專利名稱：具有收集盤的電化學(xué)電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電化學(xué)電池。
背景技術(shù)：
電化學(xué)電池可以具有一種水淹式或“濕式”的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)利用液體電解液以在陽極和陰極之間傳導(dǎo)離子及支持電化學(xué)反應(yīng)。盡管一些電化學(xué)電池例如鉛酸電池中的那些電化學(xué)電池可以利用池中靜態(tài)量的電解液，但是其它的電化學(xué)電池可以利用流動(dòng)結(jié)構(gòu)。在這樣的流動(dòng)結(jié)構(gòu)中，電解液可以可能地自被配置以盛有過量的電解液的容器和/或到被配置以盛有過量的電解液的容器而流經(jīng)電池。具有流動(dòng)或靜態(tài)結(jié)構(gòu)的水淹式電化學(xué)電池可以是多種類型，包括但不限于鉛_酸、金屬_空氣、N1-ZruAg-Zn和Ni_Cd。金屬-空氣電化學(xué)電池的一個(gè)例子典型地包括作為陽極(金屬燃料在該陽極被氧化)的燃料電極和作為空氣呼吸式陰極(來自環(huán)境空氣中的氧氣在該陰極被還原)的氧化劑電極。電池的電解液可支持氧化/還原離子的反應(yīng)。例如，參見美國專利申請公開第2009/0284229號，通過引用的方式將該美國專利申請公開第2009/0284229號整體并入于此。在一些電化學(xué)電池中，或者在放電模式期間金屬燃料的消耗期間，或者當(dāng)在再充電模式期間金屬燃料被還原到燃料電極上時(shí)，金屬燃料的顆粒或沉淀物可以從燃料電極分離。這種活性物質(zhì)的損失可以導(dǎo)致降低的電池容量，從而降低電池的壽命。此外，任何分離并流入流動(dòng)結(jié)構(gòu)電池中的電解液中的活性物質(zhì)可能會以可使電池中的電極短路的方式聚集/凝聚，從而影響蓄電池/電池的性能。處理電化學(xué)電池中的這些顆粒和/或沉淀物的各種嘗試是已知的。例如，在公開為美國專利申請公開第2011/0086278號的美國專利申請第12/901，410號中示出了一種這樣的設(shè)備，通過引用的方式將該申請的整體并入于此。本申請還致力于提供一種有效的和改進(jìn)的再生燃料的方法，該燃料以分離來自燃料電極的沉淀物或顆粒的形式存在，以減少電池中的沉淀物積聚并且保持電池的容量和性倉泛。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種電化學(xué)電池，其包括:包含金屬燃料的燃料電極，與燃料電極隔開的氧化劑電極，用于在燃料電極和氧化劑電極之間傳導(dǎo)離子以支持在燃料電極和氧化劑電極上的電化學(xué)反應(yīng)的離子傳導(dǎo)介質(zhì)；以及被放置為由分離來自燃料電極的金屬燃料的顆粒接觸的收集盤。在放電期間，燃料電極和氧化劑電極被配置為在燃料電極氧化金屬燃料并且在氧化劑電極側(cè)還原氧化劑以在其間產(chǎn)生用于施加到負(fù)載的放電電勢差。收集盤包含用于局部性地在收集盤上對接觸收集盤的金屬燃料顆粒的氧化和離子導(dǎo)電介質(zhì)中的陽離子的還原進(jìn)行催化的催化劑材料。
本發(fā)明的其他方面將從下面的具體實(shí)施方式
、附圖和所附權(quán)利要求中變得顯而易見。


現(xiàn)在將參照所附示意圖僅以示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件，并且其中:圖1A和IB圖示了分別具有靜態(tài)和流動(dòng)結(jié)構(gòu)的水淹式/非涂膏式電化學(xué)電池的示意圖；圖2圖示了具有包括兩個(gè)電化學(xué)電池的流動(dòng)結(jié)構(gòu)的電化學(xué)電池系統(tǒng)的橫截面圖；圖3圖示了圖2的電化學(xué)電池系統(tǒng)的分解圖；圖4圖示了圖2的電化學(xué)電池中的一個(gè)電化學(xué)電池的電極支座；圖5圖示了圖4的支持燃料電極的電極支座以及多個(gè)連接到該電極支座的隔離件；圖6更詳細(xì)地圖示了圖5的隔離件中的一個(gè)隔離件；圖7更詳細(xì)地圖示了圖6的隔離件與圖4的電極支座之間的連接；圖8更詳細(xì)地圖示了由圖4的電極支座部分地限定的流化區(qū)域；圖9A和9B分別圖示了圖1A和IB的實(shí)施例，其進(jìn)一步包括包含在該實(shí)施例中的至少一個(gè)收集盤；圖10圖示了圖2的進(jìn)一步包括安裝到電極支座的收集盤的電化學(xué)電池系統(tǒng)的實(shí)施例的局部橫截面圖；圖11圖示了圖10的收集盤的可替換實(shí)施例。圖12圖示了圖10的電池的實(shí)施例，顯示了包括收集盤的實(shí)施例的電極支座；圖13圖示了圖12的電池的可替換實(shí)施例，其包含收集盤的可替換實(shí)施例，還包含連接到電極支座的多個(gè)隔離件；圖14圖示了圖12的電池的可替換實(shí)施例，其包含電極支座的可替換實(shí)施例；圖15圖示了圖14的電池的可替換實(shí)施例，其包含收集盤的可替換實(shí)施例，還包含連接到電極支座的多個(gè)隔離件；圖16圖示了圖15的電化學(xué)電池的另一個(gè)實(shí)施例，其進(jìn)一步包括遍布該電池的多個(gè)收集盤；圖17示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電源和外部負(fù)載和電化學(xué)電池之間的電連接；圖18示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電源和外部負(fù)載和電化學(xué)電池之間的電連接；
具體實(shí)施例方式圖1A和IB示意性地圖示了通用的電化學(xué)電池系統(tǒng)100，每個(gè)電化學(xué)電池系統(tǒng)100包括單個(gè)電化學(xué)電池10。如圖1A中所示，電池系統(tǒng)100可以具有水淹式(即濕式)或其他非涂膏式電池結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有由離子導(dǎo)電介質(zhì)分離的陽極A和陰極C。如圖1B中所示，電池系統(tǒng)100還可以具有流動(dòng)結(jié)構(gòu)，其中離子導(dǎo)電介質(zhì)可以從電池10流出進(jìn)入過量離子導(dǎo)電介質(zhì)的貯存器R中，該貯存器可以根據(jù)需要進(jìn)行補(bǔ)充。該流動(dòng)結(jié)構(gòu)可被流量泵FP(未示出)驅(qū)動(dòng)，這在下面被更詳細(xì)地描述。圖2和圖3圖示了具有類似于圖1B的通用流動(dòng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的電化學(xué)電池系統(tǒng)100。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖2和圖3的電化學(xué)電池系統(tǒng)100包括兩個(gè)電化學(xué)電池
