专利名称：电化学装置和气体存储装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及减压装置、电化学装置、减压增压装置、气体存储装置、气体存储辅助系统以及驱动这些装置的方法。
本申请要求基于2002年1月18日提交的日本专利申请2002-009456和2002年12月25日提交的日本专利申请2002-373798的优先权，在此引入其全部内容作为参考。
背景技术：
作为将高压气体转化为低压气体的手段，迄今为止广泛地使用机械气体调节器(gas regulator)。通常的气体调节器是例如日本专利申请公开H04-244506中披露的机械装置。
现在，根据日本专利申请公开H04-244506披露的内容，在下面说明通常的气体调节器。
如
图1所示形成通常的气体调节器。即，在主体壳体86进口侧的一端，装有进气管87。在另一端，形成有出气口88。在主体壳体86顶面形成的开口部分86a上，固定有封盖89。在主体壳体86和封盖89之间，固定隔板90的外缘(peripheral edge)。隔板90不透气地划分出封盖89侧的大气压室91和外壳86内的减压室92。
在隔板90的中间，操纵杆93垂直地穿过。隔板90夹在并固定在轴环部(collar part)93a和螺母94之间，其中轴环部93a布置在操作杆93内，螺母94旋拧在操纵杆93的上端。弹簧95在隔板90与封盖89之间插入，持续地压迫隔板。操纵杠杆(operation level)96的操纵端交联在操纵杆93的下半部，以便进行滑动。操纵杠杆96通过支撑轴97由外壳86支撑，以便进行旋转。操纵杠杆96的操纵端借助于操纵销99与阀体98啮合，该阀体98正对着进气管87的末端管口部分87a。在封盖89内，形成有与大气一侧相通的通气孔89a。
在上述结构的通常气体调节器中，当减少燃烧设备(省略了其说明)消耗的气体量，以增大减压室92内压力时，隔板90就克服弹簧95的推力而偏移至气压室91侧，从而提升操纵杆93，并在支撑轴97上逆时针方向旋转操纵杠杆96。使阀体98接近管口端87a。从而，进入的气体量就减少，由此降低减压室92内的气压。这样，减压室92内的气压就被保持在对应于弹簧95推力的基本稳定的值。
因此，当从进气管87侧供给高压气体(气态材料)时，在出气口88侧能得到规定低压的气体。
从构造的角度看，上述机械系统的通常气体调节器具有庞大的外形。而且，由于上述气体调节器还具有可移动部分，因此就会产生由摩擦引起的磨损，从而缩短机器寿命。同时，在操作过程中还会产生不希望的噪音。
另外，这种通常的气体调节器仅仅设计用来降低气体的压力，且仅配备有减压机构。因此，除减压机构外还需单独地布置增压机构来加压。
发明的公开本发明的一个目的是提供新型的减压装置、电化学装置、减压增压装置、气体存储装置和气体存储辅助系统，以及驱动这些装置的方法，这些装置能够解决如上所述通常提出的用于将高压气体转化成低压气体的装置所存在的问题。
本发明的另一个目的是提供紧凑、耐用而又无声的减压装置，电化学装置，减压增压装置，气体存储装置和气体存储辅助系统，以及驱动这些装置的方法。
本发明涉及的气压调节器包括电化学电池，其包含将气体分解为离子的第一电极，将所述第一电极处产生的离子再次转化为所述气体的第二电极，以及夹在所述两个电极之间的离子导体；和配备在所述电化学电池侧的高压容器。
本发明涉及的气压调节方法包括在第一电极处将气体分解成离子的分解步骤；将分解的离子通过离子导体传导(conduct)至第二电极的传导步骤，该离子导体夹在所述第一电极和第二电极之间；和在所述第二电极处将被传导的离子再次转化成所述气体的转化步骤。
在本发明的气压调节器和气压调节方法中，由于包括有分解步骤、传导步骤和转化步骤，而且在该装置中没有配备机械可移动部分，因此就能够实现紧凑、耐用而又无声的气压调节器。
此时，例如，当驱动本发明的气压调节器时，电化学电池就可以起作用来降低高压容器内的压力。
电化学电池起作用，以降低或增加高压容器内的压力，从而本发明的气压调节器可以作为减压增压装置来操作。
在这些情形中，由于在本发明的气压调节器中没有配备机械可移动的部分，因此就能够得到紧凑、耐用而又无声的装置。依照本发明，由于形成这样装置以便于具有减压机构和施压机构，因此就可以实现比通常的气压调节器更加紧凑的装置。
在本发明中，气体理想的是处于常温和常压状态下的气体。具体地，气体优选是氢气或氧气。
离子导体优选是由能够透过电离气体的电解质材料制成的膜。另外，第一电极和第二电极优选是电极膜，在电极膜上承载(carry)有能够离子平衡气体的催化剂诸如铂。
电极优选具有一定的耐热性和尽可能大的表面。每个电极优选能够在整个表面借助于表面上承载的催化剂，与离子导体紧密接触。电极优选具有一定程度的柔韧性，以便紧密接触离子导体。另外，电极优选是活化的电极(actived electrode)。
相应地，第一电极和第二电极优选是多孔或网孔形状。例如，第一电极和第二电极可以以这种方式形成，即碳纤维或多孔碳形成片状，而且在与由片状电极材料制成的离子导体紧密接触的一侧上承载有活性催化剂。对于这种片状电极材料，可以插入或粘结芯部材料，例如由编织金属线形成的网状芯部材料。这种金属芯部材料插入或粘结在电极上，使得能够提高电极本身的电导性，而且能够获得在整个表面上均匀的电流分布。
催化剂理想的是例如铂、氧化钌、氧化铱等的细粒。但任何其它的电极材料如银也是可以使用的，借助该材料进行作为本发明一个目的的反应。
催化剂可以用通常的方法承载在电极上。例如，可以采用一种方法，即使催化剂材料或其前体承载在碳粉末的表面上，经受诸如加热的处理来形成催化颗粒，并将这些催化颗粒与电极表面上的氟树脂一起烘烤。另外，预先形成其上没有承载催化材料的电极体。接着，将催化材料的前体，例如氯化铂和氯化钌的混合水溶液或丁醇溶液作为涂布液体，涂覆在电极的表面，并在200℃至350℃下，在含有氢的还原气氛中进行烧结。这样，在电极的表面上就形成铂和钌的合金。
依照本发明的装置优选在电化学容器的另一侧具有一个低压容器。该电化学电池优选充当气体隔墙的作用。当在电化学电池两侧处产生压力差时，优选地设置通过控制两个电极间的电势来调节压力的手段。另外，由压力差生成的电动势优选地用继电器等来短路，或者优选地用可变电阻器来调节压力。
