本发明专利技术涉及用于使用金属空气电池(1)来存储和释放电能的方法，该方法包括：(a)放电阶段，在放电阶段期间，第一正空气电极(5)连接到电池的正端(3)，并且第二正析氧电极(6)与电池的正端(3)断开；(b)再充电阶段，在再充电阶段期间，第二正析氧电极(6)连接到电池的正端(3)，并且第一正空气电极(5)与电池的正端(3)断开，并且在再充电期间，相对于第一正空气电极(5)测量负电极(4)的电势。而且，本发明专利技术也涉及具体设计为实现所述方法的金属空气电池(1)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于使用金属空气型电池来存储和释放电能的方法以及具体设计为 实现该方法的电池。
技术介绍
金属空气电池使用耦合到空气电极的、基于金属例如锌、铁或者锂的负电极。最常 用的电解质是碱性含水电解质。 在对这种电池进行放电期间，在正电极还原氧气且在负电极氧化金属： 在负电极放电：M-Mn++ne 在正电极放电：02+2H20+4e-- 40IT 当务必电力地再充电金属空气电池时，电流的方向被反向。在正电极产生氧气并 且在正电极通过还原来再沉积金属。 在负电极再充电：Mn++nf-M 在正电极再充电：40F- 0 2+2H20+4e- 金属空气系统具有使用无限容量的正电极的优势。因此，金属空气型的电化学发 电机因其高比能而闻名，其可以达到几百Wh/kg。在正电极处消耗的氧气不需要在电极中存 储而可以从周围空气中获得。空气电极也用在碱性燃料电池中，其与其它系统相比，由于在 电极水平的高反应动力且由于不存在贵金属例如铂而是特别有利的。 仍然务必解决金属空气型电池的再充电期间的问题。具体地，为电池在放电期间 的正电极的空气电极未被设计为用在再充电方向中。 空气电池是与液体电解质接触的多孔渗透的固体结构。空气电极和液体电解 质之间的界面为所谓的"三重接触"界面，其中，电极的活性固体材料、气态氧化剂即空 气和液体电解质同时存在。用于锌空气电池的不同类型的空气电极的描述存在于例如 V.Neburchilov等的书目文章中，JournalofPowerSourcesl95(2010)的第 1271 页至第 1291页的名称为"Areviewonaircathodesforzinc-airfuelcells''。 空气电极通常包括具有大表面面积的碳颗粒，例如由Cabot销售的Vulcan? XC72。该碳的表面面积可以在其在空气电极中整合之前通过与气体例如CO反应来增加。然 后，多孔渗透电极通过使用氟化疏水性聚合物例如由杜邦（DuPont)公司销售的FEP(氟化 乙烯丙烯）对碳颗粒进行聚集来产生。专利W0 2000/036677描述了用于金属空气电池的 这种电极。 优选具有空气电极上的、尽可能大的反应表面面积，以便相对于电极的集合表面 面积具有尽可能高的电流密度。因为气态氧气的密度与液体相比较低，所以大反应表面面 积也是有用的。电极的大表面面积允许倍增反应位置。相反，由于活性材料的浓度较高，所 以该大反应表面面积对在再充电期间的氧化反应的逆反应不再是必须的。 空气电极在充电期间的使用以带来氧化反应和氧析出呈现了许多缺陷。空气电极 的多空渗透结构是易碎的。专利技术人观察到：当用于由液体电解质的氧化来产生氧气时该结 构由气体析出而被机械地破坏。通过气体的产生在电解质内生成的液压足以导致构成空气 电极的碳颗粒之间的键破裂。 专利技术人还观察到：添加到空气电极以改善氧气的还原反应的能量产量的催化剂例 如氧化锰或者氧化钴在逆氧化反应所需的电势处是不稳定的。在由碳的氧化而造成的氧气 存在下的碳的腐蚀也在较高电势下被加速。 -些情况在由两个电气耦合层组成的双功能电极中使用了耦合到析氧催化剂的 更抗氧气还原催化剂，如在专利US5 306 579中所述。然而，该配置产生不过具有短使用 寿命和有限数量循环的电极。 当空气电极用于再充电金属空气电池时，空气电极的退化极大减少了电池的使用 寿命。这是电气可再充电金属空气蓄电池的商业开发的低水平的主要原因之一。 面对这些问题，已经被采用以保护空气电极免于退化的方式中的一种方式包括： 使用第二正电极，该第二正电极用于析氧反应。然后，空气电极与析氧电极解耦，并且仅后 者在充电阶段使用。例如，Z.Starchurski的专利US3 532 548描述具有用于充电阶段的 第二辅助电极的锌空气电池。因此，在充电阶段，空气电极是无效的。据专利技术人所知，从来 没有建议该空气电极可以在对电池进行充电的步骤期间用于任何事物。 