10。如圖所示，每個(gè)電池10包括燃料電極12，和與燃料電極12隔開的氧化劑電極14。燃料電極12被電極支座16支撐。如圖2中所示，電化學(xué)系統(tǒng)100還包括用來在系統(tǒng)100的一側(cè)上覆蓋電化學(xué)電池10的蓋子19，而其中一個(gè)電極支座16被用來覆蓋系統(tǒng)100的相對側(cè)。如以下進(jìn)一步詳細(xì)討論的，在一個(gè)實(shí)施例中，燃料電極12是當(dāng)電池10工作于放電或發(fā)電模式時(shí)用作陽極的金屬燃料電極。如以下進(jìn)一步詳細(xì)討論的，在一個(gè)實(shí)施例中，該燃料電極12可以包括可滲透電極體12a，諸如由任何能夠通過電沉積或者其它方式捕獲并保留來自循環(huán)于電池10中的離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料顆?；蚪饘偃剂想x子的形式制成的篩。在各種實(shí)施例中，電池10的燃料可以是金屬，諸如但不限于鐵、鋅、鋁、鎂、鎳、鋰、鉛和鎘。通過金屬，該術(shù)語意味著包括在元素周期表上被視作金屬的所有元素，包括但不限于當(dāng)匯集到電極體上時(shí)或者以原子、分子(包括金屬氫化物)的形式或者以合金的形式存在的堿金屬、堿土金屬、鑭系元素、錒系元素以及過渡金屬。然而，本發(fā)明不意圖限于任何特定的燃料，并且可以使用其它燃料?？梢园讶剂献鳛閼腋∮陔x子導(dǎo)電介質(zhì)中的顆粒提供給電池10。該離子導(dǎo)電介質(zhì)可以為水溶液。適宜的介質(zhì)的實(shí)例包括含有硫酸、磷酸、三氟甲磺酸、硝酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鈉、硝酸鉀或氯化鋰的水溶液。該介質(zhì)還可以使用非水溶劑或離子液體。在這里所描述的非限制性的實(shí)施例中，該介質(zhì)是氫氧化鉀水溶液。在其他實(shí)施例中，電解液可以是酸性的。例如，在電池具有鉛酸結(jié)構(gòu)的情況下，電解液可以包括硫fe。正如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，當(dāng)電池10被連接到負(fù)載并且電池10在放電或發(fā)電模式時(shí)，當(dāng)燃料電極12作為陽極工作時(shí)燃料可以在燃料電極12上被氧化，并且當(dāng)氧化劑電極14作為陰極工作時(shí)氧化劑(例如氧氣)可以在氧化劑電極14上被還原。在放電模式期間發(fā)生的反應(yīng)在離子導(dǎo)電介質(zhì)中產(chǎn)生副產(chǎn)品沉淀物，例如可還原的燃料種類。例如，在燃料為鋅的實(shí)施例中，氧化鋅被作為副產(chǎn)品沉淀物/可還原的燃料種類而產(chǎn)生。在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，在再充電模式期間，副產(chǎn)品沉淀物(例如氧化鋅)可以可逆地被還原并作為燃料(例如鋅)沉積到燃料電極12上，該燃料電極12在再充電模式期間用作陰極。在再充電模式期間，如下所述，或者氧化劑電極14或者獨(dú)立充電電極70用作陽極。下面進(jìn)一步詳細(xì)討論了放電和再充電模式之間的切換。電極支座16限定了空腔18，燃料電極12容納于其中。電極支座16還限定了用于電池10的入口 20和出口 22。入口 20被設(shè)置為允許離子導(dǎo)電介質(zhì)進(jìn)入電池10和/或再循環(huán)通過電池10。入口 20可以經(jīng)由入口通道24連接到空腔18，并且出口 22可以經(jīng)由出口通道26連接到空腔18。如圖4中圖示，入口通道24和出口通道26可以各自提供曲折的彎曲路徑，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以通過該曲折的彎曲路徑流動(dòng)。由入口通道24所限定的該曲折的路徑優(yōu)選地不包括介質(zhì)的流動(dòng)在該處可以變得停滯或者介質(zhì)中的任何顆?？梢栽谠撎幘奂娜魏武J角。如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，通道24、26的長度可被設(shè)計(jì)為在流體串聯(lián)連接的電池之間提供增大的離子電阻。對于每個(gè)電池10，可滲透密封件17可視情況接合在蓋子19和/或電極支座16上的密封表面之間，以至少封閉空腔18中的燃料電極12。密封件17還覆蓋入口和出口通道
24、26。密封件17為非導(dǎo)電的和電化學(xué)惰性的，并優(yōu)選地被設(shè)計(jì)為在正交的方向上(即通過其厚度)對離子導(dǎo)電介質(zhì)是可滲透的，而不允許離子導(dǎo)電介質(zhì)的側(cè)向傳輸。這使得離子導(dǎo)電介質(zhì)滲透穿過密封件17用于使能在相對側(cè)的氧化劑電極14的離子導(dǎo)電性以支持電化學(xué)反應(yīng)，而不會從電池10側(cè)向地向外“吸走”該離子導(dǎo)電介質(zhì)。用于密封件17的合適的材料的一些非限制性實(shí)例是EPDM和TEFLON 。在所圖示的實(shí)施例中，空腔18具有基本上與燃料電極12的形狀相匹配的一般呈矩形或正方形的截面。在一個(gè)實(shí)施例中，諸如圖4、圖5和圖8中可見，空腔18的一側(cè)(具體地說，被連接到入口通道24的空腔18的那一側(cè))包括多個(gè)流化區(qū)域28，該流化區(qū)域28各自經(jīng)由包括多個(gè)空腔入口 34的歧管連接到入口通道24，使得當(dāng)離子導(dǎo)電介質(zhì)和沉淀物或可還原燃料種類進(jìn)入空腔18時(shí)，離子導(dǎo)電介質(zhì)和燃料進(jìn)入流化區(qū)域28。如圖8中更詳細(xì)所示，每個(gè)流化區(qū)域28被相互具有一定角度但相互不接觸的兩個(gè)表面30、32部分地限定，以限定相對于從入口 34延伸通過流化區(qū)域28的中心的軸的發(fā)散表面。在非限制性的所圖示的實(shí)施例中，表面30、32基本上限定了具有對入口 34開口的開口底面的“V”字形，如圖4中所示。盡管所圖示的實(shí)施例示出表面30、32是相對直的，但是該表面可以是彎曲的或者部分彎曲的，只要表面30、32從入口 34發(fā)散。在一些實(shí)施例中，入口通道34可以是任何其它合適的形狀，包括但不限于垂直取向的、傾斜的或彎曲的。構(gòu)建流化區(qū)域28使得隨著具有顆粒的離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)由入口通道24流入空腔18，顆粒在離子導(dǎo)電介質(zhì)中被流化，這使得當(dāng)離子導(dǎo)電介質(zhì)接觸燃料電極12時(shí)在離子導(dǎo)電介質(zhì)中更均勻地分散顆粒。