CN110419123A - 电化学电池和电池组 - Google Patents

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Abstract

公开了可以用单一电解质溶液运行的电化学电池和电池组，例如包含阳极、集电器和在集电器和阳极之间的多孔非导电间隔物的电化学电池和电池组。还公开了无膜电化学电池和电池组。本文公开的电化学电池和电池组可用于例如产生电或产生氢，以及将电或氢输送到工艺应用。

Description

电化学电池和电池组
相关申请
本申请要求以下申请的优先权及权益：2017年3月13日提交的美国临时申请第62/470,772号；2017年3月31日提交的美国临时申请第62/479,548号；2017年5月15日提交的美国临时申请第62/506,422号；2017年6月12日提交的美国临时申请第62/518,523号；2017年7月10日提交的美国临时申请第62/530,687号；2017年7月11日提交的美国临时申请第62/531,274号；和2017年12月6日提交的美国临时申请第62/595,171号。
背景技术
美国能源信息署预计到2041年世界能源消耗将增加48％，全球各行业正在迅速适应这些新机遇。他们努力的核心是对更高效、更环保、更实惠和更方便的新电池的需求。美国国防部已经提出了到2025年其25％的能源从可再生资源中产生的目标。此外，当部署隐形燃料电池动力车辆时，军方必须拥有随时可用的氢源。
液体电池组(无论是液流型还是非液流型)在本领域中是已知的，除了电解质是液体以外,其与固体电池组的工作原理相同。这种电池组由基于还原-氧化化学的电化学电池组成。氧化发生在电池的阳极侧，还原发生在电池的阴极侧。电化学电池中使用的溶剂是多种多样的。在许多情况下，在电化学电池的两侧均使用水溶液，每一侧(阴极侧和阳极侧)与电极接触(即分别与阴极和阳极接触)。将两个半电池的电极放置成电接触以允许电流流过。为了保持电荷平衡，电化学电池还必须允许离子通过。在一些电池组中，这是通过将阴极溶液与阳极溶液隔开的盐桥完成的。该盐桥防止两种溶液混合。现有技术教导如果溶液混合，半电池可能因为直接化学反应而被破坏。
一些电化学电池设置膜或盐桥以防止短路并分隔多种电解质溶液。这种膜是昂贵的并且随着时间的推移容易降解。WO2017/106215报道了电化学电池，其可以在不存在膜的情况下使用并且使用两种或更多种不混溶的电解质。
本公开包括用于电化学电池和电池组(包括液流电池和液流电池组)的改进设计，在某些实施方式中，其包括单种电解质溶液、阳极、集电器和位于集电器和阳极之间的多孔非导电间隔物。与典型的液流电池组相反，这些实施方式中的阳极和集电器不需要浸入电解质中。另外的一些实施方式包括用于包含多种电解质的无膜电化学电池和电池组的改进设计。
发明内容
本公开的实施方式包括可以用单一电解质溶液运行的电化学电池和电池组。在一个这样的实施方式中，提供了一种电化学电池，其包括阳极、集电器和在阳极和集电器之间的多孔非导电间隔物。还提供了可以用单一电解质溶液运行的电化学电池和电池组的其他设计。
在本公开的另一实施方式中，提供了包含一个或多个这些电化学电池并且还包含负载的电化学电池组。
在本公开的又一个实施方式中，提供了用本公开的这些电化学电池和/或电化学电池组向应用送电的方法。
在本公开的另外的实施方式中，提供了用本公开的这些电化学电池和/或电化学电池组向应用送氢的方法。
另一些实施方式包括某些无膜电化学电池，其分别在阴极和阳极处含有分开的第一和第二电解质溶液；包含这些电化学电池的电池组；用所述电池和电池组向应用送氢和/或送电的方法；电容器；以及与这些实施方式相关的各种方法。
在以下详细描述中包括更多的实施方式和特征，对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施在说明书中(包括在附图和权利要求中)所描述的实施方式而被认识。
附图说明
附图构成本公开的一部分。附图用于提供对某些示例性实施方式的进一步理解。本公开和权利要求不限于图中所示的实施方式。
图1是本公开的电化学电池的一个实施方式的示意图。
图2是本公开的电化学电池组的一个实施方式的示意图。
图3是根据本公开的电化学电池的一个实施方式的示意性框图。
图4A是根据本公开的电化学电池的一个实施方式的示意性框图。
图4B是根据本公开的电化学电池的一个实施方式的示意性框图。
图5是本公开的电化学电池的一个实施方式的示意图。
图6是本公开的电化学电池的一个实施方式的示意图。
图7是本公开的电化学电池的一个实施方式的示意图。
图8是本公开的液流式电化学电池的一个实施方式的示意图。
图9是本公开的电化学电池的一个实施方式的示意图。
发明详述
现在将更详细地解释各种实施方式。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例性和说明性的，不对本公开或权利要求构成限制。对某些实施方式或特征，包括附图中描绘的那些实施方式或特征的任何讨论，用于说明本公开的某些示例性方面。本公开和权利要求不限于本文中具体讨论的或在附图中示出的实施方式。
本公开的实施方式包括可以用单一电解质溶液运行的电化学电池和电池组。这种电池和电池组不需要通过膜、盐桥或其他技术隔开的多种电解质溶液。在一个这样的实施方式中，提供了一种电化学电池，其包括阳极、集电器和在阳极和集电器之间的多孔非导电间隔物。
本公开的电化学电池，包括该实施方式和本文所述的电化学电池的其他实施方式，可用于形成电池组以向应用供电和/或供氢。电气应用包括例如电网应用，诸如手机信号塔备用电源，或者风力发电场或太阳能发电场的备用电源。电力还可用于为车辆、家用电器、消费品或玩具提供动力。当配置成运行以产生氢气时，氢气可以被输送到诸如用于发电或用于车辆的燃料电池的应用，或被输送到例如用于燃烧的发动机或炉子。电化学电池可以配置成使得主要输送电力，主要输送氢气，或者以各种比例输送两者。在一些实施方式中，本公开的电池和电池组以液流模式运行，其中电解质被添加到电池或电池组中，然后在使用后被移除，从而补充电解质向电池或电池组的供应。
在本公开的示例性电化学电池中，阳极与多孔非导电间隔物物理接触，所述多孔非导电间隔物例如是非导电丝网，该多孔非导电间隔物又与集电器物理接触，所述集电器例如是泡沫碳。在另一些实施方式中，间隔物不与阳极和/或集电器物理接触，而是定位在距阳极和/或集电器一定距离处。
多孔非导电间隔物的目的是防止集电器与阳极的物理接触。关于多孔间隔物的术语“非导电”是指间隔物是不导电的。间隔物对电解质是多孔的，并且以非选择性方式对电解质溶液中的阴离子和阳离子也是多孔的。由于不导电，多孔间隔物不允许电子通过。间隔物的这些特征使其与常规电池组中的盐桥和膜不同，盐桥和膜通常用于保持多种电解质溶液的分隔。许多不同类型的非导电多孔材料可用于间隔物，例如有机聚合物、外科胶带、玻璃纤维膜、玻璃棉、木材、纸、布、纸板和尼龙。一种这样的有机聚合物是乙烯基涂覆聚酯。间隔物的厚度通常在约0.1mm至约0.8mm之间。
可以使用诸如外科胶带这样的微孔材料来包裹电化学电池，以帮助保持其物理完整性。包裹不需要完全包住电化学电池。
本公开中的电化学电池中的集电器和阳极，包括在该实施方式和本文所述的电化学电池的其他实施方式中的集电器和阳极，可以选自合适的材料。合适的集电器材料的例子包括钢，碳，诸如碳的石墨同素异形体，浸渍有金属的碳和泡沫碳。例如，导电碳布(也称为泡沫碳)是适用于许多实施方式的集电器，并且是导电材料。具有单一电解质溶液的实施方式的合适阳极包括元素周期表第13列中的金属及其合金。这些金属和合金包括例如铝、镓、铟和铊，以及包含铝、镓、铟和铊中的至少一种的合金。一种示例性合金称为镓铟锡合金(Galinstan)，其是镓、铟和锡的合金。
在许多实施方式中，电化学电池还包含单一电解质溶液。电化学电池对于电解质而言可以是浸透的。在一些实施方式中，电池未浸入电解质浴中。例如，通过滴注、喷雾或雾化电解质来实现浸透，可以激活电池以产生电和/或氢。集电器的一个例子是泡沫碳。在这样的例子中，可以将电解质喷射到电池上，直到泡沫碳浸透为止，或者在泡沫碳浸透之前，将电解质喷射到电池上。当产生电和/或氢时，可以将额外的电解质(或其他材料，例如盐，氧化剂或碱)喷射或以其他方式输送到电池上以保持其浸透状态并代替盐和氧化物。实际上，再循环器可用于连续循环电解质或其他材料并将它们输送到电池。因此，不需要保持大量电解质存在，与现有技术的液流电池相比，这节省了成本并减小了重量。
在这些和其他实施方式中，电化学电池的阳极例如由铝制成。在许多实施方式中，铝是片材的形式。在许多其他实施方式中，铝是丝网或其他薄多孔结构的形式。铝丝网的厚度可以是例如约0.05mm至约0.5mm，或约0.1mm至约0.3mm。在一些实施方式中，集电器可以是泡沫碳，多孔非导电间隔物可以是非导电丝网，例如有机聚合物或外科胶带。一种这样的聚合物是乙烯基涂覆聚酯。
另外的实施方式包括1)电化学电池，其包括阳极，集电器，在阳极和集电器之间的多孔非导电间隔物，和单一电解质溶液；2)电化学电池，其基本上由阳极、集电器、在阳极和集电器之间的多孔非导电间隔物以及单一电解质溶液组成；3)电化学电池，其由阳极、集电器、在阳极和集电器之间的多孔非导电间隔物以及单一电解质溶液组成。
电化学电池通常通过金属导体彼此连接以形成电化学电池组。金属导体的一个例子是铜，例如一根或多根铜线。因此，例如，一个电化学电池上的铝阳极与该电池上的多孔非导电间隔物接触，该间隔物又与泡沫碳集电器接触。铝阳极还与相邻电化学电池上的集电器的金属导体接触，该集电器又与其自身的多孔非导电间隔物和相应的铝阳极接触。以这种方式，可以连接一串电化学电池。在该电池串的终端，终端电化学电池可以连接到负载，例如连接到应用或其他电化学电池串，使得整个电化学电池组具有串联和并联的电化学电池设置。
在一些实施方式中，电化学电池还配置成作为液流电池运行。例如，电池可以配置成液流电池，以便支持液流电池组。在这种电池组中，可以在运行期间连续地向电池组运行期间的电池提供电解质，从而不需要充电。
在本公开的许多实施方式中，电解质包含水和一种或多种盐。用于电解质的溶剂的例子，包括水和其它溶剂，可以在表1中找到。
表1–极性溶剂
溶剂 介电常数
水 80
硫酸 101
氨 26.7
乙醇 24.3
乙腈 36.2
吡啶 12.3
甲醇 30
丙三醇 47
乙二醇 37
氢氟酸 134
糠醛 42
肼 52
甲酰胺 84
过氧化氢 128
氢氰酸 158
在许多实施方式中，有两种盐被添加到电解质中。这种盐的例子包括过二硫酸盐(例如过二硫酸钠)，次氯酸盐和硫酸盐(如硫酸钠)。电解质可另外包含碱，例如氢氧化钠。其中一种盐是氧化剂。因此，在许多实施方式中，电解质含有氧化剂并且还含有另外的盐，例如表3中的金属盐，其中金属盐和氧化剂的阴离子部分不同。
表2中化合物的非限制性列表或其相应的盐和酸(视情况而定)可以是氧化剂，或者可以被释放和解离以形成氧化剂。如本文所用，术语“氧化剂”是指加入以进行氧化的化合物以及由该化合物的解离产生的所得阴离子。因此，过二硫酸(H2S2O8)，过二硫酸钠(Na2S2O8)和过二硫酸根阴离子(S2O8 2-)都是本文所用的氧化剂。例如，当将酸或盐形式的过二硫酸盐氧化剂添加到本公开的电解质中时，其将解离成阴离子形式。阴离子形式是用于氧化其他物质并因而被还原的形式。
表–2–氧化剂
其他盐可以是，例如，表3中的任何一种化合物。
表3–金属盐
KI NaI LiI BaI<sub>2</sub> CaI<sub>2</sub> MgI<sub>2</sub> ZnI<sub>2</sub> AlI<sub>3</sub>
KBr NaBr LiBr BaBr<sub>2</sub> CaBr<sub>2</sub> MgBr<sub>2</sub> ZnBr<sub>2</sub> AlBr<sub>3</sub>
KCl NaCl LiCl BaCl<sub>2</sub> CaCl<sub>2</sub> MgCl<sub>2</sub> ZnCl<sub>2</sub> AlCl<sub>3</sub>
K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> Li<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> BaSO<sub>4</sub> CaSO<sub>4</sub> MgSO<sub>4</sub> ZnSO<sub>4</sub> Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>
KNO<sub>3</sub> NaNO<sub>3</sub> LiNO<sub>3</sub> Ba(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> Zn(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> Al(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>
KF NaF LiF BaF<sub>2</sub> CaF<sub>2</sub> MgF<sub>2</sub> ZnF<sub>2</sub> AlF<sub>3</sub>
K<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> Na<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> Li<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> Ba<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> Ca<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> Mg<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> Zn<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> AlPO<sub>4</sub>
K<sub>2</sub>SO<sub>3</sub> Na<sub>2</sub>SO<sub>3</sub> Li<sub>2</sub>SO<sub>3</sub> BaSO<sub>3</sub> CaSO<sub>3</sub> MgSO<sub>3</sub> ZnSO<sub>3</sub> Al<sub>2</sub>(SO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>
K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> BaCO<sub>3</sub> CaCO<sub>3</sub> MgCO<sub>3</sub> ZnCO<sub>3</sub> Al<sub>2</sub>(CO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>
K<sub>2</sub>S Na<sub>2</sub>S Li<sub>2</sub>S BaS CaS MgS ZnS Al<sub>2</sub>S<sub>3</sub>
K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> Li<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> BaSiO<sub>3</sub> CaSiO<sub>3</sub> MgSiO<sub>3</sub> ZnSiO<sub>3</sub> Al<sub>2</sub>(SiO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>
