电子式可再充电的金属-空气电池组系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种完全电子式可再充电的金属-空气电池组系统以及实现这样的系统的方法。可再充电金属空气电池组电池可包括金属电极、空气电极、以及将该金属电极与该空气电极间隔开的水性电解液。在一些实施例中，所述金属电极可直接接触该电解液，并且在所述空气电极与所述电解液之间无需设置任何隔板或多孔膜。可再充电金属空气电池组电池可通过在第一电池组电池的金属电极与第二电池组电池的空气电极之间的中心电极连接而相互电连接。可在个别金属空气电池组电池之间设置空气通道，在一些实施例中，可设置电解液流动管理系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

技术介绍
随着联合老化电网基础设施以及整合来自比如风能、太阳能及海浪的大规模可再生能源的间歇性发电资源，为了实现电网的电力供应稳定性以及在高峰期和非高峰期转变电力供应，开发有效能量储存技术的需要日益增多且迫在眉睫。公用事业正以具有成本效益的方式寻求各种方法帮助增加清洁能源给电网、防止停电且管理高峰负荷，而不会增加额外的发电容量。电池被认为是在比如风力发电和太阳能发电场的可再生能源的扩张及大规模采用中的关键元件。迄今为止，由于若干原因，尚没有电池组系统已在该应用中获得商业上的成功。一个原因就是现有的电池组系统成本过高。因此，公用事业主要采用燃气轮机来根据需要提供峰值电力。然而，它们不如真正的储存装置通用或合用，比如电池。目前电池组的循环寿命过低，使得真实寿命成本远高于初始成本。而且许多电池(比如钠硫电池)在升高的温度下操作，含有危险化学品，可能具有可燃材料，或可能经受失控反应，比如在锂基电池中发生的那些。简而言之，目前没有任何商业上的电池技术以用于公用事业的商业上可行的价格及可行的寿命提供大规模电池的大小、合适的性能以及长放电/充电循环寿命。因此，需要改进的电池组系统。还需要商业上可行的可再充电电池配置。
技术实现思路
为克服所有这些问题，根据本专利技术的一方面，已提供了一种新的电子式可再充电金属-空气系统设计/化学组成。金属-空气电池设计合并有大量新颖且以前未曾探索的化学品、材料、结构以及设计变化。这些重要的变化和修改将在下文中更加详细地描述。在一些实施例中，该金属-空气电池可以是锌-空气电池。迄今为止，独立的第三方测试已验证所提出的锌-空气电池可放电且充电200次以上，而没有证据表明空气阴极降解，因此预期了更长的寿命。可将本文中所列出的修改中的一些(或全部)结合起来，从而获得具有长循环寿命的电池性能，长循环寿命可以使锌空气系统是负担得起的且实用的。本专利技术的一方面是针对可再充电金属空气电池组电池的，其包括:金属电极；空气电极；以及在该金属电极与该空气电极之间的水性电解液，其中，所述金属电极直接接触该电解液，并且在所述空气电极与所述电解液之间没有设置任何间隔件。在一些其它的实施例中，在所述空气电极与所述电解液之间没有设置任何间隔件。本专利技术的另一方面是针对可再充电金属空气电池组电池系统的，其包括:金属电极；空气电极；以及电解质水溶液，其具有的PH值为在约3至约10的范围内，其中，该电池组电池系统能够进行至少500次放电和再充电循环，而不会有材料的物理降解或电池组电池系统性能的大幅下降。根据本专利技术的另一方面，可提供一种电池组电池组件。该电池组电池组件可包括第一电池，该第一电池包括金属电极、空气电极以及位于它们之间的电解液；和第二电池，该第二电池液具有金属电极、空气电极以及位于它们之间的电解液。这两个电池是以电池#1的金属电极接触电池#2的空气电极的方式连接的。这会允许在电池#1的金属电极与电池#2的空气电极之间形成空气空间或通道。在该结构中，所述金属电极和空气电极是相互平行且水平定向的。在一些实施例中，所述金属电极和空气电极可以是基本上垂直对准的。本专利技术的另一方面提供了一种能量储存系统，其包括:电解液供应组件，该供应组件具有用于根据需要将电解液分配给底层金属空气电池组电池的流动控制特征；以及一个以上的金属空气电池组电池，其包括至少一个具有溢流部分的端口，其中，该流动控制特征允许过量或过剩的电解液在每个电池中溢流，前提是如果电解液容积大幅增加的话，或者用电解液填充个别电池，前提是如果在一特定电池中的电解液容积减少的话。