專(zhuān)利名稱(chēng)：具有流管理系統(tǒng)的可再充電金屬-空氣電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電化學(xué)電池，更具體地涉及金屬-空氣電池。
背景技術(shù)：
使用金屬作為燃料的電化學(xué)電池是已知的。這樣的裝置的例子示于例如美國(guó)專(zhuān)利 7，276，309,6, 942，105,6, 911，274和6，787，260之中，這些文件全文合并于此。這些在先實(shí)施例的缺陷的短列表包括在陽(yáng)極空間和陰極空間中沉淀的反應(yīng)產(chǎn)物的聚積，與饋送固體粒子燃料有關(guān)的問(wèn)題，由于在仍未氧化的燃料附近的已經(jīng)氧化的燃料的增大濃度而導(dǎo)致的燃料的凈氧化的緩慢速率。金屬-空氣電池典型地包括陽(yáng)極、空氣呼吸陰極和電解質(zhì)，金屬燃料在陽(yáng)極被氧化，來(lái)自環(huán)境空氣中的氧在空氣呼吸陰極被還原，電解質(zhì)用于支持氧化的/還原的離子的反應(yīng)。本申請(qǐng)還努力提供在為電池充電或再充電時(shí)管理流體流的有效的和改進(jìn)的方式， 流體流可以包括燃料微粒和/或沉淀物。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電化學(xué)電池，包括燃料電極，與燃料電極間隔開(kāi)的氧化劑電極，以及接觸電極的離子導(dǎo)電介質(zhì)。燃料電極和氧化劑電極被配置為在放電期間在燃料電極氧化金屬燃料并在氧化劑電極還原氧化劑以在其間產(chǎn)生用于施加于負(fù)載的放電電勢(shì)差。電化學(xué)電池還包括電極保持器，其包括腔體，用于保持燃料電極；至少一個(gè)入口，在腔體的一側(cè)連接到腔體并被配置為向腔體供給離子導(dǎo)電介質(zhì)；以及至少一個(gè)出口，在腔體的與至少一個(gè)入口的相對(duì)側(cè)連接到腔體并被配置為允許離子導(dǎo)電介質(zhì)流出腔體。電化學(xué)電池還包括多個(gè)間隔器，其以彼此間隔的關(guān)系延伸跨越燃料電極和腔體，以在腔體內(nèi)限定多個(gè)流道，從而使得離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)由至少一個(gè)入口流入每一個(gè)流道、跨越燃料電極、并經(jīng)由至少一個(gè)出口流出流道。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于制造用于電化學(xué)電池的燃料電極的方法。燃料電極包括多個(gè)可滲透電極體，以及在可滲透電極體之間延伸的多個(gè)基本平行的間隔器。該方法包括將材料注入多個(gè)腔體，每一個(gè)腔體由兩個(gè)制造間隔器所限定，鄰近可滲透電極體被保持為通過(guò)其間的制造間隔器而基本平行于彼此并彼此間隔開(kāi)從而使得電極體延伸進(jìn)入腔體，制造間隔器基本平行于彼此；硬化材料以形成燃料電極的基本平行的間隔器；以及將可滲透電極體與制造間隔器分離從而使得可滲透電極體和由該材料形成的基本平行的間隔器是單個(gè)整體單元。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于為電化學(xué)電池充電的方法。電化學(xué)電池包括燃料電極，與燃料電極間隔開(kāi)的氧化劑電極，充電電極，以及接觸電極的離子導(dǎo)電介質(zhì)。燃料電極和氧化劑電極被配置為在放電期間在燃料電極氧化金屬燃料并在氧化劑電極還原氧化劑以在其間產(chǎn)生用于施加于負(fù)載的放電電勢(shì)差。燃料電極和充電電極被配置為在再充電期間還原可還原種類(lèi)的燃料以在燃料電極上電沉積燃料并通過(guò)從電源在其間施加再充電電勢(shì)差來(lái)氧化可氧化種類(lèi)的氧化劑。電化學(xué)電池還包括電極保持器，其包括腔體， 用于保持燃料電極；至少一個(gè)入口，在腔體的一側(cè)連接到腔體并被配置為向腔體供給離子導(dǎo)電介質(zhì)；以及至少一個(gè)出口，在腔體的與至少一個(gè)入口的相對(duì)側(cè)連接到腔體并被配置為允許離子導(dǎo)電介質(zhì)流出腔體。電化學(xué)電池還包括多個(gè)間隔器，其以彼此間隔的關(guān)系延伸跨越燃料電極和腔體，以在腔體內(nèi)限定多個(gè)流道，從而使得離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)由至少一個(gè)入口流入每一個(gè)流道、跨越燃料電極、并經(jīng)由至少一個(gè)出口流出流道。該方法包括使包括可還原燃料種類(lèi)的離子導(dǎo)電介質(zhì)通過(guò)至少一個(gè)入口流入流道；在充電電極和燃料電極之間施加電流，充電電極作用為陽(yáng)極，燃料電極作用為陰極，從而使得可還原燃料種類(lèi)被還原并在燃料電極上被電沉積為可氧化形式的燃料；以及移除電流以中斷充電。通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明、附圖以及所附權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的其他方面將變得明顯。


參考所附示意圖，以下將僅以示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相應(yīng)的部分，其中圖1示出了包括兩個(gè)電化學(xué)電池的電化學(xué)電池系統(tǒng)的截面圖；圖2示出了圖1的電化學(xué)電池系統(tǒng)的分解圖；圖3示出了圖1的電化學(xué)電池之一的電極保持器；圖4示出了保持第一電極的圖3的電極保持器和連接到電極保持器的多個(gè)間隔器；圖5更詳細(xì)地示出了圖4的間隔器之一；圖6更詳細(xì)地示出了圖5的間隔器和圖3的電極保持器之間的連接；圖7更詳細(xì)地示出了部分地由圖3的電極保持器所限定的流化區(qū)域；圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在電化學(xué)電池和外部負(fù)載以及電源之間的電連接；圖9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在電化學(xué)電池和外部負(fù)載以及電源之間的電連接；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一電化學(xué)電池的一部分的實(shí)施例；圖11示出了圖10的細(xì)節(jié)A ；以及圖12示出了沿著圖11中的線(xiàn)XII-XII所截的電極的截面圖。
