CN108140919B - 金属-空气燃料电池 - Google Patents
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Abstract
一种具有阴极、阴极室、阳极和阳极室的燃料电池。该阳极室至少部分地由阳极集电器限定。该阴极室至少部分地由该阴极限定。该阳极室包括用于使电解质在下游方向上流动的一个或多个阳极流动通道。该阳极集电器包括多个颗粒收集器，该多个颗粒收集器突出到该阳极室内以收集悬浮在该电解质中的颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及金属-空气燃料电池，诸如锌-空气燃料电池。
背景技术
金属-空气燃料电池提供高能量效率，但成本低并且环境影响小。锌-空气燃料电池是金属-空气燃料电池的一个实例。在锌空气燃料电池中，提供锌金属作为燃料，提供空气作为氧气来源，并且提供碱性水溶液(诸如氢氧化钾(KOH))作为电解质。当电路闭合时，阳极通过阳极或负电极反应消耗锌金属，
Zn+4KOH→K2Zn(OH)4+2K++2e (1)E0＝-1.216V
锌金属随着其与氢氧化钾反应而被消耗，形成锌酸钾(K2Zn(OH)4)，并且将电子释放到阳极电流导体。
氧气被供应到阴极并且在阴极上与H2O和电子反应以形成氢氧根离子(OH-)。因此，阴极或正电极反应为，
1/2O2+H2O+2e→2OH- (2)E0＝0.401V
然后反应式(2)中的氢氧根离子和反应式(1)中的钾离子在阳极处再次与反应式(1)中的锌金属反应。
根据此反应方案，锌的氧化和氧气的还原导致化学能转化为电能。对于长时间进行的反应，必须存在锌金属和空气的持续供应以及来自系统的恒定电子流的方式，即与负荷的连接。
在先前的锌-空气实施方式中，金属电极具有固定量的锌，从而限制了它们的可用能量并且由于循环时电极的尺寸增加而具有可再充电性的缺点。电极面积的减小导致燃料电池系统的功率降低。
所需的是改进的金属-空气燃料电池。
发明内容
本文所述的发明具有许多方面，其中一些涉及燃料电池、燃料电池堆、金属-空气燃料电池系统以及使金属-空气燃料电池充电的方法。
一方面，提供一种燃料电池。燃料电池包括：阴极；包括阳极室和阳极集电器的阳极，所述阳极室至少部分地由所述阳极集电器限定；和至少部分地由所述阴极限定的阴极室。阳极室包括用于使电解质在下游方向上流动的一个或多个阳极流动通道。
阳极集电器可包括突出到阳极室内的多个颗粒收集器以收集悬浮在电解质中的颗粒。
多个颗粒收集器可被配置成干扰通过所述阳极室的电解质的流动并且促进颗粒在颗粒收集器之上或之间的沉降。
颗粒收集器可包括横向细长构件。横向细长构件可延伸直到阳极流动通道的宽度。在上游方向上在横向细长构件与阳极集电器的平面部分之间限定的角度可在10至90度、或20至80度、或30至70度、或90至120度、或120至180度之间。横向细长构件相对于阳极集电器的平面部分的高度可在0.2mm至5.0mm、或0.5至3.0mm、或1.0至2.0mm范围内。(i)横向细长构件相对于阳极集电器的平面部分的高度与(ii)阳极室的高度的比例可在0.1至0.6、或0.2至0.5、或0.3至0.4范围内。
每线性厘米的颗粒收集器的数量可在0.5至10、或1至5、或1至2范围内。相邻颗粒收集器之间的距离可小于颗粒收集器相对于阳极集电器的平面部分的高度。多个颗粒收集器可被布置成阵列，所述阵列被配置成在阳极集电器上形成颗粒的均匀床。
阳极室可包括平行流动构型或蛇形流动构型。阳极流动通道可包括在50:1至2:1、25:1至4:1或10:1至5:1范围内的长宽比。阳极流动通道的宽度可在2mm至20cm、5mm至10cm或1cm至5cm范围内。