KOH NaOH LiOH Ba(OH)<sub>2</sub> Ca(OH)<sub>2</sub> Mg(OH)<sub>2</sub> Zn(OH)<sub>2</sub> Al(OH)<sub>3</sub>
第二种盐应该是解离产生金属离子的化合物。这种金属盐的一个例子是硫酸钠。
在许多实施方式中，电解质还含有碱，例如强碱。强碱的例子包括LiOH、RbOH、CsOH、Sr(OH)2、Ba(OH)2、NaOH、KOH、Ca(OH)2或它们的组合。一个特定的例子是NaOH。
在另一些实施方式中，电解质包含水或醇中的一种。例如，电解质可以是阴极电解质。当在该电解质中存在氧化剂和金属盐时，两者可具有不同的阴离子部分。示例性氧化剂包括过二硫酸钠，示例性金属盐是硫酸钠。该电解质还可包含碱，例如氢氧化钠。
另一实施方式包括电化学电池，其包括：
a.阳极；
b.集电器；和
c.在集电器和阳极之间的多孔非导电间隔物；
其中，电化学电池不包含电解质。
阳极、集电器和间隔物可具有上文关于这些部件所述的一个或多个特性或特征。例如，这样的实施方式可以在一个位置构造，然后运输到另一个位置，在那里其与电解质(例如单一电解质溶液)接触以供使用。
本公开包括可以用单一电解质溶液运行的电化学电池的另外的实施方式。例如，提供一种电化学电池，该电化学电池包含单一电解质水溶液，其接触非金属集电器，氧化剂，和金属固体，其中电流经由负载从金属固体行进到集电器。
在这种电池中，电解质溶液可以是碱性的，氧化剂可以是例如S2O8 2-。电解质溶液还可包含例如氢氧化钠。合适的金属固体包括元素周期表第13栏中的那些金属及其合金。这些金属和合金包括例如铝、镓、铟和铊，以及包含铝、镓、铟和铊中的至少一种的合金。一种示例性金属固体是铝，例如箔形式的铝。电池还还可包含多孔稳定剂。在一个例子中，电池可包含金属硫酸盐(例如Na2SO4)，其中集电器是泡沫碳，多孔稳定剂是玻璃棉和/或硼硅酸盐。电池的pH可以例如大于12，大于13或大于14。
这种可以使用单一电解质溶液的电池可以产生例如约10瓦时/(千克电解质+阳极金属)至约680瓦时/(千克电解质+阳极金属)。当按每千克电解质测量时，电池可以产生例如约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质，约40瓦时/千克电解质至约80瓦时/千克电解质，或约10瓦时/千克电解质至约60瓦时/千克电解质。每平方厘米金属固体产生的功率可以是例如约600mW至约1000mW。与本公开中的其他电化学电池一样，电池可以配置成以液流模式运行。电池可包括流入流，其包含例如电解质水溶液，其可进一步包含氧化剂，例如过二硫酸钠和/或包含过二硫酸根阴离子的溶液。可以将氧化剂(例如固体Na2S2O8或溶液中的Na2S2O8)提供给电池，例如，在碱性水溶液中的Na2S2O8，其中碱可以是例如氢氧化钠。电池还可包括流出流。流出流可包含水溶液，并且还可包括例如金属硫酸盐。
另一个实施方式包括一种产生电容器的方法，该方法包括从本公开的电化学电池的一侧断开负载的步骤，该电化学电池可以使用单一电解质溶液运行。该方法还包括重新连接负载的步骤。另一个实施方式包括电容器，其通过交替地从电化学电池的集电器或阳极中的至少一者断开和重新连接负载的方法来制备。
可以用单一电解质溶液运行的另外的实施方式是一种电化学电池，该电化学电池包含单一电解质水溶液，其接触非金属集电器，氧化剂，和金属固体，其中电流经由负载从金属固体行进到集电器，其中pH大于或等于12。作为一个例子，非金属集电器可以是泡沫碳，氧化剂可以是过二硫酸盐，金属固体可以是铝。
可以用单一电解质溶液运行的另外的实施方式是一种电化学电池，该电化学电池包含单一电解质水溶液，其接触非金属集电器，氧化剂，和一个或多个阳极，其中电流经由负载从一个或多个阳极行进到集电器，其中pH大于或等于10。
合适的阳极包括元素周期表第13栏中的金属及其合金。这些金属和合金包括例如铝、镓、铟和铊，以及包含铝、镓、铟和铊中的至少一种的合金。一种示例性金属是铝，例如箔形式的铝。阳极也可以用绝缘体隔开。在一些实施方式中，pH大于或等于12。
在实施例7中提供了可以用单一电解质溶液运行的电化学电池的实例，并在图9中示出。
本公开的另一个实施方式包括制备本公开的电化学电池的方法。该方法包括1)提供电化学电池，该电化学电池包括阳极、集电器和在阳极和集电器之间的多孔非导电间隔物；和2)使电池与单一电解质溶液接触。例如，通过将电解质溶液喷射到电池上来使电池与电解质溶液接触。电解质也可以大量施用，例如通过浸泡来接触。电解质溶液也可以通过滴落作为液滴或作为雾化的雾施加到电池上。电解质也可以以整体隔室提供，或以本文提供的技术的任何组合提供。
另一实施方式包括一种方法，例如以液流模式运行电化学电池的方法，其包括1)提供根据上述任一实施方式的电化学电池，其包含单一电解质溶液，2)运行电池以产生电、氢或电和氢两者(例如当电池连接到负载时)，以及3)在电池运行期间向电池提供额外的电解质溶液(或其一种或多种组分)。这样的实施方式还可以包括4)在电池运行期间从电池中取出废电解质溶液(或其一种或多种组分)，例如，同时向电池提供另外的电解质溶液(或其一种或多种组分)。这些实施方式中的电解质溶液可具有适合于本文所述电池的任何组成。电解质溶液的组分可包括例如氧化剂、金属盐和碱。另一实施方式包括对包含电池的电池组进行的方法。
在本公开的其他方面，提供了包含本公开的电化学电池的电化学电池组。电化学电池组包含一个或多个电池并且电连接到负载。负载可以是电线中的电阻，或者负载可以是应用，或者是负载是电线中的电阻和应用。本公开的电化学电池可用于通过负载产生电，产生氢或产生电和氢。例如，电池可以配置为有利于产生电或氢。可以通过调节pH和阳极的比表面积来控制氢的产生。从碱性溶液开始，随着pH增加并且所用阳极的比表面积越大，产生的氢越多。例如，可以通过多次折叠铝丝网来增加铝的表面积。当氧化剂浓度增加并且溶液碱性越来越高时，可能有利于产生电。
本公开的实施例还包括将由本文公开的电池或电池组产生的电、氢或电和氢两者输送到应用的方法。这些应用可包括例如手机信号塔、车辆和燃料电池。
不受理论束缚，据信以下说明解释了本公开的电化学电池和电池组的一些实施方式是如何工作的。例如，在许多实施方式中，阳极是铝，阴极是与泡沫碳集电器接触的阴极电解质，阴极电解质是包含水、硫酸钠、氢氧化钠和过二硫酸钠的电解质，其中碳集电器和阳极堆叠并被多孔非导电间隔物隔开，并且每个堆叠体通过诸如铜线的导体电连接。这种配置大致如图1和图2所示。
不受理论束缚，在这样的实施方式中，铝在阳极处根据方程式(A)被氧化，并且通过方程式(B)在集电器的表面处发生过二硫酸盐的还原。
2Al(s)→2Al3++6e-(A)
2Na2S2O8(aq)+4NaOH(aq)+4e-→4Na2SO4(aq)+4(OH)-(B)
然而，从铝的氧化中可以获得两个多余的电子。在许多实施方式中，观察到质子被还原以在铝阳极处形成氢气。因此，进一步认为水解离形成H+和OH-，然后两个多余电子可用于将H+还原成氢气，因此在铝阳极而不是氧化剂被还原的集电器处观察到这种氢气释放。氢氧根离子本身也可以解离形成H+，因为当电解质是乙醇时观察到相同的氢气释放。因此，如上所述，电解质也可以是醇和水或醇，其中一个例子是乙醇。
鉴于上述情况，集电器可以描述为“阴极集电器”，因为其在集电器表面处分配电子以还原电解质溶液中的氧化剂(根据上面的方程式B)，其中电解质溶液可以描述为阴极电解质。阴极集电器可以例如嵌入阴极电解质中或以其它方式适当地接触阴极电解质，其中阴极电解质是用于在阴极集电器处被还原的氧化剂源。
在图1中，示出了串联的三个电化学电池。每个电池包含阳极100，例如片状或丝网形式的铝。阳极100与多孔非导电间隔物110物理接触。间隔物是防止阳极和集电器120之间物理接触的丝网。集电器通常是泡沫碳，并且例如，间隔物可以是外科胶带，或乙烯基涂覆聚酯。阳极100、集电器120和间隔物110的堆叠体160可以任选地包裹在外科胶带中以获得物理完整性。每个电池与相邻电池电接触，其中阳极100与相邻电池的集电器120通过导体(例如铜线130)电接触。
电解质沉积在电池上，但是图1的电池并未浸入电解质中。电解质可以通过雾化喷射在电池上或作为隔室输送。通常这样做是为了当泡沫碳是集电器时，泡沫碳是浸透的。在其他实施方式中，将电池浸入电解质溶液中。在湿条件下，电解质充当阴极电解质，使得在构成电路时在溶液中发生还原。
图2表示电池组，其中图1的串联的电池部件进一步通过导体(例如铜140)连接到负载150。在这种状态下，当电解质沉积到电池组上时，产生电流和/或氢气，在阳极处发生氢还原。取决于pH、阳极的表面积和氧化剂的用量，可以确定电池组主要是产生电还是产生氢，还是产生两者的组合。负载150可以是诸如发射塔或其他电网应用之类的应用。或者，当产生氢时，可以在每个阳极处收集氢以输送到例如燃料电池或输送到用于燃烧氢的炉子或发动机。
下面描述的另外的实施方式包括某些无膜电化学电池，其分别在阴极和阳极处含有分开的第一和第二电解质溶液；包含本公开的电化学电池的电池组；用电池和电池组向应用送氢和/或送电的方法；在本公开电化学电池中增加电流的方法；以及与这些实施方式相关的各种方法。
例如，本公开的一个实施方式包括一种电化学电池，其包括：
a.阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的阳极；
c.第一极性电解质溶液，其与阴极接触并设置在包含氧化剂的距离内；
d.第二极性电解质溶液，其与阳极接触并设置在包含合适的金属离子的距离内；和
e.分离剂；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，并且其中在第一和第二电解质溶液之间没有膜。
在该实施方式中，各极性电解质溶液可包含多孔稳定剂，例如硼硅酸盐。第一极性电解质溶液可以是水性的，并且还可以包含碱，例如KOH、NaOH、Ca(OH)2、LiOH、RbOH、CsOH、Sr(OH)2或Ba(OH)2。第一极性电解质溶液的pH可以是例如约8至约14或约11至约14。氧化剂可以是例如钒离子、S2O8 2-或ClO-。该实施方式中的示例性分离剂包括盐，例如氯化钙或硫酸钠。
电化学电池可以配置成以液流模式运行。该电化学电池可包括，例如，包含碱(如氢氧化钠)、氧化剂(如S2O8 2-)和分离剂(如硫酸钠)的流入溶液。来自电池的流出物可包括碱(包括碱的水溶液)和硫酸钠，其中碱可以是氢氧化钠。
集电器可以放置在第一电解质溶液和/或第二电解质溶液中。示例性集电器包括金属以及非金属，例如泡沫碳。电化学电池还可包括置于第一和第二极性电解质溶液之间的玻璃棉。
在一些实施方式中，第二极性电解质溶液包含醇。该醇可以是醇溶液，其还包含碱如KOH或NaOH。第二极性电解质溶液的pH可以是例如约8至约14或约11至约14。第二极性电解质中合适的金属离子包括Zn2+和Al3+。
在一些实施方式中，分离剂是盐(例如CaCl2或硫酸钠)，第二极性电解质溶液中的醇是乙醇、甲醇或两者。在一些实施方式中，第二极性电解质包含醇并且配置成以液流模式运行，流入流包含极性溶液，所述极性溶液包含醇(例如乙醇、甲醇或两者)、碱(例如氢氧化钠)、分离剂和能够解离成合适的金属离子(如Al3+)的金属。电池的流出流可包含醇(例如乙醇)、碱(例如氢氧化钠)和分离盐(例如硫酸钠)。
这里描述的电化学电池可以例如在第二电解质溶液中产生氢气并且可以将气体引导至氢气压缩机。因此，本公开的另一实施方式包括一种电池组系统，该电池组系统包括一个或多个电化学电池和氢气压缩机。例如，这种系统可用于为诸如燃料电池的工艺应用供电。
本公开的另一个实施方式包括一种电化学电池，其包括：
a.阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的阳极；
c.第一极性电解质水溶液，其与阴极接触并设置在包含S2O8 2-的距离内；
d.第二极性电解质醇溶液，其与阳极接触并设置在包含Al3+的距离内；和
e.在第一和第二电解质溶液中的硼硅酸盐；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，并且其中在第一和第二电解质溶液之间没有膜。
第一极性电解质溶液和第二极性电解质溶液可以具有不同的密度，其中第一电解质溶液可以包含卤化物盐(例如CaCl2)，第二电解质溶液可以包含金属硫酸盐(例如Na2SO4)。第二极性电解质醇溶液可包含例如乙醇或甲醇。
在一些实施方式中，第一电解质溶液和第二电解质溶液的pH可以各自调节到例如约11至约13。各溶液可包含碱，例如氢氧化钠、氢氧化钙或氢氧化钾。在一些实施方式中，阴极是铜(例如铜刷)和/或碳，阳极是铝。硼硅酸盐可以是例如棉(wool)。在一些实施方式中，硼硅酸盐的孔径为约8微米。
该电化学电池可以配置成以液流模式运行。另一个实施方式包括含有一个或多个电池的电化学电池组。当电池组包括多于一个电化学电池时，电池可以例如以平行几何形式对准并且以伏打堆排列。电化学电池或电池组可以为工艺应用送电，所述工艺应用包括太阳能发电场、风力发电场、家用电器、消费品和玩具。
本公开的另一个实施方式包括一种电化学电池，其包括：
a.非金属阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的非金属阳极；
c.第一极性电解质水溶液，其与阴极接触并设置在包含S2O8 2-的距离内；和
d.第二极性电解质醇溶液，其与阳极接触并设置在包含金属固体的距离内；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，并且其中在第一和第二电解质溶液之间没有膜。
在一些实施方式中，金属固体以粉末形式分散在整个第二电解质溶液中，而硼硅酸盐置于第一和第二电解质溶液中。示例金属包括锌和铝。粉末形式的金属可具有例如小于约5微米的平均粒度，或约5至约30微米的平均粒度。例如，非金属阴极和非金属阳极可以由泡沫碳制成。另一个实施方式包括增加电化学电池中电流的方法，包括将氧化剂添加到该电化学电池的第二电解质溶液中的步骤。
本公开的另一个实施方式包括一种电化学电池，其包括：
a.阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的阳极；
c.第一电解质水溶液，其与阴极接触并设置在包含氧化剂的距离内；
d.第二极性电解质溶液，其与阳极接触并设置在包含金属和氧化剂的距离内；和
e.分离剂；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，并且其中在第一和第二溶液之间没有膜。
在一些实施方式中，第二极性电解质溶液是醇溶液，例如乙醇或甲醇。同样在一些实施方式中，氧化剂是S2O8 2-和/或过二硫酸钠，金属是铝，分离剂是硫酸钠，阴极和阳极是泡沫碳。可任选地在第一和第二电解质溶液中提供多孔稳定剂(例如玻璃棉，硼硅酸盐或两者)。
电化学电池可以配置成以液流模式运行。电池可包括流入流，其包含电解质水溶液，其还可任选地包含氧化剂(例如过二硫酸钠和/或包含过二硫酸根阴离子的溶液)。因此，本公开的一个实施方式是一种方法，其包括向电化学电池提供额外的氧化剂。氧化剂(例如Na2S2O8)可以在碱性水溶液中提供，例如，其中碱可以是NaOH。氧化剂也可以作为固体形式提供。电池还可包含从电池流出的水溶液，其可包含例如金属硫酸盐。
在一些实施方式中，电池可以产生约10瓦时/(千克电解质+阳极金属)至约680瓦时/(千克电解质+阳极金属)。当按每千克电解质测量时，电池可以产生例如约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质，例如约40瓦时/千克电解质至约80瓦时/千克电解质。
以下公开内容提供了上文详述的实施方式和本公开的其他实施方式的进一步描述。