在一些实施例中，所述流动控制特征可以是在该溢流部分上方垂直对准的。根据本专利技术的另一方面，可提供一种用于储存能量的方法。该方法可包括接收在电解液供应箱里的电解液；如果在所述电解液供应箱里发生溢流，那么允许一些电解液从电解液供应箱落至底层第一金属-空气电池组电池；以及如果在所述底层金属-空气电池组电池里发生溢流，那么允许一些电解液从所述底层第一金属-空气电池组电池落至第二金属-空气电池组电池或收集箱。该电解液级联效应确保甚至在电解液膨胀、收缩或蒸发时，在所有电池中的电解液液位是满的(以便保持良好的电接触)，并且是大致相等且处于同一液位的电解液容积。根据本专利技术的其它方面，可提供其它的方法。一种用于储存能量的方法可包括提供一个以上的在其之间带有空气空间的双极空气电极(可称之为“中心电极”(centiOde))，更具体地说，其具有与第二电池的空气电极接触的第一电池的金属电极，其中，在所述金属电极和所述空气电极之间设有空气通道；以及提供在所述一个以上的中心电极上方延伸的第一框架和在所述一个以上的中心电极下方延伸的第二框架，其中，所述第一电池包括在所述金属电极上方且由所述第一框架封闭用于接收电解液的空间，并且所述第二电池包括在所述空气电极下方且由所述第二空间封闭用于接收电解液的空间。在一些实施例中，可提供中心电极，如在本文中其它地方描述或示出的那样。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于储存公用事业能量的系统，该系统可包括多个垂直堆栈的金属-空气电池，其包括至少一个框架，其中，在个别电池之间设有一个以上的空气通道；用于将电解液分配给一个以上电池或电池堆栈的电解液流动管理系统；以及用于提供空气流动穿过所述一个以上空气通道的空气流动组件。在一些实施例中，该电解液管理系统可与所述一个以上的框架集成在一起。当结合下面说明以及附图一起考虑时，将进一步理解和明白本专利技术的其它目标及优点。虽然下面的说明可能包含描述本专利技术特定实施例的具体细节，但是这不应该被解释为对本专利技术范围的限制，而是作为潜在或优选实施例的例示。就本专利技术的每一个方面来说，如本文中所建议的那样，对于本领域普通技术人员是公知的许多变化是可能的。在不脱离本专利技术精神的情况下，在本专利技术的范围之内，可进行各种改变及修改。以引用方式并入如同专门且单独地指明将每个单独的公开、专利或专利申请以引用的方式并入一样，在本说明书中提到的所有公开、专利以及专利申请以相同的程度通过引用的方式并入到本文中。附图说明在所附的权利要求书中特别阐述了本专利技术的新颖特征。下面的详细说明阐述了利用本专利技术原理的说明性实施例，通过参考下面的说明以及附图将会更好地理解本专利技术的特征及优点，在附图中:图1示出了根据本专利技术实施例的在水平方向上布置的可再充电金属-空气电池。图2示出了可堆叠于相互顶部之上的个别电池的示例。图3示出了根据本专利技术实施例的单电池等轴测剖视图。图4A示出了用于保持水平方向布置的电池装置里的基本上恒定且均匀的电解液液位的系统，所述电池可共享根据本专利技术实施例的共同的电解液填充口以及再循环箱。图4B示出了根据本专利技术另一实施例的用于保持在带有并排电池的多个电池里的电解液液位的另一系统，并排的电池共享填充口和单独的箱或充电器，从而将用过的电解液替换为充电的电解液。图5示出了电池组堆栈结构的示例。图6示出了根据本专利技术实施例的用于能量储存系统的集中的电解液管理端口的示例，该端口允许每个电池填充并且级联或溢流至其它的电池里。图7示出了电池组堆栈结构的另一视图，该结构带有竖直方向的金属电极-空气电极连接并且还带有水平方向的冗余以便绕过失效的电池。图8A示出了根据本专利技术实施例的用于电池组模块的绝缘货物容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S阿曼朵拉，L约翰逊，M宾德，M孔兹，PJ布莱克，M奥斯特，S沙普戈德曼，T丘克，R约翰逊，
申请(专利权)人：EOS能源储存有限责任公司，
类型：
国别省市：