具體實(shí)施例方式圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括兩個(gè)電化學(xué)電池10的電化學(xué)電池系統(tǒng)100。如所示，每一個(gè)電池10包括第一電極12，以及與第一電極12間隔開(kāi)的第二電極14。第一電極12由電極保持器16所支撐。電化學(xué)系統(tǒng)100還包括蓋體19，其用于在系統(tǒng)100的一側(cè)覆蓋電化學(xué)電池10，而電極保持器16之一用于覆蓋系統(tǒng)100的相對(duì)側(cè)，如圖1所示。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極12是當(dāng)電池10工作于放電或發(fā)電模式時(shí)作用為陽(yáng)極的金屬燃料電極，如以下將更為詳細(xì)地描述的。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極12可以包括可滲透電極體12a，諸如制成能夠通過(guò)電沉積或者其他方式捕獲并保留來(lái)自循環(huán)于電池10中的離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料微粒或離子的任何形式的篩，如以下將更為詳細(xì)地描述的。電池10的元件，包括例如第一電極12，其可滲透電極體12a，以及第二電極14，可以是任何合適的構(gòu)造或形態(tài)，包括但不限于由鎳或鎳合金(包括鎳鈷、鎳鐵、鎳銅(即蒙乃爾合金)、或超級(jí)合金)、銅或銅合金、黃銅、青銅、或任何其他合適的金屬構(gòu)造。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑膜可以被涂覆于第一電極12和/或氧化劑電極14，并具有可以由某些前面描述的材料制成的高表面材料。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑膜可以通過(guò)諸如熱噴霧、等離子噴霧、電沉積、或任何其他微粒涂層方法的技術(shù)而形成。燃料可以是金屬，諸如鐵、鋅、鋁、鎂、或鋰。使用金屬這一術(shù)語(yǔ)意在包含在元素周期表上被視作金屬的所有元素，包括但不限于堿金屬、堿土金屬、鑭系元素、錒系元素、以及過(guò)渡金屬，無(wú)論原子、分子(包括金屬氫化物)、或當(dāng)在電極體上收集時(shí)的合金形式。然而， 本發(fā)明并非意在限制任何特定的燃料，其他也可以使用。燃料可以以懸浮于離子導(dǎo)電介質(zhì)中的微粒的形式被提供給電池10。在某些實(shí)施例中，金屬氫化物燃料可以被應(yīng)用于電池10 中。離子導(dǎo)電介質(zhì)可以是水溶液。合適的介質(zhì)的例子包括水溶液，包括硫酸，磷酸，三氟甲磺酸，硝酸，氫氧化鉀，氫氧化鈉，氯化鈉，硝酸鉀或氯化鋰。介質(zhì)也可以使用非水溶劑或離子液體。在此處所描述的非限定性實(shí)施例中，介質(zhì)是水性氫氧化鉀。在一個(gè)實(shí)施例中， 離子導(dǎo)電介質(zhì)可以包括電解質(zhì)。例如，傳統(tǒng)的液態(tài)或半固態(tài)電解質(zhì)溶液可以被使用，或者室溫離子液體可以被使用，如在2010年5月10日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)12/776，962中提及的， 該文件全文通過(guò)引用合并于此。在電解質(zhì)是半固態(tài)的實(shí)施例中，多孔固態(tài)電解質(zhì)膜(即以松散結(jié)構(gòu))可以被使用。當(dāng)?shù)谝浑姌O12工作為陽(yáng)極時(shí)，燃料可以在第一電極12處被氧化，而當(dāng)?shù)诙姌O14 工作為陰極時(shí)，諸如氧的氧化劑可以在第二電極14處被還原，這是當(dāng)電池10被連接到負(fù)載并且電池10處于放電或發(fā)電模式時(shí)的情形，如以下將更為詳細(xì)地描述的。放電模式期間發(fā)生的反應(yīng)可以在離子導(dǎo)電介質(zhì)中產(chǎn)生副產(chǎn)品，例如包括可還原燃料種類(lèi)的沉淀物。例如，在燃料為鋅的實(shí)施例中，氧化鋅可以被產(chǎn)生作為副產(chǎn)品沉淀物/可還原燃料種類(lèi)。氧化的鋅或者其他金屬還可以由電解質(zhì)溶液支撐、通過(guò)電解質(zhì)溶液氧化或溶解于電解質(zhì)溶液中，而不形成沉淀物(例如鋅酸鹽可以是保留在燃料中的溶解的可還原燃料種類(lèi))。在再充電模式(其將在下文中更為詳細(xì)地描述)期間，例如氧化鋅的可還原燃料種類(lèi)可以被可逆地還原到第一電極12上并沉積為例如鋅的燃料，第一電極12在再充電模式期間作用為陰極。在再充電模式期間，無(wú)論第二電極14還是下面描述的分離充電電極70作用為陽(yáng)極。放電模式和充電模式之間的切換將在下文中更為詳細(xì)地描述。電極保持器16限定了腔體18，第一電極12被保持于腔體18之中。電極保持器 16還為電池10限定了入口 20和出口 22。入口 20被配置為允許離子導(dǎo)電介質(zhì)進(jìn)入電池10 和/或通過(guò)電池10再循環(huán)。入口 20可以經(jīng)由入口通道M被連接到腔體18，而出口 22可以經(jīng)由出口通道沈被連接到腔體18。如圖3中所示，入口通道M和出口通道沈可以各提供蜿蜒曲折的路徑，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以穿過(guò)該路徑而流動(dòng)。由入口通道M所限定的蜿蜒路徑優(yōu)選地不包括任何尖銳的角，介質(zhì)流可能在尖角停止或者介質(zhì)中的微?？赡茉诩饨欠e聚。如以下將更為詳細(xì)地描述的，通道對(duì)、26的長(zhǎng)度可以被設(shè)計(jì)為在流體地串聯(lián)連接的電池之間提供增大的離子電阻。對(duì)于每一個(gè)電池10，可滲透密封元件17可以適當(dāng)?shù)乇徽澈嫌陔姌O保持器16上的密封表面和/或蓋體19之間，以將至少第一電極12封入腔體18之中。密封元件17還覆蓋入口通道M和出口通道26。密封元件17是非傳導(dǎo)性和電化學(xué)惰性的，并且優(yōu)選地被設(shè)計(jì)為在正交方向(即，穿過(guò)其厚度)對(duì)離子導(dǎo)電介質(zhì)是可滲透的，而不允許離子導(dǎo)電介質(zhì)的側(cè)向轉(zhuǎn)移。這使得離子導(dǎo)電介質(zhì)能夠穿過(guò)密封元件17滲透，以實(shí)現(xiàn)與在相對(duì)側(cè)的第二電極 14的離子傳導(dǎo)性，以支持電化學(xué)反應(yīng)，而不會(huì)將離子導(dǎo)電介質(zhì)從電池10向外側(cè)向“毛細(xì)”。 密封材料17的合適材料的一些非限定性例子是EPDM和TEFLON 。在所示實(shí)施例中，腔體18具有大體上矩形或正方形的截面，其基本匹配第一電極 12的形狀。腔體18的一側(cè)，具體地，腔體18連接到入口通道M的一側(cè)包括多個(gè)流化區(qū)域觀(guān)，每一個(gè)流化區(qū)域觀(guān)經(jīng)由包括多個(gè)腔體入口 34的多支管連接到入口通道對(duì)，從而使得當(dāng)離子導(dǎo)電介質(zhì)和任何燃料微粒、沉淀物、或可還原燃料種類(lèi)進(jìn)入腔體18時(shí)，離子導(dǎo)電介質(zhì)和燃料進(jìn)入流化區(qū)域28。