本公开的各种实施方式，例如上述的实施方式，包括含有单一电解质溶液的电化学电池。在一些实施方式中，单一电解质溶液含有金属固体、水、碱、氧化剂和集电器。在一些实施方式中，溶液是碱性的。通过外部负载在集电器(例如泡沫碳)和金属固体之间形成电接触。常见的金属实例是铝，例如铝箔，碱，例如氢氧化钠，并且添加的氧化剂可以是过二硫酸钠，其进而可以解离。当运行时，过二硫酸盐还原为硫酸盐。可以加入额外的硫酸盐，例如加入金属硫酸盐，诸如硫酸钠。可以使用多孔稳定剂，例如玻璃棉或硼硅酸盐。在这样的实施方式中，仅存在单一电解质溶液并且其可以以液流模式运行，由此将氧化剂再填充到电池中。添加的氧化剂可以是水溶液，例如该水溶液具有氢氧化钠之类的碱，或者氧化剂作为固体添加，例如作为颗粒状的过二硫酸钠加入。当在电池中形成硫酸钠时，可以任选地通过脱盐装置或通过其他机制除去硫酸钠。
使用两种电解质溶液也可以实现超级充电。在这些实施方式中，将氧化剂如过二硫酸钠加入第二电解质溶液中。在这些实施方式中，第二电解质溶液中的金属可以是铝，溶液是醇溶液，例如甲醇、乙醇或两者。也可以使用多孔稳定剂，例如玻璃棉或硼硅酸盐。存在诸如氢氧化钠的碱，也存在诸如硫酸钠的分离剂。在这些实施方式中，第一电解质溶液可以是水性的并且保持碱性，例如用NaOH保持碱性。使用氧化剂如过二硫酸钠，任选加入金属硫酸盐，如硫酸钠。也可以使用多孔稳定剂，例如玻璃棉或硼硅酸盐。在这样的实施方式中，将过二硫酸盐或另一种合适的氧化剂加入到第二电解质溶液中，并且这种添加导致电流产生的增加。这种电流增加可能在50％的量级。
单溶液实施方式产生的功率可以是，例如，约10瓦时/(千克电解质+阳极金属)至约680瓦时/(千克电解质+阳极金属)。当按每千克电解质测量时，电池可以产生例如10至100瓦时/千克电解质，包括约40至约80瓦时/千克电解质，还包括约10至约60瓦时/千克电解质。当相对于所用金属固体(例如铝)的表面积测量时，观察到约600至约1000mW/cm2的功率密度。
由于可能产生电短路，人们通常不会期望电化学电池用单一电解质运行。然而，在所提出的系统中，有可能在不短路的情况下在持续的时间内显示电流的大幅提升。当电化学电池的电路开放并随后闭合时，例如通过从电池的一端断开引线然后重新连接它来进行开放和闭合时，观察到高达约800mA的电流峰值。
不受理论束缚，据信在单电解质系统中开放电路时，阳极变为带负电并被离子双层包围，并且例如，当考虑基于图9的电化学电池的电容器时，钠离子和硫酸根离子构成离子双层。钠聚集在带负电荷的表面附近(斯特恩层(stern layer))，钠离子和硫酸根离子形成从该表面出来的扩散层。这种电容器实际上是自充电电容器。关于图9的电池，例如，当电池组电路开放时，S2O8 2-阴离子或2H+阳离子继续与固体铝原子相互作用，同时试图使固体铝原子处于不稳定的+2氧化态。为了补偿这种不稳定性，氧化的铝原子将第三个电子释放给固体铝，但由于电路是开放的，固态铝不能将电子转移到集电器。该效应使固体铝带负电，并且为了保持电荷中性，形成经典的双层离子分布，阳离子填充在固体铝表面附近。当电路闭合时，这些存储的电子被运送到集电器，但是同样由于保持电荷中性的要求，它们不是一次全部运走，而是最初达到一个释放峰值，然后由于双层中离子的逐渐重新分布而随着时间的推移逐渐下降，所述离子的逐渐重新分布在电化学扩散梯度上松弛。通过交错开放和闭合电路，可以采用多个阳极来使电流最大化(在一个阳极电路开放进行充电时，另一个阳极电路可以闭合进行放电)。
不受理论束缚，铝可以以非负氧化态+3、+2、+1和0存在，但只有+3和0态在标准电池运行条件下是能量稳定的，0态为固体铝相。当强氧化剂如S2O8 2-或2H+与0态的铝原子反应时，它会从固体铝原子夺得2个电子(自身还原为2SO4 2-)，同时试图将铝原子置于能量不稳定的+2氧化态。因为这种状态在能量上是不利的，所以铝原子释放第三个电子使其处于稳定的+3状态。第三个电子通过固体铝传导到负载并随后传导到集电器，其中阴极电解质还原另一个S2O8 2-阴离子。
相比之下，Zn可以以非负氧化态+2、+1和0存在，但只有0和+2态在能量上是有利的。因此，当S2O8 2-阴离子与处于0氧化态的锌原子反应时，它从锌原子夺得两个电子，使其处于稳定的+2态，并且不产生电流。然而，如果存在-1态的氧化剂，其能够从锌中夺得单个电子，则如在铝的情况中那样，可以产生电流。
在这种单电解质体系中，可以选择成对的氧化剂和还原剂，使得氧化剂除去足够的电子以在还原剂中产生不稳定的氧化态，其可以随着一个或多个额外的电子的释放而自发地转变为稳定的氧化态。在这样的对中，不稳定的氧化态是比稳定的氧化态更低的氧化态。与不稳定的氧化态相比，稳定的氧化态可以具有+1或+2或更高的氧化态。在铝中，例如，稳定的氧化态+3比不稳定的氧化态高一个价态(+1)。
在这种单电解质电化学系统的许多实施方式中，多个阳极可以与单个集电器一起使用。例如，当阳极是铝时，铝箔包可以彼此分开，例如用绝缘体分开，以产生多个铝阳极。如果使用颗粒状铝，则这种单独的颗粒可以充当多个阳极。
pH也可用于控制电流。当pH为中性时，S2O8 2-不能氧化固体铝，因为在固体表面上形成有Al2O3膜。当体系是高度碱性时，例如pH大于12或甚至更高，OH-阴离子会破坏氧化铝膜，从而使S2O8 2-阴离子产生电流。通过添加OH-离子(例如来自NaOH)或通过添加H+离子(例如添加硫酸)来调节pH，由此可以调节OH-的可用性并因此控制电流。如果表面被充分活化，较低的pH也可以起作用，例如在10左右的pH。
在其他实施方式中，本公开的电化学电池和电池组在不需要膜或其他装置的情况下运行，所述膜或其他装置是用于将第一电解质溶液(在阴极处)与第二电解质溶液(在阳极处)分隔。当使用术语“无膜”或“没有膜”或“其中没有膜”或有关该效果的文字时，是指在第一和第二电解质溶液(和一些实施方式中的第三电解质溶液)之间没有膜或其他种类的间隔件。
可以通过并联或串联组合本公开的电化学电池来制备具有一个或多个电池(包括多于一个电池)的电化学电池组。例子包括伏打电池堆。这种电池和电池组可用于向工艺应用送电，所述工艺应用例如是太阳能发电场和风力发电场、氢气压缩机、车辆(例如电动车辆)、电网、家用电器、消费品和玩具。
本公开的电化学电池中的阴极和阳极，包括在该实施方式和本文所述的电化学电池的其他实施方式中的阴极和阳极，可以选自合适的材料。合适的阴极材料的例子包括钢，碳，诸如碳的石墨同素异形体，浸渍有金属的碳和泡沫碳。例如，导电碳布(也称为泡沫碳)是适用于许多实施方式的阴极，并且是导电材料。用于具有多种电解质的无膜电池的实施方式的合适阳极包括铂、锌、锂、镍、钙、镁或铝以及非金属材料如碳，包括泡沫碳。
包含在本公开的实施方式中的第一和第二电解质溶液可以是极性的并且具有不同的密度。在许多例子中，一种或多种第一极性电解质溶液含有水和分离剂。在本公开的这些和其他实施方式中，两种极性电解质溶液是不混溶的。当第一电解质溶液包含H2O且第二电解质溶液包含乙醇、甲醇或其组合时，溶液通常可混溶。然而，分离剂可用于使这些流体不混溶。可以将分离剂加入到醇和水的混合物中，并且在足够的浓度下，该分离剂将两种溶液分离并保持它们的不混溶性。分离剂通常是盐。在一些实施方式中，溶液相对于盐是饱和的。盐的例子包括金属卤化物或铵盐，例如氯化钠、氯化镁、氯化钙、氯化锂和氯化铵。其他这样的盐包括硫酸钠、硫酸钙、硫酸钾和硫酸铵等。相同或不同的盐可以存在于第一或第二电解质溶液中。例如，硫酸钠可以同时存在于第一和第二电解质溶液中。在其他实施方式中，诸如硫酸钠或氯化钠的盐可以存在于第一电解质溶液中而氯化铵存可以在于第二电解质溶液中。在其他实施方式中，氯化钙可以存在于第一电解质溶液中，而硫酸钠可以存在于第二电解质溶液中。盐在相应溶液中通常是饱和的，处于其溶解度极限或接近其溶解度极限。
在本公开的许多电池中，第一电解质溶液是水溶液，第二电解质溶液是醇溶液。各电极处的溶液必须含有必要的组分，以便发生氧化还原，从而产生电。适用于第二电解质溶液的醇包括甲醇和乙醇。
用于第一或第二电解质溶液的极性溶剂的例子可见于上表1中。所选择的特定体系的溶剂应具有足够的偶极矩，以使处于溶剂中的相应盐解离。在一些实施方式中，可以使用强酸如硫酸(例如1M)使第一极性电解质溶液呈酸性，而第二极性电解质溶液为中性。
在其他实施方式中，第一和第二极性溶液都是碱性的。这些溶液可以例如通过加入碱而成为碱性，所述碱例如是LiOH、RbOH、CsOH、Sr(OH)2、Ba(OH)2、NaOH、KOH、Ca(OH)2或它们的组合。为了完成电化学电路，将氧化剂添加到第一极性电解质溶液中，并将合适的金属离子添加到第二极性电解质溶液中。用于第一极性电解质溶液的常用极性溶剂是水。用于第二电解质溶液的常用溶剂包括乙醇、甲醇、乙腈或它们的组合。
氧化剂的例子可以在上表2中找到，并且可以在溶液中解离成合适的金属离子的化合物的例子可以在上表3中找到。可以选择任何金属离子氧化剂对，条件是用氧化剂进行的金属氧化是热力学自发的。本公开中常用的金属离子包括Al、Zn、Sn和V。
图3示出了包含第一和第二电解质的电化学电池的实施方式。电化学电池10包括被第一电解质溶液20和第二电解质溶液22隔开的阴极12和阳极14，使得第一电解质溶液20与阴极12接触并使得第二电解质溶液22与阳极14接触。第一电解质溶液20和第二电解质溶液22是不混溶的并且彼此接触，因此可以实现阳极14和阴极12之间的离子和电子交换(例如，H+和e-)。每个电池10可以通过电路18电连接到负载16，以使电流能够通过电路流动。注意，在示意图中连接电解质溶液和阴极以及阳极电极的垂直线不是管道，而仅仅是为了帮助观察示意图。
在某些实施方式中，第一电解质溶液20可以是正电解质或阴极电解质，第二电解质溶液22可以是负电解质或阳极电解质(并且是不混溶的)。在许多实施方式中，第一电解质溶液和第二电解质溶液的密度不同，第一电解质溶液20的密度高于第二电解质溶液22，使得当电池10垂直取向，阴极12位于底部时，浮力效果使第二电解质溶液22层叠在第一电解质溶液20上方。
在许多实施方式中，电池10可以任选地配置成以液流模式运行，以便例如支持液流电池组。在这种电池组中，可以在运行期间连续地向电池组运行期间的电池提供电解质溶液。例如，如图3所示，第一电解质溶液20和第二电解质溶液22可以分别经过管道21和25从第一源(例如罐30或其他合适的储存装置)和第二源(例如罐32或其他合适的储存装置)流入电池10并且流入到阴极12和阳极14之间。第一电解质溶液20和第二电解质溶液22可以进一步分别经由管道23和27流出电池10。它们可以被导向废液罐或其他罐。在一些实施方式中，液流可以从所述其他罐反转以对电池10再充电。流动可以通过泵50，52或通过毛细管作用、反渗透、棘轮、溶胀压或重力产生。第一电解质溶液20和第二电解质溶液22的流动可以保持在层流状态内。在替代实施方式中，第一电解质溶液20和第二电解质溶液22可以不流过电池10，但可以是可更换的。
当制备电解质溶液时，通常将电解质(通常为固体)置于溶剂中，然后成为电解质溶液。例如，当电解质置于可溶解该电解质的溶剂中时，电解质固体的溶解将产生离子，并且如果它们充分解离，则溶剂变成电解质溶液。另外，将其他组分加入到溶剂中，使得在阳极处发生氧化并在阴极处发生还原。这种组分的例子是锌金属。当在运行的电化学电池的阳极添加时，锌将氧化成Zn2+。在阴极侧，一种这样的组分的例子是NH4VO3，其溶解并解离产生V5+，其将在运行的电化学电池中还原为V4+。在本公开的许多这样的实施方式中，第一电解质溶液包含解离为选自以下的离子的组分：ClO-、Fe3+、V5+、Br2和S2O8 2-，这些离子在阴极处还原。在这些和其他实施方式中，第二电解质溶液包含氧化成选自以下的离子的组分：Li+、Ca2+、Al3+、Mg2+、V2+、Zn2+、SiO3 2+、[Zn(CN)4]2-和[Zn(OH)4]2，这些离子是由阳极处的氧化产生的。
在一些实施方式中，在阴极处，钒经历从V5+到V4+的还原。在该实施方式中，在阳极处，锌从Zn(s)氧化成Zn2+。为了使带正电荷的离子流动，在阳极侧的具有锌固体的甲醇溶剂中进一步加入氯化铵。氯化铵溶解并充分解离，以在溶液中提供作为带正电荷的离子的NH4 +和作为带负电荷的离子的Cl-。在阴极侧，通过将硫酸(H2SO4)和硫酸钠(Na2SO4)加入到V5+水溶液中来提供带正电荷的离子。通过溶解和解离为H+和Na+，在电化学电池的阴极侧提供了带正电荷的离子和作为带负电荷的离子的SO4 2-。此外，硫酸钠防止第一和第二电解质溶液的混合并保持它们的不混溶性。此外，由于水的密度比甲醇更高，因此浮力使得甲醇溶液层叠在密度更高的水溶液之上。这种不混溶流体的分层(盐水与甲醇或乙醇不混溶)有效且有利地消除了对分离膜的需要。这些实施方式可以被配置用于液流或非液流运行，如本文将进一步描述的。此外，在这样的实施方式中，锌可以与导电材料如导电碳接触，并且阴极溶液也可以与这种导电材料接触。
在一些实施方式中，阳极是铝并且阴极是碳或钢，第一电解质溶液包含水和ClO-，第二电解质溶液包含乙醇或甲醇。在这样的实施方式中，例如，各电解质含有碱如NaOH，和盐LiCl，其产生不混溶的电解质溶液。由这种电化学电池提供的电压在1.5至2.1伏之间。这种电化学电池可产生约0.1至约0.4安培的安培数，包括约0.2和约0.3安培。提供ClO-的组分的例子包括Na(ClO)和Ca(ClO)2。在这样的电池中，ClO-将在阴极处根据方程式1还原：
ClO-+H2O+2e-→Cl-(aq)+2OH-(aq) 方程式1
第二电解质可以包含发生氧化的金属的组分，例如根据方程式2氧化为Al3+的铝：
Al(s)→Al3+(aq)+3e- 方程式2
另一种阳极选择可以是根据方程式3氧化的镁：
Mg(s)→Mg2+(aq)+2e- 方程式3
或根据方程式4氧化的钒：
V(s)→V2+(aq)+2e- 方程式4
在一些实施方式中，阳极是锂固体，溶剂是碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷。阴极可以是合适的金属，例如铜，也可以加入硫酸钠。在这些实施方式中，阳极和阴极电解质溶液都含有盐。示例性的盐是金属卤化物盐，例如MgCl2。当MgCl2用于电解质溶液中时，可以在1欧姆电阻下实现3.15V的电压和0.1A/cm2的电流。当安培数记录为A/cm2时，是指每单位面积的安培数而不是每单位比表面积的安培数。例如，2平方厘米的泡沫碳块具有比其2平方厘米面积高得多的比表面积。
在其他实施方式中，第一极性电解质水溶液含有S2O8 2-、NaOH、盐(例如金属硫酸盐或金属卤化物盐，诸如CaCl2)和金属阴极，例如铜(诸如铜刷)，泡沫碳，或它们的组合。金属硫酸盐的例子是Na2SO4。S2O8 2-离子源自在例如第一电解质溶液中解离成该离子的盐。该盐可以是例如Na2S2O8。铜可以是线材形式，例如刷子。第二极性电解质醇溶液，例如与第一电解质溶液具有不同的密度，其含有醇如甲醇、乙醇或两者，NaOH，盐如硫酸盐，包括金属硫酸盐如Na2SO4。示例性的阳极是金属阳极，例如铝。或者，阳极可以是非金属材料，例如泡沫碳，也可以是金属固体，例如粉末形式，其可以分散在阳极溶液中。这种金属粉末的例子包括铝和锌。溶液中的金属粉末通过电化学电池的作用以类似于阳极本身为金属时氧化的方式而氧化。
在一些实施方式中，第一极性溶液是水溶液并含有分离剂，例如盐，诸如CaCl2或Na2SO4。在这样的实施方式中与第一电解质溶液接触的阴极可以是金属如铜或非金属如泡沫碳。可以使用稳定剂如玻璃棉或硼硅酸盐如这种溶液中的氧化剂通常是S2O8 2-，其可以来自例如Na2S2O8。在这样的实施方式中，第二极性溶液通常是醇，例如乙醇或甲醇。在这样的实施方式中，与第二电解质溶液接触的阳极通常是铝或泡沫碳。诸如Na2SO4的分离剂通常以饱和浓度或接近饱和浓度设置在第一极性电解质溶液和/或第二极性电解质溶液中。合适的金属离子通常是铝，例如Al3+，其可以来自例如铝箔或铝粉。例如，在这些实施方式中，也可以使用Zn2+。第一和第二极性电解质溶液都可以通过诸如NaOH的碱而呈碱性，其中pH大于并且通常在11和14之间。在许多这样的实施方式中，在第二极性电解质溶液中产生氢气。这种气体可以被排出并输送到诸如燃料电池的工艺应用中。例如，可以先将氢气供给氢气压缩机，然后进行输送。从一个或多个电池产生的电可用于为氢气压缩机提供电力。在补充电解质溶液并除去废溶液这样的操作中，电化学电池可以以液流模式运行。
