用于金属‑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在电池组/电池关闭时和电池组待用模式之前处理电池组和电化学电池中所用电极的系统和方法。本发明专利技术的系统和方法涉及使用气溶胶来处理电极并保护电极和/或环境免受不期望的反应影响。

To shut down the system metal air battery and method of use thereof

The present invention provides a system and method for processing electrodes used in a battery pack and electrochemical cell before the battery pack / battery is switched off and the battery pack is in standby mode. A system and method of the present invention relates to using an aerosol to treat an electrode and to protect an electrode and / or an environment from undesired reactions.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于金属-空气电池组的关闭系统及其使用方法
本专利技术提供电池组关闭系统和电池组关闭方法。所述系统和方法利用喷雾(例如气溶胶喷雾)来处理电池组的电极。
技术介绍
鉴于其潜在的高能量密度，金属-空气电池组是非常有吸引力的电源。在这种类型的电池中，在放电期间经历还原的氧化反应物(氧)从电池组外部供应。这种氧还原反应在水存在下发生，并产生氢氧根离子(OH-)。通常在此类电池组中使用的电解质是碱性电解质，即碱性pH的水溶液。金属-空气电池组中的阳极可能与碱性电解质发生化学反应，如下文对包含铝阳极的金属-空气电池所例示。铝空气电池组是其中阳极包含铝的金属空气电池组。铝是轻质金属，其在氧化时每个原子产生三个电子。铝的电化学容量为2.98Ah/g，这与锂的电化学容量(3.86Ah/g)相当。此外，扁平铝阳极在空气气氛中不易燃烧，并且相对不昂贵。使用铝作为阳极与空气阴极及循环高导电水性碱性电解质组合提供了在能量、功率密度和安全性方面极其有吸引力的电池组性能。在正常的铝-空气电池组运行条件下，根据以下反应，铝在碱性电解质中的溶解是电化学的：4Al+3O2+6H2O→4Al(OH)3(反应1)然而，与这种有益反应并行，与碱性电解质接触的铝部分经历不期望的直接化学溶解：2Al+6H2O+2KOH→2K[Al(OH)4]+3H2↑(反应2)有益电化学反应1的速率与铝溶解的总速率(反应1和2一起)之间的比率产生实际的铝利用效率系数[e]，其为表征Al-空气电池组性能的主要参数之一：通过平衡诸如电流密度和工作温度的运行参数，以及通过应用某些添加剂，可以将铝转换为电力的效率(ε)保持在远远高于90％(有时接近100％)。在诸如电动车辆的实际应用中广泛实施Al-空气电池组的重大实际障碍源于对此类电池组的以下要求：可在任何时刻关闭，在待用状态下安全保持任何时间段，以及在任何时刻随时准备快速重启达到全功率。这些要求的主要问题是铝在碱性电解质中易于发生非常强烈的腐蚀。此过程的主要不利结果是此过程的产物(金属氧化物/氢氧化物)在阳极表面上形成沉积层。此层使阳极钝化并在下一个电池组工作循环影响正常的阳极运行。此过程导致铝阳极材料的消耗而不产生外部电能。它还导致不希望的、大量的氢气释放(反应2)和电解质降解。在碱性溶液中由铝腐蚀(铝氧化)释放氢气，会给电池组停机问题增加额外的安全问题。当不施加电负载时(在暂时停机或长时间关闭时)，避免铝-电解质反应(反应2)的最直接的方法是防止铝电极和电解质之间的物理接触。因此，电池组停机时的必要条件是将电解质从电池中取出。在具有再循环电解质的Al-空气电池组的情况下，此操作可以容易地通过将电解质流重新引导(例如泵送)回到电解质储存槽中以完全排空电池组来进行。然而，即使从电池组中最彻底地排空电解质(无论它是在重力下自由流动还是在泵作用下强制排出)，都会在电池组中留下一定量的电解质。电池组中的残余电解质可以呈现为铝表面上的膜。其还可见于电池壁上或呈现为浸泡在多孔空气电极主体中及截留在排出不良的角落中的液体。位于与阳极直接接触的电解质残余物将继续与铝反应(根据反应2)，导致铝氧化和碱性电解质中水的分解，及在阳极表面上形成氢氧化铝(和/或其它产物)层。此外，阳极上的残余电解质膜的大部分水被消耗后，腐蚀反应不会停止。由于以下三个因素，表面成膜反应可能会持续达相当高的程度：1.反应继续，因为形成在阳极表面上的氢氧化铝层不致密，且不阻止反应进行(腐蚀继续深入到铝金属主体中)；2.即使消耗掉与阳极表面直接接触的电解质之后，反应仍然继续，这是因为电池组中的残余电解质的新部分由于毛细管力及浓碱性溶液的良好润湿性而吸引到铝上。3.腐蚀过程引起的水消耗导致阳极表面上的电解质膜中的局部碱性浓度增加。高浓度碱性溶液是吸湿性的，且有效吸收环境空气中的水分。电池组中的此类水分侵入维持了阳极的进一步腐蚀。铝阳极与截留在电池组中的电解质残余物的不可避免的反应是非常有害的。首先是由于在阳极表面上形成氢氧化铝的惰性表面膜。此钝化层在关闭/待用循环后导致电池组重启有问题。第二，电解质和反应产物可以变干，从而堵塞(阻塞)液压系统。在此情况下，电池组的重启(即使有可能做到)将非常困难。因此，电解质泵出可能不足以为无电解质的干燥长期待用提供有效的电池组停机和保护。目前，为了不在系统中留下任何明显的残余电解质和/或反应产物，需要非常小心的用水冲洗电极和系统。为了达到此目标，即为了洗掉所有残余电解质和反应产物，电池组系统中应包括大量储备水，从而增加了系统重量和体积。这影响系统的重量和体积能量密度。几乎没有尝试以解决铝-空气电池组关闭和重启问题。