериалов 10 или меланиновых структур 16, присутствующих в батарее 20.
[0054] Затем, как показано на фиг. 3, в одном варианте осуществления меланиновая структура 16 снабжена по меньшей мере первой и второй металлическими лентами 18, которые служат первым и вторым электродами соответственно, с образованием твердотельной меланиновой батареи 20. Металлические ленты 18 могут быть изготовлены из любого металла, пригодного для формирования электрода. Предпочтительно, металлические ленты 18 изготовлены из одного или более из Ag, Al, Co, Au или их сплава. Все металлические ленты 18 могут быть изготовлены из одного и того же металла или из разных металлов. Например, металлические ленты 18 могут быть образованы из металлической полосы. Предпочтительно, металлические ленты 18 полностью окружают меланиновую структуру 16 (т.е. с обеих сторон) и плотно сцеплены с ней. Однако следует понимать, что ленты 18 могут окружать структуру 16 лишь частично. Кроме этого, металлические ленты предпочтительно выставлены друг с другом. Меланиновая батарея 20 также включает проволочный вывод или металлический кабель 22, прикрепленный или подсоединенный к соответствующему электроду 18. В одном варианте осуществления выводы 22 имеют разные цвета.
[0055] В одном варианте осуществления на границу раздела между металлическими лентами 18 и меланиновой структурой 16 с наноматериалами может быть нанесен вязкий раствор (не показан), содержащий электролиты, для облегчения прохождения электронов от наноматериалов 10 к металлической ленте 18. В качестве альтернативы, на границу раздела может быть нанесен материал в виде маленьких слоев графита. Будет понятно, что любой материал, который мог бы способствовать повышению выходного напряжения, может быть использован для нанесения на границу раздела между электродами 18 и телом 16 батареи.
[0056] Выходное напряжение батареи 20 зависит от множества факторов, таких как, например, размер и состав батареи 20, природа электродов 18, часы использования, температура, давление и т.д.
[0057] В одном варианте осуществления было установлено, что батарея 20 с размерами 12 см х 6 см х 7 см генерирует постоянный ток с выходным напряжением от 300 мВ до 1,4 В, а более предпочтительно, от 400 мВ до 1,4 В, и переменный ток с напряжением примерно от 1,5 до 2,1 В, предпочтительно приблизительно 2 В, а более предпочтительно 1,9 В. Таким образом, батарея 20 по настоящему изобретению обладает уникальным электронным поведением, поскольку она способна генерировать как постоянный, так и переменный ток.
[0058] Как показано на фиг. 4, каждая батарея 20 предпочтительно заключена в инертную оболочку 24. Предпочтительно, инертная оболочка 24 образована из пластичного и прозрачного материала. Например, инертная оболочка 24 может быть образована из полиэтилена высокой плотности. Металлические выводы 22, приваренные к металлическим лентам 18, все же могут выступать из инертной оболочки 24, а более конкретно, проходить сквозь инертную оболочку 24.
[0059] Соответственно, множество батарей 20 может быть уложено стопкой друг с другом, как показано на фиг. 5, для получения при желании более высокого выходного напряжения.
[0060] В другом варианте осуществления, как показано на фиг. 6 и 7, множество меланиновых структур 16, необязательно заключенных в инертную оболочку 24, уложены стопкой вместе с по меньшей мере одной металлической пластиной или подложкой 26, расположенной между каждой меланиновой структурой 16, тем самым образуя батарею 30. Металлические пластины 26 выполняют функцию электродов. Каждая металлическая пластина 26 может быть изготовлена из одного и того же металла или из разных металлов (например, из одного или более из Ag, Al, Co, Au или их сплава). В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 7, тонкие металлические пластины 26 покрывают всю площадь поверхности смежной меланиновой структуры 16. Предпочтительно, батарея 30 вырабатывает постоянный ток с выходным напряжением между 300 мВ и 600 мВ и переменный ток с выходным напряжением между 2 и 4 В.
[0061] В другом варианте осуществления, как показано на фиг. 8, множество меланиновых структур 16, необязательно заключенных в инертную оболочку 24, уложены стопкой вместе с расположенными между ними тонкими металлическими пластинами 26, однако эти тонкие металлические пластины 26 не покрывают всю площадь поверхности каждой смежной меланиновой структуры 16. Вместо этого, множество тонких металлических пластин 26 предусмотрены разнесенными друг от друга, и каждая металлическая пластина 26 покрывает только часть площади поверхности каждой смежной меланиновой структуры 16, тем самым образуя батарею 40. И в этом случае каждая металлическая пластина 26 может быть изготовлена из одного и того же металла или из разных металлов (например, одного или более из Ag, Al, Co, Au или их сплава) и выполняет функцию электрода.
