專利名稱：分隔式電化學(xué)電池和低成本高純度氫化物氣體生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)方法和裝置領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及第IV
和V族揮發(fā)性氬化物的分隔式電化學(xué)電池合成和生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生氧
氣，和進(jìn)行該合成的反應(yīng)器。設(shè)計(jì)合成和反應(yīng)器更有效地產(chǎn)生基本不含氧氣的高純度氬化物。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造和摻雜要求高純度氣體。通常這些氣體危險(xiǎn)有毒。商業(yè)
壓縮集氣筒在幾千磅/平方英寸壓力下儲(chǔ)存氣體并包含1到io磅氣體。
因此，這些材料的集中生產(chǎn)、運(yùn)輸和存放對(duì)與它們?cè)谝黄鸸ぷ鞯娜藗兇嬖谖：Α?br> 為了避免這些危害，已開發(fā)了一種裝置只在需要這些危險(xiǎn)氣體的時(shí)
候產(chǎn)生它們；如在半導(dǎo)體制造廠中的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器處。例如，W. M. Ayers在美國(guó)專利5158656和6080297中描述了供應(yīng)適當(dāng)壓力的揮發(fā)性氫化物用于引入到化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器內(nèi)的電化學(xué)裝置和方法。這類方法通過(guò)在非分隔式電化學(xué)電池中使用犧牲陽(yáng)極(即腐蝕成氧化物的電極)和氫氧化物基電解質(zhì)由相應(yīng)的金屬陰極產(chǎn)生金屬氫化物氣體和氫氣。但是，由于犧牲陽(yáng)極金屬如鉬和鎢的高成本，這類方法對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上沒有吸引力。
Porter在美國(guó)專利4178224中公開了 一種合成胂氣的電化學(xué)方法，其在具有氧氣析出陽(yáng)極的酸性電解質(zhì)中利用溶解的砷鹽。但是，對(duì)于這種方法，胂濃度限制到小于25%。 Porter方法的另一限制在于需要在電化學(xué)電池分開的陽(yáng)極和陰極區(qū)平衡壓力和液位。這需要惰性氣體供應(yīng)到電化學(xué)過(guò)程中。
Bouard在美國(guó)專利5425857中公開了 一種利用包含砷鹽的電解質(zhì)和酸的電化學(xué)方法，其在分開式電化學(xué)電池中運(yùn)行，在陰極室中產(chǎn)生胂和氬氣，在陽(yáng)極室中產(chǎn)生氧氣。該方法因需要使用輔助氣體分離槽和多個(gè)泵而有負(fù)擔(dān)。另外，需要同時(shí)計(jì)量和添加酸和砷鹽兩者來(lái)維持過(guò)程。
美國(guó)專利5427659和5474659公開了用電解質(zhì)水溶液在避免氧氣形
8成的條件下電化學(xué)產(chǎn)生氫化物氣體。氫化物產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所需要的。
因此，盡管不斷努力提供用于生產(chǎn)和輸送氫化物氣體的有效裝置， 本領(lǐng)域中仍然需要提高被輸送氫化物氣體的質(zhì)量和數(shù)量，尤其是基本不 含氧氣產(chǎn)物流的氫化物的質(zhì)量和數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一種實(shí)施方案包括用于產(chǎn)生金屬M(fèi)]的氫化物氣體的裝 置，該裝置包括
分隔式電化學(xué)電池，其包括
(a) 管狀外殼，其中管狀外殼的至少一部分包含金屬M(fèi)2;
(b) 電絕緣體底部；
(c) 包括陰極氣體出口、陽(yáng)極氣體出口和入水口的電絕緣體頂蓋；
(d) 將分隔式電化學(xué)電池分隔成陰極室和陽(yáng)極室的分隔器，其中 所述分隔器與陽(yáng)極和陰極電路電絕緣；
(e) 包括陰極和陰極氣體出口的陰極室，其中所述陰極選自金屬 的實(shí)心棒和金屬M(fèi)!顆粒的固定床；
(f) 包括陽(yáng)極、陽(yáng)極氣體出口和入水口的陽(yáng)極室，其中所述陽(yáng)極為 所述包含金屬M(fèi)2的至少部分管狀外殼；
部分填充陰極室和陽(yáng)極室的包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)水 溶液；
與陰極氣體出口相連的第一控制閥； 與陽(yáng)極氣體出口相連的第二控制閥；和 與入水口相連的第三控制閥；
其中陰極和陽(yáng)極-波至少部分浸沒在電解質(zhì)水溶液中。 本發(fā)明的另一種實(shí)施方案包括在分隔式電化學(xué)電池中產(chǎn)生金屬1Vh 的氫化物氣體的方法，其中所述分隔式電化學(xué)電池包括(a)管狀外殼， 其中管狀外殼至少部分包含金屬M(fèi)2; (b)電絕緣體底部；(c)包括 陰極氣體出口、陽(yáng)極氣體出口和入水口的電絕緣體頂蓋；(d)將分隔 式電化學(xué)電池分隔成陰極室和陽(yáng)極室的分隔器，其中分隔器與陽(yáng)極和陰 極電路電絕緣；(e)包括陰極和陰極氣體出口的陰極室，其中陰極選 自金屬M(fèi)！的實(shí)心棒和金屬M(fèi)!顆粒的固定床；和(f)包括陽(yáng)極、陽(yáng)極 氣體出口和入水口的陽(yáng)極室，其中陽(yáng)極為所述包含金屬M(fèi)2的至少部分管狀外殼；所述方法包括步驟
