电化学电池制造技术

本公开涉及电化学电池，该电化学电池包括：用于氧化燃料的燃料电极；用于还原氧化剂的氧化剂电极；以及离子传导介质，用于在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持燃料电极和氧化剂电极处的电化学反应。离子传导介质包括用于增强(控制其速率、过电位和/或反应部位)电池内的至少一种电化学反应的至少一种活性添加剂。电池进一步包括添加剂介质，添加剂介质与离子传导介质接触，并且包含能够腐蚀或溶解在离子传导介质中的至少一种活性添加剂。添加剂介质和/或外壳被配置为在电池的操作期间离子传导介质中的活性添加剂的浓度损耗时，向离子传导介质释放活性添加剂。

Electrochemical cell

The invention relates to an electrochemical cell, the electrochemical cell includes: electrode for fuel oxidation of fuel; oxidizing agent for electrode redox agent; and ion conduction medium for electrochemical reaction between the fuel electrode and an oxidant electrode ion conduction in support of a fuel electrode and an oxidant electrode. The ion conduction medium includes at least one active additive for enhancing at least one electrochemical reaction in a cell that controls its rate, overpotential and / or reaction site. The battery further includes an additive medium that is in contact with the ion conducting medium and includes at least one active additive that is capable of being corroded or dissolved in the ion conducting medium. The additive medium and / or shell are configured to release an active additive to the ion conducting medium when the concentration of the active additive in the ion conducting medium during the operation of the battery is lost.