[0062] Будет понятно, что размеры меланиновых структур 16 и металлических пластин 26 могут быть заданы по мере необходимости для достижения желательного выходного напряжения. В одном примере каждая меланиновая структура 16 имеет длину приблизительно от 3 до 10 см (предпочтительно 10 см), ширину приблизительно от 2 до 5 см (предпочтительно 5 см) и толщину приблизительно 15 мм. В одном примере каждая металлическая пластина 26 имеет длину приблизительно от 3 до 10 см, ширину приблизительно от 2 до 5 см и толщину приблизительно 100 мкм. Например, длины и ширины меланиновых структур 16 и металлических пластин 26 могут быть одинаковыми.
[0063] В зависимости от того, как соединены электроды 26, выходное напряжение батареи 40 может меняться. Например, если соединены электроды 26 «1» и «2», батарея 40 вырабатывает постоянный ток с выходным напряжением от 300 мВ до 600 мВ и переменный ток с выходным напряжением от 2 до 4 В. Однако, если соединены электроды, обозначенные «1» и «3», батарея 40 вырабатывает постоянный ток с выходным напряжением от 0,6 В до 1,2 В и переменный ток с выходным напряжением от 12 до 25 В.
[0064] В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 9, металлические пластины 26 снабжены магнитным материалом, а более конкретно, одним или более магнитами 27. Например, магнит 27 может быть размещен на наружной поверхности каждой металлической пластины 26, расположенной между меланиновыми структурами. Предпочтительно, магниты 27 изготовлены с неодимом, однако будет понятно, что может быть использован любой материал с достаточной энергией магнитного поля. В одном варианте осуществления каждый магнит 27 имеет в общем цилиндрическую форму. В одном варианте осуществления каждый цилиндрический магнит 27 имеет высоту 5 мм и диаметр 5 мм.
[0065] Введение таких магнитов 27 повышает напряжение, вырабатываемое батареей 20, 30, 40. Например, напряжение переменного тока может быть повышено приблизительно на 3–40 В, а более предпочтительно, 20–25 В. В частности, если металлические пластины 26 выполнены из меди и используются неодимовые магниты 27, напряжение переменного тока увеличивается приблизительно на 3 В. Если металлические пластины 26 выполнены из алюминия и используются неодимовые магниты 27, напряжение переменного тока увеличивается приблизительно на 40 В.
[0066] Преимуществом батарей 20, основанных на твердотельном меланине, является то, что батареи 20 удобны в обращении, так как исключен риск утечки (хотя меланин и нетоксичен). Учитывая, что меланин поглощает энергию любой мощности и рассеивает ее, разделяя молекулы воды, батареи 20 по изобретению не нуждаются в перезарядке каким–либо образом, и их не нужно подключать к источнику электропитания. Кроме этого, меланиновые структуры 16 предпочтительно не испытывают какого-то увеличения температуры.
[0067] В другом варианте осуществления, как показано на фиг. 10, каждая меланиновая структура 16 обладает высокой концентрацией меланина, предпочтительно от 3 до 30 массовых % меланина. Когда такую меланиновую структуру 16 погружают в воду, из меланиновой структуры 16 получается сильный поток 52 водорода и кислорода, так как меланин катализирует диссоциацию воды, как описано выше. А именно, меланиновую структуру 16 с высокой концентрацией меланина помещают в контейнер 50, наполненный водой. Контейнер может быть изготовлен из любого инертного материала, такого как инертное стекло или инертная пластмасса. При диссоциации воды, катализируемой меланиновой структурой 16, образуются пузырьки 52 водорода и кислорода. Например, при использовании этих способа и системы, контейнер объемом 50 мл заполняется пузырьками водорода и кислорода за 30 минут.
[0068] Предпочтительно, контейнер 50 оборудован крышкой 54 для герметизации контейнера 50 от окружающей среды. Предпочтительно, контейнер 50 заполнен водой до такого уровня, что между уровнем поверхности воды и крышкой 54 имеется свободное пространство 56. Это свободное пространство 56 служит в контейнере 50 хранилищем для пузырьков водорода и кислорода. В одном варианте осуществления крышка 54 оборудована патрубком или иным каналом 58. Один конец канала 58 сообщается со внутренним пространством контейнера 50, а другой конец канала 58 сообщается с накопительным устройством, топливным элементом или любым другим компонентом 60, который может использовать запас газообразных водорода и кислорода.
[0069] Специалистам в данной области будет понятно, что в описанных выше вариантах осуществления и примерах изобретения возможны изменения, не выходящие за рамки широкого изобретательского замысла. Поэтому понятно, что изобретение не ограничено раскрытыми конкретными вариантами его осуществления, а, напротив, предназначено охватывать его модификации в пределах существа и объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.