其中一个描述于WO01/33659中，其是关于小型单个静态电池Al-空气电池组，其具有含有阳极和电解质的可更换盒。在此系统中，关闭-运行的操作模式是通过排空且然后更换电解质袋进行。然而，WO01/33659未公开从电池清除残余产物和电解质。WO2013/150520公开了电池组关闭系统，其中洗涤溶液用于在关闭时洗涤和/或中和电极。然而，此方法可能涉及大量的洗涤溶液。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术提供了在关闭或待用模式下处理金属-空气电池组的电极的系统和方法。在一个实施例中，本专利技术的系统和方法在关闭/待用模式期间防止、减少或消除电极降解。在一个实施例中，本专利技术的系统和方法有助于稳定电极。在一个实施例中，本专利技术的处理系统和方法改善了电极的寿命和性能。在一个实施例中，本专利技术的系统和方法防止、减少或消除在待用/关闭模式期间由不希望的电极反应导致的环境危害。在一个实施例中，本专利技术提供了在关闭/待用模式下处理金属-空气电池组的电极的系统，所述系统包含：电池组，其包含金属阳极；液体处理槽；及喷雾产生元件，其中所述液体处理槽通过连接器连接到所述电池组。在一个实施例中，喷雾产生元件与所述液体处理槽接触。在一个实施例中，所述喷雾产生元件与所述电池组接触。在一个实施例中，喷雾产生元件包含喷嘴。在一个实施例中，喷雾产生元件包含连接器。在一个实施例中，连接器包含喷雾产生元件。在一个实施例中，本专利技术提供了在关闭/待用模式下处理金属-空气电池组的电极的系统，所述系统包含：包含金属阳极的电池组；液体处理槽；喷雾产生元件，和喷雾推进系统；其中所述液体处理槽通过连接器连接到所述电池组，并且其中所述喷雾发生器元件与所述液体处理槽接触。在一个实施例中，本专利技术提供了在关闭/待用模式下处理金属-空气电池组的电极的系统，所述系统包含：包含金属阳极的电池组；液体处理槽；气溶胶产生元件，和喷雾推进系统；其中所述液体处理槽通过连接器连接到所述电池组，并且其中所述气溶胶发生器元件与所述液体处理槽接触。在一个实施例中，液体处理槽包含酸性液体。在一个实施例中，酸性液体是纯酸或酸性水溶液或其组合。在一个实施例中，液体处理槽进一步包含推进剂气体。在一个实施例中，推进剂气体用于从液体处理槽中的酸产生气溶胶。在一个实施例中，气体用于将液体处理槽中所含的酸性液体材料以气溶胶形式输送到电池组中。在一个实施例中，推进剂气体包含空气、氧气、氮气、CO2、Ar、Ne、He或其组合。在一个实施例中，使用空气压缩机或鼓风机作为推进剂气体的来源。在一个实施例中，电极是碱金属-空气电池组电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在关闭/待用模式下处理金属‑空气电池组的电极的系统，所述系统包含：电池组，其包含金属阳极；液体处理槽；气溶胶产生元件；和气溶胶推进系统；其中所述液体处理槽通过连接器连接到所述电池组，且其中所述气溶胶推进系统与所述液体处理槽接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.07 US 62/060,7061.一种用于在关闭/待用模式下处理金属-空气电池组的电极的系统，所述系统包含：电池组，其包含金属阳极；液体处理槽；气溶胶产生元件；和气溶胶推进系统；其中所述液体处理槽通过连接器连接到所述电池组，且其中所述气溶胶推进系统与所述液体处理槽接触。2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含电解质储存槽。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述连接器包含阀。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述阀是自动控制的。5.根据权利要求3所述的系统，其中在关闭时，所述阀被打开，从而将气溶胶从所述液体处理槽中提取出来。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述液体处理槽包含酸。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述酸呈液体、溶液或其组合的形式。8.根据权利要求6所述的系统，其中所述酸包含无机酸且其中所述无机酸包含硝酸、盐酸、氢溴酸、磷酸、硫酸、硼酸、六氟磷酸或其组合。9.根据权利要求6所述的系统，其中所述酸包含有机酸且其中所述有机酸包含甲酸、乙酸、柠檬酸、丙酸、草酸、己二酸、癸二酸、甲苯磺酸、葡萄糖酸、抗坏血酸、酒石酸或其组合。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述液体处理槽进一步包含气体。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述气体用于由所述液体处理槽中的液体产生气溶胶。12.根据权利要求10所述的系统，其中所述气体用作所述液体处理槽中所含液体的推进剂。13.根据权利要求10所述的系统，其中所述气体包含空气、氧气、氮气、CO2、Ar、Ne、He或其组合。14.根据权利要求1所述的系统，其中所述阳极是碱金属-空气电池组阳极。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述阳极包含锌、镁、铝、锂、铝-锂、这些金属的合金及其混合物。16.根据权利要求1所述的系统，其中在电池组运行期间，所述电池组包含液体电解质，使得所述阳极被放置在所述液体电解质内，且其中所述气溶胶推进系统连接到所述电池组。17.根据权利要求1所述的系统，其中所述电池组和所述液体处理槽之间的所述连接包含软管、管、管道、连接器、泵、活塞、电机、注射器或其...

【专利技术属性】
技术研发人员：以色列·米勒，伊利亚·亚库波夫，阿夫拉汉姆·亚德加尔，
申请(专利权)人：斐源有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL