CN105164849B - 金属-气体蓄电池系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种利用来自燃烧发动机的废气流作为反应气体的金属‑气体蓄电池。通过现有的发动机系统化的燃烧系统，将几乎恒定浓度的废气供给至金属‑气体蓄电池。系统化的燃烧系统保持确定的空气燃料混合(A/F)，其起到提高交通工具的燃料效率的作用，且该金属‑气体蓄电池充分利用了现有交通工具的空气管理系统。废气的废热有时用于交通工具的热控制，随后冷却的废气被引入金属‑气体蓄电池中，使得冷却的废气在阴极还原反应期间被消耗以产生并存储电能。金属‑气体蓄电池支持采用现有排放催化剂的排出气体的清洁。
Description
背景技术
本公开内容涉及蓄电池，特别是金属-气体基蓄电池，其中由燃机供应反应气体。
锂(Li)-空气蓄电池是金属-空气蓄电池化学的一种形式，其采用锂在阳极的氧化和氧在阴极的还原来产生电流。与其它类型的锂电池相比，Li-空气锂电池具有高的能量密度。能量密度是给定体积的锂电池能够存储的能量的量的度量，Li-空气蓄电池的能量密度比其它类型的电池更接近传统的汽油动力发动机。Li-空气蓄电池通过使用来自空气的氧替代存储在内部的氧化剂来实现高的能量密度。
Li-空气蓄电池的相对高的能量密度使得Li-空气蓄电池成为用于机动车应用的有吸引力的候选者。汽油的能量密度为约13kWh/kg，当计入损失时，这对应于提供给车辆车轮的1.7kWh/kg的能量。排除氧气的质量，锂-空气蓄电池的理论能量密度为12kWh/kg，当计入过电位、其它电池组件、蓄电池组辅助设备及比燃机更高的电机效率时，其对应在车辆车轮处的1.7kWh/kg的理论实际能量密度。因此，Li-空气蓄电池提供了与气体驱动燃机类似的驱动车辆的传动系统的能力。
锂-空气蓄电池的运作通常由锂在阳极处被氧化形成锂离子和电子来表征。电子通过外部电路电力做功，且锂离子迁移穿过电解质以在阴极还原氧。当外加电位大于用于放电反应的标准电位时，锂金属在阳极上析出，在阴极处产生氧气O2。由电化学电位在阳极处产生的反应促使锂金属依照氧化来释放出电子。半反应为Li←→Li++e-。图1A显示了现有技术的Li-空气蓄电池的充电循环，其中电子向阳极迁移，且氧在阴极处被释放。图1B显示了现有技术的Li-空气蓄电池的放电循环，其中电子离开阳极，且氧在阴极处被吸附。与其它金属-空气蓄电池材料的比容量(锌为820mAh/g，铝为2980mAh/g)相比，锂具有高的比容量(3862mAh/g)，使得锂成为用作阳极材料很好的选择。在阴极处，通过锂离子与氧的复合(recombination)发生还原。目前，介孔碳与金属催化剂一起已被用作阴极材料。被纳入碳电极的金属催化剂提高了氧还原动力学，且提高了阴极的比容量。目前，选择锰、钴、钌、铂、银或钴与锰的混合物作为催化剂的金属元素，且在阴极中使用它们的氧化物、硫化物及环状化合物(如酞菁)。
Li-空气的电池性能通常受限于在阴极的反应效率，因为大多数的电池电压降发生在阴极。目前，在Li-空气蓄电池中采用了由非质子电解质和水性电解质选择所描述的多重蓄电池化学，因此，在阴极处的确切的电化学反应在各Li-空气蓄电池之间改变。非质子设计可包括锂金属阳极、液态有机电解质和多孔碳阴极，由此，主反应化学是不溶性的过氧化锂(Li2O2)或氧化锂(Li2O)的析出与分解。水性Li-空气蓄电池可包括锂金属阳极、水性电解质和多孔碳阴极。水性电解质仅是溶解在水中的锂盐的组合。这是与有机电解质体系不同的反应化学，即是通过可溶性的氢氧化锂(LiOH)形式的析出与分解。
