用于流体消耗电池的流体调节微型阀装置制造方法及图纸

一种用来在电化学电池中控制流向流体消耗电极（例如氧气还原电极）的流体流量的流体调节微型阀装置。该微型阀装置包括静止的阀体和微型致动器，该阀体包括聚合物、弹性体或橡胶，并且具有一孔，该致动器可以从流体不能通过微型阀体孔的第一位置运动到流体能够通过微型阀体孔中的至少一个孔的第二位置。该流体调节微型阀装置可以使用电池的电势或单独的电源来打开和关闭微型阀。该流体调节微型阀装置可以设置在电池壳体的外部或电池壳体的内部，例如在一个或多个流体入口孔与流体消耗电极之间。本发明专利技术包括一种使用印刷方法来沉积多层微型阀装置中的至少一层来制造一种多层微型阀装置的方法，特别是在流体去极化电池中使用的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流体消耗电池的流体调节微型阀装置
本专利技术涉及适合用于在电池壳体的内部与外部之间控制一种或多种流体(特别是气体)的流量的流体调节微型阀装置，该电池(例如燃料电池或电池组)最好是包含该流体调节微型阀装置的空气去极化电池或空气辅助电池以及燃料电池和电池组。本专利技术公开了流体调节微型阀装置和包含该流体调节微型阀装置的电池的制造方法。
技术介绍
使用一种来自电池外部的流体(例如氧气或其它气体)作为活性物质来产生电能的电化学电池可以用来为各种电子装置提供电力，该电化学电池例如为空气去极化电池、空气辅助电池和燃料电池的电池组电池。例如含有氧气的空气进入空气去极化电池或空气辅助电池中就可以用来作为正电极活性物质或再补充正电极活性物质。该氧气还原电极促进氧气与电池电解液的反应，并且最终使带有氧气的负电极活性物质氧化。氧气还原电极中促进氧气与电解液发生反应的物质通常被称为催化剂。但是，在氧气还原电极中使用的某些物质并不是真正的催化剂，因为它们可能处于至少部分还原的状态，特别是在较高速放电期间。空气去极化电池的一种类型是锌/空气电池。这种电池使用锌作为负电极活性物质，并且具有碱溶液(例如氢氧化钾)电解质。可以在锌/空气电池中的空气电极中使用的氧化锰能使电化学还原能够与负电极活性物质的氧化一齐进行，特别是在进入空气电极内的氧气扩散速度不够的情况下。随后，这些氧化锰在低速放电或停止放电期间将被氧气重新氧化。空气辅助电池是混合式电池，该电池包含可消耗的正和负电极活性物质以及氧气还原电极。该正电极可以保持很长时间的高速放电，但是通过氧气还原电极，在低速或不放电期间，氧气只能部分地使正电极重新充电，从而氧气可以用于电池总放电容量的很大部分。这就意味着可以减少放入电池内的正电极活性物质的量并且增加负电极活-->性物质的量，以便增加总电池容量。美国专利6,383,674和美国专利5,079,106中已经公开了空气辅助电池的若干实例。空气去极化电池、空气辅助电池和燃料电池的一个优点是它们具有较高的能量密度，因为电极中的至少一个电极的至少一部分活性物质是来自该电池外部的一种流体(例如气体)或者是由该流体再生的。这些电池的一个缺点是它们能达到的最大放电速度将受到氧气能进入该氧气还原电极的速度的限制。在过去，已经作出了许多努力来增加氧气进入氧气还原电极的速度和/或控制不良气体(例如二氧化碳)的进入速度，二氧化碳将引起无用的反应，以及控制水的进入或损耗的速度(它取决于电池内和外部的相对的水蒸汽分压力)，这些气体会使电池中的空隙充满，该空隙分别旨在用来容纳放电反应生成物的增加体积或使电池干燥。这些方法的实例可以在美国专利6,558,828；6,492,046；5,795,667；5,733,676；专利公开文本No.2002/015814和国际专利公开文本WO 02/35641中找到。但是，改变这些气体中的一种气体的扩散速度通常将会对其它气体造成影响。尽管已经做出许多努力来平衡氧气扩散的高速度与二氧化碳和水扩散的低速度的需要，但是迄今只取得有限的成功。在较高的放电速度期间，使足够的氧气进入氧气还原电极是更重要的，但是在低速放电期间和在电池不使用期间，使二氧化碳和水的扩散减至最少的重要性增加了。为了只在高速放电期间使进入电池的空气流量增加，使用了风扇来迫使空气进入电池(例如美国专利6,500,575)，但是风扇及其控制装置将增加成本和制造的复杂性，并且风扇(即使是微型风扇)也将占有单个电池、多个蓄电池组合和装置内的宝贵的容积。