在陰極室和陽(yáng)極室中提供包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)液體 水溶液；其中陰極和陽(yáng)極被至少部分浸沒在電解質(zhì)水溶液中； 供應(yīng)電力到分隔式電化學(xué)電池；
通過(guò)使用連接到陰極氣體出口和陽(yáng)極氣體出口的控制閥控制壓差 △ P=Pc-Pa，其中Pc為陰極室中的壓力，以及Pa為陽(yáng)極室中的壓力； 使壓差A(yù)P增加；
通過(guò)陰極氣體出口釋放在陰極室中作為氫化物氣體產(chǎn)生的氣體； 通過(guò)陽(yáng)極氣體出口釋放在陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氣體；并關(guān)閉控制閥。 本發(fā)明的又一種實(shí)施方案包括產(chǎn)生砷金屬的氫化物氣體的裝置，該 裝置包括
分隔式電化學(xué)電池，其包括
(a) 管狀外殼，其中管狀外殼的至少一部分包含金屬鎳；
(b) 電絕緣體底部；
(c) 包括陰極氣體出口、陽(yáng)極氣體出口和入水口的電絕緣體頂蓋；
(d) 將分隔式電化學(xué)電池分隔成陰極室和陽(yáng)極室的分隔器，其中 分隔器與陽(yáng)極和陰極電路電絕緣；
(e) 包括陰極和陰極氣體出口的陰極室，其中陰極選自As的實(shí)心 棒和金屬As顆粒的固定床；
(f) 包括陽(yáng)極、陽(yáng)極氣體出口和入水口的陽(yáng)極室，其中陽(yáng)極為所述 包含金屬鎳的至少部分管狀外殼；
部分填充陰極室和陽(yáng)極室的包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)水 溶液；
與陰極氣體出口相連的第一控制閥；
與陽(yáng)極氣體出口相連的第二控制閥；
與入水口相連的第三控制閥；和
其中陰極和陽(yáng)極被至少部分浸沒在電解質(zhì)水溶液中。
本發(fā)明的又一種實(shí)施方案包括在分隔式電化學(xué)電池中產(chǎn)生砷金屬 的氫化物氣體的方法，其中分隔式電化學(xué)電池包括(a)管狀外殼，其 中管狀外殼的至少一部分包含金屬鎳；(b)電絕緣體底部；(c)包括 陰極氣體出口、陽(yáng)極氣體出口和入水口的電絕緣體頂蓋；(d)將分隔 式電化學(xué)電池分隔成陰極室和陽(yáng)極室的分隔器，其中分隔器與陽(yáng)極和陰極電路電絕緣；(e)包括陰極和陰極氣體出口的陰極室，其中陰極選 自As的實(shí)心棒和金屬As顆粒的固定床；和(f)包括陽(yáng)極、陽(yáng)極氣體 出口和入水口的陽(yáng)極室，其中陽(yáng)極為所述包含金屬鎳的至少部分管狀外
殼；該方法包括步驟
在陰極室和陽(yáng)極室中提供包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)液體 水溶液；其中陰極和陽(yáng)極被至少部分浸沒在電解質(zhì)水溶液中；
供應(yīng)電力到分隔式電化學(xué)電池；
通過(guò)使用連接到陰極氣體出口和陽(yáng)極氣體出口的控制閥控制壓差 △ PHPc-Pa,其中Pc為陰極室中的壓力，以及Pa為陽(yáng)極室中的壓力； ^f吏壓差A(yù)P增加；
通過(guò)陰極氣體出口釋放在陰極室中作為氫化物氣體產(chǎn)生的氣體； 通過(guò)陽(yáng)極氣體出口釋放在陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氣體；并關(guān)閉控制閥。 本發(fā)明的又一種實(shí)施方案包括產(chǎn)生砷金屬的氫化物氣體的裝置，該 裝置包括
分隔式電化學(xué)電池，其包括
(a) 至少部分包含金屬M(fèi)2的U形管狀外殼； 其中
U形管狀外殼的一側(cè)形成陰極室； U形管狀外殼的另一側(cè)形成陽(yáng)極室；和
U形管狀外殼的底部部分包括連接陰極室和陽(yáng)極室同時(shí)防止陰極氣 體與陽(yáng)極氣體混合的電絕緣體；
(b) 陰極室包括陰極和和包含陰極氣體出口的電絕緣體頂蓋，其 中陰極選自金屬的實(shí)心棒和金屬M(fèi)i顆粒的固定床；
(c) 陽(yáng)極室包括陽(yáng)極和包括陽(yáng)極氣體出口和入水口的電絕緣體頂 蓋，所述陽(yáng)極為包含金屬M(fèi)2的U形管狀外殼的另 一側(cè)；
部分填充陰極室和陽(yáng)極室的包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)水 溶液；
與陰極氣體出口相連的第一控制閥；
與陽(yáng)才及氣體出口相連的第二控制閥；
與入水口相連的第三控制閥；和
其中陰極和陽(yáng)極被浸沒在電解質(zhì)水溶液中。
本發(fā)明的又一種實(shí)施方案包括在分隔式電化學(xué)電池中產(chǎn)生金屬的氫化物氣體的方法，其中分隔式電化學(xué)電池包括(a)至少部分包含 金屬M(fèi)2的U形管狀外殼；其中U形管狀外殼的一側(cè)形成陰極室；U形 管狀外殼的另 一側(cè)形成陽(yáng)極室；和U形管狀外殼的底部部分包括連接陰 極室和陽(yáng)極室同時(shí)防止陰極氣體與陽(yáng)極氣體混合的電絕緣體；(b)陰 極室包括陰極和和包括陰極氣體出口的電絕緣體頂蓋，其中陰極選自金 屬M(fèi)!的實(shí)心棒和金屬M(fèi)i顆粒的固定床；(c)陽(yáng)極室包括陽(yáng)極和包括 陽(yáng)極氣體出口和入水口的電絕緣體頂蓋，所述陽(yáng)極為包含金屬M(fèi)2的U 形管狀外殼的另一側(cè)；該方法包括步驟
在陰極室和陽(yáng)極室中提供包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)液體 水溶液；其中陰極和陽(yáng)極;故至少部分浸沒在電解質(zhì)水溶液中；