如在圖7中具體示出的，每一個(gè)流化區(qū)域觀(guān)由相互成角度但彼此不接觸的兩個(gè)表面30、32所部分地限定，以限定相對(duì)于從入口 34穿過(guò)流化區(qū)域觀(guān)的中心而延伸的軸線(xiàn)的分叉表面。在所示實(shí)施例中，表面30、32基本限定了具有對(duì)入口 34開(kāi)放的開(kāi)放底部的“V”，如圖3中所示。盡管所示實(shí)施例將表面30、32示為相對(duì)地平直，但是該表面可以是彎曲的或者部分地彎曲的，只要表面30、32從入口 34分叉。流化區(qū)域觀(guān)被配置為使得當(dāng)具有微粒的離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)由入口通道M流入腔體 18時(shí)，微粒在離子導(dǎo)電介質(zhì)中被流化，這允許當(dāng)離子導(dǎo)電介質(zhì)接觸第一電極12時(shí)微粒更為均勻地分散在離子導(dǎo)電介質(zhì)中。當(dāng)電化學(xué)電池10被定向?yàn)閂形流化區(qū)域觀(guān)的開(kāi)放底部指向下時(shí)，這特別地有優(yōu)勢(shì)，如圖7中所示。這是因?yàn)橹亓A向于引起微粒積聚于入口通道 M和出口通道沈之間的腔體18的入口端。通過(guò)將微粒在離子導(dǎo)電介質(zhì)中流化，并通過(guò)提供跨越腔體18的壓降，如以下將更為詳細(xì)地描述的，微粒將更為均勻地流過(guò)腔體18，而在腔體18的入口端基本較少或沒(méi)有積聚。通過(guò)跨越第一電極12的表面提供微粒的更為均勻的分布，這可以改善電池10的效率。如圖4中所示，多個(gè)間隔器40(每一個(gè)以彼此間隔開(kāi)的關(guān)系延伸跨越第一電極12) 可以被連接到電極保持器16，以使得第一電極12可以相對(duì)于電極保持器16以及第二電極 14而被保持就位。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極12可以包含多個(gè)可滲透電極體12a-12c，如圖2中所示，其可以由多個(gè)間隔器40的多個(gè)組所分離，從而使得每一組間隔器40被定位于鄰近電極體之間，以將電極體Ua_12c彼此電隔離。在鄰近電極體之間的每一組間隔器 40中，間隔器40被以間隔開(kāi)的關(guān)系以以下方式定位，即在其間產(chǎn)生所謂“流道”42，如在以下將更為詳細(xì)地描述的。流道42是三維的并且具有基本等于間隔器40的高度的高度。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔器可以由具有對(duì)應(yīng)于流道的開(kāi)口的單個(gè)框架提供。在一個(gè)實(shí)施例中，流道可以包括泡沫或者蜂窩型結(jié)構(gòu)，其被配置為允許離子導(dǎo)電介質(zhì)從中流過(guò)。在一個(gè)實(shí)施例中，流道可以包括插腳陣列，其被配置為分裂穿過(guò)流道的離子導(dǎo)電介質(zhì)的流。在一個(gè)實(shí)施例中，框架，間隔器，流道，和/或者電池的其他元件可以由通過(guò)注模形成的塑料、或者使用化學(xué)工藝形成的環(huán)氧樹(shù)脂/絕緣材料所限定，如以下將更為詳細(xì)地描述的。所示實(shí)施例并非意在以任何方式限定。在一個(gè)實(shí)施例中，可滲透電極體12a_12c可以具有基本上相同的大小。在一個(gè)實(shí)施例中，可滲透電極體可以有不同的大小從而使得可以使用階梯式臺(tái)架配置，如在2010年 6月M日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/358，339中所描述的，該文件全文通過(guò)引用合并于此。間隔器40是非傳導(dǎo)性的和電化學(xué)惰性的，因此它們對(duì)于電池10中的電化學(xué)反應(yīng)不活躍。間隔器40優(yōu)選地被設(shè)定這樣的大小以使得當(dāng)它們連接到電極保持器16時(shí)，間隔器40受拉，這允許間隔器40向第一電極12或者電極體之一施壓，從而以相對(duì)于電極保持器16平坦的關(guān)系保持第一電極12或其電極體。間隔器40可以由塑料材料制成， 諸如聚丙烯、聚乙烯、改性聚苯醚、含氟聚合物等，其允許間隔器受拉連接到電極保持器16。在圖5所示實(shí)施例中，每一個(gè)間隔器具有延長(zhǎng)的中部44，以及在每端的成形的連接部分46。成形的連接部分46被配置為由具有基本類(lèi)似的形狀的開(kāi)口 48保持于電極保持器16中，如圖6中所示。在所示實(shí)施例中，成形部分46和開(kāi)口 48具有基本三角的形狀，然而所示形狀并非意在以任何方式限定?；救堑男螤钤陂g隔器40的延長(zhǎng)部分44的相對(duì)側(cè)提供了表面50，其被配置為接觸電極保持器16上的相應(yīng)表面52。因?yàn)楸砻?0、52相對(duì)于間隔器40的延長(zhǎng)部分44的主軸MA成角度，并且間隔器40中的拉力將沿著主軸MA，相比于相同面積的具有圓形或正方形的成形部分，由拉力所產(chǎn)生的力可以被分布于跨越更大的表面。一旦間隔器40經(jīng)由端部46被連接到電極保持器16，則跨越電極保持器16的腔體18限定流道42。間隔器40被配置為從由間隔器40之一所分離的鄰近流道42b基本上封閉一個(gè)流道42a，從而使得離子導(dǎo)電介質(zhì)被導(dǎo)向?yàn)榇篌w上沿基本一個(gè)方向流動(dòng)。具體地， 離子導(dǎo)電介質(zhì)可以大體上沿第一方向FD流動(dòng)跨越第一電極12，從入口通道M至出口通道 26。合適的壓降被產(chǎn)生于入口通道M和流化區(qū)域觀(guān)之間，從而使得離子導(dǎo)電介質(zhì)可以流動(dòng)跨越腔體18而到達(dá)出口通道26，即使當(dāng)電池10被定向?yàn)槭沟昧鲃?dòng)基本向上并抵抗重力時(shí)。在一個(gè)實(shí)施例中，離子導(dǎo)電介質(zhì)還可以沿第二方向SD滲透穿過(guò)第一電極12，或者個(gè)別的可滲透電極體12a-12c，并進(jìn)入位于第一電極12或可滲透電極體12a_12c的相對(duì)側(cè)的流道中。如圖8中所示，第一電極12連接到外部負(fù)載L，從而使得當(dāng)燃料在第一電極12被氧化時(shí)由燃料放出的電子流到外部負(fù)載L。外部負(fù)載L可以被耦合到并行的可滲透電極體 12a-12c中的每一個(gè)，如在2009年4月9日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)12/385，489中所描述的， 并且通過(guò)引用合并于此。當(dāng)?shù)诙姌O14連接到外部負(fù)載L并且電池10工作于放電模式時(shí)，第二電極14作用為陰極。當(dāng)作用為陰極時(shí)，第二電極14被配置為接收來(lái)自外部負(fù)載L的電子并且還原接觸第二電極14的氧化劑。在一個(gè)實(shí)施例中，第二電極14包括空氣呼吸電極，而氧化劑包括環(huán)境空氣中的氧。