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ES2923973B2 - Procedures for improving the synthesized material C12A7:e- "electride", cathode architectures for electron emission that take advantage of the characteristics of the material C12A7:e "electride" and use of special substrates and procedures for the deposition of the material C12A7:e- " electride" on said substrates - Google Patents
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ES2923973B2 - Procedures for improving the synthesized material C12A7:e- "electride", cathode architectures for electron emission that take advantage of the characteristics of the material C12A7:e "electride" and use of special substrates and procedures for the deposition of the material C12A7:e- " electride" on said substrates - Google Patents

Procedures for improving the synthesized material C12A7:e- "electride", cathode architectures for electron emission that take advantage of the characteristics of the material C12A7:e "electride" and use of special substrates and procedures for the deposition of the material C12A7:e- " electride" on said substrates Download PDF

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
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  • Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
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Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Procedimientos de mejora del material sintetizado C12A7:e- “electride”, arquitecturas de cátodos para emisión de electrones que aprovechan las características del material C12A7:e “electride” y utilización de substratos especiales y procedimientos para la deposición del material C12A7:e- “electride” en dichos substratosProcedures for improving the synthesized material C12A7:e- “electride”, cathode architectures for electron emission that take advantage of the characteristics of the material C12A7:e “electride” and use of special substrates and procedures for the deposition of the material C12A7:e- “ electride” on said substrates

SECTOR DE LA TÉCNICATECHNIQUE SECTOR

La presente invención se refiere a diversas arquitecturas y configuraciones utilizadas para diseñar cátodos basados en la utilización del material C12A7:e-(“electride”) como electrodo emisor de electrones cuando se produce una interacción del electrodo con iones tanto en medios líquidos como gaseosos (plasmas) o como electrodo que cede electrones a otros materiales cuando el contacto no estrictamente óhmico sino como una unión metalsemiconductor o por salto directo de electrones desde el electrodo a iones en un medio fluido. Es decir, el campo de aplicación incluye los dispositivos donde el cátodo interacciona con iones (positivos) cediendo electrones.The present invention refers to various architectures and configurations used to design cathodes based on the use of the C12A7:e-(“electride”) material as an electron-emitting electrode when an interaction of the electrode with ions occurs in both liquid and gaseous media ( plasmas) or as an electrode that gives up electrons to other materials when the contact is not strictly ohmic but rather as a metal-semiconductor junction or by direct electron jump from the electrode to ions in a fluid medium. That is, the field of application includes devices where the cathode interacts with (positive) ions, giving up electrons.

Asimismo, se refiere al empleo de las técnicas de acoplamiento de carga entre el cátodo y un electrodo físico auxiliar, (el “keeper”) o que está formado por los propios iones que se describen y reivindican en la solicitud previa P202130778 de fecha 10 de agosto de 2021 de la que es titular el propio solicitante.Likewise, it refers to the use of charge coupling techniques between the cathode and an auxiliary physical electrode, (the "keeper") or one that is formed by the ions themselves that are described and claimed in the previous application P202130778 dated December 10. August 2021 of which the applicant himself is the owner.

Los campos de aplicación serán los susceptibles de utilizar dicha interacción electrodo-metal o electrodo-iones o electrodo-vacío como emisor propiamente dicho de electrones, como son el campo aeroespacial: cátodos emisores de electrones, tanto en vacío como con plasma, para neutralizadores (emisión de electrones para neutralizar el haz de iones responsable del impulso) como para provocar la ionización del gas propelente de los propulsores. Sistemas, en general, que impliquen la interacción del electrodo, realizado con el material C12A7:e-, con iones tanto en estado gaseoso (plasma) o estado líquido o como combinación de ambos líquido-gas como es el caso de la electrólisis del agua para generación de hidrógeno, la pila de combustible para la generación de electricidad a partir del hidrógeno, tanto de baja temperatura (tipo PEM) como de alta temperatura (SOEC y SOFC). La invención se enfoca en el aprovechamiento máximo de las propiedades del material C12A7:e- “electride” como cátodo y en su funcionamiento estable bajo distintas condiciones, mediante técnicas específicas de polarización pulsada, disposición de electrodos auxiliares, selección de los materiales adecuados, formas de deposición del material en los substratos o soportes y modos de operación para conseguir un funcionamiento estable y controlado.The fields of application will be those likely to use said electrode-metal or electrode-ions or electrode-vacuum interaction as the actual electron emitter, such as the aerospace field: electron-emitting cathodes, both in vacuum and with plasma, for neutralizers ( emission of electrons to neutralize the ion beam responsible for the impulse) and to cause the ionization of the propellant gas of the thrusters. Systems, in general, that involve the interaction of the electrode, made with the material C12A7:e-, with ions in either a gaseous state (plasma) or a liquid state or as a combination of both liquid-gas, as is the case of the electrolysis of water. for hydrogen generation, the fuel cell for the generation of electricity from hydrogen, both low temperature (PEM type) and high temperature (SOEC and SOFC). The invention focuses on the maximum use of the properties of the C12A7:e- “electride” material as a cathode and its stable operation under different conditions, through specific pulsed polarization techniques, arrangement of auxiliary electrodes, selection of the appropriate materials, shapes deposition of the material on the substrates or supports and modes of operation to achieve stable and controlled operation.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Es importante destacar la solicitud número 202130778 de fecha 18.08.2021 en la que se identifica el origen de los principales problemas de estabilidad del material C12A7:eelectride y se establecen y explican los mecanismos para evitarlos. Entre ellos, el mecanismo más relevante es el uso de la polarización o excitación pulsada, siempre negativa, consistente en una señal cuadrada con distintas relaciones cíclicas (“duty cycle”) y distintas frecuencias según la aplicación. La señal siempre será negativa respecto a masa o referencia de potencial cero. En la presente invención se hará uso de esa invención original haciéndola extensiva a los casos donde es la temperatura la energía de excitación del cátodo, es decir, el calentador recibe una señal pulsada, con lo que la radiación térmica siempre será pulsada.It is important to highlight application number 202130778 dated 08/18/2021 in which the origin of the main stability problems of the C12A7:eelectride material is identified and the mechanisms to avoid them are established and explained. Among them, the most relevant mechanism is the use of polarization or pulsed excitation, always negative, consisting of a square signal with different cyclic relationships ("duty cycle") and different frequencies depending on the application. The signal will always be negative with respect to ground or zero potential reference. In the present invention, use will be made of that original invention, extending it to cases where temperature is the excitation energy of the cathode, that is, the heater receives a pulsed signal, so the thermal radiation will always be pulsed.

Por otra parte, se introduce un procedimiento de mejora de las características del material una vez sintetizado, que llamaremos “Reducción Forzada” descrita en la presente invención, consistente en combinar los procedimientos tradicionales basados en temperatura y la utilización de elementos reductores (como Ti, C, Gd, Sm, Ca, V y gases como el hidrógeno) añadiendo señales eléctricas (tanto continuas como pulsadas) siempre negativas respecto al potencial cero de referencia (masa) que fuercen la reducción (cesión de iones negativos y/o electrones). No se ha detectado precedentes de reducción forzada aplicada al material C12A7:e- “electride” para la mejora del material.On the other hand, a procedure is introduced to improve the characteristics of the material once synthesized, which we will call "Forced Reduction" described in the present invention, consisting of combining traditional procedures based on temperature and the use of reducing elements (such as Ti, C, Gd, Sm, Ca, V and gases such as hydrogen) adding electrical signals (both continuous and pulsed) always negative with respect to the zero reference potential (mass) that force the reduction (transfer of negative ions and/or electrons). No precedents have been detected for forced reduction applied to the C12A7:e- “electride” material for the improvement of the material.

No se han encontrado diseños de cátodos para su uso como emisor de electrones en la industrial aeroespacial (neutralizadores y propulsores) con las características especiales planteadas para el uso del material C12A7:e- “electride”.No cathode designs have been found for use as an electron emitter in the aerospace industry (neutralizers and propellants) with the special characteristics proposed for the use of the C12A7:e- “electride” material.

Es un hecho contrastado, hasta la fecha de presentación de la presente invención, que no se ha planteado el uso del material C12A7:e- “electride” como catalizador en los cátodos de electrolizadores y pilas de combustible PEM de baja temperatura, ni de alta temperatura SOEC y SOFC, respectivamente. Es lógico que esto sea así dado que sin las técnicas detalladas en la presente invención (u otras equivalentes que se desconocen), tanto a nivel de mejora después de síntesis (reducción forzada), técnicas de deposición en electrodos de electrolizadores y pilas de combustible y técnicas de tratamiento posterior a la deposición, sería muy difícil conseguir que el material, además de funcionar, no se degradase inmediatamente.It is a verified fact, until the date of presentation of the present invention, that no The use of the material C12A7:e- “electride” has been proposed as a catalyst in the cathodes of electrolyzers and low-temperature PEM fuel cells, nor high-temperature SOEC and SOFC, respectively. It is logical that this is so given that without the techniques detailed in the present invention (or other equivalents that are unknown), both at the level of improvement after synthesis (forced reduction), deposition techniques on electrolyzer electrodes and fuel cells and post-deposition treatment techniques, it would be very difficult to ensure that the material, in addition to functioning, did not degrade immediately.

Se reproduce parte de la búsqueda realizada anteriormente, con resultados negativos en las aplicaciones planteadas en la presente invención.Part of the search carried out previously is reproduced, with negative results in the applications proposed in the present invention.

El análisis del estado del arte de las invenciones se ha realizado sobre un total de más de 800 patentes diferentes. Se han recopilado para el análisis todas aquellas patentes en que se menciona la utilización de material C12A7 (297 resultados) o mayenita (257 resultados), resultando algunas de ellas muy similares pero con distinta identificación.The analysis of the state of the art of inventions has been carried out on a total of more than 800 different patents. All those patents that mention the use of C12A7 material (297 results) or mayenite (257 results) have been compiled for analysis, resulting in some of them being very similar but with different identification.

Adicionalmente a esos criterios de búsqueda, se ha extendido el estudio a todas aquellas patentes en que se menciona el uso de compuestos tipo electride con el objeto de recoger aquellas invenciones que pudieran estar relacionadas haciendo referencia al empleo de este tipo de compuestos de modo genérico. Esta búsqueda adicional dio lugar a 338 resultados.In addition to these search criteria, the study has been extended to all those patents that mention the use of electride-type compounds in order to collect those inventions that could be related by referring to the use of this type of compounds in a generic way. This additional search resulted in 338 results.

Eliminando los resultados que aparecen duplicados en las diferentes búsquedas nos queda como resultado global un conjunto de 848 patentes diferentes, que abarcan desde junio de 1903 (US916575A) hasta diciembre de 2020 (CN112592085A)Eliminating the results that appear duplicated in the different searches, we are left with a global result of a set of 848 different patents, spanning from June 1903 (US916575A) to December 2020 (CN112592085A)

Las primeras 31 patentes, anteriores al descubrimiento de la Mayenita en 1964 en Mayen (Alemania) han sido analizadas por hacer mención al empleo de compuestos del tipo “electride” en su invención. Algunas de ellas se refieren a componentes de válvulas y tubos de vacío u otro tipo de aparatos y dispositivos de descarga (US1479778A, CA310089A, US2351305A, CA495721A, US2735037A), pero en ninguna de todas ellas se han encontrado reivindicaciones sobre la utilización de los mecanismos y técnicas de acoplamiento capacitivo para favorecer la emisión termiónica, ni sobre las arquitecturas y elementos componentes de los diseños de cátodos que se describen en las reivindicaciones de la presente invención.The first 31 patents, prior to the discovery of Mayenite in 1964 in Mayen (Germany) have been analyzed for mentioning the use of “electride” type compounds in their invention. Some of them refer to components of valves and vacuum tubes or other types of apparatus and discharge devices (US1479778A, CA310089A, US2351305A, CA495721A, US2735037A), but in none of them have claims been found regarding the use of the mechanisms. and capacitive coupling techniques to promote thermionic emission, nor on the architectures and component elements of the cathode designs described in the claims. of the present invention.

Desde su descubrimiento en 1964 el mineral mayenita y su material cerámico sintetizado C12A7 fueron masivamente utilizados en la industria del cemento, pero no fue hasta principios de los años 2000 con las primeras investigaciones en Japón y especialmente con las del equipo del profesor Hideo Hosono cuando se consiguió transformar la cerámica C12A7 en el compuesto “electride” C12A7:e- mediante la sustitución de iones oxígeno por electrones.Since its discovery in 1964, the mineral mayenite and its synthesized ceramic material C12A7 were massively used in the cement industry, but it was not until the early 2000s with the first research in Japan and especially with those of Professor Hideo Hosono's team when it was discovered. managed to transform the C12A7 ceramic into the “electride” compound C12A7:e- by replacing oxygen ions with electrons.

La aparición de la primera patente relativa a un compuesto “electride” derivado de la cerámica C12A7 tiene lugar en 2001 en Japón (JP2001321251A) y fue posteriormente extendida y publicada como EP1445237A1; EP1445237A4; EP1445237B1; JP2003128415A; JP3560580B2; US2005053546A1; US7235225B2; y finalmente publicada como WO03033406A1 con fecha 2003-04-24. En ella no se hablaba aún de la sustitución de los iones oxígeno por electrones, sino por iones OH-, aunque ya se indicaba que podría tener ámbitos de aplicación como catalizador, como agente antibacteriano, como material conductor de iones, o como electrodo para pilas de combustible sólidas. Sin embargo, no se describe ningún aparato ni dispositivo en concreto, ni el modo de funcionamiento de este nuevo compuesto para ninguna de esas aplicaciones.The appearance of the first patent relating to an “electride” compound derived from C12A7 ceramic took place in 2001 in Japan (JP2001321251A) and was later extended and published as EP1445237A1; EP1445237A4; EP1445237B1; JP2003128415A; JP3560580B2; US2005053546A1; US7235225B2; and finally published as WO03033406A1 dated 2003-04-24. It did not yet talk about the replacement of oxygen ions by electrons, but by OH- ions, although it was already indicated that it could have areas of application as a catalyst, as an antibacterial agent, as an ion-conducting material, or as an electrode for batteries. solid fuel. However, no specific apparatus or device is described, nor the mode of operation of this new compound for any of these applications.

De las 248 patentes resultantes de la búsqueda que aparecen desde 1964 hasta la mencionada JP2001321251A de fecha 2001-10-18, hay 51 de ellas que son relativas al C12A7 o mayenita como componente de cementos, algunas pocas lo son al material como catalizador en general (DE10136478A1; EP1114675A2; EP1114676A2; ) y catalizador regenerable (EP1353748A2; EP1353748B1), y otras pocas como componente en la síntesis y fabricación de otro tipo de materiales y compuestos distintos del “electride” (CN1202275C; CN1386144A; JP2001157837A; KR100333669B1; JP3699756B2).Of the 248 patents resulting from the search that appear from 1964 to the aforementioned JP2001321251A dated 2001-10-18, there are 51 of them that are related to C12A7 or mayenite as a component of cements, a few are related to the material as a catalyst in general (DE10136478A1; EP1114675A2; EP1114676A2; ) and regenerable catalyst (EP1353748A2; EP1353748B1), and a few others as a component in the synthesis and manufacture of other types of materials and compounds other than “electride” (CN1202275C; CN1386144A; JP2001157837A; KR100333669B1; JP3699756B2) .

Pero la gran mayoría de esas 248 patentes se refieren a “electrides” en sentido general, bien depositados o directamente usados como electrodos para diferentes aplicaciones, de las cuales solo 41 son posteriores a 1993 (US6350994B1; CN1395106A; CN1268230C; CN1438840A; CN1327859A; US2001045565A1; US7339317B2; ITSV20000019A1; CN1316782A; US2001017679A1; JP2001144107A; WO0079546A1; WO0079546A1; CN1139115C; JPH11283441A; JPH11281476A; JPH11281476A; US5981866A; JPH11209033A; JP4011692B2; JPH11102661A; US5874039A; JPH1136099A; BG101700A; US6361822B1; US5994638A; JPH10178141A; BG103488A; EP0843410A2; US6103298A; CA2287006A1; JPH09134686A; JPH09167618A; JPH09180704A; JP3512295B2; JPH09122246A; JPH08207290A; US5618451A; JP2001315593A; JPH087658A; CA2183074A1). Ninguna de las patentes referidas a “electrides” publicadas entre 1964 y 2001 menciona el uso de mecanismos específicos de polarización del cátodo y mucho menos de algún mecanismo de acoplamiento capacitivo para la emisión termiónica de electrones. Tampoco describen ni reivindican en ellas diseños que contengan los elementos que se recogen como reivindicaciones en la presente invención.But the vast majority of these 248 patents refer to “electrides” in a general sense, either deposited or directly used as electrodes for different applications, of which only 41 are after 1993 (US6350994B1; CN1395106A; CN1268230C; CN1438840A; CN1327859A; US2001045565A1 ; US7339317B2; ITSV20000019A1; CN1316782A; US2001017679A1; JP2001144107A; WO0079546A1; WO0079546A1; CN1139115C; JPH11283441A; JPH11281476A; JPH11281476A;US5981866A; JPH11209033A; JP4011692B2; JPH11102661A; US5874039A; JPH1136099A; BG101700A; US6361822B1; US5994638A; JPH10178141A; BG103488A; EP0843410A2; US6103298A; CA2287006A1; JPH09134686A; JPH09167618A; JPH09180704A; JP3512295B2; JPH09122246A; JPH08207290A; US5618451A; JP2001315593A; JPH087658A; CA2183074A1). None of the patents referring to “electrides” published between 1964 and 2001 mention the use of specific cathode polarization mechanisms, much less any capacitive coupling mechanism for thermionic emission of electrons. Nor do they describe or claim designs that contain the elements that are included as claims in the present invention.