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及包括电解质添加剂的电化学电池，并且更具体地涉及用于管理电化学电池中的添加剂的系统。
技术介绍
电化学电池/蓄电池利用电解质溶液作为离子传导介质。在使用金属作为燃料的电化学电池中，金属燃料在放电期间在用作阳极的燃料电极处被氧化为可还原的金属燃料离子。在充电期间，可还原金属燃料离子在燃料电极处被还原为金属燃料，燃料电极现在用作阴极。在这一过程中，金属燃料通过电沉积对燃料电极进行电镀。各种添加剂可以被添加至电化学电池的电解质，以增强电池的操作。然而，在缺乏持续性的情况下，在电池的寿命期间添加剂可以通过各种机制被消耗，这转化为电池效率和寿命的限制。除了别的之外，本申请致力于提供用于管理电化学电池中的添加剂浓度的有效且改善的方式。
技术实现思路
本公开的实施方式的目的是提供一种电化学电池，以至少部分地解决现有技术中的上述问题。本公开的一个方面提供电化学电池，该电化学电池包括：用于氧化燃料的燃料电极；用于还原氧化剂的氧化剂电极；以及离子传导介质，用于在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持燃料电极和氧化剂电极处的电化学反应。离子传导介质包括用于增强(例如控制其速率、过电位和/或优选反应部位)电池内的至少种个电化学反应的至少一种活性添加剂。电化学电池进一步包括与离子传导介质接触的添加剂介质。添加剂介质可以包含用于腐蚀或溶解在离子传导介质中的至少一种活性添加剂。在一些实施例中，添加剂介质(和/或用于添加剂介质的载体(或容器))包含用于腐蚀或溶解在离子传导介质中的至少一种金属。添加剂介质被配置为向离子传导介质释放活性添加剂，以增加电池中损耗的离子传导介质中的活性添加剂的浓度。本公开的另一方面提供电化学电池，该电化学电池包括：用于氧化燃料的燃料电极；用于还原氧化剂的氧化剂电极；以及离子传导介质，用于在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持燃料电极和氧化剂电极处的电化学反应。离子传导介质包括用于增强电池内的至少一种电化学反应的至少一种活性添加剂。电化学电池进一步包括含添加剂的介质，含添加剂的介质包括将活性添加剂包围在其中的外壳。外壳可以腐蚀或溶解在离子传导介质中，以将活性添加剂暴露和释放到离子传导介质，从而增加离子传导介质中损耗的活性添加剂的浓度。本公开的另一方面提供向电化学电池添加活性添加剂的方法，电化学电池包括：用于氧化燃料的燃料电极；用于还原氧化剂的氧化剂电极；以及离子传导介质，用于在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持燃料电极和氧化剂电极处的电化学反应；其中离子传导介质包括用于增强电池内的至少一种电化学反应的至少一种活性添加剂。方法包括设置与离子传导介质接触的添加剂介质，添加剂介质包含用于腐蚀或溶解在离子传导介质中的至少一种活性添加剂，添加剂被配置为将活性添加剂释放到离子传导介质，以增加离子传导介质中损耗的活性添加剂的浓度。本公开的另一方面提供向电化学电池添加活性添加剂的方法，电化学电池包括：用于氧化燃料的燃料电极；用于还原氧化剂的氧化剂电极；以及离子传导介质，用于在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持燃料电极和氧化剂电极处的电化学反应；其中离子传导介质包括用于增强电池内的至少一种电化学反应的至少一种活性添加剂。方法包括设置与离子传导介质接触的添加剂介质，添加剂介质包括将活性添加剂包围在其中的外壳，外壳能够腐蚀或溶解在离子传导介质中，以将活性添加剂暴露和释放到离子传导介质，从而增加离子传导介质中损耗的活性添加剂的浓度。在本公开的各个实施方式中，添加剂可以帮助控制针对电池内的至少一种电化学反应的速率、过电位、和/或优选反应部位。本公开的其它特征和优点将从以下具体实施方式、附图和所附权利要求中变得显而易见。附图说明现在将仅通过示例的方式参照示意性附图来描述本公开的实施例，在附图中对应的附图标记指示对应的部分，并且在附图中：图1示出包括网状篮和金属箔的用于管理电化学电池中的添加剂的组件的实施例。图2示出包括电极的直接连接的用于管理电化学电池中的添加剂的组件的实施例。图3示出包括开关的用于管理电化学电池中的添加剂的组件的实施例。图4示出包括可变电阻器的用于管理电化学电池中的添加剂的组件的实施例。图5示出包括电源的用于管理电化学电池中的添加剂的组件的实施例。图6是示出电化学电池中的铟浓度作为利用铟箔的自动给料和经由将溶剂化铟注入到电池中而通过周期性手动给料的函数的图。图7是示出电化学电池中的铟浓度作为铟源的变化表面积的函数的图。图8是示出利用氧饱和电解质在空闲和放电时间周期期间以及在充电时间周期期间对于金属-空气电池中的铟源的腐蚀电流密度的图。图9示出包括包含添加剂的中空小盒和可腐蚀窗口的用于管理电化学电池中的添加剂的组件的实施例。图10示出包括给料篮的与电化学电池盖和壳体相关联的用于管理添加剂的组件的实施例的平面图。图11示出图10所示的组件的给料篮内的给料容器的平面图。图12是图10的组件中的图11的给料容器之一的详细平面图。图13示出包括给料篮和给料容器的与电化学电池盖和壳体相关联的用于管理添加剂的组件的实施例的平面右视图。图14示出图13的组件和电化学电池壳体的平面左视图。图15示出没有盖的图13的组件和电化学电池壳体的平面左视图。图16、图17和图18示出图15的组件和电化学电池壳体的左侧视图、前视图和右侧视图。图19示出图13的组件的给料容器的一部分的详细视图。图20示出图19的给料容器的左侧的详细视图。图21是沿图20中的线B—B所取的给料容器的截面图。图22是沿图20中的线C—C所取的给料容器的截面图。图23示出包括添加剂在金属箔下方的可腐蚀金属片层的用于管理电化学电池中的含金属的添加剂的组件的实施例。具体实施方式本文中描述的一个实施例提供电化学电池，该电化学电池包括：用于氧化燃料的燃料电极；用于还原氧化剂的氧化剂电极；以及用于在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持燃料电极和氧化剂电极处的电化学反应的离子传导介质。离子传导介质包括用于增强电池内的至少一种电化学反应的至少一种添加剂。例如，添加剂可以帮助控制针对电池内的至少一种电化学反应的速率、过电位、和/或优选反应部位。如下面将描述的，本公开的实施例提供用于管理电化学电池中的添加剂的系统和方法。在实施例中，燃料电极是当电池操作在放电(或发电)模式时用作阳极的金属燃料电极。燃料电极可以包括诸如筛网之类的可渗透电极本体，其由能够通过电沉积或以其它方式从电池中循环的离子传导介质捕获和保持金属燃料的粒子或离子的任何构造制成。燃料可以是诸如铁、锌、铝、镁或锂之类的金属。通过金属，这一术语意指包含周期表上被视为金属的所有元素，从而包括但不限于当聚集在电极本体上时处于原子、分子(包括金属氢化物)或合金形式的碱金属、碱土金属、镧系、锕系以及过渡金属。然而，本公开并不旨在于限于任何特定燃料，并且可以使用其它燃料。可以将燃料作为悬浮在离子传导介质中的粒子提供给电池。当燃料电极作为阳极操作时，燃料可以在燃料电极处被氧化，并且当氧化剂电极作为阴极操作时，诸如氧之类的氧化剂可以在氧化剂电极处被还原，这是电池连接到负载并且电池处于放电或发电模式的情况。在放电模式期间发生的反应生成离子传导介质中的副产物沉淀，例如可还原燃料物质。例如，在其中燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池，其特征在于，包括：i.用于氧化燃料的燃料电极；ii.用于还原氧化剂的氧化剂电极；iii.离子传导介质，用于在所述燃料电极和所述氧化剂电极之间传导离子以支持所述燃料电极和所述氧化剂电极处的电化学反应；其中所述离子传导介质包括用于增强所述电池内的至少一种电化学反应的至少一种活性添加剂；以及添加剂介质，与所述离子传导介质接触，并且包含用于腐蚀或溶解在所述离子传导介质中的所述至少一种活性添加剂，所述添加剂介质被配置为向所述离子传导介质释放所述活性添加剂，以增加所述离子传导介质中损耗的所述活性添加剂的浓度。