供應(yīng)電力到分隔式電化學(xué)電池；
通過(guò)使用連接到陰極氣體出口和陽(yáng)極氣體出口的控制閥控制壓差 △ P=Pc-Pa,其中Pc為陰極室中的壓力，且Pa為陽(yáng)極室中的壓力； 使壓差A(yù)P增加；
通過(guò)陰極氣體出口釋放在陰極室中作為氫化物氣體產(chǎn)生的氣體；
通過(guò)陽(yáng)極氣體出口釋放在陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氣體；并關(guān)閉控制閥。
在上面實(shí)施方案中，M!為選自Sb、 As、 Se、 P、 Si、 Ge、 Pb、 Cd 和其組合中的金屬或金屬合金；M2為適合陽(yáng)極氧氣產(chǎn)生的金屬或金屬合 金，包括鎳、銅、不銹鋼和鋁以及它們的組合；M3選自堿金屬和堿土金 屬；并且電解質(zhì)水溶液中的M3OH為2wty。到45wt%;另夕卜，M3OH選 自NaOH、 KOH、 LiOH、 CsOH、 NH4。H和它們的組合。
另外，分隔式電化學(xué)電池在以下條件下操作約IOO到約15,000A/m2 的電流密度下；或恒定電壓V為約2到約15伏；溫度為約15。C到約100 。C; Pc和Pa為約50,000到約500,000Pa;和△ P為約1到約10,000Pa; 并且水;波連續(xù)或間歇加入到陽(yáng)極室中。
分隔器為部分延伸到電解質(zhì)水溶液中以防止陽(yáng)極氣體與陰極氣體 混合的實(shí)心不可滲透間壁。
或者，分隔器為實(shí)心不可滲透間壁和多孔可滲透隔膜的組合，其中 多孔可滲透隔膜中的孔尺寸小于陽(yáng)極室和陰極室中產(chǎn)生的氣泡以防止 氣泡的混合；并且分隔器至少部分延伸到電解質(zhì)水溶液內(nèi)以防止陽(yáng)極氣 體與陰極氣體混合。
上面的實(shí)施方案還包括覆蓋分隔式電化學(xué)電池管狀外殼的傳熱夾
12套，其包括用于循環(huán)冷卻流體的入口和出口 ，以控制分隔式電4匕學(xué)電池
的溫度。


圖1:具有"U形，，構(gòu)造的分隔式電化學(xué)電池。陰極由氫化物金屬 制成的實(shí)心金屬棒組成。
圖2:具有"U形"構(gòu)造的分隔式電化學(xué)電池。陰極由氫化物金屬 制成的金屬顆粒的固定床組成。
圖3:具有"套管"構(gòu)造的分隔式電化學(xué)電池。實(shí)心間壁分隔電化 學(xué)電池。陰極由氬化物金屬制成的實(shí)心金屬棒組成。
圖4:具有"套管，，構(gòu)造的分隔式電化學(xué)電池。實(shí)心間壁分隔電化 學(xué)電池。陰極由氫化物金屬制成的金屬顆粒的固定床組成。
圖5:具有"套管"構(gòu)造的分隔式電化學(xué)電池。實(shí)心間壁聯(lián)接多孔 隔膜分隔電化學(xué)電池。陰極由氫化物金屬制成的實(shí)心金屬棒組成。
圖6:具有"套管，，構(gòu)造的分隔式電化學(xué)電池。實(shí)心間壁聯(lián)接多孔 隔膜分隔電化學(xué)電池。陰極由氫化物金屬制成的金屬顆粒的固定床組 成。
圖7: AsH3/02分隔式電化學(xué)電池的典型工作曲線。 圖8:顯示分析器中殘余物種的氦氣中本底四極質(zhì)譜。 圖9:陰極氣體的四極質(zhì)譜。 圖10:用氮?dú)庀♂尩年?yáng)極氣體的四極質(zhì)譜。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了連續(xù)生產(chǎn)用在電子和太陽(yáng)能電池材料制造中的基本 不含氧氣的高質(zhì)量和低成本氫化物氣體的裝置和方法。
目前，氫化物氣體可在散裝高壓瓶中得到或被吸附在固體載體上。 氫化物氣體極其有毒，大批儲(chǔ)存它們的替代方案是通過(guò)電化學(xué)產(chǎn)生提供 氪化物氣體的原位生產(chǎn)。本發(fā)明考慮減少實(shí)時(shí)氫化物氣體總量到任何散 裝儲(chǔ)存系統(tǒng)中要存在的數(shù)量的微小部分。另外，在使用氫化物氣體的設(shè) 施中存在突發(fā)安全問題情況下，可通過(guò)關(guān)閉電流立即切斷分隔式電化學(xué) 電池提供的氬化物生產(chǎn)。預(yù)先裝備有金屬陰極的分隔式電化學(xué)電池可被 運(yùn)輸(電池中沒有氬化物氣體)并存放在現(xiàn)場(chǎng)操作位置，不用擔(dān)心氬化物氣體泄漏。
另外，在目前的胂生產(chǎn)方法中，使砷化鋅與碌u酸反應(yīng)產(chǎn)生粗胂氣流 和-故砷污染的殘余石充酸鋅固體廢物流。這種廢物流必須在特定的有害廢 物填埋場(chǎng)中被處置。如果使用產(chǎn)生最少固體廢物的本發(fā)明，則可避免經(jīng) 濟(jì)/環(huán)境處罰。利用單獨(dú)添加補(bǔ)充水，電解質(zhì)基本穩(wěn)定，并允許電解質(zhì)被 重復(fù)使用。
目前的砷化鋅生產(chǎn)方法產(chǎn)生包含石克雜質(zhì)的粗氣體。它們必須被除 去。本發(fā)明避免了這些雜質(zhì)。但是，新方法必須以避免氧氣污染胂氣體 的方式操作。
開發(fā)了由氬化物的相應(yīng)金屬陰極進(jìn)行氫化物的原位電化學(xué)生產(chǎn)。在 這些方法中，陽(yáng)極為犧牲金屬，如鉬、鎘或鎢，它們昂貴并產(chǎn)生鹽廢物。 在本發(fā)明中，只消耗水和金屬陰極，避免了昂貴的犧牲陽(yáng)極。下面顯示
了我們方法中的總化學(xué)過(guò)程，其中CE (0-1)為電化學(xué)過(guò)程的胂電流效 率。我們方法的典型值為CE=0.80-0.95。
^CE As + 2 H20 — 02 + 2(1-CE)H2 +^CE AsH3 3 3
裝置包括分隔式電化學(xué)電池，其中實(shí)心砷棒用作陰極，鎳管用作陽(yáng)