当补充时，流入溶液可以是用于第一极性电解质溶液的包含碱、氧化剂和分离剂的水溶液，和包含醇、能够解离成合适的金属离子的金属、碱和分离剂的溶液。流出溶液包含用于第一电解质溶液的碱和分离剂的水溶液以及用于第二极性电解质溶液的醇、碱和分离剂的溶液。当合适的金属离子是Al时，流出物也可含有Al2O3。
在这些实施方式的某些方面，通过使用NaOH、KOH、Ca(OH)2或另一种碱使各溶液的pH为碱性。使用这样的碱，可将pH调节至约8至约14，约9至约14，约10至约14，约11至约14，约12至约14，约11至约13，所有在约8至约14之间的值，包括约8、9、10、11、12、13和14。
电化学电池还可含有多孔稳定剂。多孔稳定剂允许流体通过，并且还可以放置在第一和第二电解质溶液中，有助于保持溶液之间的分离，包括在湍流运动期间也可以保持该分离。多孔稳定剂可以是任何多孔介质，多孔稳定剂的例子是玻璃棉和硼硅酸盐，包括多孔稳定化可以用在第一和第二电解质溶液中的每一者中，其能够实现电化学电池所包含的两种电解质溶液以很小的流体位移快速回旋、弹跳或旋转。硼硅酸盐的例子包括孔径为约8μm的硼硅酸盐。棉就是这样一种硼硅酸盐。这种电化学电池可以以液流或非液流模式运行。这种电化学电池可以具有优于现有技术的电池的电流密度和电压。例如，这些实施方式的电化学电池在1欧姆电阻下测量18小时，初始电压和安培数为约2.07V和0.16A/cm2，最终为约1.55V和0.088A/cm2。
多孔稳定剂的使用影响本公开的电池组和电化学电池的一些或所有以下特征：润湿性边界条件；无滑移和滑移边界条件；电导率，包括电阻率和摩擦力；相邻流体之间的分散性或混合；孔隙率(例如，流动的相对体积)；曲折度(例如，轨迹的长度和复杂性)；连通性(例如，物料连通性和电连通性)；粒度分布(例如填充)；相对电导率(例如，多相电阻率)；多尺度(例如，离散尺度分离)；表面吸收率(例如，双层电容)；表面反应性(例如，伪电容)；成岩作用(例如，溶解或沉积)；和溶胀(例如，界面力)。多孔介质可包括纳米结构或纳米颗粒。这种多孔介质可以例如在阴极或阳极处使用。这种多孔介质的其他例子包括微孔石墨或纳孔石墨。
间隔件或互连可用于分隔相邻的电池，以防止这种电池组短路，但仍提供电通信。稳定剂也可用于电化学电池的第一和第二电解质溶液之间。
当阳极是非金属(例如泡沫碳)，并且金属(例如铝或锌)作为固体添加到阳极溶液中时，该金属通常是粉末形式，并且常见的粒度是平均粒度小于5微米。在其他实施方式中，平均粒度为约5微米至30微米。在许多实施方式中，将粉末分散在整个溶液中，使得溶液看起来混浊。这种分散体对电池的性能是有用的。通常，根据斯托克斯定律(Stokes’law)，颗粒越小，颗粒从分散体中沉降所需的时间越长。因此，从悬浮稳定性的角度来看，较小的颗粒是有利的。
在阴极处，一些这样的实施方式的半电池反应是：
S2O8 2-+2e-→2SO4 2- 方程式5
而对于某些这样的实施方式，阳极处的半电池反应是：
Al(s)→Al3++2e- 方程式6
当铝是阳极或作为固体悬浮在阳极溶液中，并且
Zn(s)→Zn2++2e- 方程式7
阳极处的半电池反应根据方程式7进行时，阳极本身是锌，或者锌作为固体悬浮在阳极溶液中。
在这些和其他实施方式中，氢气可以在碱性条件下通过电化学电池内的化学反应释放出来。有利地，并且与从石油产品中产生氢不同，可以在不释放CO2或CO的情况下产生氢。可以收集所得的氢用于储存或再分配或者将其引导至具有铂膜的第二电化学电池以产生额外的能量。例如，当合适的金属离子是Al3+并且第二极性电解质溶液含有极性溶剂如甲醇、乙醇或两者时，由于在这种电化学电池中的后续反应，可以释放出氢气。本文中合适的氧化剂是S2O8 2-。
因此，发生了三种不同的反应。在一种反应中，在阳极处，质子被还原，形成氢气。在另一种反应中，铝被氧化并形成NaAl(OH)4。最后，在阴极处，氧化剂(例如S2O8 2-)还原为SO4 2-。
对于固定浓度的反应物，产生氢气的速率是铜/碳与第二极性电解质溶液(例如铝)中的金属(例如铝)之间的距离的函数。距离越大，氢气释放的速率越低，电流越低。另外，表面积影响速率，因为表面积越大，通常产生氢的速率越大。氢可以以液流或非液流模式产生。
为了使电化学电池自发地产生电，金属阳极可被氧化剂氧化，氧化剂在阴极处被还原。当本公开的电化学电池进一步用于产生氢气时，合适的金属离子与包含例如甲醇或乙醇的极性溶液中的碱(例如NaOH)一起存在于阳极侧。合适的金属是当与第二极性电解质溶液中的碱接触时产生氢的金属。这些金属具有负的金属-金属离子氧化还原电位。这种流体的例子包括醇，例如甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。水是另一种这样的流体，例如与醇的混合物，然而，在分离盐的存在下，水倾向于聚集在本公开的电化学电池的阴极侧。从电池组产生的氢量可以高达约100kg氢/天，包括约10kg/天至100kg/天，以及其间的所有值。可以收集氢气用于这种电化学电池。在通常根据图8设置的电化学电池中测量放置在第二极性电解质溶液中的具有3cm2Al金属的单个电化学电池，以每小时产生约0.5kg的H2。放置在第二极性电解质溶液中的较大表面积金属将产生更多的氢。放置在第二极性电解质溶液中以产生合适的金属离子的金属可以作为片材提供，例如铝片，也可以提供折叠或蛇形的形状。其他形式的铝固体包括粉末，例如浆料或纳米结构。可以储存氢以备将来使用，例如在压缩条件下储存氢。氢的用途的例子包括燃料电池。例如，这种燃料电池可用于为车辆提供动力。
在本公开的一些实施方式中，可以通过向第二极性电解质溶液中添加氧化剂来增加电流或进行“超级充电”。例如，在其中铝与醇或水溶液一起设置的电化学电池中，可以将过二硫酸钠加入到醇溶液中以增加从电化学电池观察到的电流。在其他实施方式中，不需要第二极性电解质溶液来产生这种增加的电流。在本公开的电化学电池组中，堆叠多于一个电化学电池可以是有用的。例如，通过使用具有三种或更多种不同密度的三种或更多种不混溶流体，可以实现电池的堆叠。在这样的实施方式中，提供与第一阴极相对的第二阴极，其距离阳极第二距离，还提供与第二阴极和第二电解质溶液接触的第三电解质溶液，其中第三和第二电解质溶液彼此接触并且不相混溶，其中在第三和第二电解质溶液之间没有膜。第三电解质溶液可以是极性的并且将比前两种电解质溶液具有更大的密度。比水密度更高的第三电解质溶液的例子是含有碳酸丙烯酯作为溶剂的电解质溶液。第三电解质溶液可以含有盐，并且相对于该盐可以是饱和的。具有这种电池的电池组可以配置成液流模式或非液流模式。
在根据本公开的至少一个实施方式中，如图4A所示，电池组可包括电池11，电池11包括第一电解质溶液20、第二电解质溶液22和第三电解质溶液24。在这样的实施方式中，电池11包括一个阴极12，其与两个阳极14一起运行，产生通过电路18供给负载16的电力。在这样的实施方式中，第三电解质溶液24的密度比第一电解质溶液20和第二电解质溶液22更高。第三电解质溶液24相对于第一电解质溶液20和/或第二电解质溶液22是不混溶的。因此，第二电解质溶液20以层叠的方式设置在第一电解质溶液22上方，并且第一电解质溶液22作为单独的层设置在第三电解质溶液24上方。任选的作为电解质溶液的来源的罐30和32以及泵50和52(或通过毛细管作用、反渗透、棘轮、溶胀压或重力)可用于以液流模式，例如分别经由管道21和25将电解质溶液输送到电池。第一电解质溶液20和第二电解质溶液22可以进一步分别经由管道23和27流出电池11。它们可以被导向废液罐或其他罐。在一些实施方式中，液流可以从所述其他罐反转以对电池11再充电。在其他实施方式中，电池可以布置成在顶部和底部具有阴极而在中间具有阳极。
如图4A所示，第三电解质溶液24可以利用泵54(或利用毛细管作用、反渗透、棘轮、溶胀压或重力)经由管道31从第三源34供应到电池11，其可以以液流模式使用。第三电解质溶液24可以进一步经由管道33流出电池11。该溶液可以被引导到废液罐或其他罐。在一些实施方式中，液流可以从所述其他罐反转以对电池11再充电。在第三电解质溶液24流过电池11的实施方式中，第三电解质溶液24可以被引导到废液罐或其他罐。在一些实施方式中，液流可以从所述其他罐反转以对电池11再充电。或者，第三电解质溶液24可以不流过电池11，但可以是可更换的。注意，在示意图中连接电解质溶液和阴极以及阳极电极的垂直线不是管道，而仅仅是为了帮助观察示意图。
在图4B中，电化学电池11a是三层系统，其具有两个阴极12和一个阳极14。第一电解质溶液20与阴极12和第二电解质溶液22接触，第二电解质溶液22又与阳极14和第三电解质溶液24接触。阴极12与第三电解质溶液24接触，并且经由电路18与负载16接触。任选的还原剂(例如H2气体)26可以经由管道31a将H2供应到阳极14。液流罐、管道和泵(或利用毛细管作用、反渗透、棘轮、溶胀压或重力)可用于以液流模式运行电化学电池11a，从而允许再充电。注意，在示意图中连接电解质溶液和阴极以及阳极电极的垂直线不是管道，而仅仅是为了帮助观察示意图。
在一些实施方式中，第一和第二电解质溶液具有不同的密度，并且由于在第一电解质溶液中存在盐而是不混溶的，而且它们在没有膜的情况下接触。此外，电池被配置成以非液流模式运行。电池组可以由这样的电池制成，例如以并联或串联的几何形式和/或以伏打堆的形式制成。来自这种电池组的电可以被输送到工艺应用，例如太阳能发电场、风力发电场，家用电器、消费品或玩具。
实施例1–制造电化学电池
Al阳极：切割200mm×25mm的铝丝网条，将丝网纵向对折三次，得到25mm×25mm的正方形，具有8层厚。
泡沫碳集电器：切割100mm×25mm的碳毡条。将碳毡纵向对折两次，得到25mm×25mm正方形，具有4层厚。
铜线：切割一段裸铜线，长约100毫米。
铜线和Al阳极的组装：铜线件从铝丝网的中间滑动穿过，因此铜的上方有四层，铜的下方有四层。导线末端10毫米弯曲，使其部分缠绕，形成铜线、4层铝、铜线和4层铝。一旦导线弯曲，将组件装订在一起以避免导线脱落并确保良好接触。
铜线和泡沫碳集电器的组装：铜线件从泡沫碳的中间滑动穿过，使得铜的上方有两层，铜的下方有两层。导线末端10毫米弯曲，使其部分缠绕，形成铜线、2层泡沫碳、铜线和2层泡沫碳。一旦导线弯曲，将组件装订在一起以避免导线脱落并确保良好接触。
铝、铜线和泡沫碳的整体组件在本文中称为“单元”。
实施例2–将单元组装在一起
切割多孔非导电间隔物：切割35mm×35mm的乙烯基涂覆聚酯丝网件。该丝网将充当间隔物，以确保一个单元的铝阳极不会接触另一个单元的泡沫碳集电器，从而防止电池组短路。
将两个单元组装在一起：制造由第一单元的铝、间隔物和第二单元的泡沫碳构成的夹层结构。然后将该夹层包裹在一层3M外科胶带中，这确保了夹层结构的轻微压缩，使得铝和碳之间的间隙是间隔物的厚度。外科胶带也可用作海绵，以便在暴露时吸收电解质，从而确保电池组充分浸透。该夹层可以称为堆叠体。
可以根据需要重复组装多个单元，以产生串联的电化学电池。电池的末端可以通过共同负载连接以产生电化学电池组。在暴露于本公开的电解质时，可以产生电或氢或两者，并且可以将其输送至应用。
实施例3–具有不混溶的电解质溶液并且无膜的Al/过二硫酸盐电化学电池/电池组
制备根据图5的示意图(除了示意图的液流部分之外)构造的非液流电化学电池/电池组。该图示出了电化学电池和电池组，其中电池组被定义为包含一个或多个电化学电池。电池/电池组在玻璃烧杯中制成。铝固体用作阳极62，并通过电路18和负载16电连接到阴极63，根据具体实验，阴极63是导电碳布或铜。将阳极置于含有乙醇或甲醇的电解质溶液22c中(测试了多次)，该电解质溶液22c中装有硫酸钠和氢氧化钠。将阴极与电解质溶液20c接触并加载氢氧化钠、氯化钙和Na2S2O8。尽管每种溶液都是极性的，但不同的电解质溶液是不混溶的。此外，它们具有不同的密度，过二硫酸盐溶液的密度更高，因此在底部，而密度较低的中性醇(乙醇或甲醇)溶液在顶部。阳极电极是铝。将棉装入烧杯中，位于阴极和阳极之间。棉形成一种多孔介质，其中嵌入了流体。可以使用其他多孔介质材料，例如其他硼硅酸盐。
钠盐和钙盐的浓度使得它们接近或达到体系的溶解度极限。图5的电池/电池组可以以液流模式运行，这通过经由管道21和25分别连接任选的罐30和32以及泵50和52(或通过毛细管作用、反渗透、棘轮、溶胀压或重力)来实现。来自电池/电池组23和27的流出物可以按路线被输送到废液罐或外罐，所述外罐通过反极性用于再充电目的。在液流操作中，流体添加速率可用于增加或减少层的厚度，从而可用于改变层中的压力。可以通过调节电解质溶液中的两个压力(通过调节控制两种溶液厚度的速率)，其又改变了铝与阴极溶液中的离子(例如S2O8 2-离子)的接近程度来控制阳极氧化反应速率，如Al(s)→Al3+。
实施例4–具有不混溶的电解质溶液并且无膜的Zn/过二硫酸盐电化学电池/电池组
制备根据图6的示意图(除了示意图的液流部分之外)构造的非液流电化学电池/电池组。该图示出了电化学电池和电池组，其中电池组被定义为包含一个或多个电化学电池。电池/电池组在玻璃烧杯中制成。泡沫碳用作阳极电极62a，并通过电路18和负载16电连接到阴极63a，阴极63a也是泡沫碳。将阳极置于含有乙醇或甲醇(根据实验)的电解质溶液22d中(进行多次运行)，该电解质溶液22d中装有锌粉、硫酸钠和氢氧化钠。将阴极与水中的电解质溶液20c接触并加载氢氧化钠、氯化钙和Na2S2O8。尽管每种溶液都是极性的，但不同的电解质溶液是不混溶的。此外，它们具有不同的密度，过二硫酸盐溶液的密度更高，因此在底部，而密度较低的中性醇(乙醇或甲醇)溶液在顶部。将棉装入烧杯中，位于阴极和阳极之间。棉形成一种多孔介质，其中嵌入了流体。可以使用其他多孔介质材料，例如其他硼硅酸盐。
钠盐和钙盐的浓度使得它们接近或达到体系的溶解度极限。图6的电池/电池组可以以液流模式运行，这通过经由管道21和25分别连接任选的罐30和32以及泵50和52(或通过毛细管作用、反渗透、棘轮、溶胀压或重力)来实现。来自电池/电池组23和27的流出物可以按路线被输送到废液罐或外罐，所述外罐通过反极性用于再充电目的。在运行3小时后，记录在乙醇的情况下和在1欧姆下1.75V至1.89V之间的电压以及.12A/cm2的电流，以及在甲醇的情况下约1.52V的电压和0.12A/cm2的电流。
在液流操作中，流体添加速率可用于增加或减少层的厚度，从而可用于改变层中的压力。可以通过调节电解质溶液中的两个压力(通过调节控制两种溶液厚度的速率)，其又改变了锌与阴极溶液中的离子(例如S2O8 2-离子)的接近程度来控制阳极氧化反应速率，如Zn(s)→Zn2+。该反应也可以是可逆的，使得可以对电池或具有多个电池的电池组进行再充电。
实施例5–具有不混溶的电解质溶液并且无膜的Al/过二硫酸盐电化学电池/电池组的另外的实施方式
制备根据图7的示意图(除了示意图的液流部分之外)构造的非液流电化学电池/电池组。该图示出了电化学电池和电池组，其中电池组被定义为包含一个或多个电化学电池。电池/电池组在玻璃烧杯中制成。泡沫碳用作阳极电极62a，并通过电路18和负载16电连接到阴极63a，阴极63a也是泡沫碳。将阳极置于含有乙醇或甲醇(根据实验)的电解质溶液22e中(进行多次运行)，该电解质溶液22e中装有铝粉、硫酸钠和氢氧化钠。将阴极与电解质水溶液20c接触并加载氢氧化钠、氯化钙和Na2S2O8。尽管每种溶液都是极性的，但不同的电解质溶液是不混溶的。此外，它们具有不同的密度，过二硫酸盐溶液的密度更高，因此在底部，而密度较低的中性醇(乙醇或甲醇)溶液在顶部。将棉装入烧杯中，位于阴极和阳极之间。棉形成一种多孔介质，其中嵌入了流体。可以使用其他多孔介质材料，例如其他硼硅酸盐。
钠盐和钙盐的浓度使得它们接近或达到体系的溶解度极限。图7的电池/电池组可以以液流模式运行，这通过经由管道21和25分别连接任选的罐30和32以及泵50和52(或通过毛细管作用、反渗透、棘轮、溶胀压或重力)来实现。来自电池/电池组23和27的流出物可以被输送到废液罐或外罐，所述外罐通过反极性用于再充电目的。运行3小时后，记录电压为1.9V，电流为0.14A/cm2。