Claims (23)
1. Твердотельная батарея, содержащая:
меланиновую структуру, образованную из по меньшей мере одного меланинового материала, заделанного в инертный материал; и
первую и вторую металлические ленты, которые служат первым и вторым электродами соответственно,
при этом меланиновый материал выбран из группы, состоящей из меланина, прекурсоров меланина, производных меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина, и
при этом твердотельная батарея не требует перезарядки или перезагрузки.
2. Твердотельная батарея по п. 1, в которой множество твердотельных батарей уложены стопкой друг на друга с образованием блока батарей, при этом число твердотельных батарей зависит от необходимого напряжения.
3. Твердотельная батарея по п. 1, при этом твердотельная батарея генерирует напряжение постоянного тока и напряжение переменного тока, и при этом твердотельная батарея может управляться электронной схемой.
4. Твердотельная батарея по п. 1, в которой инертный материал является пористым материалом.
5. Твердотельная батарея по п. 1, в которой инертный материал образован из одного или более материалов, выбранных из группы, состоящей из кремния, оксида кремния, кальция, алюминия, пластмассы и стекла.
6. Твердотельная батарея по п. 5, в которой инертный материал образован из смеси кальция, алюминия и оксида кремния.
7. Твердотельная батарея по п. 1, в которой электроды изготовлены из одного или более металлов, выбранных из группы, состоящей из Ag, Al, Co, Au и их сплава.
8. Высоковольтный комплект батарей, включающий:
множество меланиновых структур, причем каждая меланиновая структура образована из по меньшей мере одного меланинового материала, заделанного в инертный материал; и
металлическую пластину, помещенную между каждой меланиновой структурой, причем каждая металлическая пластина является электродом,
при этом меланиновый материал выбран из группы, состоящей из меланина, прекурсоров меланина, производных меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина и
при этом высоковольтный комплект батарей не требует перезарядки или перезагрузки.
9. Высоковольтный комплект батарей по п. 8, в котором инертный материал является пористым материалом.
10. Высоковольтный комплект батарей по п. 8, в котором инертный материал образован из одного или более материалов, выбранных из группы, состоящей из кремния, оксида кремния, кальция, алюминия, пластмассы и стекла.
11. Высоковольтный комплект батарей по п. 10, в котором инертный материал образован из смеси кальция, алюминия и оксида кремния.
12. Высоковольтный комплект батарей по п. 8, в котором каждый электрод изготовлен из одного или более металлов, выбранных из группы, состоящей из Ag, Al, Co, Au и их сплава.
13. Высоковольтный комплект батарей по п. 8, в котором каждая меланиновая структура заключена в инертную оболочку.
14. Высоковольтный комплект батарей по п. 8, в котором каждый электрод включает в себя магнит.
15. Высоковольтный комплект батарей по п. 14, в котором каждый магнит представляет собой неодимовый магнит.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201762483630P | 2017-04-10 | 2017-04-10 | |
US62/483,630 | 2017-04-10 | ||
PCT/IB2018/051992 WO2018189606A2 (en) | 2017-04-10 | 2018-03-23 | Solid-state melanin battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2721746C1 true RU2721746C1 (ru) | 2020-05-21 |
Family
ID=63792329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019135857A RU2721746C1 (ru) | 2017-04-10 | 2018-03-23 | Твердотельная меланиновая батарея |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11101511B2 (ru) |
EP (1) | EP3610528B1 (ru) |
JP (1) | JP7050898B2 (ru) |
CN (2) | CN118315736A (ru) |
CA (1) | CA3058862C (ru) |
ES (1) | ES2959309T3 (ru) |
PL (1) | PL3610528T3 (ru) |
RU (1) | RU2721746C1 (ru) |
WO (1) | WO2018189606A2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007188747A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Nissan Motor Co Ltd | リチウムイオン二次電池およびこれを用いた組電池 |
RU2485635C2 (ru) * | 2008-12-02 | 2013-06-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Твердотельная батарея |
RU2510547C2 (ru) * | 2009-09-01 | 2014-03-27 | Ниссан Мотор Ко.,Лтд. | Батарея |
WO2015030052A1 (ja) * | 2013-09-02 | 2015-03-05 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 全固体電池 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4366216A (en) | 1981-01-02 | 1982-12-28 | Mb-80 Energy Corporation | Electrical energy storage |