極。電解質(zhì)為任何氫氧化物水溶液，例如20-25%氫氧化鉀水溶液。
將電化學(xué)電池分隔成陽(yáng)極室和陰才及室，從而氧氣和胂氣體不會(huì)混 合。氣體經(jīng)由獨(dú)立的出口在它們各自室的氣相中離開。存在兩種可選方 案將電化學(xué)電池分隔并阻止氣體混合。 一種可選方案使用實(shí)心間壁，另 一種可選方案使用實(shí)心間壁結(jié)合多孔隔膜。
任選的圓柱形分隔式電化學(xué)電池設(shè)計(jì)允許過(guò)程在高于大氣壓的壓 力下有效運(yùn)行，有利于除去雜質(zhì)如水并供給到處理氫化物氣體的輔助設(shè) 備。操作方法包括步驟保持液位以確保金屬氫化物氣體和氧氣不會(huì)混 合；從陰極室連續(xù)除去氫化物氣體和從陽(yáng)極室連續(xù)除去氧氣；當(dāng)水消耗 時(shí)持續(xù)替換水；控制液位以確保保持液封；控制供應(yīng)到分隔式電化學(xué)電 池的電流以確保容器不會(huì)加壓；控制氫化物流純度使得它基本不含氧 氣。
圖1-6圖示了具有分開的陽(yáng)極室和陰極室的分隔式電化學(xué)電池設(shè)計(jì)
的變體。
14下面為圖1到6中使用的關(guān)鍵符號(hào)。
20=分開陽(yáng)極室和陰極室的實(shí)心間壁，其與陽(yáng)極或陰極電路電絕緣。 它可由絕緣材料如高密度聚乙烯或金屬如不銹鋼制成，只要它與陽(yáng)極和 陰極電路絕緣即可
21=不導(dǎo)電可滲透隔膜 22=分隔式電化學(xué)電池夾套的冷卻流體出口 2 3=分隔式電化學(xué)電池夾套的冷卻流體入口
24=具有陽(yáng)極和陰極氣體開孔的實(shí)心蓋，它與陽(yáng)極和陰極電路電絕
緣
25=陰極室 26=陽(yáng)極室
27=傳熱夾套(不導(dǎo)電流體) 成的電絕緣體
29=連接陽(yáng)極室和陰極室并與陽(yáng)極室和陰極室電絕緣的底部液體管
道
30=砷電極，實(shí)心4奉或顆粒材料的固定床
31=還用作陽(yáng)極的分隔式電化學(xué)電池外殼，典型構(gòu)造為鎳
33=與砷床電接觸的金屬棒
40=陰極室的陰極氣體出口
41 =陽(yáng)4及室的陽(yáng)才及氣體出口
42=壓差轉(zhuǎn)換器/控制器
43=高壓轉(zhuǎn)換器/開關(guān)
44=電源
45=供入水口
50=電源高壓報(bào)警信號(hào)
51 =電源壓差控制信號(hào)
52=陽(yáng)極電力連接
53=陰極電力連接
54=高壓輸入
55=陰極室的壓差輸入
56=陽(yáng)極室的壓差輸入57=陰極氣體控制閥的控制信號(hào)
58=水控制閥的控制信號(hào)
5 9=陽(yáng)極氣體控制閥的控制信號(hào)
80=陰極氣體控制/計(jì)量閥
81==陽(yáng)極氣體控制/計(jì)量閥
82=水控制/計(jì)量閥
圖1和2顯示了設(shè)計(jì)有U形管狀外殼構(gòu)造的分隔式電化學(xué)電池，其 中電絕緣管道底部部分29連接陽(yáng)極室26和陰極室25。管道位置充分低 使得它用于分隔在陽(yáng)極室和陰極室處析出的氣體不會(huì)混合而是通過(guò)浮 力上升到它們各自室的氣體"頂部空間"區(qū)域(室26和25的頂部部分)。 使氣體通過(guò)氣體出口 40和41離開這些"頂部空間"區(qū)域?？赏ㄟ^(guò)進(jìn)口 45連續(xù)或間歇加入補(bǔ)充水。陽(yáng)極室和陰極室之間的連續(xù)液體連通是必需 的，以允許室之間的離子流動(dòng)，但是，應(yīng)提供允許這種連通的開口使得 上升的氧氣和胂氣泡不會(huì)再結(jié)合。
在圖3-6中，以"套管"構(gòu)造形式布置陽(yáng)極室和陰極室，其中陽(yáng)極 室為圍繞中心管狀陰極室的環(huán)形幾何空間。具體設(shè)計(jì)受制于材料可用性 或不同尺寸分隔式電化學(xué)電池的制造偏好。
圖3和4顯示了具有設(shè)計(jì)有實(shí)心間壁的"套管"結(jié)構(gòu)的分隔式電化 學(xué)電池實(shí)心不可滲透間壁20將電化學(xué)電池分隔成陽(yáng)極室26和陰極室 25。間壁20充分延伸到電解質(zhì)水溶液內(nèi)使得在陽(yáng)極室和陰極室處析出 的氣體不會(huì)混合而是通過(guò)浮力上升到它們各自室的氣體"頂部空間"區(qū) 域(室26和25的頂部部分)。使氣體通過(guò)氣體出口 40和41離開這些 "頂部空間"區(qū)域?？赏ㄟ^(guò)進(jìn)口 45連續(xù)或間歇加入補(bǔ)充水。陽(yáng)4及室和 陰極室之間的連續(xù)液體連通是必需的，以允許室之間的離子流動(dòng)，但是， 應(yīng)提供允許這種連通的開口使得上升的氧氣和胂氣泡不會(huì)再結(jié)合。
圖5和6顯示了具有設(shè)計(jì)有組合的實(shí)心間壁20和多孔/可滲透隔膜 21的"套管"結(jié)構(gòu)的分隔式電化學(xué)電池組合的間壁20和21將電化學(xué) 電池分隔成陽(yáng)極室26和陰極室25 。間壁20延伸到電解質(zhì)水溶液內(nèi)它與 多孔/液體可滲透隔膜21相鄰處。隔膜中的孔充分小到氧氣和胂氣泡不 能通過(guò)隔膜。這個(gè)隔膜可延續(xù)到分隔式電化學(xué)電池的底部，從而陽(yáng)極和 陰極室之間的液體連通只通過(guò)隔膜中的孔進(jìn)行。在陽(yáng)極和陰極處析出的 氣體不會(huì)混合而是通過(guò)浮力上升到它們各自室的氣體"頂部空間"區(qū)域