而且，就所有电池来说，当电池充电和放电时监视且控制金属空气型电池的端处 的电压是重要的。通常在电池的负端和正端之间没有难度下直接测量电池的端处的电压。 电池的端处的电压表示正电极和负电极之间的电势差。 在常见电池的情况下，电压可以由电子控制系统或者BMS(电池管理系统）来控 制。这些装置是本领域的技术人员已知的。BMS的目的在于监视电池的各个元件的状态以 及保护它免于可以由不适当使用（例如过压或者欠压）而导致的退化。因此，BMS也具有 增加电池的使用寿命的功能。 专利技术人发现了，仅仅控制金属空气型的电池的端处的电压可能不足以最佳保护免 于在金属空气电池的电再充电期间在负电极侧出现的某些类型的退化。 例如，在锌空气电池中，在再充电期间，Zn2+金属离子在负电极处还原并且一旦在 该电极的水平处的电势是足够负的就以他们的金属形式Zn沉积。金属在电极上的一致且 均匀的沉积是期望的以保证在该电池的充电和放电的循环期间的良好持久性。 在某些条件下，发现了 ：金属以几乎无粘附的泡沫的形式被沉积到电极的表面，并 且然后该泡沫可以变得与电极分离，从而导致活性材料的损失及因此电池的特定容量的损 失。在其他情况下，发现了：金属也可能以树突形式被沉积。这些树突可以在充电期间生长 直到他们达到正电极为止，从而导致内部短路，阻止再充电。 专利技术人观察到，控制负电极在充电期间的电势以阻止其变得太高使得能够限制泡 沫或者树突形式的锌沉积的形成。 然而，在金属空气电池的情况下，已知，在充电期间，正电极的电势比负电极的电 势更快增加。正因为如此，电池的端处的电压的控制不足以精确提供负电极的电势的控制。 因此，目前存在对当金属空气型电池充电时测量且控制金属空气型电池的负电极 的电势的精确装置的需要。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的之一在于设计一种用于对金属空气型电池进行充电和放电的 方法，在此期间提供负电极的电势的准确控制。也期望具有能够执行该功能的装置的电池。 然而，有利的是不增加电池的重量，因为这将具有降低其特定容量的效果。 鉴于这些发现，专利技术人具有在放电期间利用空气电极的存在而随后无效的想法。 本专利技术的主题为用于使用锌空气电池来存储和释放电能的方法，所述锌空气电池 包括： -负端， -正端， -连接到负端的负电极， -第一正空气电极，以及 -第二正析氧电极， 所述方法包括以下步骤： (a)放电阶段，在放电阶段，第一正空气电极连接到电池的正端，并且第二正析氧 电极与电池的正端断开； (b)再充电阶段，在再充电阶段，第二正析氧电极连接到电池的正端，并且第一正 空气电极与电池的正端断开，并且在再充电期间，相对于第一正空气电极来测量负电极的 电势。 而且，本专利技术的另一个主题为具体设计为实现该方法的装置，即金属空气电池，包 括： -负端， -正端， -连接到负端的负电极， -第一正空气电极， -第二正析氧电极，-允许第一正空气电极或者第二正析氧电极连接到正端的切换装置， -用于测量负电极的电势的装置，所述测量相对于第一正空气电极来执行。【附图说明】 图1添加到本申请，是形成本专利技术的主题的电池在再充电配置中的实施例的示意 性表示。【具体实施方式】 在本申请中，术语"充电"和"再充电"用作同义词，且可互换的。 根据本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于使用锌空气电池来存储和释放电能的方法，所述锌空气电池包括：‑负端(2)，‑正端(3)，‑连接到负端的负电极(4)，‑第一正空气电极(5)，以及‑第二正析氧电极(6)，所述方法包括以下步骤：(a)放电阶段，在放电阶段期间，第一正空气电极(5)连接到电池的正端(3)，并且第二正析氧电极(6)与电池的正端(3)断开；(b)再充电阶段，在再充电阶段期间，第二正析氧电极(6)连接到电池的正端(3)，并且第一正空气电极(5)与电池的正端(3)断开，并且在再充电阶段期间，相对于第一正空气电极(5)来测量负电极(4)的电势。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：菲力浦·史蒂文斯，格温艾尔·图森特，
申请(专利权)人：法国电力公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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