储氢方法和单元.pdf

本发明涉及一种用于储氢和制氢的方法，其中，为储存氢，单元(2)包括：阳离子供体，特别是H+离子的供体；阳极(20)；能储存原子氢和/或分子氢的阴极(22)；可透过离子的壁(21)，所述壁在所述阴极和所述阳离子供体之间，包含有不导电但传导离子的材料，所述壁置于电场中，该电场使得能够至少在所述阴极与所述不导电材料的界面处形成原子氢和/或分子氢并将所述氢储存在至少所述阴极中，并且，其中，为恢复氢气，所述阴极被加热和/或降压。

1、  一种用于储氢和制氢的方法，其中，为储存氢，单元(2)包括：
-阳离子供体，特别是H⁺离子的供体；
-阳极(20)；
-能储存原子氢和/或分子氢的阴极(22)；和
-可透过离子的壁(21)，所述壁在所述阴极和所述阳离子供体之间，包含有不导电但传导离子的材料，所述壁置于电场中，所述电场使得能够至少在所述阴极与所述不导电材料的界面处形成原子氢和/或分子氢并将其储存在至少所述阴极中，并且，
其中，为收集气态氢，所述阴极被加热和/或置于真空下。

2、  如前一权利要求所述的方法，其中，所述可透过离子的壁(21)的透水性低于所产生的氢的质量的5％。

3、  如前一权利要求所述的方法，其中，所述阴极含低于5％重量百分比的水。

4、  如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述可透过离子的壁(21)具有零透水性。

5、  如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述阴极包含金属间化合物，所述金属间化合物尤其选自如下：AB₅型(A和B为金属)，例如LaNi₅，熔岩(Zr，Ti)、(Mn，V，Cr，Ni)₂的各种相，例如ZrMn₂或TiMn₂，Mg，TiFe，Mg₂Ni，基于钒的心立方固溶体，BaReH₉(该式对应于氢化态)，Mg₂FeH₆(该式对应于氢化态)，NaAlH₄(该式对应于氢化态)，LiBH₄(该式对应于氢化态)，及其所有化合物和衍生物或其合金。

6、  如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述不导电材料包含陶瓷，特别是包含六方氮化硼、更优的是在电场下由酸溶液活化的氮化硼，氮化锂、离子传导聚合物、硼酸。

7、  如前述权利要求中的任一项所述的方法，所述可透过离子的壁(21)包括一个或多个不同材料的层，这些层中的至少一个层具有阳离子传导的功能。

8、  如前一权利要求所述的方法，所述壁(21)在具有所述阳离子传导功能的层和所述电解质之间包括具有支撑作用的多孔层。

9、  如前述权利要求中的任一项所述的方法，所述阳离子供体为酸性水溶液。

10、  如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述阳离子供体在所述单元中循环。

11、  如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，制氢过程中在所述阳极与所述阴极之间施加的电压在1V和300V之间，更优的是在1.24V和200V之间，优选是在1.24V和4V之间。

12、  如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述阴极在高于30℃、特别是70-350℃之间的温度下被加热以产生气态氢。

13、  如权利要求12所述的方法，所述加热由电流循环过程中的焦耳效应产生。

14、  如权利要求12所述的方法，所述加热在排出所述电解质后进行。

15、  如权利要求12所述的方法，在制氢和储氢阶段过程中，所述单元在导致氢释放的温度以下被加热以改进储氢。

16、  如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述原子氢和/或分子氢也储存在所述不导电但传导离子的材料中。

17、  一种用于储存和恢复氢的单元(2)，包括：
-阳极(20)；
-能储存原子氢和/或分子氢的阴极(22)；
-阳离子供体，尤其是H⁺离子的供体；
-可透过离子的壁(21)，所述壁在所述阴极和所述阳离子供体之间，包含不导电但传导离子的材料；
-任选的加热阴极的构件(25)；和
-电连接器，所述电连接器能够向所述阳极和所述阴极供电以在所述阳极和所述阴极之间产生电场，所述电场使得能够至少在所述阴极内形成原子氢和/或分子氢并将其储存在至少所述阴极中；
所述单元被布置成在加热所述阴极的过程中收集由所述阴极释放的气态氢，
所述单元还包括：
-流体连接器，所述流体连接器能够将如此释放的气态氢引导到所述单元外。