16(室26和25的頂部部分)。使氣體通過(guò)氣體出口 40和41離開這些"頂 部空間，，區(qū)域?？赏ㄟ^(guò)進(jìn)口 45連續(xù)或間歇加入補(bǔ)充水。陽(yáng)極室和陰極 室(26和25)之間通過(guò)隔膜21的連續(xù)液體連通是必需的，以允許室之 間的離子流動(dòng)。在圖3中，在允許液體流動(dòng)但阻止氣泡通過(guò)的"套管" 設(shè)計(jì)中，實(shí)心間壁20部分地被多孔隔膜21代替。 大量用于過(guò)程控制的構(gòu)造都是可能的。
1. 可設(shè)計(jì)差示轉(zhuǎn)換器/控制器42以在達(dá)到由陽(yáng)極室和陰極室55和 56的壓差輸入信號(hào)之間測(cè)量的唯一已設(shè)計(jì)壓差設(shè)定點(diǎn)時(shí)使用控制信號(hào) 51關(guān)閉來(lái)自電源44的電流。
2. 如果由壓力輸入54到高壓轉(zhuǎn)換器/控制器43測(cè)量的總壓力超過(guò) 預(yù)設(shè)計(jì)的壓力，則緊急關(guān)閉也是可以的。來(lái)自43的信號(hào)經(jīng)過(guò)控制信號(hào) 50到電源44以切斷電力。
3. 如果55和56之間的壓差超過(guò)控制設(shè)定點(diǎn)，則替代的控制方案 控制陰極和/或陽(yáng)極控制閥80和81 。
通過(guò)使用經(jīng)由入口 23的常規(guī)冷卻流體(不導(dǎo)電流體)源利用分隔 式電化學(xué)電池周圍的夾套27可以實(shí)現(xiàn)分隔式電化學(xué)電池的溫度控制， 其中冷卻流體經(jīng)由出口 22離開夾套。
對(duì)于具有"套管"結(jié)構(gòu)的分隔式電化學(xué)電池(圖3-6中所示)，當(dāng) 陽(yáng)極31還為分隔式電化學(xué)電池外殼31的一部分時(shí)是尤其有利的。當(dāng)使 用堿金屬氫氧化物電解質(zhì)水溶液時(shí)，鎳是31的構(gòu)造的可接受的材料。 具有薄鎳電極的塑料如高密度聚乙烯的復(fù)合分隔式電化學(xué)電池也是可 接受的。
工作實(shí)施例
提供下面的實(shí)施例用于進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但決不用于限制本發(fā)明。
實(shí)施例1
按照?qǐng)Dl構(gòu)造分隔式電化學(xué)電池，為"U形"管構(gòu)造。垂直陽(yáng)極室 26由24.5mm ID鎳管組成，而垂直陰極室25由24.5mm ID 316不銹鋼 管組成。兩個(gè)室在底部通過(guò)24.5mmlD特氟隆管連接。陰極為99%純度 砷棒，21mm直徑和486mm長(zhǎng)度，重940g。用塑料隔片將它定位在不銹鋼管中以確保砷棒不接觸不銹鋼外殼。陽(yáng)極室和陰極室填充250ml 25wt% KOH水溶液。分隔式電化學(xué)電池沒有夾套，利用風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)環(huán)境 外部冷卻。陽(yáng)極室通大氣，使在陽(yáng)極處產(chǎn)生的氧氣與氮?dú)獯祾邭怏w共混。
在3.0安培的恒定電流下或8700A/m2的電流密度下運(yùn)行分隔式電化 學(xué)電池，同時(shí)分隔式電化學(xué)電池電壓在IO和12伏之間波動(dòng)。電流密度 -故定義為陽(yáng)才及處的總電流除以潤(rùn)濕(浸在KOH水溶液中)的陽(yáng)極幾何 表面面積。用陰極室上的控制閥保持陰極室和陽(yáng)極室之間的壓差在250 和1000Pa之間。超過(guò)lOOOPa的壓差時(shí)，陰極氣體從分隔式電化學(xué)電池 釋放到氣體分析儀和收集室中，直到壓差達(dá)到250Pa,此時(shí)控制閥被關(guān) 閉。這種效果導(dǎo)致分隔式電化學(xué)電池中的液位在恒定電流操作過(guò)程中振 蕩。氣體組分基本由82%-86%(mol%)的胂組成，補(bǔ)充部分由18%-14% 的氫氣組成。保持分隔式電化學(xué)電池溫度在58。C和7CTC之間。
結(jié)果圖示在圖7、 8、 9和10中。
圖7顯示了 AsH3/02分隔式電化學(xué)電池的典型工作曲線。指示的為 利用四極質(zhì)譜QMS分析陽(yáng)極和陰極氣體處的點(diǎn)。結(jié)果顯示在圖9和10 中。
圖8顯示表現(xiàn)出分析器中殘余物種的氦氣中本底四極質(zhì)鐠。
圖9顯示表現(xiàn)出基本純胂而只有痕量氫氣的陰極氣體的四極質(zhì)語(yǔ)。 注意，殘余氧氣處于與圖8中本底相同的水平。因此，陰極室中產(chǎn)生的 砷氣體未與陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氧氣混合。
由通過(guò)實(shí)心間壁分隔成陽(yáng)極室和陰極室的分隔式電化學(xué)電池(如圖 l至6)中產(chǎn)生的胂基本不含氧氣。
圖10顯示了表現(xiàn)為基本純氧氣且用氮?dú)庀♂尩年?yáng)極氣體的四極質(zhì)
實(shí)施例2
在這個(gè)實(shí)施例中，分隔式電化學(xué)電池完全按實(shí)施例1中操作，但是， 用99%純度、平均粒度為3mm的砷顆粒的固定床代替砷棒。砷顆粒床1" 高，并與不銹鋼管狀外殼電接觸。將電源負(fù)極連接到不銹鋼陰極外殼的 外壁上，并電連接到砷床上。胂氣體為大約85%,余量由氫氣組成，并 基本不含氧氣，氧氣〈100ppm。
18實(shí)施例3
在這個(gè)實(shí)施例中，分隔式電化學(xué)電池完全按實(shí)施例1中操作，但是，
收集32克胂樣品，通過(guò)氣相色譜進(jìn)行分析，結(jié)果匯總在表1中。氧氣 水平保持在14.1ppm。除了氫氣和本底氮?dú)馔?，沒有觀察到關(guān)鍵性雜質(zhì)， 尤其是鍺烷和膦。
表1
物種名稱數(shù)量
AsH3月中〉90%
H2氫氣24514 ppmv
co2二氧化碳2.32 ppmv