通常，当在电化学电池两侧生成压力差时，由压力差产生电动势。这就是通常所说的能斯脱公式，其包含下式中示出的压力项。
E＝E0+(RT/2F)ln(P1/P2) (1)在式(1)中，E0表示气体的电离能(ionized potential)，R代表示气体常数，T表示温度，F表示法拉第常数，P1和P2表示气压。
实际上，当作为气体隔墙的电化学电池两侧的气压相同时，并不产生电势差。然而，当一侧的气压升高时，就产生由式(1)中ln(P1/P2)项引起的电动势。
例如，当气体是氢气时，在于催化剂之中存在下式(2)示出的平衡，如电极上加载的铂。
(2)当气压上升时，这种电化学平衡发生偏移，减缓压力。这种反应平衡使体积发生变化，从而具有非常重要的意义。也就是说，当气压上升时，该平衡向右偏移，以减缓它。因此，许多电子流进电极中来提高电势。与此同时，许多质子(H+)注入高压容器侧的离子导体中，使质子易于扩散到低压容器侧。
当扩散到低压容器一侧的质子不与电子再次结合时，这些质子就不能还原成氢气。相应地，当产生电学短路时，其中两个电极间的电势差恒定，质子在低压容器侧与电子再次结合。从而，很显然，氢气流向低压容器一侧。
在这一过程中，需要离子导体的气体阻断(gas interrupting)特性。如下所述，例如，当氢气用作这种气体时，包含富勒烯或类似物作为基体(base)的质子导体可用于离子导体。
基本上，由于仅特定气体的离子才能穿过离子导体，因此这种电化学电池也具有气体精制过滤器(gas refining filter)的功能。相应地，当氢气用作这种气体时，电化学电池最适合用作调节器用于向处于规定压力下的电化学装置如燃料电池供应氢气。
如上所述，本发明的本质在于基于压力的能斯脱公式，即上述式(1)。当在两个电极间产生压力差时，该两个电极的电势可以用继电器等来短路，或者该两个电极的电势可以用可变电阻器来控制，以调节压力。
充当气体隔墙的电化学电池的两侧都具有封闭的容器。当一侧用作高压气体罐，另一侧连接在气体消耗系统上时，在另一侧的封闭容器内布置压力传感器。该压力传感器可以与连接在电化学电池两个电极间的继电器开关联动(interlock)，而起作用以补偿气体的消耗。
由参看附图的下述实施方式的描述，本发明其它的目的和具体优点将变得更加清楚明白。
附图简述图1是示出通常气体调节器示例的截面示意图；图2是示出本发明的减压装置的截面示意图；图3是示出本发明的减压装置高压容器侧压力变化的曲线图；图4A和4B是多羟基化富勒烯的结构图，示出可用于本发明的富勒烯衍生物的一个实例；图5A和5B是示出富勒烯衍生物各个实例的示意图；图6A至6M是示出碳簇的各个实例的示意图，该碳簇作为质子导体的核；图7A至7D是分别示出碳簇(部分富勒烯结构)其它实例的示意图；图8A至8G是分别示出碳簇其它实例(金刚石结构)的示意图；图9A至9H是分别示出碳簇其它实例(各个簇键合在一起)的示意图；图10A和10B示出作为质子导体的核的碳纳米管，图10C是示出碳纤维的示意图；图11是示出本发明电化学装置的截面示意图；图12是示出本发明的气体存储装置的截面示意图；图13是连接在本发明气体存储装置上的出口和进口压力探测手段的截面示意图；图14是示出本发明的气体存储装置和连接在其上的气体存储辅助系统的截面示意图；
图15是本发明气体存储装置另一个实例的截面示意图；图16是本发明气体存储装置又一个人实施方式的截面示意图；图17是示出气体存储装置的结构示意图，其中电化学电池以多级(multistage)结构方式形成；图18是示出气体存储装置的另一个实例的结构示意图，其中电化学电池以多级结构方式形成。
实施本发明的最佳方式现在，参看附图来说明本发明的各种实施方式。
如图2所示，依照本发明的减压装置包括作为隔墙的电化学电池4，电化学电池4具有分别形成第一和第二电极的第一和第二催化电极1和2，在这些电极上承载有催化剂例如铂，夹在催化电极1和2之间的质子导体3；配备在电化学电池4两侧的高压容器5和低压容器6。真空泵8通过真空管道7连接在高压容器5和低压容器6上。此外，H2储罐9和气体流量计10连接在高压容器5和低压容器6上。引线导入端11和12连接在每个容器5和6上。用氢气作为燃料的电能产生装置(其说明被省略)连接在气体流量计的末端。
首先，关闭阀13、14和17，打开阀15和16，用真空泵8在高压容器5和低压容器6内获得真空。接着，关闭阀15和16，打开阀13和14，由H2储罐9向每个容器5和6引入10个大气压的氢气。然后，关闭阀13和14。此后，打开阀17，使低压容器6仅为1大气压。
此时，测量连接在电化学电池4两端上的引线导入端11和12之间的电压差，该电压差大约是100mV。
接着，将电化学电池4的电极1和2两者都短路，来测量高压容器5内压力的变化。图3表示高压容器5的压力随时间的变化图。如图3所示，可以看出，高压容器5内的压力随着时间t的流逝而降低，通过继电器(relay)来进行电极1和2之间的短路。
质子导体3理想地包括衍生物，该衍生物以这种方式形成，即通过制备作为主要成分的由至少一种选自富勒烯分子、碳作为主要成分的簇和管状或线状碳结构体的材料制成的材料，且向形成该材料的碳原子引入质子离解基团而形成。下面描述的其它发明与上面的相同。
此处，质子离解基团指其中质子可以根据电离进行分离的功能团。质子的离解指质子根据电离从功能团分离出来。
作为质子离解基团所引入的目标的核(nucleus)，富勒烯分子可以是没有特别限定的任何球壳型簇分子Cm(m是使Cm可以形成球壳结构的自然数。)。通常，优选采用选自C36，C60，C70，C76，C78，C80，C82，C84，C86，C88，C90，C92，C94，C96等或者其中两种或多种材料的混合物的富勒烯分子的单一材料(single material)。
这些富勒烯分子是在1985年，通过激光烧蚀，在碳的簇束(cluster beamof carbons)的质谱光谱中发现的(Kroto，H.W，；Heath，J.R；O’Brien，S.C.；Curl，R.F.；Smalley，R.E.Nature 1985.318，162)。实际上，五年后才建立其制造方法。1990年，发现了用弧光放电法来制造碳电极的方法。其后，富勒烯作为碳质半导体材料等一直引起人们的关注。
