电化学电池以及特别是利用电沉积燃料的电池制造技术

本发明专利技术涉及一种用于发电的电化学电池，所述电化学电池包括阳极、阴极、充电电极和含有至少金属燃料离子和聚(乙二醇)四氢糠基乙醚的离子传导性介质。本发明专利技术还涉及通过在电池的阳极上电沉积金属燃料来使电池充电的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及ー种发电的电化学电池，更具体地涉及使用电沉积燃料的电池。电池的离子传导性介质包含有利于提高电沉积和/或扩展电池容量的添加剤。在本说明书中所引用的所有出版物、专利和专利申请，其全部通过引用结合于此。
技术介绍
众所周知电化学电池使用金属作为燃料。电化学电池使用电解液，一种溶剂分子和溶质离子的溶液，作为离子传导性介质也为人们所了解。由于溶剂分子与溶质离子之间的热力学作用使溶剂分子和溶质离子形成溶剂化物从而使电解液保持离子传导性。在使用金属作为燃料的此种电化学电池中，在放电过程中在作为阳极的燃料电极上金属燃料被氧化为可还原的金属燃料离子，氧化的金属燃料离子以可还原的形式留在电解质溶液中(作为溶剂化的离子，或是与其他离子结合，如在分子或络合物中)。在充电过程中，在电解液和燃料电极之间的界面上，可还原的金属燃料离子被还原为金属燃料，其现在用作阴极-从而通过该方法(被称为电沉积)将金属燃料镀在燃料电极。电解质溶液可含添加剤。电化学电池的电解液中使用添加剂已为人们所了解。此类装置的示例如第6，027，827号美国专利和第2009/0061293号美国专利申请，其全部内容并入本文中。用于不同的电化学系统的添加剂可包括亚硝酸盐、碘化锂、ニ氧化碳或ニ氧化硫。在电化学电池中使用添加剂的优点是，例如可通过在电极上形成离子传导层提高装置的电化学反应或减少对电极的润湿性问题。然而，其结果添加剂可能阻碍电化学电池的功能或效率。例如，再生电池中促进快速电镀的电解液可同时促进在电极上的金属燃料较不致密的电镀。然后较少的金属燃料可作为电化学电池在放电过程中的反应能量。专利技术概沭本专利技术的ー个方面提供ー种操作电化学电池的方法，其中所述电池包括第一电极；与第一电极隔开的第二电极；充电电极；连通电极的离子传导性介质，所述离子传导性介质包含可还原的金属燃料离子和含聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的添加剤，其中所述方法包括通过以下步骤给电化学电池充电i.在充当阳极的充电电极和充当阴极的所述第一电极之间施加电流，使得可还原金属燃料离子被还原以及在第一电极上电沉积为可氧化形式的金属燃料；ii.切断电流停止充电。该方法可进ー步包括使用电化学电池通过作为阳极的第一电极上的金属燃料氧化产生电流，并使作为阴极的第二电极上的氧化剂还原，从而产生从第一电极通过负载传导到第二电极的电子，以及氧化的金属燃料离子和还原的氧化剂离子反应形成副产物。本专利技术的另ー个方面提供ー种电化学电池，其包括用于在放电过程中氧化金属燃料和在再充电过程中还原可还原的金属燃料离子的第一电极；用于至少在放电过程中还原氧化剂的与第一电极间隔开的第二电极；用于在再充电过程中氧化氧化剂的可氧化离子的充电电扱；连通电极的离子传导性介质，所述离子传导性介质包含可还原的金属燃料离子和含聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的添加剤。在本专利技术的任何方面，所述充电电极可以选自(a)第二电极，(b)与第一和第二电极隔开的第三电极，(C)第一电极的ー个或多个本体，其中第一电极包括多个用于接收所述金属燃料的可渗透本体。在本专利技术的另ー个方面，提供用于可再充电产生电流的电化学电池中的离子传导性介质，所述离子传导性介质包含含有用于支持在电池的电极上的氧化和还原反应的离子的液体和用于提高电池性能的具有聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的添加剤。本专利技术的其他方面可从下面的详细描述，附图和所附权利要求中了解到。附图说明 图I是用于发电的带有ー叠可渗透电极本体的电化学电池的示意图；图2是带有一叠可渗透电极本体的用于通过在所述电极本体上的电沉积燃料生长充电的电化学电池的示意图；图3示出了在电解液和一叠可渗透电极本体的电极之间的界面上的电沉积，其中所述电解液不含添加剂；图4示出了在电解液和一叠可渗透电极本体的电极之间的界面上的电沉积的更放大的图，其中所述电解液不含添加剂；图5示出了电解液和一叠可渗透电极本体的电极之间的界面上的电沉积，其中所述电解液包含添加剤，聚(こニ醇)_ ニ酸(250)；图6示出了在电解液和一叠可渗透电极本体的电极之间的界面上的电沉积的更放大的图，其中所述电解液含添加剤，聚(こニ醇)_ ニ酸(250)；图7示出了在电解液和一叠可渗透电极本体的电极之间界面上的电沉积，其中所述电解液包含可商购的基于非聚(こニ醇)的添加剂；图8示出了在电解液和一叠可渗透电极本体的电极之间的界面上的电沉积的放大的图，其中所述电解液包含可商购的基于非聚(こニ醇)的添加剤。