阴极和阳极集电器可以是平面的。阳极集电器的表面积可在1cm2至1m2范围内。
阳极室内的电解质流场的高度可以是0.5mm至4mm、1mm至3mm、或2mm。
燃料电池可以是锌-空气燃料电池，并且颗粒可以是锌颗粒。电解质可以是氢氧化钾。
根据另一个方面，提供一种燃料电池堆。燃料堆包括如本文所述的多个燃料电池。多个燃料电池可水平取向并且彼此上下叠置以形成燃料电池堆，或者可竖直取向并且彼此并排叠置以形成燃料电池堆。
根据另一个方面，提供一种金属-空气燃料电池系统。金属-空气燃料电池系统包括：如本文所述的燃料电池；包括在与燃料电池的出口流体连通中的金属电解池；以及与金属电解池的出口和燃料电池的入口流体连通的槽。燃料电池可以是锌-空气燃料电池，并且金属电解池可以是锌电解池。
根据另一个方面，提供了一种使金属-空气燃料电池充电的方法。所述方法包括：
(a)水平取向阳极室，其中对应的阳极集电器位于阳极室下方；
(b)提供悬浮在电解质中的金属颗粒以流动通过阳极室；
(c)允许在阳极集电器上形成金属颗粒的床；和
(d)保持所述床的均匀形成。
步骤(c)可包括以下一个或多个：
(i)将悬浮在电解质中的金属颗粒的流动保持在预定的流量；
(ii)周期性地停止悬浮在电解质中的金属颗粒的流动；和
(iii)在阳极集电器上提供多个颗粒收集器。
步骤(d)可包括提供电解质通过阳极室的均匀流动。提供均匀流动可包括在阳极室的下游方向上提供连续的压降，并且在垂直于下游方向的方向上提供最小的压降。提供下游方向上的连续压降和垂直于下游方向的方向上的最小压降可包括为阳极室提供平行或蛇形流动路径。提供平行或蛇形流动路径可包括提供由50:1至2:1、25:1至4:1或6:1至5:1的长宽纵横比限定的用于平行或蛇形流动路径的通道。
步骤(c)可包括形成深度为0.2mm至2.0cm、或1mm至1.0cm、或2mm至4mm、或0.5mm至2mm的床。步骤(c)可包括形成一定深度的床，其中所述深度与阳极室的高度的比例在0.1至0.6、或0.2至0.5、或0.3至0.4范围内。
步骤(b)可包括提供大小在5nm至1mm、5nm至0.5mm或5nm至0.3mm范围内的金属颗粒。
阳极室中的电解质的流速可在1cm3/s至5000cm3/s范围内。阳极室中的电解质的流量可在1L/min至7L/min、或3L/min至7L/min或3L/min至5L/min范围内。
阳极室中的电解质的计示压可在0.69kPa至103.4kPa或13.8kPa至68.9kPa范围内。横穿阳极室的压降可小于103.4kPa。
金属颗粒可以是锌颗粒，并且电解质可以是氢氧化钾水溶液。氢氧化钾的浓度可以为5重量％至60重量％、或20重量％至50重量％、或30重量％至45重量％。
所述方法可包括从燃料电池中抽取50mA/cm2或更高的电流密度。所述方法可包括向燃料电池施加负荷并且放电1至20小时的时间段。
前述讨论仅概述了本发明的某些方面，并且不意图也不应该将其解释为以任何方式限制本发明。
附图说明
在示出本发明的非限制性实施方式的附图中：
图1A是根据本发明的实施方式的燃料电池的局部剖面侧视图；
图1B是图1A所示的实施方式的垂直于图1A所示视图的局部剖面侧视图；
图2是图1A所示的实施方式的特写局部剖面侧视图；
图3是根据本发明的实施方式的阳极室的局部俯视图；
图4A至4F是本发明的各种实施方式的局部剖面侧视图；
图5A至5C是根据本发明的实施方式的各种阳极室的局部俯视图；和
图6A是根据本发明的实施方式的燃料电池的俯视图；
图6B是根据本发明的实施方式的燃料电池的俯视图；
图7是根据本发明的实施方式的金属-空气燃料电池系统的示意图。