如图4A和4B所示，作为通过向富勒烯分子添加多个羟基而形成的结构的富勒烯醇(fullerenol)，其合成的例子最先在1992年由Chiang等人报道(Chiang，L.Y，；Swirczewski，J.W.；Hsu，C.S.；Chowdhury，S.K.；Cameron，S.；Creegan，K.，J.Chem.Soc，Chem.Commun.1992，1791)。
本发明的发明人首次发现，如果富勒醇用作图5A所示的聚集体(aggregate)来在富勒醇分子的羟基之间产生相互作用时(在图中，o表示富勒烯分子)，其中富勒醇分子彼此相互间紧密接触，该聚集体作为宏观聚集体表现出高质子导电性，即，聚集体表现出H+从富勒醇分子的酚羟基解离的性能。
根据本发明，具有例如除富勒醇外多个-OSO3H基团的富勒烯聚集体可以用作离子导体。图5B所示其中OH基被OSO3H基取代的多羟基化富勒烯，即硫酸氢盐酯化富勒醇也由Chiang等人在1994年报道(Chiang，L.Y.；Wang，L.Y.；Swirczewski，J.W.；Soled，S.；Cameron，S.，J.Org.Cem.1994，59，3960)。在硫酸氢盐酯化富勒醇里，一个分子可以仅包括OSO3H基或可以分别包括多个OSO3H基和羟基。
当许多上述的富勒醇和硫酸氢盐酯化富勒醇聚集时，作为整体(bulk)显示出的质子导电性直接与质子的运动相联系，该质子衍生于初始包含在分子内的大量羟基或OSO3H基。因此，即使是在很低湿度的气氛中也可以不断地使用富勒醇和硫酸氢盐酯化富勒醇。
构成这些分子的基体(base)的富勒烯特别地具有亲电性，该亲电性被认为不仅极大地有助于加速高酸度OSO3H基内氢离子的电离，还有助于加速在羟基内氢离子的电离，并显示出优良的质子导电性。由于相对大量的羟基和OSO3H基可以被引入一个富勒烯分子，因此每单位体积与传导相连系的质子导体的密度变得非常高。从而，就实现稳定的传导性。
大部分的富勒醇和硫酸氢盐酯化富勒醇是由富勒烯碳原子构成，它们重量很轻，较少变质，而且不包含任何的污染物。从而，富勒烯的生产成本正在迅速降低。因此，从资源、环境以及经济的观点看，基本上认为富勒烯是比其它材料更理想的碳材料。
而且，质子离解基团并不必限于上述的羟基或OSO3H基。
即，用式-XH表示质子离解基团。其中X可以是具有二价键的任意的原子或原子团。此外，也可用式-OH或-YOH表示质子离解基团，其中Y可以是具有二价键的任意的原子或原子团。
具体地，作为质子离解基团，除-OH和-OSO3H外，优选-COOH、-SO3H、-OPO(OH)2和-C6H4-SO3H的任一种。
例如，为了合成在本发明中使用的富勒醇，已知的方法像酸化法或水解法适合组合起来运用至富勒烯粉末，以使所需的基团可以引入到形成富勒烯分子的碳原子上。
接着，用涂覆或沉积的方法将获得的富勒烯衍生物形成膜结构，用作电化学电池4的质子导体3。
该质子导体3可以基本上仅由富勒烯衍生物构成，或者可以由用粘合剂粘合的富勒烯衍生物构成。
当质子导体3基本上仅由富勒烯衍生物构成时，可以使用在压力下通过模塑富勒烯衍生物而形成的薄膜状质子导体3。当用粘合剂粘合的富勒烯衍生物作为质子导体3时，可以用粘合剂来形成具有足够强度的质子导体。
作为用作粘合剂的聚合物材料，采用一种或两种或者多种具有已知成膜特性的聚合物。具有这种结构的质子导体能够显示出与仅由富勒烯衍生物构成的质子导体相同的质子导电性。
此外，由聚合物材料得到的成膜特性使该质子导体不同于仅由富勒烯衍生物构成的质子导体。因此，用粘合剂粘合富勒烯衍生物而形成的质子导体可以用作柔性质子导体3，该质子导体3的强度高于富勒烯衍生物粉末压塑的产品，且该质子导体3具有防透气功能。此时使用的质子导体薄膜具有300微米或更小的厚度。
作为聚合物材料，尽可能地不阻碍质子的导电性(因为与富勒烯衍生物的反应)且具有成膜特性的任何材料都是可用的，没有特别限制。通常，使用没有电子导电性且具有良好稳定性的材料。关于具体的例子，可以例举出聚氟乙烯、聚偏1，1二氟乙烯、聚乙烯醇等。基于下面描述的原因，这些材料是优选的聚合物材料。
首先，由于聚四氟乙烯可以比其它聚合物材料更容易地形成具有较高强度、较少混合量的薄膜，因此聚四氟乙烯是优选的。在这种情形下，混合的量是3重量％或更少，优选地，混合的量是0.5至1.5重量％这么小。薄膜的厚度通常可以减少到100微米至1微米。
聚偏1，1二氟乙烯和聚乙烯醇是优选的，因为它们能够获得具有优良防透气功能的质子导电薄膜。在这种情形下，混合的量优选介于5至15重量％的范围。
当聚氟乙烯、聚偏1，1二氟乙烯或聚乙烯醇各自混合的量低于上述范围的下限值时，就会给成膜带来不良的影响。
为了用粘合剂分别粘合富勒烯衍生物来获得质子导体薄膜，可以采用已知的成膜方法，像加压模塑或挤塑法。
在依照本发明的装置中，从处理和致密角度看，电极1、2和作为质子导体3的富勒烯衍生物优选成形为具有足够物理强度的柔软片形。
由于电化学电池4在大气中，即使是当操作期间温度或湿度并不进行调节时也可以有效地起作用，因此就有效地降低氢气的压力。
由向形成富勒烯分子例如富勒醇的碳原子引入质子离解基团而形成的富勒烯衍生物被用作形成质子导体3的材料。因此，电化学电池4能在大气中低湿度的状态下起作用，即使没有加湿器，这不同于使用作为H3O+离子导体的高氟化树脂(Nafion)的情形。
也即，由于可以在大气中低湿度的状态下降低氢气的压力，因此就可以加速降低氢气压力的初始操作，而不再需要一段时间直至稳定工作。例如，可以配备加湿器，以类似地在有水的情形下降低氢的压力。但是，本发明并不一定需要上述的条件。
当使用作为H3O+离子导体的高氟化树脂时，氢被压缩，同时产生水，因此就需要除湿器。与其相比，在本发明的这种实施方式中，即使不提供除湿器，氢气的压力也可以降低。
而且，即使不提供加湿器，也可以有效地实现电化学压力的降低操作。从而，压力被降低的氢气中水的含量很低。相应地，就不需要作为后续工艺(post process)的除湿过程。
因此，电化学电池4可以有效地降低氢气的压力。这样，本发明的装置更紧凑且高度通用。
在本发明中，作为质子导体，例如可以用簇衍生物来替代富勒烯衍生物，该簇衍生物可以以这种方式得到，即用碳电极的弧光放电法来得到由碳粉末制成的簇，并使碳粉末酸化，且将质子(H+)离解基团引入碳粉末。