18、  如前一权利要求所述的单元，所述加热装置包括电阻元件。

19、  如前两项权利要求中的一项所述的单元，所述单元还包括用于调节所述阴极的温度的器件(26)。

20、  如前三项权利要求中的任一项所述的单元，其中，所述阴极(22)包括金属间化合物。

21、  如权利要求17-20中的任一项所述的单元，其中，所述不导电材料包括陶瓷，尤其是非晶陶瓷。

22、  如权利要求17-21中的任一项所述的单元，所述阳离子供体为含水酸溶液。

23、  如权利要求17-22中的任一项所述的单元，包括弹性返回构件(24)，使得所述阴极靠在所述不导电但传导离子的材料上。

24、  如权利要求17-23中的任一项所述的单元，包括用于充注和/或清除所述阳离子供体的连接器。

25、  如权利要求17-24中的任一项所述的单元，包括能够实现提取所储存的气态氢的耦合部。

26、  如权利要求17-25中的任一项所述的单元，所述阳极(20)由所述可透过离子的壁(21)支撑。

27、  一种产生电的方法，包括向燃料电池提供从根据权利要求17-26中的任一项中限定的储存单元提取的氢的步骤。

28、  一种用于补给如权利要求17-26中的任一项中限定的单元的设备，包括用于容纳所述单元(2)的至少一个室(4)和待与所述单元的电连接器相连以在所述阴极和所述阳极之间产生电场的至少一个电连接器。