如圖8中所圖示，這在電化學(xué)電池10朝向指向下方的V形流化區(qū)域28的開口底面的時(shí)候是特別有利的。這是因?yàn)橹亓②呄蛴趯?dǎo)致顆粒聚集在入口通道24和出口通道26之間的空腔18的入口端。如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，通過在離子導(dǎo)電介質(zhì)中對顆粒進(jìn)行流化，以及通過提供橫跨空腔18的壓降，顆粒將更均勻地流過空腔18，在空腔18的入口端形成基本上很少的積累或者沒有積累。通過提供橫跨燃料電極12的表面的顆粒的更均勻的分布，這可以提高電池10的效率。然而，如下面所討論的，流化區(qū)域28在本發(fā)明中是可選的，并且顆粒處理的其它機(jī)制可以或者連同其一起或者代替其而被利用。如圖5中所圖示的，多個(gè)隔離件40 (每個(gè)隔離件40都以相互間隔的關(guān)系橫跨燃料電極12而延伸)可以被連接到電極支座16，使得燃料電極12可以相對于電極支座16和氧化劑電極14被容納固定。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖3中所圖示出，燃料電極12可以包括多個(gè)可滲透電極體12a-12c，其可以被多個(gè)隔離件40的多組分離，使得每組隔離件40位于相鄰的電極體之間以使電極體12a-12c相互電絕緣。正如下面更詳細(xì)地討論的,在相鄰電極體之間的每組隔離件40的內(nèi)部，隔離件40被以在其間創(chuàng)建所謂“流動(dòng)通道”42的間隔的方式而設(shè)置。該流動(dòng)通道42是三維的并且具有與隔離件40的高度基本上相等的高度。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過具有與流動(dòng)通道42相對應(yīng)的切口的單個(gè)框架提供隔離件。在一個(gè)實(shí)施例中，該流動(dòng)通道可包括被設(shè)置為允許離子導(dǎo)電介質(zhì)流過其中的泡沫或蜂窩型結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，該流動(dòng)通道可包括針狀物陣列，其被設(shè)置為破壞離子導(dǎo)電介質(zhì)通過該流動(dòng)通道的流動(dòng)。所圖示的實(shí)施例并不意圖以任何方式進(jìn)行限制。隔離件40是非導(dǎo)電性和電化學(xué)惰性的，所以他們相對于電池10中的電化學(xué)反應(yīng)不活躍。優(yōu)選隔離件40的尺寸，使得當(dāng)它們被連接到電極支座16時(shí)，隔離件40處于繃緊狀態(tài)，這允許隔離件40壓靠在燃料電極12 (或電極體12a-12c之一)上，從而以相對于電極支座16的平坦的關(guān)系保持燃料電極12或其電極體。隔離件40可由諸如聚丙烯、聚乙烯、改性聚苯醚、含氟聚合物等塑料材料制成，這使得隔離件40以繃緊狀態(tài)被連接到電極支座16。在圖6中圖示的實(shí)施例中，每個(gè)隔離件具有細(xì)長的中間部分44和在每個(gè)端部的楔形連接部分46。在其它實(shí)施例中，連接部分46可以被省略，并且用于燃料電極12的支撐結(jié)構(gòu)可以使用環(huán)氧基樹脂或塑料模制。如圖7中所圖示，所圖示出的實(shí)施例的楔形連接部分46被設(shè)置為由電極支座16中具有基本上相似形狀的開口 48所支持。如上所示，楔形部分46和開口 48具有基本上為三角形的形狀，然而所圖示的形狀并不意圖以任何方式進(jìn)行限制。該基本上為三角形的形狀在隔離件40的細(xì)長部分44的相對的側(cè)面上提供了表面50，該表面50被設(shè)置為與電極支座16上的相應(yīng)的表面52相接觸。與具有相同面積的圓形或正方形的形狀的楔形部分相比較，因?yàn)楸砻?0、52相對于隔離件40的細(xì)長部分44的主軸線MA是有角度的并且隔離件40中的張力將沿著該主軸線MA，所以通過張力所產(chǎn)生的力可以橫跨較大的表面分布。一旦隔離件40已經(jīng)經(jīng)由端部分46被連接到電極支座16，流動(dòng)通道42將橫跨電極支座16的空腔18而被限定。隔離件40被設(shè)置為將一個(gè)流動(dòng)通道42a與相鄰的流動(dòng)通道42b根本上封閉，由隔離件40之一將其隔離使得引導(dǎo)離子導(dǎo)電介質(zhì)通常在基本上一個(gè)方向中流動(dòng)。具體地說，該離子導(dǎo)電介質(zhì)可以通常在橫跨燃料電極12的第一方向FD(從入口通道24到出口通道26)中流動(dòng)。在入口通道24和流化區(qū)域28之間產(chǎn)生了合適的壓力降使得即使當(dāng)電池10被定向?yàn)槭沟昧鲃?dòng)基本上向上并且對抗重力的時(shí)候，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以橫跨空腔18流動(dòng)并且流到出口通道26。在一個(gè)實(shí)施例中，離子導(dǎo)電介質(zhì)還可以在第二方向SD滲透通過燃料電極12或單獨(dú)的可滲透電極體12a-12c，并進(jìn)入在該燃料電極12或可滲透電極體12a-12c的相對側(cè)上的流動(dòng)通道。如上所述，電化學(xué)電池10可利用顆粒處理的其它機(jī)制。作為例子，在圖9A和9B中分別示出圖1A和IB的通用電化學(xué)電池，進(jìn)一步包括收集盤80。在此上下文中，“收集盤”可以定義為對于下面討論的電化學(xué)反應(yīng)顆粒可以在該收集盤上進(jìn)行接觸的任何結(jié)構(gòu)，并且不暗示任何特定結(jié)構(gòu)或取向。例如，收集盤80可以既不是平整的，也不是平面的。此外，收集盤80可以具有或可以不具有任何裝飾，諸如一個(gè)或多個(gè)上沿。如圖9A中所示，在電池10包括具有由非流動(dòng)的電解液分離開的陽極A和陰極C的簡單的靜態(tài)結(jié)構(gòu)的情況下，電池10可包括收集盤80。收集盤80可以被配置成包括比電池活性材料(即那些參與電池中的電化學(xué)反應(yīng)的金屬)更具有惰性的金屬，使得收集盤80可以與電池活性材料形成腐蝕電偶。在收集盤80中更具有惰性金屬的使用可允許收集盤80將已經(jīng)從集電體(即陽極A或陰極C)脫離接觸的任何活性材料腐蝕，恢復(fù)為存在于電解液中的離子種類。這可使得離子種類在今后的電化學(xué)反應(yīng)期間在電池10中被再利用。此外，收集盤80的定位可以防止已經(jīng)從集電體脫離接觸的活性材料在一區(qū)域擁塞或聚集，這對于電池10的運(yùn)行是不利的。