在液流操作中，流体添加速率可用于增加或减少层的厚度，从而可用于改变层中的压力。可以通过调节电解质溶液中的两个压力(通过调节控制两种溶液厚度的速率)，其又改变了铝与阴极溶液中的离子(例如S2O8 2-离子)的接近程度来控制阳极氧化反应速率，如Al(s)→Al3+。
实施例6–Al/过二硫酸盐液流电池组和氢生产
图8是液流式电化学电池的示意图。液流电池组的优点是它们可以通过不断更换电解质来即时充电。在许多方面，液流电池组就像燃料电池，但不是使用氢气和氧气，而是使用液体电解质。通常在氧化还原液流电池组的阳极侧上的金属是非常细的粉末形式，其与阳极电解质预混合以形成胶体悬浮液并泵送通过多孔碳集电器，在此发生氧化。在阴极侧，强氧化剂溶解在阴极电解质中用于还原步骤。示例性单电池的安培数范围为0.25A/cm2至0.1A/cm2，电压范围为1.5V至3.25V。通过向水中加入NaOH、Na2SO4和Na2S2O8来制备第一电解质溶液。提供流入和流出端口，以便可以补充和移除电解质溶液以用于液流目的。第一电解质溶液使用泡沫碳集电器并用玻璃棉稳定。流入溶液含有水、NaOH、Na2SO4和Na2S2O8，而流出物是水、NaOH和Na2SO4。通常由塑料制成的带孔的材料可用于将第一电解质溶液与第二电解质溶液分离，并且可包含玻璃棉。
通过将NaOH、Al粉和Na2SO4添加到乙醇中来制备第二电解质。以足够高的浓度添加Na2SO4，从而保持第一电解质水溶液与第二电解质乙醇溶液分离。为第二电解质溶液提供流入物和流出物，流入物是NaOH和Na2SO4的乙醇溶液，其中加入了粉末形式的Al。流出物含有乙醇、氢氧化钠、Al2O3、Na2SO4和NaAl(OH)4。集电器是泡沫碳，其通过负载与第一电解质溶液的集电器电接触。玻璃棉稳定第二电解质溶液。在电化学过程中，氢气在第二电解质溶液中形成，并且可以如图8所示被移除到例如氢气压缩机，用于将氢气输送到诸如燃料电池的工艺应用中。从电化学电池产生的电可用于为氢气压缩机提供电力。例如，放置在第二电解质溶液中的900cm2铝片应提供至少0.1A/cm2的电流，从而产生在1欧姆下90A的电流和2伏特，这提供180瓦的功率。因此，串联的6个电化学电池足以运行典型的氢气压缩机。
因此，在阳极侧(乙醇)，固体铝产生电子，在阴极侧，强氧化剂(如S2O8 2-或ClO-)接受电子。Al(s)→Al3++3e-和S2O8 2-+2e-→2SO4 2-半反应产生大电流(1.4A/cm2-阳极)，其可用于驱动压缩机。不受理论束缚，如果这些反应在碱性环境中进行，那么在阳极侧会发生其他三个非常重要的反应，这也会导致铝的氧化，由此产生氢气。
实施例7–可用作电容器的具有单一溶液的电化学电池
根据图9以非液流模式制备电化学电池。但是，该电池可以以液流模式运行，图9说明了如何做到这一点。
电解质溶液由10克过二硫酸钠、10克氢氧化钠、10克硫酸钠和200毫升水制成。在电化学电池内，将1.5克Al箔压缩成1×2×1cm的块，并通过铜线连接到电池中的仪表，并将20ml电解质溶液加入电池中。泡沫碳集电器也连接到电池中的仪表。因此，除了添加硫酸钠之外，电化学电池20d类似于20c。在约45分钟的过程中，将浓缩的(2M)过二硫酸钠和NaOH(pH15)逐滴添加到电池的Al箔附近。逐滴添加使得由电池提供的电流在约400至600毫瓦之间，直至总共加入约20毫升。随后，在阳极附近加入少量固体过二硫酸钠，观察到功率飙升到750毫瓦，然后达到600毫瓦的稳态并保持约10分钟。加入固体过二硫酸盐也会引起热量和大量氢气的释放。
可以通过添加氧化剂来获得功率峰值，例如添加过二硫酸钠和氢氧化钠，然后开放电化学电路(例如通过断开引线)来实现。断开可用于构建电容器。然后可以通过重新连接引线而闭合电路来对电容器电荷进行放电。据信，还原氧化电容通过铝的连续氧化进行化学充电，同时电路开放，在铝上产生净负电荷，进而诱导在铝表面附近形成双离子层(钠和硫酸根)，该双离子层具有倾向于表面的阳离子。随后闭合电路，使阳极通过负载快速放电，双层同时击穿，产生通常所说的电容器。开放和闭合电路的快速循环可以产生可持续的大电流。该电容器是自充电的，可以通过设置的氧化剂量和pH值来控制。
开放和闭合电路的这种循环可以在大量电解质和固体铝通过系统的同时重复。或者，可以除去所得的硫酸钠、氧化铝和铝酸钠。
在上面的各种描述中，电化学电池垂直堆叠。在替代实施方式中，例如，相邻的电化学电池可以以其他取向设置以制造电池组。
考虑了根据本公开的各种实施方式。这些实施方式可以用于各种方法、过程、程序、步骤和操作中，作为提供电化学电池和电池组的手段。虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本公开，但是被认为是说明性的而非限制性的，应当理解，仅示出和描述了某些示例性实施方式。本领域技术人员将理解，在示例性实施方式中可以进行许多修改而不实质上脱离本公开。因此，所有这样的修改都旨在包括在所附权利要求限定的本公开的范围内。实际上，本公开内容并非旨在穷举或限制本公开的范围。
以下以条款的形式提供本公开的另外的非限制性实施方式的罗列。
条款1.一种电化学电池，其包括：
a.阳极；
b.集电器；和
c.在集电器和阳极之间的多孔非导电间隔物。
条款2.如条款1所述的电化学电池，其还包含单一电解质溶液。
条款3.如条款2所述的电化学电池，其中，电池被电解质浸透。
条款4.如条款3所述的电化学电池，其中，电池没有浸入电解质浴中。
条款5.如条款1所述的电化学电池，其中，电池被微孔材料包裹。
条款6.如条款1所述的电化学电池，其中阳极选自铝、镓、铟、铊和包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
条款7.如条款6所述的电化学电池，其中，阳极是铝。
条款8.如条款1所述的电化学电池，其中，集电器选自钢、碳的石墨同素异形体、浸渍有金属的碳和泡沫碳。
条款9.如条款8所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
条款10.如条款1所述的电化学电池，其中，所述多孔非导电间隔物选自有机聚合物、外科胶带、玻璃纤维膜、玻璃棉、木材、纸、布、纸板和尼龙。
条款11.如条款10所述的电化学电池，其中，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
条款12.如条款2所述的电化学电池，其中，电解质包含水和一种或多种盐。
条款13.如条款12所述的电化学电池，其中，至少一种盐是氧化剂。
条款14.如条款12所述的电化学电池，其中，电解质包含两种盐。
条款15.如条款14所述的电化学电池，其中，电解质包含过二硫酸盐和硫酸盐，并且还包含碱。
条款16.如条款15所述的电化学电池，其中，过二硫酸盐是过二硫酸钠，硫酸盐是硫酸钠，碱是氢氧化钠。
条款17.如条款2所述的电化学电池，其中，电解质包含水或醇中的一种。
条款18.如条款17所述的电化学电池，其中，电解质是阴极电解质。
条款19.如条款17所述的电化学电池，其还包含氧化剂。
条款20.如条款19所述的电化学电池，其还包含金属盐。
条款21.如条款20所述的电化学电池，其中，氧化剂和金属盐具有不同的阴离子部分。
条款22.如条款21所述的电化学电池，其中，氧化剂是过二硫酸钠，金属盐是硫酸钠。
条款23.如条款17所述的电化学电池，其还包含碱。
条款24.如条款23所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
条款25.如条款1-24中任一项条款所述的电化学电池，其中，电池电连接到负载。
条款26.一种包含一个或多个如条款1-24中任一项条款所述的电化学电池的电化学电池组，其中，所述电池组电连接到负载。
条款27.一种包括用如条款25所述的电化学电池产生电或氢并将电输送到应用的方法。
条款28.一种包括用如条款26所述的电化学电池组产生电或氢并将电或氢输送到应用的方法。
条款29.一种制造电化学电池的方法，其包括：
1)提供条款1和5-11中任一项条款所述的电化学电池，其中电化学电池不包含电解质；和
2)使电池与单一电解质溶液接触。
条款30.如条款29所述的方法，其包括通过将电解质溶液喷射到电池上来使电池与单一电解质溶液接触。
条款31.如条款29所述的方法，其包括通过滴注使电池与单一电解质溶液的液滴接触。
条款32.如条款29所述的方法，其包括使电池与单一电解质溶液的雾化雾接触。
条款33.一种运行电化学电池的方法，其包括：
1)提供如条款1所述的电化学电池，其中，电化学电池还包含单一电解质溶液；
2)将电化学电池电连接到负载，使得电化学电池运行以产生电、氢或电和氢两者；和
3)在电池运行期间向电池提供另外的电解质溶液或其一种或多种组分。
条款34.如条款33所述的方法，其还包括：
4)在电化学电池运行期间从电化学电池中取出废电解质溶液或其一种或多种组分。
条款35.如条款34所述的方法，其包括在进行3)提供另外的电解质溶液或其一种或多种组分的同时，进行4)取出废电解质溶液或其一种或多种组分。
条款36.如条款33-35中任一项条款所述的方法，其中，所述单一电解质溶液包含以下组分中的一种或多种：溶剂、氧化剂、金属盐和碱。
条款37.一种制造电容器的方法，其包括将负载从如条款1-25中任一项条款所述的电化学电池的集电器或阳极侧断开。
条款38.如条款37所述的方法，还包括重新连接负载的步骤。
条款39.一种电容器，其通过交替地将负载与如条款1-25中任一项条款所述的电化学电池的集电器或阳极中的至少一者断开和重新连接的方法制得。
条款40.如条款1-4中任一项条款所述的电化学电池，其中，电池被微孔材料包裹。
条款41.如条款1-4和40中任一项条款所述的电化学电池，其中阳极选自铝、镓、铟、铊和包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
条款42.如条款41所述的电化学电池，其中，阳极是铝。
条款43.如条款42所述的电化学电池，其中，铝为丝网形式。
条款44.如条款43所述的电化学电池，其中，丝网中的铝厚度在约0.1mm至约0.3mm之间。
条款45.如条款1-4和40-44中任一项条款所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
条款46.如条款1-4和40-45中任一项条款所述的电化学电池，其中，所述多孔非导电间隔物选自有机聚合物、外科胶带、玻璃纤维膜、玻璃棉、木材、纸、布、纸板和尼龙。
条款47.如条款46所述的电化学电池，其中，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
条款48.如条款46所述的电化学电池，其中，间隔物是丝网。
条款49.如条款48所述的电化学电池，其中，丝网中的间隔物厚度在约0.1mm至约0.8mm之间，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
条款50.如条款1所述的电化学电池，还包括在阳极和相邻的来自第二电化学电池的集电器之间的金属导体，其中，如条款1所述的电化学电池被配置为作为液流电池运行。
条款51.如条款50所述的电化学电池，其中，金属导体是铜线。
条款52.如条款40-51中任一项条款所述的电化学电池，其中，微孔材料是外科胶带。
条款53.如条款2-4和40-52中任一项条款所述的电化学电池，其中，电解质包含水和一种或多种盐，其中至少一种盐是氧化剂。
条款54.如条款53所述的电化学电池，其中，电解质包含两种盐。
条款55.如条款54所述的电化学电池，其中，电解质包含过二硫酸盐和硫酸盐，并且还包含碱。
条款56.如条款55所述的电化学电池，其中，过二硫酸盐是过二硫酸钠，硫酸盐是硫酸钠，碱是氢氧化钠。
条款57.一种包含一个或多个如条款1-4和40-56中任一项条款所述的电化学电池的电化学电池组，其中，所述电池组电连接到负载。
条款58.如条款57所述的电化学电池组，其包括串联排列的两个或更多个电化学电池。
条款59.如条款57所述的电化学电池组，其包括并联排列的两个或更多个电化学电池。
条款60.如条款57所述的电化学电池组，其包括串联和并联排列的电化学电池。
条款61.如条款57-60中任一项条款所述的电化学电池组，其还包括电解质，其中所述电解质包含水和一种或多种盐，其中至少一种盐是氧化剂。
条款62.如条款61所述的电化学电池组，其中，电解质包含两种盐。
条款63.如条款62所述的电化学电池组，其中，电解质包含过二硫酸盐和硫酸盐，并且还包含碱，其中所述电化学电池组被配制为液流电池组。
条款64.如条款63所述的电化学电池组，其中，过二硫酸盐是过二硫酸钠，硫酸盐是硫酸钠，碱是氢氧化钠。
条款65.如条款57-64中任一项条款所述的电化学电池组，其产生电。
条款66.如条款57-64中任一项条款所述的电化学电池组，其产生氢。
条款67.如条款57-64中任一项条款所述的电化学电池组，其产生电和氢。
条款68.一种包括将如条款65所述的电化学电池组产生的电输送到应用的方法。
条款69.一种包括将如条款66所述的电化学电池组产生的氢输送到应用的方法。
条款70.如条款68所述的方法，其中，应用是手机信号塔或车辆。
条款71.如条款69所述的方法，其中，应用是燃料电池或车辆。
条款72.如条款2-4和40-56中任一项条款所述的电化学电池，其中，电解质包含水或醇中的一种。
条款73.如条款72所述的电化学电池，其中，电解质是阴极电解质。
条款74.如条款72或73所述的电化学电池，其还包含氧化剂。
条款75.如条款74所述的电化学电池，其还包含金属盐。
条款76.如条款75所述的电化学电池，其中，氧化剂和金属盐具有不同的阴离子部分。
条款77.如条款76所述的电化学电池，其中，氧化剂是过二硫酸钠，金属盐是硫酸钠。
条款78.如条款72-77中任一项所述的电化学电池，其还包含碱。
条款79.如条款78所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
条款80.如条款57-60中任一项条款所述的电化学电池组，其还包含电解质，其中所述电解质包含水或醇中的一种。
条款81.如条款80所述的电化学电池组，其中，电解质是阴极电解质。
条款82.如条款80或81所述的电化学电池组，其还包含氧化剂。
条款83.如条款82所述的电化学电池组，其还包含金属盐。
条款84.如条款83所述的电化学电池组，其中，氧化剂和金属盐具有不同的阴离子部分。
条款85.如条款84所述的电化学电池组，其中，氧化剂是过二硫酸钠，金属盐是硫酸钠。
条款86.如条款80-85中任一项所述的电化学电池组，其还包含碱。
条款87.如条款86所述的电化学电池组，其中，碱是NaOH。
条款88.一种电化学电池，其包括：
a)阳极；
b)集电器；和
c)在集电器和阳极之间的多孔非导电间隔物；
其中，电化学电池不包含电解质。
条款89.如条款88所述的电化学电池，其中，电池被微孔材料包裹。
条款90.如条款88或条款89所述的电化学电池，其中，阳极选自铝、镓、铟、铊和包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
条款91.如条款90所述的电化学电池，其中，阳极是铝。
条款92.如条款90或条款91所述的电化学电池，其中，阳极为丝网形式。
条款93.如条款92所述的电化学电池，其中，丝网中的阳极厚度在约0.1mm至约0.3mm之间。
条款94.如条款88-93中任一项条款所述的电化学电池，其中，集电器选自钢、碳的石墨同素异形体、浸渍有金属的碳和泡沫碳。
条款95.如条款94所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
条款96.如条款88-95中任一项条款所述的电化学电池，其中，所述多孔非导电间隔物选自有机聚合物、外科胶带、玻璃纤维膜、玻璃棉、木材、纸、布、纸板和尼龙。