此处，簇一般指的是几个至几百个原子粘合或聚集在一起而形成的聚集体。该聚集体能使质子导电性得到提高，且能保持化学特性以具有足够的膜强度，以及能很容易地形成层。这种簇表明该聚集体包括作为主要成分的碳，且是通过粘合几个至几百个碳原子而无论碳-碳键的类型来形成的。然而，该簇并不必仅包括100％的碳，其它的原子也可以混合进去。包括上述情形的许多碳原子占据的这种簇，称作碳簇。
由于上述的质子导体包括作为主要成分的、由向作为核(nucleus)的碳簇引入质子离解基团而获得的材料，因此在干燥状态下质子可以很容易地离解。从而，可以实现类似于上述质子导体的效应以及质子导电性。由于多种下述的含碳材料包括在上述碳簇的范畴(category)内，因此实际上可选择含碳材料的范围很宽。
在这种情形下，碳簇被用作核，因为需要引入大量的质子离解基团以获得良好的质子导电性，而且用碳簇来实现上述的情况。从而，固态质子导体的酸度极高。然而，碳簇与其它普通的含碳材料不同，它很难被氧化变质，同时它的耐久性也很出色，且成分原子被紧密地键合在一起。因此，即使当酸度很高时，原子间的键合也不会破裂，即碳簇很难被化学地改变，从而能够保持膜结构。
具有这种结构的质子导体在干燥状态下也能显示出很高的质子导电性。如图6至9所示，示出有各种类型的碳簇。因此，作为质子导体的材料，选择范围就变得很宽。
首先，在图6A至6M中示出各种类型的碳簇，包括许多聚集的碳原子，具有球形或长球形结构(long spherical structure)或者类似的闭合面(closedsurface)结构。在这种情形中，示出的富勒烯分子相互结合在一起。另一方面，在图7A至7D中示出各种类型的碳簇实例，其中球形结构都是部分缺失的。这里示出的碳簇的特点在于开口端配备在这些结构内。大多数的结构都是在用弧光放电法制备富勒烯的过程中作为副产品来制得的。当碳簇的多数碳原子以SP3键合时，就制造出如图8A至8G中所示具有金刚石结构的各种簇。在图7C和7D中，涂黑部分表示五员环或七员环。
碳原子大体以SP2键合的簇具有石墨的平面结构，或者具有富勒烯或纳米管的全部或部分结构。由于具有石墨结构的簇基本上具有电子导电性，因此这些簇并不优选作为质子导体的核。
另一方面，由于具有富勒烯或纳米管的SP2键合的簇部分地包括SP3键合的因素(factor)，因此它们的大多数并没有电子导电性，从而具有SP2键合的这些簇优选作为质子导体的核。
图9A至9G示出簇键合在一起的各种情形。这些结构可以应用于本发明。在图9A和9B中，～表示键合链，像(CH2)n，(CF2)n等。此外，在图9E至9G中，涂黑部分表示五员环或七员环。
在本发明中，需要将上述的质子离解基团引入形成碳簇的碳原子。作为引入质子离解基团的手段，优选下面描述的制造方法。
也即，首先用碳电极的弧光放电来生成由碳粉末制成的碳簇。随后，酸化碳簇，或者进一步进行例如水解的处理或进一步进行磺化，或者适宜地形成磷酸盐酯化。这样，就可以很容易地获得作为理想产品的碳簇衍生物。在上述酸化过程中，使用硫酸等。
碳簇可以在压力下不使用粘合剂而直接成型为膜状、丸状或其它类似形状。在本发明中，作为核的碳簇的主轴长度优选100纳米或更短，特别优选100埃或更小，而且引入基团的数目优选为2或更多。
关于碳簇，富勒烯等笼型结构，或者在其至少一部分内具有开口端的结构是优选的。具有这种缺失结构(defect structure)的富勒烯具有富勒烯的反应性。同时，缺失部分，即，开口部分额外地具有较高的反应性。因此，通过酸化处理促进酸(质子)离解取代基团的引入，来获得较高的取代引入率和高质子导电性。另外，大量具有上述结构的富勒烯能比普通的富勒烯更好地合成，而且能以极低的成本进行生产。
另一方面，作为本发明质子导体的核，优选使用管状或线性的碳结构。作为管状碳结构，优选使用例如管形的碳纳米管。作为线性碳结构，优选使用例如纤维形的碳纤维。
碳纳米管或碳纤维往往由于其结构而很容易放出电子，从而极大地增加其表面积。因此，碳纳米管或碳纤维能够进一步地提高质子的传播效率。
在此，该优选使用的碳纳米管或碳纤维可以采用弧光放电法或化学气相沉积法(热CVD法)来制造。
在弧光放电法中，通过使用弧光放电腔，使用金属催化剂如FeS，Ni，Co等，并在例如150托的He气氛下合成碳纳米管或碳纤维。根据弧光放电，碳纳米管材料粘在腔的内表面上，形成布(cloth)状。从而，例如就得到碳纳米管。在此，若催化剂共同存在，则可以得到具有小直径的碳纳米管。当弧光放电是在无催化剂的条件下进行时，可以得到具有多层的厚碳纳米管。
如上所述，碳纳米管可以例如在无催化剂的条件下进行弧光放电来生成。作为高品质碳纳米管，图10A中示出的多层碳纳米管101和图10B中示出具有石墨(graphene)结构(圆柱结构)的多层碳纳米管201是已知的，它没有任何缺陷且作为电子放电(electron discharging)材料具有很高的性能。
质子离解基团可以以一种与上述相同的处理方式而引入上述用弧光放电法得到的碳纳米管。从而，更可以获得即使在干燥状态中也具有优良的质子导电性的质子导体。
化学气相沉积法是一种通过使过渡金属的细粒与乙炔、苯、乙烯的烃或CO等进行反应，合成碳纳米管或碳纤维的方法。使过渡金属基材或涂覆基材与烃或CO气体反应，将碳纳米管或碳纤维301聚集在基材300上，如图10C所示。
例如，可以通过将Ni基材300配备在一个加热至700℃的氧化铝管内，并使之与甲苯/H2气体(例如，100sccm)反应，而合成具有图10C所示结构的碳纤维301。
此处，碳纳米管的直径长度比(aspect ratio)优选在1∶1000至1∶10的范围。另外，碳纤维的长度直径比优选在1∶5000至1∶10的范围。管状或线性碳结构的直径优选在0.001至0.5微米的范围。其长度优选是1至5微米。
在依照本发明的装置中，可以仅仅布置单个电化学电池作为压力隔墙。然而，多个电化学电池可以沿气体流动方向平行地布置，而且可以具有多级结构。特别地，当布置在电化学电池两侧的容器的压力差很大时，就需要使用数个电化学电池。