諸如在圖1B中一般所示出的，來自活性材料擁塞的潛在危害在電池10的流動(dòng)結(jié)構(gòu)中尤為顯著。如圖9B中所示，收集盤80可以遍及電池系統(tǒng)100被定位在一個(gè)或多個(gè)位置，諸如例如，在電池10的陽極A和陰極C以下、沿電池10外部的流動(dòng)路徑以及/或者在貯存器R中(比如在貯存器R的底部)。在一些實(shí)施例中，電池10可以包括一個(gè)或多個(gè)無機(jī)添加劑，該無機(jī)添加劑可以被添加到電解液中并且在電池10的充電期間形成部分活性材料。如上所述，在活性材料從集電體斷開連接的情況下，該收集盤80可以接收該活性材料，并腐蝕添加劑以恢復(fù)為電解液中的離子種類。在各種實(shí)施例中，諸如銦、鉍、鉛和銻等金屬可用作電池10中的添加劑以提高性能，并且可以在含有無機(jī)添加劑的活性物質(zhì)從集電體分離的情況下通過收集盤80被轉(zhuǎn)化回電池10的電解液中的氧化態(tài)種類。盡管收集盤80可在包括圖9A的利用非流動(dòng)池的電解液的靜態(tài)電池系統(tǒng)100或者圖9B的流動(dòng)結(jié)構(gòu)電池系統(tǒng)100的任何一種電池10中被利用，但是下面將更詳細(xì)地描述如圖2的實(shí)施例中所實(shí)施的收集盤80，其中電池10包括有包括多個(gè)電極體12a-c的燃料電極12。例如，圖10中所示的是電池10的橫截面圖，示出了在空腔18中的燃料電極12，以及入口 34。提供了位于入口 34和腔體18之間的收集盤80。鑒于圖2的實(shí)施例的流化區(qū)域28被配置為當(dāng)與燃料電極12接觸時(shí)流化離子導(dǎo)電介質(zhì)中的顆粒以使其在離子導(dǎo)電介質(zhì)中更均勻地分散，收集盤80被配置為促進(jìn)顆粒的氧化以回到離子導(dǎo)電介質(zhì)中，如下面更詳細(xì)地討論的，從而防止它們在離子導(dǎo)電介質(zhì)的流動(dòng)路徑中的擁塞。在電池10的這樣的實(shí)施例中，收集盤80可以被配置為接收可能從燃料電極12的電極體12a-c上分離的顆粒。例如，收集盤80可被定位于燃料電極12和入口 34之間。如果電極體12a-c之間的顆粒屈從于重力，逆著離子導(dǎo)電介質(zhì)流落向入口 34，收集盤80可防止顆粒由入口 34聚集。如上所示，收集盤80可包括顆粒接觸部分82和安裝部分84。在一個(gè)實(shí)施例中，顆粒接觸部分82可被配置以使其處于流體入口 34和每個(gè)電極體12a-c之間。在一個(gè)實(shí)施例中，其中流體被引導(dǎo)通過收集盤80的一部分，例如在所圖示的實(shí)施例中的顆粒接觸部分82，該部分可由多孔材料構(gòu)成或者成形為具有多孔結(jié)構(gòu)，以便該流體可持續(xù)通過收集盤80。在一個(gè)實(shí)施例中，可以調(diào)整顆粒接觸部分82中的多孔材料的孔的尺寸以優(yōu)化通過顆粒接觸部分82的流體以及顆粒將接觸顆粒接觸部分82的可能性。在一個(gè)實(shí)施例中，孔的尺寸約為ΙΟμπι-ΙΟΟΟμπι。顆粒接觸部分82中的孔也可以是不同的尺寸。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，孔可以是雙峰的，例如具有在ΙΟμπι-ΙΟΟΟμπι的范圍內(nèi)的主孔尺寸和在0.01 μ m至I μ m的范圍內(nèi)的次孔尺寸。優(yōu)選地，收集盤具有高的內(nèi)表面面積，其為收集盤的表觀表面面積的100-1000倍，這可以允許燃料顆粒的快速腐蝕/氧化。在一個(gè)實(shí)施例中，收集盤80可包括催化劑材料，以便當(dāng)從燃料電極12的電極體12a-c分離的顆粒接觸收集盤80的顆粒接觸部分82時(shí)，該顆粒被氧化，而陽離子，諸如離子導(dǎo)電介質(zhì)中的氫離子(H+)被還原。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑材料可以提高顆粒的氧化電位和/或降低在離子導(dǎo)電介質(zhì)中的氫離子的還原電位以允許在收集盤80處的局部還原-氧化反應(yīng)。電位中的兩種變化在催化劑的存在下都可以發(fā)生，因?yàn)榇呋瘎┎牧媳冉饘偃剂细请娀瘜W(xué)上的具有惰性的金屬。換句話說，催化劑材料可以降低用于發(fā)生在顆粒和離子導(dǎo)電介質(zhì)中的氫離子之間的還原-氧化反應(yīng)的活化能量。在一個(gè)實(shí)施例中，在分子尺度上的催化劑的材料結(jié)構(gòu)可以被選擇或設(shè)計(jì)成促進(jìn)顆粒的氧化。例如，催化劑材料可以提供表面，諸如顆粒和氫離子反應(yīng)物可以吸附于該表面上，并且在反應(yīng)產(chǎn)物解吸發(fā)生前，還原和氧化反應(yīng)可以在該表面以較低的活化能量發(fā)生。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑材料包含在收集盤80的顆粒接觸部分82中，而安裝部分84不參與電池中的任何電化學(xué)反應(yīng)。例如，在其中金屬燃料及其松散的顆粒是鋅的實(shí)施例中，催化劑材料可以是任何更具有惰性的金屬，使得鋅和催化劑材料可以形成對偶以通過氧化反應(yīng)Ζη+Η20 — Ζη0+2Η++2θ_腐蝕鋅。與此同時(shí)，根據(jù)互補(bǔ)的局部還原反應(yīng)2Η++2θ_ — H2,離子導(dǎo)電介質(zhì)中的氫離子可以還原。收集盤80的催化劑材料可以是任何合適的材料或結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，收集盤80可以包括或者形成自諸如鎳、鉬、鈕、錯(cuò)、金、銀或者其合金、離子或氧化物的催化劑材料。在一些實(shí)施例中，催化劑材料可以包括鎳合金(如蒙乃爾合金)或氧化物(如鈣鈦礦)。在一些實(shí)施例中，催化劑材料也可以是在另一個(gè)基板(如銅、青銅或鎳)上涂覆的薄膜。該材料不限于上述選擇并且可以使用比燃料更具有惰性的任何材料。在一個(gè)實(shí)施例中，可以選擇催化劑材料以便電池10中的電化學(xué)反應(yīng)不消耗催化劑材料或收集盤80的其他部分。收集盤80的催化劑材料可以通過任何合適的方法形成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，收集盤80的催化劑材料可以通過將催化劑材料電鍍到基材上形成。在另一個(gè)實(shí)施例中，收集盤80的催化劑材料可以通過將催化劑材料等離子噴涂到基材上形成。在又一個(gè)實(shí)施例中，收集盤80的催化劑材料可以由催化劑材料模制或成形。如上所述，在一些實(shí)施例中，安裝部分84可不參與電池中的電化學(xué)反應(yīng)。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，安裝部分84也可以包括收集盤80的催化劑材料，并可以誘導(dǎo)顆粒的氧化。