[发明专利]薄金属/空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及金属/空气电池，其中准许空气进入第一电极(通常是阴极)，并且第二电极(通常是阳极)被空气中的氧气氧化。

背景技术

电池或电化学电池是通常使用的电能来源。诸如金属-空气电池的电池包含通常称作阳极的负极和通常称作阴极的正极。阳极能够氧化活性物质；阴极能够消耗可被还原的活性物质。阳极活性材料能够还原阴极活性材料。

当在装置中使用电池作为电能来源时，与阳极和阴极实现电接触，从而允许电子流过装置并发生各自的氧化和还原反应以提供电能。与阳极和阴极相接触的电解质包含流过位于电极之间的分隔体的离子，以在放电过程中保持电池整体的电荷平衡。

一次金属/空气电池如锌-空气电池能够以相对低的运行成本递送高能量密度。一次电池旨在放电(例如，耗尽)仅仅一次，并随后丢弃(例如一次电池不旨在再充电)。一次电池描述于例如David Linden的Handbook of Batteries(McGraw-Hill，第2版，1995年)中。

许多专利申请如医学专利申请(例如胃肠道诊断或体内传感器)需要非常小的电池。虽然有一些非常薄的一次电池可供利用，它们的实际应用受到一些因素如低功率、低运行容量、贮电量不佳和相对高的成本的限制，这是由它们的物理尺寸导致的。例如因为使电池小型化，电池外壳(例如外壳)可能占电池体积相对较大的比例，而活性物质的内部体积变得较小，这可能导致能量密度不佳。此外，电池外壳可能占小型纽扣电池制造成本的很大部分，例如那些用于计算器、腕表、或助听器的小型电池。

发明内容

本发明涉及电池和相关组分、方法、以及包括电池的产品。电池包括以无外壳的电池形式层压在一起的阳极层、分隔体层和阴极层。电池可为薄电池，并且具有相对高的能量密度。电池当干燥时不工作，通过使电池接触水(例如液态水、水溶液和/或水蒸汽)能够激活电池以提供电流。电池一旦接触水就能够提供电流，或者能够提供电流直至电极不再可用于反应。在一些实施方案中，电池用于水检测，例如检测漏水(例如水、水溶液)，或者水蒸汽的水分检测，并且能够用于消费品(例如尿布和妊娠试验)。当用于消费品时，能够减小消费品的尺寸，因为薄电池所需的体积是相对小的(例如尺寸为0.01立方厘米)。

一般来讲，电池包括含有锌、铝、镁的阳极；在导电多孔基板上包括氧还原催化剂的阴极；和置于阳极和阴极之间的干燥分隔体。阴极能够包括一种以上的氧还原催化剂。干燥分隔体能够包括亲水性膜、亲水性膜和至少一种盐，或者有盐或无盐的离子交换膜。将阳极、阴极和分隔体接合到一起形成层状电池，并且阳极、阴极和分隔体在层状电池内不再封闭。

在一个方面，本发明的特征是包括阳极、阴极和分隔体的层状组合件的电池。当装配时，阳极、阴极和分隔体在层状电池内不再封闭。

在另一个方面，本发明的特征是一种制造电池的方法。

在另一方面，本发明的特征是一种使用电池的方法，包括使电池接触液体样品。

在又一方面，本发明的特征是包括水检测器如水分检测器或渗漏检测器在内的消费品，包括电池。

实施方案可包括下列一个或多个特征。

在一些实施方案中，阳极是多孔的。阳极(例如箔)可为穿孔的、织造的、压缩非织造的、筛状的、网状的、多孔的、或泡沫形式的。阳极能够直接与分隔体接触。

在一些实施方案中，氧还原催化剂位于多孔基板(例如穿孔的多孔基板)的一面或两面上。还可将氧还原催化剂承载在一种或多种材料上，例如高表面区域材料(如炭黑、石墨、木炭和/或活性炭)。在一些实施方案中，氧还原催化剂直接浸渍入多孔层。

在一些实施方案中，亲水性膜包括离子交换膜。在一些实施方案中，将盐浸渍入亲水性膜，其可用作分隔体。在一些实施方案中，亲水性膜包括聚环氧乙烷、纸材、聚丙烯酸、聚乙烯基醇、明胶、淀粉、琼脂、它们的复合材料、它们的共混物和/或它们的组合。亲水性膜可为自立式膜和/或可包括盐。

在一些实施方案中，分隔体具有能用水不可渗透的材料密封的边缘。在一些实施方案中，分隔体包括离子交换膜，其当接触水时能够提供固体聚合物电解质。

在一些实施方案中，电池还包括置于阳极、阴极和分隔体之间的粘合剂材料。粘合剂可包括基于纤维素的亲水性材料。粘合剂还可包括盐。