具体实施方式
在以下整个描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻了解。然而，本发明可在没有这些细节的情况下加以实践。在其他情况下，没有展示或详细描述众所周知的元件，以免不必要地使本发明变得模糊。因此，本说明书和附图应视为说明性的，而非限制性的。
本说明书中采用了许多方向约定来帮助阐明它们的含义，如下：
·如本文所用，“上游”和“下游”涉及相对于电解质从阳极室入口到阳极室出口的流动的特征的方向、取向、位置或布置，其中相对于阳极室内距离阳极室入口的第一位置，阳极室内沿电解质流动路径更靠近入口的第二位置是“上游”，而阳极室内沿电解质流动路径更远离入口的第三位置是“下游”；
·如本文所用，“横向”、“横向地”等涉及与电解质从阳极室入口到阳极室出口或从阳极通道入口到阳极通道出口的流动垂直的方向；
·如本文所用，“水平”和“水平地”是指平行于地面的取向；并且
·如本文所用，“顶部”、“底部”、“上方”和“下方”是指当阳极室基本上水平取向时特征的取向、位置或布置。
如本文所用，术语“燃料电池”是指如本领域技术人员将理解的电化学装置。术语“燃料电池”包括但不限于称为“液流电池”和类似术语的装置。
如本文关于阳极床所用，术语“均匀”是指具有基本上均匀分布的金属颗粒的阳极床。
如本文所用，术语“基本上”是指动作、特征或结果的完全的或接近完全的范围或程度。例如，“基本上”连续的压降将意指压降完全连续或者几乎完全连续。在一些情况下，确切允许的偏离绝对完全性的程度可取决于具体情况。然而，总体上来说，完成的接近度具有与获得彻底完成相同的总体结果。“基本上”的使用在以否定的含义使用时同样适用，是指动作、特征或结果的完全或接近完全缺乏。例如，“基本上”没有压降是指完全缺乏压降，或者几乎完全缺乏压降使得效果与没有压降时一样。换句话说，“基本上”没有压降意指在没有可测量的效果的情况下，仍然可能存在可测量的压降。
用于锌-空气燃料电池的常规阳极床由两种方法中的一种形成。一种方法是形成填充锌颗粒的密集床，其中电解质在高压下被迫流动通过所述床。发明人已确定了本方法的至少两个缺点。第一，燃料电池可以机械承受的压力的量将泵送压力限制在约68948Pa以下，因为较高的压力会在燃料电池上施加过多的机械应力。第二，减少泵送压力限制了可以使用的粒径范围。低于68948Pa的泵送压力仅在其中的平均粒径高于200微米的阳极床中有用；使用较小的颗粒将需要太高的泵送压力(例如，高达689476Pa)，以便保持足够的锌溶解反应。
替代方法是将锌颗粒的浆液或悬浮液泵送通过阳极室。在没有填充颗粒床的情况下，泵送压力低得多，例如低于55.2kPa。然而，用这种方法，发明人已确定，颗粒仅与阳极集电器瞬间接触，并且因此产生的电流密度受到在任何时刻形成的瞬态接触的数量的限制。
本发明的权利要求涉及高能量效率金属-空气燃料电池。在一个实施方式中，提供了具有基本水平取向的阳极室的燃料电池。悬浮在电解质中的小金属颗粒(诸如在15nm至300微米范围内)在低压(例如低于68.9kPa)下泵送到阳极室内。通过重力沉降以及以下中的一个或多个在低电解质压力下在阳极集电器上形成金属颗粒的密集床：控制电解质流量；间歇地停止电解质流动；以及在阳极集电器上提供颗粒收集器。这种方法的优点包括：由于沿阳极床顶部以及通过阳极床发生的阳极反应而成为可能的低电解质压力(以降低泵送能量成本和机械应力)和小金属粒径(以增加电流产生)。在任何时刻，更多的金属颗粒彼此接触并与阳极集电器接触。因此，有助于电极反应和电流产生的金属颗粒的总表面积要大得多，进而导致更高的能量效率。电解质沿着并穿过阳极床的流动也从反应部位去除氧化的金属反应产物。