A partir de la primera patente japonesa sobre la transformación de la cerámica C12A7 en “electride” (JP2001321251A) de fecha 2001-10-18 y hasta finales de 2020 nos encontramos con otras 568 patentes, de las cuales, por el hecho de que el material cerámico C12A7 haya sido empleado masivamente como componente de cementos, resulta que un alto porcentaje de las patentes se refieran a este uso del material C12A7 o mayenita, y no solamente en las patentes de mayor antigüedad comenzando con la patente de Lafarge Cements (US3705815A) en 1970, sino también en patentes muy recientes, en especial por parte de empresas, centros de investigación y Universidades de países asiáticos como Korea o China. Así, por ejemplo, 20 de las 27 patentes analizadas del año 2020 se refieren a este tipo de compuestos de cementos, mientras que 5 recogen invenciones relativas al uso del material “electride” C12A7, o sus compuestos con Ru (Rutenio) y otros metales, en aplicaciones como catalizador. Tan solo 2 patentes del año 2020 que mencionan el material C12A7 (CN111774276A y CN112201555A) describen invenciones de dispositivos de emisión termiónica.Starting from the first Japanese patent on the transformation of C12A7 ceramic into “electride” (JP2001321251A) dated 2001-10-18 and until the end of 2020, we find another 568 patents, of which, due to the fact that the C12A7 ceramic material has been used massively as a component of cements, it turns out that a high percentage of the patents refer to this use of the C12A7 material or mayenite, and not only in the oldest patents starting with the Lafarge Cements patent (US3705815A) in 1970, but also in very recent patents, especially by companies, research centers and universities in Asian countries such as Korea or China. Thus, for example, 20 of the 27 patents analyzed in 2020 refer to this type of cement compounds, while 5 include inventions related to the use of the “electride” material C12A7, or its compounds with Ru (Ruthenium) and other metals. , in applications as a catalyst. Only 2 patents from 2020 that mention the C12A7 material (CN111774276A and CN112201555A) describe inventions of thermionic emission devices.

Por otra parte, de esas 568 patentes posteriores a la JP2001321251A hay también una gran cantidad de ellas que se refieren exclusivamente a los métodos y procesos de síntesis de la cerámica y de su transformación en “electride” C12A7:e-, sin entrar en descripción de dispositivos ni aparatos para ninguna aplicación concreta (por ejemplo CN109208079A).On the other hand, of those 568 patents after JP2001321251A, there are also a large number of them that refer exclusively to the methods and processes of ceramic synthesis and its transformation into “electride” C12A7:e-, without going into a description. of devices or apparatus for any specific application (for example CN109208079A).

Enfocándonos en el resto de las patentes, una vez excluidas las referidas a la fabricación de cementos y sus aplicaciones, y las referidas a procesos de síntesis y de crecimiento de capas delgadas del “electride”, el resto las podemos agrupar en tres grandes apartados: Dispositivos y aparatos de uso residencial o industrial del tipo de lámparas de descarga, hornos microondas, células solares fotovoltaicas, dispositivos de imagen y emisión lumínica, descontaminación de aguas y suelos, extracción de litiio, etcFocusing on the rest of the patents, once those referring to the manufacture of cements and their applications, and those referring to processes of synthesis and growth of thin layers of “electride” have been excluded, the rest can be grouped into three large sections: Devices and appliances for residential or industrial use such as discharge lamps, microwave ovens, photovoltaic solar cells, imaging and light emission devices, water and soil decontamination, lithium extraction, etc.

Este primer grupo engloba una serie de invenciones relativas a dispositivos y aparatos para diferentes aplicaciones y usos:This first group includes a series of inventions related to devices and apparatus for different applications and uses:

En lámparas de descarga (JP2014006961A; JP2013104898A; JP2013045528A; TW201232599A; WO2011024821A1; WO2010074092A1; EP2302662A1; JPH11102661A) En hornos microondas (JP2015216006A)In discharge lamps (JP2014006961A; JP2013104898A; JP2013045528A; TW201232599A; WO2011024821A1; WO2010074092A1; EP2302662A1; JPH11102661A) In microwave ovens (JP201 5216006A)

En células fotovoltaicas (JP2020072085A; KR101920127B1; JP2010016104A)In photovoltaic cells (JP2020072085A; KR101920127B1; JP2010016104A)

Para imagen y emisión lumínica (CN109880615A; US2015137103A1; JP2010016104A; EP1887605A2)For imaging and light emission (CN109880615A; US2015137103A1; JP2010016104A; EP1887605A2)

Como catalizador en diversos procesos incluyendo descontaminación de aguas, de suelos, y del aire (US2020282162A1; JP2020138902A; CN109485454A; CN109433199A; CN108855121A ; CN108892982A; CN109876866A)As a catalyst in various processes including decontamination of water, soil, and air (US2020282162A1; JP2020138902A; CN109485454A; CN109433199A; CN108855121A ; CN108892982A; CN109876866A)

Para extracción de litio (CN109019643A)For lithium extraction (CN109019643A)

Ninguna de las patentes anteriores es comparable, ni en las arquitecturas utilizadas ni en las formas de polarización del “electride” ni en las propias aplicaciones.None of the previous patents are comparable, neither in the architectures used nor in the forms of polarization of the “electride” nor in the applications themselves.

Dispositivos y aparatos para propulsión eléctrica.Devices and apparatus for electric propulsion.

El segundo grupo es un conjunto de aplicaciones basadas en la alta capacidad ionizadora del “electride” y su empleo en sistemas de propulsión eléctrica tanto en propulsión como en neutralización, y es donde podemos encontrar algunas invenciones y reivindicaciones que utilizan la expresión pulsadas para algún tipo de operaciones (US2021100089A; US10269526B2).The second group is a set of applications based on the high ionizing capacity of the “electride” and its use in electric propulsion systems both in propulsion and neutralization, and is where we can find some inventions and claims that use the expression pulsed for some type of operations (US2021100089A; US10269526B2).

Tampoco en estas patentes hay ninguna reivindicación que entre en conflicto con las reivindicaciones de la presente patente. No hacen ninguna referencia a la capa dieléctrica ni a la necesidad de aplicar técnicas de acoplamiento de carga para realizar la extracción termiónica de electrones a través de esa fina capa no conductora. Tampoco indican el mecanismo de polarización del cátodo, su amplitud, su signo respecto al “keeper”, ni su frecuencia. En la presente invención el llamado “keeper” se utiliza como referencia del acoplamiento de carga y no como electrodo con la misma función realizada por las rejillas de los tubos de vacío para la extracción de carga o modulación de la emisión. De hecho, la corriente a través de dicho electrodo en la presente invención no llega al 2% (normalmente menor que el 1%) de la corriente total de emisión aunque el ánodo esté a cero voltios (masa) o incluso a potencial negativo respecto a dicha rejilla o “keeper”, aspecto muy difícil de conseguir utilizando cualquier configuración habitual como rejilla o “keeper” como en las patentes analizadas, donde la corriente de “keeper” llegar a ser, incluso, mayor que la propia corriente de ánodo aún estando el ánodo polarizado positivamente. Esta es una de las características distintivas de la presente invención dado que, en todos los estudios, artículos, patentes y referencias, la corriente de “keeper” es comparable o superior a la corriente de ánodo, necesitando, además, una polarización positiva del ánodo. En la presente invención, la corriente de “keeper” es menor al 3% de la corriente de ánodo, llegando incluso al ser del orden de 1%, pudiendo dicho ánodo polarizarse a cero o incluso negativo respecto a masa. La corriente perdida en el “keeper” no es útil para la aplicación final dado que son electrones que no llegan al ánodo por lo que las pérdidas serán menores del 3%. Es decir, prácticamente toda la corriente en el cátodo, suministrada por el circuito exterior, se convierte en haz de electrones libres que llega al ánodo.Nor are there any claims in these patents that conflict with the claims of the present patent. They make no reference to the dielectric layer or to the need to apply charge coupling techniques to perform thermionic extraction of electrons through that thin non-conductive layer. They also do not indicate the polarization mechanism of the cathode, its amplitude, its sign with respect to the “keeper”, or its frequency. In the present invention, the so-called "keeper" is used as a charge coupling reference and not as an electrode with the same function performed by the vacuum tube grids for charge extraction or emission modulation. In fact, the current through said electrode in the present invention does not reach 2% (normally less than 1%) of the total emission current even if the anode is at zero volts (ground) or even at negative potential with respect to said grid or “keeper”, an aspect that is very difficult to achieve using any usual configuration as a grid or “keeper” as in the patents analyzed, where the “keeper” current becomes even greater than the anode current itself even when the anode positively polarized. This is one of the distinctive characteristics of the present invention given that, in all studies, articles, patents and references, the “keeper” current is comparable or higher than the anode current, also requiring a positive polarization of the anode. . In the present invention, the "keeper" current is less than 3% of the anode current, even reaching the order of 1%, and said anode can be polarized to zero or even negative with respect to ground. The current lost in the “keeper” is not useful for the final application since they are electrons that do not reach the anode, so the losses will be less than 3%. That is, practically all the current at the cathode, supplied by the external circuit, is converted into a beam of free electrons that reaches the anode.

Por último, es importante destacar que el sistema basado en técnicas de acoplamiento de carga entre el “keeper” y el cátodo recogidas en la presente invención no tiene nada que ver con plasmas pulsados o ciertos regímenes pulsados en neutralizadores o propulsores iónicos. En todos esos casos el régimen pulsado se refiere al plasma o emisión en sí misma, normalmente de baja frecuencia. En la presente invención el régimen pulsado es intrínseco al cátodo y no tiene por qué trasladarse al plasma con el diseño adecuado, es decir, la corriente de ánodo puede ser prácticamente DC (“quasi-DC”) con pequeños rizados. Dicho de otra manera, los pulsos pueden no trasladarse al plasma si el tiempo de extinción del plasma es superior al tiempo de inactividad de la señal de excitación (tiempo de pulso a cero voltios).Finally, it is important to highlight that the system based on charge coupling techniques between the "keeper" and the cathode included in the present invention has nothing to do with pulsed plasmas or certain pulsed regimes in neutralizers or ionic propellants. In all these cases, the pulsed regime refers to the plasma or emission itself, normally of low frequency. In the present invention, the pulsed regime is intrinsic to the cathode and does not have to be transferred to the plasma with the appropriate design, that is, the anode current can be practically DC (“quasi-DC”) with small ripples. Put another way, pulses may not translate to the plasma if the plasma decay time is longer than the idle time of the excitation signal (pulse time at zero volts).

Electrolizadores y pilas de combustible. Electrolyzers and fuel cells.

Aunque la sustitución de metales nobles .(Pt, Pd, Ir, Ru) por otros más abundantes y baratos es objeto de una intensa investigación a nivel internacionales, hasta ahora no se ha detectado ningún dispositivo cuyo cátodo esté basado en el empleo del material C12A7:e-“electride” como catalizador, ni su planteamiento para la sustitución del grupo de metales nobles. Se incluyen tanto los electrolizadores y pilas de combustible de baja temperatura (tipo PEM/AEM) como de alta temperatura (SOEC y SOFC respectivamente), por lo que la presente invención pretende ser la primera de forma clara en este campo. En especial, los electrolizadores (SOEC) y pilas de combustible (SOFC) de óxidos sólidos de alta temperatura son aplicaciones especialmente indicadas para la utilización del material C12A7:e dado que es una cerámica que opera hasta 1000°C de temperatura, siendo ésta la primera vez que se plantea su utilización en dichos dispositivos. Posiblemente, este hecho no ha ocurrido hasta ahora debido a la degradación del material en las condiciones habituales de utilización en electrolizadores y pilas de combustible. Las técnicas de polarización introducidas, pulsos negativos o señal continua negativa además de las técnicas de deposición del material en los substratos que forman los cátodos, y, sobre todo, las técnicas de mejora después de la deposición basadas en “reducción forzada”, sean los factores diferenciales que permitan su utilización cuando antes no era posible.Although the replacement of noble metals (Pt, Pd, Ir, Ru) with more abundant and cheaper ones is the subject of intense international research, so far no device has been detected whose cathode is based on the use of the C12A7 material. :e-“electride” as a catalyst, nor its approach for replacing the group of noble metals. Both low temperature (PEM/AEM type) and high temperature (SOEC and SOFC respectively) electrolyzers and fuel cells are included, so the present invention aims to be the first clearly in this field. In particular, high temperature solid oxide electrolyzers (SOEC) and fuel cells (SOFC) are applications especially indicated for the use of the C12A7:e material given that it is a ceramic that operates up to 1000°C temperature, this being the for the first time that its use in such devices is being considered. Possibly, this fact has not occurred until now due to the degradation of the material under the usual conditions of use in electrolyzers and fuel cells. The introduced polarization techniques, negative pulses or negative continuous signal in addition to the material deposition techniques on the substrates that form the cathodes, and, above all, the improvement techniques after deposition based on “forced reduction”, are the differential factors that allow its use when it was not possible before.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION

La presente invención incorpora una serie de novedades en distintas fases de la construcción de los dispositivos finales, agrupados en los siguientes conceptos:The present invention incorporates a series of novelties in different phases of the construction of the final devices, grouped into the following concepts:

1. - Procedimientos de mejora del material sintetizado C12A7:e- “electride”, aplicados a las muestras finales sólidas de distintas formas (como discos o cilindros huecos) o a las deposiciones realizadas sobre substratos o soportes según el tipo de aplicación.1. - Procedures for improving the synthesized material C12A7:e- “electride”, applied to the final solid samples of different shapes (such as discs or hollow cylinders) or to the depositions made on substrates or supports depending on the type of application.

2. - Diseño de distintas arquitecturas de cátodos para emisión de electrones que aprovechan las características del material C12A7:e “electride”, los procedimientos de mejora del material (reducción forzada) y los procedimientos de polarización pulsada para la estabilización de la emisión definidos en la solicitud de invención previa P 202130778 de fecha 10 de agosto de 2021. 2. - Design of different cathode architectures for electron emission that take advantage of the characteristics of the C12A7:e “electride” material, the material improvement procedures (forced reduction) and the pulsed polarization procedures for the stabilization of the emission defined in the prior invention application P 202130778 dated August 10, 2021.

3.- Utilización de substratos especiales y procedimientos para la deposición del material C12A7:e- “electride” en dichos substratos.3.- Use of special substrates and procedures for the deposition of the C12A7:e- “electride” material on said substrates.

La utilización de substratos y soportes específicos para depositar el material en lugar de utilizarse de forma sólida tiene ventajas muy significativas en cuanto a resistencia a fracturas y roturas en condiciones de estrés mecánico y térmico, superando los inconvenientes de un material de naturaleza cerámica cuando se utiliza en piezas sólidas, especialmente en el ámbito aeroespacial (neutralizadores y propulsores). Además es necesario cuando se utiliza como cátodo de electrolizadores y ánodo en pilas de combustible dado que los cátodos (o ánodos en las pilas de combustible) suelen fabricarse precisamente de fibras de carbonografito que contienen el catalizador, realizan la conexión eléctrica y permiten el intercambio de gases (conocidas como GDL o Gas Diffusion Layer).The use of specific substrates and supports to deposit the material instead of being used in a solid form has very significant advantages in terms of resistance to fractures and breaks under conditions of mechanical and thermal stress, overcoming the drawbacks of a ceramic material when used. in solid parts, especially in the aerospace field (neutralizers and propellants). It is also necessary when used as a cathode in electrolyzers and an anode in fuel cells since the cathodes (or anodes in fuel cells) are usually made precisely of carbongraphite fibers that contain the catalyst, make the electrical connection and allow the exchange of gases (known as GDL or Gas Diffusion Layer).

Respecto al proceso de mejora del material C12A7:e- “electride”, el mismo está basado en aplicar una “reducción forzada” (sustitución de iones oxígeno por electrones) mediante la polarización negativa del material a reducir (sustitución de iones oxigeno por electrones), en régimen DC o pulsado, respecto al masa o referencia de cero voltaje. El procedimiento de mejora se puede realizar sobre el material base recién sintetizado, el material molido, el material depositado en un substrato incluyendo dicho substrato o a un conjunto completo que incluya el material, el substrato y a otros elementos constitutivos del cátodo.Regarding the improvement process of the C12A7:e- “electride” material, it is based on applying a “forced reduction” (substitution of oxygen ions for electrons) through negative polarization of the material to be reduced (substitution of oxygen ions for electrons). , in DC or pulsed regime, with respect to the ground or zero voltage reference. The improvement procedure can be carried out on the newly synthesized base material, the ground material, the material deposited on a substrate including said substrate or on a complete assembly that includes the material, the substrate and other constituent elements of the cathode.

De acuerdo con otra de las características de la invención, se ha previsto la bajada de la temperatura y/o tiempo de proceso respecto al proceso de reducción convencional (sustitución de iones oxígeno por electrones), lo que permite reducir e integrar en el mismo proceso no solo el material sino el substrato o un conjunto mayor que pueda ser sensible a la temperatura. La reducción y proceso conjunto material-substrato mejora la conductividad del material con el substrato cuando es conductor, aspecto clave para altos rendimientos. La reducción forzada permite bajar la temperatura de reducción desde el rango de 950°C a 1250°C hasta el rango 650°C a 950°C y sobre todo, reducir el tiempo de proceso.In accordance with another of the characteristics of the invention, a reduction in temperature and/or process time has been planned with respect to the conventional reduction process (replacement of oxygen ions with electrons), which allows reduction and integration in the same process. not only the material but the substrate or a larger assembly that may be sensitive to temperature. The reduction and joint material-substrate process improves the conductivity of the material with the substrate when it is conductive, a key aspect for high performance. Forced reduction allows the reduction temperature to be lowered from the range of 950°C to 1250°C to the range of 650°C to 950°C and, above all, to reduce the process time.