氧化劑可以通過(guò)被動(dòng)傳輸系統(tǒng)被傳送到第二電極14。例如，當(dāng)出現(xiàn)在環(huán)境空氣中的氧是氧化劑時(shí)，簡(jiǎn)單地通過(guò)電池中的開(kāi)口將第二電極14暴露于環(huán)境空氣可能足以允許氧散布/滲透到第二電極14中，電池中的開(kāi)口諸如由蓋體19中的溝槽M以及提供于電化學(xué)電池系統(tǒng)100中間的電極保持器16中的溝槽56所提供的開(kāi)口。其他合適的氧化劑可以被使用，并且此處所描述的實(shí)施例不限于使用氧作為氧化劑。外圍襯墊15可以適當(dāng)?shù)乇欢ㄎ挥诘诙姌O14的外圍和蓋體19或電極保持器16之間，以防止離子導(dǎo)電介質(zhì)在第二電極 14附近泄漏并進(jìn)入溝槽M、56中的區(qū)域而暴露于空氣。在其他實(shí)施例中，泵，諸如空氣扇，可以被用于在壓力下將氧化劑傳送到第二電極 14。氧化劑源可以是氧化劑的內(nèi)在源。同樣地，當(dāng)氧化劑是來(lái)自環(huán)境空氣中的氧時(shí)，氧化劑源可以被寬泛地視作傳送機(jī)制，無(wú)論其是被動(dòng)的或主動(dòng)的(例如，泵、風(fēng)扇等)，通過(guò)該傳送機(jī)制，空氣被允許流到第二電極14。這樣，術(shù)語(yǔ)“氧化劑源”意在涵蓋內(nèi)在源和/或被動(dòng)地或主動(dòng)地將氧從環(huán)境空氣傳送到第二電極14的設(shè)置。當(dāng)在第二電極14的氧化劑被還原，而在第一電極12的燃料被氧化為氧化形式時(shí)， 能夠被外部負(fù)載L所汲取的電得以產(chǎn)生。一旦第一電極12處的燃料完全氧化或者氧化由于燃料電極的鈍化而停止，則電池10的電勢(shì)耗盡。開(kāi)關(guān)60可以被定位于第二電極14和負(fù)載L之間，從而使得第二電極14可以依照要求被連接到負(fù)載L和從負(fù)載L斷開(kāi)連接。為了限制或阻止在放電模式期間和在靜止(開(kāi)路)周期期間在第一電極12處的氫析出，可以加鹽以阻止這樣的反應(yīng)。錫、鉛、銅、汞、銦、鉍的鹽，或者任何其他具有高的氫過(guò)電位的材料可以被使用。另外，酒石酸鹽，磷酸鹽，檸檬酸鹽，琥珀酸鹽，氨鹽基或者其他的抑制氫析出的添加劑可以被添加。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬燃料合金，諸如鋁/鎂可以被用于抑制氫析出。在電池10中的燃料完全氧化后，或無(wú)論何時(shí)期望通過(guò)將已經(jīng)氧化的燃料離子還原成燃料而在電池10中再產(chǎn)生燃料，第一電極12和第二電極14可以從外部負(fù)載L斷開(kāi)并通過(guò)使用合適的開(kāi)關(guān)62而耦合到電源PS，如圖8中所示。電源PS被配置為通過(guò)在第一電極12和第二電極14之間加電勢(shì)差而給電池10充電，從而使得可還原種類(lèi)的燃料被還原并且電沉積到可滲透電極體上，并且相應(yīng)的氧化反應(yīng)發(fā)生于第二電極14，其典型地是可氧化種類(lèi)的氧化以析出氧，其可以從電池10排出。如在提交于2009年4月9日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)12/385,489中詳細(xì)描述的，其全文通過(guò)參考合并于此，僅有一個(gè)可滲透電極體，諸如12a，可以被連接到電源PS，從而使得燃料還原到可滲透電極體上并且逐漸地一個(gè)接一個(gè)地生長(zhǎng)到其他的可滲透電極體12b-12c上。開(kāi)關(guān)62可以控制電池10何時(shí)工作于放電模式何時(shí)工作于充電模式。任何合適的控制機(jī)制可以被提供以在打開(kāi)和關(guān)閉位置之間控制開(kāi)關(guān)62的動(dòng)作。 例如，朝著打開(kāi)位置偏置的繼電器開(kāi)關(guān)可以被使用，具有耦合到電源的感應(yīng)線(xiàn)圈，其當(dāng)充電開(kāi)始時(shí)引起開(kāi)關(guān)關(guān)閉。另外，允許到可滲透電極體12a_12c的獨(dú)立連接的更復(fù)雜的開(kāi)關(guān)可以用來(lái)提供到負(fù)載和來(lái)自負(fù)載的連接/斷開(kāi)，以及到彼此和來(lái)自彼此的連接/斷開(kāi)。圖9示出了一個(gè)實(shí)施例，其中第三電極70被提供以作用為充電電極，而非第二電極14。如圖2中所示，第三電極70可以被定位于第一電極12和第二電極14之間，間隔器 72和密封元件17被定位于第三電極70和第二電極14之間。間隔器72是非傳導(dǎo)性的并且具有開(kāi)口，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以穿過(guò)該開(kāi)口流動(dòng)。在前面關(guān)于圖8所描述的實(shí)施例中，第二電極14在電能生成/放電期間作用為陰極，并且在充電期間作用為陽(yáng)極，如前面所描述的。在圖9中，負(fù)載在再充電期間被并行地耦合到第一電極12的每一個(gè)可滲透電極體12a-12c，還耦合到第三電極70。在電流生成期間，第一電極12上的燃料被氧化，產(chǎn)生電子，其被傳導(dǎo)以給負(fù)載L供電，然后被傳導(dǎo)至第二電極14用于氧化劑的還原(如前面更為詳細(xì)地描述的)。也可能在本發(fā)明的任何實(shí)施例中向第一電極12的所有電極體12a_12c同時(shí)地施加陰極電勢(shì)，而不是僅對(duì)一個(gè)電極體施加電勢(shì)以產(chǎn)生逐體的逐漸生長(zhǎng)。從一個(gè)端子發(fā)源的逐漸生長(zhǎng)是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)槠涮峁┝烁叩拿芏?。具體地，先前地連接的電極體中的生長(zhǎng)繼續(xù)，因?yàn)槊恳粋€(gè)后續(xù)體通過(guò)逐漸生長(zhǎng)被連接。隨著所有的電極體受到相同的電勢(shì)，生長(zhǎng)將僅發(fā)生直至充電電極和最接近其的電極體之間發(fā)生短路，在圖8所示實(shí)施例中充電電極是第二電極14，在圖9所示實(shí)施例中充電電極是第三電極70。因此，可能在該方式下具有某種更快、密度較低的生長(zhǎng)，其可以服從于一定的再充電需要。圖8和圖9中所示出的實(shí)施例不應(yīng)被視為以任何方式為限定的，并作為電池10如何可以被配置為可再充電的非限定性示例而提供。例如，提交于2009年9月18日的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/243，970和提交于2010年9月17日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)12/885，268，描述了在電池中具有充電/放電模式切換的可再充電電化學(xué)電池系統(tǒng)的實(shí)施例，該些文件全文通過(guò)引用合并于此。