图1A示出了根据本发明的一个实施方式的燃料电池堆10的部件。燃料电池堆10由多个竖直叠置的燃料电池构成。图1A示出了第一燃料电池2以及燃料电池2下方的相同的局部的第二燃料电池2'的部件。在一些实施方式中，燃料电池堆可仅包括单个燃料电池。在一些实施方式中，诸如在燃料电池堆10中，燃料电池水平取向并且彼此上下叠置以形成燃料电池堆。在一些实施方式中，燃料电池竖直取向并且彼此并排叠置以形成燃料电池堆。图1B示出了垂直于图1A所见到的燃料电池堆10的替代侧视图。
燃料电池堆10的燃料电池2包括阴极室12、阴极14、阳极室16、阳极集电器18和分离器20。图1A所示的燃料电池堆10的燃料电池2'的截面包括阴极室12'、阴极14'和阳极室16'。分离器20防止阴极14和阳极室16之间的电接触，但允许两者之间的离子导电性。接触销22'将阳极集电器18与阴极14'电连接以闭合电路。在一种替代布置中，接触销22'和阳极集电器18一体地形成。燃料电池堆10的燃料电池2的组件将在本文中更详细地描述，但将理解，包括燃料电池2'的燃料电池堆10的其他燃料电池的组件的特征和功能将对应于燃料电池2的组件的特征和功能。
如本领域已知的，提供阴极室12和阴极14的合适的构造和构型，以通过阴极14处的氧气的电化学还原从流动通过阴极室12的空气(箭头24表示空气流动的方向)中提取氧气，并且允许形成的氢氧化物迁移到阳极室16中(箭头26表示氧气提取/还原和氢氧根离子迁移的方向)。在一些实施方式中，诸如在燃料电池堆10中，阴极14总体上是平面的。
阳极室16成形以允许悬浮在电解质中的金属颗粒30在箭头28所示的下游方向上流动通过其中。在一些实施方式中，金属颗粒可以是锌、铝、铍、钙、铁、锂、镁、钠、钛或此类金属的混合物。在所示出的实施方式中，金属颗粒30为锌颗粒。在一些实施方式中，金属颗粒的大小可在5nm至1mm、或5nm至0.5mm、或5nm至0.3mm范围内。
在一些实施方式中，电解质可以是碱性的，诸如碱金属氢氧化物水溶液。在一些实施方式中，碱金属氢氧化物水溶液可以是氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液。在一些实施方式中，碱金属氢氧化物水溶液的浓度可在5重量％至60重量％、或20重量％至50重量％、或30重量％至45重量％范围内。在其他实施方式中，电解质可以是非碱性的。
在一些实施方式中，诸如在燃料电池2中，阳极集电器18由在碱性水溶液中具有高导电性和高稳定性的材料制成。在示例实施方式中，阳极集电器可以是不锈钢、镍、铁、钛、铜、金、银、镁、铟、铅或碳。在其他实施方式中，采用这些和其他元素的组合的合金或导电氧化物。在一些实施方式中，阳极集电器18总体上是平面的。阳极集电器18与阴极14相对设置，其中阳极室16至少部分地限定在其间。在一些实施方式中，阴极14和阳极集电器18中的每一个的表面积可在1cm2至1m2范围内。在一个示例实施方式中，阴极14和阳极集电器18的表面积各自为约500cm2并且间隔约3mm。
在一些实施方式中，诸如在燃料电池2中，阳极集电器18包括突出到阳极室16中的多个颗粒收集器32。颗粒收集器32可具有适合用于收集悬浮在电解质中并流动通过阳极室16的颗粒30的任何形状和构型。在一些实施方式中，颗粒收集器32具有合适的大小、形状、构型和/或阵列，用于捕集颗粒30并且促进它们在阳极集电器18上形成为阳极床34。在一些实施方式中，颗粒收集器32具有合适的大小、形状、构型和/或阵列用于建立一系列障碍物，所述障碍物干扰电解质通过阳极室16的流动并有助于颗粒沉降在颗粒收集器之上或之间。图4A至4F示出颗粒收集器32的其他可能形状的侧视图的非限制性实例。在一些实施方式中，颗粒收集器32可以是多孔的，或者具有孔、狭缝等以增强电解质的循环。在一个特定实施方式中，颗粒收集器32由导电网形成。所述网应将孔径限制在合适的大小、形状、构型和/或阵列以促进捕集颗粒。
