[发明专利]具有正交布置电极的电化学电池

说明书

本公开的实施例涉及具有正交布置电极的电化学电池。一种示例性电化学电池包括：至少第一电池电极(诸如锌电极)、至少第二电池电极(诸如可逆金属电极，诸如镍)和至少氧化剂还原电极(诸如空气阴极)。(多个)氧化剂还原电极被配置在电池壳体中，使得其基本上与第一和第二电极正交。电池壳体在其中包含电解质，并且电极至少部分地被浸入电解质中。(多个)氧化剂还原电极在电池一侧并且相对垂直于第一和第二(金属)电极的定位允许跨所有金属电极具有更一致的离子电阻。可选地，第四或析氧电极可以被设置在电池壳体中，水平、正交、并且位于第一和第二电极下方，以提供用于混合电解质的氧气泡。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2018年5月10日提交的临时专利申请62/669,694的优先权。这些申请中的每个申请的主题内容以其整体通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及具有正交布置电极的电化学电池。

背景技术

可充电镍-锌电池是具有高往返效率的低成本电池。在镍-锌电池中，阳极是锌，阴极是镍。镍-锌电池的放电反应是：

阳极：Zn+4OH^-—>Zn(OH)₄^2-+2e^- (-1.24V)

阴极：2NiOOH+2H₂O+2e-—>2Ni(OH)₂+2OH^- (0.49V)

总体：2NiOOH+Zn+2H₂O—>2Ni(OH)₂+Zn(OH)₂ (1.73V)

在循环期间应保持锌阳极和镍阴极之间的电荷平衡，以获得适当的电池功能(本文中“锌”是指在电池阳极结构上或中的处于还原状态的金属锌，“镍”是指在阴极结构中或上的处于放电状态的氢氧化镍或者处于充电状态的羟基氧化镍)。锌的法拉第充放电效率通常为95至98％，但是镍的法拉第充放电效率仅为90至95％。因此，在一个充电-放电循环中，多达8％的过量锌可能残留在阳极上。该残余的锌可能会在多个循环中累积，并且导致循环效率低，放电行为差，并且可能形成导致电池短路的锌枝晶。

发明内容

本发明涉及一种结构和方法，在一个非限制性应用中，该结构和方法可以用于管理在正常电池循环期间由于锌和氢氧化镍之间的法拉第效率差异形成的阳极上的上述过量锌容量。本发明不限于锌和镍作为阳极和阴极反应物材料，也可以与其他材料一起使用。

本公开的示例性电化学电池包括：电池壳体，用于在其中保持一定体积的电解质；至少一个第一电池电极，被设置在电池壳体中；至少一个第二电池电极，被设置在电池壳体中；以及设置在电池壳体中的氧化剂还原电极，其内表面接触电解质，并且外表面暴露于氧气。氧化剂还原电极基本上与所述至少一个第一电池电极和至少一个第二电池电极正交取向。

本发明的概述被提供作为对本发明的一些实施例的一般性介绍，而不旨在是限制性的。在本文中提供了包括本发明的变型和备选配置的附加的示例实施例。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分，图示了本发明的实施例，并且与本说明书一起用于解释本发明的原理。

图1示出了根据本公开的一个实施例的示例性电化学电池的透视图，该电化学电池具有氧化剂还原(空气)电极，该氧化剂还原(空气)电极与作为电极组件的一部分的第一电极正交。

图2以第一取向示出了图1中所示的电化学电池的俯视图。

图3示出了图1中所示的如箭头A所指示的电化学电池的前视图。