En cuanto a los substratos se refiere, la invención prevé la utilización de substratos en los que se deposita el material con diversas técnicas, especialmente el modo “spray” o nebulizado (con o sin asistencia de alta tensión), así como el procedimiento y fórmula para obtener la disolución a nebulizar formada por la base de material C12A7:e- “electride” y un disolvente no acuoso, incluyendo aditivos reductores tal como se describe en la presente invención. El tratamiento posterior al conjunto material y substrato incluye reducción forzada y la bajada de temperatura y tiempo de proceso anteriormente descritos.As far as the substrates are concerned, the invention provides for the use of substrates on which the material is deposited with various techniques, especially the "spray" or nebulized mode (with or without high voltage assistance), as well as the procedure and formula to obtain the solution to be nebulized formed by the base material C12A7:e- “electride” and a non-aqueous solvent, including reducing additives as described in the present invention. The subsequent treatment of the material and substrate assembly includes forced reduction and the lowering of temperature and process time described above.

De forma más concreta se utilizarán substratos del tipo fibra de carbono, activada o con aditivos de grafito y nano tubos de carbono a los que se deposita el material según el proceso anteriormente descrito.More specifically, carbon fiber type substrates will be used, activated or with graphite additives and carbon nanotubes to which the material is deposited according to the process described above.

A partir de esta estructuración, la invención permite desarrollar diferentes aplicaciones prácticas, entre las que caben destacar las siguientes:Based on this structuring, the invention allows the development of different practical applications, among which the following should be highlighted:

• Construcción de cátodos especialmente indicados para el sector aeroespacial cumpliendo los requerimientos de estrés térmico y mecánico al que están sometidos, evitando los inconvenientes de la naturaleza cerámica del material si se emplea como sólido (discos, cilindros huecos, etc). Las cerámicas fracturan en condiciones de estrés térmico y mecánico, especialmente el material C12A7:e- “electride” debido a su falta de homogeneidad en las propiedades conductoras eléctricas y térmicas lo que ocasiona tensiones internas que terminan por fracturar el material. Dado que el cátodo puede ser un substrato de fibra de carbono con el material depositado y tratado posteriormente (reducción forzada), no hay posibilidades de fracturas en condiciones de estrés térmico o mecánico extremas, por las propias características de la fibra de carbono, pero se mantienen las propiedades de emisión del material original siguiendo los procedimientos indicados.• Construction of cathodes especially indicated for the aerospace sector, meeting the thermal and mechanical stress requirements to which they are subjected, avoiding the drawbacks of the ceramic nature of the material if it is used as a solid (disks, hollow cylinders, etc.). Ceramics fracture under conditions of thermal and mechanical stress, especially the material C12A7:e- “electride” due to its lack of homogeneity in electrical and thermal conductive properties, which causes internal stresses that end up fracturing the material. Since the cathode can be a carbon fiber substrate with the material deposited and subsequently treated (forced reduction), there is no possibility of fractures under conditions of extreme thermal or mechanical stress, due to the characteristics of the carbon fiber, but it is They maintain the emission properties of the original material by following the indicated procedures.

• Construcción de cátodos para electrolizadores y ánodos para pilas de combustible, tanto de baja temperatura (tipo PEM o AEM alcalinos) como de alta temperatura (SOEC y SOFC respectivamente), donde la GDL (Gas Diffusion Layer) que forma el cátodo, normalmente a base de carbono (fibra de carbono, papel de grafito y similares) contiene material C12A7:e- “electride” depositado y tratado según se ha descrito anteriormente, actúa como catalizador en dichos dispositivos.• Construction of cathodes for electrolyzers and anodes for fuel cells, both low temperature (type PEM or alkaline AEM) and high temperature (SOEC and SOFC respectively), where the GDL (Gas Diffusion Layer) that forms the cathode, normally at carbon base (carbon fiber, graphite paper and the like) contains C12A7:e- “electride” material deposited and treated as described above, acting as a catalyst in said devices.

• Construcción de cátodos para sistemas de depuración de agua basados en electrólisis. • Construction of cathodes for water purification systems based on electrolysis.

Opcionalmente, la invención prevé la posible sustitución de metales nobles (Pt, Pd, Ir, Ru) en cátodos empleados en electrolizadores y pilas de combustible, tanto de baja temperatura (tipo PEM o AEM alcalinos) como de alta temperatura (SOEC y SOFC respectivamente) y en sistemas de depuración de agua basados en electrólisis.Optionally, the invention provides for the possible substitution of noble metals (Pt, Pd, Ir, Ru) in cathodes used in electrolyzers and fuel cells, both low temperature (type PEM or alkaline AEM) and high temperature (SOEC and SOFC respectively). ) and in water purification systems based on electrolysis.

De acuerdo con otra de las características de la invención, se ha podido comprobar la idoneidad de utilizar una señal pulsada en lugar de corriente continua (DC), siempre con polaridad negativa, para evitar inestabilidades y conseguir un funcionamiento estable y sin degradaciones de material, así como la conveniencia de utilizar un electrodo auxiliar (“keeper”) para facilitar el acoplamiento de carga, se reivindica la posibilidad de diseño de distintos cátodos para la emisión de electrones aptos para el entorno aeroespacial utilizando tanto el material sólido como depositado y tratado en fibra de carbono, lo que permite cumplir los requerimientos de estrés térmico y mecánico, añadiendo un grado de libertad más al propio diseño.In accordance with another of the characteristics of the invention, it has been possible to verify the suitability of using a pulsed signal instead of direct current (DC), always with negative polarity, to avoid instabilities and achieve stable operation without material degradation. As well as the convenience of using an auxiliary electrode ("keeper") to facilitate charge coupling, the possibility of designing different cathodes for the emission of electrons suitable for the aerospace environment is claimed, using both solid material and deposited and treated in carbon fiber, which allows the thermal and mechanical stress requirements to be met, adding one more degree of freedom to the design itself.

En caso de aplicación en propulsores y neutralizadores espaciales, la invención prevé igualmente la utilización de una cámara de ionización con una sección de entrada y de salida mucho más pequeña que la sección de la propia cámara para producir una sobrepresión por efecto Venturi. Dicha sobrepresión permite el funcionamiento del plasma con bajos regímenes de alimentación de gas e incluso bajar el potencial de cátodo necesario para el mantenimiento del plasma. Las paredes de la cámara deben ser aislantes eléctricamente o estar recubiertas de material aislante para evitar la neutralización (y por tanto pérdida) de electrones e iones.In the case of application in space thrusters and neutralizers, the invention also provides for the use of an ionization chamber with an inlet and outlet section much smaller than the section of the chamber itself to produce an overpressure due to the Venturi effect. This overpressure allows the operation of the plasma with low gas feed rates and even lowers the cathode potential necessary to maintain the plasma. The walls of the chamber must be electrically insulating or covered with insulating material to prevent the neutralization (and therefore loss) of electrons and ions.

A partir de estas dos características, es posible desarrollar los siguientes tipos de cátodos:From these two characteristics, it is possible to develop the following types of cathodes:

• cátodo con emisor plano y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas lateral.• cathode with flat emitter and magnetic field for plasma operation without heater in side gas inlet variant.

• cátodo con emisor plano y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas inferior-central.• Cathode with flat emitter and magnetic field for plasma operation without heater in lower-central gas inlet variant.

• cátodo con emisor cilíndrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas inferior-central y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.• cathode with cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in lower-central gas inlet variant and with auxiliary electrode lateral “keeper”.

• cátodo con emisor cilindrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas lateral y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.• Cathode with cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in variant with lateral gas inlet and with lateral “keeper” auxiliary electrode.

• cátodo de emisor cilíndrico sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas lateral y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.• Cylindrical emitter cathode without magnetic field for plasma operation in lateral gas inlet variant and with lateral “keeper” auxiliary electrode.

• cátodo con emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” superior.• Cathode with hollow cylindrical emitter without magnetic field for plasma operation in central gas inlet variant and with upper “keeper” auxiliary electrode.

• cátodo con emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.• Cathode with hollow cylindrical emitter without magnetic field for plasma operation in central gas inlet variant and with lateral “keeper” auxiliary electrode.

• cátodo con emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas por orificios inferiores en la base de sujeción del emisor y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.• Cathode with hollow cylindrical emitter without magnetic field for plasma operation in gas inlet variant through lower holes in the emitter holding base and with lateral “keeper” auxiliary electrode.

• cátodo con emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral).• Cathode with hollow cylindrical emitter without magnetic field for plasma operation in central gas inlet variant and with double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral).

• cátodo de emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en vacío y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral).• Hollow cylindrical emitter cathode without magnetic field for vacuum operation and with double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral).

• cátodo basado en depositar el material C12A7:e- “electride” sobre un filamento de W, Ta, Mo, utilizando señales pulsadas tanto para calefactar el filamento como para establecer su potencial respecto a la referencia de masa (cero potencial) que siempre será negativo. Incorporación de una rejilla polarizada formando parte del cátodo para el control de la intensidad del haz de electrones emitido. • cathode based on depositing the material C12A7:e- “electride” on a filament of W, Ta, Mo, using pulsed signals both to heat the filament and to establish its potential with respect to the mass reference (zero potential) which will always be negative. Incorporation of a polarized grid as part of the cathode to control the intensity of the emitted electron beam.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that will be made below and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, in accordance with a preferred example of its practical implementation, a set of plans is attached as an integral part of said description. where, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:

En las Figuras 1.1 y 1.2 se muestra la estructura del encapsulamiento de los imanes de los cátodos de los tipos 1 y 2.Figures 1.1 and 1.2 show the structure of the encapsulation of the magnets of the cathodes of types 1 and 2.

La Figura 2 representa el esquema del cátodo tipo 1 con emisor plano y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor, en su variante de entrada de gas lateral.Figure 2 represents the schematic of the type 1 cathode with flat emitter and magnetic field for plasma operation without heater, in its lateral gas inlet variant.

En la Figura 3 se representa el esquema del cátodo tipo 2 con emisor plano y campo magnético para funcionamiento con plasma sin calefactor, en su variante de entrada de gas central.Figure 3 shows the diagram of the type 2 cathode with flat emitter and magnetic field for operation with plasma without heater, in its central gas inlet variant.

La Figura 4 muestra la estructura del encapsulamiento de los imanes de los cátodos tipo 3 y 4.Figure 4 shows the structure of the encapsulation of the type 3 and 4 cathode magnets.

En la Figura 5 se ilustra la arquitectura y componentes del diseño del cátodo tipo 3 con emisor cilindrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas inferior.Figure 5 illustrates the architecture and design components of the type 3 cathode with cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in lower gas inlet variant.

La Figura 6 muestra la arquitectura y componentes del diseño del cátodo tipo 4 con emisor cilíndrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas lateral.Figure 6 shows the architecture and design components of the type 4 cathode with cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in side gas inlet variant.

En la Figura 7 se muestra la configuración de un cátodo tipo 5 de emisor cilindrico sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas lateral y con electrodo auxiliar “keeper” lateral. Figure 7 shows the configuration of a type 5 cathode with a cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in a lateral gas inlet variant and with a lateral “keeper” auxiliary electrode.

En la Figura 8 se muestra la primera de las configuraciones de electrodo emisor cilindrico hueco, en concreto el tipo de cátodo tipo 6 con emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” superior.Figure 8 shows the first of the hollow cylindrical emitter electrode configurations, specifically the type 6 cathode type with hollow cylindrical emitter without magnetic field for plasma operation in a central gas inlet variant and with an auxiliary “keeper” electrode. superior.

En la Figura 9.1 se ilustra el cátodo tipo 7 de emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.Figure 9.1 illustrates the type 7 cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in a central gas inlet variant and with a lateral “keeper” auxiliary electrode.

La Figura 9.2 ilustra un dispositivo similar al anterior con la variante de la salida de gas, que en este caso tiene lugar a través de unos orificios situados en la base de sujeción del emisor, en lugar de a través del orificio superior central del emisor.Figure 9.2 illustrates a device similar to the previous one with the variant of the gas outlet, which in this case takes place through holes located in the clamping base of the emitter, instead of through the upper central hole of the emitter.

En la Figura 10 se representa el esquema de la configuración de un cátodo tipo 8 de emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas lateral y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral).Figure 10 represents the schematic of the configuration of a type 8 cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in a lateral gas entry variant and with a double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral).

En la Figura 11 se muestra el esquema de un cátodo tipo 9 de emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en vacio y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral).Figure 11 shows the diagram of a type 9 cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for vacuum operation and with a double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral).

En la Figura 12 se representa el esquema de un dispositivo intensificador de corriente para ser acoplado encima de cualquier dispositivo generador de electrones.Figure 12 represents the schematic of a current intensifying device to be coupled on top of any electron generating device.

En la Figura 13.1 se representa el esquema de un cátodo basado en un filamento recubierto con material C12A7:e- electride con las técnicas descritas, especial mediante spray o nebulizador.Figure 13.1 represents the scheme of a cathode based on a filament coated with C12A7:e-electride material with the techniques described, especially by spray or nebulizer.

En la Figura 13.2 se representa el cátodo anterior integrado con una rejilla de control para modular el haz de electrones emitido mediante una fuente de corriente continua variable (42).Figure 13.2 shows the previous cathode integrated with a control grid to modulate the electron beam emitted by a variable direct current source (42).

En la Figura 14.a se detalla la estructura de un electrolizador PEM con el cátodo basado en C12A7:e electride mientras que en la Figura 14.b se muestra un electrolizador AEM, igualmente con el cátodo basado en C12A7:e electride.Figure 14.a details the structure of a PEM electrolyzer with the cathode based on C12A7:e electride while Figure 14.b shows an AEM electrolyzer, Likewise with the cathode based on C12A7:e electride.

En la Figura 15 se detalla la estructura de una pila de combustible PEM con el cátodo basado en C12A7:e electride.Figure 15 details the structure of a PEM fuel cell with the cathode based on C12A7:e electride.

En la Figura 16 se detalla la estructura de un electrolizador de óxidos sólidos SOEC de alta temperatura con el cátodo basado en C12A7:e electride utilizando una membrana cerámica de conducción de protones H+.Figure 16 details the structure of a high-temperature SOEC solid oxide electrolyzer with the C12A7:e-based cathode electrified using an H+ proton conduction ceramic membrane.

En la Figura 17 se detalla la estructura de una pila de combustible de óxidos sólidos SOFC de alta temperatura con el cátodo y ánodo basados en C12A7:e “electride” y una membrana cerámica de conducción de protones H+.Figure 17 details the structure of a high-temperature SOFC solid oxide fuel cell with the cathode and anode based on C12A7:e “electride” and a ceramic H+ proton conduction membrane.

En las Figura 18.1 y 18.2 se detalla un esquema que describe la deposición del electride a partir de la “solución de electride” descrita en la presente invención mediante la técnica de spray o nebulización, asistida o no por alta tensión.Figures 18.1 and 18.2 detail a scheme that describes the deposition of the electride from the “electride solution” described in the present invention using the spray or nebulization technique, assisted or not by high voltage.

En la Figura 19 se ilustra el procedimiento de mejora o post tratamiento de forma “forzada”.Figure 19 illustrates the “forced” improvement or post-treatment procedure.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS.DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS.

En las figuras anteriormente descritas se han utilizado las siguientes referencias:In the figures described above the following references have been used:

1. Orificio exterior de la cámara de ionización1. Outer hole of the ionization chamber

2. Cámara de ionización2. Ionization chamber

3. Paredes de la cámara de ionización de material aislante resistente a la temperatura. 4. Base de la cámara de ionización.3. Walls of the ionization chamber made of temperature-resistant insulating material. 4. Base of the ionization chamber.

5. Electrodo emisor de electrones (C12A7:e electride)5. Electron emitting electrode (C12A7:e electride)

6. Electrodo auxiliar (INOX, Mo, Ta, o grafito)6. Auxiliary electrode (INOX, Mo, Ta, or graphite)

7. Junta/arandela aislante entre los electrodos emisor y auxiliar7. Gasket/insulating washer between the emitter and auxiliary electrodes

8. Imán anular externo (Samario-Cobalto)8. External ring magnet (Samarium-Cobalt)

9. Imán cilíndrico interno (Samario-Cobalto) 9. Internal cylindrical magnet (Samarium-Cobalt)

10. Anillo separador de imanes de material no ferromagnético10. Non-ferromagnetic material magnet separator ring

11. Imán superior (Samario Cobalto)11. Top Magnet (Samarium Cobalt)

12. Imán inferior (Samario Cobalto)12. Bottom Magnet (Samarium Cobalt)

13. Contenedor de imanes y cierre de campo con material ferromagnético resistente a temperatura.13. Magnet container and field closure with temperature resistant ferromagnetic material.

14. Base del electrodo emisor y cerramiento externo de imanes y disipador14. Base of the emitting electrode and external enclosure of magnets and heatsink

15. Tubo de entrada de gas (INOX)15. Gas inlet tube (INOX)

16. Orificio de salida de gas16. Gas outlet hole

17. Conector de la señal del electrodo emisor (Mo, Ta, o grafito)17. Emitting electrode signal connector (Mo, Ta, or graphite)

18. Conector de la señal del electrodo auxiliar (Mo, Ta, o grafito)18. Auxiliary electrode signal connector (Mo, Ta, or graphite)

19. Paredes del electrodo auxiliar (Al, Mo, Ta, o grafito)19. Auxiliary electrode walls (Al, Mo, Ta, or graphite)

20. Tubo aislante del conector de la señal del electrodo emisor20. Emitting electrode signal connector insulating tube

21. Tubo aislante del conector de señal del electrodo auxiliar21. Auxiliary electrode signal connector insulating tube

22. Disipador térmico22. Heatsink

23. Base de sujeción del electrodo emisor23. Emitting electrode holding base

24. Estructura aislante entre electrodos emisor y auxiliar24. Insulating structure between emitter and auxiliary electrodes

25. Tubo aislante de salida25. Outlet insulating tube

26. Tubo aislante del electrodo emisor26. Emitting electrode insulating tube

27. Arandela aislante superior27. Upper insulating washer

28. Arandela aislante inferior28. Bottom insulating washer

29. Capa aislante del electrodo auxiliar (pasta/pintura aislante)29. Auxiliary electrode insulating layer (insulating paste/paint)

30. Tubo aislante del tubo de entrada de gas30. Gas inlet pipe insulation tube

31. Base de sujeción del electrodo emisor (Mo, Ta o grafito)31. Base for holding the emitting electrode (Mo, Ta or graphite)

32. Tubo aislante de la base de sujeción del electrodo emisor32. Insulating tube for the emitting electrode holding base

33. Electrodo auxiliar interno (Mo, Ta o grafito)33. Internal auxiliary electrode (Mo, Ta or graphite)

34. Conector de señal del electrodo auxiliar interno (Mo, Ta o grafito)34. Internal auxiliary electrode signal connector (Mo, Ta or graphite)

35. Tubo aislante del conector de señal del electrodo auxiliar interno35. Internal auxiliary electrode signal connector insulating tube

36. Filamento de W, Ta, Mo recubierto de electride y con tratamiento posterior.36. W, Ta, Mo filament coated with electride and with subsequent treatment.