条款97.如条款96所述的电化学电池，其中，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
条款98.如条款88-97中任一项所述的电化学电池，其中，间隔物是丝网。
条款99.如条款98所述的电化学电池，其中，丝网中的间隔物厚度在约0.1mm至约0.8mm之间，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
条款100.如条款1所述的电化学电池，其中，电化学电池包含单一电解质溶液并且电连接到负载，其中电池产生约10瓦时/(千克电解质+阳极金属)至约680瓦时/(千克电解质+阳极金属)。
条款101.如条款1所述的电化学电池，其中，电化学电池包含单一电解质溶液并且电连接到负载，其中电池产生约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质。
条款102.一种电化学电池，该电化学电池包含单一电解质水溶液，其接触非金属集电器，氧化剂，和金属固体，其中电流经由负载从金属固体行进到集电器。
条款103.如条款102所述的电化学电池，其中，电解质水溶液是碱性的，氧化剂是S2O8 2-。
条款104.如条款102所述的电化学电池，其中，电解质水溶液还包含氢氧化钠。
条款105.如条款102-104中任一项条款所述的电化学电池，其中，金属固体选自铝、镓、铟、铊和包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
条款106.如条款105所述的电化学电池，其中，金属固体是箔形式的铝。
条款107.如条款102-106中任一项条款所述的电化学电池，其还包含多孔稳定剂。
条款108.如条款102-107中任一项条款所述的电化学电池，其还包含金属硫酸盐，其中集电器是泡沫碳，多孔稳定剂是玻璃棉或硼硅酸盐或两者。
条款109.如条款108所述的电化学电池，其中，金属硫酸盐是Na2SO4。
条款110.如条款102-109中任一项条款所述的电化学电池，其中，pH大于12。
条款111.如条款110所述的电化学电池，其中，pH大于13。
条款112.如条款111所述的电化学电池，其中，pH大于14。
条款113.如条款102-112中任一项条款所述的电化学电池，其中，产生约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质。
条款114.如条款113所述的电化学电池，其中，每平方厘米金属固体产生的功率为约600mW至约1000mW。
条款115.如条款102-114中任一项条款所述的电化学电池，其配置成以液流模式运行。
条款116.一种包括向如条款102-115中任一项条款所述的电化学电池提供另外的氧化剂的方法。
条款117.如条款115所述的电化学电池，其还包括含有电解质水溶液的流入流。
条款118.如条款117所述的电化学电池，其中，流入流还包含氧化剂。
条款119.如条款118所述的电化学电池，其中，氧化剂是过二硫酸钠或包含过二硫酸根阴离子的溶液或两者。
条款120.如条款115-119中任一项条款所述的电化学电池，其中，水溶液从电池中流出。
条款121.如条款120所述的电化学电池，其中，从电池中流出的水溶液包含金属硫酸盐。
条款122.如条款118或119所述的电化学电池，其中，氧化剂是碱性水溶液。
条款123.如条款122所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
条款124.如条款118或119所述的电化学电池，其中，氧化剂是固体Na2S2O8。
条款125.如条款115-124中任一项条款所述的电化学电池，其中，产生约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质。
条款126.如条款125所述的电化学电池，其中，产生约40瓦时/千克电解质至80瓦时/千克电解质。
条款127.一种制造电容器的方法，其包括将负载从如条款115-126中任一项条款所述的电化学电池的一侧断开的步骤。
条款128.如条款127所述的方法，还包括重新连接负载的步骤。
条款129.一种电容器，其通过交替地将负载与如条款102-126中任一项条款所述的电池的集电器或阳极中的至少一者断开和重新连接的方法制得。
条款130.如条款125所述的电化学电池，其中，产生约10瓦时/千克电解质至约60瓦时/千克电解质。
条款131.一种电化学电池，该电化学电池包含单一电解质水溶液，其接触非金属集电器，氧化剂，和金属固体，其中电流经由负载从金属固体行进到集电器，其中pH大于或等于12。
条款132.如条款131所述的电化学电池，其中，非金属集电器是泡沫碳，氧化剂是过二硫酸盐，金属固体是铝。
条款133.一种电化学电池，该电化学电池包含单一电解质水溶液，其接触非金属集电器，氧化剂，和一个或多个阳极，其中电流经由负载从一个或多个阳极行进到集电器，其中pH大于或等于10。
条款134.如条款133所述的电化学电池，其中，一个或多个阳极是金属。
条款135.如条款134所述的电化学电池，其中，金属是铝、镓、铟、铊或包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
条款136.如条款133-135中任一项条款所述的电化学电池，其中，阳极被绝缘体隔开。
条款137.如条款135所述的电化学电池，其中，阳极是铝并且为箔形式。
条款138.如条款133-137中任一项条款所述的电化学电池，其中，pH为12或更高。
条款139.一种电化学电池，其包括：
a.阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的阳极；
c.第一极性电解质溶液，其与阴极接触并设置在包含氧化剂的距离内；
d.第二极性电解质溶液，其与阳极接触并设置在包含合适的金属离子的距离内；和
e.分离剂；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，其中在第一和第二电解质溶液之间没有膜。
条款140.如条款139所述的电化学电池，其中，各极性电解质溶液还包含多孔稳定剂。
条款141.如条款139-140中任一项条款所述的电化学电池，其配置用于液流模式。
条款142.如条款139-141中任一项条款所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液是水性的。
条款143.如条款139-142中任一项条款所述的电化学电池，其中，氧化剂是钒离子。
条款144.如条款139-142中任一项条款所述的电化学电池，其中，氧化剂是S2O8 2-。
条款145.如条款139-142中任一项条款所述的电化学电池，其中，氧化剂是ClO-。
条款146.如条款139-145中任一项条款所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液还包含碱。
条款147.如条款146所述的电化学电池，其中，碱选自KOH、NaOH、Ca(OH)2、LiOH、RbOH、CsOH、Sr(OH)2和Ba(OH)2。
条款148.如条款147所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
条款149.如条款146-148中任一项条款所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液的pH是约8至约14。
条款150.如条款149所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液的pH是约11至约14。
条款151.如条款140-150中任一项条款所述的电化学电池，其中，多孔稳定剂是硼硅酸盐。
条款152.如条款139-151中任一项所述的电化学电池，其中，分离剂是盐。
条款153.如条款152所述的电化学电池，其中，盐是氯化钙。
条款154.如条款152所述的电化学电池，其中，盐是硫酸钠。
条款155.如条款139-154中任一项条款所述的电化学电池，其中，电池被配置为以液流模式运行。
条款156.如条款155所述的电化学电池，其还包含流入溶液，所述流入溶液包含含有碱、氧化剂和分离剂的水溶液。
条款157.如条款156所述的电化学电池，其中，碱是氢氧化钠，分离剂是硫酸钠，氧化剂是S2O8 2-。
条款158.如条款155-157中任一项条款所述的电化学电池，其中，包含碱和硫酸钠的水溶液从电池中流出。
条款159.如条款155-157中任一项条款所述的电化学电池，其还包含流出溶液，所述流出溶液包含碱的水溶液。
条款160.如条款159所述的电化学电池，其中，碱是氢氧化钠。
条款161.如条款139-160中任一项条款所述的电化学电池，其中，集电器被置于第一电解质溶液中。
条款162.如条款161所述的电化学电池，其中，集电器是金属。
条款163.如条款161所述的电化学电池，其中，集电器是非金属。
条款164.如条款163所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
条款165.如条款139-164中任一项条款所述的电化学电池，其还包括置于第一和第二极性电解质溶液之间的玻璃棉。
条款166.如条款139-165中任一项条款所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液包含醇。
条款167.如条款139-166中任一项条款所述的电化学电池，其中，合适的金属离子是Zn2+。
条款168.如条款139-166中任一项条款所述的电化学电池，其中，合适的金属离子是Al3+。
条款169.如条款139-168中任一项条款所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液是醇溶液并且还包含碱。
条款170.如条款169所述的电化学电池，其中，碱是KOH。
条款171.如条款169所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
条款172.如条款169-171中任一项条款所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液的pH是约8至约14。
条款173.如条款172所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液的pH是约11至约14。
条款174.如条款166-173中任一项所述的电化学电池，其中，分离剂是盐，醇是乙醇、甲醇或两者。
条款175.如条款174所述的电化学电池，其中，盐是CaCl2。
条款176.如条款174所述的电化学电池，其中，盐是硫酸钠。
条款177.如条款166-176中任一项所述的电化学电池，其中，醇是乙醇。
条款178.如条款139-177中任一项条款所述的电化学电池，其中，集电器被置于第二电解质溶液中。
条款179.如条款178所述的电化学电池，其中，集电器是金属。
条款180.如条款178所述的电化学电池，其中，集电器是非金属。
条款181.如条款180所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
条款182.如条款166-181中任一项条款所述的电化学电池，其中，电池被配置为以液流模式运行。
条款183.如条款182所述的电化学电池，其还包含流入流，所述流入流包含含有醇、碱、分离剂和能解离为合适的金属离子的金属的极性溶液。
条款184.如条款183所述的电化学电池，其中，醇是乙醇或甲醇或两者，碱是氢氧化钠，合适的金属离子是Al3+。
条款185.如条款166-184中任一项条款所述的电化学电池，其还包含流出流，所述流出流包含醇、碱和分离盐。
条款186.如条款185所述的电化学电池，其中，分离盐是硫酸钠，碱是氢氧化钠。
条款187.如条款185或186所述的电化学电池，其中，醇是乙醇。
条款188.如条款139-187中任一项条款所述的电化学电池，其中，在第二电解质溶液中产生氢气。
条款189.如条款188所述的电化学电池，其中，氢气被输送到氢气压缩机。
条款190.一种包含一个或多个如条款139-189中任一项条款所述的电化学电池和氢气压缩机的电池组系统。
条款191.如条款190所述的电池组系统，其中，氢用于为工艺应用提供动力。
条款192.如条款191所述的电池组系统，其中，工艺应用是燃料电池。
条款193.一种电化学电池，其包括：
a.阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的阳极；
c.第一极性电解质水溶液，其与阴极接触并设置在包含S2O8 2-的距离内；
d.第二极性电解质醇溶液，其与阳极接触并设置在包含Al3+的距离内；和
e.在第一和第二电解质溶液中的硼硅酸盐；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，其中在第一和第二电解质溶液之间没有膜。
条款194.如条款193所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液和第二极性电解质溶液具有不同的密度，其中第一电解质溶液还包含卤化物盐，第二电解质溶液还包含金属硫酸盐。
条款195.如条款194所述的电化学电池，其中，醇是甲醇或乙醇，卤化物盐是CaCl2，金属硫酸盐是Na2SO4。
条款196.如条款195所述的电化学电池，其中，第一电解质溶液和第二电解质溶液的pH各自被调节至约11至约13。
条款197.如条款193所述的电化学溶液，其中，第一和第二电解质溶液还包含碱。
条款198.如条款197所述的电化学溶液，其中，碱是氢氧化钠、氢氧化钙或氢氧化钾。
条款199.如条款193-198中任一项条款所述的电化学电池，其中，阴极是铜、碳或两者，阳极是铝。
条款200.如条款199所述的电化学电池，其中，阴极是铜刷。
条款201.如条款193-200中任一项条款所述的电化学电池，其中，硼硅酸盐是棉。
条款202.如条款193-201中任一项条款所述的电化学电池，其中，电池被配置为以液流模式运行。
条款203.一种包含一个或多个如条款193-202中任一项条款所述的电化学电池的电化学电池组。
条款204.如条款203所述的电化学电池组，其中，电化学电池的数量大于1，并且电化学电池以并联的几何形式排列。
条款205.如条款204所述的电化学电池组，其中，电池以伏打堆的形式排列。
条款206.如条款203-205中任一项条款所述的电化学电池组，其中，电池组将电输送到工艺应用。
条款207.如条款206所述的电化学电池组，其中，工艺应用选自太阳能发电场、风力发电场、家用电器、消费品和玩具。
条款208.一种从如条款193-202中任一项条款所述的电化学电池向工艺应用输送电的方法。
条款209.如条款208所述的方法，其中，工艺应用选自太阳能发电场、风力发电场、家用电器、消费品和玩具。
条款210.如条款201所述的电化学电池，其中，硼硅酸盐的孔径约为8微米。
条款211.一种电化学电池，其包括：
a.非金属阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的非金属阳极；
c.第一极性电解质水溶液，其与阴极接触并设置在包含S2O8 2-的距离内；和
d.第二极性电解质醇溶液，其与阳极接触并设置在包含金属固体的距离内；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，其中在第一和第二电解质溶液之间没有膜。
条款212.如条款211所述的电化学电池，其中，金属固体以粉末形式分散在整个溶液中，其中硼硅酸盐置于第一和第二电解质溶液中。
条款213.如条款212所述的电化学电池，其中，金属是锌。
条款214.如条款212所述的电化学电池，其中，金属是铝。
条款215.如条款211-214中任一项条款所述的电化学电池，其中，非金属阴极是泡沫碳。