金属-空气蓄电池(如Li-空气蓄电池)是一种有希望的后锂离子蓄电池技术，且蓄电池的Li-O2变体是高能量密度型可再充电蓄电池的有希望的候选者，但采用环境空气作为反应气体取代纯氧(O2)气体导致蓄电池具有差的再充电特性。这是因为，H2O和CO2导致反应产物(例如Li2O2、Li2O和LiOH)的失活，即Li2CO3的形成，其对于再充电而言为非活性材料。包括O2气体的环境空气是最具吸引力的活性材料，但是，环境空气杂质、H2O和CO2降低了Li-O2蓄电池的巨大优势。一种克服来自环境空气的杂质的方法是采用空气管理形式从环境气体中纯化H2O和CO2以实现气体纯化。即使采用最先进的技术(例如气体分离膜)，环境空气中的杂质的完全气体管理也是非常困难的。即使采用吸附剂(例如沸石)的气体吸附技术会从环境空气中除去大部分H2O和CO2，但为了彻底除去杂质，这类气体吸附系统将必须非常大。因此，彻底的环境气体纯化对于大多数蓄电池应用而言通常是不现实的。
Albertus等在美国专利公开2012/0094193中公开了一种高比能的Li-O2/CO2蓄电池，其中包括CO2的环境空气被引入Li-空气蓄电池。特别地，二氧化碳(CO2)与氧的2:1的化学计量比摩尔是最佳的，以获得作为一次电池的高能量密度。然而，在当前的生存环境中，浓缩CO2气体相对于O2达到最高2:1的摩尔进料比是非常困难的，因为在环境空气中，CO2的量为约0.03％，且维持恒定CO2浓度的管理系统是难以实施的，因为CO2浓度在环境空气中波动。因此，对于车辆用途，所提出的蓄电池是不实际的。
因此，存在对于金属-气体蓄电池的需求，其不需要环境空气的完全纯化，且可适于运输和车辆应用。
发明内容
本文公开了一种金属-气体蓄电池系统，其包括与至少一种废气流连通的至少一个金属-气体蓄电池，使得以允许被引入的气体在催化还原反应期间被消耗从而产生能量的方式，废气流被引入到金属-气体蓄电池中。该废气流可包含在燃机中产生的至少一种废气。在该金属-气体蓄电池中产生的能量可以为电能形式。
本文所公开的金属-气体蓄电池系统可以与各种机构和动力源结合使用。本文还公开了一种包括金属-气体蓄电池的燃烧系统，该金属-气体蓄电池被配置为向至少一个装置提供能量，特别是电能。本文还公开了一种交通工具(如机动车)，其包括内燃机、至少一个排放控制装置、至少一个排气管，该排气管将废气传送到至少一个金属-气体蓄电池系统，该金属-空气蓄电池可运行地与机动车连接。
附图说明
特别地指出了被认为是本发明的主题并在说明书的结论处在权利要求书中清楚地要求保护。根据以下详细的描述并结合附图，本发明的前述及其它目的、特征及优点是显而易见的，其中：
图1A和1B显示了典型的Li-空气蓄电池的充电和放电循环；
图2是本发明的金属-气体蓄电池系统的示意图，其利用来自内燃机的燃烧排气作为该金属-气体蓄电池的气体输入；
图3是另一本发明的金属-气体蓄电池系统的示意图，其利用来自内燃机的燃烧排气作为该蓄电池的气体输入；
图4是另一本发明的金属-气体蓄电池系统的示意图，其在交通工具的情况下利用来自内燃机的经催化处理的燃烧排气作为蓄电池的气体输入；
图5是Li-气体蓄电池的实施方案的电压-容量的曲线图，该Li-气体蓄电池具有1mol/L的LiPF6、碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯(EC-DEC)的电解质，用于多种输入的反应气体，其中最内侧的曲线来源是纯氩输入气体，随后依次是1/84/15体积百分比的O2/N2/CO2、20/80体积百分比的O2/N2及1/80/14/2/2/1体积百分比的O2/N2/CO2/CO/NO/HC；
