通过空气再循环维持氧气浓度的电化学电池及运行其的方法技术

本发明专利技术涉及通过空气再循环维持氧气浓度的电化学电池及运行其的方法。电化学电池包括：包括至少一个电化学单元电池的电池模块；配置为将空气供应至电池模块并且恒定地维持供应至电池模块的空气中的氧气浓度的空气供应器；和配置为将从电池模块排出的空气再循环的空气再循环器，其中电池模块包括通过其从空气供应器引入空气的空气入口、和通过其将在至少一个电化学单元电池中反应之后剩余的空气排出的空气出口，和其中空气再循环器配置为将通过电池模块的空气出口排出的空气再循环至电池模块的空气入口。

Electrochemical cell for maintaining oxygen concentration by air recirculation and method for operating the same

The present invention relates to an electrochemical cell that maintains oxygen concentration by air recirculation and a method of operating the same. The electrochemical cell comprises: a battery module includes at least one electrochemical cell; configuration for air supply oxygen concentration will supply air to the battery module and battery module to maintain constant supply air; and configured to air recirculation for recirculating air discharged from the battery module, wherein the battery module includes the the air entrance, from the air supply into the air and by which at least one electrochemical cell reaction in the remaining air discharged from the air outlet and the air recirculation is configured as through air recirculation to the battery module of the battery module air outlet of the air entrance.

