[发明专利]金属空气电池和操作该金属空气电池的方法

说明书

提供了金属空气电池和操作该金属空气电池的方法。该金属空气电池包括：电池模块，配置为通过金属的氧化以及氧气和水的还原来产生电；水蒸气供应单元，配置为向电池模块供应水蒸气；水蒸气回收单元，配置为从电池模块回收水蒸气。

技术领域

本公开涉及二次电池，更具体地，涉及金属空气电池和操作该金属空气电池的方法。

背景技术

金属空气电池包括吸收和发射离子的阳极和使用来自空气的氧作为活性材料的阴极。在阴极中，发生从外部引入的氧的还原和氧化。在阳极中，发生金属的氧化和还原。由反应产生的化学能被转换成电能并被提取。例如，金属空气电池在放电期间吸收氧并在充电期间排出氧。由于金属空气电池使用空气中存在的氧，因此可以大大提高电池的能量密度。例如，金属空气电池可具有比锂离子电池大几倍的能量密度。

在金属空气电池中，阴极可以用作电子传输路径和离子传输路径。因此，金属空气电池的容量和性能可能受到例如阴极(空气电极)的材料和构造的影响。当金属空气电池是包括固体电解质的固体金属空气电池时，由于降低的金属离子传导性和电子传导性以及阴极和固体电解质之间增大的界面电阻，可能发生反应速率的降低。

发明内容

根据实施方式的一个方面，一种金属空气电池包括：电池模块，配置为通过金属的氧化以及氧气和水的还原来产生电；水蒸气供应单元，配置为向电池模块供应水蒸气；水蒸气回收单元，配置为从电池模块回收水蒸气。

电池模块可包括：包含金属的阳极；阴极，配置为使用氧气和水蒸气作为活性材料；和在阴极与阳极之间的固体电解质层。

金属空气电池还可包括：空气净化模块，配置为净化从电池模块的外部引入的空气并将净化的空气供应到水蒸气供应单元。

蒸气供应单元被配置为将净化的空气和水蒸气供应到电池模块。

水蒸气回收单元被配置为将从其去除了水蒸气的空气传送到空气净化模块，并且其中水蒸气供应单元配置为将净化的空气和水蒸气供应到电池模块。

金属空气电池还可包括：第一流体调节器，配置为调节从水蒸气供应单元供应的水蒸气与电池模块之间的流体连通。

金属空气电池还可包括：水蒸气浓度测量单元，配置为测量电池模块内部的水蒸气浓度；以及控制器，配置为根据电池模块内部的水蒸气浓度打开和关闭第一流体调节器。

金属空气电池还可包括：第二流体调节器，配置为调节从电池模块回收的水蒸气与水蒸气回收单元之间的流体连通。

金属空气电池还可包括：水蒸气浓度测量单元，配置为测量电池模块内部的水蒸气浓度；以及控制器，配置为根据电池模块内部的水蒸气浓度打开和关闭第二流体调节器。

金属空气电池还可包括：泵，配置为向电池模块施加负压以从电池模块回收水蒸气。

金属空气电池还可包括：第三流体调节器，配置为调节从空气净化模块供应到水蒸气供应单元的净化的空气的流动。

金属空气电池还可包括：氧气浓度测量单元，配置为测量电池模块内部的氧气浓度；以及控制器，配置为根据电池模块内部的氧气浓度打开和关闭第三流体调节器。

空气净化模块可通过变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)、变压变温吸附(PTSA)、真空变压吸附、或选择性分离或其组合来操作。

水蒸气供应单元和水蒸气回收单元可以彼此流体连通，并且配置为使得从水蒸气回收单元回收的水蒸气可以被传送到水蒸气供应单元。