图6是Li-气体蓄电池的实施方案的电压-容量的曲线图，该Li-气体蓄电池具有在离子液体N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵-双(三氟甲磺酰基)胺(DEMETFSI)中的0.32mol/kg的双(三氟甲磺酰基)胺锂(LiTFSI)的电解质，其用于图5所示的相同的气体输入。
具体实施方式
本公开内容涉及一种装置或系统，其利用来自燃机(如内燃机)的“废气”作为用于金属-气体蓄电池的反应气体或多种反应气体。合适的内燃机的非限制性实例包括其中在工作流体(如空气)中燃烧染料的那些。合适的燃料包括但不限于石油制品，例如汽油、柴油等。本文中所采用的术语“废气”是指在燃烧活动之后从相关内燃机中排出的材料。作为非限制性实例，在四冲程内燃机中，废气是指在循环的排气冲程阶段中，通过相关活塞的向上运动从内燃机中的一个或多个气缸被压出的材料。所产生的废气流可包括但不限于下述的一种或多种气体：氧(O2)、氮(N2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、水(H2O)、各种短链烃(HC)、单氮氧化物(NOx)、燃烧的硫氧化物产物(SOx)。在多个实施方案中，预计的是，被供给并被利用的废气会是氧与一种或多种目标气体(例如CO2、CO、NOx、SOx和HC)的组合。本文中，烃(HC)是指甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。
作为广义的理解，本公开内容涉及金属-气体蓄电池系统，其包括与至少一种废气流流体连通的至少一个金属-气体蓄电池。该金属-气体蓄电池可包括至少一种阴极。在本公开内容范围内的是，本文所公开的金属-气体蓄电池系统包括任意合适的排布或配置的多个蓄电池单元。所采用的阴极可以由促进与一种或多种目标气体的还原反应的一种或多种材料构成。
该系统还包括至少一种废气引入机构，其配置为传送废气到金属-气体蓄电池中，该金属-气体蓄电池允许至少一种目标排放成分的一部分在阴极还原反应期间被消耗以产生能量。在本文所公开的实施方案中，废气流可来自于具有由内燃机产生的废气流的至少一部分的一个或多个源。在各种实施方案中，预计的是，内燃机与移动交通工具(如机动车)相关。将该金属-气体蓄电池可运行地连接至移动交通工具以提供相关交通工具的电力使用要求的至少一部分。
可将与金属-气体蓄电池系统相关的内燃机集成到相关的燃烧系统中。在机动车中，可认为燃烧系统可包括位于内燃机下游的废气出口和任意相关的及辅助的装置。燃烧系统还可包括多种一个或多个导管、一个或多个阀等，以将废气流的至少一部分向出口传送。导管可配置为保持在金属-气体蓄电池与废气流的源之间的流体连通。还可认为，燃烧系统可包括至少一种装置，该装置调节供应至内燃机的燃料材料的空气-燃料(A/F)比或混合。可通过一个或多个传感器及控制器来调节空气-燃料比，以便控制和/或调节发动机性能、发动机效率、燃油经济性、排放内容物或上述的任意组合中的至少一种。还可认为，在某些实施方案中，可以将本文所公开的金属-气体系统可运行地连接至一个或多个A/F调节装置，以保持确定的或稳定的A/F混合。可以通过例如传感器、诊断计算装置等装置来实现可运行的连接。可以认为，在本公开内容的范围内的是，金属-气体蓄电池系统可以具有合适的输出装置，该输出装置可以与位于燃烧系统内的一个或多个校准装置通信并相互作用，以产生促进发动机性能的A/F混合溶解值(solution value)，同时降低排放及提供电池运行。
相关的燃烧系统可以包括至少一种目标排放成分除去/减少装置。目标排放成分除去/减少装置是从相关的废气流中减少或消除目标排放成分的全部或一部分的装置。在上下文中所采用的术语“除去或减少”还包括但不限于将目标排放成分隔离(sequestration)、转化为更环境友好的化合物，消耗目标排放成分，以及上述的组合。该类装置的非限制性实例包括催化转化器、再循环阀等。
本文所公开的金属-气体蓄电池系统被配置为以与多种目标排放成分除去/减少装置串联的方式工作，以在金属-气体蓄电池的运行中消耗至少一部分的目标排放成分。在某些实施方案中，目标气体除去装置可被配置为包括至少一种转化催化剂。在这类实施方案中，至少一个金属-气体蓄电池可以与转化催化剂相结合地工作，以在废气流排出燃烧系统之前减少废气流中的一种或多种目标排放化合物。根据期望或需要，金属-气体蓄电池可串联地放置在转化催化剂的上游或下游。
在具体的实施方案中，通过机动车中现有的系统化的燃烧系统，几乎恒定浓度的包含O2、N2的废气，以及一种或多种目标气体(例如CO2、CO、NOx、SOx、HC及H2O)供给至金属-气体蓄电池。系统化的燃烧系统保持或维持确定的或稳定的空气燃料混合(A/F)，该空气燃料混合提高了交通工具的燃料效率，由此，本发明的金属-气体蓄电池利用(leverage)了现有的交通工具的空气管理系统。
在本文所公开的金属-气体蓄电池系统的多个实施方案中，可认为，在废气流中存在的氧可以作为多重反应的引发剂。在又一个实施方案中，废气的废热首先用于交通工具的热控制，随后冷却的废气被引入到金属-气体蓄电池中，以便在阴极还原反应期间被消耗以产生并存储电能。在金属-气体蓄电池的又一个实施方案中，O2从O2被还原成超氧自由基O2 -，所形成的自由基可被再次引入废气流，以攻击任意的反应气体(例如目标排放成分CO2、CO、NOx、SOx、HC和H2O)，反应产物聚集在阴极孔隙上。该发明的金属-气体蓄电池的实施方案支持使用排放催化剂的排出气体的清洁(clean up)。例如，碳和过渡金属氧化物起到捕获在蓄电池内的废气的作用，该蓄电池充当废物排放系统的一部分。
在某些实施方案中，金属-气体蓄电池可以由金属阳极、电解质和气体扩散阴极构成。在某些实施方案中，金属阳极中所采用的材料可以由适于相关电池的性能要求的材料构成。例如，在某些高电压产生应用中，可以采用由锂构成的阳极，或者作为替代，其它金属(例如镁、铝、钠、锌和铁)可用于形成低成本的金属阳极。在某些实施方案中，电解质由几种电解质材料的组合构成，该电解质材料包括固态电解质或凝胶/高分子电解质。进一步，可以在电解质中使用非挥发性的电解质，例如离子液体。在金属-气体蓄电池的其它实施方案中，在阴极侧，优选电解质对氧自由基具有高耐受性。阴极可以由具有包括高表面积和高孔容的大孔隙率的碳、由过渡金属氧化物和贵金属形成的催化剂、及粘合剂构成。在一个实施方案中，可使用吸附排放气体的催化剂。
本文所公开的装置具有作为与内燃机一起使用的金属-气体蓄电池的用途。提供了本发明的金属-气体蓄电池的实施方案，其利用来自内燃机(例如汽油或柴油发动机)的“废气”作为反应气体。在某些实施方案中，通过车辆的现有的系统化的燃烧系统，向金属-气体蓄电池供给几乎恒定浓度或流的废气，该废气包含O2、N2、CO2、CO、NOx、SOx、HC和H2O。系统化的燃烧系统保持确定的空气燃料混合(A/F)，该空气燃料混合提高了交通工具的燃料效率，由此，本发明的金属-气体蓄电池利用了现有交通工具的空气管理系统。本发明的金属-气体蓄电池也得益于内燃机交通工具的“燃料切断(fuel cut)”现象。燃料切断是指废气中的氧浓度的增加。在本文所公开的金属-气体蓄电池系统的实施方案中，氧气可充当多重反应的引发剂。在其它的本发明的实施方案中，废气的废热首先用于交通工具的热控制或热电发电，随后冷却的废气被引入金属-气体蓄电池中，以便在阴极还原反应期间被用尽以产生并存储电能。在某些实施方案中，将该废气冷却至低于80摄氏度，而在其它实施方案中，在将废气流引入金属-气体蓄电池之前，会产生低于60摄氏度的废气温度。