37. Soporte aislante37. Insulating support

38. Resistencia de control de calentamiento del filamento38. Filament heating control resistor

39a. Fuente de alimentación pulsada (onda cuadrada) flotante para alimentación del filamento (calentamiento).39a. Floating pulsed (square wave) power supply for filament feeding (heating).

39b. Fuente de alimentación pulsada (onda cuadrada) para polarización del filamento negativo respecto a masa y con posibilidad de offset. 39b. Pulsed power supply (square wave) for polarization of the negative filament with respect to ground and with the possibility of offset.

40. Cuerpo completo de cátodo con rejilla aislante.40. Complete cathode body with insulating grid.

41. Rejilla (Ta, Mo)41. Grid (Ta, Mo)

42. Fuente de control de potencial de rejilla42. Grid Potential Control Source

43. Resistencia de control de corriente de rejilla43. Grid current control resistor

44. Cátodo de electrolizador PEM/AEM y de pila PEM44. PEM/AEM electrolyzer and PEM cell cathode

45. Substrato (GDL)45. Substrate (DOF)

46. (a,b) Membrana PEM (46.a) y membrana AEM (46.b)46. (a,b) PEM membrane (46.a) and AEM membrane (46.b)

47. Ånodo de electrolizador PEM/AEM y de pila PEM47. PEM/AEM electrolyzer and PEM cell anode

48. C12A7:e- electride depositado en substrato por diversas técnicas48. C12A7:e- electride deposited on substrate by various techniques

49. Electrodo cátodo electrolizador/pila SOEC, SOFC49. Electrolyzer cathode electrode/cell SOEC, SOFC

50. C12A7:e- electride sólido (no depositado)50. C12A7:e- solid electride (undeposited)

51. Membrana cerámica fina (depositada) o sólida de conducción de protones51. Thin (deposited) or solid ceramic proton conduction membrane

52. Cátodo electrolizador SOEC y pila SOFC52. SOEC electrolyzer cathode and SOFC cell

53. Ånodo de electrolizador SOEC y pila SOFC53. SOEC electrolyzer anode and SOFC cell

54. Control de spray o nebulizador54. Spray or nebulizer control

55. Spray o nebulizador con disolución con C12A7:e electride55. Spray or nebulizer with solution with C12A7:e electride

56. Substrato a depositar el material C12A7:e electride56. Substrate to deposit the material C12A7:e electride

57. Fuente de alta tensión (10 a 20 KV)57. High voltage source (10 to 20 KV)

58. Material C12A7:e- electride, sólido o depositado en un substrato, a tratar en post proceso58. Material C12A7:e- electride, solid or deposited on a substrate, to be treated in post-process

59. Cable (Mo, Ta, W) de conexión activo. Conectado a una pieza de grafito en contacto con el material C12A7:e- electride. Se conectará a los pulsos negativos o DC negativo.59. Active connection cable (Mo, Ta, W). Connected to a piece of graphite in contact with the C12A7:e- electride material. It will connect to negative or DC negative pulses.

60. Cable (Mo, Ta, W) de conexión a masa (masa de la cámara). Todos los crisoles están a masa.60. Ground connection cable (Mo, Ta, W) (camera ground). All crucibles are grounded.

61. Tubo aislante de alúmina para cable activo (59) y masa (60)61. Alumina insulating tube for active cable (59) and ground (60)

62. Crisol de grafito interior62. Inner graphite crucible

63. Crisol de grafito exterior63. Outer graphite crucible

64. Pieza de grafito para en contacto con C12A7:e- electride y con el cable activo (59) 65. Tapas de grafito de los crisoles de grafito64. Graphite piece for contact with C12A7:e- electride and with the active cable (59) 65. Graphite lids of the graphite crucibles

66. Aislantes de alúmina pura66. Pure alumina insulators

67. Soporte de grafito con contacto con cable (60) con conexión a masa.67. Graphite support with cable contact (60) with ground connection.

En las Figuras 1.1 y 1.2 se muestra la estructura del encapsulamiento de los imanes de los cátodos de los tipos 1 y 2. En ellos, el imán cilíndrico interno (9) se sitúa en el centro del anillo separador de imanes (10) y el imán anular externo (8) en el exterior de ese anillo separador, y sus polos norte-sur se orientan de modo que los sentidos del campo magnético sean los que se muestran en las figuras 1a o 1b. El conjunto de estas tres piezas se inserta en una pieza de acero inoxidable ferromagnético (tipo AISI 446 o similar) que contiene el conjunto de imanes y cierra su campo magnético para que se limite a la zona inmediatamente superior a los imanes, y para no provocar interacciones magnéticas en el resto de la estructura del cátodo y de los dispositivos circundantes.Figures 1.1 and 1.2 show the structure of the encapsulation of the cathode magnets of types 1 and 2. In them, the internal cylindrical magnet (9) is located in the center of the magnet separator ring (10) and the external annular magnet (8) on the outside of that separator ring, and their north-south poles are oriented so that the directions of the magnetic field are those shown in figures 1a or 1b . The set of these three pieces is inserted into a piece of ferromagnetic stainless steel (type AISI 446 or similar) that contains the set of magnets and closes its magnetic field so that it is limited to the area immediately above the magnets, and so as not to cause magnetic interactions in the rest of the cathode structure and surrounding devices.

La Figura 2 representa el esquema del cátodo tipo 1 con emisor plano y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor, en su variante de entrada de gas lateral. La parte del electrodo auxiliar keeper (6) situada por encima del electrodo emisor (5) mantiene la mayor parte de su superficie aislada eléctricamente al estar cubierta por la pieza aislante (7) de modo que solo se expone a la corriente de electrones emitidos una corona central de dicho “keeper” de unos pocos milímetros o décimas de milímetro. Igualmente se encuentra cubierta por la pieza aislante (4) la superficie superior de dicho “keeper”, que se encuentra de esta manera también aislada eléctricamente. El conjunto de ambos aislamientos reduce considerablemente la corriente absorbida por el “keeper” respecto a la emitida por el cátodo. Asimismo, el espesor del “keeper” debe ser lo mínimo posible (menor que 1 milímetro e idealmente de cientos de nano metros o una micra si se deposita sobre el aislante con las técnicas de deposición de metales por evaporación, pulverización catódica, PLD, etc). El diseño de este cátodo , además, independiza el tamaño del orificio de salida del dispositivo del tamaño del orificio del “keeper” al situar por encima de este último una cámara de ionización construida de material aislante para que no extraiga electrones ni iones del gas que se ioniza en su interior, y con una sección perpendicular al flujo de gas mucho más grande en relación al orificio de entrada y salida del gas, lo que ocasionará una sobrepresión de gas en dicha cámara (efecto Venturi) que favorece la creación de plasma con bajos regímenes de flujo de gas (medido en sccm, menos de 2 sccm). Los imanes utilizados serán de samario cobalto para soportar las temperaturas en torno a los 350 °C que se alcanzan en el cátodo cuando se opera en ambiente de plasma sin llegar a la temperatura de Curie y perder eficiencia. Por otra parte, el campo magnético creado por ese conjunto de imanes es perpendicular en una corona circular correspondiente al espacio entre imanes al campo eléctrico creado entre el cátodo y el “keeper” con lo que la fuerza de Lorentz es máxima, quedando los electrones confinados en dicha zona, o al menos con trayectorias más largas de forma helicoidal con un tiempo de permanencia superior al de trayectorias rectas, creando una zona de alta densidad de carga de electrones que, colisionando con los átomos (o moléculas) del gas en cuestión, provocan un alto grado de ionización.Figure 2 represents the schematic of the type 1 cathode with flat emitter and magnetic field for plasma operation without heater, in its lateral gas inlet variant. The part of the auxiliary keeper electrode (6) located above the emitter electrode (5) maintains most of its electrically insulated surface by being covered by the insulating piece (7) so that it is only exposed to the current of emitted electrons a central crown of said “keeper” of a few millimeters or tenths of a millimeter. Likewise, the upper surface of said “keeper” is covered by the insulating piece (4), which is thus also electrically insulated. The combination of both insulations considerably reduces the current absorbed by the “keeper” compared to that emitted by the cathode. Likewise, the thickness of the “keeper” should be as minimal as possible (less than 1 millimeter and ideally hundreds of nano meters or one micron if it is deposited on the insulator with metal deposition techniques by evaporation, sputtering, PLD, etc. ). The design of this cathode also makes the size of the exit hole of the device independent of the size of the “keeper” hole by placing above the latter an ionization chamber constructed of insulating material so that it does not extract electrons or ions from the gas that is ionized inside, and with a section perpendicular to the gas flow that is much larger in relation to the gas inlet and outlet orifice, which will cause an overpressure of gas in said chamber (Venturi effect) that favors the creation of plasma with low gas flow regimes (measured in sccm, less than 2 sccm). The magnets used will be made of samarium cobalt to withstand temperatures around 350 °C that are reached at the cathode when operating in a plasma environment without reaching the Curie temperature and losing efficiency. On the other hand, the magnetic field created by this set of magnets is perpendicular in a circular crown corresponding to the space between magnets to the electric field created between the cathode and the "keeper", so the Lorentz force is maximum, leaving the electrons confined. in said area, or at least with longer helical-shaped trajectories with a residence time greater than that of straight trajectories, creating an area of high electron charge density that, colliding with the atoms (or molecules) of the gas in question, cause a high degree of ionization.

En la Figura 3 se representa el esquema del cátodo tipo 2 con emisor plano y campo magnético para funcionamiento con plasma sin calefactor, en su variante de entrada de gas central. Como se indicaba anteriormente, se trata de una variante del cátodo anterior en la que solo se modifica. Las indicaciones y comentarios relativos al aislamiento eléctrico del electrodo auxiliar “keeper” descritos para el diseño tipo 1 de la figura 2 son comunes para esta variante mostrada en la figura 3. Así mismo son aplicables las indicaciones y comentarios relativos a la cámara de ionización con paredes aisladas eléctricamente y los relativos al comportamiento asociado al campo magnético generado por el conjunto de imanes.Figure 3 shows the diagram of the type 2 cathode with flat emitter and magnetic field for operation with plasma without heater, in its central gas inlet variant. As indicated above, this is a variant of the previous cathode in which it is only modified. The indications and comments related to the electrical insulation of the auxiliary “keeper” electrode described for the type 1 design in Figure 2 are common for this variant shown in Figure 3. Likewise, the indications and comments related to the ionization chamber with electrically insulated walls and those related to the behavior associated with the magnetic field generated by the set of magnets.

La Figura 4 muestra la estructura del encapsulamiento de los imanes de los cátodos tipo 3 y 4. Los imanes anulares superior (6) e inferior (7) se insertan y se sitúan en las posiciones que se indican en la figura 4 dentro de la pieza de acero inoxidable ferromagnética (tipo AISI 446 o similar) que actúa simultáneamente como elemento contenedor de imanes y cierre de campo (13) y como elemento electrodo auxiliar “keeper” (6). La orientación de los polos norte-sur de estos imanes se enfrentan entre sí de modo que el sentido del campo magnético sea alguno de los que se muestran en la figura 4. El conjunto de estas tres piezas cierra el campo magnético en el interior del elemento 6+13 e impide que se provoquen interacciones magnéticas el resto de la estructura del cátodo y de los dispositivos circundantes. Es muy conveniente aplicar una capa fina de aislante eléctrico a las paredes interiores del conjunto que conforman la cámara de ionización con el objetivo de disminuir el retorno hacia masa de los electrones emitidos desde el cátodo emisor y los generados por la ionización del gas.Figure 4 shows the structure of the encapsulation of the magnets of the cathodes type 3 and 4. The upper (6) and lower (7) annular magnets are inserted and placed in the positions indicated in Figure 4 inside the piece ferromagnetic stainless steel (type AISI 446 or similar) that acts simultaneously as a magnet container and field closure element (13) and as an auxiliary “keeper” electrode element (6). The orientation of the north-south poles of these magnets face each other so that the direction of the magnetic field is one of those shown in figure 4. The set of these three pieces closes the magnetic field inside the element 6+13 and prevents magnetic interactions from causing the rest of the cathode structure and surrounding devices. It is very convenient to apply a thin layer of electrical insulation to the interior walls of the assembly that makes up the ionization chamber in order to reduce the return to mass of the electrons emitted from the emitting cathode and those generated by the ionization of the gas.

En la Figura 5 se ilustra la arquitectura y componentes del diseño del cátodo tipo 3 con emisor cilíndrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas inferior. El campo eléctrico entre el electrodo emisor y el electrodo auxiliar “keeper”, que determina la dirección del campo eléctrico, es perpendicular al campo magnético generado por los imanes que se muestra en la figura 4. De este modo, los electrones trazarán una trayectoria helicoidal que aumentará el tiempo de permanencia en la cámara de ionización y por tanto la probabilidad de colisión con los neutros del gas que se inyecta por el tubo de entrada de gas y su consecuente ionización acompañada de la emisión de electrones.Figure 5 illustrates the architecture and design components of the type 3 cathode with cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in the lower gas inlet variant. The electric field between the emitting electrode and the auxiliary “keeper” electrode, which determines the direction of the electric field, is perpendicular to the magnetic field generated by the magnets shown in figure 4. In this way, the electrons will trace a helical path which will increase the residence time in the ionization chamber and therefore the probability of collision with the neutrals of the gas that It is injected through the gas inlet tube and its consequent ionization accompanied by the emission of electrons.

La Figura 6 muestra la arquitectura y componentes del diseño del cátodo tipo 4 con emisor cilíndrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas lateral. Al igual que la configuración anterior de la figura 5, el campo eléctrico entre el electrodo emisor y el auxiliar “keeper” es perpendicular al campo magnético generado por los imanes que se muestra en la figura 4. La trayectoria helicoidal que experimentarán los electrones emitidos aumentará el tiempo de permanencia en la cámara de ionización y por tanto el grado de ionización del gas y su correspondiente generación adicional de electrones.Figure 6 shows the architecture and design components of the type 4 cathode with cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in side gas inlet variant. Like the previous configuration in Figure 5, the electric field between the emitting electrode and the auxiliary “keeper” electrode is perpendicular to the magnetic field generated by the magnets shown in Figure 4. The helical path that the emitted electrons will experience will increase the time spent in the ionization chamber and therefore the degree of ionization of the gas and its corresponding additional generation of electrons.

En la Figura 7 se muestra la configuración de un cátodo tipo 5 de emisor cilíndrico sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas lateral y con electrodo auxiliar “keeper” lateral. Se trata de una simplificación de la arquitectura del cátodo anterior mostrado en la figura 6, en donde se ha prescindido de los imanes y de los efectos del campo magnético que generan, pensado para aplicaciones en las que el tamaño y la masa del cátodo sean más determinantes que la ganancia de corriente que pueda producirse a través del mayor tiempo de permanencia de los electrones en las zonas de ionización del gas.Figure 7 shows the configuration of a type 5 cathode with a cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in a lateral gas inlet variant and with a lateral “keeper” auxiliary electrode. This is a simplification of the architecture of the previous cathode shown in Figure 6, where the magnets and the effects of the magnetic field they generate have been dispensed with, designed for applications in which the size and mass of the cathode are larger. determinants than the current gain that may occur through the longer residence time of the electrons in the ionization zones of the gas.

En la Figura 8 se muestra la primera de las configuraciones de electrodo emisor cilíndrico hueco, en concreto el tipo de cátodo tipo 6 con emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” superior. Esta configuración es la más habitual en los diseños tradicionales de los cátodos huecos, aunque la configuración que se recoge en esta invención tiene sus propias características específicas diferenciales. El cilindro hueco del electrodo emisor no se inserta en un cilindro hueco de grafito ni otro material conductor, sino que se rodea de una fina capa aislante que lo aísla eléctricamente del “keeper” evitando pérdidas de iones y electrones por neutralización en las paredes. También difiere de otros diseños tradicionales de cátodos huecos en que no se incorpora ningún elemento calefactor ya que el dispositivo arranca la emisión desde temperatura ambiente gracias al efecto del mecanismo de acoplo de carga mediante pulsos entre el “keeper” y la corriente de emisión con el que opera. Figure 8 shows the first of the hollow cylindrical emitter electrode configurations, specifically the type 6 cathode type with hollow cylindrical emitter without magnetic field for plasma operation in a central gas inlet variant and with an auxiliary “keeper” electrode. superior. This configuration is the most common in traditional hollow cathode designs, although the configuration included in this invention has its own specific differential characteristics. The hollow cylinder of the emitting electrode is not inserted into a hollow cylinder of graphite or other conductive material, but is surrounded by a thin insulating layer that electrically isolates it from the "keeper", avoiding losses of ions and electrons due to neutralization in the walls. It also differs from other traditional hollow cathode designs in that no heating element is incorporated since the device starts the emission from room temperature thanks to the effect of the charge coupling mechanism through pulses between the "keeper" and the emission current with the That operates.