CO一氧化碳<30 ppbv
C2H6 & CH4乙烷&甲烷20 ppbv
GeH4錯(cuò)統(tǒng)<30 ppbv
N2氮?dú)?544 ppmv
o2氧氣14.1 ppmv
PH3膦30 ppbv
SiH4硅烷<30 ppbv
C2H4乙烯<30 ppbv
實(shí)施例4
按照?qǐng)D5構(gòu)造分隔式電化學(xué)電池。分隔式電化學(xué)電池的外壁殼31 由鎳-200構(gòu)成，并具有152mm的內(nèi)徑。這形成外陽(yáng)極室26。內(nèi)隔膜21 具有76mm的內(nèi)徑并由平均孔尺寸為0.100mm的多孔聚乙烯構(gòu)造成。陰 極室25中的砷棒30直徑為大約51mm,長(zhǎng)305mm和重3000g,并具有 99%的純度。分開陽(yáng)極和陰極室(26和25)的實(shí)心間壁20與分隔式電 化學(xué)電池的蓋24成一體，并由不銹鋼制成。使用特氟隆墊圏使蓋24和 間壁20與陽(yáng)極和陰極電極電絕緣。分隔式電化學(xué)電池總高度為大約 610mm高，并填充有25%氫氧化鉀的八個(gè)引導(dǎo)段(leader)。
-使用外部冷卻夾套27控制分隔式電化學(xué)電池中的溫度到20和25 。C之間。施加30安培的恒定電流或610A/m2的電流密度到分隔式電化 學(xué)電池，同時(shí)使用陽(yáng)極氣體閥(81)保持陽(yáng)極室和陰極室(26和25) 之間的壓差在± 50Pa之間。通過(guò)質(zhì)譜和氣相色譜法連續(xù)監(jiān)測(cè)陽(yáng)極氣體的氣體組成。對(duì)胂氣進(jìn)行 痕量氣體分析，總的氣體組成顯示在表2中。陰極氣體組成是穩(wěn)定的，
主要?dú)怏w物種為胂，在95和97%之間，余量為氫氣。
表2
物種名稱數(shù)量
AsH3月中95-97%
H2氫氣5-3%
C02二氧化碳<10 ppbv
CO一氧化碳<10 ppbv
C2H6 & CH4乙烷&曱烷<10 ppbv
GeH4錯(cuò)坑<10 ppbv
N2氮?dú)?4 ppmv
o2氧氣105 ppbv
PH3膦<10 ppbv
SiH4硅烷<10 ppbv
C2H4乙烯<10 ppbv
由通過(guò)使用實(shí)心間壁聯(lián)合多孔隔膜分隔成陽(yáng)極室和陰極室的分隔
式電化學(xué)電池，如圖5中所設(shè)計(jì)的分隔式電化學(xué)電池產(chǎn)生的胂基本不含 氧氣。'
上述實(shí)施例和優(yōu)選實(shí)施方案的描述應(yīng)被—見為說(shuō)明而不是限制由權(quán) 利要求所限定的本發(fā)明。容易認(rèn)識(shí)到，只要不脫離如權(quán)利要求中所述的 本發(fā)明，可利用上述特征的大量變化和組合。這種變化不被認(rèn)為是對(duì)本 發(fā)明精神和范圍的背離，并且所有這種變化都打算包括在下面權(quán)利要求 的范圍內(nèi)。
20
權(quán)利要求
1. 用于產(chǎn)生金屬M(fèi)1的氫化物氣體的裝置，其包括分隔式電化學(xué)電池，該電池包括(a)管狀外殼，其中所述管狀外殼的至少一部分包含金屬M(fèi)2；(b)電絕緣體底部；(c)包括陰極氣體出口、陽(yáng)極氣體出口和入水口的電絕緣體頂蓋；(d)將分隔式電化學(xué)電池分隔成陰極室和陽(yáng)極室的分隔器，其中該分隔器與陽(yáng)極和陰極電路電絕緣；(e)包括陰極和陰極氣體出口的陰極室，其中所述陰極選自金屬M(fèi)1的實(shí)心棒和金屬M(fèi)1顆粒的固定床；(f)包括陽(yáng)極、陽(yáng)極氣體出口和入水口的陽(yáng)極室，其中陽(yáng)極為所述包含金屬M(fèi)2的至少部分管狀外殼；部分填充陰極室和陽(yáng)極室的包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)水溶液；與陰極氣體出口相連的第一控制閥；與陽(yáng)極氣體出口相連的第二控制閥；和與入水口相連的第三控制閥；其中陰極和陽(yáng)極被至少部分浸沒在電解質(zhì)水溶液中。
2. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述分隔器為至少部分延伸到電解質(zhì)
3. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述分隔器為實(shí)心不可滲透間壁和多 孔可滲透隔膜的組合，其中多孔可滲透隔膜中的孔尺寸小于陽(yáng)極室和陰 極室中產(chǎn)生的氣泡以防止氣泡的混合；并且分隔器至少部分延伸到電解 質(zhì)水溶液內(nèi)以防止陽(yáng)極氣體與陰極氣體混合。
4. 權(quán)利要求l的裝置，其中M!為選自銻Sb、砷As、硒Se、磷P、 鍺Ge、硅Si、鉛Pb、鎘Cd和其組合中的金屬或金屬合金；M2為適合 陽(yáng)極氧氣產(chǎn)生的金屬或金屬合金，其選自鎳、銅、不銹鋼、鋁以及它們 的組合；M3為選自堿金屬和堿土金屬的金屬；并且電解質(zhì)水溶液中的 M3OH為約2wt。/。到約45wt%。
5. 權(quán)利要求4的裝置，其中M3OH選自NaOH、 KOH、 LiOH、 CsOH、 NH40H和它們的組合。
6. 權(quán)利要求1的裝置，還包括覆蓋分隔式電化學(xué)電池管狀外殼的傳熱夾套；其中所述傳熱夾套包括用于循環(huán)冷卻流體的入口和出口。
