[发明专利]具有电接触部的流体管理器和包含该流体管理器的电池

说明书

相关申请的参见 

本申请要求2006年4月11日提交的美国临时申请No.60/790,876、2006年6月28日提交的美国临时申请No.60/817,199和2006年11月20日提交的美国临时申请No.60/860,175的受益权，在此以参见的方式引入以上各申请的全部内容。 

技术领域

本发明涉及用于控制诸如气体之类的流体进出具有流体消耗电极的电化学电池和电池单元的速度的流体调节系统，并且涉及在其中使用这种流体调节系统的电池和电池单元，特别是空气去极化的空气辅助的燃料电池单元和电池。 

背景技术

电化学电池的电池单元使用来自电池单元之外的诸如氧气和其他气体之类的流体作为活性材料以产生电能，其例如为空气去极化、空气辅助或燃料电池的电池单元，可用于为各种便携式电子设备供电。例如，空气进入空气去极化或空气辅助电池单元中，其中，空气可用作正电极活性材料或可对其进行再充。氧还原电极促使氧与电池单元电解质反应并最终促使负电极活性材料通过氧而氧化。在氧还原电极中的材料促使氧与电解质反应，并通常被称为催化剂。不过，一些用于氧还原电极中的材料不是真正的催化剂，这是因为其可至少部分地还原，特别是在相对较高速度的放电过程中。 

一种类型的空气去极化电池单元是锌/空气电池单元。这种类型的电池单元使用锌作为负电极活性材料，并具有水性碱性(例如KOH)电解质。氧化锰可用于锌/空气电池单元的空气中，并能够进行电化学还原而与负电极活性材料的氧化协作，特别是在进入空气电极中的氧扩散速率不足时。这些氧化锰可然后在低速放电或停工阶段中通过氧被重新氧化。 

空气辅助电池单元是混合电池单元，其包括可消耗的正、负电极  活性材料以及氧还原电极。正电极可在相当长的时段中维持高速放电，不过，通过氧还原电极，氧在低速放电或不放电的时段中对正电极部分地进行再充，因此，氧可用于总电池单元放电容量中的重要部分。这意味着，放置在电池单元中的正电极活性材料的量可减少，而负电极活性材料的量可增加，从而增加总体电池单元容量。空气辅助电池单元的示例在共同受让的美国专利6,383,674和5,079,106中公开。 

空气去极化、空气辅助、燃料电池的优点在于其高能量密度，这是因为，至少一种电极的活性材料的至少一部分来自电池单元之外或通过电池单元之外的流体(例如气体)生成。 

这些电池单元的缺点在于，其能够实现的最大放电速度可能受限于氧可进入氧还原电极的速度。过去，已进行努力以提高氧进入氧还原电极的速度，和/或控制诸如二氧化碳之类可导致不经济反应的不适合气体的进入速度、以及可填充电池单元中分别用于容纳放电反应产物增加体积或使电池单元干燥的空孔空间的水增减速度(取决于电池单元内外的水汽相对分压)。这些方法的示例可在美国专利6,558,828、美国专利6,492,046、美国专利5,795,667、美国专利5,733,676、美国公开物2002/0150814和国际专利公开物WO02/35641中所示。不过，改变这些气体之一的扩散速率通常也影响其他气体的扩散速率。甚至已经努力来平衡氧扩散的高速率与CO₂和水的低速率的需求，但仅得到有限的成功。 

在较高放电速度下，更重要的是，使足够氧进入氧还原电极，但在低速放电阶段中和不使用电池单元的时段中，最小化CO₂和水扩散的重要性增加。为了仅在高速放电时段中增加进入电池单元中的空气流，已经使用风扇迫使空气进入电池单元中(例如美国专利6,500,575)，但风扇及其使用的控制器可增加制造成本和复杂度，而且，风扇、即使是微型风扇，也可在单独电池单元、多电池单元的电池组和装置内占据宝贵的容积。 

已经提出的另一方法是，使用阀来控制进入电池单元的空气量(例如，美国专利6,641,947和美国专利公开物2003/0186099)，但操作所述阀可能需要外部装置，例如风扇和/或相对复杂的电子器件。 

又一方法使用在氧还原电极与外部环境之间的不透水膜，所述膜具有瓣膜，其可由于空气压力差而开关，例如当电池放电时由于氧的消耗而开关(例如美国专利公开物2003/0049508)。不过，压力差可能较小而且可能受到电池外大气条件的影响。 

共同受让的美国专利公开物2005/0136321公开了一种通过致动器  操作的阀，致动器响应施加于致动器上的电势变化而开关所述阀。 

发明内容