图9示出了在电解液和一叠可渗透电极本体的电极之间的界面上的电沉积，其中所述电解液含添加剤，聚(こニ醇)四氢糠基こ醚；图10示出了在电解液和一叠可渗透电极本体的电极之间的界面上的电沉积的更近的图，其中所述电解液含添加剤，聚(こニ醇)四氢糠基こ醚；图11示出了电池的电压对锌板在8M氢氧化钾中以50mA/cm2的电流密度氧化过程中所通过的总电荷的曲线图，包括含(实线)和不含(虚线)1.5mL/L的聚(こニ醇)四氢糠基こ醚，表明锌氧化的能力増加了 17% ；图12示出了电池的电压对锌板在8M氢氧化钾中以100mA/cm2的电流密度氧化过程中所通过的总电荷的曲线图，包括含(实线)和不含(虚线)1.5mL/L的聚(こニ醇)四氢糠基こ醚，表明锌氧化的能力増加了 35%。专利技术详述附图说明所要求保护的本专利技术的多个方面的实施方式。这些实施方式并非用于限制，而是仅仅作为便于理解所要求保护的本专利技术的原理的例子。目前描述的实施方式的原理可广泛地应用于任何将燃料，如金属燃料电沉积在燃料电极上(即，具有金属燃料的电极，其在放电过程中作为阳极)的电化学电池。这种电池可包括电池，例如金属-空气电池。例如，本专利技术原理可用于其中的电化学电池的一种非限制性例子示于2008年4月9日提交的第12/385，489号美国专利，其中的全部内容通过引用并入本文。其他的例子包括示于美国专利 12/385，217,12/631, 484,12/549, 617,12/885, 268,12/901, 410、61/249，217,61/301,377,61/325,384,61/378,021,61/394,954,61/358,339,61/383,510和61/243,970中的那些，其中每个内容通过引用并入本文。 图I示出了根据本专利技术实施方式的电化学电池的通常表示为10的另ー个实施例。如下面进ー步详细说明和讨论的，电化学电池10具有第一电极14和第二电极12。如这里所使用的，第一电极14是系统的燃料被氧化的地方。第一电极14包括电沉积在电传导性电极本体上的固体燃料形式的燃料，但通常可被称作第一电极14，甚至当没有燃料存在吋。如本文所用的，第二电极12是系统的氧化剂被还原的地方。在一种实施方式中，每个电池的第二电极12可提供为较小的、独立的以及个别多个第二电极12代替较大的“单ー阴扱”。如图I中所示，第一电极14和第二电极12可以被隔开来以界定其间的间隙60。一般间隙60可以是基本上空的间隙，可使流体从第一电极14流动到第二电极12或在两个电极间流动。优选地，沿电极长度(垂直的，如在图I所示)的间隙60的宽度基本上是恒定的，但在某些配置中，它可以被改变。通过间隙的流体，将在下面进ー步详细讨论。应当指出，电池中的流体流动的存在在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.16 US 61/304,9281.ー种操作电化学电池的方法，其中所述电池包括 第一电极； 与第一电极间隔开的第二电极； 充电电极； 连通电极的离子传导性介质，所述离子传导性介质含有可还原的金属燃料离子和含聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的添加剤， 其中所述方法包括通过以下步骤给电化学电池充电 1.在充电电极和所述第一电极之间施加电流，充电电极充当阳极以及第ー电极充当阴极，使得可还原的金属燃料离子被还原并在第一电极上电沉积为可氧化形式的金属燃料； .切断电流停止充电。2.权利要求I所述的方法，还包括使用电化学电池通过氧化作为阳极的所述第一电极上的金属燃料以及还原在作为阴极的所述第二电极上的氧化剂，从而产生从第一电极通过负载传导到第二电极的电子，以及氧化的金属燃料离子和还原的氧化剂离子反应形成副产物。3.权利要求I所述的方法，其中所述充电电极选自(a)第二电极，(b)与第一和第二电极间隔开的第三电极，或(C)第一电极的ー个或多个本体，其中第一电极包括多个间隔开的用于接收所述金属燃料的可滲透本体。4.权利要求2所述的方法，其中所述离子传导性介质是电解质水溶液。5.权利要求4所述的方法，其中所述电解质水溶液是碱性的。6.权利要求5所述的方法，其中所述电解质水溶液含氢氧化钾。7.权利要求I所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的浓度是0.5mL/L至4.OmL/L。8.权利要求4所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的浓度是在0.5mL/L至4. OmL/L之间。9.权利要求5所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的浓度是在0.5mL/L至4. OmL/L之间。10.权利要求6所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的浓度是在0.5mL/L至4. OmL/L之间。11.权利要求I所述的方法，其特征在于所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚有2-5个环氧こ烧单元。