在一个特定实施方式中，颗粒收集器32由与阳极集电器18相同的导电材料构成。在其他实施方式中，颗粒收集器32可以由不同的导电材料或不导电材料构成。在一个特定实施方式中，颗粒收集器32与阳极集电器18一体地形成。在其他实施方式中，颗粒收集器32可分开形成并且然后连接到阳极集电器18。在一些实施方式中，阳极集电器18的表面设置有足够的颗粒收集器32以形成均匀的阳极床34。
如图2所示，每个颗粒收集器32至少部分地限定开口35，其用于接收向下游流动通过阳极室16的颗粒30。在一些实施方式中，诸如在燃料电池2中，开口35可面向总体上上游或下游的方向。每个颗粒收集器32还至少部分地限定口袋或井37，其被成形为在其中累积捕集的颗粒30。开口35与井37流体连通。在一些实施方式中，诸如在燃料电池2中，开口35限定井37的开口。开口35和井37的大小可部分地由在上游方向上限定在颗粒收集器32和阳极集电器18的平面部分之间的角度38来限定。在一些实施方式中，角度38可在5至90度、或20至70度、或30至60度之间。在一些实施方式中，角度38可在90至120度或120至180度之间。
如图3所示，阳极室16可细分成由内壁48分开的多个基本上平行的阳极通道44。在图1至3所示的实施方式中，颗粒收集器32是横向伸长的勺。在一些实施方式中，每个勺32的横向宽度Wpc延伸到阳极通道44的宽度Wac。在一些实施方式中，每线性厘米(在上游/下游方向上)的颗粒收集器32的数量在0.5至10、或1至5、或1至2范围内。在一些实施方式中，相邻通道中的电解质可在相同的方向上流动。在其他实施方式中，相邻通道中的电解质可在相反的方向上流动。
在一些实施方式中，颗粒收集器32的特征是微观的并且可以简单地认为是阳极通道44表面粗糙度的增加。与光滑的平面表面相比，表面粗糙度的增加在4:1至10,000:1、或10:1至1000:1、或50:1至500:1范围内。
在一些实施方式中，颗粒收集器32可以交错阵列或者其他重复或无规阵列来布置，所述阵列促进均匀阳极床34的形成并且不干涉电解质的均匀流动。图5A至5C示出颗粒收集器32的其他可能构型的俯视图的非限制性实例。
如图2所示，颗粒收集器32的高度Hpc被限制在不显著妨碍电解质流动通过阳极室16的高度。在一些实施方式中，相对于阳极集电器18的平面部分的高度Hpc在0.2mm至5.0mm、或者0.5至3.0mm、或1.0至2.0mm范围内。在一些实施方式中，高度Hpc与阳极室16的高度(Hac)的比例在0.1至0.6、或0.2至0.5、或0.3至0.4范围内。
控制阳极床34的形成(如下面进一步描述的)，以确保其不显著妨碍电解质流动通过阳极室16。在一些实施方式中，阳极床34的深度Dab不超过颗粒收集器32的高度Hpc。在一些实施方式中，阳极床34可具有0.2mm至20mm、或1mm至10mm、或2mm至4mm、或0.5mm至2mm范围内的深度Dab，并且在一些实施方式中，阳极床34可具有深度Dab，其中深度Dab与阳极室的高度Hac的比例在0.1至0.6、或0.2至0.5、或0.3至0.4范围内。在一些实施方式中，深度Dab在大部分或全部阳极床34上是均匀的。
如图6A所示，阳极室16包括入口40、出口42和以蛇形方式连接的多个通道44。在一些实施方式中，每个通道44的尺寸被确定成促进电解质通过其中的均匀流动，其特征在于电解质在电解质流动方向上的基本上连续的压降以及在横向方向上基本上没有压降。在一些实施方式中，每个通道44具有50:1至2:1、25:1至4:1或10:1至5:1的长宽比。