29、  一种电气设备，特别是移动电话或膝上型计算机，所述电气设备包括至少一个室，所述室能够容纳至少一个如权利要求17-26中的任一项所述的储存单元。

储氢方法和单元
技术领域
本发明涉及氢的储存，更具体而言，涉及通过电化学手段产生的氢的储存，以及所储存的氢的恢复。
背景技术
国际申请WO 2006/003328中公开了一种用于制氢和储氢的方法。
需要有一种储存单元，该储存单元可以储存相当多的氢并且能够以分子氢的形式将其回收到单元之外。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明的主题因而为一种制氢和储氢的方法，其中，为了储存氢，一种单元包含：
-阳离子供体，特别是H⁺离子的供体；
-阳极；
-能储存原子氢和/或分子氢的阴极；和
-可透过离子的壁，其在所述阴极和阳离子供体之间，包含不导电但传导离子的材料，所述壁处于电场中，所述电场使得能够至少在阴极与不导电材料的界面处形成原子氢和/或分子氢并将其储存在至少阴极内，并且，其中为了回收气态氢，阴极被加热和/或置于真空下。
术语“储存”应理解为表示原子水平的和/或材料孔隙中的化学或物理吸收或吸附。
阴极可以包含可氢化材料。
阴极与不导电材料之间的“界面”这一术语应理解为表示在阴极与不导电材料之间存在分子接触现象。在不导电材料与阴极之间，界面被形成为保证在阴极表面上氢离子转变成氢原子，其中，阴极被构造为将其立即吸收。“不导电材料”这一表述应理解为表示其电导率足够低但不损害阳离子传导的材料。
根据本发明的方法可以在氢的制备过程中储氢，并且可以根据需要随意恢复氢。
所述储存可以在不引起阴极降解的情况下进行。
本发明可应用于需要气态氢来产生能量的诸多领域中，例如交通工具、电器或发电机。本发明也适用于任何形式的可再生能源的间歇性储存，例如源于风轮机、潮汐发电或太阳的可再生能源的间歇性储存。
可透过离子的壁的透水性可低于所产生的氢的质量的5％。
阴极可含有低于5％重量百分比的水。
对于可透过离子的壁，在常温常压条件下用液态水测量，或者在低于900℃的温度以及膜两侧的压差不超过4巴(bar)的条件下用蒸汽形式的水测量，该可透过离子的壁可具有零透水性。
在所述制备和储存过程中所述壁的总的不可透性使得可以实现所形成的原子氢和/或分子氢储存在阴极内。为此所需的氢的吸附可取决于阴极的性质。具体而言，在阴极中存有水可能有以下风险：阻止在阴极内建立分子接触，从而阻止建立令人满意的电传导，并继而阻止在阴极中或界面处形成氢。另一方面，在阴极和质子交换膜的界面处存有水对系统可能无关紧要。具体而言，水由于具有离子传导性而相当于可透过离子的壁的延续。此外，在阴极附近的范围内，由于存有氢，所以介质被还原，而存有水对于储氢而言不是问题。
阳极可用任何与H⁺离子供体相容的导电材料制成，例如铂、石墨、衬有多孔(例如30％至50％)钛板或导电聚合物板等等的RuO₂、IrO₂混合物薄膜或RuO₂、IrO₂和TiO₂混合物薄膜或RuO₂、IrO₂和SnO₂混合物薄膜制成。所述薄膜的厚度可介于5μm到20μm之间，例如约10μm。
阳极可与不导电材料接触。
阴极可呈固体、液体或粉状形式；粉状形式有利于制造具有各种形状的单元。
阴极可包含金属间化合物，所述金属间化合物特别是选自络合晶隙或金属氢化物，例如选自如下：AB₅型(A和B为金属)，例如LaNi₅，熔岩(lava)(Zr，Ti)，(Mn，V，Cr，Ni)₂的各种相，例如ZrMn₂或TiMn₂，Mg，TiFe，Mg₂Ni，基于钒的心立方固溶体，BaReH₉(该式对应于氢化态)，Mg₂FeH₆(该式对应于氢化态)，NaAlH₄(该式对应于氢化态)，LiBH₄(该式对应于氢化态)，及其所有化合物和衍生物或其合金。
阴极可包埋在氮化硼团块中，该氮化硼团块的周缘形成所述不导电材料。该电极可例如包括包埋在氮化硼团块中的金属泡沫或任何导电且可氢化的材料的泡沫。
不导电材料可包括陶瓷，例如包含六方氮化硼(优选是在电场下经过酸溶液活化)、氮化锂、硼酸、离子传导聚合物并且更通常地包含任何离子交换材料的陶瓷。不导电材料可选自为PEMFC或PCFC电池开发的离子交换陶瓷。