AUPR795401A0 (en) * | 2001-09-28 | 2001-10-18 | University Of Queensland, The | Components based on melanin and melanin-like bio-molecules and processes for their production |
AU2003292781A1 (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Electrical storage device and method for manufacturing electrical storage device |
BRPI0520413B1 (pt) * | 2005-06-09 | 2016-06-28 | Arturo Solís Herrera | processo para gerar uma corrente elétrica e célula para realizar o processo. |
JP4501963B2 (ja) * | 2007-05-28 | 2010-07-14 | ソニー株式会社 | リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池 |
DE102011003193A1 (de) * | 2011-01-26 | 2012-07-26 | Robert Bosch Gmbh | Synthese von magnetischen Kompositen |
DK2973820T3 (en) * | 2013-03-15 | 2018-10-29 | Herrera Arturo Solis | Electrochemical process and glucose production system |
US20160329712A1 (en) * | 2014-08-11 | 2016-11-10 | Shailesh Upreti | System and method for optimizing energy supplied from energy sources to load devices |
US9928968B2 (en) * | 2014-08-14 | 2018-03-27 | Carnegie Mellon University | Melanins as active components in energy storage materials |
LU92649B1 (en) * | 2015-02-05 | 2016-08-08 | Herrera Arturo Solis | Process and cell for generating electric current |
-
2018
- 2018-03-23 CA CA3058862A patent/CA3058862C/en active Active
- 2018-03-23 EP EP18783710.9A patent/EP3610528B1/en active Active
- 2018-03-23 CN CN202410416450.2A patent/CN118315736A/zh active Pending
- 2018-03-23 CN CN201880024398.9A patent/CN110521041A/zh active Pending
- 2018-03-23 RU RU2019135857A patent/RU2721746C1/ru active
- 2018-03-23 JP JP2020504462A patent/JP7050898B2/ja active Active
- 2018-03-23 WO PCT/IB2018/051992 patent/WO2018189606A2/en unknown
- 2018-03-23 ES ES18783710T patent/ES2959309T3/es active Active
- 2018-03-23 PL PL18783710.9T patent/PL3610528T3/pl unknown
- 2018-03-23 US US16/500,088 patent/US11101511B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007188747A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Nissan Motor Co Ltd | リチウムイオン二次電池およびこれを用いた組電池 |
RU2485635C2 (ru) * | 2008-12-02 | 2013-06-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Твердотельная батарея |
RU2510547C2 (ru) * | 2009-09-01 | 2014-03-27 | Ниссан Мотор Ко.,Лтд. | Батарея |
WO2015030052A1 (ja) * | 2013-09-02 | 2015-03-05 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 全固体電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018189606A3 (en) | 2019-02-14 |
US20210013567A1 (en) | 2021-01-14 |
JP2020516578A (ja) | 2020-06-11 |
WO2018189606A2 (en) | 2018-10-18 |
EP3610528A4 (en) | 2021-01-13 |
US11101511B2 (en) | 2021-08-24 |
ES2959309T3 (es) | 2024-02-23 |
CA3058862A1 (en) | 2018-10-18 |
JP7050898B2 (ja) | 2022-04-08 |
EP3610528A2 (en) | 2020-02-19 |
CA3058862C (en) | 2022-05-31 |
EP3610528B1 (en) | 2023-10-04 |
EP3610528C0 (en) | 2023-10-04 |
CN118315736A (zh) | 2024-07-09 |
CN110521041A (zh) | 2019-11-29 |
PL3610528T3 (pl) | 2024-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Harting et al. | Zinc-air batteries: prospects and challenges for future improvement | |
EP2204869A3 (en) | Electrolyte additive for non-aqueous electrochemical cells | |
RU2721746C1 (ru) | Твердотельная меланиновая батарея | |
CN101521284A (zh) | 一种锂-二硫化铁一次性柱式电池及其制备工艺 | |
CN105355844B (zh) | 注水发电环保电池及其正电极和电池组 | |
JPS5928027B2 (ja) | 再充電可能な化学電池または蓄電池 | |
JP6085044B1 (ja) | アルミニウム空気電池及びアルミニウム空気燃料電池 | |
JP2010086924A (ja) | マグネシウム空気二次電池 | |
Morehouse et al. | Batteries | |
CN104610569A (zh) | 一种新型钠硫电池及其隔膜的制备方法 | |
US10211464B2 (en) | Electrochemical cell aluminum-manganese | |
CN109449543A (zh) | 一种气体负极电池及其制作方法 | |
KR100744045B1 (ko) | 전지 | |
WO2020030148A1 (en) | An electrical energy storage device | |
CN220290872U (zh) | 一种可自制的应急电源 | |
CN103606713B (zh) | 一种常温工作的钠硫电池及其控制方法 | |
KR100883934B1 (ko) | 원통형 공기 아연 전지 | |
Howard et al. | A new liquid metal-air battery | |
CN202888350U (zh) | 一种氧化锂动力电池 | |
JPH0765842A (ja) | バッテリー | |
TW548869B (en) | Metal air electrochemical cell system | |
CN112448069A (zh) | 一种金属空气电池与超级电容器一体化器件及其制备方法 | |
Mukherjee et al. | Isopropoxide ion—a novel depolarizer for aluminium batteries | |
KR20190135904A (ko) | 외부케이스가 없는 금속공기 연료전지 테이프 | |
KR20100029589A (ko) | 토르말린 전지 |