金属-空气电池组的关闭系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提供用于待用模式前电池组关闭的关闭系统和方法，其使用由pH值控制的洗涤液，以使电极保持稳定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供用于待用模式前电池组关闭的关闭系统和方法，其使用由pH值控制的洗涤液，以使电极保持稳定。
技术介绍
铝空气电池组是一种金属空气电池组，其中阳极包含铝。铝是一种轻金属，其在氧化时每个原子会产生三个电子。铝的电化学容量是2.98Ah/g，与锂的电化学容量(3.86Ah/g)相当。此外，平坦的铝阳极不易于在空气气氛中燃烧并且相对不昂贵。使用铝作为阳极，组合以空气阴极，以及循环的高传导性水性碱性电解质关于能量、功率密度和安全性会提供极具吸引力的电池组性能。在正常的铝-空气电池组运行条件下，碱性电解质中的铝溶解是按照以下反应的电化学溶解：4Al+3O2+6H2O→4Al(OH)3  (反应1)然而，与这个有利的反应并行地，与碱性电解液接触的铝的部分经历不合需要的直接化学溶解：2Al+6H2O+2KOH→2K[Al(OH)4]+3H2↑  (反应2)有利电化学反应1的速率与铝溶解的总速率(反应1和2一起)之间的比率产生真实的铝利用效率系数[e]，其为表征Al-空气电池组的性能的主要参数之一:e=R1R1+R2]]>通过平衡运行参数，如电流密度和工作温度，并且通过应用某些添加剂，铝转化成电的效率(ε)可保持在90％以上很多(有时接近100％)。在实际应用如电动车辆中广泛实施Al-空气电池组的重大实际障碍来自于以下要求：这种电池组可随时关闭、待用任何时段时都安全并，且易>于随时快速重启至满功率。此处主要问题在于在开路电压(OCV)下，铝对碱性电解液中极强腐蚀的敏感性。这种工艺导致在不产生外部电能的情况下消耗铝阳极材料。这还导致不想要的广泛析氢(反应2)以及电解质降解。从碱性溶液中铝腐蚀(铝氧化)析氢会向电池组停止问题增加额外的安全问题。当未施加电负载时(在临时停工或关闭较长时间时)，避免铝-电解质反应(反应2)的最简单的方式在于防止铝电极和电解质之间实体接触。因此，当使电池组停工时，必要条件为将电解质从电池中取出。在具有循环电解质的Al-空气电池组的情况下，这种运行可易于通过将电解质流再引导(例如泵送)回到电解质储槽中以便电池组完全排空来进行。然而，即使从电池组进行最彻底的电解质排空(无论是自由流动重力排空或由泵推动)，电池组中仍留下大量电解质。电池组中残留的电解质可呈现为铝表面上的膜。其也可见于电池壁上或呈现为浸泡在多孔空气电极体中和裏入排泄性差的角落中的液体。与阳极直接接触的电解质残留物将继续与铝反应(按照反应2)，从而引起液体分解，并且在阳极表面上形成氢氧化铝和/或其它产物层。此外，在阳极上的残留电解质消耗掉之后，腐蚀反应不会停止。据我们的经验，表面膜形成反应因以下两个因素而持续到相当高的程度：因为在阳极表面上形成的氢氧化铝层不致密，并且不会防止反应进展(腐蚀深入延续到铝金属体中)，所以反应会继续；甚至在消耗掉与阳极表面直接接触的电解质之后，因为电池组中残留电解质的新的部分因毛细管力以及良好的浓碱湿润性而被吸到铝上，所以反应继续。铝阳极与裏入电池组中的电解质残留物的不可避免的反应极具破坏性，其首先是由在阳极表面上形成惰性表面膜(氢氧化铝膜)所引起。这个钝化层导致在关闭/待用循环之后的电池组重启有问题。其次，电解质和反应产物可干透，从而阻塞(堵塞)液压系统。在这种情况下，将根本极难以重启电池组(如可能的话)。因此，电解质抽空可能不足以提供有效的电池组停工和保护以便干燥的长期待用(无电解质)。实际上，需要用水极谨慎地冲洗电极和系统以在系统内不会留下任何明显的残留电解质和/或反应产物。为了达到这个目标(洗掉所有残留电解质和反应产物)，应在电池组系统中包括许多储备水，从而增大系统重量和体积。这会影响系统的重量和体积能量密度。解决铝-空气电池组关闭和重启的问题的尝试很少。其中一个描述于WO01/33659A1中，其是关于具有含有阳极和电解质的可替换筒的小型单个静态电池Al-空气电池组。在这个系统中，通过排空并然后替换电解质袋来执行运行的停工-运行模式。然而，WO 01/33659A1没有公开从电池清除残留产物和电解质。
技术实现思路