在一個(gè)實(shí)施例中，安裝部分84可以整體連接到顆粒接觸部分82。在一個(gè)實(shí)施例中，如上所述，安裝部分84和顆粒接觸部分82都可由催化劑材料形成。圖10還顯示，在一個(gè)實(shí)施例中，收集盤80可以被安裝到電極支座16。在一個(gè)實(shí)施例中，安裝部分84可以連接到電極支座16，而顆粒接觸部分82延伸進(jìn)入口 34的開口。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖11中可見，收集盤可以被電極支座16中的一個(gè)或多個(gè)凹部86接納。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，安裝部分84可以被認(rèn)為是收集盤80的那些被凹部86所接納的部分。圖12和圖13中示出的是電池10在連接到入口通道24的空腔18的一側(cè)缺少流化區(qū)域28的實(shí)施例，取而代之的是，如圖所示，入口 34可直接導(dǎo)入空腔18中。如圖12中可見，其中顯示不具有限定多個(gè)流動(dòng)通道42的隔離件40的空腔18，收集盤80可包括沿多個(gè)入口 34延伸的單體。在電池10的另一實(shí)施例中，如圖13中可見，其中電池10如上述實(shí)施例具有多個(gè)隔離件40，可具有多個(gè)收集盤80，每個(gè)收集盤與多個(gè)入口 34中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)。在另一實(shí)施例中(未示出)，收集盤80可包括延伸通過限定多個(gè)流動(dòng)通道42的隔離件40的單體。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，隔離件40可以被成形為接納收集盤80，例如，通過具有與隔離件40的側(cè)面相關(guān)聯(lián)的凹口，該隔離件40與入口 34相關(guān)聯(lián)。在其它實(shí)施例中，如圖14和圖15中可見，電池10可包含多個(gè)顆粒處理機(jī)制，并且例如可以利用結(jié)合了如上所述的流化區(qū)域28的收集盤80。例如，在圖14中，顯示電池10不具有限定多個(gè)流動(dòng)通道42的隔離件40。盡管這樣，流體仍可通過與入口 34相鄰的多個(gè)流化區(qū)域28進(jìn)入空腔18。如圖所示，收集盤80可以包括沿多個(gè)流化區(qū)域28延伸的單體。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖15中可見，其中電池10具有多個(gè)限定多個(gè)流動(dòng)通道42的隔離件40，并且如上所述，其中入口 34允許流體進(jìn)入相關(guān)的流化區(qū)域28中，該流體仍可通過多個(gè)收集盤80，每個(gè)收集盤80與多個(gè)入口 34中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)。在例如但不限于圖14和圖15中的那些實(shí)施例中，每個(gè)收集盤80可結(jié)合流化區(qū)域28使用，使得如果一些顆粒逆流從燃料電極12脫落，并且穿過收集盤80 (例如，在一些實(shí)施例上的顆粒接觸部分82的多孔區(qū)域)，那么顆粒可以在流化區(qū)域28中被流化，使得其順流被推入以接觸收集盤80。如圖16中所示，在一個(gè)實(shí)施例中，電池10可以包含額外的收集盤80，其遍布于離子導(dǎo)電介質(zhì)的流動(dòng)路徑。例如，在所圖示的實(shí)施例中，其具有多個(gè)收集盤80，每個(gè)收集盤與流化區(qū)域28中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)，電池可以進(jìn)一步包括定位在入口通道24中的入口 34之前的收集盤80。在這樣的實(shí)施例中，收集盤80可催化從燃料電極12上脫落并經(jīng)過收集盤80但不在流化區(qū)域中流化并在重力作用下通過入口 34落下的顆粒的氧化。還如圖所示，收集盤80可定位在燃料電極12之后的流動(dòng)路徑中，其可以被配置為誘導(dǎo)顆粒的氧化，該顆粒從燃料電極12上脫離，但由流體攜帶通過出口 36進(jìn)入出口通道26。雖然在圖示的實(shí)施例中，收集盤80的這些用途都被示出，但在各類實(shí)施例中可以不使用、使用一種或者使用兩種這些額外的收集盤80。在其它實(shí)施例中(未示出)，收集盤80可以定位在電池10的容易被顆粒擁塞的其它區(qū)域周圍。作為非限制性的實(shí)例，其中離子導(dǎo)電介質(zhì)的流動(dòng)穿過擴(kuò)散器(這正如美國專利申請第13/019，923號中所描述的，通過引用的方式將該申請整體并入于此)，收集盤80可以定位在多個(gè)擴(kuò)散器開口的每個(gè)開口的周圍。作為另一個(gè)實(shí)例，在電池10中包括一個(gè)或多個(gè)傳感器(例如但不限于流量傳感器)的實(shí)施例中，電池10可包括被配置為防止顆粒在一個(gè)或多個(gè)傳感器周圍堆積或擁塞的收集盤80。收集盤80的這種定位可以防止顆粒破壞或阻止那些傳感器的正常運(yùn)行。正如圖17中所圖示的，燃料電極12被連接到外部負(fù)載L使得當(dāng)燃料在燃料電極12處被氧化時(shí)由燃料所釋放的電子流到外部負(fù)載L。在一個(gè)實(shí)施例中，外部負(fù)載L可被并聯(lián)耦合到每個(gè)可滲透電極12a-12c (如2009年4月9日提交的美國專利申請第12/385,489號所詳細(xì)描述的，通過引用的方式將該申請并入于此)。在其它實(shí)施例中，外部負(fù)載L可以只耦合到可滲透電極體12a-12c的端子可滲透電極體，以便生長可從每個(gè)可滲透電極體12a-12c之間串聯(lián)地發(fā)生。當(dāng)氧化劑電極14被連接到外部負(fù)載L并且電池10運(yùn)行在放電模式中時(shí)，氧化劑電極14用作陰極。當(dāng)用作陰極時(shí)，氧化劑電極14被配置為從外部負(fù)載L接收電子并對接觸氧化劑電極14的氧化劑進(jìn)行還原。在一個(gè)實(shí)施例中，該氧化劑電極14包括空氣呼吸式電極并且氧化劑包括周圍空氣中的氧氣。氧化劑可通過被動(dòng)傳輸系統(tǒng)輸送到氧化劑電極14。例如，在周圍空氣中存在的氧氣是氧化劑的情況下，僅經(jīng)由電池中的開口(例如由蓋子19中的槽54和在電化學(xué)電池系統(tǒng)100的中心所提供的電極支座16中的槽56所提供的開口)將氧化劑電極14暴露給周圍空氣，可足以允許氧氣擴(kuò)散/滲透進(jìn)入氧化劑電極14?？墒褂闷渌m當(dāng)?shù)难趸瘎┎⑶疫@里所描述的實(shí)施例不限于氧氣的使用作為氧化劑?？