【技术实现步骤摘要】
通过空气再循环维持氧气浓度的电化学电池及运行其的方法相关申请的交叉引用本申请要求2015年10月26日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0148817和2016年1月19日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0006476的优先权和权益、以及由其产生的所有权益，其全部内容通过参考引入本文中。
本公开内容涉及电化学电池(battery)，和更特别地涉及能够通过将从电池模块排出的空气再循环而有效地并且恒定地维持电池模块中的氧气浓度的电化学电池。
技术介绍
在电化学电池中，金属空气电池和燃料电池具有共同的特征在于将包括氧气的空气供应至正极。例如，金属空气电池包括多个金属空气单元电池(单元，cell)，并且所述金属空气单元电池各自包括能够嵌入和脱嵌离子的负极和使用空气中的氧气作为活性材料的正极。从外部引入的氧气的还原/氧化反应在正极发生，并且金属的还原/氧化反应在负极发生。金属空气电池将在还原/氧化反应发生时产生的化学能变为电能并且输出所述电能。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。此外，燃料电池是通过电化学反应将燃料的化学能直接变成电能的装置，并且是一种只要向其供应燃料就能够持续产生电的发电装置。在燃料电池中，当将包括氧气的空气供应至正极、并且将燃料例如甲醇或氢气供应至负极时，电化学反应通过在正极和负极之间的电解质膜发生，从而产生电。为了提供改善的性能，需要改善电化学电池的构造(配置)。
技术实现思路
另外的方面将在接下来的描述中部分地阐明，和由所述描述部分地明晰，或可通过所呈现的实施方案的实践获悉。根据实施方案的方面，电化学电池包括：包括至少一个电化学单元电池的电池模块；配置为将空气供应至电池模块并且恒定地维持供应至电池模块的空气中的氧气浓度的空气供应器；和配置为将从电池模块排出的空气再循环的空气再循环器，其中电池模块包括通过其从空气供应器引入空气的空气入口、和通过其将在至少一个电化学单元电池中反应之后剩余的空气排出的空气出口，和其中空气再循环器被配置为将通过电池模块的空气出口排出的空气再循环至电池模块的空气入口。空气再循环器可包括配置为将通过空气出口排出的空气转移至空气供应器的空气流道(流动通道)。空气供应器可包括：配置为从外部吸入空气的空气吸入设备；和配置为通过将氧气从吸入的空气分离而产生氧气的氧气发生器。空气流道可连接在电池模块的空气出口和氧气发生器之间。空气供应器可进一步包括配置为从吸入的空气去除水分的水分去除器，并且由水分去除器干燥的空气和从电池模块排出的空气可彼此混合和供应至氧气发生器。氧气发生器可进一步配置为经由吸附/解吸方法或膜方法过滤氧气。吸附/解吸方法可包括选自如下的至少一种：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。氧气发生器可包括：连接至电池模块以将分离的氧气供应至电池模块的第一出口；和配置为将在氧气分离之后剩余的气体排出的第二出口。空气供应器可进一步配置为将通过第一出口排出的气体的至少一部分回流至氧气发生器。空气供应器可进一步包括配置为从吸入的空气去除水分的水分去除器。空气供应器可进一步配置使得回流的空气与由水分去除器干燥的空气和从电池模块排出的空气混合，并且将混合的空气供应至氧气发生器。空气再循环器可包括配置为将通过空气出口排出的空气直接转移至空气入口的空气流道。空气再循环器可进一步包括膜，其设置在空气流道上以将氧气从通过空气出口排出且再循环至空气入口的空气分离。膜可配置为将分离的氧气供应至空气入口并且将除了氧气之外的气体排出至外部。空气再循环器可进一步包括空气泵，其设置在空气流道上以容许空气从空气出口流动至空气入口。空气再循环器可进一步包括配置为打开或关闭空气流道的阀。电化学电池可进一步包括控制器，其配置为控制空气供应器和空气再循环器以恒定地维持供应至电池模块的空气中的氧气浓度。控制器可控制空气供应器和空气再循环器以恒定地维持供应至电池模块的空气中的氧气浓度在等于或大于约30％的值且小于约100％的值的范围中，基于供应至电池模块的空气的总含量。电化学电池可进一步包括氧气传感器，其配置为测量选自如下的至少一种：供应至电池模块的空气中的氧气浓度、电池模块中的氧气浓度、和从电池模块排出的空气中的氧气浓度。当电池模块的氧气浓度小于预设的浓度时，控制器可控制空气供应器以提高供应至电池模块的空气中的氧气浓度，并且当电池模块的氧气浓度大于预设的浓度时，控制器可控制空气供应器以降低供应至电池模块的空气中的氧气浓度。控制器可根据从电池模块排出的空气中的氧气浓度而控制空气再循环器以再循环或不再循环从电池模块排出的空气。当从电池模块排出的空气中的氧气浓度小于大气中的氧气浓度时，控制器可控制空气再循环器以不再循环从电池模块排出的空气。空气再循环器可包括配置为将通过空气出口排出的空气转移至空气供应器的空气流道和配置为打开或关闭空气流道的阀。电池模块可包括配置为使用空气中的氧气作为正极活性材料的至少一个金属空气单元电池或配置为通过电化学反应将燃料的化学能变为电能的至少一个燃料电池。附图说明由结合附图考虑的实施方案的下列描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：图1为根据实施方案的电化学电池的示意性框图；图2为显示在电池模块为金属空气单元电池的情况下根据氧气浓度的电化学电池的充电和放电性能的电压(伏特，V)对比容量(毫安时/克，mAh/g)的图；图3为显示在多种氧气浓度下的金属空气单元电池的充电和放电循环的比容量(毫安时/克，mAh/g)对循环数的图；图4为显示在多种氧气浓度下的金属空气电池单元的充电和放电循环的比容量(毫安时/克，mAh/g)对循环数的图；图5为根据一个实施方案的图1中说明的电化学电池的空气供应器和空气再循环器的示意性框图；图6为根据一个实施方案的图5中说明的空气供应器的氧气发生器的示意性框图；图7为根据另一实施方案的图5中说明的空气供应器的氧气发生器的示意性框图；图8为根据另一实施方案的图1中说明的电化学电池的空气供应器和空气再循环器的示意性框图；图9为用于说明在电池模块为金属空气电池单元的实施方案中通过使用图5中说明的空气供应器和空气再循环器的结构中的空气再循环器从外部供应的空气量的减少的图；图10为显示当供应至电池模块的空气中的氧气浓度固定为恒定值时的根据实际引入电池模块中的氧气量对在电池模块中使用的氧气量的空气供应比率的离开金属空气电池的空气的氧气浓度(百分数，％)和空气供应流速的下降(百分数，％)的图；和图11为显示当将实际引入电池模块中的氧气量对电池模块所需的氧气量的比例固定为恒定值时的根据氧气发生器中的氧气浓度(浓缩)效率的空气供应流速的下降(百分数，％)、供应至电池模块的空气的氧气浓度、和离开电池模块的空气的氧气浓度的图。具体实施方式在下文中，将参照附图详细描述通过空气再循环维持氧气浓度的电化学电池，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。在图中，为了专利技术构思的清楚，放大元件的尺寸。下列实施方案仅是实例，并且可对其进行多种改变。将理解，当一个元件被称为“在”另外的元件“上”、“连接至”或“结合至”另外的元件时，其可直接在另外的元件上本文档来自技高网...

