[实用新型]电化学电池

说明书

本申请要求于2011年11月4日提交的美国临时专利申请No.61/555,982的优先权，整个该专利在此通过引用方式并入此处。

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

在一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。在一些电化学电池系统中，利用这样的流泵大大增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。在一些电池系统中，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，一些电池系统(诸如以其整体通过引用并入此处的美国专利申请No.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一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一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一个实例。

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，本申请努力提供进一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。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供了一种电化学电池，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；以及充电电极。该充电电极选自下列各项组成的组：(a)氧化剂还原电极，(b)与可渗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)可渗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。该电化学电池进一步包括：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。

在一个实施例中，所述电化学电池进一步包括排气区域，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。

在一个实施例中，所述排气区域包括柱。

在一个实施例中，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，其中所述一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一侧的流转向表面。

在一个实施例中，所述氧化剂还原电极装配到被配置用以在其中维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。

在一个实施例中，所述一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。