不导电材料可例如包含乱层氮化硼，也就是说，对于乱层氮化硼，结晶面可相对于理论结晶位置(例如氮化硼的六方结晶位置)轻微偏移，导致所述面的结合不那么好，因后者分开较远。
不导电材料可包含彼此相邻布置的六方氮化硼晶粒，例如尺寸为约100μm的晶粒或具有纳米级尺寸的晶粒。
氮化硼晶粒优选是可以取向为不全与所述壁平行，而是例如垂直取向，以保证更好的机械强度，或者不均匀地取向，以保证更好的质子传导。
氮化硼可以为例如平均尺寸约7μm至11μm的晶粒形式。材料中氮化硼的重量比例可介于5％到100％之间，例如高至70％。所述壁可完全由高压烧结氮化硼粉制成。作为变型，所述壁可以包含氮化硼和粘合剂，由HIP(热等静压)工艺制备。
不导电材料可以包含渗透的(percolated)氮化硼晶粒，所述晶粒例如由化合物彼此固持于一起，所述化合物为例如选自如下的化合物：镍、氧化硼、硼酸钙、乙基纤维素、硼酸、聚乙烯醇、乙烯基己内酰胺、PTFE磺化聚醚砜。
不导电材料可由插入到粘合剂(例如硼酸或聚合物膜)中的氮化硼形成，其可为不导电材料提供非常好的质子传导。
所述聚合物可为例如PVA(聚乙烯醇)、乙烯基己内酰胺、PTFE磺化聚醚砜。
可使用聚合物如PVA来堵塞氮化硼中存在的孔隙。添加聚合物可例如在真空下进行，使得聚合物被吸进氮化硼的孔隙中。
不导电材料可通过如下工艺获得。
氮化硼晶粒与液体形式的聚合物粘合剂混合，该混合物被倒在基材上，然后在足够的温度如大约600℃或700℃的温度下加热，以引起粘合剂的煅烧，使得氮化硼晶粒在基材上彼此渗透。
在补充步骤中，将所得物于800℃到1700℃之间、或在1000℃到1500℃之间的温度下于惰性气氛(如氮气或氩气)下加热，引起晶粒彼此烧结。
最后，在补充步骤中，将基材移除，得到由烧结的晶粒组成的刚性氮化硼膜。
所述基材可例如包含由例如聚醚醚酮、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酯生成的细薄织物。
在前述内容中，氮化硼可已经事先活化，或者可以在制备不导电材料的工艺过程中或结束时活化。
氮化硼的“活化”这一术语应理解为表示可促进氮化硼中的质子传导的工艺。
氮化硼可例如在酸溶液中通过置于电场中而活化。
氮化硼也可在氢氧化钠溶液中在施加或不施加电场的情况下活化。
在另一工艺中，氮化硼可以通过在存在铁(如铁网)及施加电场的情况下浸渍在溶液(例如水)中而活化。
使用粉状形式的氮化硼可促进氮化硼的活化。
氮化硼可在插入粘合剂(例如聚合物)中之前以其粉状形式活化，或者在插入该粘合剂中之后例如根据所用的粘合剂而活化。
在上述工艺中，氮化硼晶粒可在被插入聚合物粘合剂中之前或在晶粒的烧结之后活化。
在烧结情况下，活化可在该工艺结束时进行，以避免其由于烧结而被破坏的风险。
可透过离子的壁可包含一个或多个不同材料的层，这些层中的至少一个层可能行驶阳离子传导功能。在具有此功能的层和电解质之间，所述壁可包含例如具有支撑作用的多孔层。
可透过离子的壁可至少部分地(优选是整个地)遮盖阴极，尤其是至少遮盖在阴极的面向阳极的面上。
在一个示例性实施例中，可透过离子的壁的不导电材料可阻止阴极与阳离子供体间的任何接触。
此外，不导电材料优选是不能透过气态氢，以在气态氢的恢复过程中更易于使气态氢向气态氢出口而不是向阳离子供体疏散。
阳离子供体可为电解质，例如，包含至少一种选自如下的化合物的酸性水溶液：硫酸、盐酸、弱酸、或弱酸的盐。
如上所述，阳离子供体可为液体，或者，作为变型，阳离子供体可为固体、气体或呈浆体形式。
例如使用泵或转轴，可使阳离子供体在单元中循环。此循环可保持在单元内，或部分在单元外进行，例如在用于补给所述单元的设备中进行。考虑到单元可能消耗水以保证形成氢，这样的循环可例如避免在所述单元中形成H⁺离子梯度。此外，使阳离子供体循环可使阳极和阴极周围的交换表面的特征保持基本恒定。