另外，前面所描述的(例如，實(shí)現(xiàn)充電模式、以及放電模式)開(kāi)關(guān)的實(shí)施例還可以與具有動(dòng)態(tài)地改變氧析出(即，充電)電極/燃料電極的多個(gè)電化學(xué)電池一起使用，諸如在 2010年9月16日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)61/383,510中描述的進(jìn)步方案，該文件全文通過(guò)引用合并于此。例如，如在美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/383，510中所述，每一個(gè)電池10還可以具有其自身的與電極體相關(guān)聯(lián)的多個(gè)開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)逐漸燃料生長(zhǎng)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在充電期間，每一個(gè)電池10的充電電極可以被耦合到后續(xù)電池10的第一電極12。在一個(gè)實(shí)施例中，在充電期間，第一電極12的第一電極體1 可以具有陰極電勢(shì)而其余電極體和/或分離充電電極可以具有陽(yáng)極電勢(shì)。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，在第一電極12的逐漸燃料生長(zhǎng)期間，燃料可以生長(zhǎng)于具有陰極電勢(shì)的第一電極體1 上并引起和具有陽(yáng)極電勢(shì)的鄰近電極體12b之間的短路。鄰近電極體12b然后可以從陽(yáng)極電勢(shì)的源斷開(kāi)連接，以使得鄰近電極體12b通過(guò)電連接也具有陰極電勢(shì)。該過(guò)程可以繼續(xù)到其余電極體直至不可能有新的生長(zhǎng)(即，陰極電勢(shì)已經(jīng)短路到具有陽(yáng)極電勢(shì)的最后一個(gè)電極體或分離充電電極)。多個(gè)開(kāi)關(guān)可以被提供以將電極體連接/斷開(kāi)于彼此和/或陰極或陽(yáng)極電勢(shì)的源。因此，在這樣的具有逐漸燃料生長(zhǎng)的實(shí)施例中，充電電極可以是與第一電極12分離的充電電極或者可以是具有陽(yáng)極電勢(shì)的、第一電極12的至少鄰近電極體，直至所有其他電極體。換言之，充電電極可以是分離充電電極，位于鄰近于具有陰極電勢(shì)的至少一個(gè)電極體的具有陽(yáng)極電勢(shì)的電極體，和/或位于鄰近于具有陰極電勢(shì)的至少一個(gè)電極體的具有陽(yáng)極電勢(shì)的一組電極體。因此，充電電極，該術(shù)語(yǔ)被用于本申請(qǐng)的更寬的方面之中，不必是僅起陽(yáng)極充電作用的(盡管其可以是)靜態(tài)的或?qū)Ｓ秒姌O，而是其有時(shí)可以是燃料電極中的一個(gè)體或多個(gè)體，陽(yáng)極電勢(shì)施加于其上。因此，術(shù)語(yǔ)動(dòng)態(tài)被用于指示作用為充電電極并在充電期間接收陽(yáng)極電勢(shì)的物理元件可以變化。在放電期間，電池10的第二電極14可以被可操作地連接到后續(xù)電池10的第一電極12，并且燃料消耗將通過(guò)電極體(其中電極體之間的電連接通過(guò)燃料生長(zhǎng))。如果電池10沒(méi)有正確地作用或者因?yàn)槠渌?，則電池10還可以使用旁路開(kāi)關(guān)特性而被旁路，如在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)12/885，268中所描述的。另外，在某些實(shí)施例中，電池可以被設(shè)計(jì)為“雙電池”。該術(shù)語(yǔ)指示在燃料電極的相對(duì)側(cè)的一對(duì)空氣電極。在放電期間，空氣電極通常處于相同的陰極電勢(shì)并且燃料電極處于陽(yáng)極電勢(shì)。典型地，一對(duì)專(zhuān)用充電電極可以被布置于空氣電極和燃料電極之間的離子導(dǎo)電介質(zhì)中。在充電期間，充電電極通常處于相同的陽(yáng)極電勢(shì)，并且燃料電極處于陰極電勢(shì)(替代地，充電電極可以動(dòng)態(tài)地充電，如前面所描述的)。因此，空氣電極可以共享公共端子，并且燃料電極具有其自身的端子，并且充電電極也可以共享公共端子。同樣地，電化學(xué)地而言，這樣一個(gè)雙電池可以被視為單個(gè)電池(盡管在該雙電池中，電池的一定方面，諸如雙向燃料生長(zhǎng)，可以引起雙電池因?yàn)橐欢康亩灰暈閮蓚€(gè)電池；然而，在用于模式放電和連接管理的較高級(jí)別，那些方面沒(méi)有那么相關(guān)并且雙電池能被視為單個(gè)電池)。在一個(gè)實(shí)施例中，那對(duì)空氣電極可以對(duì)應(yīng)于第二電極12，燃料電極可以對(duì)應(yīng)于第一電極12，并且該對(duì)充電電極可以對(duì)應(yīng)于第三電極70?；氐綀D4，在離子導(dǎo)電介質(zhì)已經(jīng)通過(guò)第一電極12之后，介質(zhì)可以流入出口通道沈， 其被連接到電極保持器16的腔體18的出口 36以及出口 22。在介質(zhì)在電池10中被再循環(huán)的實(shí)施例中，出口 22可以被連接到入口 20，或者當(dāng)多個(gè)電池10流體地串聯(lián)連接時(shí)被連接到鄰近電池的入口，如以下將更為詳細(xì)地描述的。在一個(gè)實(shí)施例中，出口 22可以被連接到容器以收集已經(jīng)在電池10中被使用的介質(zhì)。圖1和圖2中所示電池10可以被流體地串聯(lián)連接。串聯(lián)連接的電池的實(shí)施例的細(xì)節(jié)提供于提交于2008年12月5日的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/193，540以及提交于2009年 12月4日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)12/631，484之中，該些文件全文通過(guò)引用合并于此。第一電池10 的出口 22可以被流體地連接到第二電池10的入口 20，并且第二電池10的出口 22可以被連接到第三電池的入口 20，等等。盡管圖1和圖2的實(shí)施例示出了兩個(gè)電池10，然而額外的電池可以被堆疊并且流體地連接到所示的電池。由于由前面所描述的并示于圖3和圖4 中的入口通道M和出口通道沈所產(chǎn)生的蜿蜒曲折的路徑，經(jīng)由通道MJ6用于介質(zhì)的流動(dòng)通路的長(zhǎng)度大于每個(gè)電池10中的第一電極12和第二電極14之間的距離。這產(chǎn)生了該對(duì)流體地連接的電池之間的離子電阻，其大于單個(gè)電池10中的離子電阻。這可以降低或最小化電池堆疊100的內(nèi)部離子電阻損失，如在2008年12月5日所提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/193，540以及在2009年12月4日所提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)12/631，484中所討論的。