使用薄膜或风箱之金属-空气电池的空气管理系统技术方案

本发明专利技术提出一种用于金属－空气电池的空气管理器，利用一薄膜或风箱以将空气从一或多个空气开口流进或流出，或者是将空气从入口流向出口。可由一线性致动器使该薄膜或风箱往复运动，该致动器如一电磁振荡器或一形状记忆合金线。可使用如微继电器的微机械作为致动器。该电池包含一或多个空气通道，最好包含一诸如细长管形隔离通道，可在当空气移动装置不工作时，防止空气流入空气电极中，甚至当管路未封闭下仍有此作用。其结果为一改进的用于金属－空气电池单元的空气移动装置，其占据电池化学作用所用的空间的最小部分，对当没有从金属－空气电池单元中抽取功率时用于隔离空气电极的先进系统是有用的，且可在一相当低功率耗损速率下发展出用于高速度空气移动的高压。本发明专利技术中的说明包含棱形及圆柱形电池。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的专利
系有关于藉一激励空气移动装置提供反应气体的型式的金属-空气电池，尤其是与一空气移动装置有关，其中该空气移动装置使用一薄膜或风箱以使空气可进出一或多个开口，或者是使空气从一入口流动到出口处。
技术介绍
一般来说，如锌-空气电池单元这样的金属-空气电池单元使用一或多个空气可透过的阴极，此阴极由液态电解液与一金属锌阳极分开。在电池单元工作期间，来自周围空气的氧气在一或多个阴极中转换产生氢氧离子。然后该金属锌阳极由氢氧离子氧化。在电化反应中产生水及电子并提供电力。起初，金属-空气电池单元只有限商业应用于一些装置，如可使用在助听器上，其需要相当低的功率。在这些电池单元中，允许空气进入空气阴极的空气开口相当小，使得电池单元由于外部相对湿度及电池单元内的水蒸气压力之间典型的差异，在不发生浸润或干枯(flooding or dryingout)下可工作一段时间。但是，此电池单元的功率输出太低而没有办法操作如数码相机(camcorder)，移动电话或膝上型计算机之类的装置。而且，将典型的“钮扣电池单元”的空气开口放大并不实际，因为将由于浸润或干枯而缩短使用寿命。为了增加金属-空气电池单元中的功率输出，使得可使用在如数码相机，移动电话，或膝上型计算机的操作装置中，开发了空气管理器使提供反应性空气流动予一或多个金属-空气电池单元的空气阴极，而在不需要有任何的输出时将该金属-空气电池单元与周围空气及湿度相间隔开。与传统上使用的电化功率源比较下，包含管理器的金属-空气电池单元提供相当高的功率输出，以及长的使用年限，而且重量相对地轻。这些优点一部份乃因为该金属-空气电池单元使用来自周围空气的氧气作为在电化反应中的反应剂，而不必需如金属或金属化合物的较重材料。此管理器的例子可参见美国专利号4,913,983、5,356,729以及5,691,074。但是，大部份空气管理器的缺点为其使用的空气移动装置，典型地为一风扇或空气泵，其装置占据相当大的空间，否则可使用于延长电池寿命的电化反应。减少空间来试图提供小尺寸的，如AA圆柱尺寸的金属-空气电池单元提出一项重大的挑战，该尺寸现今在许多电子装置中作为标准的尺寸使用。除了体积大外，在金属-空气电池中使用的空气移动装置也耗损储存在金属-空气电池单元中的能量，否则这些能量可作为向负载输出的功率。用于控制空气管理器的复杂电子装置可增加此储存能量的使用，而且，大部份使用在金属-空气电池单元中的空气移动装置在低压下分配空气至阴极充气室，必需限定通过阴极表面的所有区域的流动通道以均匀分配空气予整个阴极表面。因此，带动补充空气的功能及混合和分配电池内空气的功能已分开。在金属-空气电池单元中作为空气移动装置的风扇的另一项缺点为产生杂音，其杂音将使得诸如移动电话装置的使用者沮丧。结果，金属-空气电池单元的关键性优点为由空气电极的低重量产生的高能量密度，此优点却为用于一有效空气管理器所需要的空间和功率及产生的噪声所抵消。因此，在技术中需要有一种空气管理器，其包含一空气移动装置，此空气移动装置占据较小的使用于电池化学作用的体积，对当不从金属-空气电池单元中取出电力时用于隔离空气电极的先进系统，该装置相当安静，在阴极充气室中不需要复杂的挡板装置(baffle system)以分配空气，只要相当简单的控制，且耗损的功率相当低。专利技术概述本专利技术提供一种用于金属-空气电池单元的改进的空气移动装置，其只占据电池化学作用需用的少量的体积，当没有从金属-空气电池单元对功率时本装置适于作隔离空气电极的先进系统，而且能在相对低的功率耗损下发出高速度空气移动。