En la Figura 9.1 se ilustra el cátodo tipo 7 de emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” lateral, que es una configuración similar a la anterior pero sin la capa aislante entre el electrodo emisor y las paredes laterales del electrodo auxiliar keeper, lo que aumenta la superficie de emisión del electrodo emisor y por tanto la densidad de corriente generada respecto a la configuración del cátodo tipo 6 de la figura 8. Además, incorpora como elemento adicional un cerramiento superior que conforma una cámara de ionización que incrementa la presión relativa del gas al tener una sección perpendicular al flujo mucho mayor que los orificios de entrada y salida (Efecto Venturi) realizada o recubierta con material aislante eléctricamente que evita la captura de electrones por parte de dicho elemento.Figure 9.1 illustrates the type 7 cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in a central gas inlet variant and with a lateral “keeper” auxiliary electrode, which is a configuration similar to the previous one but without the insulating layer. between the emitting electrode and the side walls of the auxiliary keeper electrode, which increases the emission surface of the emitting electrode and therefore the current density generated with respect to the configuration of the type 6 cathode in figure 8. In addition, it incorporates as an additional element an upper enclosure that forms an ionization chamber that increases the relative pressure of the gas by having a section perpendicular to the flow much larger than the inlet and outlet orifices (Venturi Effect) made or covered with electrically insulating material that prevents the capture of electrons by part of said element.

La Figura 9.2 ilustra un dispositivo similar al anterior con la variante de la salida de gas, que en este caso tiene lugar a través de unos orificios situados en la base de sujeción del emisor, en lugar de a través del orificio superior central del emisor.Figure 9.2 illustrates a device similar to the previous one with the variant of the gas outlet, which in this case takes place through holes located in the clamping base of the emitter, instead of through the upper central hole of the emitter.

En la Figura 10 se representa el esquema de la configuración de un cátodo tipo 8 de emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas lateral y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral), que es una evolución del cátodo anterior en el que se inyecta el gas lateralmente a la altura de la cámara de ionización para poder aprovechar la parte interna del cilindro emisor hueco como superficie adicional de emisión de electrones mediante un segundo electrodo auxiliar enfrentado al electrodo emisor por su cara interior que se polariza del mismo modo que el electrodo auxiliar lateral.Figure 10 represents the schematic of the configuration of a type 8 cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in a lateral gas entry variant and with a double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral), which is an evolution of the previous cathode in which the gas is injected laterally at the height of the ionization chamber in order to take advantage of the internal part of the hollow emitting cylinder as an additional surface for electron emission by means of a second auxiliary electrode facing the emitting electrode on its face. interior that is polarized in the same way as the lateral auxiliary electrode.

En la Figura 11 se muestra el esquema de un cátodo tipo 9 de emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en vacio y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral). Este dispositivo se utiliza para sistemas que requieran de emisión termoiónica en vacio sin inyección de gas y permite su integración en motores (“thrusters”) existentes que necesiten de neutralización y equipen cátodos huecos tradicionales, permitiendo maximizar la superficie de emisión que se puede obtener con las mismas dimensiones del cátodo hueco tradicional al que sustituye.Figure 11 shows the diagram of a type 9 cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for vacuum operation and with a double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral). This device is used for systems that require vacuum thermionic emission without gas injection and allows its integration into existing engines (“thrusters”) that require neutralization and equip traditional hollow cathodes, allowing the maximization of the emission surface that can be obtained with the same dimensions of the traditional hollow cathode that it replaces.

En la Figura 12 se representa el esquema de un dispositivo intensificador de corriente para ser acoplado encima de cualquier dispositivo generador de electrones. El campo magnético que genera aumenta el tiempo de permanencia de los electrones emitidos por el dispositivo al que se acopla, al generar trayectorias helicoidales, aumentando así el grado de ionización del gas que se inyecta por su lateral.Figure 12 shows the schematic of a current intensifying device for be attached on top of any electron generating device. The magnetic field it generates increases the residence time of the electrons emitted by the device to which it is coupled, by generating helical trajectories, thus increasing the degree of ionization of the gas that is injected from its side.

En la Figura 13.1 se representa el esquema de un cátodo basado en un filamento recubierto con material C12A7:e- electride con las técnicas descritas, especial mediante spray o nebulizador. La innovación se presenta en la forma de recubrimiento y tratamiento posterior y, sobre todo como en el resto de los casos, en la forma de polarización pulsada y negativa respecto a masa (fuente 39.b). En este caso, además, el filamento se calienta con una fuente igualmente pulsada, en este caso flotante, conectada entre los extremos del filamento y una resistencia de control (limitación de corriente). El calentamiento pulsado ofrece un comportamiento excelente, tanto en emisión como en estabilidad. La combinación de calentamiento pulsado con polarización pulsada es la mejor combinación posible. Ambas señales están sincronizadas (ondas cuadradas). En este caso particular, filamento, el tratamiento posterior a la deposición del material C12A7:e- “electride” se realiza directamente con el dispositivo ya realizado, durante las primeras rampas de calentamiento y emisión. Es conveniente emplear al menos dos horas iniciales para este tratamiento, idealmente 8 horas, a temperaturas no superiores a los 900°C, o más idealmente 850°C.Figure 13.1 represents the scheme of a cathode based on a filament coated with C12A7:e-electride material with the techniques described, especially by spray or nebulizer. The innovation comes in the form of coating and subsequent treatment and, above all as in the rest of the cases, in the form of pulsed and negative polarization with respect to mass (source 39.b). In this case, in addition, the filament is heated with an equally pulsed source, in this case floating, connected between the ends of the filament and a control resistor (current limiting). Pulsed heating offers excellent performance, both in emission and stability. The combination of pulsed heating with pulsed polarization is the best possible combination. Both signals are synchronized (square waves). In this particular case, filament, the treatment after the deposition of the C12A7:e- “electride” material is carried out directly with the device already made, during the first heating and emission ramps. It is advisable to use at least two initial hours for this treatment, ideally 8 hours, at temperatures no higher than 900°C, or more ideally 850°C.

En la Figura 13.2 se representa el cátodo anterior integrado con una rejilla de control para modular el haz de electrones emitido mediante una fuente de corriente continua variable (42).Figure 13.2 shows the previous cathode integrated with a control grid to modulate the electron beam emitted by a variable direct current source (42).

En la Figura 14.a se detalla la estructura de un electrolizador PEM en el que se conducen protones (H+) desde el ánodo al cátodo. En la Figura 14.b se utiliza una membrana AEM por la que se conducen iones OH- desde el cátodo al ánodo. En ambos casos, el cátodo está basado en C12A7:e electride. En este caso el electride se deposita sobre una GDL (Gas Diffusion Layer) convencional o equivalentes como fibras de carbono de alta conductividad, fibras y nanotubos de carbono o fibras activas de carbono. La deposición es principalmente mediante la técnica de spray o nebulización de la solución de electride descrita en la presente invención, asistido o no con alta tensión. Se pueden utilizar procedimientos tradicionales como PLD, pulverización catódica pulsada, PVD, etc. Posteriormente se aplican los tratamientos de reducción forzada descritos y se ensambla como si fuera el cátodo original, incluyendo el electrodo correspondiente. Si no se aplicaran los procedimientos de reducción (especialmente forzada) posteriores a la deposición del electride en la membrana de fibra de carbono, las prestaciones serían mucho menores por lo que se considera, en este caso, un punto clave de la invención. La membrana de separación cátodo-ánodo es de conductividad protónica de baja temperatura (tipo “Nafion”) o de conductividad alcalina de grupos OH-(tipo “Fumapem”).Figure 14.a details the structure of a PEM electrolyzer in which protons (H+) are conducted from the anode to the cathode. In Figure 14.b, an AEM membrane is used through which OH- ions are conducted from the cathode to the anode. In both cases, the cathode is based on C12A7:e electride. In this case the electride is deposited on a conventional GDL (Gas Diffusion Layer) or equivalents such as high conductivity carbon fibers, carbon fibers and nanotubes or active carbon fibers. The deposition is mainly by means of the spray or nebulization technique of the electride solution described in the present invention, assisted or not with high voltage. Traditional procedures such as PLD, pulsed sputtering, PVD, etc. can be used. Subsequently, the forced reduction treatments described are applied and it is assembled as if it were the original cathode, including the corresponding electrode. If the reduction procedures (especially forced) were not applied after the deposition of the electride on the carbon fiber membrane, the performance would be much lower, which is considered, in this case, a key point of the invention. The cathode-anode separation membrane is of low temperature proton conductivity (“Nafion” type) or alkaline conductivity of OH- groups (“Fumapem” type).

En la Figura 15 se detalla la estructura de una pila de combustible PEM (conducción de protones H+ desde el ánodo al cátodo) con el cátodo basado en C12A7:e electride. En este caso el electride se deposita sobre una GDL (Gas Diffusion Layer) convencional o equivalentes como fibras de carbono de alta conductividad, fibras y nanotubos de carbono o fibras activas de carbono. La deposición es principalmente mediante la técnica de spray o nebulización de la solución de electride descrita en la presente invención, asistido o no con alta tensión. Se pueden utilizar procedimientos tradicionales como PLD, pulverización catódica pulsada, PVD, etc pero la deposición por spray es claramente superior. Al igual que con los electrolizadores, es fundamental el tratamiento posterior de reducción forzada, incluyendo al propio substrato en dicho proceso, como el caso anterior.Figure 15 details the structure of a PEM fuel cell (conduction of H+ protons from the anode to the cathode) with the cathode based on C12A7:e electride. In this case the electride is deposited on a conventional GDL (Gas Diffusion Layer) or equivalents such as high conductivity carbon fibers, carbon fibers and nanotubes or active carbon fibers. The deposition is mainly by means of the spray or nebulization technique of the electride solution described in the present invention, assisted or not with high voltage. Traditional procedures such as PLD, pulsed sputtering, PVD, etc. can be used, but spray deposition is clearly superior. As with electrolyzers, subsequent forced reduction treatment is essential, including the substrate itself in said process, as in the previous case.

En la Figura 16 se detalla la estructura de un electrolizador de óxidos sólidos SOEC de alta temperatura con el cátodo basado en C12A7:e electride. En este caso el electride se deposita masivamente sobre fibras de carbono de alta conductividad, fibras y nanotubos de carbono o fibras activas de carbono. La deposición es principalmente mediante la técnica de spray o nebulización de la solución de electride descrita en la presente invención, asistido o no con alta tensión. Se pueden utilizar procedimientos tradicionales como PLD, pulverización catódica pulsada, PVD, etc aunque la deposición no es tan masiva y, por tanto, más pobre en cantidad de material, como con spray. Posteriormente se aplican los tratamientos de reducción forzada incluyendo el substrato en dicho proceso y se ensambla como si fuera el cátodo original incluyendo el electrodo correspondiente. La membrana, en este caso, es cerámica de conductividad protónica (H+) basada en BaZrO3 o bien de iones de oxígeno (O=) basada en YSZ (Yttria Stabilized Zirconia). En este caso se opta por la protónica (BaZrO3) debido a sus mejores prestaciones.Figure 16 details the structure of a high temperature SOEC solid oxide electrolyzer with the cathode based on C12A7:e electride. In this case, the electride is massively deposited on high-conductivity carbon fibers, carbon fibers and nanotubes, or active carbon fibers. The deposition is mainly by means of the spray or nebulization technique of the electride solution described in the present invention, assisted or not with high voltage. Traditional procedures such as PLD, pulsed sputtering, PVD, etc. can be used, although the deposition is not as massive and, therefore, poorer in quantity of material, as with spray. Subsequently, forced reduction treatments are applied, including the substrate in said process and it is assembled as if it were the original cathode, including the corresponding electrode. The membrane, in this case, is a ceramic with proton conductivity (H+) based on BaZrO 3 or oxygen ions (O=) based on YSZ (Yttria Stabilized Zirconia). In this case, protonic (BaZrO 3 ) is chosen due to its better performance.

En la Figura 17 se detalla la estructura de una pila de combustible de óxidos sólidos SOFC de alta temperatura con el ánodo basado en C12A7:e “electride” para producir la descomposición de combustibles como el NH3 o el CH4 a alta temperatura, donde el material funciona como un catalizador excelente para la disociación de dichos compuestos. A su vez, se añade al cátodo de la pila para facilitar la cesión de electrones a los iones H+ que llegan a través de la membrana. Es decir, en este caso el electride se utiliza tanto en el ánodo para la descomposición de NH3, CH4 en combinación con los catalizadores habituales del ánodo (Pt, Ni entre otros) como en el cátodo para su función habitual de cesión de electrones. En este caso el “electride” se deposita masivamente sobre fibras de carbono de alta conductividad, fibras y nanotubos de carbono o fibras activas de carbono. La deposición es principalmente mediante la técnica de spray o nebulización de la solución de electride descrita en la presente invención, asistido o no con alta tensión. Se pueden utilizar procedimientos tradicionales como PLD, pulverización catódica pulsada, PVD, etc aunque la deposición no es tan masiva y, por tanto, más pobre en cantidad de material, como con spray. Posteriormente se aplican los tratamientos de reducción forzada incluyendo el substrato en dicho proceso y se ensambla como si fuera el cátodo original incluyendo el electrodo correspondiente. La membrana, en este caso, es cerámica con especial conductividad protónica (H+) basada en BaZrO3. Se prefiere dicha membrana sobre la de iones oxígeno debido a que de esta forma se evita la formación de NOx al no entrar en contacto el agua en el cátodo con iones activos de Nitrógeno en el ánodo, resultado de la descomposición del NH3.Figure 17 details the structure of a high temperature SOFC solid oxide fuel cell with the anode based on C12A7:e “electride” to produce the decomposition of fuels such as NH3 or CH4 at high temperature, where the material works as an excellent catalyst for the dissociation of said compounds. In turn, it is added to the cathode of the battery to facilitate the transfer of electrons to the H+ ions that arrive through the membrane. That is, in this case the electride is used both at the anode for the decomposition of NH3, CH4 in combination with the usual anode catalysts (Pt, Ni among others) and at the cathode for its usual function of transferring electrons. In this case, the “electride” is massively deposited on high-conductivity carbon fibers, carbon fibers and nanotubes, or active carbon fibers. The deposition is mainly by means of the spray or nebulization technique of the electride solution described in the present invention, assisted or not with high voltage. Traditional procedures such as PLD, pulsed sputtering, PVD, etc. can be used, although the deposition is not as massive and, therefore, poorer in quantity of material, as with spray. Subsequently, forced reduction treatments are applied, including the substrate in said process and it is assembled as if it were the original cathode, including the corresponding electrode. The membrane, in this case, is ceramic with special proton conductivity (H+) based on BaZrO 3 . Said membrane is preferred over that of oxygen ions because in this way the formation of NOx is avoided as the water in the cathode does not come into contact with active Nitrogen ions in the anode, a result of the decomposition of NH3.

En las Figura 18.1 y 18.2 se detalla un esquema que describe la deposición del electride a partir de la “solución de electride” descrita en la presente invención mediante la técnica de spray o nebulización, asistida o no por alta tensión. El nebulizador puede ser convencional o tipo jeringa controlada de forma que, a través del controlador, se depositen cantidades precisas de material por cm2, además de garantizar la homogeneidad. A su vez, el sistema porta-nebulizador puede disponer de un dispositivo de control numérico de posición X-Y de forma que se pueda depositar el electride en substratos grandes manteniendo la homogeneidad. Por último, la polarización de alta tensión entre la salida (metálica) del nebulizador y el substrato, permite cargar electrostáticamente las partículas y producir un mejor efecto de difusión manteniendo la homogeneidad. Posteriormente se aplican los tratamientos de alta activación y se ensambla como si fuera el cátodo original incluyendo el electrodo correspondiente. La membrana es cerámica con especial conductividad protónica.Figures 18.1 and 18.2 detail a scheme that describes the deposition of the electride from the “electride solution” described in the present invention using the spray or nebulization technique, assisted or not by high voltage. The nebulizer can be conventional or controlled syringe type so that, through the controller, precise amounts of material are deposited per cm2, in addition to guaranteeing homogeneity. In turn, the nebulizer holder system can have an X-Y position numerical control device so that the electride can be deposited on large substrates while maintaining homogeneity. Finally, the high voltage polarization between the (metallic) outlet of the nebulizer and the substrate allows the particles to be electrostatically charged and produce a better diffusion effect while maintaining homogeneity. Subsequently, the high activation treatments are applied and it is assembled as if it were the original cathode, including the corresponding electrode. The membrane is ceramic with special proton conductivity.

En la Figura 19 se ilustra el procedimiento de mejora o post tratamiento de forma “forzada”. Figure 19 illustrates the “forced” improvement or post-treatment procedure.

