电化学电池和操作其的方法技术

本发明专利技术涉及电化学电池和操作其的方法。电化学电池包括：包括一个或多个使用氧气作为正极活性物质的金属空气单元电池的电池模块；配置成将空气供应到所述电池模块和调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度的空气供应单元；和配置成控制述空气供应单元的氧气浓度调节操作的控制单元。此外，操作所述电化学电池的方法包括：使用空气供应单元将空气供应到电池模块，所述电池模块包括一个或多个使用空气中的氧气作为正极活性物质的金属空气单元电池；和控制所述空气供应单元以调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及电化学电池和操作(运行)其的方法。
技术介绍
在电化学电池之中，金属空气电池和燃料电池具有在于如下的共同特征：包括氧气(氧)的空气被供应到正极。例如，金属空气电池包括多个金属空气单元电池(cell)，且所述金属空气单元电池各自包括吸收和放出离子的负极以及使用空气中的氧气作为活性物质的正极。从外部引入的氧的还原/氧化反应在正极处发生，且金属的氧化/还原反应在负极处发生。金属空气电池将由所述氧化/还原反应产生的化学能转变为电能并输出所述电能。例如，金属空气电池在放电期间吸收氧气且在充电期间放出氧气。另外，燃料电池是通过电化学反应将燃料的化学能直接转化成电能的装置并且是一种只要向其供应燃料便能够连续地产生电的发电装置。在燃料电池中，当将包括氧气的空气供应到阴极并且将燃料例如甲醇或氢气供应到阳极时，通过在阴极和阳极之间的电解质膜发生电化学反应，由此产生电。
技术实现思路
额外的方面将部分地在随后的描述中阐明，且部分地将由所述描述明晰，或者可通过所呈现的示例性实施方式的实践获悉。根据一个示例性实施方式的方面，电化学电池包括：包括一个或多个电化学单元电池的电池模块；配置成将空气供应到所述电池模块和调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度的空气供应单元；和配置成控制所述空气供应单元的氧气浓度调节操作的控制单元。所述空气供应单元可配置成在所述控制单元的控制下通过如下调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度：调节空气中的氮气的吸附量。所述控制单元可配置成控制所述空气供应单元以根据所述电池模块的状态可变地调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度。所述控制单元可控制所述空气供应单元以将所述电池模块中的氧气浓度恒定地保持在预设浓度。当所述氧气浓度小于所述预设浓度时，所述控制单元可控制所述空气供应单元以增加供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度，和当所述氧气浓度大于所述预设浓度时，所述控制单元可控制所述空气供应单元以降低供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度。预设氧气浓度可在基于所述空气的总含量的等于或大于约30％的值和小于约100％的值之间的范围内。所述控制单元可控制所述空气供应单元以将供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度恒定地保持在基于所述空气的总含量的等于或大于约30％的值和小于约100％的值之间的范围内。所述电化学电池可进一步包括配置成测量如下的至少一个参数的感测单元：所述电池模块中的氧气浓度、所述电池模块中的温度、所述电池模块的电压、所述电池模块的电流输出、和将连接到所述电池模块的负载的负载电阻。所述控制单元可基于通过所述感测单元测量的所述至少一个参数控制所述空气供应单元以调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度。当在所述电池模块的产生电的操作期间所述电池模块的电压小于预设电压时，所述控制单元可控制所述空气供应单元以增加供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度。所述控制单元可包括配置成显示通过所述感测单元测量的所述至少一个参数的显示单元和配置成接收使用者命令的输入单元。所述控制单元可通过所述输入单元将所述电池模块中的氧气浓度控制在一个浓度。所述空气供应单元可包括：配置成从外部吸入空气的空气吸入单元；和配置成通过从所吸入的空气分离氧气而产生氧气的氧气产生单元。所述氧气产生单元可配置成经由吸附/解吸方法或膜方法过滤氧气。所述吸附/解吸方法可为从如下之中选择的至少一种：变压吸附(PSA)方法、变温吸附(TSA)方法、变压变温吸附(PTSA)方法、和真空变压吸附(VSA)方法。所述氧气产生单元可包括：连接到所述电池模块以将分离的氧气供应到所述电池模块的第一出口端口；和配置成排出在分离氧气之后剩余的气体的第二出口端口。所述空气供应单元可配置成在所述控制单元的控制下通过如下调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度：使通过所述第一或第二出口端口排出的气体的一部分回流到所述氧气产生单元。所述空气供应单元可进一步包括配置成存储氧气的氧气存储单元。所述空气供应单元可配置成在所述控制单元的控制下通过如下调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度：将所述氧气存储单元中的氧气供应到所述第一出口端口。所述空气供应单元可进一步包括配置成从吸入的空气除去水分的水分除去单元。所述控制单元可控制所述空气供应单元以在所述电池模块的充电操作期间通过停止所述氧气产生单元的操作而仅将除去水分的空气供应到所述电池模块。所述空气供应单元可包括：配置成从外部吸入空气的空气吸入单元；配置成从吸入的空气除去水分的水分除去单元；和配置成存储氧气的氧气存储单元。所述空气供应单元可进一步配置成在所述控制单元的控制下通过如下调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度：将所述氧气存储单元中的氧气与所述除去水分的空气混合。所述电化学电池可包括一个或多个使用空气中的氧气作为正极活性物质的金属空气单元电池、或者一个或多个通过电化学反应将燃料的化学能转化成电能的燃料电池。根据另一示例性实施方式的方面，操作电化学电池的方法包括：使用空气供应单元将空气供应到电池模块，所述电池模块包括一个或多个电化学单元电池；和控制所述空气供应单元以调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度从而操作所述电化学电池。还公开了操作电化学电池的方法，所述方法包括：使用空气供应单元将空气供应到包括一个或多个电化学单元电池的电池模块；测量所述电池模块中的氧气浓度；和调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度以将所述电池模块中的氧气浓度保持在所选择的浓度从而操作所述电化学电池，其中调节空气中的氧气浓度包括增加或降低空气中的非氧气的量。附图说明由结合附图考虑的示例性实施方式的下列描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：图1为根据一个示例性实施方式的电化学电池的方块图；图2为图1中图解的电化学电池的根据一个示例性实施方式的空气供应单元的方块图；图3为图2中图解的空气供应单元的根据一个示例性实施方式的氧气产生单元的图；图4为图2中图解的空气供应单元的根据另一示例性实施方式的氧气产生单元的图；图5为图1中图解的电化学电池的根据另一示例性实施方式的空气供应单元的方块图；图6为电压(伏，V)对放电容量(毫安时/克，mAh/g)的图，其显示在电化学电池为金属空气电池的情况下，所述电化学电池的根据氧气浓度的充电和放电性能；图7和8为比容量(mAh/g)对循环数(次数)的图，其显示在电化学电池为金属空气电池的情况下，所述电化学电池的根据氧气浓度的充电性能和放电性能；图9为循环数(次数)对氧气浓度(体积百分数，％)的图，其显示在电化学电池为金属空气电池的情况下，根据一个示例性实施方式的电化学电池的氧气浓度和当所述电化学电池的比容量达到初始比容量的约80％的水平时的充电和放电循环数之间的关系；和图10为根据一个示例性实施方式的操作电化学电池的方法的流程图。具体实施方式在下文中，将参照附图进一步详细地描述能够控制氧气浓度的电化学电池和操作所述电化学电池的方法，其中相同的附图标记始终指的是相同的元件。在附图中，为了清楚，放大元件的尺寸。下列示例性实施方式仅仅是示例性的，且可对其进行多种变型。将理解，当一个元件被称为“在”另外的元件“上”、“连接到”或“结合到本文档来自技高网...

