[發明專利]具有階梯形支架燃料陽極的電化學電池

有效

• 申請號: 201110242048.X
• 申請日: 2011-06-24
• 公開（公告）號: CN102544638A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: R·克里施南;G·弗里森;C·A·弗里森
• 申請（專利權）人: 流體股份有限公司
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M8/02;H01M8/04;H01M8/18;H01M12/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 馬景輝

本申請要求美國臨時申請系列號No.61/358,339的優先權，該臨時申請的全部內容通過引用被包含到本申請中。

技術領域

本申請涉及用于產生電力的電化學電池，并且更特別地涉及一種使用電沉積燃料的電池。

背景技術

公開號No.2009/0284229A1和No.2011/0086278A1的美國專利申請的每一個都公開了一種具有由一系列間隔開的可滲透電極體形成的陽極的金屬-空氣電池。金屬燃料被還原并電沉積在電極體上。這種類型的設計的一個難題是保證生長不過早地將臨近的電極體短路在一起，因此減小了電極體之間密集生長的可能性。

本申請致力于提供一種改進的電池結構，用于例如上面所引用的申請中的電池，其中燃料被電沉積在電極體上。

發明內容

本發明的一個方面提供了一種用于操作電化學電池的方法。該電池包括燃料電極，該燃料電極包括以間隔關系布置的一系列可滲透電極體；和與燃料電極間隔的氧化劑電極。充電電極與所述燃料電極間隔，該充電電極選自由(a)氧化劑電極和(b)獨立的充電電極組成的組。這就是說，充電電極可以為氧化劑電極，或者它可以是系統中的第三電極。離子性導電介質在電極之間傳導離子。該離子可以為自由離子的形式，或者分子或者復合的形式。該一系列可滲透電極體包括一個鄰近充電電極的近側可滲透電極體和一個遠離充電電極的遠側可滲透電極。沿著燃料電極的外圍邊緣的至少一部分，近側可滲透電極體的邊緣位于所述遠側可滲透電極體的邊緣的內部。該方法包括：

通過以下方式給電化學電池充電：

i.以所述充電電極為陽極且以至少一個可滲透電極體作為陰極，在充電電極和該至少一個可滲透電極體之間施加電流，使得可還原的燃料離子被還原并以可氧化的形式作為燃料被電沉積在所述至少一個可滲透電極體上。

ii.所述電沉積導致了可滲透電極體之間的燃料的生長，使得電沉積的燃料在可滲透電極體之間建立電連接；以及

iii.移除電流以中止充電。

本發明的另一個方面提供了一種電化學電池。該電池包括燃料電極，所述燃料電極包括以間隔關系布置的一系列可滲透電極體；和與燃料電極間隔的氧化劑電極。充電電極與所述燃料電極間隔，該充電電極選自由(a)氧化劑電極和(b)獨立的充電電極組成的組。一種離子性的導電介質幫助在電極之間傳輸離子。該一系列可滲透電極體包括：鄰近于充電電極的近側可滲透電極體以及遠離于充電電極的遠側可滲透電極體。沿著燃料電極的外圍邊緣的至少一部分，該近側可滲透電極體的邊緣位于該遠側可滲透電極體的邊緣的內部。此外，所述燃料電極的可滲透電極體的間隔關系使得能夠在充電電極和至少一個可滲透電極體之間施加電流。在這種構造中，以充電電極作為陽極并且以該至少一個可滲透電極體作為陰極。從而可還原的燃料離子被還原并以可氧化的形式作為燃料電沉積在該至少一個可滲透電極體(作為陰極)上。該電沉積導致了在可滲透電極體之間的燃料的生長，使得電沉積的燃料在可滲透電極體之間建立了電連接。

本發明的另一個方面提供一種操作電化學電池的方法。該電池包括燃料電極，所述燃料電極包括以間隔關系布置的一系列可滲透電極體。與燃料電極間隔的氧化劑電極。還有充電電極。離子性導電介質連通電極。沿著燃料電極的外圍邊緣的至少一部分，在第一方向上以向內的階梯構造布置可滲透電極體的邊緣。該方法包括：

通過以下方式給電化學電池充電：

i.在充電電極和燃料電極的至少一個可滲透電極體之間施加電流，其中以充電電極為陽極且以所述至少一個可滲透電極體作為陰極，使得可還原的燃料離子被還原并以可氧化的形式作為燃料被電沉積在所述至少一個可滲透電極體上；

ii.所述電沉積在第一方向中導致了可滲透電極體之間的燃料的生長，使得該電沉積的燃料在可滲透電極體之間建立了電連接；以及iii.移除電流以中止充電。