内部对流电池制造技术

一种电化学电池，其包括：可渗透燃料电极，其被配置用以支撑其上的金属燃料；以及氧化剂还原电极，其与燃料电极隔开。离子传导介质被提供用于在燃料电极和氧化剂还原电极之间传导离子以支持所述燃料电极和氧化剂还原电极处的电化学反应。还包括充电电极，其选自下列各项组成的组：(a)氧化剂还原电极，(b)与燃料电极和氧化剂还原电极隔开的独立充电电极，以及(c)可渗透燃料电极的一部分。充电电极被配置用以析出产生离子传导介质的流的气泡。一个或多个流转向体也提供在电化学电池中，并且被配置用以导引离子传导介质的流至少部分地通过可渗透燃料电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及电化学电池，并且更具体地，涉及利用液体离子传导介质的电化学电池。
技术介绍
许多类型的电化学电池利用液体离子传导介质来支持电池内的电化学反应。例如，金属-空气电化学电池系统可包括多个电池，每个电池具有充当阳极的燃料电极和空气呼吸式氧化剂还原电极，在所述阳极处金属燃料被氧化，并且在所述空气呼吸式氧化剂还原电极处来自周围空气的氧被还原。在这样的电池中的液体离子传导介质可在电极之间传送已氧化的/已还原的离子。在ー些利用液体离子传导介质的电化学电池系统中，流泵被提供用以使离子传导介质在单个电池内或在多个电池之间循环，从而允许可还原的燃料种类在离子传导介质中移动经过位于燃料电极上的还原地点，使得可还原的燃料种类在充电期间可作为金属燃料被镀覆在燃料电极上。离子传导介质的移动的其它益处也是可能的，包括但不限于已氧化种类在放电期间移动远离阳极，从而改进放电动力学；在充电期间从所谓的三电极金属-空气电池除去氧气；以及防止离子传导介质的分层。在ー些电化学电池系统中，利用这样的流泵大大増加系统的复杂性和尺寸。例如，使用流泵可以使得必须或使得期望在公共流动路径中流体地连结多个电池。相应地,在一些这样的电池系统中,利用流泵不仅增加了流泵本身的尺寸和成本，还可能需要歧管(manifold)、管道和贮存器用以将多个电池连接到离子传导介质的流中。在ー些电池系统中，提供快速断开件以有利于单独的电池或电池组与电池系统的快速断开和重新连接，诸如用于修理或更换，其中快速断开件被利用以形成足够强的密封以防止离子传导介质通过连接点的损耗。另外，因为离子传导介质在多个电池之间的共享可能导致通过离子传导介质的分流电流，ー些电池系统(诸如以其整体通过引用并入此处的美国专利申请N0.13/362，775中所描述的那些)可包括将电池之间的流中的离子传导介质物理地分离的流分散喷头以防止从ー个电池通过离子传导介质到另一个电池的导电。有利于电池中离子传导介质的流动的ー个方法是通过气体通过电池的冒泡，从而气体在液体离子传导介质中的上升产生提升作用。在美国专利5，011，747中公开了这样的方法的ー个实例。出于诸如但不限于在上述电化学电池系统中消除对附属结构的包括或使其冗余的原因，可以理解的是，利用自持电池配置的电池系统可以更小、更轻、具有更少的可能的故障点，并且可以比先前的配置更便宜。除了其它改进之外，本申请努力提供进ー步有利于利用上升气体的提升作用来建立改进的离子传导介质的流动的这样的有效且改进的电化学电池。
技术实现思路
根据ー个实施例，ー种电化学电池包括:可滲透燃料电极，其被配置用以支撑其上的金属燃料；以及氧化剂还原电极，其与该燃料电极隔开。该电化学电池还包括:离子传导介质，其用于在燃料电极和氧化剂还原电极之间传导离子以支持燃料电极和氧化剂还原电极处的电化学反应；以及充电电扱。该充电电极选自下列各项组成的组:(a)氧化剂还原电扱，(b)与可滲透燃料电极和氧化剂还原电极隔开的独立充电电极，以及(C)可滲透燃料电极的一部分。另外，该电化学电池包括:气泡流产生器，其选自下列各项组成的组:(a)充电电极，以及(b)与该充电电极隔开的起泡装置。气泡流产生器被配置用以析出在充电操作期间产生离子传导介质的流的气态氧气泡。该电化学电池进一歩包括:一个或多个流转向表面，其被配置用以建立导引离子传导介质的流至少部分地通过可渗透燃料电极的循环路径。根据另ー个实施例，提供了一种用于使离子传导介质在电化学电池中流动的方法。该电化学电池包括:可滲透燃料电极，其被配置用以支撑其上的金属燃料；氧化剂还原电极，其与该燃料电极隔开；以及充电电极，其选自下列各项组成的组:(a)氧化剂还原电扱，(b)与燃料电极和氧化剂还原电极隔开的独立充电电极，以及(c)可滲透燃料电极的一部分。燃料电极、氧化剂还原电极、和充电电极均接触离子传导介质，使得离子传导介质可在它们之间传导离子。