在工作中，已經(jīng)有金屬燃料沉淀于其上的第一電極12被連接到負(fù)載L并且第二電極14被連接到負(fù)載L。離子導(dǎo)電介質(zhì)在正壓強(qiáng)下進(jìn)入入口 20并流過(guò)入口通道對(duì)、腔體18 的入口 34，并流入流道42的流化區(qū)域觀(guān)。離子導(dǎo)電介質(zhì)在由間隔器40的延長(zhǎng)的中部44 所限定的流道42中流動(dòng)跨越可滲透電極體12a-12c。離子導(dǎo)電介質(zhì)還可以滲透穿過(guò)第一電極12的可滲透電極體12a-12c。離子導(dǎo)電介質(zhì)同時(shí)地接觸第一電極12和第二電極14，從而允許燃料氧化并傳導(dǎo)電子到負(fù)載L，而氧化劑在第二電極14經(jīng)由被負(fù)載L傳導(dǎo)至第二電極14的電子所還原。在離子導(dǎo)電介質(zhì)已經(jīng)通過(guò)流道42之后，介質(zhì)經(jīng)由腔體18的出口 36 流出腔體18、通過(guò)出口通道24、并流出電池10的出口 22。當(dāng)電池10的電勢(shì)已經(jīng)耗盡或當(dāng)除此而外期望再充電電池10時(shí)，第一電極12被連接到電源PS的負(fù)端子并且充電電極被連接到電源PS的正端子，在圖8所示實(shí)施例中充電電極是第二電極14而在圖9所示實(shí)施例中充電電極是第三電極70。在充電或再充電模式中，第一電極12成為陰極并且充電電極14、70成為陽(yáng)極。通過(guò)提供電子到第一電極12，燃料離子可以還原成燃料并且再沉淀到可滲透電極體Ua_12c上，而離子導(dǎo)電介質(zhì)以相同的方式循環(huán)穿過(guò)電池10，如前面關(guān)于放電模式所描述的。流道42提供方向性，一致流動(dòng)樣式，乃至跨越第一電極12的離子導(dǎo)電介質(zhì)的分布。流化區(qū)域觀(guān)攪動(dòng)在電池10的放電模式期間已經(jīng)形成于離子導(dǎo)電介質(zhì)中的微粒和任何沉淀物，并且阻止微粒在腔體的底部在介質(zhì)之外沉淀，這允許微粒隨著離子導(dǎo)電介質(zhì)流動(dòng)跨越第一電極12。流道42還可以阻止微粒沉淀和/或覆蓋電極。當(dāng)電池10處于充電模式時(shí)，微?？缭降谝浑姌O12的改進(jìn)的分布允許還原的燃料更為一致地沉淀到第一電極12上， 這改善了在第一電極12上的燃料的密度，并且增加了電池10的容量和能量密度，從而增強(qiáng)了電池10的循環(huán)壽命。另外，通過(guò)具有在放電期間控制微?；蚍磻?yīng)副產(chǎn)物的分布的能力， 可以阻止副產(chǎn)物在第一電極12上的早期鈍化/沉淀。鈍化導(dǎo)致較低的燃料利用和較低的循環(huán)壽命，這是不期望的。圖10-圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電化學(xué)燃料電池110。示于圖 10-圖12中的電池110通常包括如前面所描述的電池10相同的特性，除了第一電極、間隔器、以及電極保持器之外。因此，僅有這些特性在下文中詳細(xì)描述。例如，如在圖10中所示， 電池110包括定位于電極保持器116的腔體118中的第一電極112，從而使得第一電極112 被電極保持器116所支撐，以及在第一電極112中產(chǎn)生流道142的多個(gè)間隔器140。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極112是當(dāng)電池110工作于放電或發(fā)電模式時(shí)作用為陽(yáng)極的金屬燃料電極，如以下將更為詳細(xì)地描述的。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極112可以包含多個(gè)可滲透電極體llh-112f，如圖12中所示。每個(gè)電極體可以包括篩，其被制成能夠通過(guò)電沉積或者其他方式捕獲并保留來(lái)自循環(huán)于電池110中的離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料的微?；螂x子的任何形式。多個(gè)間隔器140，每個(gè)以彼此間隔開(kāi)的關(guān)系延伸跨越第一電極112，可以被連接到電極保持器116以使得第一電極112可以相對(duì)于電極保持器116以及第二電極(未示于圖10-圖12中)而被保持就位。如圖12中所示，可滲透電極體112a-112f可以由多個(gè)間隔器140的多個(gè)組所分離，從而使得每組間隔器140被定位于鄰近電極體之間以將電極體 112a-112f彼此電隔離。在鄰近電極體之間的每一組間隔器140中，間隔器40被以間隔開(kāi)的關(guān)系以以下方式定位，即在其間產(chǎn)生所謂“流道” 142。間隔器140是非傳導(dǎo)性的和電化學(xué)惰性的，因此它們對(duì)于電池110中的電化學(xué)反應(yīng)不活躍。間隔器140可以由合適的塑料材料制成，諸如聚丙烯、聚乙烯、聚酯等。類(lèi)似于前面所描述的流道42，流道142是三維的并且具有與間隔器140的高度基本相同的高度，如圖12中所示。在所示實(shí)施例中，腔體118具有基本匹配第一電極112的形狀的大體上正方形的形狀。腔體118的一側(cè)或一端經(jīng)由多個(gè)腔體入口 1；34被連接到入口通道124。入口通道124 被連接到入口 120，離子導(dǎo)電介質(zhì)通過(guò)入口 120進(jìn)入電池110。每一個(gè)腔體入口 134基本對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的流道，如圖11中所示。在離子導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)流道142之后，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以通過(guò)腔體出口 136離開(kāi)腔體118，這示于圖10中?？蓾B透電極體llh-112f以及間隔器140可以在第一電極112被放置于電極保持器116中之前被形成為單個(gè)單元。換言之，示于圖12中的第一電極可以使用任何合適的制造工藝而被形成為單個(gè)單元。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，基本是所期望的流道142的大小的制造間隔器(未示出)可以被放置于鄰近可滲透體112a_112f之間以將鄰近可滲透電極體 llh-112f保持為基本并行間隔開(kāi)的關(guān)系。位于相同的鄰近可滲透電極體之間的制造間隔器優(yōu)選地基本平行于彼此并且沿著電極體112a-l 12f相同地間隔開(kāi)，并且位于相同電極體的相對(duì)側(cè)的制造間隔器優(yōu)選地基本對(duì)準(zhǔn)彼此。在電極體12a-12f以及制造間隔器就位并且通過(guò)任何合適手段被保持在一起之后，用于間隔器140的合適材料可以被注入制造間隔器之間并穿過(guò)可滲透電極體l^a_112f。