【技术保护点】
电化学电池，包括：包括一个或多个电化学单元电池的电池模块；配置成将空气供应到所述电池模块和调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度的空气供应单元；和配置成控制所述空气供应单元的氧气浓度调节操作的控制单元。

【技术特征摘要】
2015.07.08 KR 10-2015-0097159;2016.06.13 KR 10-2011.电化学电池，包括：包括一个或多个电化学单元电池的电池模块；配置成将空气供应到所述电池模块和调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度的空气供应单元；和配置成控制所述空气供应单元的氧气浓度调节操作的控制单元。2.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述空气供应单元配置成通过如下调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度：调节从所述空气吸收的氮气的量，和其中所述空气供应单元通过所述控制单元控制。3.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述控制单元配置成控制所述空气供应单元以可变地调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度，或其中所述控制单元配置成根据所述电池模块的状态将供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度保持在所选择的浓度。4.如权利要求3所述的电化学电池，其中，当所述氧气浓度小于所选择的浓度时，所述控制单元配置成控制所述空气供应单元以增加供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度，和当所述氧气浓度大于所选择的浓度时，所述控制单元配置成控制所述空气供应单元以降低供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度。5.如权利要求3所述的电化学电池，其中所述控制单元配置成控制所述空气供应单元以将供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度恒定地保持在基于供应到所述电池模块的空气的总含量的约30体积％至小于约100体积％的范围内。6.如权利要求1所述的电化学电池，进一步包括配置成测量选自如下的至少一个参数的感测单元：所述电池模块中的氧气浓度、所述电池模块中的温度、所述电池模块的电压、所述电池模块的电流输出、和将连接到所述电池模块的负载的负载电阻。7.如权利要求6所述的电化学电池，其中所述控制单元配置成基于通过所述感测单元测量的所述至少一个参数控制所述空气供应单元以调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度。8.如权利要求7所述的电化学电池，其中所述控制单元配置成控制所述空气供应单元以在所述电池模块的放电操作期间当所述电池模块的电压小于所选择的电压时增加供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度。9.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述空气供应单元包括：配置成从所述空气供应单元的外部吸入空气的空气吸入单元；和配置成通过从所吸入的空气分离氧气而产生氧气的氧气产生单元。10.如权利要求9所述的电化学电池，其中所述氧气产生单元配置成经由吸附/解吸方法或经由膜方法过滤氧气。11.如权利要求10所述的电化学电池，其中所述吸附/解吸方法为选自如下的至少一种：变压吸附方法、变温吸附方法、变压变温吸附方法、和真空变压吸附方法。12.如权利要求9所述的电化学电池，其中所述氧气产生单元包括：连接到所述电池模块且配置成将分离的氧气供应到所述电池模块的第一出口端口；和配置成排出在分离氧气之后剩余的气体的第二出口端口。13.如权利要求12所述的电化学电池，其中所述空气供应单元配置成通过如下调节供应到所述电池模块的空气中的氧气浓度：使通过所述第一出口端口或所述第二出口端口排出的气体的一部分回流到所述氧气产生单元，和其中所述空气供应单元通过所述控制单元控制。14.如权利要求12所述的电化学电池，其中所述空气供应单元进一步包括配置成存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：权赫载，高正寔，李兴璨，林东民，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR