具有收集盘的电化学电池制造技术

一种电化学电池，包括：燃料电极，被配置为当燃料电极与相关联的阴极被连接到负载时作为阳极运行以消耗燃料。或者存在于或者流过电化学电池的离子导电介质被配置为传导离子并且参与阳极和阴极之间的电化学反应。电池进一步包括含有催化剂材料的收集盘以诱导可以从燃料电极上以固态形式分离的燃料和/或燃料添加剂的沉淀物的离子化。收集盘可被定位以防止离子导电介质中的沉淀物的拥塞或者电断开连接的燃料和/或添加剂的浪费。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及电化学电池。
技术介绍
电化学电池可以具有一种水淹式或“湿式”的结构，该结构利用液体电解液以在阳极和阴极之间传导离子及支持电化学反应。尽管一些电化学电池例如铅酸电池中的那些电化学电池可以利用池中静态量的电解液，但是其它的电化学电池可以利用流动结构。在这样的流动结构中，电解液可以可能地自被配置以盛有过量的电解液的容器和/或到被配置以盛有过量的电解液的容器而流经电池。具有流动或静态结构的水淹式电化学电池可以是多种类型，包括但不限于铅_酸、金属_空气、N1-ZruAg-Zn和Ni_Cd。金属-空气电化学电池的一个例子典型地包括作为阳极(金属燃料在该阳极被氧化)的燃料电极和作为空气呼吸式阴极(来自环境空气中的氧气在该阴极被还原)的氧化剂电极。电池的电解液可支持氧化/还原离子的反应。例如，参见美国专利申请公开第2009/0284229号，通过引用的方式将该美国专利申请公开第2009/0284229号整体并入于此。在一些电化学电池中，或者在放电模式期间金属燃料的消耗期间，或者当在再充电模式期间金属燃料被还原到燃料电极上时，金属燃料的颗粒或沉淀物可以从燃料电极分离。这种活性物质的损失可以导致降低的电池容量，从而降低电池的寿命。此外，任何分离并流入流动结构电池中的电解液中的活性物质可能会以可使电池中的电极短路的方式聚集/凝聚，从而影响蓄电池/电池的性能。处理电化学电池中的这些颗粒和/或沉淀物的各种尝试是已知的。例如，在公开为美国专利申请公开第2011/0086278号的美国专利申请第12/901，410号中示出了一种这样的设备，通过引用的方式将该申请的整体并入于此。本申请还致力于提供一种有效的和改进的再生燃料的方法，该燃料以分离来自燃料电极的沉淀物或颗粒的形式存在，以减少电池中的沉淀物积聚并且保持电池的容量和性倉泛。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种电化学电池，其包括:包含金属燃料的燃料电极，与燃料电极隔开的氧化剂电极，用于在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持在燃料电极和氧化剂电极上的电化学反应的离子传导介质；以及被放置为由分离来自燃料电极的金属燃料的颗粒接触的收集盘。在放电期间，燃料电极和氧化剂电极被配置为在燃料电极氧化金属燃料并且在氧化剂电极侧还原氧化剂以在其间产生用于施加到负载的放电电势差。收集盘包含用于局部性地在收集盘上对接触收集盘的金属燃料颗粒的氧化和离子导电介质中的阳离子的还原进行催化的催化剂材料。本专利技术的其他方面将从下面的具体实施方式、附图和所附权利要求中变得显而易见。附图说明现在将参照所附示意图仅以示例的方式描述本专利技术的实施例，附图中相应的附图标记表示相应的部件，并且其中:图1A和IB图示了分别具有静态和流动结构的水淹式/非涂膏式电化学电池的示意图；图2图示了具有包括两个电化学电池的流动结构的电化学电池系统的横截面图；图3图示了图2的电化学电池系统的分解图；图4图示了图2的电化学电池中的一个电化学电池的电极支座；图5图示了图4的支持燃料电极的电极支座以及多个连接到该电极支座的隔离件；图6更详细地图示了图5的隔离件中的一个隔离件；图7更详细地图示了图6的隔离件与图4的电极支座之间的连接；图8更详细地图示了由图4的电极支座部分地限定的流化区域；图9A和9B分别图示了图1A和IB的实施例，其进一步包括包含在该实施例中的至少一个收集盘；图10图示了图2的进一步包括安装到电极支座的收集盘的电化学电池系统的实施例的局部横截面图；图11图示了图10的收集盘的可替换实施例。图12图示了图10的电池的实施例，显示了包括收集盘的实施例的电极支座；图13图示了图12的电池的可替换实施例，其包含收集盘的可替换实施例，还包含连接到电极支座的多个隔离件；图14图示了图12的电池的可替换实施例，其包含电极支座的可替换实施例；图15图示了图14的电池的可替换实施例，其包含收集盘的可替换实施例，还包含连接到电极支座的多个隔离件；图16图示了图15的电化学电池的另一个实施例，其进一步包括遍布该电池的多个收集盘；图17示意性地图示了根据本专利技术的实施例的电源和外部负载和电化学电池之间的电连接；图18示意性地图示了根据本专利技术的实施例的电源和外部负载和电化学电池之间的电连接；具体实施例方式图1A和IB示意性地图示了通用的电化学电池系统100，每个电化学电池系统100包括单个电化学电池10。如图1A中所示，电池系统100可以具有水淹式(即湿式)或其他非涂膏式电池结构，同时具有由离子导电介质分离的阳极A和阴极C。