[發(fā)明專利]具有漸進析氧電極/燃料電極的電化學電池系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110274724.1
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102403525A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設計）人: C·A·弗萊森;R·克里施南;T·特里姆貝爾;S·普茲海維
• 申請（專利權）人: 流體公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M10/44
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳文平

1.一種使用金屬燃料和氧化劑產生電流的可再充電的電化學電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)包括：

電化學電池，包括：

(i)燃料電極，所述燃料電極包含N個可滲透的電極主體，所述N個可滲透的電極主體以1至N的順序隔開排列，其中，N是大于或等于2的整數(shù)，所述燃料電極包括所述可滲透的電極主體上的金屬燃料；

(ii)氧化劑電極，所述氧化劑電極與所述燃料電極隔開；

(iii)充電電極，所述充電電極選自(a)所述氧化劑電極和(b)與所述燃料電極和所述氧化劑電極隔開的單獨的充電電極；和

(iv)離子導電介質，所述離子導電介質連通電極用于傳導離子，以支持在電極處的電化學反應；

其中，所述燃料電極和所述氧化劑電極配置為，在放電模式中，氧化所述可滲透的電極主體上的金屬燃料，并還原所述氧化劑電極處的氧化劑，從而產生施加于負載的電勢差；

多個開關，用于選擇性地將所述燃料電極的電極主體2至N的每個和所述充電電極耦合到電源，以在再充電模式中施加陽極電勢，其中在所述再充電模式中通過所述電源向電極主體1施加陰極電勢；

控制器，所述控制器被配置為在所述再充電模式中控制所述多個開關，以便對從所述電源向所述可滲透的電極主體2至N和所述充電電極按照漸進方式施加所述陽極電勢進行管理，使得：(a)通過還原來自所述離子導電介質的金屬燃料的可還原的離子，電沉積所述金屬燃料，所述電沉積由電極主體1漸進地向充電電極增長，伴隨漸進地連接后續(xù)電極主體2至N的每個到電極主體1，以向每個后續(xù)連接的電極主體施加所述陰極電勢；(b)從每個后續(xù)連接的電極主體去除所述陽極電勢，和(c)至少向通過所述電沉積未連接的后續(xù)的電極主體施加所述陽極電勢或在電極主體N已經通過所述電沉積連接的情況下向所述充電電極施加所述陽極電勢，用于氧化所述氧化劑的可氧化的物質。

2.根據權利要求1所述的電化學電池系統(tǒng)，還包括多個彼此相鄰組裝的電化學電池，以及分開每對相鄰電池的氧化劑電極和燃料電極的非導電屏障，使得其間的唯一允許的電連接是通過所述多個開關的至少一個。

3.根據權利要求2所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，通過將前一電池充電模式下的充電電極或放電模式下的氧化劑電極耦合至后一電池的燃料電極，每個電池的所述多個開關可切換至旁路模式。

4.根據權利要求2所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，電池是具有包含金屬燃料的燃料電極、包含用于還原氧氣的空氣陰極的氧化劑電極和作為用于氧化可氧化的氧物質為氧氣的析氧電極的充電電極的金屬-空氣電池。

5.根據權利要求3所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，所述金屬燃料選自鋅、鋁、鐵和錳。

6.根據權利要求3所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，每個非導電的屏障包括一個或多個用于使得氧氣流向所述空氣陰極的端口。

7.根據權利要求1所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關包括可在將電池耦合到負載和將電池耦合到電源之間切換的開關。

8.根據權利要求1所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關的每個與所述多個可滲透的電極主體的每個、所述充電電極和所述氧化劑電極之一相關聯(lián)。

9.根據權利要求1所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關可切換成將可滲透的電極主體1至可滲透的電極主體N漸進地連接到所述充電電極。

10.根據權利要求1所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關可切換成將可滲透的電極主體1至可滲透的電極主體N的每個選擇性地連接到所述充電電極。

11.根據權利要求1所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關可切換成將可滲透的電極主體1至可滲透的電極主體N的每個選擇性地連接到所述燃料電極。

12.根據權利要求1所述的電化學電池系統(tǒng)，進一步包括控制器，所述控制器被配置為選擇性地打開和關閉所述多個開關的至少一個。

13.根據權利要求12所述的電化學電池系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為響應與電池相關聯(lián)的一個或多個傳感器。