提出的另一种方法是使用微型阀来控制进入电池的空气量(例如美国专利6,641,947和美国专利公开文本No.2003/0186099)，但是需要外部装置(例如风扇和/或比较复杂的电子装置)来操纵该微型阀。另外一种方法是在氧气还原电极与具有舌片的外部环境之间使用一张水不能透过的薄膜，该舌片可以根据例如当电池放电时的氧气消耗而产生的空气中的压差来打开和关闭。(例如美国专利公开文本No.2003/0049508)。但是，该压差可能很小并且将受到电池外部的大-->气情况的影响。利用微型阀来控制进入电池的气体的量另外的一些方法在美国专利5,304,431；5,449,569；5,541,016；和5,837,394中进行了叙述，其中，微型阀使用硅或半导体基底，并且通过蚀刻、沉积和微机械加工方法而制成，这些专利的内容通过引用结合在本文中。微型致动器还在美国专利4,969,938；5,069,419；5,271,597中进行了描述，并且也在某些出版物中进行了描述，例如美国在1993年10月出版的《仪表与器械新闻》(IAN)第47页以及在1993年11月出版的《电子设计》第3页上的“Fluister：半导体微型致动器”一文中进行了描述。
技术实现思路
鉴于以上情况，本专利技术的一个目的是提供一种成本低而又可靠的流体调节微型阀装置，该微型阀装置的生产费用较低，并且便于流水作业进行生产。本专利技术的另一个目的是提供这样一种流体调节微型阀装置，该装置的尺寸较小，在装有该微型阀装置的电池中只占有较小的容积，从而可使用于能量产生部分的容积达到最大。本专利技术的又一个目的是提供这样一种电池，特别是一种燃料电池或电池组，该电池具有流体消耗正电极(最好是氧气还原电极)和流体调节微型阀装置，该装置允许该电池高速放电，并且在低速放电或不放电期间能量损失较低甚至没有能量损失。本专利技术的再一个目的是提供这样一种多层微型阀装置，该装置可以具有复杂的结构，并且可以高效地和经济地以高速度进行生产，最好在至少一个用来制造该微型阀装置的步骤期间使用印刷工艺。因此，本专利技术的一个方面是提供这样一种用于电化学电池的微型阀装置，该装置包括一静止的微型阀体以及一可动的微型致动器，该阀体包括聚合物、弹性体或橡胶，并且具有设置在第一表面与第二表面之间的孔，该微型致动器与微型阀体相连接，并且能够在流体不能通过微型阀体孔的第一位置与允许流体通过微型阀体孔的第二位置之间运动，并且该微型致动器是热致动的。本专利技术的另一方面是提供这样一种电化学电池，该电池包括具有-->一个或多个流体入口孔的壳体、负电极、流体消耗正电极、以及微型阀装置，该微型阀装置在操作上与该一个或多个流体入口孔相连接以便控制流体流向流体消耗正极的流体通道，其中，该微型阀装置包括：(a)静止的微型阀体，该微型阀体包括聚合物、弹性体或橡胶，并且具有设置在第一表面与第二表面之间的孔；以及(b)可动的微型致动器，该微型致动器与微型阀体相连接，并且能够在流体不能通过微型阀体孔的第一位置与允许流体通过微型阀体孔的第二位置之间运动。本专利技术的再一方面是提供这样一种用于制造微型阀装置的方法，该方法包括以下步骤：制作具有一层或多层的微型阀体；制作具有一层或多层的微型致动器；以及在操作上将微型阀体与微型致动器相连接，其中，微型阀体包括从第一表面延伸穿过该阀体到第二表面的孔，其中，所述一个或多个的微型阀体或微型致动器层的制作，或所述两者的制作都包括使用印刷方法，以及该微型致动器在操作上与微型阀体相连接，并且能够在流体不能通过微型阀体孔的第一位置与允许流体通过微型阀体孔的第二位置之间运动。对于本
的普通技术人员来说，本专利技术的上述和其它的特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电化学电池的微型阀装置，包括：静止的微型阀体，该阀体包括聚合物、弹性体或橡胶，并且具有设置在第一表面与第二表面之间的孔；以及可动的微型致动器，该微型致动器与该微型阀体相连接，并且能够在第一位置与第二位置之间移动，在该 第一位置，流体不能流过该微型阀体孔，在该第二位置，可允许流过该微型阀体孔，并且该微型致动器是热致动的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-10-29 60/522,7041.