1.一種電池,包括:
陽極結(jié)構(gòu)(1),所述陽極結(jié)構(gòu)(1)包括陽極側(cè)電化學(xué)活性組分(110)和陽極側(cè)電解質(zhì)(120),所述陽極側(cè)電化學(xué)活性組分(110)包括以下物質(zhì)中的一種或多種:活性金屬單質(zhì)、活性金屬離子、活性金屬合金和活性金屬嵌入材料;
陰極結(jié)構(gòu)(2),所述陰極結(jié)構(gòu)(2)包括陰極側(cè)電化學(xué)活性組分(210)、陰極側(cè)液體電解質(zhì)(220)和陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230);
隔膜(4),所述隔膜(4)位于陽極結(jié)構(gòu)(1)和陰極結(jié)構(gòu)(2)之間,并將陽極側(cè)電解質(zhì)(120)與陰極側(cè)液體電解質(zhì)(220)分隔,所述隔膜(4)是基本不透水的;和
輸氣裝置(3),所述輸氣裝置(3)有輸氣管道(310),所述輸氣管道(310)有出氣口(311),所述出氣口(311)在所述陰極結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述1的電池,所述輸氣管道(310)和/或出氣口(311)浸入在所述陰極側(cè)液體電解質(zhì)(220)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,其具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:
a)所述出氣口(311)的口徑為0.1mm以上,例如0.5~10mm;
b)所述出氣口(311)到所述陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230)的距離(d2)為0~100mm,例如0.1-50mm;
c)所述出氣口(311)朝向或背向所述陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,其具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:
d)所述輸氣管道(310)為曲線形管道,例如螺旋形管道,蛇形管道或環(huán)形管道;
e)所述輸氣管道(310)的材料包括選自玻璃、石英、塑料、不銹鋼、鈦、鉬和鎢中的一種或多種;
f)所述輸氣管道(310)上設(shè)置有只允許氣體流出不允許液體流入的開關(guān),所述開關(guān)優(yōu)選為單向閥;
g)輸氣管道(310)不與電子導(dǎo)電體(230)電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,所述輸氣裝置(3)包括用于輸氣的泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,所述陰極側(cè)電化學(xué)活性組分(210)包括氣態(tài)氧化劑;
優(yōu)選地,所述氣態(tài)氧化劑是水溶性的;
優(yōu)選地,所述氣態(tài)氧化劑包括空氣、O2、SO2和NO2中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池,所述輸氣裝置(3)用于向所述陰極結(jié)構(gòu)(2)中輸入所述氣態(tài)氧化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,所述陰極側(cè)電化學(xué)活性組分(210)包括水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,所述電池工作時(shí),所述陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230)位于陰極側(cè)液體電解質(zhì)(220)上方。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,所述陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230)的材料包括碳材料、粘結(jié)劑、非碳多孔材料和催化劑中的一種或多種。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,其具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:
h)所述陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230)是親水的;
i)所述陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230)的是多孔的;
j)所述陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230)的厚度(d1)為5mm以上,例如10~200mm;
k)所述陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230)含有催化劑或被催化劑處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,所述陰極側(cè)液體電解質(zhì)(220)為含水液體電解質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池,所述陽極側(cè)電解質(zhì)為(120)為非水液體電解質(zhì)或固體電解質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1~13任一項(xiàng)所述的電池,其具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征:
l)陽極側(cè)電化學(xué)活性組分(110)是鋰;
m)陽極側(cè)電解質(zhì)(120)是有機(jī)液體電解質(zhì);
n)隔膜(4)包括鋰離子固體電解質(zhì);
o)陰極側(cè)電化學(xué)活性組分(210)包括水和含氧氣體;
p)陰極側(cè)液體電解質(zhì)(220)是酸、堿或鹽的水溶液;
q)陰極側(cè)電子導(dǎo)電體(230)包括多孔碳材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求1~13任一項(xiàng)所述的電池,所述電池為金屬空氣電池,所述金屬空氣電池優(yōu)選為鋰空氣電池、鈉空氣電池、鋅空氣電池、鈣空氣電池或鎂空氣電池。
16.一種運(yùn)行權(quán)利要求1~15任一項(xiàng)所述的電池的方法,其包括:以自然吸氣、強(qiáng)制輸氣或自然吸氣-強(qiáng)制輸氣混合的模式,通過輸氣裝置(3)向陰極結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)輸送合適的氣態(tài)氧化劑的步驟;
優(yōu)選地,以自然吸氣的模式通過輸氣裝置(3)向陰極結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)輸送合適的氣態(tài)氧化劑時(shí),輸氣裝置(3)依靠電池外部環(huán)境氣壓將氣態(tài)氧化劑輸送到陰極結(jié)構(gòu)(2)內(nèi);
優(yōu)選地,以強(qiáng)制輸氣的模式通過輸氣裝置(3)向陰極結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)輸送合適的氣態(tài)氧化劑時(shí),輸氣裝置(3)包括泵,輸氣裝置(3)依靠泵產(chǎn)生的氣壓將氣態(tài)氧化劑輸送到陰極結(jié)構(gòu)(2)內(nèi);
優(yōu)選地,以自然吸氣-強(qiáng)制輸氣的模式通過輸氣裝置(3)向陰極結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)輸送合適的氣態(tài)氧化劑時(shí),輸氣裝置(3)包括至少兩條獨(dú)立的輸氣管道,至少一條輸氣管道將依靠電池外部環(huán)境氣壓將氣態(tài)氧化劑輸送到陰極結(jié)構(gòu)(2)內(nèi),至少另一條輸氣管道依靠泵產(chǎn)生的氣壓將氣態(tài)氧化劑輸送到陰極結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)。