一种电池包括酸性电解质，其中化合物向该电解质提供酸性和进一步增加在氧化还原对中至少一种金属的溶解度。特别优选的化合物包括烷基磺酸、胺磺酸和烷基膦酸，和特别优选的氧化还原对包括Ｃｏ↑［３＋］／Ｚｎ↑［０］、Ｍｎ↑［３＋］／Ｚｎ↑［０］、Ｃｅ↑［４＋］／Ｖ↑［２＋］、Ｃｅ↑［４＋］／Ｔｉ↑［３＋］、Ｃｅ↑［４＋］／Ｚｎ↑［０］和Ｐｂ↑［４＋］／Ｐｂ↑［０］。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域为电池，且特别为氧化还原流动池(flow cell)。技术背景基于相对宽的范围的电对，很多类型的电池(battery)和其它能量池 (power cell)是已知的。含锌的那些电对在最受欢迎的电对中。锌被认为是可 在含水的室温电池中循环的最高能量对成分且因此通常用于众多的电池和 能量池应用。取决于配对搭档(coupling partner),这种含锌电池将呈现各种 特性。例如，在最简单的手电筒电池中锌与碳配对以提供相对便宜和可靠的电源。虽然Zn/C电池的制造通常简单和仅引起相对很少的环境影响，但是Zn/C电池存在各种缺点。尤其是，在通常使用的Zn/C电池中能量与重量的比相对差。为改善能量与重量的比，可使用替换的配对搭档和体系。例如， 锌可与氧化汞或银配对以实现改善的能量与重量比。但是，氧化汞的毒性在制造中是经常有问题的，并且当这种电池被丢弃时趋于变得甚至更有问 题。另一方面，虽然作为锌的配对搭档的银是环境基本中性的且显著改善 能量与重量比，但是使用银在很多场合是很不经济的。在更进一步已知的电池和能量池中，锌还与其它金属如镍或铜配对以 提供特定的期望特性。但是，并取决于具体金属，新的缺点可出现且特别 是包括制造和/或处理时的环境问题、相对低的能量与重量比和不期望的低 的开路电压。另外，可使用卣素作为锌的配对搭档，且最通常的锌-囟素对包括锌-溴和锌-氯(例如，用于负载调整电池)。但是，这种电池构造常常难以并入 便携式或小型化的装置中。而且，这种电池构造典型地需要泵送系统且经 常易于泄漏，产生由于来自游离囟素如氯和溴的危险的和环境的威胁的显 著问题。或者，氧可用作锌的气体配对搭档，因而通常避免与毒性、用于配对 搭档的超额成本或泄漏相关的问题。在这种构造中的各种优点中，使用空 气(即，氧)作为锌的配对搭档典型地导致相对高的能量和重量比。而且，锌 -氧体系典型地提供相对平坦的放电曲线。但是，这种电池的合理贮藏寿命 经常只可通过使用昂贵的镀铂的碳空气电极和气密性密封而实现。而且， 为提供连续的操作，空气必须具有通过电池至正极的无阻碍通道，使得空 气中的氧可用于使正极放电。而且，锌-空气电池的商业应用先前已被限定 于一次或不可再充电类型。由于使用碱性电解质，锌-空气电池经常出现另外的问题，该碱性电解 质典型地布置于多孔锌负极和由碳膜形成的空气正极之间。不幸地，在这 种电极中碱性电解质的使用经常导致二氧化碳的吸收，和因此导致碳酸盐 的形成，这又趋于降低电导率和堵塞电极的活性表面中的孔。因此，尽管在本领域中已知的电池和能量池中有许多用于锌的配对搭 档，但是它们全部或几乎全部都遭受一种或多种缺点。因此，仍需要提供 用于改进的电池的组合物和方法。
技术实现思路
本专利技术涉及具有双功能酸性电解质的电池，其中化合物(a)向该酸性电 解质提供酸性，和(b)增加在电池中提供电流的氧化还原电对的至少 一种金 属离子的溶解度。在本专利技术主题的 一个方面中，该酸性电解质为含水的电解质且特别预 期的化合物包括有机酸。特别优选的有机酸包括烷基磺酸(例如，甲磺酸) 和烷基膦酸(例如，曱膦酸)。更进一步优选的有机酸包括氨基取代的磺酸(任 选地具有取代的氨基)，和最优选氨基磺酸。在其它优点中，预期的酸典型 地是可容易得到的、化学和环境良好的，且对各种金属离子(例如，铈、锌、 或铅)呈现出众的溶剂化性质。在本专利技术主题的另一个方面中，该氧化还原对包括第一金属和第二金 属(其可以离子形式或者元素形式存在)，且该金属的至少一种是钴离子、锰 离子、铈离子、钒离子、钛离子、铅离子、或锌离子。但是，特别优选的氧化还原对包括C03+/ZnG、 Mn3+/ZnG、 Ce4+/V2+、 Ce4+/Ti3+、 Ce4+/ZnQ、 Co2+/Ce4+、 Co2+/Co3+、 ？1/+/ 1)()和？