制氢过程中在阳极和阴极之间施加的电压可例如介于1V和3000V之间，更好的是在1.24V和200V之间，优选在1.24V和4V之间。
阴极可在例如30℃以上的温度加热，更好的是在50℃以上的温度(例如70-350℃之间)加热，以收集气态氢，所述温度可能根据材料的不同来选择。
加热可在排出电解质后进行，所述电解质可排出到补给设备中。作为一种变型，不为以释放氢为目的的加热而排干阳离子供体。
在制氢和储氢阶段期间，所述单元也可以在导致所述释放的温度以下加热以改进储氢。
阴极的加热可有利地以受控的方式进行，以例如对释放的气态氢的量进行精确地操作。作为一种变型，或者另外地，所述单元，尤其是阴极可被置于真空中，以利于气态氢的提取。
加热可由例如在集成到所述单元中的导体(例如在阴极内延伸)中电流流动过程中的焦耳效应引起。加热也可通过热流体的循环来进行。
必要时，原子氢和/或分子氢也可储存在可透过离子的壁的不导电材料中。
所述单元内产生的原子氢或分子氢可以仅储存在阴极中，或者，作为一种变型，既储存在阴极中又储存在不导电材料中。
此外，氢可以原子和/或分子形式储存在阴极中，这取决于对特别是形成阴极的材料的选取。
可收集离开阴极的气态氢以用于燃料电池中和/或用作燃料或反应物。
本发明的另一主题(独立于前述内容或者与前述内容结合)为一种用于储存和恢复氢的单元，所述单元包括：
-阳极；
-能储存原子氢和/或分子氢的阴极；
-阳离子供体，尤其是H⁺离子的供体；
-可透过离子的壁，其在所述阴极和阳离子供体之间，包含不导电但传导离子的材料；
-任选地，用于加热阴极的构件；和
-电连接器，所述电连接器可向阳极和阴极供电以在阳极和阴极之间产生电场，所述电场使得能够至少在阴极内形成原子氢和/或分子氢，并且将其储存在至少阴极中；
所述单元被布置成便于在加热阴极的过程中收集由至少阴极释放的气态氢；
所述单元还包括：
-流体连接器，所述流体连接器可将如此释放的气态氢引导到单元之外。
所述用于储存和恢复氢的单元可包括外封套，该外封套用于至少罩住阳极、阴极、阳离子供体、不导电但传导离子的材料、任选的加热构件，并且任选地还罩住电连接器。该外封套可至少部分由合成材料或金属性材料制成。
所述用于储存和恢复氢的单元的阳极可以是多孔的和/或穿有孔，例如，以网眼形式形成或者以金属或金属化泡沫的形式形成。
加热构件可包括电阻元件，并且可位于外封套之内或之外。
加热构件可例如将所述单元加热至大于或等于30℃的温度，更优的是大于或等于50℃的温度，例如在70℃与350℃之间的温度。
加热构件可包括电阻元件，所述电阻元件至少部分位于阴极中或者位于与阴极接触的元件中，例如位于可弹性变形的构件中，该可弹性变形的构件可以使阴极靠在不导电但传导离子的材料上并补偿阴极体积的变化。
当加热构件至少部分位于阴极中时，加热构件可例如包括贯穿阴极并与阴极电绝缘的电阻丝。
所述单元也可以包括温度传感器，更优的是用于调节阴极温度的设备，以例如控制阴极的加热，以使温度适应所需的氢流率。
所述单元可被构造成允许阴极在其操作过程中膨胀，尤其是在阴极与不导电但传导离子的材料间提供永久接触。
所述单元可在阴极的与可透过离子的壁的不导电材料相对的一侧包括可弹性变形的构件，所述构件被布置成使阴极靠在该不导电材料上。这样的可弹性变形的构件可弹性变形，以补偿例如当阴极因氢积聚而膨胀时该阴极体积的变化。
所述可弹性变形的构件例如至少部分由可弹性变形的金属性材料如弹簧钢制成，或者由具有足够耐热性的弹性体制成，该弹性体例如基于能承受至少250℃温度的聚硅氧烷。
在一个示例性实施例中，阴极是管状的，例如围绕一内部空间，该内部空间允许阴极膨胀。当阴极包括一种或多种能在氢积聚过程中体积膨胀例如约25％至30％的金属间化合物时，需要这样的构造。
所述内部空间可容纳可弹性变形的构件，该构件例如呈弹性体套管的形式。
所述内部空间也可容纳例如加热构件和/或温度传感器。
所述单元可包括用于充注和/或清除阳离子供体的连接器，任选地，所述连接器装配有阀门，在与所述单元外的充注或清除系统相连期间所述阀门打开。
所述单元可包括氢出口耦合部，所述氢出口耦合部可将释放的气态氢传送到单元外。