一种用于电化学电池的微型阀装置，包括：静止的微型阀体，该阀体包括聚合物、弹性体或橡胶，并且具有设置在第一表面与第二表面之间的孔；以及可动的微型致动器，该微型致动器与该微型阀体相连接，并且能够在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置，流体不能流过该微型阀体孔，在该第二位置，可允许流过该微型阀体孔，并且该微型致动器是热致动的。2.权利要求1所述的微型阀装置，其中，微型阀体包括基底和至少一个印刷层。3.权利要求2所述的微型阀装置，其中，绝缘层印刷在基底的至少一部分上。4.权利要求3所述的微型阀装置，其中，绝缘层具有弧形的上表面，以及，分离层设置在绝缘层的弧形的上表面上。5.权利要求4所述的微型阀装置，其中，微型阀体的绝缘层包括凸台，该凸台作为凸缘围绕在阀体孔的周围。6.权利要求1所述的微型阀装置，其中，微型致动器包括至少一个印刷层。7.权利要求1所述的微型阀装置，其中，微型致动器包括电阻性材料层。8.权利要求7所述的微型阀装置，其中，电阻性材料层包括金属或者包含导电颗粒的聚合物。9.权利要求1所述的微型阀装置，其中，微型阀装置包括从设置在微型阀体上的第一导线延伸到可动的微型致动器的电阻性材料层再到微型阀体的第二导线的一段电路。10.权利要求9所述的微型阀装置，其中，当将电势施加在第一导线与第二导线之间时，电阻性材料层将发热并且产生变形以便离开微型阀体孔到达第二位置。11.权利要求1所述的微型阀装置，其中，微型阀装置包括在操作上连接在微型阀体上的锁闩。12.权利要求1所述的微型阀装置，其中，微型阀装置包括能够在第一位置与第二位置之间控制微型致动器运动的集成控制装置。-->13.权利要求1所述的微型阀装置，其中，可动的微型致动器通过一个或多个印刷支承部在操作上连接在微型阀体上，并且，可动的微型致动器包括薄膜片和印刷在该薄膜片上的电阻性材料层。14.权利要求13所述的微型阀装置，其中，微型致动器包括一与薄膜片的底面相连接的凸台，该凸台将在第一位置时密封该微型阀体孔，从而防止流体经该微型阀体孔流动。15.权利要求13所述的微型阀装置，其中，可动的微型致动器包括从第一导线延伸到电阻性材料层再到第二导线的一段电路，以及，施加在第一导线与第二导线之间的电势将使微型致动器产生变形，并且从第一位置移动到第二位置。16.一种电化学电池，包括：壳体，该壳体包括一个或多个流体入口孔、负电极、流体消耗正电极、以及微型阀装置，该微型阀装置在操作上与该一个或多个流体入口孔相连接，以便用来控制流体流向该流体消耗正极的通道，其中，该微型阀装置包括：(a)静止的微型阀体，该微型阀体包括聚合物、弹性体或橡胶，并且具有位于第一表面与第二表面之间的孔；以及(b)可动的微型致动器，该微型致动器与该微型阀体相连接，并且能够在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置，流体不能流过该微型阀体孔，在该第二位置，可允许流过该微型阀体孔。17.权利要求16所述的电化学电池，其中，在从第一位置移动到第二位置时，微型致动器从微型阀移动离开，以及在从第二位置移动到第一位置时，微型致动器移向微型阀体。18.权利要求16所述的电化学电池，其中，微型阀体和微型致动器中的至少一个包括印刷层。19.权利要求16所述的电化学电池，其中，流体消耗正电极是氧气还原电极，以及，微型致动器是热致动的。20.权利要求16所述的电化学电池，其中，微型阀装置包括控制装置，该控制装置适合用来检测在壳体内的流体水平，并且能够跨接在微型阀装置上施加一个电势。21.权利要求19所述的电化学电池，其中，微型阀装置被沉积在电池壳体的内部或者电池壳体的外部。22.权利要求21所述的电化学电池，其中，该电池可以设置在其-->上安装有微型阀装置的设备的内部。23.权利要求21所述的电化学电池，其中，该电池可以放置在其上安装有控制装置的至少一部分的设备的内部，该控制装置用来检测在电池壳体内的流体水平，并且能够跨接在微型阀装置上施加一个电势。24.权利要求21所述的电化学电池，其中，该电池是用来操纵微型阀装置的单独的电源。25.权利要求16所述的电化学电池，其中，微型阀装置在操作上连接在一个或多个流体入口孔与流体消耗正电极之间。26.权利要求16所述的电化学电池，其中，该电池是空气去极化电池、空气辅助电池或燃料电池。...

【专利技术属性】
技术研发人员：B小舒姆，
申请(专利权)人：永备电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]