134+/2110。在本专利技术主题的进一步方面中，预期的电池可用作一次或者二次电池， 且可具有宽范围的容量(例如，至少10Wh 100,000kWh,和甚至更多)。尤 其是预期的电池具有相对高的容量的情况下，预期这种电池包括与电池单 元(battery cell)流体连通的负极电解质储蓄器(reservoir)和正极电解质储蓄 器，且该单元的至少一些可包括双极性电极。本专利技术的各种目的、特征、方面、和优点将通过与附图一起的下列本 专利技术的优选实施方式的详细描述而变得更加明晰。附图说明图1是根据本专利技术主题的示例性电池的示意图。 图2是包括多个池的示例性电池构造的示意图。 图3是描述示例性的Zn/Ce电池的放电容量的图。 图4是描述在1.8伏下放电的示例性的Zn/Ce电池的电流密度的图。 图5是描述充电过程中示例性的Zn/Ce电池的单元电压的图。 图6是描述在电解质中使用曱磺酸的示例性的Pb"/Pb。电池的放电容量 的图。具体实施方式本专利技术人已发现可制造电池，其中酸性电解质具有(a)向电解质提供酸 性和(b)增加形成氧化还原对的金属的至少 一种金属离子的溶解度的化合 物。溶解度优选通过络合物或者盐的形成而增加。从另一观点看，本专利技术 人发现增加所选金属(和特别是离子形式)在电解质中的溶解度的化合物将 有利地允许使用另外被认为是在具有酸性电解质的电池(且特别是二次电池) 中不适合的的氧化还原电对的氧化还原对。在此使用的术语"酸性电解质"是指具有小于7.0且更典型地小于4.0 的pH的电解质(即，导电的溶液)。也在此使用的术语"氧化还原对(pair)"与术语"氧化还原对(couple)"可交换地使用且是指在电池中的第一元素(或 该第一元素的离子)和第二元素(或该第二元素的离子)的组合，其中该第一 元素的还原和该第二元素的氧化产生该电池提供的电流。更优选地，该氧 化还原对中的第一和第二元素不同，且在氧化还原对的第一和第二元素相 同(具有不同氧化态)的情况下，具体地由￥5+/￥2+形成的氧化还原对。在此进一步使用的术语"负极(anode)"指在电池的放电过程中电池的 负极(即，氧化发生的电极)。因此，术语"负极室"指包括该负极的电池室， 和术语"负极电解质"指在该负极室中的电解质。类似地，术语"正极 (cathode)"是指在电池的放电过程中电池的正极(即，还原发生的电极)。因 此，术语"正极室，，指包括该正极的电池室，和术语"正极电解质"指在 该正极室中的电解质。更进一步在此使用的术语"化合物增加金属离子"在电解质中"的溶 解度"意味着金属离子在包括该化合物的电解质中的的溶解度比相同金属更典型地高至少20%，和还更典型地高至少50%。例如，虽然Ce"在含水 的硫酸中仅具有微小的(marginal)溶解度，但是Ce"在约50%(体积)曱磺酸的 水溶液中具有超过100g的溶解度(以碳酸铈计)。在一个优选的电池构造中，氧化还原对由锌和钴在酸性电解质中形成， 其中该酸性电解质包括曱磺酸以提供电解质的酸性和增加Zn2+、 Co3+、和/ 或Co"在酸性电解质中的溶解度。基于先前的实验(以下)，这样的氧化还原 对具有约2.6伏的开路电压，其优于许多其它氧化还原对。在这种构造中， 本专利技术人预期，遵循下面的方程式(I),锌在电池放电时溶解在溶液中并且 在充电过程中镀到电极上。在另一个电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电池，其包括：酸性电解质，其中有机酸向该酸性电解质提供酸性；其中与不具有该化合物的电解质相比，该化合物进一步增加至少一种金属离子的溶解度；其中该金属离子和第二金属，任选地以离子形式，形成提供该电池的电流的氧化还原对；和 条件是在该金属离子和该第二金属为铅时，该化合物不是硫酸，不是烷基磺酸，且不是胺磺酸。
【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：罗伯特L克拉克，布赖恩J多尔蒂，斯蒂芬哈里森，J彼得米林顿，萨马里什莫汉塔，
申请(专利权)人：普拉里昂有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
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