本发明涉及电化学装置。这种电化学装置包括减压部分和气体消耗部分；该减压部分包括电化学电池和高压容器；该电化学电池具有用于将氢气分解成质子的第一电极、用于将第一电极处产生的质子再次转化成氢气的第二电极、夹在两个电极之间的质子导体，该电化学电池用来降低高压容器内的压力，高压容器布置在电化学电池第一电极侧，以容纳包括氢气的气态材料；该气体消耗部分包括氢气存储部分、第三电极、用于将在第三电极处产生的质子转化成水的第四电极、以及夹在这两个电极之间的质子导体，在第四电极处被转化成水的质子将第三电极与第四电极之间的电化学能导出(take out)，布置该氢气存储部分与减压部分内第二电极侧接触，布置该第三电极与该氢气存储部分接触，用于将来自氢气储存部分的氢气分解成质子。
作为一种驱动本发明电化学装置的方法，例如，当驱动减压部分时，电化学电池起作用，减少高压容器内的压力，而且布置氢气存储部分与减压部分内第二电极侧接触。理想地布置气体消耗部分与氢气存储部分接触，以在第四电极处将质子转化成水并导出第三电极与第四电极之间的电化学能。气体消耗部分含有第三电极，该第三电极将来自氢气存储部分的氢气分解成质子；将在第三电极处生成的质子转化成水的第四电极；和夹在该两个电极之间的质子导体。
在依照本发明的电化学装置中，由于可以机械移动的部分，像上述本发明的气压调节器，并不布置在该电化学装置中，因此就能够实现紧凑、耐用而又无声的装置。
在图11中示出依照本发明的电化学装置的具体结构。
如图11所示，减压部分18包括电化学电池4和用于容纳包括氢气的气态材料的高压容器5，该电化学电池4具有用于将氢气分解成质子的第一电极1、用于将在第一电极1处生成的质子再次转化成氢气的第二电极2、和夹在两个电极1与2之间的质子导体3，布置高压容器5在电化学电池4第一电极1侧。电化学电池4起作用来减小高压容器5内的压力。布置氢气存储部分19与减压部分18的第二电极2侧接触。布置气体消耗部分20与氢气存储部分19接触，且气体消耗部分20包括第三电极21，布置该第三电极21与氢气存储部分19接触，且用于将由氢气存储部分19供给的氢气分解成质子；和用于将在第三电极21处生成的质子转化成水的第四电极22；以及夹在两个电极21与22之间的质子导体23。在第四电极22处质子可以被转化成水，且第三电极21与第四电极22之间的电化学能被导出来用作燃料电池部分。在不与质子导体23接触的第四电极22的表面侧，供给O2或含有O2的气体。
压力传感器24布置在氢气存储部分19内，用来与连接在引线导入端11和12之间的继电器开关11a联动，来补偿气体的消耗，其中引线导入端11和12连接在电化学电池4的第一电极1和第二电极2之间。
高压容器5通过阀25a连接到H2供应罐25上。当高压容器5内的压力达到规定值或更小时，阀25a打开，从而由H2供应罐25供给氢气。该H2供应罐25可以填充氢气存储合金(storing alloy)、氢气存储碳材料(storingcarbon material)、金属卤化物等。作为氢气存储合金，可以使用LaNi6、CaNi5、TiCo0.5Mn0.5、TiCo0.5Fe0.5、TiFe0.8Ni0.15V0.05等。作为氢气存储材料，可以使用碳材料、碳纳米管、碳纤维、活性碳等。作为金属卤化物，可以使用NaAlH4、LiAlH4等。高压容器5也可以填充氢气存储合金、氢气存储碳材料、金属卤化物等。
在这种情形中，由于质子导体3和23的气体阻断性质必须很高，因此质子导体3和23就需要具有电离气体可以透过而气体本身不能透过的性质。为了获得上述性质，质子导体3和23理想地包含以这样的方式形成的衍生物，即作为主要成分包括至少一种选自富勒烯分子、碳作为主要成分的簇和管状或线性碳结构的材料，而且质子离解基团被以上述相同的方式引入到形成这种材料的碳原子上。
本发明涉及气体存储装置，包括用于引入或排出气体的气体进口和出口部分；用于存储气体的气体存储部分；配备在气体存储部分内的电化学电池，该电池包含用于将气体分解成离子的第一电极、用来将在第一电极处生成的离子再次转化成气体的第二电极、和夹在两个电极之间的离子导体；减压增压部分，其中依照电化学电池的作用，通过气体进口和出口部分，气体供给到气体存储部分或从气体存储部分排出，来降低或增加气体存储部分内的压力。
作为驱动本发明气体存储装置的方法，例如，在当驱动气体存储装置时，理想的是根据电化学电池的作用情况，通过气体进口和出口部分，气体供给到气体存储部分或从气体存储部分排出，来降低或增加气体存储部分内的压力。
在本发明的气体存储装置中，由于机械移动部分并未配备在气体存储装置内，例如上述的气压调节器或本发明的电化学装置，因此就可以实现紧凑和耐用的气体存储装置。
依照本发明的气体存储装置26具有图12所示的结构。设置在该气体存储装置26中的气体进口和出口部分27具有用于输入和输出气体的开口和一个足以暂时地将气体保持在相等压力下的微空间(micro space)。
配备进口和出口压力探测手段28用来探测微空间内的压力，而且例如是一个采用隔板的压力传感器。作为这种压力传感器的一个实例，例如，采用如图13所示具有隔板29、封闭空间(closed space)30和微型开关31的压力传感器，其中在封闭空间30内密封有规定量的气体。
隔板29的一个表面侧所具有的压力与气体进口和出口部分27的相同。从而，隔板29移动直到封闭空间30与气体进口和出口部分27之间的压力差和隔板29的弹力相平衡。当气体进口和出口部分27的压力达到规定压力时，微型开关31就从ON(连接状态)切换为OFF(不连接状态)。
压力璧32是用来承受高压例如10到300个大气压的压力承受璧(pressure resistant wall)，它具有气体流动孔，就像在气体进口和出口部分27与压力璧32的边界处有很多非常小面积的开口。压力璧32并不特别限于特定的形式，而是只要均匀地分散压力即可，圆柱形或球形是更优选的。图12示出当压力璧32呈圆柱体形时沿包括圆柱体中心的平面所取的截面图。
气体流动孔保持第一电极1、离子导体3和第二电极2逆着气体存储部分33的压力，与此同时，气体流动孔使气体从气体存储部分33向气体进口和出口部分27移动。包括第一电极1、离子导体3和第二电极2的电化学电池是作为独立部分进行操作的减压增压部分，电化学电池的整个部分位于气体存储部分33内。
引线34和35是电导体，其各自的一端分别连接在第二电极2和第一电极1上，其另一端连接在第二电极端38和第一电极端39上，同时与压力璧32保持绝缘。连接线36和37又分别将第二电极端38和第一电极端39的触点与微型开关31连接在一起。