在本文所公开的金属-气体蓄电池系统的某些实施方案中，据信，废气流中的O2被还原以形成O2的超氧自由基，O2 -。该自由基，一旦产生即能够以与废气流气体中的一种或多种目标排放成分(如CO2、CO、NOx、SOx、烃(HC)和H2O)反应，以将它们转化为所期望的一种或多种反应产物，该反应产物聚集在阴极孔隙上。作为结果，本发明的金属-气体蓄电池的某些实施方案引起有毒排放气体的化学改性，以补充或者甚至消除对于传统排放催化剂(如分散的铂颗粒)装置的需要。不打算束缚于特定的理论，据信，蓄电池中的碳和过渡金属氧化物在一个或多个金属-气体蓄电池内部起到捕获至少一些废气成分的作用，由此使得蓄电池有效地充当废气排放系统的一部分。
根据所公开的实施方案的金属-气体蓄电池可以是具有负电极或阳极的蓄电池，具有通过多孔分隔体与正电极或阴极分隔开的集流体。在由K.M.Abraham等人报道的J.Electrochem.Soc,143(1996)1-5和由T.Ogasawara等人报道的J.Power Sources,128(2006)1390-1393中提供了金属-气体蓄电池的示例性设计和材料。
图2是显示了本发明的金属-气体蓄电池系统的一个实施方案(通常在40处)的示意图。内燃机42具有废气流。本文中运行的内燃机包括汽油和柴油动力发动机。废气流经过热控制器44，运行热控制器44以降低废气流的温度。热控制器44可包括任何合适的热交换器装置。在某些发明的实施方案中，热控制器包括在降低废气流的温度的过程中产生电的热电装置。当废气流被冷却至小于80摄氏度的温度、且在一些情况下被冷却至小于60摄氏度的温度时，可使废气流与一个或多个金属-气体蓄电池46流体连通。
在一些实施方案中，可以提供催化单元48以与从热控制器44、蓄电池46或二者的组合中排出的有毒废气的某些成分的至少一部分反应。可以理解的是，容易提供传感器以调节内燃机42的运行，以便更改(modify)用于蓄电池46的改进的运行的废气混合物。例如，可以改变空气/燃料比以改进电池运行。通过包含位于42和48中间的阀49，控制44和48之间的废气相对流动；流如图2箭头所示。
图3是显示了本文所公开的金属-气体系统的一个实施方案的示意图。金属-气体系统通常如50所示，其中所采用的与图2中相似的附图标记具有与上述的附图标记相同的意思。来自内燃机42的废气传送至热控制器44，热控制器44与蓄电池46及催化单元48同步地流体连通。在系统50的一些实施方案中，提供了反馈回路，其将已经与一个或多个金属-气体蓄电池反应的气体供给至热控制器44。通过包含至少一个位于44和48中间、44和46中间或上述两者位置的阀49，控制了系统50中的废气的相关流动。
图4是显示了本文所公开的金属-气体系统的另一个实施方案的示意图，其是交通工具携带金属-气体系统(通常在60处表示)的情况，其中所采用的与图2中相似的附图标记具有与上述附图标记相同的意思。来自内燃机42的废气传送至催化单元48，随后将经催化处理的废气传送至热控制器44，随后将冷却的发动机废物传送至蓄电池46。机动车100具有产生废气的内燃机42。机动车100的非限制性实例包括汽车、飞机、船舶、越野车、重型卡车和工程车辆等。在如图4所述的实施方案中，机动车100是汽车。