如图1B中所示，电池系统100还可以具有流动结构，其中离子导电介质可以从电池10流出进入过量离子导电介质的贮存器R中，该贮存器可以根据需要进行补充。该流动结构可被流量泵FP(未示出)驱动，这在下面被更详细地描述。图2和图3图示了具有类似于图1B的通用流动结构的结构的电化学电池系统100。根据本专利技术的一个实施例，图2和图3的电化学电池系统100包括两个电化学电池10。如图所示，每个电池10包括燃料电极12，和与燃料电极12隔开的氧化剂电极14。燃料电极12被电极支座16支撑。如图2中所示，电化学系统100还包括用来在系统100的一侧上覆盖电化学电池10的盖子19，而其中一个电极支座16被用来覆盖系统100的相对侧。如以下进一步详细讨论的，在一个实施例中，燃料电极12是当电池10工作于放电或发电模式时用作阳极的金属燃料电极。如以下进一步详细讨论的，在一个实施例中，该燃料电极12可以包括可渗透电极体12a，诸如由任何能够通过电沉积或者其它方式捕获并保留来自循环于电池10中的离子导电介质的金属燃料颗粒或金属燃料离子的形式制成的筛。在各种实施例中，电池10的燃料可以是金属，诸如但不限于铁、锌、铝、镁、镍、锂、铅和镉。通过金属，该术语意味着包括在元素周期表上被视作金属的所有元素，包括但不限于当汇集到电极体上时或者以原子、分子(包括金属氢化物)的形式或者以合金的形式存在的碱金属、碱土金属、镧系元素、锕系元素以及过渡金属。然而，本专利技术不意图限于任何特定的燃料，并且可以使用其它燃料。可以把燃料作为悬浮于离子导电介质中的颗粒提供给电池10。该离子导电介质可以为水溶液。适宜的介质的实例包括含有硫酸、磷酸、三氟甲磺酸、硝酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钠、硝酸钾或氯化锂的水溶液。该介质还可以使用非水溶剂或离子液体。在这里所描述的非限制性的实施例中，该介质是氢氧化钾水溶液。在其他实施例中，电解液可以是酸性的。例如，在电池具有铅酸结构的情况下，电解液可以包括硫fe。正如下面进一步详细讨论的，当电池10被连接到负载并且电池10在放电或发电模式时，当燃料电极12作为阳极工作时燃料可以在燃料电极12上被氧化，并且当氧化剂电极14作为阴极工作时氧化剂(例如氧气)可以在氧化剂电极14上被还原。在放电模式期间发生的反应在离子导电介质中产生副产品沉淀物，例如可还原的燃料种类。例如，在燃料为锌的实施例中，氧化锌被作为副产品沉淀物/可还原的燃料种类而产生。在下面进一步详细讨论的，在再充电模式期间，副产品沉淀物(例如氧化锌)可以可逆地被还原并作为燃料(例如锌)沉积到燃料电极12上，该燃料电极12在再充电模式期间用作阴极。在再充电模式期间，如下所述，或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.19 US 61/365,6451.一种电化学电池包括: 包含金属燃料的燃料电极； 与所述燃料电极隔开的氧化剂电极； 用于在所述燃料电极和所述氧化剂电极之间传导离子以支持在所述燃料电极和所述氧化剂电极上的电化学反应的离子导电介质；以及 被定位为被从所述燃料电极分离的所述金属燃料的颗粒所接触的收集盘； 其中所述燃料电极和所述氧化剂电极被配置为，在放电期间，在所述燃料电极处氧化所述金属燃料并且在所述氧化剂电极处还原氧化剂以在其间产生放电电势差以用于施加到负载；以及 其中所述收集盘包含用于局部性地在所述收集盘上对接触所述收集盘的所述金属燃料的颗粒的氧化和所述离子导电介质中的阳离子的还原进行催化的催化剂材料。2.根据权利要求1所述的电化学电池，进一步包括选自由(a)所述氧化剂电极和(b)与所述燃料电极和所述氧化剂电极隔开的独立充电电极所组成的组的充电电极。3.根据权利要求2所述的电化学电池，其中所述燃料电极和所述充电电极被配置为，在再充电期间，通过在所述燃料电极和所述充电电极之间来自电源的再充电电势差的施力口，还原所述金属燃料的可还原种类以将所述金属燃料电沉积在所述燃料电极上以及氧化所述氧化剂的可氧化种类。4.根据权利要求3所述的电化学电池，其中所述燃料电极包括以间隔分开的关系布置的一系列可渗透电极体； 其中所述可渗透电极体的所述间隔分开的关系能够使得所述再充电电势差施加在所述充电电极和至少一个所述可渗透电极体之间，其中所述充电电极用作所述阳极并且以所述至少一个可渗透电极体用作所述阴极，使得所述可还原燃料种类在所述至少一个可渗透电极体上被还原并且以可氧化的形式被电沉积为所述金属燃料，借此所述电沉积引起所述金属燃料在所述可渗透电极体之间的生长使得所述电沉积的金属燃料在所述可渗透电极体之间建立电连接。5.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述催化剂材料包括镍、钼、钯、铑、银、金或钛，或者其合金、氧化物或离子。6.根据权利要求1所述的电化学电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·A·弗里森，R·克里施南，G·弗里森，
申请(专利权)人：流体公司，
类型：
国别省市：