【技术特征摘要】
2015.01.27 US 62/108,2621.一种电化学电池，其特征在于，包括：i.用于氧化燃料的燃料电极；ii.用于还原氧化剂的氧化剂电极；iii.离子传导介质，用于在所述燃料电极和所述氧化剂电极之间传导离子以支持所述燃料电极和所述氧化剂电极处的电化学反应；其中所述离子传导介质包括用于增强所述电池内的至少一种电化学反应的至少一种活性添加剂；以及添加剂介质，与所述离子传导介质接触，并且包含用于腐蚀或溶解在所述离子传导介质中的所述至少一种活性添加剂，所述添加剂介质被配置为向所述离子传导介质释放所述活性添加剂，以增加所述离子传导介质中损耗的所述活性添加剂的浓度。2.根据权利要求1所述的电化学电池，其特征在于，进一步包括从由所述氧化剂电极和第三电极组成的组中选择的充电电极，通过在所述燃料电极和所述充电电极之间施加充电电位，所述电池能够再充电，使得所述燃料电极用作阴极以将可还原燃料物质还原为所述燃料电极上的燃料，并且所述充电电极氧化可氧化的氧化剂物质。3.根据权利要求2所述的电化学电池，其特征在于，所述充电电极氧化可氧化的氧化剂物质以形成氧。4.根据权利要求2所述的电化学电池，其特征在于，所述燃料电极包括以隔开关系布置的一系列可渗透电极本体，其中所述可渗透电极本体的所述隔开关系使得所述充电电位能够被施加在所述充电电极和所述可渗透电极本体中的至少一个可渗透电极本体之间，其中所述充电电极用作阳极，并且所述至少一个可渗透电极本体用作阴极，使得所述可还原燃料物质被还原并且电沉积为所述至少一个可渗透电极本体上的可氧化形式的燃料，其中所述电沉积使得燃料在所述可渗透电极本体之间生长，使得电沉积的燃料建立在所述可渗透电极本体之间的电连接。5.根据权利要求2所述的电化学电池，其特征在于，所述添加剂的特征在于在再充电期间通过与所述燃料沉积在一起而从所述离子传导介质中损耗。6.根据权利要求1所述的电化学电池，其特征在于，所述活性添加剂的特征在于通过形成衍生物沉淀物质而从所述离子传导介质中损耗。7.根据权利要求1所述的电化学电池，其特征在于，所述添加剂介质被成形为使得表面积与体积的比值将所述添加剂介质的腐蚀速率设置为维持所述离子传导介质内的活性添加剂的浓度。8.根据权利要求1所述的电化学电池，其特征在于，所述添加剂介质被成形为使得表面积与体积的比值在每升离子传导介质1-100cm2/cm3之间。9.根据权利要求6所述的电化学电池，其特征在于，活性添加剂的预定浓度大于所述活性添加剂在所述离子传导介质内的溶解度限制，以维持过饱和条件。10.根据权利要求1所述的电化学电池，其特征在于，所述添加剂介质被成形为使得腐蚀电流相对于整个容量/寿命一致，从而在所述电池的寿命内以一致的速率供应足够的活性材料。11.根据权利要求1所述的电化学电池，其特征在于，所述添加剂介质被提供为箔、球、弹丸、异质基底上的涂层或镀层、衍生物、或者它们的组合。12.根据权利要求1所述的电化学电池，其特征在于，所述燃料为锌，并且所述离子传导介质包括可还原的锌离子。13.根据权利要求1所述的电化学电池，其特征在于，进一步包括被配置为容纳所述添加剂介质以便于与所述离子传导介质的可操作的相互作用的组件。14.根据权利要求1所述的电化学电池，其特征在于，所述添加剂介质包括第一金属和第二金属，所述第二金属比所述第一金属更惰性，并且其中所述第一金属和所述第二金属电化学地耦合，使得所述 第一金属腐蚀。15.根据权利要求14所述的电化学电池，其特征在于，所述第一金属的腐蚀速率通过所述第二金属的表面积来设置。16.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·特里姆贝尔，R·克里施南，S·普兹黑弗，G·弗里森，
申请(专利权)人：流体公司，
类型：新型
国别省市：美国;US