7. —種在分隔式電化學(xué)電池中產(chǎn)生金屬M(fèi)！的氬化物氣體的方法，其中所述分隔式電化學(xué)電池包括(a)管狀外殼，其中管狀外殼的至少 一部分包含金屬M(fèi)2; (b)電絕緣體底部；(c)包括陰極氣體出口、 陽(yáng)極氣體出口和入水口的電絕緣體頂蓋；(d)將分隔式電化學(xué)電池分 隔成陰極室和陽(yáng)極室的分隔器，其中分隔器與陽(yáng)極和陰極電路電絕緣； (e)包括陰極和陰極氣體出口的陰極室，其中陰極選自金屬M(fèi)i的實(shí)心 棒和金屬M(fèi)!顆粒的固定床；和(f)包括陽(yáng)極、陽(yáng)極氣體出口和入水口 的陽(yáng)極室，其中陽(yáng)極為所述包含金屬M(fèi)2的至少部分管狀外殼；所述方 法包括步驟在陰極室和陽(yáng)極室中提供包含金屬氬氧化物M3OH的電解質(zhì)液體 水溶液；其中陰極和陽(yáng)極被至少部分浸沒在電解質(zhì)水溶液中； 供應(yīng)電力到分隔式電化學(xué)電池；通過(guò)使用連接到陰極氣體出口和陽(yáng)極氣體出口的控制閥控制壓差 △ P=Pc-Pa，其中Pc為陰才及室中的壓力，而Pa為陽(yáng)才及室中的壓力； 使壓差A(yù)P增加；通過(guò)陰極氣體出口釋放在陰極室中作為氫化物氣體產(chǎn)生的氣體； 通過(guò)陽(yáng)極氣體出口釋放在陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氣體；和 關(guān)閉控制閥。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中所述分隔器至少部分延伸到電解質(zhì)水 溶液中以防止陽(yáng)極氣體與陰極氣體混合；所述分隔器選自(a)實(shí)心不 可滲透間壁和(b)實(shí)心不可滲透間壁和多孔可滲透隔膜的組合；其中 多孔可滲透隔膜中的孔尺寸小于陽(yáng)極室和陰極室中產(chǎn)生的氣泡以防止 氣泡的混合。
9. 權(quán)利要求7的方法，其中Mi為選自銻Sb、砷As、硒Se、磷P、 鍺Ge、硅Si、鉛Pb、鎘Cd和其組合中的金屬或金屬合金；M2為適合 陽(yáng)極氧氣產(chǎn)生的金屬或金屬合金，其選自鎳、銅、不銹鋼、鋁以及它們 的組合；M3為選自》威金屬和石威土金屬的金屬；而電解質(zhì)水溶液中的 M3OH為約2wt。/。到約45wt%。
10. 權(quán)利要求7的方法，其中通過(guò)約IOO到約15，000A/m2的恒定電 流密度或約2到約15伏的恒定電壓V供應(yīng)電力；Pc和Pa為約50,000 到約500,000Pa; AP為約1到約10,000Pa;分隔式電化學(xué)電池在約15。C到約IO(TC的溫度下工作；并且水被連續(xù)或間歇加入到陽(yáng)極室中。
11. 一種在分隔式電化學(xué)電池中產(chǎn)生砷金屬的氫化物氣體的方法， 其中所述分隔式電化學(xué)電池包括(a)管狀外殼，其中管狀外殼的至少 一部分包含金屬鎳；(b)電絕緣體底部；(c)包括陰極氣體出口、陽(yáng) 極氣體出口和入水口的電絕緣體頂蓋；(d)將分隔式電化學(xué)電池分隔 成陰極室和陽(yáng)極室的分隔器，其中分隔器與陽(yáng)極和陰極電路電絕緣；(e)包括陰極和陰極氣體出口的陰極室，其中陰極選自As的實(shí)心棒和 金屬As顆粒的固定床；和(f)包括陽(yáng)極、陽(yáng)極氣體出口和入水口的陽(yáng) 極室，其中陽(yáng)極為所述包含金屬鎳的至少部分管狀外殼；所述方法包括 步驟在陰極室和陽(yáng)極室中提供包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)液體 水溶液；其中陰極和陽(yáng)極被至少部分浸沒在電解質(zhì)水溶液中； 供應(yīng)電力到分隔式電化學(xué)電池；通過(guò)使用連接到陰極氣體出口和陽(yáng)極氣體出口的控制閥控制壓差 △ P=Pc-Pa，其中Pc為陰極室中的壓力，而Pa為陽(yáng)極室中的壓力； 使壓差A(yù)P增加；通過(guò)陰極氣體出口釋放在陰極室中作為氬化物氣體產(chǎn)生的氣體； 通過(guò)陽(yáng)極氣體出口釋放在陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氣體；和 關(guān)閉控制閥。
12. 權(quán)利要求11的方法，其中所述分隔器至少部分延伸到電解質(zhì) 水溶液中以防止陽(yáng)極氣體與陰極氣體混合；所述分隔器選自(a)實(shí)心 不可滲透間壁和(b)實(shí)心不可滲透間壁和多孔可滲透隔膜的組合；其 中多孔可滲透隔膜中的孔尺寸小于陽(yáng)極室和陰極室中產(chǎn)生的氣泡以防 止氣泡的混合。
13. 權(quán)利要求ll的方法，其中Mi為選自銻Sb、砷As、硒Se、磷 P、鍺Ge、硅Si、鉛Pb、鎘Cd和其組合中的金屬或金屬合金；M3為選 自石成金屬和石咸土金屬的金屬；并且電解質(zhì)水溶液中的M3OH為約2wt% 到約45wt%。
14. 權(quán)利要求13的方法，其中M30H選自NaOH、 KOH、 LiOH、 CsOH、 NHUOH和它們的組合。
15. 權(quán)利要求11的方法，其中通過(guò)約100到約15,000A/m2的恒定 電流密度或約2到約15伏的恒定電壓V供應(yīng)電力；Pc和Pa為約50,000到約500,000Pa; AP為約1到約10,000Pa;分隔式電化學(xué)電池在約15 。C到約100。C的溫度下工作；并且水被連續(xù)或間歇加入到陽(yáng)極室中。
16. —種產(chǎn)生金屬M(fèi),的氫化物氣體的裝置，其包括 分隔式電化學(xué)電池，其包括(a) 至少部分包含金屬M(fèi)2的U形管狀外殼； 其中U形管狀外殼的一側(cè)形成陰極室； U形管狀外殼的另一側(cè)形成陽(yáng)極室；和U形管狀外殼的底部部分包括連接陰極室和陽(yáng)極室同時(shí)防止陰極氣 體與陽(yáng)極氣體混合的電絕緣體；(b) 陰極室包括陰極和和包括陰極氣體出口的電絕緣體頂蓋，其 中陰極選自金屬的實(shí)心棒和金屬M(fèi)i顆粒的固定床；(c) 陽(yáng)極室包括陽(yáng)極和包括陽(yáng)極氣體出口和入水口的電絕緣體頂 蓋，所述陽(yáng)極為包含金屬M(fèi)2的U形管狀外殼的另 一側(cè)；部分填充陰極室和陽(yáng)極室的包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)水 溶液；與陰極氣體出口相連的第一控制閥； 與陽(yáng)極氣體出口相連的第二控制閥； 與入水口相連的第三控制閥；和 其中陰極和陽(yáng)極被浸沒在電解質(zhì)水溶液中。