12.权利要求4所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚有2-5个环氧こ烷单J Li ο13.权利要求5所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚有2-5个环氧こ烷单J Li ο14.权利要求6所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚有2-5个环氧こ烷单J Li ο15.权利要求7所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚有2-5个环氧こ烷单J Li ο16.权利要求8所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚有2-5个环氧こ烷单J Li ο17.权利要求9所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚有2-5个环氧こ烷单J Li ο18.权利要求10所述的方法，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚有2-5个环氧こ烷单元。19.权利要求I所述的方法，其中至少再充电在约20°C至60°C之间进行。20.权利要求I所述的方法，其中所述的金属燃料是锌，可还原的金属燃料离子是可还原的锌尚子。21.权利要求5所述的方法，其中所述的金属燃料是锌，可还原的金属燃料离子是可还原的锌尚子。22.权利要求7所述的方法，其中所述的金属燃料是锌，可还原的金属燃料离子是可还原的锌尚子。23.权利要求9所述的方法，其中所述的金属燃料是锌，可还原的金属燃料离子是可还原的锌离子。24.权利要求11所述的方法，其中所述的金属燃料是锌，可还原的金属燃料离子是可还原的锌离子。25.权利要求13所述的方法，其中所述的金属燃料是锌，可还原的金属燃料离子是可还原的锌离子。26.权利要求15所述的方法，其中所述的金属燃料是锌，可还原的金属燃料离子是可还原的锌离子。27.权利要求17所述的方法，其中所述的金属燃料是锌，可还原的金属燃料离子是可还原的锌离子。28.权利要求I所述的方法，其中所述第一电极包括一系列间隔布置的可滲透的本体；其中 在电化学电池充电过程中 在充电电极和至少ー个可渗透电极本体之间施加电化学电流，充电电极充当阳极以及所述至少一个可渗透电极本体充当阴极，使得可还原的金属燃料离子被还原以及在所述至少ー个可滲透电极本体上电沉积为可氧化形式的金属燃料； 所述电沉积导致可滲透电极本体间的生长，使得电沉积的金属燃料在可滲透电极本体之间建立电连接。29.权利要求I所述的方法，其中所述第二电极是用于在放电过程中吸收和还原氧的空气电极。30.权利要求2所述的方法，其中所述第二电极是用于在放电过程中吸收和还原氧的空气电极。31.权利要求3所述的方法，其中所述第二电极是用于在放电过程中吸收和还原氧的空气电极。32.权利要求4所述的方法，其中所述第二电极是用于在放电过程中吸收和还原氧的空气电极。33.权利要求5所述的方法，其中所述第二电极是用于在放电过程中吸收和还原氧的空气电极。34.权利要求6所述的方法，其中所述第二电极是用于在放电过程中吸收和还原氧的空气电极。35.电化学电池包括 用于在放电过程中氧化金属燃料和在再充电过程中还原可还原的金属燃料离子的第ー电极; 用于至少在放电过程中还原氧化剂的与第一电极间隔开的第二电极； 用于在再充电过程中氧化氧化剂的可氧化离子的充电电极； 连通电极的离子传导性介质，所述离子传导性介质包含可还原的金属燃料离子和含聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的添加剤。36.权利要求29所述的电化学电池，其中所述充电电极选自(a)第二电极，(b)与第一和第二电极间隔开的第三电极，(C)第一电极的ー个或多个本体，其中第一电极包括多个间隔开的用于接收所述金属燃料的可滲透本体。37.权利要求30所述的电化学电池，其中所述离子传导性介质是电解质水溶液。38.权利要求37所述的电化学电池，其中所述电解质水溶液是碱性的。39.权利要求38所述的电化学电池，其中所述电解质水溶液含氢氧化钾。40.权利要求36所述的电化学电池，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的浓度是在O. 5mL/L 至 4. OmL/L 之间。41.权利要求37所述的电化学电池，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的浓度是在O. 5mL/L 至 4. OmL/L 之间。42.权利要求38所述的电化学电池，其中所述聚(こニ醇)四氢糠基こ醚的浓度是在O. 5m...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·A·弗莱森，T·特里姆伯尔，
申请(专利权)人：流体公司，
类型：
国别省市：