【技术保护点】
电化学电池，其包括：包括至少一个电化学单元电池的电池模块；配置为将空气供应至电池模块并且维持供应至电池模块的空气中的氧气浓度的空气供应器；和配置为将从电池模块排出的空气再循环的空气再循环器，其中电池模块包括通过其从空气供应器引入空气的空气入口，和通过其将在至少一个电化学单元电池中反应之后剩余的空气排出的空气出口，和其中空气再循环器配置为将通过电池模块的空气出口排出的空气再循环至电池模块的空气入口。

【技术特征摘要】
2015.10.26 KR 10-2015-0148817;2016.01.19 KR 10-2011.电化学电池，其包括：包括至少一个电化学单元电池的电池模块；配置为将空气供应至电池模块并且维持供应至电池模块的空气中的氧气浓度的空气供应器；和配置为将从电池模块排出的空气再循环的空气再循环器，其中电池模块包括通过其从空气供应器引入空气的空气入口，和通过其将在至少一个电化学单元电池中反应之后剩余的空气排出的空气出口，和其中空气再循环器配置为将通过电池模块的空气出口排出的空气再循环至电池模块的空气入口。2.权利要求1的电化学电池，其中空气再循环器包括配置为将通过空气出口排出的空气转移至空气供应器的空气流道。3.权利要求2的电化学电池，其中空气供应器包括：配置为从外部吸入空气的空气吸入设备；和配置为通过将氧气从吸入的空气分离而产生氧气的氧气发生器。4.权利要求3的电化学电池，其中空气流道连接电池模块的空气出口和氧气发生器。5.权利要求3的电化学电池，其中空气供应器进一步包括配置为从吸入的空气去除水分的水分去除器，其中空气供应器配置为将通过水分去除器干燥的空气和从电池模块排出的空气混合，和其中空气供应器配置为将混合的空气供应至氧气发生器。6.权利要求3的电化学电池，其中氧气发生器进一步配置为经由吸附/解吸方法或膜方法过滤氧气。7.权利要求6的电化学电池，其中吸附/解吸方法包括选自变压吸附方法、变温吸附方法、变压变温吸附方法、和真空变压吸附方法的至少一种。8.权利要求3的电化学电池，其中氧气发生器包括：连接至电池模块和配置为将分离的氧气供应至电池模块的第一出口；和配置为将在氧气从吸入的空气分离之后剩余的废气排出的第二出口。9.权利要求8的电化学电池，其中空气供应器进一步配置为将通过第一出口排出的气体的至少一部分回流至氧气发生器。10.权利要求9的电化学电池，其中空气供应器进一步包括配置为从吸入的空气去除水分的水分去除器，其中空气供应器进一步配置为将回流的空气与通过水分去除器干燥的空气和从电池模块排出的空气混合，和其中空气供应器配置为将混合的空气供应至氧气发生器。11.权利要求1的电化学电池，其中空气再循环器包括配置为将通过空气出口排出的空气直接转移至空气入口的空气流道。12.权利要求11的电化学电池，其中空气再循环器进一步包括设置在空气流道上的膜，和其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：权赫载，高正寔，李兴璨，
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