[發(fā)明專利]具有雙功能電解質(zhì)的電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680046535.6
• 申請(qǐng)日: 2006-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101326672A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅伯特·L·克拉克;布賴恩·J·多爾蒂;斯蒂芬·哈里森;J·彼得·米林頓;薩馬里什·莫漢塔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 普拉里昂有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/20
• 分類號(hào): H01M8/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 宋莉

本申請(qǐng)是在2003年4月17日提交的序號(hào)為10/418,678的先前授權(quán)的申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該先前授權(quán)的申請(qǐng)為在2001年8月10日提交的序號(hào)為PCT/US01/41678的國(guó)際專利申請(qǐng)(在2003年2月27日以WO?03/017407公布)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，且本申請(qǐng)進(jìn)一步要求在2002年4月17日提交的序號(hào)為60/373,733的美國(guó)臨時(shí)專利的優(yōu)先權(quán)，在此引入這兩者作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)殡姵兀姨貏e為氧化還原流動(dòng)池(flow?cell)。

背景技術(shù)

基于相對(duì)寬的范圍的電對(duì)，很多類型的電池(battery)和其它能量池(power?cell)是已知的。含鋅的那些電對(duì)在最受歡迎的電對(duì)中。鋅被認(rèn)為是可在含水的室溫電池中循環(huán)的最高能量對(duì)成分且因此通常用于眾多的電池和能量池應(yīng)用。取決于配對(duì)搭檔(coupling?partner)，這種含鋅電池將呈現(xiàn)各種特性。

例如，在最簡(jiǎn)單的手電筒電池中鋅與碳配對(duì)以提供相對(duì)便宜和可靠的電源。雖然Zn/C電池的制造通常簡(jiǎn)單和僅引起相對(duì)很少的環(huán)境影響，但是Zn/C電池存在各種缺點(diǎn)。尤其是，在通常使用的Zn/C電池中能量與重量的比相對(duì)差。為改善能量與重量的比，可使用替換的配對(duì)搭檔和體系。例如，鋅可與氧化汞或銀配對(duì)以實(shí)現(xiàn)改善的能量與重量比。但是，氧化汞的毒性在制造中是經(jīng)常有問(wèn)題的，并且當(dāng)這種電池被丟棄時(shí)趨于變得甚至更有問(wèn)題。另一方面，雖然作為鋅的配對(duì)搭檔的銀是環(huán)境基本中性的且顯著改善能量與重量比，但是使用銀在很多場(chǎng)合是很不經(jīng)濟(jì)的。

在更進(jìn)一步已知的電池和能量池中，鋅還與其它金屬如鎳或銅配對(duì)以提供特定的期望特性。但是，并取決于具體金屬，新的缺點(diǎn)可出現(xiàn)且特別是包括制造和/或處理時(shí)的環(huán)境問(wèn)題、相對(duì)低的能量與重量比和不期望的低的開(kāi)路電壓。

另外，可使用鹵素作為鋅的配對(duì)搭檔，且最通常的鋅-鹵素對(duì)包括鋅-溴和鋅-氯(例如，用于負(fù)載調(diào)整電池)。但是，這種電池構(gòu)造常常難以并入便攜式或小型化的裝置中。而且，這種電池構(gòu)造典型地需要泵送系統(tǒng)且經(jīng)常易于泄漏，產(chǎn)生由于來(lái)自游離鹵素如氯和溴的危險(xiǎn)的和環(huán)境的威脅的顯著問(wèn)題。

或者，氧可用作鋅的氣體配對(duì)搭檔，因而通常避免與毒性、用于配對(duì)搭檔的超額成本或泄漏相關(guān)的問(wèn)題。在這種構(gòu)造中的各種優(yōu)點(diǎn)中，使用空氣(即，氧)作為鋅的配對(duì)搭檔典型地導(dǎo)致相對(duì)高的能量和重量比。而且，鋅-氧體系典型地提供相對(duì)平坦的放電曲線。但是，這種電池的合理貯藏壽命經(jīng)常只可通過(guò)使用昂貴的鍍鉑的碳空氣電極和氣密性密封而實(shí)現(xiàn)。而且，為提供連續(xù)的操作，空氣必須具有通過(guò)電池至正極的無(wú)阻礙通道，使得空氣中的氧可用于使正極放電。而且，鋅-空氣電池的商業(yè)應(yīng)用先前已被限定于一次或不可再充電類型。

由于使用堿性電解質(zhì)，鋅-空氣電池經(jīng)常出現(xiàn)另外的問(wèn)題，該堿性電解質(zhì)典型地布置于多孔鋅負(fù)極和由碳膜形成的空氣正極之間。不幸地，在這種電極中堿性電解質(zhì)的使用經(jīng)常導(dǎo)致二氧化碳的吸收，和因此導(dǎo)致碳酸鹽的形成，這又趨于降低電導(dǎo)率和堵塞電極的活性表面中的孔。

因此，盡管在本領(lǐng)域中已知的電池和能量池中有許多用于鋅的配對(duì)搭檔，但是它們?nèi)炕驇缀跞慷荚馐芤环N或多種缺點(diǎn)。因此，仍需要提供用于改進(jìn)的電池的組合物和方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及具有雙功能酸性電解質(zhì)的電池，其中化合物(a)向該酸性電解質(zhì)提供酸性，和(b)增加在電池中提供電流的氧化還原電對(duì)的至少一種金屬離子的溶解度。

在本發(fā)明主題的一個(gè)方面中，該酸性電解質(zhì)為含水的電解質(zhì)且特別預(yù)期的化合物包括有機(jī)酸。特別優(yōu)選的有機(jī)酸包括烷基磺酸(例如，甲磺酸)和烷基膦酸(例如，甲膦酸)。更進(jìn)一步優(yōu)選的有機(jī)酸包括氨基取代的磺酸(任選地具有取代的氨基)，和最優(yōu)選氨基磺酸。在其它優(yōu)點(diǎn)中，預(yù)期的酸典型地是可容易得到的、化學(xué)和環(huán)境良好的，且對(duì)各種金屬離子(例如，鈰、鋅、或鉛)呈現(xiàn)出眾的溶劑化性質(zhì)。