El material C12A7:e- a tratar (58), bien en forma sólida o bien depositado en un substrato, se aísla eléctricamente mediante piezas de alúmina pura (66) en un crisol (62) de grafito manteniendo solo el contacto con una pieza adicional (64) también de grafito que, a su vez, se conecta con un cable (59), normalmente de Mo, Ta o W. Este cable será el “activo” o pulsos negativos. El primer crisol de grafito (62), conteniendo el material, se introduce en un segundo crisol (63) también de grafito disponiendo los dos de sus tapas (65) respectivas, también de grafito. El cable activo (59) dispone de una funda aislante (61) realizada con un tubo de alúmina, para poder atravesar las tapas y todo el conjunto manteniendo el aislamiento. El conjunto de crisoles de apoya en una pieza de grafito (67), cuadrada o circular, a la que se realiza otra conexión con un cable (60) de los mismos materiales Mo, Ta o W, también aislado con un tubo de alúmina (61) para evitar posibles cortocircuitos no deseados. Los crisoles están en contacto eléctrico entre sí y con la base de grafito y su cable que se conectará a masa. El sistema para el tratamiento no forzado es el mismo, sin disponer de los cables y elementos de conexión utilizados en el caso forzado.The C12A7:e- material to be treated (58), either in solid form or deposited on a substrate, is electrically isolated by pieces of pure alumina (66) in a graphite crucible (62), maintaining only contact with an additional piece. (64) also made of graphite which, in turn, is connected with a cable (59), normally made of Mo, Ta or W. This cable will be the “active” or negative pulses. The first graphite crucible (62), containing the material, is introduced into a second crucible (63) also made of graphite, both having their respective lids (65), also made of graphite. The active cable (59) has an insulating sheath (61) made with an alumina tube, to be able to pass through the covers and the entire assembly while maintaining the insulation. The set of crucibles rests on a piece of graphite (67), square or circular, to which another connection is made with a cable (60) of the same materials Mo, Ta or W, also insulated with an alumina tube ( 61) to avoid possible unwanted short circuits. The crucibles are in electrical contact with each other and with the graphite base and its cable that will be connected to ground. The system for non-forced treatment is the same, without having the cables and connection elements used in the forced case.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Tal y como se ha dicho con anterioridad, la presente invención incorpora una serie de novedades en distintas fases de la construcción de los dispositivos finales, agrupados en los siguientes conceptos:As previously stated, the present invention incorporates a series of novelties in different phases of the construction of the final devices, grouped into the following concepts:

1. - Procedimientos de mejora del material sintetizado C12A7:e- “electride”, aplicados a las muestras finales sólidas de distintas formas (como discos o cilindros huecos) o a las deposiciones realizadas sobre substratos o soportes según el tipo de aplicación. 1. - Procedures for improving the synthesized material C12A7:e- “electride” , applied to the final solid samples of different shapes (such as discs or hollow cylinders) or to the depositions made on substrates or supports depending on the type of application.

2. - Diseño de distintas arquitecturas de cátodos para emisión de electrones que aprovechan las características del material C12A7:e “electride”, los procedimientos de mejora del material (reducción forzada) y los procedimientos de polarización pulsada para la estabilización de la emisión definidos en la solicitud de invención previa P 202130778 de fecha 10 de agosto de 2021. 2. - Design of different cathode architectures for electron emission that take advantage of the characteristics of the C12A7:e “electride” material, the material improvement procedures (forced reduction) and the pulsed polarization procedures for the stabilization of the emission defined in the prior invention application P 202130778 dated August 10, 2021.

3. - Utilización de substratos especiales y procedimientos para la deposición del material C12A7:e- “electride” en dichos substratos. 3. - Use of special substrates and procedures for the deposition of the C12A7:e- “electride” material on said substrates.

La utilización de substratos y soportes específicos para depositar el material en lugar de utilizarse de forma sólida tiene ventajas muy significativas en cuanto a resistencia a fracturas y roturas en condiciones de estrés mecánico y térmico, superando los inconvenientes de un material de naturaleza cerámica cuando se utiliza en piezas sólidas, especialmente en el ámbito aeroespacial (neutralizadores y propulsores). Además es necesario cuando se utiliza como cátodo de electrolizadores y pilas de combustible dado que los cátodos suelen fabricarse precisamente de fibras de carbono-grafito que contienen el catalizador, realizan la conexión eléctrica y permiten el intercambio de gases (conocidas como GDL o Gas Diffusion Layer).The use of specific substrates and supports to deposit the material instead of being used in a solid form has very significant advantages in terms of resistance to fractures and breaks under conditions of mechanical and thermal stress, overcoming the drawbacks of a ceramic material when used. in solid parts, especially in the aerospace field (neutralizers and propellants). It is also necessary when used as a cathode for electrolyzers and fuel cells since the cathodes are usually manufactured precisely from carbon-graphite fibers that contain the catalyst, make the electrical connection and allow the exchange of gases (known as GDL or Gas Diffusion Layer). ).

1.- Procedimientos de mejora del material C12A7:e- “electride” a partir de su síntesis.1.- Procedures for improving the material C12A7:e- “electride” from its synthesis.

Una vez sintetizada la cerámica C12A7 y reducida a “electride” C12A7:e- por cualquiera de los procedimientos publicados, algunos de ellos recogidos en distintas patentes, se puede provocar una reducción máxima del material resultante mediante la adición de elementos con una entalpia de oxidación superior a las correspondientes de los elementos habitualmente empleados, esto es, Ca, C y Ti, como son el V (vanadio), Gd (Gadolinio), Sm (Samario), Ce (Cerio), Sr (Estroncio) y Ba (Bario). La adición de hidrógeno en el proceso de reducción mejora notablemente los resultados. Este procedimiento mejorado, que llamaremos “reducción térmica simple" se realiza sometiendo al material (tanto sólido como depositado, incluyendo el substrato correspondiente) a un proceso entre 1150 y 1300 °C, mejor a 1250 °C, en un crisol de grafito, envuelto en láminas de grafito con una mezcla de grafito y un elemento reductor, siendo este elemento cualquiera de los anteriores en polvo (menor que 10 micras de grano) entre dichas láminas. La proporción en peso de grafito/elemento puede llegar a ser 50%/50%, mejor 75%/25%. El crisol anterior se introduce en un crisol adicional más grande, también de grafito, ambos con tapa. Es necesario hacer un alto vacío en el horno de forma previa (P≤10-5 Torr) pudiendo añadir Argón (Ar) para evitar una excesiva evaporación hasta una presión mayor que 10-4 Torr y menor que 10-3 Torr. El tiempo depende, fundamentalmente, de la temperatura. Para el rango 1150-1200°C al menos 10h y para el rango 1200-1300°C al menos 6 horas. La reducción puede estar asistida por hidrógeno, en la que, en lugar de utilizar solamente Ar, se utiliza una mezcla (midiendo en sccm o centímetros cúbicos por minuto de gas a través de controladores de flujo de masa de gas) al 50% de Ar y H2, o 75% Ar y 25% hidrógeno y hasta 90% Ar y 10% hidrógeno, manteniendo los niveles de presión de fondo anteriores. En este caso se obtienen excelentes resultados incluso en el rango de temperaturas bajas que siempre son las más indicadas.Once the C12A7 ceramic has been synthesized and reduced to “electride” C12A7:e- by any of the published procedures, some of them included in different patents, a maximum reduction of the resulting material can be caused by the addition of elements with an oxidation enthalpy higher than those corresponding to the elements usually used, that is, Ca, C and Ti, such as V (vanadium), Gd (Gadolinium), Sm (Samarium), Ce (Cerium), Sr (Strontium) and Ba (Barium). ). The addition of hydrogen in the reduction process significantly improves the results. This improved procedure, which we will call "simple thermal reduction" is carried out by subjecting the material (both solid and deposited, including the corresponding substrate) to a process between 1150 and 1300 °C, better at 1250 °C, in a graphite crucible, wrapped in graphite sheets with a mixture of graphite and a reducing element, this element being any of the above in powder (less than 10 microns of grain) between said sheets. The proportion by weight of graphite/element can be up to 50%/ 50%, better 75%/25%. The previous crucible is introduced into an additional larger crucible, also made of graphite, both with a lid. It is necessary to create a high vacuum in the furnace beforehand (P≤10-5 Torr) Argon (Ar) can be added to avoid excessive evaporation up to a pressure greater than 10-4 Torr and less than 10-3 Torr. The time depends, fundamentally, on the temperature. For the range 1150-1200°C at least 10h and for the range 1200-1300°C at least 6 hours. The reduction can be assisted by hydrogen, in which, instead of using only Ar, a mixture is used (measuring in sccm or cubic centimeters per minute of gas through gas mass flow controllers) to 50% Ar and H 2 , or 75% Ar and 25% hydrogen and up to 90% Ar and 10% hydrogen, maintaining the previous background pressure levels. In this case it They obtain excellent results even in the low temperature range, which is always the most indicated.

Reducción forzada: Consiste en una técnica innovadora para desplazar forzadamente la reacción de reducción que, en condiciones normales, dependerá de la temperatura, los elementos y compuestos reductores utilizados y del tiempo de reacción. La técnica consiste en añadir una polarización negativa a la muestra a reducir (mejora) tanto a nivel DC (continua) como pulsada, con objeto de “forzar” la emisión de iones negativos y/o electrones una vez se alcance la temperatura de activación que permita la sustitución de iones negativos por electrones suministrados por la conexión eléctrica, produciéndose el proceso deseado, esto es, la sustitución de iones oxígeno situados en el centro de las celdas por electrones que constituye la característica principal del “electride”. Dado que la polarización fuerza la reacción a partir de la temperatura de activación (entre 550°C y 950°C según el estado inicial de la cerámica, menor cuanto más parcialmente reducida esté), se consiguen reducciones excelentes a más bajas temperaturas y este hecho permite la utilización de una más amplia gama de substratos (sobre todo a base de fibra de carbono, nanotubos de carbono, etc) que soportan perfectamente el margen bajo de temperaturas. En otras palabras, esta técnica permite bajar considerablemente la temperatura de reducción del material a un rango entre 550°C y 950°C pudiendo llegar a 1050°C o 1150°C si los substratos lo permiten. Forced reduction: It consists of an innovative technique to forcefully move the reduction reaction which, under normal conditions, will depend on the temperature, the reducing elements and compounds used and the reaction time. The technique consists of adding a negative polarization to the sample to be reduced (enhancement) both at DC (continuous) and pulsed levels, in order to “force” the emission of negative ions and/or electrons once the activation temperature that is required is reached. allows the replacement of negative ions with electrons supplied by the electrical connection, producing the desired process, that is, the replacement of oxygen ions located in the center of the cells with electrons, which constitutes the main characteristic of the “electride”. Since polarization forces the reaction from the activation temperature (between 550°C and 950°C depending on the initial state of the ceramic, lower the more partially reduced it is), excellent reductions are achieved at lower temperatures and this fact It allows the use of a wider range of substrates (especially based on carbon fiber, carbon nanotubes, etc.) that perfectly withstand the low temperature range. In other words, this technique allows the reduction temperature of the material to be considerably lowered to a range between 550°C and 950°C, and can reach 1050°C or 1150°C if the substrates allow it.

La muestra de C12A7:e- a tratar, sea una forma sólida o sea un substrato con el material depositado, se aísla eléctricamente de los crisoles mediante la utilización de alúmina o cualquier material refractario no conductor que no se evapore ni tenga contaminaciones metálicas o alcalinas (idealmente alúmina pura) realizando una conexión con un cable (Mo, Ta, W, Pt) aislado también de los crisoles mediante tubos de alúmina (Fig. 19). En este caso los crisoles no contendrán las láminas de grafito que envuelven las muestras utilizadas en las reducciones térmicas, ni es necesario el polvo de grafito y el elemento reductor aunque si se utiliza hay que tener especial cuidado en no cortocircuitar la muestra con el crisol. El crisol mayor de grafito se apoya sobre una base también de grafito que se conecta con un cable (Mo, Ta, W, Pt). Ambos cables se conectan a través de un pasamuros de la cámara de vacío al exterior. El cable de la muestra será la señal activa (siempre negativa), mientras que el cable del crisol se conectará a masa o siempre más positivo que la señal activa (idealmente a masa, con potencial de referencia cero). La señal activa (en contacto con la muestra a tratar) se conectará o bien al polo negativo una fuente de corriente continua mientras que la masa se conectará al polo positivo de dicha fuente que deberá ser, necesariamente, flotante (polos aislados de la masa), aplicando un voltaje entre 10 y 200 V (mejor 100 V) o bien a un generador de onda cuadrada de la misma amplitud (10 a 200 V, mejor 100 V) con una relación cíclica del 50%, pudiendo utilizarse otras según la corriente medida, en general menor relación con corrientes grandes y mayor relación con corrientes pequeñas. Los pulsos deben ser negativos respecto a masa. Una vez comprobado que no hay cortos (corriente cero a temperatura ambiente) se procede al inicio de la rampa de calentamiento, como en los casos anteriores, tanto con Ar solamente como con Ar e hidrógeno al 50%. Con este procedimiento, la temperatura máxima es 1150°C dado el riesgo de fusión del material, trabajando muy bien a una temperatura entre 550 de 1100°C y aún mejor entre 750°C y 950°C. El tiempo dependerá de la naturaleza de las muestras, con un mínimo de 2 horas. Se detectará corriente a partir de la temperatura en la que la emisión empieza a ser relevante. Un buen indicador de tratamiento completo es observar que no se incrementa de forma significativa la corriente en los últimos 30 a 60 minutos de observación o incluso si disminuye ligeramente. Podrán utilizarse temperaturas más bajas, 600, 700, 800 y 900°C cuando los substratos sean especialmente sensibles a la temperatura.The C12A7:e- sample to be treated, whether it is a solid form or a substrate with the deposited material, is electrically isolated from the crucibles by using alumina or any non-conductive refractory material that does not evaporate or have metallic or alkaline contamination. (ideally pure alumina) making a connection with a cable (Mo, Ta, W, Pt) also isolated from the crucibles by means of alumina tubes (Fig. 19). In this case, the crucibles will not contain the graphite sheets that surround the samples used in thermal reductions, nor is the graphite powder and the reducing element necessary, although if used, special care must be taken not to short-circuit the sample with the crucible. The larger graphite crucible rests on a graphite base that is connected with a cable (Mo, Ta, W, Pt). Both cables are connected through a bulkhead from the vacuum chamber to the outside. The sample lead will be the active signal (always negative), while the crucible lead will be connected to ground or always more positive than the active signal (ideally ground, with zero reference potential). The active signal (in contact with the sample to be treated) a direct current source will be connected either to the negative pole while the ground will be connected to the positive pole of said source, which must necessarily be floating (poles isolated from the ground), applying a voltage between 10 and 200 V (preferably 100 V) or to a square wave generator of the same amplitude (10 to 200 V, preferably 100 V) with a cyclic ratio of 50%, others can be used depending on the measured current, in general a lower ratio with currents large and greater relationship with small currents. The pulses must be negative with respect to mass. Once it has been verified that there are no shorts (zero current at room temperature), the heating ramp begins, as in the previous cases, both with Ar only and with Ar and hydrogen at 50%. With this procedure, the maximum temperature is 1150°C given the risk of melting of the material, working very well at a temperature between 550 and 1100°C and even better between 750°C and 950°C. The time will depend on the nature of the samples, with a minimum of 2 hours. Current will be detected from the temperature at which the emission begins to be relevant. A good indicator of complete treatment is to observe that the current does not increase significantly in the last 30 to 60 minutes of observation or even if it decreases slightly. Lower temperatures, 600, 700, 800 and 900°C, may be used when substrates are particularly temperature sensitive.

2.- Diseño de distintas arquitecturas de cátodos para emisión de electrones2.- Design of different cathode architectures for electron emission

El conjunto de cátodos que se recogen y describen en esta invención pueden agruparse por las combinaciones de las siguientes características de estos dispositivos:The set of cathodes that are collected and described in this invention can be grouped by the combinations of the following characteristics of these devices:

• Forma del electrodo emisor: plano, cilindrico hueco, cilindrico.• Shape of the emitting electrode: flat, hollow cylindrical, cylindrical.

• Utilización de campos magnéticos• Use of magnetic fields

• Ambiente de funcionamiento: vacío o gas ionizado (plasma).• Operating environment: vacuum or ionized gas (plasma).

• Tipo de calentamiento: con o sin calefactor.• Type of heating: with or without heater.

Adoptando distintas variantes en función del lugar de entrada del gas para aquellos que trabajen en ambiente de plasma.Adopting different variants depending on the gas entry place for those who work in a plasma environment.

Atendiendo a esta clasificación, los 9 tipos de diseño de cátodos que se recogen en esta invención son los siguientes: Taking into account this classification, the 9 types of cathode design that are included in this invention are the following:

1. Cátodo con emisor plano y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas lateral (Figuras 1.1, 1.2 y 2).1. Cathode with flat emitter and magnetic field for plasma operation without heater in lateral gas inlet variant (Figures 1.1, 1.2 and 2).

2. Cátodo con emisor plano y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas central (Figura 3)2. Cathode with flat emitter and magnetic field for plasma operation without heater in central gas inlet variant (Figure 3)

3. Cátodo con emisor cilíndrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas inferior (Figura 4 y 5)3. Cathode with cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in lower gas inlet variant (Figure 4 and 5)

4. Cátodo con emisor cilíndrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas lateral (Figura 4 y 6)4. Cathode with cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in lateral gas inlet variant (Figure 4 and 6)

5. Cátodo de emisor cilíndrico sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas lateral y con electrodo auxiliar “keeper” lateral (Figura 7) 6. Cátodo de emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” superior (Figura 8)5. Cylindrical emitter cathode without magnetic field for plasma operation in lateral gas inlet variant and with lateral “keeper” auxiliary electrode (Figure 7) 6. Hollow cylindrical emitter cathode without magnetic field for plasma operation in inlet variant central gas and with upper “keeper” auxiliary electrode (Figure 8)

7. Cátodo de emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” lateral (Figura 9.1 y 9.2)7. Hollow cylindrical emitter cathode without magnetic field for plasma operation in central gas inlet variant and with lateral “keeper” auxiliary electrode (Figure 9.1 and 9.2)

8. Cátodo de emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas lateral y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral) (Figura 10)8. Hollow cylindrical emitter cathode without magnetic field for plasma operation in lateral gas inlet variant and with double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral) (Figure 10)

9. Cátodo de emisor cilíndrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en vacío y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral) (Figura 11)9. Hollow cylindrical emitter cathode without magnetic field for vacuum operation and with double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral) (Figure 11)

10. Cátodo basado en depositar el material C12A7:e- sobre un filamento de W, Ta, Mo (Figuras 13.1 y 13.2) mediante las técnicas de spray con o sin potencial descritas a continuación.(Figuras 18.1 y 18.2)10. Cathode based on depositing the C12A7:e- material on a filament of W, Ta, Mo (Figures 13.1 and 13.2) using the spray techniques with or without potential described below. (Figures 18.1 and 18.2)

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Todos los cátodos que se recogen en esta invención pueden arrancan desde temperatura ambiente, sin necesidad de equipar ningún elemento calefactor, mediante la aplicación del mecanismo acoplo de carga mediante pulsos negativos entre material C12A7:e- electride y el “keeper” salvando la superficie dieléctrica y sus inconvenientes ya descritos en la invención previa con número de solicitud: 202130778 de fecha 18.08.2021.All the cathodes included in this invention can be started from room temperature, without the need to equip any heating element, by applying the charge coupling mechanism through negative pulses between C12A7:e-electride material and the “keeper”, saving the dielectric surface. and its drawbacks already described in the previous invention with application number: 202130778 dated 08/18/2021.