稍谖挥谘趸瘎╇姌O14的外圍和蓋子19或電極支座16之間視情況設(shè)置外圍密封墊15，以防止離子導(dǎo)電介質(zhì)在氧化劑電極14周圍泄露并進(jìn)入用于空氣暴露的槽54、56中的區(qū)域。在其它實(shí)施例中，泵(例如鼓風(fēng)機(jī))可被用于在壓力下將氧化劑輸送到氧化劑電極14。該氧化劑源可以為內(nèi)含的氧化劑源。在一個(gè)實(shí)施例中,氧氣可從電池10回收(這正如美國專利申請12/549,617中所公開的，通過引用的方式將該申請的整體并入于此)。相似地，當(dāng)氧化劑為來自于周圍空氣的氧氣時(shí)，氧化劑源可以被廣泛地認(rèn)為是輸送機(jī)構(gòu)，無論其是被動(dòng)的還是主動(dòng)的(例如，泵、鼓風(fēng)機(jī)等)，通過該輸送機(jī)構(gòu)，空氣被允許流向氧化劑電極14。因此，術(shù)語“氧化劑源”意圖包括內(nèi)含的氧化劑和/或用于被動(dòng)地或者主動(dòng)地將來自周圍空氣的氧氣輸送到氧化劑電極14的裝置。當(dāng)氧化劑電極14處的氧化劑被還原時(shí)，產(chǎn)生能被外部負(fù)載L所汲取的電力，而燃料電極12處的燃料被氧化到氧化形式。一旦燃料電極12處的燃料被全部氧化或者由于燃料電極的鈍化而將氧化阻止，那么電池10的電勢將被耗盡?？稍谘趸瘎╇姌O14和負(fù)載L之間設(shè)置開關(guān)60以便氧化劑電極14可以按期望連接到負(fù)載L以及從負(fù)載L斷開連接。為了在放電模式期間和在靜止(開路)時(shí)間段期間限制或抑制在燃料電極12處的氫析出，可添加鹽以減緩這種反應(yīng)?？墒褂缅a、鉛、銅、汞、銦、鉍或具有高氫過電位的任何其它材料的鹽。此外，可添加酒石酸鹽、磷酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、銨或其它氫析出抑制添加劑。在一個(gè)實(shí)施例中，諸如Al/Mg金屬燃料合金可被用于抑制氫析出。其它添加劑也可以或可替換地添加到離子導(dǎo)電介質(zhì)中，包括但不限于增強(qiáng)金屬燃料在燃料電極12上的電沉積過程的添加劑(這正如美國專利申請第13/028，496號中所描述的，通過引用的方式將該申請的整體并入于此。再者，如上所述，在一些添加劑包括在充電期間融入燃料并且在電池10的運(yùn)行期間可以與燃料分離的金屬(包括但不限于銦或鉍)的情況下，收集盤80可以被定位以接觸和將添加劑恢復(fù)成其離子形式，以減少添加劑的浪費(fèi)或減少由斷開連接的金屬顆粒所產(chǎn)生的擁塞的可能性。如圖17中所圖示的，在電池10中的燃料已被完全地氧化之后，或者當(dāng)無論何時(shí)期望通過把氧化的燃料離子還原回燃料而在電池10內(nèi)部重新生成燃料時(shí)，燃料電極12和氧化劑電極14可從外部負(fù)載L上解耦并且使用適當(dāng)?shù)拈_關(guān)62耦合到電源PS。該電源PS被配置為通過在燃料電極12和氧化劑電極14之間施加電勢差來對電池10充電使得燃料的可還原種類被還原并且電沉積到可滲透電極體12a-12c上以及在氧化劑電極14上發(fā)生相應(yīng)的氧化反應(yīng)，其是典型的可氧化種類的氧化以析出可以從電池10中被排出的氧氣。如上所述，并且如在2009年4月9日提交的美國專利申請第12/385,489號中詳細(xì)描述的并且通過引用的方式被并入于此的，可滲透電極中僅有一個(gè)(例如12a)可被連接到電源PS使得燃料還原到可滲透電極體上并一個(gè)接一個(gè)地漸進(jìn)生長到其它可滲透電極體12b-12c上。開關(guān)62可控制電池10何時(shí)運(yùn)行在放電模式和充電模式。此外，另一個(gè)開關(guān)64(包括開關(guān)64a-c)可以與每個(gè)可滲透電極體12a_c相關(guān)聯(lián)，以便選擇性地確定生長是并行地發(fā)生還是漸進(jìn)地發(fā)生。在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)64a-c可以選擇性地消除與一個(gè)或多個(gè)可滲透電極體12a_c的電連接。可提供任何合適的控制機(jī)制以控制開關(guān)60、62和64在打開和閉合位置之間的動(dòng)作。例如，朝著打開位置偏置的繼電器開關(guān)可用于開關(guān)62，其具有耦合到電源的電感線圈，該電感線圈在充電開始時(shí)使開關(guān)閉合。進(jìn)一步地，允許單獨(dú)連接到可滲透電極體12a-12c的更復(fù)雜的開關(guān)可用于提供與負(fù)載之間的連接/斷開，以及相互之間的連接和斷開。在一個(gè)實(shí)施例中，控制機(jī)制可以與用于電池的高效率模式相關(guān)這正如美國專利申請第13/083，929號中所公開的，通過引用的方式將該申請的整體并入于此。
圖18示出了提供獨(dú)立的充電電極70用作充電電極而不是氧化劑電極14的實(shí)施例。如圖3中所圖示的，獨(dú)立的充電電極70可以定位在燃料電極12和氧化劑電極14之間，且具有位于獨(dú)立充電電極70和氧化劑電極14之間的隔離件72和密封件17。隔離件72是不導(dǎo)電的并具有離子導(dǎo)電介質(zhì)可以通過其流動(dòng)的開口。在上述相對于圖17所描述的實(shí)施例中，如上所述，氧化劑電極14在發(fā)電/放電期間用作陰極，并且在充電期間用作陽極。在圖18中，負(fù)載可并聯(lián)耦合到燃料電極12的每個(gè)可滲透電極體12a-12c，并且在再充電期間還并聯(lián)耦合到獨(dú)立充電電極70。在電流產(chǎn)生期間，燃料電極12上的燃料被氧化，產(chǎn)生被傳導(dǎo)以對負(fù)載L供電并且繼而被傳導(dǎo)至氧化劑電極14用于氧化劑的還原的電子(如上面更詳細(xì)地討論的)。在本發(fā)明的任何實(shí)施例中，同時(shí)向燃料電極12的所有電極體12a_12c而不是僅僅向一個(gè)電極體施加陰極電勢來產(chǎn)生逐個(gè)電極體的漸進(jìn)生長也是可能的。發(fā)源于一個(gè)端子的漸進(jìn)生長是有利的，因?yàn)槠涮峁┝烁蟮拿芏?。具體地，通過漸進(jìn)生長，當(dāng)連接每個(gè)后續(xù)電極體時(shí)，在先前連接的電極體中的生長繼續(xù)進(jìn)行。在所有電極體經(jīng)受相同電勢的情況下，生長將直到在充電電極和與其接近的電極體之間發(fā)生短路才發(fā)生，該充電電極是圖17的實(shí)施例中的氧化劑電極14和圖18的實(shí)施例中的獨(dú)立充電電極70。因此，以這種方式具有更快但不那么稠密的生長是可能的，這可能符合某些再充電需求。圖17和圖18中所圖示的實(shí)施例不應(yīng)該被認(rèn)為是以任何方式進(jìn)行限制的，并且作為電池10怎樣可以被配置成可充電的非限制性實(shí)例而被提供。