由至少一个金属-气体蓄电池产生的电能可以传送至任何合适的与机动车100相关的一个或多个装置。这样的电力装置的非限制性实例包括多种位于乘客车厢的设备，例如车载娱乐系统、灯等(未示出)。金属-气体蓄电池的电力输出也可传送至位于移动交通工具上的一个或多个可再充电存储能量存储装置(未示出)。这些可再充电能量存储装置可以包括但不限于蓄电池供电驱动机构、二次存储蓄电池等。
同样在本发明范围内的是，本文所公开的金属-气体蓄电池系统可配置作为能够在初始交通工具装配过程中、或在售后市场活动中被集成入移动交通工具的装配件或子装配件。
本发明进一步参照以下非限制性实例进行详细描述，提供这些非限制性实例是为了进一步阐述具体的发明构成的准备及与在基板上所得到的薄膜相关的某些特征。
实施例1
在氩填充的手套箱中，制作具有以下单元的锂-气体电池。由传统的具有空气孔的硬币型电池获得该电池。阳极是100微米厚的Li金属(高纯度)。作为阳极集流体，采用直径为19mm的不锈钢隔板。电解质是1M LiPF6/EC-DEC(体积比3:7)。分隔体由玻璃纤维构成，厚度435微米。在阴极，将K+稳定的α-MnO2与科琴黑在EtOH中混合以制备均匀的混合物，干燥该混合物以除去EtOH。将PTFE与所述制得的混合物混合；且将所得到的混合物成型为板。使用炭纸作为阴极集流体。在5L/min的恒定流速下引入多种干燥的测试气体总计10分钟，随后Ar气体被完全取代。
收集数据且将结果显示在图5中，其中最内侧曲线的图像来源是纯氩输入气体，随后依次是1/84/15体积百分比的O2/N2/CO2，20/80体积百分比的O2/N2；和1/80/14/2/2/1体积百分比的O2/N2/CO2/CO/NO/HC。图5显示了与常规的气体原料相比较，通过采用燃烧排放物，对于示例性的金属-气体蓄电池，获得了改进的性能。
实施例2
重复实施例1的方法，除了将电解质替换为在离子液体N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵-双(三氟甲磺酰基)胺(DEMETFSI)中的0.32mol/kg的双(三氟甲磺酰基)胺锂(LiTFSI)。结果显示在图6中，其中最内侧曲线的图像来源是纯氩输入气体，随后依次是1/84/15体积百分比的O2/N2/CO2，20/80体积百分比的O2/N2；和1/80/14/2/2/1体积百分比的O2/N2/CO2/CO/NO/HC。需要注意的是，该实施例中的电解质的粘度大于实施例1中的电解质的粘度。如同实施例1，与常规的气体原料相比较，通过采用燃烧排放物，对于示例性的金属-气体蓄电池，获得了改进的性能。
本说明书提及的专利和公布文本用以表示本发明所属技术人员的水平。通过一定程度的参考将这些专利和公布文本并入本文，如同通过参考将各个专利或公布文本专门地且分别地并入本文。虽然已结合一些实施方案描述了本发明，但应该理解，本发明不应局限于所公开的实施方案，而且相反，它意图覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种改变和等同布置，该范围应按照最广义的解释，从而包括法律下所允许的全部这些改变和等同结构。
Claims (16)
1.金属-气体蓄电池系统，其包括：
与废气流流体连通的至少一个金属-气体蓄电池，该废气流至少部分地来自内燃机且具有至少一种目标排放成分；
其中，以允许至少一种目标排放成分的一部分在阴极的还原反应期间被消耗以产生能量的方式，该废气流被传送到至少一个金属-气体蓄电池中；且
其中，至少一种目标排放成分包括CO、NOx、SOx和烃中的至少一种和O2，
其中该阴极包括至少一种支持将O2还原为超氧自由基O2 -的材料，该超氧自由基O2 -与废气反应以形成反应产物，该反应产物聚集在存在于阴极上的一组孔隙上。