En los diseños anteriores se emplean formas sólidas del material sintetizado y mecanizado: cilindros huecos, discos o u cualquier otra forma del material sintetizado y mecanizado en dicha forma. En el caso de los cátodos basados en discos planos, dicho disco de material C12A7:e- sólido puede ser sustituido por un disco fino de fibra de carbono activada, incluyendo nano tubos de carbono o no en su composición, a la que se ha depositado el material C12A7:e- “electride” con las técnicas descritas en el apartado siguiente y se ha sometido al procedimiento de mejora por reducción forzada (ideal) o reducción simple. Esta sustitución es muy importante dado que el material sólido (discos sólidos) tienen características cerámicas, esto es, rigidez y fragilidad, aspectos negativos para su utilización fiable en aplicaciones aeroespaciales donde los materiales tienen que soportar vibraciones, situaciones de estrés térmico y mecánico y otros factores que hacen desconfiar de materiales que puedan fracturarse, como de hecho ocurre. Al disponer de una fibra de carbono flexible, es imposible su rotura o fractura en cualquier condición extrema dado que no tienen que soportar tracciones y no son afectadas por vibraciones o estrés térmico. Aún en esas circunstancias, la fibra de carbono es, precisamente, uno de los materiales más fiables y resistentes conocidos pero resulta muy difícil y necesita mucha energía para que emita electrones. La combinación C12A7:e- “electride” depositado en fibra de carbono es ideal para disponer de las características de emisión de electrones del material evitando sus puntos débiles como material cerámico.In the previous designs, solid forms of the synthesized and machined material are used: hollow cylinders, disks or any other form of the material synthesized and machined in said form. In the case of cathodes based on flat discs, said disc of solid C12A7:e- material can be replaced by a thin disc of activated carbon fiber, including carbon nanotubes or not in its composition, to which has been deposited the material C12A7:e- “electride” with the techniques described in the following section and has been subjected to the improvement procedure by forced reduction (ideal) or simple reduction. This substitution is very important given that the solid material (solid discs) has ceramic characteristics, that is, rigidity and fragility, negative aspects for its reliable use in aerospace applications where the materials have to withstand vibrations, thermal and mechanical stress situations and others. factors that make us distrust materials that can fracture, as in fact happens. By having a flexible carbon fiber, it is impossible to break or fracture in any extreme condition since they do not have to withstand traction and are not affected by vibrations or thermal stress. Even in these circumstances, carbon fiber is precisely one of the most reliable and resistant materials known, but it is very difficult and requires a lot of energy to emit electrons. The combination C12A7:e- “electride” deposited on carbon fiber is ideal to have the electron emission characteristics of the material while avoiding its weak points as a ceramic material.

Adicionalmente se presenta un cátodo basado en un filamento (W, Ta, Mo) recubierto con el material C12A7:e. especialmente indicado para emisión de electrones en vacío por temperatura. En este caso la novedad reside en como recubrir el filamento con el material, según las técnicas descritas en el apartado siguiente y su tratamiento posterior con reducción forzada especial para este caso y, sobre todo, en la forma de excitación combinada pulsada y DC además de mantener el filamento siempre más negativo que la referencia de potencial cero (masa), técnica empleada en todos los cátodos emisores de electrones presentados (Figuras 13.1 y 13.2)Additionally, a cathode based on a filament (W, Ta, Mo) coated with the C12A7:e material is presented. especially indicated for emission of electrons in vacuum by temperature. In this case, the novelty lies in how to coat the filament with the material, according to the techniques described in the following section and its subsequent treatment with special forced reduction for this case and, above all, in the form of combined pulsed and DC excitation in addition to keep the filament always more negative than the zero potential reference (mass), a technique used in all the electron-emitting cathodes presented (Figures 13.1 and 13.2)

Por último, se presenta un dispositivo intensificador de corriente para ser acoplado encima de cualquier dispositivo generador de electrones. El campo magnético que genera aumenta el tiempo de permanencia de los electrones emitidos por el dispositivo al que se acopla, al generar trayectorias helicoidales, aumentando así el grado de ionización del gas que se inyecta por su lateral. El resultado es un mayor grado de ionización del gas y, por tanto, de electrones disponibles para su extracción en un haz hacia el ánodo (Fig. 12)Finally, a current intensifying device is presented to be coupled on top of any electron generating device. The magnetic field it generates increases the residence time of the electrons emitted by the device to which it is coupled, by generating helical trajectories, thus increasing the degree of ionization of the gas that is injected from its side. The result is a greater degree of ionization of the gas and, therefore, electrons available for extraction in a beam towards the anode (Fig. 12).

3.- Utilización de substratos especiales y procedimientos para la deposición del material C12A7:e- “electride” en dichos substratos3.- Use of special substrates and procedures for the deposition of the material C12A7:e- “electride” on said substrates

La utilización de substratos y soportes específicos para depositar el material en lugar de utilizarse de forma sólida tiene ventajas muy significativas en cuanto a resistencia a fracturas y roturas en condiciones de estrés mecánico y térmico, superando los inconvenientes de un material de naturaleza cerámica cuando se utiliza en piezas sólidas, especialmente en el ámbito aeroespacial (neutralizadores y propulsores). Además es necesario este formato cuando se utiliza como cátodo de electrolizadores y pilas de combustible dado que los cátodos suelen fabricarse precisamente de fibras de carbono-grafito que contienen el catalizador, realizan la conexión eléctrica y permiten el intercambio de gases (conocidas como GDL o “Gas Diffusion Layer”). Los substratos considerados se agrupan en los siguientes tipos:The use of specific substrates and supports to deposit the material instead of being used in a solid form has very significant advantages in terms of resistance to fractures and breaks under conditions of mechanical and thermal stress, overcoming the drawbacks of a ceramic material when used. in solid parts, especially in the aerospace field (neutralizers and propellants). Furthermore, this format is necessary when it is used as a cathode for electrolyzers and fuel cells since the cathodes are usually made precisely of carbon-graphite fibers that contain the catalyst, make the electrical connection and allow gas exchange (known as GDL or “GDL”). Gas Diffusion Layer"). The substrates considered are grouped into the following types:

Substratos basados en carbono: nanotubos de carbono, carbono activado, fibra de carbono convencional, grafito y todas sus formas.Carbon-based substrates: carbon nanotubes, activated carbon, conventional carbon fiber, graphite and all their forms.

Substratos metálicos como Ti, Mo, Ta, W y semiconductores como Si, Ge, SiC, GaAs. Metallic substrates such as Ti, Mo, Ta, W and semiconductors such as Si, Ge, SiC, GaAs.

Substratos de transición (aislante-semiconductor) según temperatura, especialmente Y2O3, YSZ (“Yttria stabilized Zirconia), V2O5, Ta2O5, TiO2, ZrO2, La2O3, SrTiO3, BaTiO3 y BaZrO3. Estos substratos pueden actuar como membrana separadora de cátodo y ánodo en el caso de electrolizadores y pilas de alta temperatura (SOEC y SOFC respectivamente).Transition substrates (insulator-semiconductor) depending on temperature, especially Y 2 O 3 , YSZ (“Yttria stabilized Zirconia), V 2 O5, Ta 2 O5, TiO 2 , ZrO 2 , La 2 O 3 , SrTiO 3 , BaTiO 3 and BaZrO 3 . These substrates can act as a separating membrane for the cathode and anode in the case of electrolyzers and high temperature cells (SOEC and SOFC respectively).

Aislantes como Al2O3, HfO2, SiO2, MgO, AlN. En el caso de substratos no conductores y con ciertos semiconductores, es necesario habilitar una capa conductora entre el material y el substrato, idealmente Mo, Ta, Ti, W, mediante cualquier técnica de deposición, para la polarización del cátodo.Insulators such as Al 2 O 3 , HfO 2 , SiO 2 , MgO, AlN. In the case of non-conductive substrates and with certain semiconductors, it is necessary to enable a conductive layer between the material and the substrate, ideally Mo, Ta, Ti, W, using any deposition technique, for the polarization of the cathode.

Las técnicas de deposición más conveniente son:The most convenient deposition techniques are:

• Para película fina: PLD (Pulsed Laser Deposition), que es la más fiable en cuanto a la pureza del material depositado manteniendo la estequiometria de C12A7:e- “electride”, pulverización catódica (sputtering) en régimen pulsado y nunca en DC (corriente continua) y evaporación térmica en horno de alto vacío (P≤10-5 Torr), a temperaturas superiores a 1250°C. No se describen las técnicas anteriores en la presente invención dado que no son objeto de patente salvo el hecho de identificar la técnica PLD como la más fiable.• For thin film: PLD (Pulsed Laser Deposition), which is the most reliable in terms of the purity of the deposited material, maintaining the stoichiometry of C12A7:e- “electride”, sputtering in a pulsed regime and never in DC ( direct current) and thermal evaporation in a high vacuum oven (P≤10-5 Torr), at temperatures above 1250°C. The previous techniques are not described in the present invention since they are not the subject of a patent except for identifying the PLD technique as the most reliable.

• Capas gruesas de material y en substratos de carbono (fibras de carbono activo, nanotubos de carbono y todos sus derivados) (Figuras 18.1 y 18.2). Ideal para los dispositivos de emisión de electrones detallados anteriormente, sustituyendo la pieza sólida (disco o incluso tubos huecos) por láminas de fibra de carbono con gran cantidad de “electride” depositado. Es, tal como se ha descrito, necesario para electrolizadores y pilas de combustible. Las capas de materia se depositan mediante técnicas de spray simple (nebulizador) y electro spray, forzando una alta tensión (>10KV) entre el nebulizador controlado y el substrato, que permita una distribución más uniforme y controlada que solo por gravedad. Estas técnicas son conocidas y ampliamente empleadas. La innovación consiste en la elaboración de la suspensión ideal de “electride” para ser empleado mediante esta técnica y, sobre todo, su tratamiento posterior de reducción forzada. La suspensión a nebulizar consiste en una solución formada por: el material C12A7:e- “electride” pulverizado en partículas finas (entre 0,1 y 10 micras dependiendo de la necesidad de partículas finas o muy finas), Titanio (Ti), también en partículas finas del orden de la miera, en una proporción respecto al “electride” de 1%, 1,5%, 2%, 3% en peso (mejor 1,5%) en granos comparables (mejor hasta 1 micra), bien mezclados (en molino de bolas o similar) utilizando como solvente metanol, etanol, propilenglicol o similares, nunca base agua o hidróxidos, con una proporción de solvente que permita la fluidez de la disolución a través del nebulizador o spray (idealmente, ≤25% en peso de soluto, esto es, el material C12A7:e en polvo mezclado con el Titanio).• Thick layers of material and carbon substrates (active carbon fibers, carbon nanotubes and all their derivatives) (Figures 18.1 and 18.2). Ideal for the electron emission devices detailed above, replacing the solid piece (disc or even hollow tubes) with carbon fiber sheets with a large amount of “electride” deposited. It is, as described, necessary for electrolyzers and fuel cells. The layers of matter are deposited using simple spray (nebulizer) and electro spray techniques, forcing a high voltage (>10KV) between the controlled nebulizer and the substrate, which allows a more uniform and controlled distribution than by gravity alone. These techniques are known and widely used. The innovation consists of the preparation of the ideal “electride” suspension to be used using this technique and, above all, its subsequent forced reduction treatment. The suspension to be nebulized consists of a solution formed by: the material C12A7:e- “electride” pulverized into fine particles (between 0.1 and 10 microns depending on the need for fine or very fine particles). fine particles), Titanium (Ti), also in fine particles of the order of the micron, in a proportion with respect to the “electride” of 1%, 1.5%, 2%, 3% by weight (better 1.5%) in comparable grains (better up to 1 micron), well mixed (in a ball mill or similar) using methanol, ethanol, propylene glycol or similar as a solvent, never water or hydroxides based, with a proportion of solvent that allows the fluidity of the solution through from the nebulizer or spray (ideally, ≤25% by weight of solute, that is, the powdered C12A7:e material mixed with the Titanium).

En el caso de utilizar el material depositado en un substrato, por cualquier técnica, es necesario un post tratamiento térmico reductor (forzado o no, más conveniente forzado y especialmente forzado en caso de utilizar substratos de fibra de carbono) debido a la degradación sufrida por el material “electride” al ser molido en granos finos (se incrementa la relación de superficie dieléctrica en relación al material disponible cuanto más fina sea la molienda dado que cada partícula tiene su superficie aislada por dicho dieléctrico) . De esta forma es necesario regenerar el material lo máximo posible ya incorporado en el substrato, consiguiendo, además, una mejor integración, sobre todo desde el punto de vista de conductividad eléctrica, en los substratos conductores, especialmente los basados en fibra de carbono y grafito. Este tratamiento es fundamental para el correcto funcionamiento del material en las distintas configuraciones de cátodos.In the case of using the material deposited on a substrate, by any technique, a reducing thermal post-treatment is necessary (forced or not, more convenient forced and especially forced in the case of using carbon fiber substrates) due to the degradation suffered by The material “electrides” when ground into fine grains (the dielectric surface ratio increases in relation to the available material the finer the grinding, given that each particle has its surface isolated by said dielectric). In this way, it is necessary to regenerate the material already incorporated into the substrate as much as possible, also achieving better integration, especially from the point of view of electrical conductivity, in conductive substrates, especially those based on carbon fiber and graphite. . This treatment is essential for the correct functioning of the material in the different cathode configurations.

Los tratamientos pueden ser específicos, incluyendo el substrato, para obtener el sistema final substrato-“electride” depositado, para después ser empleado en los distintos dispositivos (cátodos emisores para neutralizadores y propulsores, cátodos de electrolizadores y pilas de combustible) o bien realizar el tratamiento una vez montado el cátodo, como es el caso del cátodo emisor basado en un filamento recubierto de “electride” y eventualmente algunos de los cátodos para neutralizadores y propulsores. En ningún caso podrá realizarse una vez montados en los cátodos empleados en electrolizadores y pilas de combustible, especialmente de bajas temperaturas, dado que no habrá forma de realizar la reducción forzada sin dañar los sistemas, teniendo en cuenta las temperaturas empleadas (superiores a 650°C).The treatments can be specific, including the substrate, to obtain the final substrate-electride system deposited, to later be used in the different devices (emitting cathodes for neutralizers and propellants, electrolyzer cathodes and fuel cells) or perform the treatment once the cathode is assembled, as is the case of the emitter cathode based on a filament coated with “electride” and eventually some of the cathodes for neutralizers and propellants. In no case can it be done once mounted on the cathodes used in electrolyzers and fuel cells, especially at low temperatures, given that there will be no way to carry out the forced reduction without damaging the systems, taking into account the temperatures used (greater than 650° C).

La utilización del material como catalizador para electrolizadores y pilas de combustible, el material C12A7:e- “electride” posee dos características que lo hacen ideal como cátodo en dichos dispositivos: The use of the material as a catalyst for electrolyzers and fuel cells, the C12A7:e- “electride” material has two characteristics that make it ideal as a cathode in said devices:

o Una baja función de trabajo que permite el intercambio de electrones en el sentido cátodo-iones con muy bajas energías, bajando el sobrepotencial de la interfaz cátodo-iones, fundamental para un buen rendimiento del electrodo o A low work function that allows the exchange of electrons in the cathode-ion direction with very low energies, lowering the overpotential of the cathode-ion interface, essential for good electrode performance

o Unas excelentes propiedades de adsorción del Hidrógeno y más aún en forma iónica H+ (protones) que permite mejorar la emisión mediante efecto de campo (Schottky). o Excellent adsorption properties of Hydrogen and even more so in ionic form H+ (protons) that allows improving the emission through field effect (Schottky).

4.- Nuevos electrolizadores y pilas de combustible PEM/AEM y de alta temperatura SOEC y SOFC.4.- New electrolyzers and fuel cells PEM/AEM and high temperature SOEC and SOFC.

La aplicación del material C12A7:e- electride a substratos conductores y no conductores detallada en los apartados anteriores, permite la realización de electrolizadores de baja temperatura PEM/AEM y pilas de baja temperatura PEM donde se utiliza el material como catalizador en sustitución de elementos caros y escasos como el Pt, Pd, Ir, Ru, etc en el cátodo de forma totalmente novedosa tal como se ha comentado en el estudio del estado de la técnica.The application of the C12A7:e-electride material to conductive and non-conductive substrates, detailed in the previous sections, allows the creation of low-temperature PEM/AEM electrolyzers and low-temperature PEM cells where the material is used as a catalyst to replace expensive elements. and scarce ones such as Pt, Pd, Ir, Ru, etc. in the cathode in a completely new way, as discussed in the study of the state of the art.