条款216.如条款211-215中任一项条款所述的电化学电池，其中，非金属阳极是泡沫碳。
条款217.如条款212-216中任一项条款所述的电化学电池，其中，粉末的平均粒度小于约5微米。
条款218.如条款212-216中任一项条款所述的电化学电池，其中，粉末的平均粒度为约5微米至约30微米。
条款219.一种增加电化学电池中电流的方法，包括将氧化剂添加到如条款211-218中任一项条款所述的第二电解质溶液中的步骤。
条款220.一种电化学电池，其包括：
a.阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的阳极；
c.第一电解质水溶液，其与阴极接触并设置在包含氧化剂的距离内；
d.第二极性电解质溶液，其与阳极接触并设置在包含金属和氧化剂的距离内；和
e.分离剂；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，并且其中在第一和第二溶液之间没有膜。
条款221.如条款220所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液是醇溶液。
条款222.如条款221所述的电化学电池，其中，醇是乙醇或甲醇。
条款223.如条款220-222中任一项条款所述的电化学电池，其中，氧化剂是S2O8 2-或过二硫酸钠或两者，金属是铝，分离剂是硫酸钠，阴极和阳极是泡沫碳。
条款224.如条款223所述的电化学电池，其中，在第一和第二电解质溶液中存在多孔稳定剂。
条款225.如条款224所述的电化学电池，其中，多孔稳定剂是玻璃棉、硼硅酸盐或两者。
条款226.如条款220-225中任一项条款所述的电化学电池，其配置成以液流模式运行。
条款227.一种包括向如条款220-226中任一项条款所述的电化学电池提供另外的氧化剂的方法。
条款228.如条款226或227所述的电化学电池，其还包括含有电解质水溶液的流入流。
条款229.如条款228所述的电化学电池，其中，流入流还包含氧化剂。
条款230.如条款229所述的电化学电池，其中，氧化剂是过二硫酸钠或包含过二硫酸根阴离子的溶液或两者。
条款231.如条款226和228-230中任一项条款所述的电化学电池，其中，水溶液从电池中流出。
条款232.一种包括从如条款226和228-230中任一项条款所述的电化学电池中除去金属硫酸盐的方法。
条款233.如条款229所述的电化学电池，其中，氧化剂是碱性水溶液。
条款234.如条款233所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
条款235.如条款229或230所述的电化学电池，其中，氧化剂是固体Na2S2O8。
条款236.如条款220-235中任一项条款所述的电化学电池，其中，产生约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质。
条款237.如条款208所述的电化学电池，其中，产生约40瓦时/千克电解质至约80瓦时/千克电解质。

Claims (237)

1.一种电化学电池，其包括:
a.阳极；
b.集电器；和
c.在集电器和阳极之间的多孔非导电间隔物。
2.如权利要求1所述的电化学电池，其还包含单一电解质溶液。
3.如权利要求2所述的电化学电池，其中，电池被电解质浸透。
4.如权利要求3所述的电化学电池，其中电池没有浸入电解质浴中。
5.如权利要求1所述的电化学电池，其中，电池被微孔材料包裹。
6.如权利要求1所述的电化学电池，其中，阳极选自铝、镓、铟、铊和包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
7.如权利要求6所述的电化学电池，其中，阳极是铝。
8.如权利要求1所述的电化学电池，其中，集电器选自钢、碳的石墨同素异形体、浸渍有金属的碳和泡沫碳。
9.如权利要求8所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
10.如权利要求1所述的电化学电池，其中，所述多孔非导电间隔物选自有机聚合物、外科胶带、玻璃纤维膜、玻璃棉、木材、纸、布、纸板和尼龙。
11.如权利要求10所述的电化学电池，其中，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
12.如权利要求2所述的电化学电池，其中，电解质包含水和一种或多种盐。
13.如权利要求12所述的电化学电池，其中，至少一种盐是氧化剂。
14.如权利要求12所述的电化学电池，其中，电解质包含两种盐。
15.如权利要求14所述的电化学电池，其中，电解质包含过二硫酸盐和硫酸盐，并且还包含碱。
16.如权利要求15所述的电化学电池，其中，过二硫酸盐是过二硫酸钠，硫酸盐是硫酸钠，碱是氢氧化钠。
17.如权利要求2所述的电化学电池，其中，电解质包含水或醇中的一种。
18.如权利要求17所述的电化学电池，其中，电解质是阴极电解质。
19.如权利要求17所述的电化学电池，其还包含氧化剂。
20.如权利要求19所述的电化学电池，其还包含金属盐。
21.如权利要求20所述的电化学电池，其中，氧化剂和金属盐具有不同的阴离子部分。
22.如权利要求21所述的电化学电池，其中，氧化剂是过二硫酸钠，金属盐是硫酸钠。
23.如权利要求17所述的电化学电池，其还包含碱。
24.如权利要求23所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
25.如权利要求1-24中任一项所述的电化学电池，其中，电池电连接到负载。
26.一种包含一个或多个如权利要求1-24中任一项所述的电化学电池的电化学电池组，其中，所述电池组电连接到负载。
27.一种包括用如权利要求25所述的电化学电池产生电或氢并将电输送到应用的方法。
28.一种包括用如权利要求26所述的电化学电池组产生电或氢并将电或氢输送到应用的方法。
29.一种制造电化学电池的方法，其包括：
1)提供权利要求1和5-11中任一项所述的电化学电池，其中电化学电池不包含电解质；和
2)使电池与单一电解质溶液接触。
30.如权利要求29所述的方法，其包括通过将电解质溶液喷射到电池上来使电池与单一电解质溶液接触。
31.如权利要求29所述的方法，其包括通过滴注使电池与单一电解质溶液的液滴接触。
32.如权利要求29所述的方法，其包括使电池与单一电解质溶液的雾化雾接触。
33.一种运行电化学电池的方法，其包括：
1)提供如权利要求1所述的电化学电池，其中，电化学电池还包含单一电解质溶液；
2)将电化学电池电连接到负载，使得电化学电池运行以产生电、氢或电和氢两者；和
3)在电池运行期间向电池提供另外的电解质溶液或其一种或多种组分。
34.如权利要求33所述的方法，其还包括：
4)在电化学电池运行期间从电化学电池中取出废电解质溶液或其一种或多种组分。
35.如权利要求34所述的方法，其包括在进行3)提供另外的电解质溶液或其一种或多种组分的同时，进行4)取出废电解质溶液或其一种或多种组分。
36.如权利要求33-35中任一项所述的方法，其中，所述单一电解质溶液包含以下组分中的一种或多种：溶剂、氧化剂、金属盐和碱。
37.一种制造电容器的方法，其包括将负载从如权利要求1-25中任一项所述的电化学电池的集电器或阳极侧断开。
38.如权利要求37所述的方法，还包括重新连接负载的步骤。
39.一种电容器，其通过交替地将负载与如权利要求1-25中任一项所述的电化学电池的集电器或阳极中的至少一者断开和重新连接的方法制得。
40.如权利要求1-4中任一项所述的电化学电池，其中，电池被微孔材料包裹。
41.如权利要求1-4和40中任一项所述的电化学电池，其中阳极选自铝、镓、铟、铊和包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
42.如权利要求41所述的电化学电池，其中，阳极是铝。
43.如权利要求42所述的电化学电池，其中，铝为丝网形式。
44.如权利要求43所述的电化学电池，其中，丝网中的铝厚度在约0.1mm至约0.3mm之间。
45.如权利要求1-4和40-44中任一项所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
46.如权利要求1-4和40-45中任一项所述的电化学电池，其中，所述多孔非导电间隔物选自有机聚合物、外科胶带、玻璃纤维膜、玻璃棉、木材、纸、布、纸板和尼龙。
47.如权利要求46所述的电化学电池，其中，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
48.如权利要求46所述的电化学电池，其中，间隔物是丝网。
49.如权利要求48所述的电化学电池，其中，丝网中的间隔物厚度在约0.1mm至约0.8mm之间，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
50.如权利要求1所述的电化学电池，还包括在阳极和相邻的来自第二电化学电池的集电器之间的金属导体，其中，如权利要求1所述的电化学电池被配置为作为液流电池运行。
51.如权利要求50所述的电化学电池，其中，金属导体是铜线。
52.如权利要求40-51中任一项所述的电化学电池，其中，微孔材料是外科胶带。
53.如权利要求2-4和40-52中任一项所述的电化学电池，其中，电解质包含水和一种或多种盐，其中至少一种盐是氧化剂。
54.如权利要求53所述的电化学电池，其中，电解质包含两种盐。
55.如权利要求54所述的电化学电池，其中，电解质包含过二硫酸盐和硫酸盐，并且还包含碱。
56.如权利要求55所述的电化学电池，其中，过二硫酸盐是过二硫酸钠，硫酸盐是硫酸钠，碱是氢氧化钠。
57.一种包含一个或多个如权利要求1-4和40-56中任一项所述的电化学电池的电化学电池组，其中，所述电池组电连接到负载。
58.如权利要求57所述的电化学电池组，其包括串联排列的两个或更多个电化学电池。
59.如权利要求57所述的电化学电池组，其包括并联排列的两个或更多个电化学电池。
60.如权利要求57所述的电化学电池组，其包括串联和并联排列的电化学电池。
61.如权利要求57-60中任一项所述的电化学电池组，其还包括电解质，其中所述电解质包含水和一种或多种盐，其中至少一种盐是氧化剂。
62.如权利要求61所述的电化学电池组，其中，电解质包含两种盐。
63.如权利要求62所述的电化学电池组，其中，电解质包含过二硫酸盐和硫酸盐，并且还包含碱，其中所述电化学电池组被配制为液流电池组。
64.如权利要求63所述的电化学电池组，其中，过二硫酸盐是过二硫酸钠，硫酸盐是硫酸钠，碱是氢氧化钠。
65.如权利要求57-64中任一项所述的电化学电池组，其产生电。
66.如权利要求57-64中任一项所述的电化学电池组，其产生氢。
67.如权利要求57-64中任一项所述的电化学电池组，其产生电和氢。
68.一种包括将如权利要求65所述的电化学电池组产生的电输送到应用的方法。
69.一种包括将如权利要求66所述的电化学电池组产生的氢输送到应用的方法。
70.如权利要求68所述的方法，其中，应用是手机信号塔或车辆。
71.如权利要求69所述的方法，其中，应用是燃料电池或车辆。
72.如权利要求2-4和40-56中任一项所述的电化学电池，其中，电解质包含水或醇中的一种。
73.如权利要求72所述的电化学电池，其中，电解质是阴极电解质。
74.如权利要求72或73所述的电化学电池，其还包含氧化剂。
75.如权利要求74所述的电化学电池，其还包含金属盐。
76.如权利要求75所述的电化学电池，其中，氧化剂和金属盐具有不同的阴离子部分。
77.如权利要求76所述的电化学电池，其中，氧化剂是过二硫酸钠，金属盐是硫酸钠。
78.如权利要求72-77中任一项所述的电化学电池，其还包含碱。
79.如权利要求78所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
80.如权利要求57-60中任一项所述的电化学电池组，其还包含电解质，其中所述电解质包含水或醇中的一种。
81.如权利要求80所述的电化学电池组，其中，电解质是阴极电解质。
82.如权利要求80或81所述的电化学电池组，其还包含氧化剂。
83.如权利要求82所述的电化学电池组，其还包含金属盐。
84.如权利要求83所述的电化学电池组，其中，氧化剂和金属盐具有不同的阴离子部分。
85.如权利要求84所述的电化学电池组，其中，氧化剂是过二硫酸钠，金属盐是硫酸钠。
86.如权利要求80-85中任一项所述的电化学电池组，其还包含碱。
87.如权利要求86所述的电化学电池组，其中，碱是NaOH。
88.一种电化学电池，其包括:
a)阳极；
b)集电器；和
c)在集电器和阳极之间的多孔非导电间隔物；
其中，电化学电池不包含电解质。
89.如权利要求88所述的电化学电池，其中，电池被微孔材料包裹。
90.如权利要求88或权利要求89所述的电化学电池，其中，阳极选自铝、镓、铟、铊和包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
91.如权利要求90所述的电化学电池，其中，阳极是铝。
92.如权利要求90或权利要求91所述的电化学电池，其中，阳极为丝网形式。
93.如权利要求92所述的电化学电池，其中，丝网中的阳极厚度在约0.1mm至约0.3mm之间。
94.如权利要求88-93中任一项所述的电化学电池，其中，集电器选自钢、碳的石墨同素异形体、浸渍有金属的碳和泡沫碳。
95.如权利要求94所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
96.如权利要求88-95中任一项所述的电化学电池，其中，所述多孔非导电间隔物选自有机聚合物、外科胶带、玻璃纤维膜、玻璃棉、木材、纸、布、纸板和尼龙。
97.如权利要求96所述的电化学电池，其中，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
98.如权利要求88-97中任一项所述的电化学电池，其中，间隔物是丝网。
99.如权利要求98所述的电化学电池，其中，丝网中的间隔物厚度在约0.1mm至约0.8mm之间，间隔物是乙烯基涂覆聚酯。
100.如权利要求1所述的电化学电池，其中，电化学电池包含单一电解质溶液并且电连接到负载，其中电池产生约10瓦时/(千克电解质+阳极金属)至约680瓦时/(千克电解质+阳极金属)。
101.如权利要求1所述的电化学电池，其中，电化学电池包含单一电解质溶液并且电连接到负载，其中电池产生约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质。
102.一种电化学电池，所述电化学电池包含单一电解质水溶液,其接触非金属集电器，氧化剂，和金属固体，其中电流经由负载从金属固体行进到集电器。
103.如权利要求102所述的电化学电池，其中，电解质水溶液是碱性的，氧化剂是S2O8 2-。
104.如权利要求102所述的电化学电池，其中，电解质水溶液还包含氢氧化钠。
105.如权利要求102-104中任一项权利要求所述的电化学电池，其中，金属固体选自铝、镓、铟、铊和包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
106.如权利要求105所述的电化学电池，其中，金属固体是箔形式的铝。
107.如权利要求102-106中任一项所述的电化学电池，其还包含多孔稳定剂。
108.如权利要求102-107中任一项所述的电化学电池，其还包含金属硫酸盐，其中集电器是泡沫碳，多孔稳定剂是玻璃棉或硼硅酸盐或两者。
109.如权利要求108所述的电化学电池，其中，金属硫酸盐是Na2SO4。
110.如权利要求102-109中任一项所述的电化学电池，其中，pH大于12。
111.如权利要求110所述的电化学电池，其中，pH大于13。
112.如权利要求111所述的电化学电池，其中，pH大于14。
113.如权利要求102-112中任一项所述的电化学电池，其中，产生约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质。