依照本发明的气体存储装置26包括一个气体存储辅助系统。该气体存储辅助系统理想地包括气体通道，用于向配备在气体存储装置26内的气体进口和出口部分27供应气体；压力探测手段，用于探测气体通道41内的气压；电压探测手段，用于探测第一电极1和第二电极2之间产生的压力；计算手段，用于基于气压和电压来计算控制电流信号；电流供应部分，用于产生控制电流；切换手段，用于在第一电极1与第二电极2之间供给控制电流和探测电压直到电压达到预定值这两个状态间交替切换。
具有本发明气体存储辅助系统40的气体存储装置26示出在图14中。在图14中用虚线示出的部分表示气体存储装置26，用实线示出的部分表示气体存储辅助系统40。
通道41具有连接气体进口和出口部分27的开口部分上的结构，以使气体不会泄漏，气体进口和出口部分27配备在气体存储装置26内。气体由罐47向通道41供应。
压力探测机构42是用来探测通道41内气体压力值的手段，而且，例如，它将隔板相对于阻力值的位移变成类似(analog)的压力值P1。布置压力探测机构42，用于探测气体存储装置26中气体进口和出口部分27的压力，也即，探测从气体进口和出口部分27一侧施加在第二电极2上的压力。由于通道41连接到气体进口和出口部分27，因此它们具有基本上相同的压力。该压力探测机构42配备在通道41附近，从而可以实现这一目的。
第一接线端48和第二接线端49与气体存储装置26的第一电极端39和第二电极端38保持电接触。
切换部分46是借助于电导线连接到第一接线端48和第二接线端49上的切换手段。
触点S0与S1，以及触点S3与S4同时接通。当切换信号C1改变时，触点S0与S2，以及触点S3与S5同时接通。切换信号C1由计算手段44发出。当切换开关的切换元件43a和44a与触点S1和S4相连时，压力电压探测部分43探测第一电极1和第二电极2之间产生的电压。当切换元件43a和44a与触点S2和S5相连时，预定电流就从电流供应部分45向第一接线端48和第二接线端49供给。
电流的方向和大小取决于电流控制信号C2，这些值由计算部分44计算。
如下所述，排出气体存储装置26内气体的操作以与本发明的减压装置相同的方式来进行。
在气体存储装置26的第一电极端39与第二电极端38之间，产生对应于存储部分33与气体进口和出口部分27之间压力差的电压，并借助于连接线36和连接线37将该电压导向微型开关31的各个触点。当气体进口和出口部分27的压力降低至规定值或更小时，微型开关31的触点连通(ON)。这样，基于产生的电压，电流就提供给第二电极2和第一电极1，离子提供给离子导体3。结果，气体存储部分33内的气体压力被降低，而且压力降低的气体被提供给气体进口和出口部分27。当气体进口和出口部分27填充有足够量的气体时，微型开关31的触点关闭(OFF)，中断第二电极2和第一电极1的电流。相应地，离子的传导也中断，从而停止气体存储部分33内的气体进入气体进口和出口部分27。
作为微型开关31的接触形式，当使用磁滞(hysteresist)特性类型(即不同的压力会使开关切换为每个状态ON/OFF)的开关时，开关的ON/OFF操作可以缓慢地在规定压力变化范围内重复。从而，开关触点的寿命就能被有效地延长。
这样，由于气体进口和出口部分27充有规定压力的气体，因此该规定压力的气体就能够从开口部分排出。在这一操作的过程中，不需要外部电能，由此就能够得到高可靠性且便于维护的气体存储装置。
现在，参看上述图12至14，说明气体存储装置26内存储气体的操作。
当存储气体时，气体存储装置26连接到气体存储辅助系统40，以存储气体。
暂时地移走气体存储装置26的连接线36和连接线37，或者其中一个连接线用配备在中途(halfway)的开关(未示出)断开。接着，通道41连接到气体进口和出口部分27的开口部分上，第一接线端48和第二接线端49连接到第一电极端39和第二电极端38上。
用切换信号C1将切换部分46切换至压力探测操作侧，并用压力电压探测部分43探测压力电压。此处，第二电极2处的压力被探测作为来自压力探测机构42的输出P1。相应地，通过用于替代上述式(1)的获得值，来得到气体存储部分33处的气体压力，作为P2。
当压力P2低于气体存储部分33的压力璧32的耐压时，即使气体存储部分再填充气体，压力璧32也不会破裂。从而，气体存储部分可以进一步地填充气体。为了使气体流向气体存储部分33，用切换信号C1切换该切换部分46来提供电流，而且向第二电极2和第一电极1施加规定电流，其方向与气体排出所施加电流方向相反。
当电流强度进一步增加时，气体的流动量也进一步增大，从而气体存储部分可以快速地填充气体。但是，当供给过量电流时，离子导体3可能会破裂。因此，电流需要处在一定限制的范围内。
作为规定的电流，可以在填充气体的所有时间内提供恒定的电流，或者可以根据填充气体的过程来任意地控制电流量。
切换部分46的切换交替地进行，以交替地用气体填充存储部分33和监控存储部分33的压力。这样，存储部分33内气体的压力就不停地升高，直到最终得到规定的压力。
从而，在监控存储部分33的压力同时，而在存储部分33内不配置压力传感器时，存储部分33可以安全地填充气体。因此，存储部分33的结构就可以有效地简单化。另外，在气体存储辅助系统40侧，由于并不存在有处于高压下的部分，因此气体存储辅助系统40本身非常廉价，而且同时可以安全地用在普通的家庭中。
图15示出在图12的气体存储装置26中配备其它电化学电池的实例。因为与图12中用相同标号表示的部分具有相同的操作功能，所以省略了其详细的说明。
布置第三电极21与气体进口和出口部分27的开口部分接触。第二质子导体23布置在第三电极21和第四电极22之间。第三接线端50电连接至第三电极21。第四接线端51连接至第四电极22。52所示的箭头标志表示向第四电极22提供液态材料或者气态材料。
现在，说明图15所示这种气体存储装置的操作。
当向第三电极21和第四电极22供应特定的材料时，依据第三电极21、质子导体23和第四电极22的作用，图15所示本发明的气体存储装置可以充当燃料电池。此时，依据分别提供给电极膜的材料，第三电极21充当阳极或阴极，第四电极22充当阴极或阳极。例如，当向第三电极21供给氢气，向第四电极22供给空气(含有氧的气体)或氧气时，第三电极21充当阳极，第四电极22充当阴极。从而，能够从第三接线端50得到负电压，从第四接线端51得到正电压。