在材料變硬或固化之后，制造間隔器可以從第一電極 112被移除以產(chǎn)生示于圖12中的單個(gè)電極臺(tái)架單元112。在一個(gè)實(shí)施例中，可以制造注模，從而使得制造間隔器是模子的部分。模子中可以形成間隙以適應(yīng)可滲透電極體llh_112f，并且還可以形成限定間隔器140的體積的腔體。 電極體llh-112f的每一個(gè)可以以與鄰近體成平行間隔開(kāi)的關(guān)系被注入到模子中，并且用于間隔器140的材料然后可以被注入腔體以形成間隔器140。在材料在模子中冷卻之后， 可以從模子中取出作為包含可滲透電極體llh_112f和間隔器140的單個(gè)單元的第一電極 112。當(dāng)然，允許間隔器140整體地形成于可滲透電極體llh-112f上并穿過(guò)可滲透電極體 llh-112f從而使得包括電極體112a-112f和間隔器的第一電極112是單個(gè)單元的任何合適制造方法可以被使用。前面所描述的方法并非意在以任何方式限定。如同前面所描述的可滲透電極體12a_12c，在一個(gè)實(shí)施例中，可滲透電極體 llh-112f可以具有基本相同的大小。在一個(gè)實(shí)施例中，可滲透電極體llh-112f可以有不同的大小，從而使得可以使用階梯式臺(tái)架配置，如在2010年6月M日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/358，339中所描述的。本發(fā)明的實(shí)施例并非意在反應(yīng)副產(chǎn)物的管理，如前面所描述的，反應(yīng)副產(chǎn)物在放電模式期間產(chǎn)生，并且反過(guò)來(lái)在再充電模式期間被還原并電沉積為燃料。相反，本發(fā)明的實(shí)施例能被用于可還原燃料種類(lèi)不同于反應(yīng)副產(chǎn)物并且被分別供應(yīng)的情況。本發(fā)明的實(shí)施例提供了離子導(dǎo)電介質(zhì)跨越第一電極的一致流動(dòng)樣式、以及離子導(dǎo)電介質(zhì)在組成第一電極的可滲透電極體之間的均勻分布，這可以改善前面描述的電化學(xué)電池和系統(tǒng)的效率。此處涉及電極，應(yīng)理解在某些實(shí)施例中的不同結(jié)構(gòu)可以取決于設(shè)備的工作模式以不同方式作用為一個(gè)或多個(gè)電極。例如，在某些氧化劑電極雙工作用為充電電極的實(shí)施例中，同一個(gè)電極結(jié)構(gòu)在放電期間作為氧化劑電極并在充電期間作為充電電極。類(lèi)似地，在充電電極是動(dòng)態(tài)充電電極的實(shí)施例中，燃料電極的所有的體在放電期間作為燃料電極；但在充電期間，體中的一個(gè)或多個(gè)通過(guò)接收電沉積的燃料作為燃料電極，而體中的其他一個(gè)或多個(gè)作為充電電極以析出氧化劑(例如，氧)，并且燃料電極隨著電沉積的生長(zhǎng)連接到更多的體而生長(zhǎng)。因此，電極的引用被清楚地限定為在電池的不同工作模式期間能夠具有多種電極功能的獨(dú)特電極結(jié)構(gòu)或功能性角色結(jié)構(gòu)(并因此出于該原因可以考慮同一個(gè)多功能結(jié)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足多電極)。前面所示實(shí)施例僅為了用于說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能原理而提供，并非意在限定。例如，本發(fā)明可以使用不同的燃料、不同的氧化劑、不同的電極、和/或不同的整體結(jié)構(gòu)配置或材料而得以實(shí)施。因此，本發(fā)明意在涵蓋落入所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍之中的所有修改、替代、改變、以及等同物。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)電池，包括燃料電極；與所述燃料電極間隔開(kāi)的氧化劑電極；接觸所述電極的離子導(dǎo)電介質(zhì)；所述燃料電極和所述氧化劑電極被配置為在放電期間，在所述燃料電極氧化金屬燃料并在所述氧化劑電極還原氧化劑，以在其間產(chǎn)生用于施加于負(fù)載的放電電勢(shì)差；電極保持器，其包括用于保持所述燃料電極的腔體，至少一個(gè)入口，其在所述腔體的一側(cè)連接到所述腔體、并被配置為向所述腔體供給所述離子導(dǎo)電介質(zhì)，以及至少一個(gè)出口，其在所述腔體的與所述至少一個(gè)入口的相對(duì)側(cè)連接到所述腔體、并被配置為允許所述離子導(dǎo)電介質(zhì)流出所述腔體；以及多個(gè)間隔器，其以彼此間隔的關(guān)系延伸跨越所述燃料電極和所述腔體，以在所述腔體內(nèi)限定多個(gè)流道，從而使得所述離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)由所述至少一個(gè)入口流入每一個(gè)流道，跨越所述燃料電極，并經(jīng)由所述至少一個(gè)出口流出所述流道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，還包括充電電極，其中所述燃料電極和所述充電電極被配置為在再充電期間，還原可還原種類(lèi)的燃料以在所述燃料電極上電沉積所述燃料，并通過(guò)從電源在其間施加再充電電勢(shì)差來(lái)氧化可氧化種類(lèi)的氧化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其中所述充電電極選自包括以下項(xiàng)的組(a) 所述氧化劑電極，(b)與所述氧化劑電極間隔開(kāi)的第三電極，以及(c)所述燃料電極的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料電極包括成間隔關(guān)系的多個(gè)可滲透電極體，并且所述充電電極在再充電期間是包括所述可滲透電極體中的至少某些的動(dòng)態(tài)充電電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中每一個(gè)間隔器受拉在其相對(duì)端附著于所述電極保持器，以將所述燃料電極固定于所述電極保持器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電化學(xué)電池，其中每一個(gè)間隔器包括延長(zhǎng)的中部以及在所述延長(zhǎng)的中部的每一端的成形的端部，并且所述電極保持器包括對(duì)應(yīng)于所述間隔器的成形的端部的多個(gè)成形的開(kāi)口，從而使得每一個(gè)間隔器的端可以被所述成形的開(kāi)口保持在所述電極保持器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池，其中所述成形的端部以及成形的開(kāi)口具有基本三角形形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述至少一個(gè)入口包括多個(gè)入口，其中所述至少一個(gè)出口包括多個(gè)出口，并且所述多個(gè)入口之一和所述多個(gè)出口之一與每個(gè)流道相關(guān)聯(lián)，從而使得所述離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)由所述相關(guān)聯(lián)的入口流入每個(gè)流道，跨越所述燃料電極，并經(jīng)由所述相關(guān)聯(lián)的出口流出所述流道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池，其中所述腔體包括在每個(gè)流道的入口處的分叉的表面，所述分叉的表面部分地限定了體積，在所述流道中的微粒通過(guò)流入所述流道的所述離子導(dǎo)電介質(zhì)在所述體積中被流化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述入口被配置為在所述電極保持器中的入口通道和所述流道之間提供壓降。