依据本专利技术的设计理念，本专利技术的目的用提供一种空气移动装置来完成，它以移动空气交替进出一通道而将周围空气提供予金属-空气电池单元的空气电极，该通道系从该空气电极延伸向外部环境。在一优选实施例中，空气移动装置为一薄膜或由一线性致动器(linearactuator)移动的风箱，如电磁振荡器或一形状记忆合金线。这些可以是一或多个通道，最好包含一隔离通道，诸如细长管形状，可使当空气移动装置不运作时，防止空气流动到空气电极，甚至当管没有封住时也一样。在此实施例中，带动补充空气的功能与用于金属-空气电池单元空气之循环及混合的功能结合，其方式为使得补充空气流具有足够的压力及速度以提供混合及循环。补充空气的进入点可加以定位，使利用沿扩散的空气流的惯性力及热力以执行循环及混合功能。而且，本实施例中的空气移动装置可具有相当简单的控制及功率耗损要求，只使用储存在电池中少于5％的能量。尤其是，当致动器为一形状记忆线或电磁振荡器，提供固定的电压及附带的电压转换必需的控制及需要运转风扇及鼓风机的调节均可省掉。依据本专利技术其它的设计理念，本专利技术提供一往复运动的隔膜以移动空气，一或多个通风通道，其延伸过该隔膜且可经运作以提供外部空气予金属-空气电池单元如同隔膜往复运动一样。该通风通道可为一管路，其一端连接在隔膜的开口，该管路与该隔膜一起往复运动。在一较佳实施例，该隔膜为一起伏形膜。依据本专利技术其它的设计理念，本专利技术提供一用于金属-空气能源的通风系统，该系统具有一或多个电池单元，各电池单元包含一空气电极，且至少一通过对立表面之间的空气通道。各表面限定一通过它的开口，通过该表面的开口彼此相间隔开。该通道可通过足够的空气以使得当与一运行的空气移动装置一起时，可运行该电池单元，且在通道不密封，而且不受该运行的空气移动装置影响下可继续运行以限制流过通道的气流，以保护该电池单元。最好，该相对的表面之一为一可移动薄膜，且空气移动装置包含薄膜及一用于往复运动薄膜的致动器。当空气移动装置不往复运动薄膜时，将薄膜定位在紧邻该另一对面的静止位置上。在此静止位置上，为了实际上的目的，最好表面接触于对应开口之间的区域，其中心最好沿该表面间隔一段至少为开口直径1.5倍的距离。该表面不一定要接触，只要开口分开够远的话即可，取决于表面之间的间距大小而定，以阻滞空气通过开口之间，如同由上述隔离通道提供的结果一般。依据本专利技术的另一设计理念，本专利技术提供一金属-空气电池，此电池包含一圆柱形外壳，此外壳含有一对金属-空气电池单元及一对相对的由一般呈矩形的阴极空气充气室间隔开的空气阴极，及一空气管理器，此空气管理器包含一由阴极空气充气室限定在该外壳内的空气通道，该阴极空气充气室在外壳的一端连接到一位在外壳之弦(chordal)壁面及圆柱形壁面之间所形成的返回充气室中。一空气移动装置可运行来使得空气流轴向流过阴极充气室，及反方向轴向流过返回充气室。该外壳更进一步包含一空气入口，最好为一隔离管，提供外部空气予该空气移动装置，及一空气出口，最好为一隔离管，可将流过返回充气室中至少一部份的空气流到电池的外部。该空气移动装置可为一在与阴极充气室相对齐的周向导件内往复运动的薄膜。依据本专利技术的设计理含，本专利技术在一金属-空气电池中提供一空气管理器；一入口和一出口；一安装在空气通道中的微振荡器；及一薄膜空气泵。此电池包含一外壳，此外壳内有一或多个金属-空气电池单元，各金属-空气电池单元有一空气电极。该空气管理器包含一位在该外壳内的空气通道及此通道延伸邻近到该金属-空气电池单元之空气电极处；该入口及出口，各延伸在该空气通道及外壳外部之间；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属－空气电池单元或电池单元之电池的通风系统，其特征是包括：至少一通道，其可运行来用以联通外围环境与金属－空气电池单元；以及一空气移动组件，操作该组件以使得空气交替流动；从外围环境经通道向金属－空气电池单元流动；以及 从金属－空气电池单元附近经通道向外围环境流动。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托费佩蒂西尼，丹尼斯谢明斯奇，加瑞格瑞，约翰威兹格瑞特，
申请(专利权)人：AER能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]