这些充注和/或清除连接器及氢出口连接器可装配有适宜的密封系统，如O形环。
本发明的另一主题是一种用于补给如上限定的单元的设备，该设备包括用于容纳所述储存单元的至少一个室和待与所述单元的电连接器相连以在阴极和阳极之间产生电场的至少一个电连接器，在适当情况下加热阴极。
所述补给设备可包括若干个室，这些室可同时或依次补给若干单元。
另一方面，所述补给设备可包括一个可容纳储备水或储备电解质的室，所述储备水或储备电解质的室可通过内部回路供给一个或多个单元，并任选在清空这些单元的过程中回收电解质。
所述补给设备可以被布置成监测补给，并在达到某些条件时中断补给。
所述补给设备可包括一个或多个补给指示器，例如一个或多个发光二极管和/或压力检测器件。检测到压力增大可指示阴极充满氢并且储存容量用完。
所述补给设备可被布置成从一定的压力值开始切断电源。
所述补给设备可以例如在用于容纳单元的各个室的底部包括至少一个待与氢出口和/或充注和/或清除连接器或以上提及的连接器耦合的连接器。在向补给设备中装入补给料的过程中可开启一个或多个阀门。
本发明的另一主题是一种方法，所述方法包括将从如上限定的储存单元提取的氢提供给燃料电池的步骤。
在所述单元待被引入到电气设备中的情况下，储存单元可在其被引入前清空阳离子供体，尤其是在阳离子供体为液体的情况下。清出的阳离子供体可进入例如前面提到的补给设备中。
本发明的另一主题是一种电气设备，特别是移动电话或膝上型计算机，所述电气设备包括至少一个室，所述室可容纳至少一个如上限定的储存单元。
所述单元可被构造成在室温下或者在高于60℃的温度下(例如在100℃以上的温度下)和例如0.1巴到100巴之间的内部压力下操作。在压力下，在阴极中的储存可以得到改进。
在适当情况下，所述单元可以与燃料电池耦合，例如，在一体式组件内耦合。
在适当情况下，燃料电池可与用于制氢和储氢的单元共用封套。
在这样的情况下，氢在不离开包含所述储存单元和燃料电池的封套的情况下向燃料电池释放。
附图说明
通过下面对本发明非限制性的示例性实施例的详细描述，并且结合附图，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1以示意性及简化的方式示出用于储氢和制氢的单元以及相关的补给设备；
图2为与图1相似的视图，这里，用于制氢和储氢的单元从补给设备中取出；
图3为分解图，示出了包含储氢和制氢单元及燃料电池的组件；
图4示出了处于已组装状态的图3的组件；
图5示出了所述单元的实施例变型；
图6为图5的单元的示意性局部纵截面；
图7为所述单元的实施例变型的示意性局部横截面；和
图8示出了根据在阳极和阴极间施加的若干电压，随时间变化的充氢速率。
具体实施方式
图1中所示为系统1，该系统1包括两个用于制氢和储氢的可拆卸单元2和可在连续的两次使用之间为这些单元2补给氢的补给设备3。
特别地，如图2所示，补给设备3可包括各容纳一个单元2的室4，并且，补给设备3可包括贮存器5，贮存器5可填充供单元2使用的液体，如电解质。
在一个变型中，补给设备3包括单个室4。
如图3和图4中所示，各单元2可被布置成在使用过程中与在例如组件10内的燃料电池6耦合，所述组件10包括：至少一个流体连接器，其可以回收由单元2所产生的氢以将其注入燃料电池6中；以及电连接器，其可以为单元2供电，以例如通过加热而释放所储存的氢。
如图4中所示，组件10可包括电连接器11，该电连接器11使得燃料电池能够为引入了组件10的电气设备供电。
图3所示为单元2的另一示例，其通常为圆筒形。
该单元2包括外封套15，该外封套15在一端具有盖16。当然，本发明不限于一种特定形式的封套15，在适当情况下，封套15可为一体式形式。
在该示例中，封套15罩住阳极20、壁21、阴极22和弹性返回构件24，其中，阳极20优选是被穿孔以增大交换表面积，壁21是可透过离子的，并包括不导电但传导离子的材料，阴极22由可储存氢的材料制成。