在一些实施方式中，通道44可以其他构型(诸如如图6B所示的平行流动构型)进行布置。阳极室16包括入口40、出口42和以平行方式连接的多个通道44。在一些实施方式中，每个通道44的尺寸被确定成促进电解质通过其中的均匀流动，其特征在于电解质在电解质流动方向上的基本上连续的压降以及在横向方向上基本上没有压降。在一些实施方式中，每个通道44具有50:1至2:1、25:1至4:1或10:1至5:1的长宽比。歧管56用于促进平行流动通道中的分布。
在一些实施方式中，通道44的其他构型可以形成为蛇形和平行流动通道的组合。
在操作中，当需要电力时，悬浮在电解质中的金属颗粒30被装载到阳极室16内并且空气被装载到阴极室14内。通过以下机制中的一种或多种可控地在阳极集电器18上形成金属颗粒30的均匀床：(i)将悬浮在电解质中的金属颗粒30的流动保持在足够缓慢的预定流量以允许一些金属颗粒30沉积到阳极集电器18上；(ii)周期性地停止悬浮在电解质中的金属颗粒30的流动以允许一些金属颗粒30沉积到阳极集电器18上；以及(iii)在阳极集电器18上提供如本文所述的多个颗粒收集器32以收集金属颗粒30。在一些实施方式中，对于前述机制中的每一个，阳极室16基本水平地取向以允许颗粒30通过重力沉降以在阳极集电器18上形成阳极床34。
因此，阳极床34的颗粒30与阳极集电器18和/或阳极床34中的其他颗粒30接触。然后，沿阳极床34顶部的颗粒30经历阳极反应。阳极反应主要发生在阳极床34的顶部，并且在朝向阳极集电器18的方向上向下减小。
电解质在阳极床34上方流动，与颗粒30直接接触以允许阳极反应发生。流到反应部位的电解质也去除氧化的金属产物(例如锌酸锌)。由于电解质不需要流动通过阳极床34以发生阳极反应，(i)较低的电解质压力可用于降低泵送能量成本并降低燃料电池2上的机械应力并且/或者(ii)较小的金属颗粒30可用于增加效率，而不增加电解质压力或降低电解质流量。在一些实施方式中，金属颗粒30的大小可在5nm至1mm、5nm至0.5mm或5nm至0.3mm范围内。电解质主要流动穿过锌颗粒床的顶部，但一些流动会渗入床中。类似地，在阳极床34的最底部部分通过缓慢的阳极反应形成的锌酸钾将缓慢地渗回到电解质主流动中。
通过闭合阴极14和阳极集电器18之间的电路并施加负荷，可从燃料电池2取出电流。通过连接端板和各个燃料电池(例如用接触销22)并施加负荷来促进通过燃料电池堆取出的电流。在一些实施方式中，通过负荷取出50mA/cm2或更大的电流密度，并且放电发生持续1至20小时的时间段。在一些实施方式中，通过断开负荷，即使在主动反应的暂停状态下，燃料电池2或燃料电池堆10也保持基本上完全充电的状态。通过保持完全填充的阳极床34来维持燃料电池2或燃料电池堆10的基本上完全充电的状态。
通过提供电解质通过阳极室16的均匀流动，也促进颗粒30的均匀床在阳集电器18上的形成。均匀流动通过在阳极室16中在下游方向提供基本上连续的压降以及最小的横向压降或基本没有横向压降来实现。在一些实施方式中，整个阳极室16中的电解质以基本上相同的流速移动，其中基本没有再循环区域或者很少流动或没有流动的“死区”。
在一些实施方式中，阳极室16中的电解质的流量在1L/min至7L/min、或3L/min至7L/min、或3L/min至5L/min范围内。
在一些实施方式中，电解质以0.69kPa至103.4kPa、或6.9kPa至82.7kPa、或13.8kPa至68.9kPa的计示压被装载到阳极室16内。在一些实施方式中，阳极室中电解质的计示压小于34.5kPa。计示压是指以大气压为零基准的压力(即绝对压力与大气压力之间的差)。