Dado que el material puede operar a altas temperaturas (hasta 1150°C) también es ideal para cátodos de electrolizadores y pilas de combustible de óxidos de alta temperatura (SOEC y SOFC respectivamente) que trabajan entre 500°C y 950°C donde también se incorpora en el ánodo en el caso de las pilas SOFC donde el combustible es el amoniaco (NH3) o gas natural (CH4) o metanol/etanol. Esto es porque el electride actúa como catalizador en la disociación de los compuestos anteriores, especialmente el amoniaco (NH3) con lo que se obtiene directamente el H2 que se emplea normalmente como combustible. En este caso la utilización del electride en el ánodo se realiza de forma combinada con catalizadores habituales de ánodo encargados de la ionización del H2 generando protones H+, siendo totalmente compatibles. La ventaja de estos dispositivos de alta temperatura, además de su rendimiento superior a los del tipo PEM/AEM, es que pueden trabajar con distintos combustibles (H2, NH3, Metanol/Etanol, gas natural CH4, etc) e incluso tienen tolerancia a impurezas y otros compuestos (como CO2) que envenenan (pasivan) los catalizadores del tipo Pt. Precisamente, a altas temperaturas, el material es emisor de electrones activo sin necesidad de ningún tipo de energía adicional, lo que permite bajar el sobrepotencial de electrodo que es uno de los parámetros de más incidencia en el rendimiento de los electrolizadores y pilas de combustible. El objetivo más relevante es la realización de pilas de combustible directas de amoniaco (NH3) así como de CH4, metanol/etanol, de los que se extrae el Hidrógeno para su funcionamiento habitual con dicho combustible. Dado que en el caso de las pilas SOFC de alta temperatura se utilizará preferentemente las membranas de conducción protónica, nos referimos a ellas como SOFC-H. Las ventajas fundamentales de la utilización de membranas de conducción protónica son, por una parte, una mayor conductividad que con iones oxígeno (O=) y, sobre todo, la no formación de NOx (N2O, NO, NO2) dado que el agua (vapor) está confinada en el cátodo lejos de los iones resultado de la disociación del NH3 en el ánodo por lo que se evita la formación de dichos compuestos NOx. Si se utiliza una membrana de conducción de iones oxígeno, el agua (vapor) se forma en el ánodo junto a la disociación del NH3, formándose compuestos NOx irremediablemente.Since the material can operate at high temperatures (up to 1150°C) it is also ideal for cathodes of electrolyzers and high temperature oxide fuel cells (SOEC and SOFC respectively) that work between 500°C and 950°C where it is also It is incorporated into the anode in the case of SOFC cells where the fuel is ammonia (NH3) or natural gas (CH4) or methanol/ethanol. This is because the electride acts as a catalyst in the dissociation of the previous compounds, especially ammonia (NH3), which directly obtains the H 2 that is normally used as fuel. In this case, the use of the electride in the anode is carried out in combination with usual anode catalysts responsible for the ionization of H 2 , generating H+ protons, being fully compatible. The advantage of these high temperature devices, in addition to their superior performance than the PEM/AEM type, is that they can work with different fuels (H 2 , NH3, Methanol/Ethanol, natural gas CH4, etc.) and even have tolerance to impurities and other compounds (such as CO 2 ) that poison (passivate) the Pt-type catalysts. Precisely, at high temperatures, the material is an active electron emitter without the need for any type of additional energy, which allows the electrode overpotential to be lowered. which is one of the parameters with the most impact on the performance of electrolyzers and fuel cells. The most relevant objective is the realization of direct ammonia (NH3) fuel cells as well as CH4, methanol/ethanol, from which Hydrogen is extracted for normal operation with said fuel. Since proton conduction membranes will preferably be used in the case of high temperature SOFC cells, we refer to them as SOFC-H. The fundamental advantages of using proton conduction membranes are, on the one hand, greater conductivity than with oxygen ions (O=) and, above all, the non-formation of NOx (N 2 O, NO, NO 2 ) since The water (steam) is confined in the cathode away from the ions resulting from the dissociation of NH3 at the anode, thus avoiding the formation of said NOx compounds. If an oxygen ion conduction membrane is used, water (steam) is formed at the anode along with the dissociation of NH3, inevitably forming NOx compounds.

Referencias utilizadas:References used:

[1] S. Kim and H. Hosono. Philosophical Magazine. Vol 32. N 19-21. 2596-2628. (2012).[1] S. Kim and H. Hosono. Philosophical Magazine. Vol 32. N 19-21. 2596-2628. (2012).

[2] Y. Toda, Y. Kubota, M. Hirano, H. Hirayama and H Hosono. ACS nano Vol 5. N 3. [2] Y. Toda, Y. Kubota, M. Hirano, H. Hirayama and H Hosono. ACS nano Vol 5. N 3.

1907-1914. (2011). 1907-1914. (2011).

[3] P V Ong, H Hosono, and P V. Sushko J. Phys. Chem. C 1236030 (2019).[3] PV Ong, H Hosono, and P V. Sushko J. Phys. Chem. C 1236030 (2019).

[4] J Fabian-Plaza, G Meiro, A Post, R Pérez-Casero, F J Palomares, P Tejedor, S Naghdi, A Várez, and G Sánchez-Arriaga Acta Astronaut. 177806 (2020).[4] J Fabian-Plaza, G Meiro, A Post, R Pérez-Casero, FJ Palomares, P Tejedor, S Naghdi, A Várez, and G Sánchez-Arriaga Acta Astronaut. 177806 (2020).

[5] M. Goebel and I. Katz. Fundamentals of electric propulsion: Ion and Hall Thrusters. JPL-NASA (2008). [5] M. Goebel and I. Katz. Fundamentals of electric propulsion: Ion and Hall Thrusters. JPL-NASA (2008).

Claims (19)

REIVINDICACIONES 1.- Procedimiento de mejora del material sintetizado C12A7:e- “electride”, que partiendo de una cerámica C12A7 sintetizada y reducida a “electride” C12A7:e- para la obtención de cátodos, se caracteriza por que la cerámica C12A7 sintetizada o la cerámica reducida a “electride” C12A7:e- se somete a una reducción forzada, en la que se sustituyen iones oxígeno por electrones mediante la polarización negativa del material a reducir en régimen DC o pulsado, respecto al masa o referencia de cero voltaje; habiéndose previsto que este proceso se pueda llevar sobre el material base recién sintetizado, el material molido, el material depositado en un substrato incluyendo dicho substrato o a un conjunto completo que incluya el material, el substrato y a otros elementos constitutivos del cátodo.1.- Procedure for improving the synthesized material C12A7:e- “electride”, which starts from a C12A7 ceramic synthesized and reduced to “electride” C12A7:e- to obtain cathodes, is characterized in that the synthesized C12A7 ceramic or the ceramic reduced to “electride” C12A7:e- is subjected to a forced reduction, in which oxygen ions are replaced by electrons through the negative polarization of the material to be reduced in a DC or pulsed regime, with respect to the mass or reference of zero voltage; It has been foreseen that this process can be carried out on the newly synthesized base material, the ground material, the material deposited on a substrate including said substrate or a complete assembly that includes the material, the substrate and other constituent elements of the cathode. 2§.- Procedimiento de mejora del material sintetizado C12A7:e- “electride”, según reivindicación 1§, caracterizado por que consiste en llevar a cabo una bajada de la temperatura y/o tiempo de proceso respecto al proceso de reducción convencional (sustitución de iones oxígeno por electrones), reduciendo e integrando en el mismo proceso no solo el material sino el substrato o un conjunto mayor que pueda ser sensible a la temperatura, bajada de temperatura que va desde el rango de 950°C a 1250°C hasta el rango 650°C a 950°C.2§.- Procedure for improving the synthesized material C12A7:e- “electride”, according to claim 1§, characterized in that it consists of carrying out a decrease in the temperature and/or process time with respect to the conventional reduction process (substitution of oxygen ions by electrons), reducing and integrating in the same process not only the material but the substrate or a larger assembly that may be sensitive to temperature, a temperature drop that goes from the range of 950°C to 1250°C up to the range 650°C to 950°C. 3§.- Procedimiento, según reivindicaciones 1§ y 2§, caracterizado por que en el mismo se determina utilizar una señal pulsada en lugar de corriente continua (DC), siempre con polaridad negativa, para evitar inestabilidades y conseguir un funcionamiento estable y sin degradaciones de material., utilizándose un electrodo auxiliar (keeper) para facilitar el acoplamiento de carga.3§.- Procedure, according to claims 1§ and 2§, characterized in that it is determined to use a pulsed signal instead of direct current (DC), always with negative polarity, to avoid instabilities and achieve stable and smooth operation. material degradation, using an auxiliary electrode (keeper) to facilitate charge coupling. 4§.- Procedimientos de mejora del material sintetizado C12A7:e- “electride”, según reivindicaciones 1§, 2§ y 3§ caracterizado por que en el mismo se emplea una cámara de ionización con una sección de entrada y de salida sensiblemente menor que la sección de la propia cámara para producir una sobrepresión por efecto Venturi, en donde el electrodo interacciona en un medio gaseoso o plasma, habiéndose previsto que en virtud de dicha sobrepresión el plasma funcione con bajos regímenes de alimentación de gas e incluso menor potencial de cátodo necesario para el mantenimiento del plasma, habiéndose previsto que las paredes de la cámara estén aisladas eléctricamente o recubiertas de material aislante para evitar la neutralización de electrones e iones.4§.- Procedures for improving the synthesized material C12A7:e- “electride”, according to claims 1§, 2§ and 3§, characterized in that an ionization chamber with a significantly smaller entrance and exit section is used. than the section of the chamber itself to produce an overpressure due to the Venturi effect, where the electrode interacts in a gaseous medium or plasma, having foreseen that by virtue of said overpressure the plasma operates with low gas supply regimes and even lower potential for cathode necessary to maintain the plasma, having foreseen that the walls of the chamber are electrically insulated or covered with material insulator to prevent the neutralization of electrons and ions. 5- .- Procedimiento, según las reivindicaciones 1§ y 2§ caracterizado por que en los substratos se deposita el material con diversas técnicas, preferentemente mediante el modo “spray” o nebulizado, con o sin asistencia de alta tensión para obtener la disolución a nebulizar formada por la base de material C12A7:e- “electride” y un disolvente no acuoso, incluyendo aditivos reductores.5- .- Procedure, according to claims 1§ and 2§ characterized in that the material is deposited on the substrates with various techniques, preferably using the "spray" or nebulized mode, with or without high voltage assistance to obtain the solution at nebulize formed by the base material C12A7:e- “electride” and a non-aqueous solvent, including reducing additives. 6- .- Procedimiento, según reivindicaciones 1-, 2- y 5-, caracterizado por que se utilizan substratos del tipo fibra de carbono, activada o con aditivos de grafito y nano tubos de carbono así como materiales cerámicos a los que se deposita el material según la reivindicación 2- y se trata posteriormente para su mejora según la reivindicación 1-.6- .- Procedure, according to claims 1-, 2- and 5-, characterized in that substrates of the carbon fiber type are used, activated or with graphite additives and carbon nanotubes, as well as ceramic materials to which the material according to claim 2- and is subsequently treated for improvement according to claim 1-. 7- .- Cátodo, según reivindicación 6-, caracterizado por que se aplica en el sector aeroespacial.7- .- Cathode, according to claim 6-, characterized in that it is applied in the aerospace sector. 8- .- Cátodo, según reivindicación 6-, caracterizado por que se aplica a electrolizadores y pilas de combustible, tanto de baja temperatura (tipo PEM o alcalinos) como de alta temperatura (SOEC y SOFC respectivamente), donde la GDL (Gas Diffusion Layer) que forma el cátodo, normalmente a base de carbono (fibra de carbono, papel de grafito y similares) y substratos cerámicos contiene material C12A7:e- “electride” depositado y tratado según las reivindicaciones 1-, 2-, 3- y 4-, en funciones de catalizador en dichos dispositivos.8- .- Cathode, according to claim 6-, characterized in that it is applied to electrolyzers and fuel cells, both low temperature (PEM or alkaline type) and high temperature (SOEC and SOFC respectively), where the GDL (Gas Diffusion Layer) that forms the cathode, normally based on carbon (carbon fiber, graphite paper and the like) and ceramic substrates, contains C12A7:e- “electride” material deposited and treated according to claims 1-, 2-, 3- and 4-, acting as a catalyst in said devices. 9- .- Cátodo, según reivindicaciones 6- y 8-, caracterizado por que se aplica en sistemas de depuración de agua basados en electrólisis.9- .- Cathode, according to claims 6- and 8-, characterized in that it is applied in water purification systems based on electrolysis. 10- .- Cátodo, según reivindicación 8-, caracterizado por que cuando se trata de cátodos empleados en electrolizadores y pilas de combustible, tanto de baja temperatura (tipo PEM o alcalinos) como de alta temperatura (SOEC y SOFC respectivamente), y en sistemas de depuración de agua basados en electrólisis, en el mismo se sustituyen metales nobles (Pt, Pd, Ir, Ru).10- .- Cathode, according to claim 8-, characterized in that when it comes to cathodes used in electrolyzers and fuel cells, both low temperature (PEM or alkaline type) and high temperature (SOEC and SOFC respectively), and in water purification systems based on electrolysis, in which noble metals (Pt, Pd, Ir, Ru) are replaced. 11- .- Cátodo, según reivindicaciones 9- y 10-, caracterizado por que consiste en un cátodo con emisor plano y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas lateral.11- .- Cathode, according to claims 9- and 10-, characterized in that it consists of a cathode with flat emitter and magnetic field for plasma operation without heater in side gas inlet variant. 12§.- Cátodo, según reivindicaciones 9§ y 10§, caracterizado por que consiste en un cátodo con emisor plano y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas inferior-central.12§.- Cathode, according to claims 9§ and 10§, characterized in that it consists of a cathode with a flat emitter and magnetic field for plasma operation without heater in the lower-central gas inlet variant. 13§.- Cátodo, según reivindicaciones 9§ y 10§, caracterizado por que consiste en un cátodo con emisor cilindrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas inferior-central y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.13§.- Cathode, according to claims 9§ and 10§, characterized in that it consists of a cathode with a cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in a lower-central gas inlet variant and with a lateral “keeper” auxiliary electrode. . 14§.- Cátodo, según reivindicaciones 9§ y 10§, caracterizado por que consiste en un cátodo con emisor cilindrico y campo magnético para funcionamiento en plasma sin calefactor en variante de entrada de gas lateral y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.14§.- Cathode, according to claims 9§ and 10§, characterized in that it consists of a cathode with a cylindrical emitter and magnetic field for plasma operation without heater in a lateral gas inlet variant and with a lateral “keeper” auxiliary electrode. 15§.- Cátodo, según reivindicaciones 9§ y 10§, caracterizado por que consiste en un cátodo de emisor cilindrico sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas lateral y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.15§.- Cathode, according to claims 9§ and 10§, characterized in that it consists of a cylindrical emitter cathode without a magnetic field for plasma operation in a lateral gas entry variant and with a lateral “keeper” auxiliary electrode. 16§.- Cátodo, según reivindicaciones 9§ y 10§, caracterizado por que consiste en un cátodo con emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” superior.16§.- Cathode, according to claims 9§ and 10§, characterized in that it consists of a cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in a central gas inlet variant and with an upper “keeper” auxiliary electrode. 17§.- Cátodo, según reivindicaciones 9§ y 10§, caracterizado por que consiste en un cátodo con emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.17§.- Cathode, according to claims 9§ and 10§, characterized in that it consists of a cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in a central gas inlet variant and with a lateral “keeper” auxiliary electrode. 18§.- Cátodo, según reivindicaciones 9§ y 10§, caracterizado por que consiste en un cátodo con emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas por orificios inferiores en la base de sujeción del emisor y con electrodo auxiliar “keeper” lateral.18§.- Cathode, according to claims 9§ and 10§, characterized in that it consists of a cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in a gas inlet variant through lower holes in the base for holding the emitter and with auxiliary “keeper” electrode on the side. 19§.- Cátodo, según reivindicaciones 9§ y 10§, caracterizado por que consiste en un cátodo con emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en plasma en variante de entrada de gas central y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral).19§.- Cathode, according to claims 9§ and 10§, characterized in that it consists of a cathode with a hollow cylindrical emitter without a magnetic field for plasma operation in variant with central gas inlet and with double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral). 20 - . - Cátodo, según reivindicaciones 9§ y 10§, caracterizado por que consiste en un cátodo de emisor cilindrico hueco sin campo magnético para funcionamiento en vacío y con doble electrodo auxiliar “keeper” (central y lateral). twenty - . - Cathode, according to claims 9§ and 10§, characterized in that it consists of a hollow cylindrical emitter cathode without magnetic field for vacuum operation and with a double auxiliary “keeper” electrode (central and lateral). 21 - .- Cátodo, según reivindicaciones 9- y 10-, caracterizado por que consiste en un cátodo basado en depositar el material C12A7:e- “electride” sobre un filamento de W, Ta, Mo, utilizando señales pulsadas tanto para calefactar el filamento como para establecer su potencial respecto a la referencia de masa (cero potencial) que siempre será negativo.21 - .- Cathode, according to claims 9- and 10-, characterized in that it consists of a cathode based on depositing the C12A7:e- “electride” material on a filament of W, Ta, Mo, using pulsed signals both to heat the filament to establish its potential with respect to the mass reference (zero potential) which will always be negative. Incorporación de una rejilla polarizada formando parte del cátodo para el control de la intensidad del haz de electrones emitido.Incorporation of a polarized grid as part of the cathode to control the intensity of the emitted electron beam. 22 - Ånodo, según las reivindicación 6- y 8-, en el caso de las pilas SOFC-H (alta temperatura con membrana de conducción protónica) donde se emplea el C12A7:eelectride como catalizador para la disociación del combustible cuando éste no es Hidrógeno, especialmente el amoniaco (NH3) asi como el gas natural (CH4) y metanol/etanol, obteniendo el Hidrógeno a partir de dicho combustible en la propia pila.22 - Ånode, according to claims 6- and 8-, in the case of SOFC-H cells (high temperature with proton conduction membrane) where C12A7:eelectride is used as a catalyst for the dissociation of the fuel when it is not Hydrogen , especially ammonia (NH3) as well as natural gas (CH4) and methanol/ethanol, obtaining Hydrogen from said fuel in the cell itself. 23-.- Ånodo, según la reivindicación 22-, para pila de combustible directa de NH3 sin producción de NOx siendo del tipo SOFC-H (alta temperatura con membrana de conducción protónica). 23-.- Ånode, according to claim 22-, for a direct NH3 fuel cell without NOx production, being of the SOFC-H type (high temperature with proton conduction membrane).
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