美國專利申請第12/885，268號(其已公布為美國專利申請公開第2011/0070506號，通過弓I用將其全部內(nèi)容并入于此)描述了在電池內(nèi)部具有充電/放電模式切換的可再充電電化學(xué)電池系統(tǒng)的實(shí)施例。返回到圖5，在離子導(dǎo)電介質(zhì)已經(jīng)通過燃料電極12之后，該介質(zhì)可流入出口通道26中，該出口通道26與電極支座16的空腔18的出口 36以及出口 22連接。在介質(zhì)在電池10中再循環(huán)的實(shí)施例中，出口 22可被連接到入口 20，或者如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，在多個(gè)電池10被流體串聯(lián)連接時(shí)，該出口 22可被連接到相鄰電池的入口。如上所述，在一些實(shí)施例中，收集盤80可被定位在燃料電極12的上方，包括但不限于在出口 36中，或在出口通道26中。在一個(gè)實(shí)施例中，出口 22可被連接到容器以收集已經(jīng)在電池10中使用過的介質(zhì)。附圖中所圖示的電池10可被流體串聯(lián)連接。2009年12月4日提交的并且通過引用的方式將其整體并入于此的美國專利申請第12/631，484號中提供了串聯(lián)連接的電池的實(shí)施例的詳細(xì)內(nèi)容。第一電池10的出口 22可被流體連接到第二電池10的入口 20，并且第二電池10的出口 22可被連接到第三電池的入口 20等等。盡管圖2、圖3、圖10和圖11的實(shí)施例圖示了兩個(gè)電池10，可堆疊額外的電池并流體連接到所圖示的電池。如上所述并在圖4、圖5和圖12-16中所圖示的，因?yàn)橛扇肟谕ǖ?4和出口通道26創(chuàng)建的曲折的彎曲路徑，所以在每個(gè)電池10中經(jīng)由通道24、26的用于介質(zhì)的流動(dòng)通道的長度大于燃料電極12和氧化劑電極14之間的距離。這在流體連接的電池對之間產(chǎn)生大于單個(gè)電池10內(nèi)部離子電阻的離子電阻。正如美國專利申請第12/631，484號中所討論的，這可減小或者最小化電池堆疊100的內(nèi)部離子電阻損耗。在運(yùn)行時(shí)，在其上已經(jīng)沉積了金屬燃料的燃料電極12被連接到負(fù)載L并且氧化劑電極14被連接到負(fù)載L。離子導(dǎo)電介質(zhì)在正壓力下進(jìn)入入口 20并流過入口通道24、空腔18的入口 34，在此其可以流入流化區(qū)域28和/或流過收集盤80。在一些實(shí)施例中，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以橫跨由隔離件40的細(xì)長中間部分22所限定的流動(dòng)通道42中的可滲透電極體12a-12c而流動(dòng)。離子導(dǎo)電介質(zhì)也可滲透通過燃料電極12的可滲透電極體12a_12c。離子導(dǎo)電介質(zhì)同時(shí)接觸燃料電極12和氧化劑電極14，因此允許燃料被氧化并向負(fù)載L傳導(dǎo)電子，同時(shí)氧化劑借助由負(fù)載L傳導(dǎo)到氧化劑電極14的電子在氧化劑電極14處被還原。在離子導(dǎo)電介質(zhì)已經(jīng)通過流動(dòng)通道42或通過空腔18之后，介質(zhì)經(jīng)由空腔18的出口 36從空腔18流出，經(jīng)過出口通道24，并從電池10的出口 22流出。當(dāng)電池10的電勢已經(jīng)被耗盡或者當(dāng)其他情況下期望對電池10再充電時(shí)，燃料電極12被連接到電源PS的負(fù)端并且充電電極(其是圖17中圖示的實(shí)施例中的氧化劑電極14和圖18中圖示的實(shí)施例中的獨(dú)立充電電極70)被連接到電源PS的正端。在充電或再充電模式中，燃料電極12變?yōu)殛帢O并且充電電極14、70變?yōu)殛枠O。通過向燃料電極12提供電子，燃料離子可還原為燃料并重新沉積到可滲透電極體12a-12c上，而離子導(dǎo)電介質(zhì)以與上面關(guān)于放電模式所描述的相同的方式循環(huán)通過電池10。在一些實(shí)施例中，流動(dòng)通道42可提供橫跨燃料電極12的離子導(dǎo)電介質(zhì)的方向性和分布。在一些實(shí)施例中，流化區(qū)域28攪拌在電池10的放電模式期間在離子導(dǎo)電介質(zhì)內(nèi)部已經(jīng)形成的顆粒和沉淀物，并防止顆粒脫離介質(zhì)而沉淀在空腔的底部，這使得顆粒與離子導(dǎo)電介質(zhì)一起流動(dòng)穿過燃料電極12。在包含流動(dòng)通道42的實(shí)施例中，該流動(dòng)通道42也可防止顆粒沉淀和/或覆蓋電極。當(dāng)電池10處在充電模式時(shí)，橫跨燃料電極12的顆粒的改進(jìn)分布使得所還原的燃料更均勻地沉積到燃料電極12上，這提高了燃料電極12上的燃料的密度，并增加了電池10的容量和能量密度，因此增強(qiáng)了電池10的循環(huán)壽命。此外，通過具有控制放電期間的沉淀或反應(yīng)副產(chǎn)物的分布的能力，可阻止燃料電極12上的副產(chǎn)物的早期鈍化/沉積。鈍化導(dǎo)致較低的燃料利用率和較低的循環(huán)壽命，這是所不期望的。本發(fā)明的實(shí)施例并不限于如上所述在放電模式期間產(chǎn)生的以及在再充電期間可逆地被還原和電沉積為燃料的反應(yīng)副產(chǎn)物的處理。當(dāng)然，本發(fā)明的實(shí)施例可用在可還原的燃料種類與反應(yīng)副產(chǎn)物不同且被單獨(dú)供給的情況。已經(jīng)僅僅為了圖示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)性和功能性原理而提供了前述圖示的實(shí)施例并且這些實(shí)施例并非意圖是限制性的。例如，本發(fā)明可使用不同的燃料、不同的氧化劑、不同的電解液和/或不同的整體結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)或材料來實(shí)施。作為非限制性實(shí)例，在一些實(shí)施例中，電池10的結(jié)構(gòu)可與美國專利申請第12/385，217號或第12/776，962號(每個(gè)申請通過引用的方式并入于此)所公開的那些結(jié)構(gòu)類似。因此，本發(fā)明意圖包括在下面所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有修改、替代、改變和等同。