直至气体进口和出口部分27内获得规定压力气体的操作与上面描述的相同。
当向第四接线端51施加正电压，向第三接线端50施加负电压，而且向第四电极22供给纯水或水蒸气时，在气体进口和出口部分27内就能得到氢气。对气体进口和出口部分27内的氢气增压，以将气体存储在气体存储部分33内的操作与上面描述的相同。
这种装置是能够生成气体例如氢气并能够产生能量的紧凑、便携式装置。因此，这种装置适合于室外使用电能的情形，并适合用作紧急情况下的电源。
图16示出带有显示部分53的气体存储装置126，该显示部分53显示气体存储装置26的状态。上述的状态例如指的是气体存储部分33内的压力，气体存储部分33内气体的填充状态，气体的剩余量，或者电化学电池是否正常工作等，该电化学电池具有第一电极1和第二电极2，且上述电极具有催化剂来促进离子键合或离子离解。
当由上述式(1)表示的能斯脱公式来推定气体进口和出口部分27的压力时，就能够识别出气体存储部分33的压力。在气体存储装置26工作时，依据压力探测手段28的工作，气体进口和出口部分27保持在规定的压力下。这样，就能够掌握气体存储部分33的压力。
同时，气体存储部分33的压力也显示出气体存储部分33内气体的填充状态。由于气体存储部分33内压力的降低意味着填充气体数量的减少，因此借此就能够识别气体的填充状态或剩余量。
当在该装置工作的同时电化学电池正常工作时，配备在压力探测手段28内的微型开关31重复ON/OFF操作。因此，当探测这些操作时，就可以确定电化学电池的操作是否正常。
显示部分53包括例如电压表或发光元件如LED。连接线54连接在第二电极2上，连接线55连接在第一电极1上。连接开关56连接在这些连接线上。仅当使用显示部分53时，才按压按钮57连通电路。通常，显示部分53与电极膜断开。
当显示部分53是电压表时，该电压表的指针依据微型开关31的ON/OFF操作进行摆动。在ON时，由于第一电极1和第二电极2是短路连接，因此电压表的指针指零。在OFF时，产生电压，即，产生对应于压力差的电压。
尽管电压表的内阻很高，但是仍然会在两个电极之间经常不断地提供很小的电流。这样，就有非常少量的气体从气体存储部分33流出。因此，当不需要显示时，理想地是显示部分53与电路断开。显示部分53可以是视觉可识别的探测手段像LED，或者可以是依据听觉的手段像蜂鸣器。可以通过利用阻抗划分(resistance division)来调节LED的发光起始电压和气体存储部分33的压力，或者设定蜂鸣器绕组的规格来任意地布置操作点。
因此，就可以显示气体存储装置26的状态，而不需要外部电源。而且，可以有效地估算再充满时间，探测气体的剩余量，以及方便地识别气体存储装置26的正常操作。
图17示出多个电化学电池配备置在气体存储装置26中形成多级结构的实例。
向高压一侧58供给高压气体。从低压气体侧59排出要使用的气体。电化学电池60至65以这样的方式进行配置，即各个空室66至70分别布置在两个电化学电池之间。每个电化学电池都具有夹在两个气体扩散电极之间的质子导体。气体扩散电极接触质子导体的表面承载有催化剂。
每个电化学电池中每个电极的控制方法与前面所述实施方式中的相同，因此在此省略了其说明。
根据本发明的装置，设定每个电化学电池两侧处的差压(differentialpressure)等于一个规定的常数，以顺序进行减压操作，从而施加在每个电化学电池单体(single body)上的差压就可以减小。例如，当配备六个电化学电池时，假定施加在一个电化学电池上的差压是20个大气压，施加在低压侧59的差压是一个大气压，则高压侧58的压力是121个大气压。无论压力差多大，例如120个大气压，电化学电池的耐压力都可以承受20个大气压。因此，该装置的设计就有利地简单化。
在图17示出的这种装置中，空室分别配备在两个电化学电池之间。然而，当不需要具有探测空室压力的功能时，这些空室就不再需要。图18示出在两两电化学电池之间没有配置空室这样一种装置的截面示意图。
电化学电池71至76的基本结构与图17中示出的相同。但是，气体扩散电极通常可以以下级气体扩散电极的方式使用。相应地，气体扩散电极的数目就减少，而且在两个电化学电池间没有配备空室。
现在，在下面说明这种装置的操作。
在气体扩散电极77表面上承载的催化剂78的作用下，供应的氢气电学地离解为电子和质子。由于质子导体79的作用，这些电学离解的质子在整个质子导体内移动。同时，在气体扩散电极80表面上承载的催化剂81的作用下，这些质子与这些电子键合，再次变成氢气。从而，氢气就在具有很多气体可以穿过的孔的气体扩散电极80内进行扩散。
氢气依照浓度分布透过气体扩散电极80，并在气体扩散电极80另一表面上承载的催化剂82的作用下再次离解为质子和电子。由于质子导体83的作用，这些电学离解的质子移动，并到达气体扩散电极84。在气体扩散电极84表面上承载的催化剂85的作用下，这些质子再次在气体扩散电极84处还原成氢气。
重复上述过程，顺序地降低压力。此时，如上所述，探测气体扩散电极80和气体扩散电极84之间的电压。相应地，例如，当依照产生的电压相互导通此两极，以向气体扩散电极80和气体扩散电极84供应电流时，气体扩散电极80和气体扩散电极84之间的压力差就可以保持为规定值。可以使这些气体扩散电极和这些质子导体的耐压性基本上相等。
在本实施方式中，描述了氢气用作气体的实例。然而，也可以使用氧气。在那种情形中，作为离子导体，优选采用氧化锆。
本发明并不限于上面所述参看附图的各种实施方式。很显然，对于本领域的普通技术人员，可以在不脱离本发明所附权利要求及其要旨的范围内，对本发明作出各种修改、替代及替换。
工业实用性依照本发明，由于机械可移动的部分并不设在这种装置中，因此就可以得到紧凑、耐用而又无声的减压装置、电化学装置、减压增压装置、气体存储装置和气体存储辅助系统，以及驱动这些装置的方法。
可以利用本发明使该装置紧凑而又便携。因此，例如，就能够得到可以单个地携带而且可以容易地操作用气体如氢气驱动的各种器件的电化学装置。
权利要求
1.一种气压调节器，包括电化学电池，其包含将气体分解为离子的第一电极，将所述第一电极处产生的离子再次转化为所述气体的第二电极，以及夹在所述两个电极之间的离子导体；布置在所述电化学电池一侧的高压容器。