17. 權(quán)利要求16的裝置，其中所述分隔器為至少部分延伸到電解 質(zhì)水溶液中以防止陽(yáng)極氣體與陰極氣體混合的實(shí)心不可滲透間壁。
18. 權(quán)利要求16的裝置，其中所述分隔器為實(shí)心不可滲透間壁和 多孔可滲透隔膜的組合，其中多孔可滲透隔膜中的孔尺寸小于陽(yáng)極室和 陰極室中產(chǎn)生的氣泡以防止氣泡的混合；并且分隔器至少部分延伸到電 解質(zhì)水溶液內(nèi)以防止陽(yáng)極氣體與陰極氣體混合。
19. 權(quán)利要求16的裝置，還包括覆蓋分隔式電化學(xué)電池管狀外殼 的傳熱夾套；其中所述傳熱夾套包括用于循環(huán)冷卻流體的入口和出口 。
20. 權(quán)利要求16的裝置，其中Mi為選自銻Sb、砷As、硒Se、磷 P、鍺Ge、硅Si、鉛Pb、鎘Cd和其組合中的金屬或金屬合金；M2為適 合陽(yáng)極氧氣產(chǎn)生的金屬或金屬合金，其選自鎳、銅、不銹鋼、鋁以及它 們的組合；M3為選自堿金屬和堿土金屬的金屬；而電解質(zhì)水溶液中的M3OH為約2wt。/。到約45wt%。
21. 權(quán)利要求20的裝置，其中M30H選自NaOH、 KOH、 LiOH、 CsOH、 NH4OH和它們的組合。
22. —種在分隔式電化學(xué)電池中產(chǎn)生金屬M(fèi)！的氬化物氣體的方法， 其中所述分隔式電化學(xué)電池包括(a)至少部分包含金屬M(fèi)2的U形管狀 外殼；其中U形管狀外殼的一側(cè)形成陰極室；U形管狀外殼的另一側(cè)形 成陽(yáng)極室；和U形管狀外殼的底部部分包括連接陰極室和陽(yáng)極室同時(shí)防 止陰極氣體與陽(yáng)極氣體混合的電絕緣體；(b)陰極室包括陰極和和包 括陰極氣體出口的電絕緣體頂蓋，其中陰極選自金屬N^的實(shí)心棒和金 屬M(fèi)!顆粒的固定床；(c)陽(yáng)極室包括陽(yáng)極和包括陽(yáng)極氣體出口和入水 口的電絕緣體頂蓋，所述陽(yáng)極為包含金屬M(fèi)2的U形管狀外殼的另一側(cè)； 所述方法包括步驟在陰極室和陽(yáng)極室中提供包含金屬氫氧化物M3OH的電解質(zhì)液體 水溶液；其中陰極和陽(yáng)極被至少部分浸沒在電解質(zhì)水溶液中；供應(yīng)電力到分隔式電化學(xué)電池；通過(guò)使用連接到陰極氣體出口和陽(yáng)極氣體出口的控制閥控制壓差 △ P=Pc-Pa,其中Pc為陰極室中的壓力，而Pa為陽(yáng)極室中的壓力； 使壓差A(yù)P增加；通過(guò)陰極氣體出口釋放在陰極室中作為氫化物氣體產(chǎn)生的氣體； 通過(guò)陽(yáng)極氣體出口釋放在陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氣體；和 關(guān)閉控制閥。
23. 權(quán)利要求22的方法，其中所述分隔器至少部分延伸到電解質(zhì) 水溶液中以防止陽(yáng)極氣體與陰極氣體混合；所述分隔器選自(a)實(shí)心 不可滲透間壁和(b)實(shí)心不可滲透間壁和多孔可滲透隔膜的組合；其 中多孔可滲透隔膜中的孔尺寸小于陽(yáng)極室和陰極室中產(chǎn)生的氣泡以防 止氣泡的混合。
24. 權(quán)利要求22的方法，其中M!為選自銻Sb、砷As、硒Se、磷 P、鍺Ge、硅Si、鉛Pb、鎘Cd和其組合中的金屬或金屬合金；142為適 合陽(yáng)極氧氣產(chǎn)生的金屬或金屬合金，其選自鎳、銅、不銹鋼、鋁以及它 們的組合；M3為選自堿金屬和堿土金屬的金屬；而電解質(zhì)水溶液中的金 屬氫氧化物M3OH為約2wt。/。到約45wt%。
25. 權(quán)利要求22的方法，其中通過(guò)約100到約15,000A/m2的恒定電流密度或約2到約15伏的恒定電壓V供應(yīng)電力；Pc和Pa為約50,000 到約500,000Pa; AP為約1到約10,000Pa;分隔式電化學(xué)電池在約l5 。C到約100。C的溫度下工作；并且水被連續(xù)或間歇加入到陽(yáng)極室中。
全文摘要
本發(fā)明為在分隔式電化學(xué)電池中連續(xù)產(chǎn)生基本不含氧氣的金屬M(fèi)₁的氫化物氣體的裝置和方法。可使用不可滲透間壁或不可滲透間壁與多孔隔膜的組合分隔電化學(xué)電池。分隔式電化學(xué)電池具有陽(yáng)極室和陰極室，其中陰極室具有包含金屬M(fèi)₁的陰極，陽(yáng)極室具有能產(chǎn)生氧氣的陽(yáng)極，電解質(zhì)水溶液包含金屬氫氧化物M₂OH，并部分填充分隔式電化學(xué)電池。通過(guò)獨(dú)立的出口除去在陰極室中產(chǎn)生的氫化物氣體和在陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氧氣。
文檔編號(hào)C25B1/00GK101463485SQ20081018537
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者A·G·西魯基斯, C·L·哈茨, J·R·利恩霍茨, R·M·馬查多, W·F·舒爾策 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司