该方法在离子传导介质中放出气泡，所述气泡由于它们的浮性向上拖曳所述离子传导介质以产生流动。在电化学电池中的一个或多个流转向表面建立循环路径以导引离子传导介质的流至少部分地通过可渗透燃料电极。本专利技术的其它方面将根据下列详细的描述、附图、和所附权利要求变得清楚。附图说明现将仅通过举例參考随附的示意附图来描述本专利技术实施例，在示意附图中，相应的參考符号表示相应的部分，并且其中:图1描绘出具有浸入氧化剂还原电极的电化学电池的示意图；图2描绘出具有限定电化学电池的边界壁的氧化剂还原电极的电化学电池的示意图；图3描绘出根据实施例的图1的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子传导介质在其中的对流流动；图4描绘出浸入的氧化剂还原电极的透视图，描绘出在其空气通道周围的离子传导介质的流动；图5描绘出根据另ー个实施例的图1的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子传导介质在其中的对流流动；图6描绘出根据另ー个实施例的图1的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子传导介质在其中的对流流动；图7描绘出根据另ー个实施例的图1的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子传导介质在其中的对流流动；图8描绘出具有图1的配置的双电池的示意图，其中两个电池浸入公共壳体中；图9描绘出通过公共对流流动耦合的一系列电池的示意图；图10描绘出根据实施例的图2的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子传导介质在其中的对流流动；图11描绘出根据ー些实施例的气态氧的气泡和离子传导介质之间的相対速度对比气泡的直径的图表；图12示意性地描绘出由电化学电池的实施例的充电电极放出气泡所产生的速度分布；图13A-13B描绘出类似于图3中所描绘的电化学电池的基准模型；图14描绘出示出了与图13A-13B的基线模型相比边界壁的间距如何影响各种位置中的体积流率的图表；以及图15A-15B描绘出示出了相对于电化学电池的燃料电极和/或氧化剂还原电极升高氧气泡析出充电电极如何影响体积流率和流动均匀性的图表。具体实施例方式图1示出电化学电池100的示意截面图。如所示出的，电化学电池100的部件可至少部分地被包含在相关联的壳体110中。电池100利用包含在壳体110内并且被配置用以在壳体Iio中循环的液体离子传导介质以传导电池100内的离子。虽然有时离子传导介质在壳体110内(诸如在滞留区中或离子传导介质的其它量)可以是大体上静止的，但是可以理解的是，电池100可被配置用以形成离子传导介质的对流流动。用于在电池100中形成离子传导介质的流动的机制是本公开的特征并且在下面更详细地描述。电化学电池100的各个部分可具有任何适当的结构或组成，包括但不限于由塑料、金属、树脂、或其组合形成。相应地，电池100可以任何方式装配，包括由多个元件形成、一体化地模制等。在各种实施例中，电池100和/或壳体110可包括美国专利申请 N0.12/385，217、N0.12/385，489、N0.12/549，617、N0.12/631，484、N0.12/776，962、N0.12/885，268、N0.13/028，496、N0.13/083，929、N0.13/167，930、N0.13/185，658、N0.13/230，549、N0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池，其包括：可渗透燃料电极，其被配置用以支撑其上的金属燃料；氧化剂还原电极，其与所述燃料电极隔开；离子传导介质，其用于在所述燃料电极和氧化剂还原电极之间传导离子以支持所述燃料电极和氧化剂还原电极处的电化学反应；充电电极，其选自下列各项组成的组：(a)所述氧化剂还原电极，(b)与所述可渗透燃料电极和所述氧化剂还原电极隔开的独立充电电极，以及(c)所述可渗透燃料电极的一部分；气泡流产生器，其选自下列各项组成的组：(a)所述充电电极，以及(b)与所述充电电极隔开的起泡装置，所述气泡流产生器被配置用以析出气态氧气泡，所述气态氧气泡在充电操作期间产生所述离子传导介质的流；以及一个或多个流转向表面，其被配置用以建立循环路径，所述循环路径导引所述离子传导介质的流至少部分地通过所述可渗透燃料电极。

【技术特征摘要】