2.依照权利要求1的气压调节器，还包括用于向所述第一电极和第二电极的两端都提供控制电流的手段，其中控制所述控制电流的量来控制流经所述两个电极的气体的流量。
3.依照权利要求1的气压调节器，其中所述气体是氢气或氧气。
4.依照权利要求1的气压调节器，其中所述离子导体是由能够透过电离气体的电解质材料制成的膜。
5.依照权利要求1的气压调节器，其中所述第一电极和第二电极是电极膜，该电极膜上承载有能够离子平衡所述气体的催化剂。
6.依照权利要求1的气压调节器，其中低压容器布置在所述电化学电池的另一侧，所述电化学电池充当气体隔墙的作用，而且具有用于当在所述电化学电池两侧间产生压力差时，通过控制所述两个电极间的电势来调节压力的手段。
7.依照权利要求6的气压调节器，其中由所述压力差生成的电动势是被短路的，或者所述压力由可变电阻器来调节。
8.依照权利要求1的气压调节器，其中多个电化学电池沿气体流动方向平行地布置，而且具有多级结构。
9.依照权利要求1的气压调节器，其中当所述充当气体隔墙的电化学电池的两侧都具有封闭的容器，且当一侧充当高压气体罐，另一侧连接到气体消耗系统上时，压力传感器布置在所述另一侧的封闭容器内，而且所述压力传感器与连接在所述电化学电池两个电极间的继电器开关联动，而起作用以补偿气体的消耗。
10.依照权利要求1的气压调节器，其中所述电化学电池充当气体精制过滤器。
11.依照权利要求1的气压调节器，其中所述离子导体是质子导体，该质子导体用衍生物通过向形成物质的碳原子引入质子离解基团来形成，该物质具有作为主要成分的至少一种选自富勒烯分子、碳作为主要成分的簇、和具有管状或线性碳的结构体的材料，而且在所述第一电极处生成的质子通过所述质子导体移向所述第二电极。
12.依照权利要求11的气压调节器，其中所述质子离解基团是-XH(X表示具有二价键的任意的原子或原子团，H表示氢原子)。
13.依照权利要求12的气压调节器，其中所述质子离解基团是-OH或-YOH(Y表示具有二价键的任意的原子或原子团)。
14.依照权利要求13的气压调节器，其中所述质子离解基团是选自-OH，-OSO3H，-COOH，-SO3H，-OPO(OH)2和-C6H4-SO3H中任一个的基团。
15.依照权利要求11的气压调节器，其中所述富勒烯分子是球壳型碳簇分子Cm(m表示使Cm形成球壳结构的自然数)。
16.一种电化学装置，包括电化学电池，其包含将氢气分解为质子的第一电极、将在所述第一电极处产生的质子再次转化为所述氢气的第二电极、以及夹在所述两个电极间的质子导体；布置在所述电化学电池第一电极侧的高压容器，以容纳包含所述氢气的气态材料；和气体消耗部分，其包含减压部分，其中所述电化学电池起作用来降低所述高压容器内的压力；氢气存储部分，其与在所述减压部分内的第二电极侧相接触而布置；第三电极，其与所述氢气存储部分相接触而布置，以将从所述氢气存储部分供给的氢气分解为质子；将在所述第三电极处生成的质子转化成水的第四电极；和夹在所述两个电极之间的质子导体；在所述第四电极处质子转化成水，以导出所述第三电极和第四电极之间的电化学能。
17.依照权利要求16的电化学装置，其中向不与所述质子导体接触的所述第四电极的表面供应氧气或含有氧的气体，以与经过所述质子导体的质子反应，并将质子转化成水，而且导出在所述第三电极和所述第四电极之间的电化学能。
18.一种气体存储装置，包括用于引入或排出气体的气体进口和出口部分；用于存储气体的气体存储部分；和布置在所述气体存储部分内的电化学电池，所述电化学电池包括将所述气体分解为离子的第一电极、将在所述第一电极处产生的离子再次转化成所述气体的第二电极、和夹在所述两个电极间的离子导体；其中依照所述电化学电池的功能，通过所述气体进口和出口部分，所述气体供给到所述气体存储部分或从所述气体存储部分排出，以降低或增加所述气体存储部分内的压力。
19.依照权利要求18的气体存储装置，还包括气体存储辅助系统，该气体存储辅助系统包括用于向所述气体存储装置内的气体进口和出口部分供给气体的气体通道；用于探测所述气体通道内气压的压力探测手段；探测所述第一电极和第二电极间所产生的压力的压力探测手段；基于所述气压和电压用于计算控制电流信号的计算手段；用于产生控制电流的电流供应手段；和用于在所述第一电极与第二电极间供应所述控制电流的状态与探测所述电压直到所述电压达到预定值的状态之间交替切换的切换手段。
20.一种气压调节方法，包括在第一电极处将气体分解成离子的分解步骤；将分解的离子通过离子导体传导至第二电极侧的传导步骤，该离子导体夹在所述第一电极和第二电极之间；和在所述第二电极处将被传导的离子再次转化成所述气体的转化步骤。
21.依照权利要求20的气压调节方法，其中向所述第一电极和第二电极的两端提供控制电流，控制所述控制电流的量来控制流过所述两个电极的气体的流量。
22.依照权利要求20的气压调节方法，其中包含所述第一电极、第二电极和离子导体的电化学电池充当气体隔墙，而且当在所述电化学电池两侧产生压力差时，控制所述两个电极间的电势来调节压力。
23.依照权利要求22的气压调节方法，其中从所述压力差生成的电动势被短路，或者所述压力由可变电阻器来调节。
24.依照权利要求22的气压调节方法，其中当高压气体储罐布置在所述用作气体隔墙的电化学电池一侧，且连接到气体消耗系统的封闭容器布置在另一侧时，压力传感器布置在所述另一侧的封闭容器内，而且该压力传感器与连接在所述电化学电池两个电极间的继电器开关联动，起作用以补偿气体的消耗。
全文摘要
本发明涉及一种气压调节装置，包括电化学电池(4)，包含将气体分解为离子的第一电极(1)，将所述第一电极(1)处产生的离子再次转化为所述气体的第二电极(2)，以及夹在所述两个电极(1)和(2)之间的离子导体(3)；和配备在所述电化学电池(4)一侧的高压容器(5)。在这种装置中，气体在第一电极(1)处分解成离子。使分解的离子穿过夹在第一电极(1)和第二电极(2)之间的离子导体(3)，并被传导至第二电极(2)一侧。在第二电极(2)处，被传导的离子再次转化成气体。
文档编号B01D53/32GK1620576SQ0380244
公开日2005年5月25日 申请日期2003年1月17日 优先权日2002年1月18日
发明者和智滋明, 丸山竜一郎, 阿多诚文 申请人:索尼株式会社