114.如权利要求113所述的电化学电池，其中，每平方厘米金属固体产生的功率为约600mW至约1000mW。
115.如权利要求102-114中任一项所述的电化学电池，其配置成以液流模式运行。
116.一种包括向如权利要求102-115中任一项所述的电化学电池提供另外的氧化剂的方法。
117.如权利要求115所述的电化学电池，其还包括含有电解质水溶液的流入流。
118.如权利要求117所述的电化学电池，其中，流入流还包含氧化剂。
119.如权利要求118所述的电化学电池，其中，氧化剂是过二硫酸钠或包含过二硫酸根阴离子的溶液或两者。
120.如权利要求115-119中任一项所述的电化学电池，其中，水溶液从电池中流出。
121.如权利要求120所述的电化学电池，其中，从电池中流出的水溶液包含金属硫酸盐。
122.如权利要求118或119所述的电化学电池，其中，氧化剂是碱性水溶液。
123.如权利要求122所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
124.如权利要求118或119所述的电化学电池，其中，氧化剂是固体Na2S2O8。
125.如权利要求115-124中任一项所述的电化学电池，其中，产生约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质。
126.如权利要求125所述的电化学电池，其中，产生约40瓦时/千克电解质至80瓦时/千克电解质。
127.一种制造电容器的方法，其包括将负载从如权利要求115-126中任一项所述的电化学电池的一侧断开的步骤。
128.如权利要求127所述的方法，还包括重新连接负载的步骤。
129.一种电容器，其通过交替地将负载与如权利要求102-126中任一项所述的电池的集电器或阳极中的至少一者断开和重新连接的方法制得。
130.如权利要求125所述的电化学电池，其中，产生约10瓦时/千克电解质至约60瓦时/千克电解质。
131.一种电化学电池，所述电化学电池包含单一电解质水溶液，其接触非金属集电器，氧化剂，和金属固体，其中电流经由负载从金属固体行进到集电器，其中pH大于或等于12。
132.如权利要求131所述的电化学电池，其中，非金属集电器是泡沫碳，氧化剂是过二硫酸盐，金属固体是铝。
133.一种电化学电池，所述电化学电池包含单一电解质水溶液，其接触非金属集电器，氧化剂，和一个或多个阳极，其中电流经由负载从一个或多个阳极行进到集电器，其中pH大于或等于10。
134.如权利要求133所述的电化学电池，其中，一个或多个阳极是金属。
135.如权利要求134所述的电化学电池，其中，金属是铝、镓、铟、铊或包含铝、镓、铟、铊中的至少一种的合金。
136.如权利要求133-135中任一项所述的电化学电池，其中，阳极被绝缘体隔开。
137.如权利要求135所述的电化学电池，其中，阳极是铝并且为箔形式。
138.如权利要求133-137中任一项所述的电化学电池，其中，pH为12或更高。
139.一种电化学电池，其包括:
a.阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的阳极；
c.第一极性电解质溶液，其与阴极接触并设置在包含氧化剂的距离内；
d.第二极性电解质溶液，其与阳极接触并设置在包含合适的金属离子的距离内；和
e.分离剂；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，其中在第一和第二电解质溶液之间没有膜。
140.如权利要求139所述的电化学电池，其中，各极性电解质溶液还包含多孔稳定剂。
141.如权利要求139-140中任一项所述的电化学电池，其配置用于液流模式。
142.如权利要求139-141中任一项所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液是水性的。
143.如权利要求139-142中任一项所述的电化学电池，其中，氧化剂是钒离子。
144.如权利要求139-142中任一项所述的电化学电池，其中，氧化剂是S2O8 2-。
145.如权利要求139-142中任一项所述的电化学电池，其中，氧化剂是ClO-。
146.如权利要求139-145中任一项所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液还包含碱。
147.如权利要求146所述的电化学电池，其中，碱选自KOH、NaOH、Ca(OH)2、LiOH、RbOH、CsOH、Sr(OH)2和Ba(OH)2。
148.如权利要求147所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
149.如权利要求146-148中任一项所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液的pH是约8至约14。
150.如权利要求149所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液的pH是约11至约14。
151.如权利要求140-150中任一项所述的电化学电池，其中，多孔稳定剂是硼硅酸盐。
152.如权利要求139-151中任一项所述的电化学电池，其中，分离剂是盐。
153.如权利要求152所述的电化学电池，其中，盐是氯化钙。
154.如权利要求152所述的电化学电池，其中，盐是硫酸钠。
155.如权利要求139-154中任一项所述的电化学电池，其中，电池被配置为以液流模式运行。
156.如权利要求155所述的电化学电池，其还包含流入溶液，所述流入溶液包含含有碱、氧化剂和分离剂的水溶液。
157.如权利要求156所述的电化学电池，其中，碱是氢氧化钠，分离剂是硫酸钠，氧化剂是S2O8 2-。
158.如权利要求155-157中任一项所述的电化学电池，其中，包含碱和硫酸钠的水溶液从电池中流出。
159.如权利要求155-157中任一项所述的电化学电池，其还包含流出溶液，所述流出溶液包含碱的水溶液。
160.如权利要求159所述的电化学电池，其中，碱是氢氧化钠。
161.如权利要求139-160中任一项所述的电化学电池，其中，集电器被置于第一电解质溶液中。
162.如权利要求161所述的电化学电池，其中，集电器是金属。
163.如权利要求161所述的电化学电池，其中，集电器是非金属。
164.如权利要求163所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
165.如权利要求139-164中任一项所述的电化学电池，其还包括置于第一和第二极性电解质溶液之间的玻璃棉。
166.如权利要求139-165中任一项所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液包含醇。
167.如权利要求139-166中任一项所述的电化学电池，其中，合适的金属离子是Zn2+。
168.如权利要求139-166中任一项所述的电化学电池，其中，合适的金属离子是Al3+。
169.如权利要求139-168中任一项所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液是醇溶液并且还包含碱。
170.如权利要求169所述的电化学电池，其中，碱是KOH。
171.如权利要求169所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
172.如权利要求169-171中任一项所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液的pH是约8至约14。
173.如权利要求172所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液的pH是约11至约14。
174.如权利要求166-173中任一项所述的电化学电池，其中，分离剂是盐，醇是乙醇、甲醇或两者。
175.如权利要求174所述的电化学电池，其中，盐是CaCl2。
176.如权利要求174所述的电化学电池，其中，盐是硫酸钠。
177.如权利要求166-176中任一项所述的电化学电池，其中，醇是乙醇。
178.如权利要求139-177中任一项所述的电化学电池，其中，集电器被置于第二电解质溶液中。
179.如权利要求178所述的电化学电池，其中，集电器是金属。
180.如权利要求178所述的电化学电池，其中，集电器是非金属。
181.如权利要求180所述的电化学电池，其中，集电器是泡沫碳。
182.如权利要求166-181中任一项所述的电化学电池，其中，电池被配置为以液流模式运行。
183.如权利要求182所述的电化学电池，其还包含流入流，所述流入流包含含有醇、碱、分离剂和能解离为合适的金属离子的金属的极性溶液。
184.如权利要求183所述的电化学电池，其中，醇是乙醇或甲醇或两者，碱是氢氧化钠，合适的金属离子是Al3+。
185.如权利要求166-184中任一项所述的电化学电池，其还包含流出流，所述流出流包含醇、碱和分离盐。
186.如权利要求185所述的电化学电池，其中，分离盐是硫酸钠，碱是氢氧化钠。
187.如权利要求185或186所述的电化学电池，其中，所述醇是乙醇。
188.如权利要求139-187中任一项所述的电化学电池，其中，在第二电解质溶液中产生氢气。
189.如权利要求188所述的电化学电池，其中，氢气被输送到氢气压缩机。
190.一种包含一个或多个如权利要求139-189中任一项所述的电化学电池和氢气压缩机的电池组系统。
191.如权利要求190所述的电池组系统，其中，氢用于为工艺应用提供动力。
192.如权利要求191所述的电池组系统，其中，工艺应用是燃料电池。
193.一种电化学电池，其包括:
a.阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的阳极；
c.第一极性电解质水溶液，其与阴极接触并设置在包含S2O8 2-的距离内；
d.第二极性电解质醇溶液，其与阳极接触并设置在包含Al3+的距离内；和
e.在第一和第二电解质溶液中的硼硅酸盐；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，其中在第一和第二电解质溶液之间没有膜。
194.如权利要求193所述的电化学电池，其中，第一极性电解质溶液和第二极性电解质溶液具有不同的密度，其中第一电解质溶液还包含卤化物盐，第二电解质溶液还包含金属硫酸盐。
195.如权利要求194所述的电化学电池，其中，醇是甲醇或乙醇，卤化物盐是CaCl2，金属硫酸盐是Na2SO4。
196.如权利要求195所述的电化学电池，其中，第一电解质溶液和第二电解质溶液的pH各自被调节至约11至约13。
197.如权利要求193所述的电化学溶液，其中，第一和第二电解质溶液还包含碱。
198.如权利要求197所述的电化学溶液，其中，碱是氢氧化钠、氢氧化钙或氢氧化钾。
199.如权利要求193-198中任一项所述的电化学电池，其中，阴极是铜、碳或两者，阳极是铝。
200.如权利要求199所述的电化学电池，其中，阴极是铜刷。
201.如权利要求193-200中任一项所述的电化学电池，其中，硼硅酸盐是棉。
202.如权利要求193-201中任一项所述的电化学电池，其中，电池被配置为以液流模式运行。
203.一种包含一个或多个如权利要求193-202中任一项所述的电化学电池的电化学电池组。
204.如权利要求203所述的电化学电池组，其中，电化学电池的数量大于1，并且电化学电池以并联的几何形式排列。
205.如权利要求204所述的电化学电池组，其中，电池以伏打堆的形式排列。
206.如权利要求203-205中任一项所述的电化学电池组，其中，电池组将电输送到工艺应用。
207.如权利要求206所述的电化学电池组，其中，工艺应用选自太阳能发电场、风力发电场、家用电器、消费品和玩具。
208.一种从如权利要求193-202中任一项所述的电化学电池向工艺应用输送电的方法。
209.如权利要求208所述的方法，其中，工艺应用选自太阳能发电场、风力发电场、家用电器、消费品和玩具。
210.如权利要求201所述的电化学电池，其中，硼硅酸盐的孔径约为8微米。
211.一种电化学电池，其包括:
a.非金属阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的非金属阳极；
c.第一极性电解质水溶液，其与阴极接触并设置在包含S2O8 2-的距离内；和
d.第二极性电解质醇溶液，其与阳极接触并设置在包含金属固体的距离内；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，其中在第一和第二电解质溶液之间没有膜。
212.如权利要求211所述的电化学电池，其中，金属固体以粉末形式分散在整个溶液中，其中硼硅酸盐置于第一和第二电解质溶液中。
213.如权利要求212所述的电化学电池，其中，金属是锌。
214.如权利要求212所述的电化学电池，其中，金属是铝。
215.如权利要求211-214中任一项所述的电化学电池，其中，非金属阴极是泡沫碳。
216.如权利要求211-215中任一项所述的电化学电池，其中，非金属阳极是泡沫碳。
217.如权利要求212-216中任一项所述的电化学电池，其中，粉末的平均粒度小于约5微米。
218.如权利要求212-216中任一项所述的电化学电池，其中，粉末的平均粒度为约5微米至约30微米。
219.一种增加电化学电池中电流的方法，包括将氧化剂添加到如权利要求211-218中任一项所述的第二电解质溶液中的步骤。
220.一种电化学电池，其包括:
a.阴极；
b.在一定距离上与阴极相邻的阳极；
c.第一电解质水溶液，其与阴极接触并设置在包含氧化剂的距离内；
d.第二极性电解质溶液，其与阳极接触并设置在包含金属和氧化剂的距离内；和
e.分离剂；
其中，第一和第二电解质溶液彼此接触并且是不混溶的，并且其中在第一和第二溶液之间没有膜。
221.如权利要求220所述的电化学电池，其中，第二极性电解质溶液是醇溶液。
222.如权利要求221所述的电化学电池，其中，醇是乙醇或甲醇。
223.如权利要求220-222中任一项所述的电化学电池，其中，氧化剂是S2O8 2-或过二硫酸钠或两者，金属是铝，分离剂是硫酸钠，阴极和阳极是泡沫碳。
224.如权利要求223所述的电化学电池，其中，在第一和第二电解质溶液中存在多孔稳定剂。
225.如权利要求224所述的电化学电池，其中，多孔稳定剂是玻璃棉、硼硅酸盐或两者。
226.如权利要求220-225中任一项所述的电化学电池，其配置成以液流模式运行。
227.一种包括向如权利要求220-226中任一项所述的电化学电池提供另外的氧化剂的方法。
228.如权利要求226或227所述的电化学电池，其还包括含有电解质水溶液的流入流。
229.如权利要求228所述的电化学电池，其中，流入流还包含氧化剂。
230.如权利要求229所述的电化学电池，其中，氧化剂是过二硫酸钠或包含过二硫酸根阴离子的溶液或两者。
231.如权利要求226和228-230中任一项所述的电化学电池，其中，水溶液从电池中流出。
232.一种包括从如权利要求226和228-230中任一项所述的电化学电池中除去金属硫酸盐的方法。
233.如权利要求229所述的电化学电池，其中，氧化剂是碱性水溶液。
234.如权利要求233所述的电化学电池，其中，碱是NaOH。
235.如权利要求229或230所述的电化学电池，其中，氧化剂是固体Na2S2O8。
236.如权利要求220-235中任一项所述的电化学电池，其中，产生约10瓦时/千克电解质至约100瓦时/千克电解质。
237.如权利要求208所述的电化学电池，其中，产生约40瓦时/千克电解质至约80瓦时/千克电解质。
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