[发明专利]用于高温金属-空气电池组的电化学电池

说明书

一种电化学电池(100)包括双功能空气阴极(102)、阳极(106)和实质布置在双功能空气阴极(102)和阳极(106)之间的陶瓷电解质分离器(104)。阳极(106)包括固体金属和液体电解质相。液体电解质相包括碱金属氧化物、氧化硼、第V族过渡金属氧化物和第VI族过渡金属氧化物中的至少一种。

背景技术

本文公开的主题涉及用于金属-空气电池组的高能量密度、可再充电的电化学电池，更具体地讲，涉及与液体电解质结合并且构造成在高温下操作的包括金属阳极的高能量密度电化学电池。

为了与具有足够能量密度需求的电力系统一起使用，已开发至少一些已知的高温金属-空气(“HTMA”)电池组。然而，这些已知的HTMA电池组不能很好地适合此类应用，因为这些电池组不能称为很高能量密度，例如，在电池水平下接近或超过1千瓦-小时/千克(Wh/Kg)的能量密度。

这些已知HTMA电池组中的一些利用熔融碳酸盐电解质，而其它结合陶瓷电解质在阳极和阴极之间用作分离器和/或在阳极内用作氧化物导体。结合熔融碳酸盐电解质的HTMA电池组可能遭受自放电，且可由于碳酸根阴离子的电化学不稳定性限于窄电压窗口。结合陶瓷电解质的HTMA电池组可能限于在电池组操作温度下为液态的金属。这种情况可能提供具有相对较低能量密度和/或缓慢再充电动力学的阳极组合物。

发明内容

在一个方面，提供一种电化学电池。电化学电池包括双功能空气阴极、阳极和实质布置在双功能空气阴极和阳极之间的陶瓷电解质分离器。阳极包括固体金属和液体电解质相。液体电解质相包括碱金属氧化物、氧化硼、第V族过渡金属氧化物和第VI族过渡金属氧化物中的至少一种。

在另一个方面，提供一种电化学电池。电化学电池包括包含内表面和外表面的管状陶瓷电解质分离器、布置在管状陶瓷电解质分离器内的阳极、至少部分布置在阳极内并延伸出阳极的负极端和至少部分布置在管状陶瓷电解质分离器的外表面周围的双功能空气阴极。阳极包括固体金属和液体电解质相。液体电解质相包括碱金属氧化物、氧化硼、第V族过渡金属氧化物和第VI族过渡金属氧化物中的至少一种。

在又一个方面，提供储存和产生电荷的方法。所述方法包括使电化学电池连接到电流源，以使电化学电池充电，并使电化学电池连接到电负荷，以使电化学电池放电。电化学电池包括双功能空气阴极、阳极和实质布置在双功能空气阴极和阳极之间的陶瓷电解质分离器。阳极包括固体金属和液体电解质相。液体电解质相包括碱金属氧化物、氧化硼、第V族过渡金属氧化物和第VI族过渡金属氧化物中的至少一种。

本发明涉及以下方面：

1. 一种电化学电池，所述电化学电池包括：

双功能空气阴极；

阳极，所述阳极包含：

固体金属；和

液体电解质相，所述液体电解质相包含以下至少一种：

碱金属氧化物；

氧化硼；

第V族过渡金属氧化物；和

第VI族过渡金属氧化物；和

实质布置在所述双功能空气阴极和所述阳极之间的陶瓷电解质分离器。

2. 方面1的电化学电池，其中所述电化学电池构造成在500-1000℃温度范围中操作。

3. 方面1的电化学电池，其中所述双功能阴极包括铁酸镧锶铬、亚锰酸镧锶和氧化钇稳定化氧化锆的混合物，和钆掺杂氧化铈和氧化钇稳定化氧化锆的混合物之一。

4. 方面1的电化学电池，其中所述阳极的所述金属包括钒、铬、锰、铁、钴、镍、铌、钽或其混合物中的至少一种。

5. 方面1的电化学电池，其中所述阳极的所述金属包括铁。