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料電極包括成間隔關(guān)系的多個(gè)可滲透體，并且所述多個(gè)間隔器被提供于所述可滲透體之間，以允許所述離子導(dǎo)電介質(zhì)滲透穿過(guò)所述可滲透體并在所述流道中流動(dòng)跨越所述可滲透體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中每一個(gè)流道是三維的并具有與限定所述流道的間隔器基本相同的高度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料在放電期間被氧化時(shí)在所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中形成氧化物。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中每一個(gè)間隔器被模制到所述燃料電極內(nèi)或所述燃料電極上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料電極包括成間隔關(guān)系的多個(gè)可滲透體，并且其中所述多個(gè)間隔器被模制到所述可滲透體內(nèi)或所述可滲透體上以將所述可滲透體保持為間隔關(guān)系并允許所述離子導(dǎo)電介質(zhì)滲透穿過(guò)所述可滲透體并在所述流道中流動(dòng)跨越所述可滲透體。
16.一種制造用于電化學(xué)電池的燃料電極的方法，所述燃料電極包括多個(gè)可滲透電極體和延伸于所述可滲透電極體之間的多個(gè)基本平行的間隔器，所述方法包括將材料注入多個(gè)腔體，每一個(gè)腔體由兩個(gè)制造間隔器所限定，鄰近可滲透電極體通過(guò)其間的所述制造間隔器保持為基本平行于彼此并彼此間隔開(kāi)，從而使得所述電極體延伸進(jìn)入所述腔體，所述制造間隔器基本平行于彼此；硬化所述材料以形成所述燃料電極的所述基本平行的間隔器；以及將所述可滲透電極體與所述制造間隔器分離，從而使得所述可滲透電極體以及由所述材料形成的所述基本平行的間隔器是單個(gè)整體單元。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其中所述多個(gè)腔體在模子中形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制造方法，其中所述制造間隔器是所述模子的組成部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其中所述制造間隔器是獨(dú)立的部分。
20.一種用于為電化學(xué)電池充電的方法，所述電化學(xué)電池包括燃料電極；與所述燃料電極間隔開(kāi)的氧化劑電極；充電電極；接觸所述電極的離子導(dǎo)電介質(zhì)；所述燃料電極和所述氧化劑電極被配置為在放電期間，在所述燃料電極氧化金屬燃料并在所述氧化劑電極還原氧化劑，以在其間產(chǎn)生用于施加于負(fù)載的放電電勢(shì)差；所述燃料電極和所述充電電極被配置為在再充電期間，還原可還原種類(lèi)的燃料以在燃料電極上電沉積所述燃料，并通過(guò)從電源在其間施加再充電電勢(shì)差來(lái)氧化可氧化種類(lèi)的氧化劑；電極保持器，其包括用于保持所述燃料電極的腔體，至少一個(gè)入口，其在所述腔體的一側(cè)連接到所述腔體、并被配置為向所述腔體供給所述離子導(dǎo)電介質(zhì)，以及至少一個(gè)出口，其在所述腔體的與所述至少一個(gè)入口的相對(duì)側(cè)連接到所述腔體、并被配置為允許所述離子導(dǎo)電介質(zhì)流出所述腔體；以及多個(gè)間隔器，其以彼此間隔的關(guān)系延伸跨越所述燃料電極和所述腔體，以在所述腔體CN 102549834 A內(nèi)限定多個(gè)流道，從而使得所述離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)由所述至少一個(gè)入口流入每一個(gè)流道，跨越所述燃料電極，并經(jīng)由所述至少一個(gè)出口流出所述流道， 所述方法包括使包括可還原燃料種類(lèi)的離子導(dǎo)電介質(zhì)流動(dòng)穿過(guò)所述至少一個(gè)入口并進(jìn)入所述流道；在所述充電電極和所述燃料電極之間施加電流，所述充電電極作用為陽(yáng)極并且所述燃料電極作用為陰極，從而使得所述可還原燃料種類(lèi)被還原并且在所述燃料電極上被電沉積為可氧化形式的燃料；以及移除所述電流以中斷充電。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的充電方法，其中所述充電電極選自包括以下項(xiàng)的組(a) 所述氧化劑電極，(b)與所述氧化劑電極間隔開(kāi)的第三電極，以及(c)所述燃料電極的一部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料電極包括成間隔關(guān)系的多個(gè)可滲透電極體，并且所述充電電極在再充電期間是動(dòng)態(tài)充電電極并且包括所述可滲透電極體中的至少某些。
全文摘要
一種電化學(xué)混合電池包括金屬燃料電極和陰極。電極保持器(16)包括腔體(18)，用于保持燃料電極(12a、12b、12c)；至少一個(gè)入口，在腔體的一側(cè)連接到腔體并被配置為向腔體供給離子導(dǎo)電介質(zhì)；以及至少一個(gè)出口，在腔體的相對(duì)側(cè)連接到腔體并被配置為允許離子導(dǎo)電介質(zhì)流出腔體。多個(gè)間隔器(40)以彼此間隔的關(guān)系延伸跨越燃料電極(12a、12b、12c)以及腔體以限定在腔體中的多個(gè)流道。
文檔編號(hào)H01M8/20GK102549834SQ201080042474
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月8日
發(fā)明者C·A·弗里森, G·弗里森, R·克里施南 申請(qǐng)人:流體公司