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)電池包括: 包含金屬燃料的燃料電極； 與所述燃料電極隔開的氧化劑電極； 用于在所述燃料電極和所述氧化劑電極之間傳導(dǎo)離子以支持在所述燃料電極和所述氧化劑電極上的電化學(xué)反應(yīng)的離子導(dǎo)電介質(zhì)；以及 被定位為被從所述燃料電極分離的所述金屬燃料的顆粒所接觸的收集盤； 其中所述燃料電極和所述氧化劑電極被配置為，在放電期間，在所述燃料電極處氧化所述金屬燃料并且在所述氧化劑電極處還原氧化劑以在其間產(chǎn)生放電電勢差以用于施加到負(fù)載；以及 其中所述收集盤包含用于局部性地在所述收集盤上對接觸所述收集盤的所述金屬燃料的顆粒的氧化和所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中的陽離子的還原進(jìn)行催化的催化劑材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，進(jìn)一步包括選自由(a)所述氧化劑電極和(b)與所述燃料電極和所述氧化劑電極隔開的獨(dú)立充電電極所組成的組的充電電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料電極和所述充電電極被配置為，在再充電期間，通過在所述燃料電極和所述充電電極之間來自電源的再充電電勢差的施力口，還原所述金屬燃料的可還原種類以將所述金屬燃料電沉積在所述燃料電極上以及氧化所述氧化劑的可氧化種類。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料電極包括以間隔分開的關(guān)系布置的一系列可滲透電極體； 其中所述可滲透電極體的所述間隔分開的關(guān)系能夠使得所述再充電電勢差施加在所述充電電極和至少一個(gè)所述可滲透電極體之間，其中所述充電電極用作所述陽極并且以所述至少一個(gè)可滲透電極體用作所述陰極，使得所述可還原燃料種類在所述至少一個(gè)可滲透電極體上被還原并且以可氧化的形式被電沉積為所述金屬燃料，借此所述電沉積引起所述金屬燃料在所述可滲透電極體之間的生長使得所述電沉積的金屬燃料在所述可滲透電極體之間建立電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述催化劑材料包括鎳、鉬、鈀、銠、銀、金或鈦，或者其合金、氧化物或離子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述催化劑材料由等離子噴涂形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述催化劑材料由電鍍方法形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述收集盤沿著所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的流動(dòng)路徑而被定位，并且其中所述收集盤被配置為允許所述離子導(dǎo)電介質(zhì)流過其中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池，其中所述收集盤包括定位在用于所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的流動(dòng)入口和所述燃料電極之間的多孔篩。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電池，其中所述多孔篩包括尺寸約為0.01-1000 μ m的孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述金屬燃料包括鋅，并且其中在存在所述催化劑材料的情況下鋅的沉淀物氧化以形成鋅離子，而存在于所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中的氫離子還原以形成氫氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，進(jìn)一步包括多個(gè)所述收集盤，被配置為接觸遍及所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的流動(dòng)路徑的所述金屬燃料的顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池，其中所述多個(gè)收集盤被定位在所述電池的底部、限定所述流動(dòng)路徑的流體管以及沿所述流體管連接的用于存儲過量離子導(dǎo)電介質(zhì)的貯存器中的至少一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述收集盤以與所述燃料電極隔開的關(guān)系被定位，使得從所述燃料電極脫離的所述金屬燃料的顆粒在重力作用下落入并與所述收集盤接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電化學(xué)電池，其中所述金屬燃料包括鋅，并且其中在存在所述催化劑材料的情況下鋅的沉淀物氧化以形成鋅離子，而存在于所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中的氫離子還原以形成氫氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述收集盤的顆粒接觸部分被定位為與所述燃料電極基本上垂直。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電化學(xué)電池，其中所述收集盤的安裝部分與所述燃料電極基本上平行，并且因此與所述收集盤的所述顆粒接觸部分基本上垂直。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述催化劑材料包括比所述金屬燃料更具有惰性的金屬。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述電化學(xué)電池包括選自由鉛-酸、鎳-鋅、鎳-鎘以及鋅-溴組成的組的電化學(xué)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種電化學(xué)電池，包括燃料電極，被配置為當(dāng)燃料電極與相關(guān)聯(lián)的陰極被連接到負(fù)載時(shí)作為陽極運(yùn)行以消耗燃料?；蛘叽嬖谟诨蛘吡鬟^電化學(xué)電池的離子導(dǎo)電介質(zhì)被配置為傳導(dǎo)離子并且參與陽極和陰極之間的電化學(xué)反應(yīng)。電池進(jìn)一步包括含有催化劑材料的收集盤以誘導(dǎo)可以從燃料電極上以固態(tài)形式分離的燃料和/或燃料添加劑的沉淀物的離子化。收集盤可被定位以防止離子導(dǎo)電介質(zhì)中的沉淀物的擁塞或者電斷開連接的燃料和/或添加劑的浪費(fèi)。
文檔編號H01M2/38GK103081180SQ201180035526
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者C·A·弗里森, R·克里施南, G·弗里森 申請人:流體公司