图7示出了根据本发明的一个实施方式的金属-空气燃料电池系统200。系统200包括燃料电池210、电解池220和新鲜燃料槽230。燃料电池210可例如包括燃料电池2。燃料电池210还可包括多个燃料电池2以形成燃料电池堆。一个或多个泵(未示出)泵送电解质和金属颗粒和/或产物物质通过系统200。特别地，乏燃料(例如，氧化金属，诸如锌酸盐)从燃料电池210的出口泵送到其可以储存在其中的槽230。然后可以将乏燃料从槽230泵送到电解池220。在一些实施方式中，乏燃料可从燃料电池210直接泵送到电解池220。电解池220再生金属燃料，随后将所述金属燃料泵送到槽230。金属燃料可以是例如大小在5nm至1mm、5nm至0.5mm或5nm至0.3mm的树枝状锌粉。此金属燃料储存在槽230中直到需要由燃料电池210使用。在一些实施方式中，再生金属燃料可被直接泵送回到燃料电池210中。
除非另外指明，否则在上文涉及组件(例如阴极、阳极集电器等)的情况下，对所述组件的引用应被解释为包括作为所述组件的等同物的执行所述组件的功能的任何组件(即，在功能上是等同的)，其包括在结构上与执行本发明的示例性实施方式中的功能的公开结构不等同的组件。
本申请意图覆盖使用其一般原理的本发明的任何变化、使用或修改。此外，本申请意图覆盖本发明相关的领域中的已知或习惯性实践范围内的并且落入所附权利要求的范围内的本公开的此类偏离。因此，权利要求书的范围不应限于具体实施方式中阐述的优选实施方式，而应对其进行与整篇描述一致的最广泛理解。
Claims (9)
1.一种燃料电池堆，所述燃料电池堆包括多个燃料电池，各燃料电池包括：
阴极；
阳极，其包括阳极室和阳极集电器，所述阳极室至少部分地由所述阳极集电器限定；以及
阴极室，其至少部分地由所述阴极限定；
其中所述阳极室包括用于使电解质在水平取向的下游方向流动的一个或多个阳极流动通道；
其中所述阳极集电器可包括突出到所述阳极室内的多个颗粒收集器以收集悬浮在所述电解质中的颗粒；
其中所述多个颗粒收集器被配置成干扰通过所述阳极室的电解质的流动并且促进所述颗粒在所述颗粒收集器之上或之间的沉降；
其中所述多个燃料电池水平取向并且彼此上下叠置以形成所述燃料电池堆。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其中所述颗粒收集器包括横向细长构件，且所述横向细长构件延伸直到所述阳极流动通道的宽度。
3.根据权利要求2所述的燃料电池堆，其中相邻颗粒收集器之间的距离小于所述颗粒收集器相对于所述阳极集电器的平面部分的高度。
4.根据权利要求3所述的燃料电池堆，其中所述多个颗粒收集器被布置成阵列，所述阵列被配置成在所述阳极集电器上形成所述颗粒的均匀床。
5.根据权利要求4所述的燃料电池堆，其中所述阳极室包括平行流动构型或蛇形流动构型。
6.根据权利要求5所述的燃料电池堆，其中所述阴极和所述阳极集电器是平面的。
7.根据权利要求6所述的燃料电池堆，其中所述燃料电池为锌-空气燃料电池，并且所述颗粒为锌颗粒，且所述电解质为氢氧化钾。
8.一种金属-空气燃料电池系统，其包括：
根据权利要求1所述的燃料电池；
在与所述燃料电池的出口流体连通的金属电解池；以及
与所述金属电解池的出口和所述燃料电池的入口流体连通的槽。
9.根据权利要求8所述的金属-空气燃料电池系统，其中所述燃料电池为锌-空气燃料电池，并且所述金属电解池为锌电解池。
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