被布置成与阴极22接触的、可透过离子的壁21的材料不导电但传导离子，以使得H⁺离子能够通过。当阴极22与该不导电材料21之间的接触面积大时有利于氢的储存。
壁21具有例如在与盖16相对的一侧由底座密封的管状形状。
壁21的不导电材料可包含六方氮化硼，其通过在电场下与电解质接触数小时而由电解质活化。
返回构件24例如为由弹性体材料(如聚硅氧烷)制成的套管，该材料能够承受将阴极加热以释放氢的温度。
当阴极22为液体或粉状时，壁21和返回构件24可将阴极22截留在它们之间。
返回构件24可将阴极22压在壁21上，以在尽管阴极22膨胀时也保证阴极22与壁21之间的接触。
单元2可罩住加热构件25，该加热构件25可加热阴极22以使积聚的氢释放。
单元2也可装配有图6中示意性示出的温度传感器26，以通过调节对阴极22的加热来避免任何过热和/或控制释放的氢的流率(flow rate)。
氢可经由孔口27离开所述单元，孔口27形成或装配有阳连接器或阴连接器，任选地，孔口27具有阀门。
电解质可借助孔口14循环通过所述单元。循环的电解质与阳极20和壁21接触。
按本发明的一个方面，阴极22由能够储氢的材料(如可氢化材料)制成。在阳极20和阴极22间产生的电场的作用下(所述阳极与例如集成在补给设备3中的发电机的正端子相连，所述阴极与该发电机的负端子相连)，电解质中所含的H⁺阳离子穿过壁21向阴极22迁移，并在阴极22与壁21的界面处被还原为原子氢。
这样产生的原子氢和/或分子氢被直接储存在阴极22，并且任选地，在壁21是按照申请WO 2006/003328生成的情况下储存在壁21中。
所述氢优选以原子氢的形式储存在阴极中，通过吸附而直接固定在阴极中。在阴极包含金属间化合物的情况下，阴极的氢化(hydrideation)可经由化学吸附反应来进行，其中，分子氢与金属间化合物接触时分裂成原子氢。为促成此化学吸附反应，可氢化的阴极可任选地被加热和/或置于压力下。
当壁21的孔的直径小于H⁺离子供体中所含H₃O⁺离子的大小时，在阳极和阴极间施加的电场的强度必须足以使H₃O⁺离子按如下反应断裂：
H₃O⁺→H₂O+H⁺
该反应消耗水，在电解质中优选是存在水。
产生氢的反应也引起氧的气态释放。该气态释放可导致电解质中阳极20处形成气泡。
制氢过程中形成的气态氧可在单元中布置的相应出口处回收并储存起来或直接使用，或释放到大气中。
可以通过加热阴极和/或通过将阴极置于真空下来提取如此储存的氢，以供给例如燃料电池和/或使用所述氢作为燃料或反应物。
优选在加热阴极前将所述单元的电解质清空。清空的电解质可例如进入补给设备中。
可以通过例如操作阴极的加热温度来控制提取的氢的流率。
在未示出的一个变型中，加热构件在封套15外。
在图7中所示的变型中，加热构件25位于阴极22内。
在该图中还示出了阳极20由可透过离子的壁21支撑这一任选项。
电解质40穿过阳极20，在适当情况下，电解质40可与位于阳极20中与阴极22相对的一侧的储备物连通。
可透过离子的壁21可具有多层结构，例如具有支撑层21a和由不导电但传导离子的材料制成的层21b，如图7中所示。
支撑层21a可由例如多孔陶瓷构成。
存在支撑层21a可以减小层21b的用于提供层21b的支撑功能的厚度。
通过支撑阳极20，层21a也使可使用机械强度较低的阳极20。
图8示出了利用与图6所示示例的单元相似、但不同在于加热构件置于封套外的单元获得的结果的示例。
所用阳极由石墨制成。壁21由通过在50V电压下与电解质接触三小时而被活化的六方氮化硼制成。壁21例如通过对厚度为1mm的条进行机械加工而产生。电解质为5M的硫酸。阴极22基于NiMH电池中使用的粉状LaNi₅。
当然，本发明不限于前面描述的示例。
所述单元可制成为不同的形状和尺寸，并且可由其他材料制成。在适当情况下，阳极和阴极可相互交叉。所述单元可以包括若干制备和储存电池，每个包括阴极和阳极。电解质可位于内部，由阳极、可透过离子的壁和阴极所包围，阴极因此相对于阳极来说在外部，且其自身可被可弹性变形的构件所包围。
除非另有说明，否则表述“包括”应理解为与“包括至少一个”同义。