2.权利要求1的金属-气体蓄电池系统，进一步包括：与废气流流体连通的热交换器，该热交换器位于燃烧发动机的下游及至少一个金属-气体蓄电池的上游。
3.权利要求1的金属-气体蓄电池系统，其中产生的能量为电能。
4.权利要求3的金属-气体蓄电池系统，其中该内燃机为燃烧系统的一部分；且其中该燃烧系统维持稳定的空气-燃料混合(A/F)。
5.权利要求1的金属-气体蓄电池系统，进一步包括：催化转化器。
6.权利要求5的金属-气体蓄电池系统，其中该催化转化器与至少一个金属-气体蓄电池串联。
7.权利要求5的金属-气体蓄电池系统，其中该催化转化器包括与该废气流的至少一种目标排放成分有关的转化催化剂。
8.权利要求1的金属-气体蓄电池系统，其中至少一个金属-气体蓄电池包括金属阳极、电解质，且其中阴极为气体扩散阴极。
9.权利要求8的金属-气体蓄电池系统，其中金属阳极由锂、镁、铝、钠、锌或铁中的至少一种构成，且其中电解质包括固态电解质、凝胶/高分子电解质或离子液体中的至少一种电解质材料的组合。
10.权利要求1的金属-气体蓄电池系统，其中该阴极是由具有包括高表面积和高孔容的大孔隙率的碳、由过渡金属氧化物和贵金属形成的催化剂、及粘合剂构成。
11.权利要求1的金属-气体蓄电池系统，其中该阴极的外部具有集流体层和允许气体流入或流出金属-气体蓄电池的双向流动的气体渗透膜层。
12.权利要求1的金属-气体蓄电池系统，进一步包括：用于选择性地控制在内燃机和至少一个金属-气体蓄电池之间的流体连通的阀。
13.机动车，包括：
内燃机，其可运行产生废气流；
废气导管，其与内燃机流体连通且可运行以引导废气流的流动；
至少一个金属-气体蓄电池，其与废气导管串联，且设置为用于接收直接来自内燃机的废气流的至少一种成分；和
催化转化器，其与废气导管串联，且设置为用于接收来自内燃机的废气流的至少一部分、用于接收来自至少一个金属-气体蓄电池的废气流的至少一部分，或用于接收上述二者；
其中配置至少一个金属-气体蓄电池以产生电能，该电能来自发生在至少一个金属-气体蓄电池的阴极的还原反应，其中该还原反应消耗废气流的至少一种成分的一部分；其中废气流的至少一种成分包括CO、NOx、SOx或烃中的至少一种和O2；且其中该催化转化器包括至少一种排放催化剂，
其中该阴极包括至少一种支持将O2还原为超氧自由基O2 -的材料，该超氧自由基O2 -与废气反应以形成反应产物，该反应产物聚集在存在于阴极上的一组孔隙上。
14.权利要求13的机动车，其中至少一个金属-气体蓄电池的阴极由具有包括高表面积和高孔容的大孔隙率的碳、由过渡金属氧化物和贵金属形成的催化剂、及粘合剂构成。
15.权利要求13的机动车，进一步包括设置在该废气导管中的阀，该阀用于选择性地控制在内燃机和至少一个金属-气体蓄电池之间的流体连通。
16.用于具有内燃机的机动车的排放控制装置，该排放控制装置包括：
与由内燃机产生的废气流流体连通的至少一个金属-气体蓄电池，该废气包含至少一种目标排放成分，该至少一种目标排放成分包括CO、NOx、SOx或烃中的至少一种和O2；至少一个金属-气体蓄电池中的每一个具有阴极；和
至少一个废气流导管，该废气流导管被配置为传送废气流到至少一个金属-气体蓄电池中，使得至少一种目标排放成分的一部分在阴极的阴极还原反应期间被消耗以产生能量，
其中该阴极包括至少一种支持将O2还原为超氧自由基O2 -的材料，该超氧自由基O2 -与废气反应以形成反应产物，该反应产物聚集在存在于阴极上的一组孔隙上。
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