2011.11.04 US 61/555,982;2012.06.25 US 13/532,3741.一种电化学电池，其包括: 可滲透燃料电极，其被配置用以支撑其上的金属燃料； 氧化剂还原电极，其与所述燃料电极隔开； 离子传导介质，其用于在所述燃料电极和氧化剂还原电极之间传导离子以支持所述燃料电极和氧化剂还原电极处的电化学反应； 充电电极，其选自下列各项组成的组:(a)所述氧化剂还原电极，(b)与所述可渗透燃料电极和所述氧化剂还原电极隔开的独立充电电极，以及(C)所述可渗透燃料电极的一部分； 气泡流产生器，其选自下列各项组成的组:(a)所述充电电极，以及(b)与所述充电电极隔开的起泡装置，所述气泡流产生器被配置用以析出气态氧气泡，所述气态氧气泡在充电操作期间产生所述离子传导介质的流；以及 一个或多个流转向表面，其被配置用以建立循环路径，所述循环路径导引所述离子传导介质的流至少部分地通过所述可滲透燃料电极。2.根据权利要求1所述的电化学电池，进ー步包括排气区域，所述排气区域被配置用以允许在所述离子传导介质的流中所述气态氧气泡与所述离子传导介质分离。3.根据权利要求2所述的电化学电池，其中所述排气区域包括柱。4.根据权利要求2所述的电化学电池，其中所述氧化剂还原电极浸入所述离子传导介质中，具有与其相关联的空气空间以对其提供气态氧化剂，其中所述ー个或多个流转向表面包括被配置用以导引所述离子传导介质的流越过所述氧化剂还原电极和所述空气空间上到其与所述燃料电极相反的ー侧的流转向表面。5.根据权利要求4所述的电化学电池，其中所述氧化剂还原电极装配到被配置用以在其中維持所述空气空间的氧化剂还原电极模块，并且其中所述氧化剂还原电极模块约束其与所述燃料电极相反的所述侧上的所述排气区域的至少一部分。6.根据权利要求2所述的电化学电池，其中所述ー个或多个流转向表面包括被配置用以将所述离子传导介质的流从所述排气区域导引至所述燃料电极的远离所述氧化剂还原电极和所述充电电极的区域的流转向表面。7.根据权利要求6所述的电化学电池,其中所述ー个或多个流转向表面包括:散布器，其用于将所述离子传导介质的流大体上垂直地导引至所述燃料电极的一面。8.根据权利要求2所述的电化学电池，其中所述排气区域包括一个或多个气泡聚结结构。9.根据权利要求8所述的电化学电池，其中所述ー个或多个气泡聚结结构包括疏水编席。10.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述燃料电极包括以隔开关系布置的一系列可滲透电极。11.根据权利要求10所述的电化学电池，其中所述ー个或多个流转向表面包括被配置用以防止所述流的至少一部分经过所述燃料电极的所述一系列可滲透电极体的少于全部的流转向表面。12.根据权利要求11所述的电化学电池，其中所述ー个或多个流转向表面包括被配置用以防止所述流的至少一部分经过所述一系列可滲透电极体的少于全部的流转向表面，其包括跨所述燃料电极的顶部延伸的壁。13.根据权利要求10所述的电化学电池，其中所述ー个或多个流转向表面包括被配置用以导引所述离子传导介质的流至少部分地通过所述可滲透燃料电极的流转向表面，其被配置用以大体上平行并且在所述ー系列可滲透电极体之间导引所述流。14.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述ー个或多个流转向表面包括被配置用以防止所述流在远离所述充电电极的ー侧上上升超出所述燃料电极的顶部的流转向表面。15.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述气泡流产生器包括所述充电电极和所述起泡装置两者。16.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述起泡装置包括气泵，所述气泵被配置用以放出气泡到所述离子传导介质中。17.根据权利要求16所述的电化学电池，其中所述起泡装置进ー步包括:ー个或多个微管，其被配置用以在所述电化学电池中产生所述气泡。18.根据权利要求1所述的电化学电池，其中由所述起泡装置放出的所述气泡中的至少ー些的直径近似小于1_。19.根据权利要求18所述的电化学电池，其中由所述起泡装置产生的所述气泡中的大多数的直径 近似小于100 u m。20.根据权利要求19所述的电化学电池，其中由起泡装置产生的所述气泡中的大多数的直径近似在I U m和100 u m...

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