[发明专利]氧化还原胶体电池

说明书

发明所属领域

本发明涉及一种电池，尤其是提高了运行特性的电池。

背景技术

电池工业现在对电池管理技术的需求提高了。首先，由于消费者对电池供电的便携设备(如便携式电话、膝上型电脑等)的需求日益增长。其次，电池工业现在增长的趋向重点在于电动机驱动工具和零排放交通工具(电池为这新一代交通工具的主要动力来源)。这种趋向的原因是政府法令的迅速增加和消费者对空气及噪音污染的担忧。另外的要求高效电池的蓄能应用领域是，例如用于敏感电子元件的负荷均衡、应急/备用功率和功率质量系统。

作为电池能源设备需求增长的结果，电池厂家需在竞争压力下生产出理想的电池。理想电池应该是超轻，超小，具有优秀的周期寿命和理想的充、放电性能，并在寿命结束后其自身不会产生环境污染。电池工业采用的最普遍的技术工艺是铅酸电池，它正在面对向更高能量密度、更小体积、更好的性能水准、更长周期寿命和保证回收等方面挑战。

传统的铅酸电池组，其容量利用率有限、放电深度低、周期寿命短、能量密度低、存在热管理问题并且需要不断提升充电来维持电池单元均衡。

铅酸电池组还要求充电时间长，高充电电流仅能在极低充电状态下使用几分钟。如果使用高电流，通常将导致电压高于允许值，从而导致电解质丧失和电池容量减小。如果遵从适当的充电形式，以提升充电进行铅酸电池的再充电时间最大可提高到4小时。

铅酸电池组的周期寿命在极大程度上取决于周期过程中所达到的放电深度(DOD)。电动交通工具应用中90-100％的放电深度并不罕见，在这样的放电深度水准下，传统深度周期铅酸电池组的周期寿命能达到接近300个周期。大多数控制器的运行是针对总的电池电压。通常个别电池单元会放电低于能接受的极限，因为整个电池电压技术所依靠的假定是所有电池单元处于同一充电状态，而这，通常不符合实际情况。在高负荷下，电池系统将严重失衡，个别电池单元在放电过程中可能实际上反置，甚至冒烟。这似乎有些极端，然而，当大型电池组在较高电压下提供电力时，可能会发生电池单元反向，而最初不会被检测到。

传统的镍氢电池(NiMH)采用先进的加工和高纯度的原料，导致电池系统的成本非常高。采用高纯度氢氧化镍化合物的扩展镍泡沫和经处理的金属合金原料都需要高度的质量控制以得到高性能电池。

NiMH氢化物电池也存在自放电问题并且也易受到温度的影响。在某些系统用高电流萃取会破坏电池单元，而必须注意不要使电池组过充电。在这一方面，需要高档的电池充电器来确保完全充电。

氧化还原电池组经过多年研究，大体上是按照流体电池组的形式。氧化还原流体电池组将能量储存在液体电解质中，其电解质被分开地保存在电池槽中。在运行时，电解质通过系统再循环，能量在电解质中往复传递。在充电时，电量流入并存储在电解质中；在放电时，电解质向负载释放出所存储的能量。氧化还原流体电池组的代表性缺点是低能量密度、因电解质通过系统再循环引起泵吸损失。在某些情况下，高自放电率可能取决于隔膜或存在有内泄漏以及旁路电流。

发明简述

本发明提供了一种氧化还原胶体电池，它至少包含一个电池单元，该单元包括正氧化还原胶体电解质，负氧化还原胶体电解质，位于正、负氧化还原电解质之间的隔膜，与正氧化还原胶体电解质连在一起的正电极，与负氧化还原电解质连在一起的负电极。

附图简要说明

图一是本发明的一个实施例的一个单氧化还原胶体电池的示意图；

图二是本发明另一实施例的一个多单元氧化还原胶体电池的示意图；

图三是本发明又一实施例的一个螺旋盘绕型单氧化还原胶体电池的示意图；

图四是本发明的氧化还原胶体电池的电池管理系统框图；

图五是图四中所示电池管理系统的阻抗控制模块的框图。

发明的详细描述

传统电池系统采用某种形式的固体金属电极，其包含有相位转移反应，导致重量增大和效率损失。本发明的氧化还原胶体电池采用超浓缩胶体，它包含有各自胶体中的高浓缩正、负活性离子。所有活性元素或反应物质都包含在胶体中，并且无相位转移反应。由于损失最小，从而达到高的效率。