在一个实施方案中，本专利技术提供用于在关闭或待用模式洗涤金属-空气电池组的电极的系统和方法。在一个实施方案中，本专利技术的系统和方法防止、减小或消除在关闭/待用模式期间的电极降解。在一个实施方案中，本专利技术的系统和方法有助于使电极稳定。在一个实施方案中，本专利技术的洗涤系统和方法改善了电极的使用期限和性能。在一个实施方案中，本专利技术提供一种用于洗涤金属-空气电池组的电极的关闭系统，所述系统包含：洗涤液循环元件；酸剂存储单元；以及酸剂给料元件，所述给料元件与所述洗涤液并与所述酸剂存储单元接触。在一个实施方案中，本专利技术的系统进一步包含pH值监测元件，其中所述pH值监测元件与所述洗涤液接触。在另一实施方案中，pH值监测元件是pH计。在另一实施方案中，pH值监测元件是电压表。在一个实施方案中，本专利技术的系统包含酸剂存储单元。在另一实施方案中，酸剂包括无机酸。在另一实施方案中，酸剂包括有机酸。在另一实施方案中，酸剂包括强酸与弱碱的盐。在一个实施方案中，本专利技术的系统包含洗涤液循环元件。在另一实施方案中，洗涤液循环元件包含储器、槽、容器、软管、管、管子、管道、连接器、泵、活塞、发动机、注射器或其组合。在另一实施方案中，洗涤液循环元件包括洗涤液储器，以及用于在电池组，和洗涤液储器之间循环洗涤液的管道。在一个实施方案中，本专利技术提供一种用于待用模式前电池组关闭的方法，所述方法包括：将电池组的电解质溶液转移到电解质槽中；使洗涤液循环通过所述电池组；以及将所述洗涤液转移到洗涤液储器中，其中所述洗涤液达到预定的pH值；从而电池组被关闭并且处于待用模式。在另一实施方案中，在循环步骤期间，监测所述洗涤液的pH值并且其中如果所述洗涤液的pH值高于预定值，那么将酸剂添加到所述洗涤液中。在一个实施方案中，本专利技术针对一种电动车辆，其包含用于洗涤本发明的金属-空气电池组的电极的系统，其中来自所述金属空气电池组的能量用于驱动车辆，并且其中启动所述用于洗涤的关闭系统以使所述电池组为待用模式做准备。在一个实施方案中，将电解质溶液从所述电池组转移到电解质储器。在一个实施方案中，预定pH值在4和9之间的范围内。在一个实施方案中，<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于洗涤金属‑空气电池组的电极的关闭系统，所述系统包含：洗涤液循环元件；酸剂存储单元；以及酸剂给料元件，所述给料元件与所述洗涤液并与所述酸剂存储单元接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.04 US 61/620,2411.一种用于洗涤金属-空气电池组的电极的关闭系统，所述系统包含：
洗涤液循环元件；
酸剂存储单元；以及
酸剂给料元件，所述给料元件与所述洗涤液并与所述酸剂存储单元接
触。
2.如权利要求1所述的系统，其进一步包含pH值监测元件。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述pH值监测元件是pH计。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述pH值监测元件是电压表。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述酸剂包含无机酸并且其中所述
无机酸包含硝酸、磷酸、硫酸、硼酸、六氟磷酸或其组合。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述酸剂包含有机酸并且其中所述
有机酸包含甲酸、乙酸、柠檬酸、草酸、葡萄糖酸、抗坏血酸、酒石酸或
其组合。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述酸剂包含强酸与弱碱的盐并且
其中所述盐包含硝酸或硫酸的钙盐或钡盐。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述洗涤液循环元件包含储器、槽、
容器、软管、管、管子、连接器、泵、活塞、发动机、注射器或其组合。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述电极是碱金属-空气电池组电
极。
10.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·亚库波夫，D·齐盾，
申请(专利权)人：费纳吉有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL