CN1305170C - 混合电化学电池系统 - Google Patents

混合电化学电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1305170C
CN1305170C CNB028122925A CN02812292A CN1305170C CN 1305170 C CN1305170 C CN 1305170C CN B028122925 A CNB028122925 A CN B028122925A CN 02812292 A CN02812292 A CN 02812292A CN 1305170 C CN1305170 C CN 1305170C
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrochemical cell
electrolyte
anode
cell system
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB028122925A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1518781A (zh
Inventor
萨迪克·M·法里斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Reveo Inc
Original Assignee
Reveo Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Reveo Inc filed Critical Reveo Inc
Publication of CN1518781A publication Critical patent/CN1518781A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1305170C publication Critical patent/CN1305170C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/50—Methods or arrangements for servicing or maintenance, e.g. for maintaining operating temperature
    • H01M6/5005—Auxiliary electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/50—Methods or arrangements for servicing or maintenance, e.g. for maintaining operating temperature
    • H01M6/5044—Cells or batteries structurally combined with cell condition indicating means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

本发明提供了一种混合电化学电池系统。在一个实施例中，该组合系统包括阴极、电解质和多个阳极部分。第一阳极部分通过电解质与阴极离子连通；以及第二阳极部分通过电解质与阴极离子连通。第一阳极部分、电解质和阴极形成发电电化学电池。而且，第二阳极部分、电解质和阴极形成辅助电化学电池。在另一实施例中，提供了单独的阴极部分。

Description

混合电化学电池系统
技术领域
本发明涉及一种混合电化学电池系统，尤其是涉及一种包括基于自供电电化学电池的辅助装置的混合电化学电池系统。
背景技术
除了用电化学电池作为电池组，还已知利用电化学电池作为各种辅助装置。这些辅助装置包括但不局限于：气体分离器和/或泵、传感器例如电压传感器、压力传感器、腐蚀传感器、气敏传感器、发光电化学电池、以及具有除了作为电源之外的功能的其它电化学电池。
这些辅助装置通常需要单独的供电结构，以便提供合适电压，从而执行装置的操作。目前，该供电方案需要一个或多个单独电源，例如电池组或其它电接线。
因此，希望提供一种简单的系统，该系统能够共用用于提供电力(例如电池组或燃料电池)的电化学电池的一个或多个部件，还希望提供一种基于电化学电池的辅助装置。
发明内容
现有技术的上述和其它问题通过本发明的各种方法和装置来克服或缓解，其中，提供了一种混合电化学电池系统。在一个实施例中，该组合系统包括阴极、电解质和多个阳极部分。第一阳极部分通过电解质与阴极离子连通；以及第二阳极部分通过电解质与阴极离子连通。第一阳极部分、电解质和阴极形成发电电化学电池。而且，第二阳极部分、电解质和阴极形成辅助电化学电池，其中该辅助电化学电池包括气体分离器。在另一实施例中，提供了单独的阴极部分。
通过下面的详细说明和附图，本领域技术人员将能够了解本发明的上述和其它特征和优点。
附图说明
图1是混合电化学电池系统的一个实施例的示意图；
图2是混合电化学电池系统的另一实施例的示意图；
图3是混合电化学电池系统的还一实施例的示意图以及
图4是混合电化学电池系统的再一实施例的示意图。
具体实施方式
这里提供了一种混合电化学电池系统。在一个实施例中，混合系统包括阴极、电解质和多个阳极部分。第一阳极部分通过电解质与阴极离子连通；以及第二阳极部分通过电解质与阴极离子连通。第一阳极部分、电解质和阴极形成发电电化学电池，例如电池组或燃料电池。而且，第二阳极部分、电解质和阴极形成辅助电化学电池。该辅助电化学电池可以包括但不局限于：气体分离器和/或泵；传感器，例如电压传感器、压力传感器、腐蚀传感器、气敏传感器；发光电化学电池；具有与电源不同功能的其它电化学电池；或包括至少一个前述辅助电化学电池的组合。在另一实施例中，对于系统中的各种电池都提供有单独的阴极。
下面将参考附图介绍本发明的实施例。为了清楚说明，在附图中表示的相同部件将以相同参考标号表示，且在可选实施例的附图中的类似部件将以类似的参考标号表示。
下面参考图1，图中示意表示了混合电化学电池系统100。混合系统100包括阴极110、电解质120、第一阳极130和第二阳极140。通常，第一阳极部分130通过电解质120与阴极110连通，以便形成发电电化学电池。发电电化学电池例如电池组和燃料电池将基于已知电化学方法工作。
而且，第二阳极部分140通过电解质120与阴极110连通，以便形成辅助电化学电池。该辅助电化学电池可以包括但不局限于：气体分离器和/或泵；传感器，例如电压传感器、压力传感器、腐蚀传感器、气敏传感器；发光电化学电池；具有与电源不同功能的其它电化学电池；或包括至少一个前述辅助电化学电池的组合。辅助电化学电池通过发电电化学电池供电，以便能进行操作。也可选择，用于操作辅助电化学电池的驱动力的一部分可以是热力学驱动力，其中，在阴极110和第二阳极140之间的压力差驱动电化学反应和电池。在辅助电化学电池中，热力学驱动力还可以与电驱动力(即，来自由阳极部分130、电解质120和阴极110形成的发电电化学电池)结合。
为了在发电电化学电池和辅助电化学电池之间形成电连接，可以使用导体150。该导体150可以包括在阳极部分130、140之间进行电连通的导体例如条或线；或者例如通过交叠或相抵在阳极部分130、140之间的电连接；或者它们的组合。
阴极110可以包括与所使用的发电电化学电池和辅助电化学电池的特殊类型相对应的任意合适电极。通常，阴极110是由阳极部分130、140共用的电极。例如，空气扩散电极可以用作阴极110。通常，空气扩散阴极包括活性组分和基于碳的基质以及合适的连接结构，例如集电器。阴极110可以为双功能，例如，它在放电和再充电时都能工作。空气阴极的一个实例在共同待审的美国专利申请No.09/415449中公开，该申请No.09/415449的标题是“Electronchemical ElectrodeFor Fuel Cell”，申请人为Wayne Yao和Tsepin Tsai，申请日为1999年10月8日，该文献整个被本文参引。不过，根据性能，也可以采用其它空气阴极，如本领域技术人员所知。
阳极部分130可以为能够发电的任意合适电极材料。该阳极部分130可以用于单次使用放电(即一次性)，或者也可选择，可以为使用可再充电阳极材料的可再充电电化学材料。例如，在金属空气电化学电池中，阳极可以包括金属组分和可选的粘接剂和/或电解质。
金属组分可以主要包括可氧化的金属例如锌、钙、锂、镁、铁金属、铝、以及包括至少一种前述金属的组合或合金。
阳极部分140可以为能够有利于辅助电化学电池的辅助功能的任意电极材料。例如，辅助电化学电池可以包括气体分离器，例如在共同待审的申请No.09/836119中公开，该申请No.09/836119的申请日为2001年4月17日，标题为“Oxygen Separation Through HydroxideConductive Membrane”，申请人为Lin-Feng Li、Wayne Yao和MuguoChen，该申请为共同待审申请09/373469的部分延续申请，该申请09/373469的申请日为1999年8月12日，标题为“Oxygen SeparationThrough Hydroxide Conductive Membrane”，申请人为Lin-Feng Li、Wayne Yao和Muguo Chen，这两篇文献都被本文参引。因此，作为气体分离器，阳极部分140包括气体析出电极例如氧析出电极。氧析出电极通常包括氧析出催化剂，例如镍或包含镍的组合和合金。一种特别有用的镍合金为Raney镍。氧析出电极可以作为离散结构，或者可以直接形成于膜上。
电解质120包括任意合适电解质，这取决于发电电化学电池和辅助电化学电池类型。合适的电解质包括但不局限于：酸溶液、碱溶液、中性溶液或离子导电膜。在特定实施例中，电解质120包括离子导电膜。在电解质120中的离子导电类型(即阳离子或阴离子)主要取决于所用电池的类型。
在优选实施例中，电解质120包括氢氧化物导电膜。合适的膜在共同待审的美国专利申请No.09/259068、No.09/482126、No.09/943053以及No.09/942887中进行了介绍，专利申请No.09/259068的标题是“Solid Gel Membrane”，申请人为Muguo Chen、Tsepin Tsai、WayneYao、Yuen-Ming Chang、Lin-Feng Li和Tom Karen，申请日为1999年2月26日；专利申请No.09/482126的标题是“Solid Gel MembraneSeparator in Rechargeable Electrochemical Cells”，申请人为TsepinTsai、Muguo Chen和Lin-Feng Li，申请日为2000年1月11日；专利申请No.09/943053的标题是“Polymer Matrix Material”，申请人为Robert Callahan、Mark Stevens和Muguo Chen，申请日为2001年8月30日；专利申请No.09/942887的标题是“Electrochemical CellIncorporating Polymer Matrix Material”，申请人为Robert Callahan、Mark Stevens和Muguo Chen，申请日为2001年8月30日；这些文献都被本文参引。这些膜可以在室温下提供足够的离子导电性和表面氧交换速度。在室温下使用使得材料的选择更灵活，并能使结构更坚固，且因为相对较低材料成本和较低工作温度而可以减小系统的总成本。
在特定实施例中，膜有能够支承氢氧化物源例如凝胶状碱性材料的物理性质(例如多孔性)。在其它实施例中，这里所述的系统采用聚合物膜，该聚合物膜有分子结构和氢氧化物源例如含水电解质的组合。在还一实施例中，这里所述的系统采用阴离子交换膜。
该膜可以有氢氧化物导电特性，因为：能够支承氢氧化物源例如凝胶状碱性材料的物理性质(例如多孔性)；支承氢氧化物源例如含水电解质的分子结构；阴离子交换特性例如阴离子交换膜；或者一个或多个这些能够提供氢氧化物源的特性的组合。
在特定实施例中，膜包括能够支承氢氧化物源例如凝胶状碱性材料的物理性质(例如多孔性)。
通常，具有能够支承氢氧化物源例如凝胶状碱性材料的物理性质的材料类型包括电解质凝胶。该电解质凝胶既可以直接用于析出表面上和/或还原电极，或者用作在析出和还原电极之间的自支承膜。也可选择，该凝胶可以由基质支承，并布置在析出和还原电极之间。
电解质(这里在膜的所用变化形式中)通常包括离子导电材料，以便能在金属阳极和阴极之间进行离子导电。电极通常包括氢氧化物导电材料，例如KOH、NaOH、LiOH、RbOH、CsOH、或者包括前述电解质介质中至少一种的组合。在优选实施例中，氢氧化物导电材料包括KOH。特别是，电解质可以包括含水电解质，它有大约5％离子导电材料至大约55％离子导电材料，更优选是有大约10％离子导电材料至大约50％离子导电材料，最优选是有大约30％离子导电材料至大约40％离子导电材料。
膜的胶凝剂可以为任意合适胶凝剂，且它的量足以提供合适的材料稠度。该胶凝剂可以是：交联聚丙烯酸(PAA)，例如可由BFGoodrich Company，Charlotte，NC获得的Carbopol家族的聚丙烯酸(例如Carbopol675)、可由Allied Colloids Limited(West Yorkshire，GB)获得的AlcosorbG1、以及聚丙烯酸的钾盐和钠盐；羧甲基纤维素(CMC)，例如可由Aldrich Chemical Co.，Inc，Milwaukee，WI获得；羟丙基甲基纤维素；明胶；聚乙烯醇(PVA)；聚环氧乙烷(PEO)；polybutylvinyl alcohol(PBVA)；包括前述胶凝剂中的至少一个的组合等。
选择基质的形式可以包括但不局限于：编织的、无纺的、多孔的(例如多微孔或多纳米孔)、蜂窝状的聚合物片等，它们能够使还原电极和析出电极之间有足够的离子传输。在特定实施例中，基质为柔性的，以便适应电池组分的电化学膨胀和收缩以及电池材料的化学惰性。基质的材料包括但不局限于：聚烯烃(例如可由Daramic Inc.，Burlington，MA获得的Gelgard)、聚乙烯醇(PVA)、纤维素(例如硝化纤维、醋酸纤维素等)、聚酰胺(例如尼龙)、玻璃纸、滤纸、以及包括至少一个前述材料的组合。该基质也可以包括添加剂和/或涂料，例如丙烯酸化合物等，以便使电解质有更高的可湿性和可渗透性。
在氢氧化物导电膜的另外实施例中，提供了支承氢氧化物源例如含水电解质的分子结构。这样的膜希望在自支承固态结构时可以获得含水电解质的导电优点。在特定实施例中，该膜可以由聚合物材料和电解质的组合制成。聚合物材料的分子结构支承电解质。交联和/或聚合链用于保持电解质。
在支承氢氧化物源的分子结构的一个实例中，聚合物材料例如聚氯乙烯(PVC)或聚环氧乙烷(PEO)与氢氧化物源成一体形成为厚膜。在第一配方中，一摩尔的KOH和0.1摩尔的氯化钙溶解在60毫升水和40毫升四氢呋喃(THF)的混合溶液中。氯化钙作为吸湿剂。然后，将一摩尔的PEO添加到混合物中。在第二配方中，使用与第一配方相同的材料，同时用PVC代替PEO。溶液在基质上浇成(涂覆成)厚膜，该基质例如聚乙烯醇(PVA)型塑料材料。也可以使用优选是表面张力高于膜材料的其它基质材料。当混合溶剂从施加的涂层中蒸发时，在PVA基质上形成离子导电固态膜(即厚膜)。通过将该固态膜从PVA基质上剥离，可以形成固态离子导电膜或薄膜。当使用上述配方时，可以形成厚度范围为大约0.2至大约0.5毫米的离子导电膜。
分子结构的其它实施例在美国专利申请No.09/259068、No.09/482126、No.09/943053以及No.09/942887中进行了介绍，专利申请No.09/259068的标题是“Solid Gel Membrane”，申请人为MuguoChen、Tsepin Tsai、Wayne Yao、Yuen-Ming Chang、Lin-Feng Li和TomKaren，申请日为1999年2月26日；专利申请No.09/482126的标题是“Solid Gel Membrane Separator in Rechargeable ElectrochemicalCells”，申请人为Tsepin Tsai、Muguo Chen和Lin-Feng Li，申请日为2000年1月11日；专利申请No.09/943053的标题是“Polymer MatrixMaterial”，申请人为Robert Callahan、Mark Stevens和Muguo Chen，申请日为2001年8月30日；专利申请No.09/942887的标题是“Electrochemical Cell Incorporating Polymer Matrix Material”，申请人为Robert Callahan、Mark Stevens和Muguo Chen，申请日为2001年8月30日；这些文献都整个被本文参引。该聚合物材料包括从以下组中选择的一种或多种单体的聚合产品：可溶于水的烯属不饱和酰胺和酸、以及可选的可溶于水或可吸水的聚合物。该聚合产品可以形成于支承材料或基质上。该支承材料或基质可以是(但不局限于)编织或无纺织物，例如聚烯烃、聚乙烯醇、纤维素或聚酰胺例如尼龙。
电解质可以在上述单体聚合前或聚合后添加。例如，在一个实施例中，电解质可以在聚合之前添加到含单体、可选聚合引发剂和可选增强剂的溶液中，在聚合之后，它仍然保持嵌入聚合材料中。也可选择，聚合可以在没有电解质的情况下进行，该电解质随后引入。
可溶于水的烯属不饱和酰胺和酸单体可以包括：亚甲基双丙烯酰胺(methylenebisacrylamide)、丙烯酰胺、甲基丙酸烯、丙酸烯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮(1-vinyl-2-pyrrolidinone)，N-异丙基丙烯酰胺、富马酰胺、富马酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、3，3-二甲基丙烯酸、乙烯基磺酸的钾盐、其它可溶于水的烯属不饱和酰胺和酸单体、或者包括至少一种前述单体的组合。
作为增强剂的可溶于水或可吸水的聚合物可以包括：聚砜(阴离子)、聚(4-苯乙烯磺酸钠)、羧甲基纤维素、聚(苯乙烯磺酸-共-顺丁烯二酸)的钠盐、玉米淀粉、其它可溶于水或可吸水的聚合物、或者包括至少一种前述可溶于水或可吸水的聚合物的组合。
也可选择，交联剂例如为：亚甲基双丙烯酰胺、亚乙基双丙烯酰胺、任意可溶于水的N，N′-次烷基-二(烯属不饱和酰胺)、其它交联剂、或者包括至少一种前述交联剂的组合。
还可以包括聚合引发剂，例如：过硫酸铵、碱金属的过硫酸盐和过氧化物、其它引发剂、或者包括至少一种前述引发剂的组合。而且，引发剂可以与自由基产生方法组合使用，该自由基产生方法例如辐射，例如包括：紫外线、X射线、γ射线等。不过，当单独辐射就足以导致开始聚合时，不需要添加化学引发剂。
在一个形成聚合材料的方法中，选定织物浸入单体溶液(有或没有离子核素)中，使该涂覆了溶液的织物冷却，并可选择地添加聚合引发剂。该单体溶液可以通过加热、或者通过用紫外线光、伽玛射线、X射线、电子束或它们的组合来照射而进行聚合，其中生成聚合物材料。当在聚合溶液中包括离子核素时，氢氧化物离子(或其它离子)在聚合后保持在溶液中。而且，当聚合物材料不包括离子核素时，它例如可以通过将聚合物材料浸入离子溶液中而添加。
聚合通常是在从室温到大约130℃的温度范围内进行，但是优选是在从大约75℃至大约100℃的较高温度范围内进行。也可选择，聚合可以利用辐射并结合加热来进行。也可选择，根据辐射的强度，结合可以只利用辐射来进行，而不升高组分的温度。用于聚合反应中的辐射类型实例包括但不局限于：紫外线光、伽玛射线、X射线、电子束或它们的组合。
为了控制膜的厚度，涂覆织物可以在聚合之前布置于合适模具中。也可选择，涂覆有单体溶剂的织物可以布置在合适的薄膜之间，例如玻璃和聚乙烯对酞酸盐(PET)薄膜。该薄膜的厚度可以变化，本领域技术人员根据它在特定用途中的效果很容易知道。在特定实施例中，例如用于从空气中分离氧，膜或分离器的厚度为大约0.1mm至大约0.6mm。因为实际导电基质保持在聚合物骨架(backbone)内的含水溶液中，该膜的导电性与液体电解质相当，它在室温下就很高。
在氢氧化物导电膜的还一实施例中，采用阴离子交换膜。阴离子交换膜的某些实例基于有机聚合物，该有机聚合物包括：四铵盐结构官能度、强碱聚苯乙烯二乙苯交联I型阴离子交换器、弱碱聚苯乙烯二乙苯交联I型阴离子交换器、强碱/弱碱聚苯乙烯二乙苯交联II型阴离子交换器、强碱/弱碱丙烯酸阴离子交换器、强碱全氟代胺化阴离子交换器、自然的阴离子交换器例如某些粘土、以及包括至少一个前述材料的组合和混合物。
合适的阴离子交换膜的实例在美国专利No.6183914中更详细地介绍，该文献被本文参引。该膜包括基于u的聚合物，包括(a)有机聚合物，有烷基四铵盐结构、(b)含氮杂环铵盐；以及(c)氢氧化物阴离子源。
下面参考图2，图中示意表示了混合电化学电池系统200。系统200包括与系统100类似的部件，包括阴极210、电解质220、第一阳极部分230和第二阳极部分240。如上所述，第一阳极部分230和阴极部分210形成发电电化学电池，而第二阳极部分240和阴极210形成辅助电化学电池。而且，系统包括充电电极260，该充电电极260布置成通过分离器(未示出)与阳极部分230离子连通，该分离器基本防止阳极部分230和阴极210之间的电接触。充电电极260便于阳极部分230的重新充料。在混合电池系统200中，阳极部分230和电解质220优选是适于可重新充料的电化学电池的工作。例如，该系统在美国专利申请No.09/482126中所述，该专利申请No.09/482126的标题是“Solid Gel Membrane Separator in Rechargeable ElectrochemicalCells”，申请人为Tsepin Tsai、Muguo Chen、Wayne Yao、Yuen-MingChang、Lin-Feng Li和Tom Karen，申请日为1999年2月26日，该文献被本文参引。
在系统200中，通过包括充电电极260，可以方便发电电化学电池的充料，同时不会对阴极210有不利影响。
下面参考图3，图中表示了混合电化学电池系统300。该系统300与系统200类似，除了在图3中表示为充电电极360的充电电极布置成通过电解质320与阳极部分330离子连通。该设计不需要在阳极部分230和充电电极360之间的附加分离器。
下面参考图4，图中示意表示了系统400，该系统400与系统100类似，除了表示为阳极部分430的阳极部分可重新加燃料。该阳极部分430可以在连续工作模式中重新加燃料，或者可以选择在批量工作模式中重新加燃料。在连续工作模式中，燃料例如氢流、甲烷流或其它可氧化流体材料引入电极中，该电极最适于(即催化)该特定燃料。该阳极部分430的电极与电解质420离子连通(例如，在与系统100中所述的类似结构中)。
而且，在批量工作模式中，阳极部分430可以包括与上面参考系统100所述类似的阳极材料。一旦阳极材料放电时，该阳极材料可以除去并由新鲜的阳极材料代替。例如，阳极部分430可以为插件形式，例如在美国专利申请No.09/074337和No.09/116643中所述，该专利申请No.09/074337的申请日为1998年5月7日，标题为“Metal-AirFuel Cell Battery Systems”，申请人为M.Faris和Tsepin Tsai；专利申请No.09/116643的申请日为1998年7月16日，标题为“Metal-Air FuelCell Battery Systems Employing Mean for Discharging and RechargingMetal-fuel Cards”，申请人为M.Faris、Tsepin Tsai、Wayne Yao和MuguoChen，这些文献都被本文参引。
而且，在连续工作模式的另一类型中，阳极部分可以包括连续供给阳极材料，例如为带形式。还有，阴极410和/或电解质420可以构成为用于连续供给操作(未示出)这样的结构在例如美国专利No.5250370、美国专利申请No.08/944507、No.09/112596、No.09/110762、美国专利No.6190792、美国专利申请No.09/268150、No.09/526669中所述，该美国专利No.5250370的标题是“ViariableArea Dynamic Battery”，授予Sadeg M.Faris，公开于1993年10月5日；美国专利申请No.08/944507的申请日为1997年10月6日，标题为“System and Method for Producing Electrical Power Using MetalAir Fuel Cell Battery Technology”，申请人为Sadeg M.Faris、Yuen-MingChang、Tsepin Tsai和Wayne Yao；美国专利申请No.09/112596的申请日为1998年7月9日，标题为“Metal-Air Fuel Tape DuringDischarging and Recharging Modes of Operation”，申请人为SadegM.Faris和Tsepin Tsai；美国专利申请No.09/110762的申请日为1998年7月3日，标题为“Metal-Air Cell Battery System Employing MetalFuel Tape and Low-Friction Cathode Structures”，申请人为SadegM.Faris、Tsepin Tsai、Thomas J.Legbandt、Muguo Chen和Wayne Yao；美国专利No.6190792的公开日为2001年2月20日，标题为“Ionically-Conductive Belt Structure for Use in a Metal-Air Fuel CellBattery System and Method of Fabricating the Same”，申请人为SadegM.Faris、Tsepin Tsai、Thomas J.Legbandt、Wenbin Yao和Muguo Chen；美国专利申请No.09/268150的申请日为1999年3月15日，标题为“Movable Anode Fuel Cell Battery”，申请人为Tsepin Tsai和WilliamMorris；美国专利申请No.09/526669的申请日为2000年3月15日，标题为“Movable Anode Fuel Cell Battery”申请人为Tsepin Tsai和William F.Morris；所有这些文献都被本文参引。
本发明的混合电化学电池系统优选是可以用于基于电化学电池的系统中，在该系统中可以共用电解质。而且，混合电化学电池系统的某些实施例可以共用阴极。这些共用部件可以有优于普通方法的很多优点。因为不需要单独的电源，因此可以制造小得多的部件。而且，混合电化学电池系统可以用于各种基于电化学电池的辅助装置。此外，在某些实施例中，混合电化学电池系统的工作不需要升高温度，特别是，其中膜在低温(例如室温)下可以离子导电。还有，因为可以共用电解质，且在某些用途中还可以共用阴极，因此可以大大节约成本。
尽管已经表示和介绍了优选实施例，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变化和替换。因此，应当知道，本发明的说明是示例性和非限定的。

Claims (14)

1.一种混合电化学电池系统，包括：
阴极；
电解质；
第一阳极部分，该第一阳极部分通过电解质与阴极离子连通；以及
第二阳极部分，该第二阳极部分通过电解质与阴极离子连通，其中，该第一阳极部分、电解质和阴极形成发电电化学电池，而第二阳极部分、电解质和阴极形成辅助电化学电池，其中该辅助电化学电池包括气体分离器。
2.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中：该发电电化学电池包括金属空气电池。
3.根据权利要求2所述的电化学电池系统，其中：阴极包括空气扩散电极。
4.根据权利要求2所述的电化学电池系统，其中：该电解质包括固态离子导电材料。
5.根据权利要求4所述的电化学电池系统，其中：该固态离子导电材料包括混合导电膜。
6.根据权利要求1所述的电化学电池系统，还包括：充电电极，该充电电极与第一阳极部分离子连通。
7.根据权利要求6所述的电化学电池系统，其中：在充电电极和第一阳极部分之间通过电解质离子连通。
8.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中：第一阳极部分为可重新加燃料。
9.根据权利要求8所述的电化学电池系统，其中：该第一阳极部分包括阳极燃料带。
10.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中：该第一阳极部分包括氧化电极，一燃料源用于将可氧化燃料供给氧化电极。
11.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中：该第二阳极部分包括氧析出材料。
12.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中：该气体分离器将氧从空气中分离出来。
13.一种混合电化学电池系统，包括：
第一阴极部分和第二阴极部分；
电解质；
第一阳极部分，该第一阳极部分通过电解质与第一阴极部分离子连通；以及
第二阳极部分，该第二阳极部分通过电解质与第二阴极部分离子连通，其中，该第一阳极部分、电解质和第一阴极部分形成发电电化学电池，而第二阳极部分、电解质和第二阴极部分形成辅助电化学电池，
其中该辅助电化学电池包括一气体分离器。
14.根据权利要求13所述的混合电化学电池系统，其中该气体分离器将氧从空气中分离出来。
CNB028122925A 2001-04-24 2002-04-24 混合电化学电池系统 Expired - Fee Related CN1305170C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US28619901P 2001-04-24 2001-04-24
US60/286,199 2001-04-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1518781A CN1518781A (zh) 2004-08-04
CN1305170C true CN1305170C (zh) 2007-03-14

Family

ID=23097521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028122925A Expired - Fee Related CN1305170C (zh) 2001-04-24 2002-04-24 混合电化学电池系统

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6911273B2 (zh)
EP (1) EP1382081A1 (zh)
JP (1) JP2005509244A (zh)
CN (1) CN1305170C (zh)
TW (1) TW543230B (zh)
WO (1) WO2002087006A1 (zh)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6849702B2 (en) * 1999-02-26 2005-02-01 Robert W. Callahan Polymer matrix material
US6605391B2 (en) * 1999-02-26 2003-08-12 Reveo, Inc. Solid gel membrane
US20050112471A1 (en) * 1999-02-26 2005-05-26 Muguo Chen Nickel zinc electrochemical cell incorporating dendrite blocking ionically conductive separator
US6358651B1 (en) * 1999-02-26 2002-03-19 Reveo, Inc. Solid gel membrane separator in rechargeable electrochemical cells
PL2290737T3 (pl) 2003-09-18 2015-10-30 Commw Scient Ind Res Org Urządzenia o wysokiej sprawności do magazynowania energii
US20050181275A1 (en) * 2004-02-18 2005-08-18 Jang Bor Z. Open electrochemical cell, battery and functional device
US20070141432A1 (en) * 2005-12-21 2007-06-21 General Electric Company Third electrode frame structure and method related thereto
AR064292A1 (es) 2006-12-12 2009-03-25 Commw Scient Ind Res Org Dispositivo mejorado para almacenamiento de energia
AR067238A1 (es) 2007-03-20 2009-10-07 Commw Scient Ind Res Org Dispositivos optimizados para el almacenamiento de energia
WO2009104570A1 (ja) * 2008-02-18 2009-08-27 独立行政法人産業技術総合研究所 空気極
WO2010122873A1 (ja) 2009-04-23 2010-10-28 古河電池株式会社 鉛蓄電池用負極板の製造法及び鉛蓄電池
US7931814B2 (en) * 2009-06-16 2011-04-26 Snaper Alvin A Electrically enhanced aqueous filter and method therefor
US9478835B2 (en) 2009-08-20 2016-10-25 Nanyang Technological University Integrated electrode architectures for energy generation and storage
MX2012002415A (es) 2009-08-27 2012-06-25 Commw Scient Ind Res Org Dispositivo de almacenamiento electrico y electrodo del mismo.
JP5711483B2 (ja) 2009-08-27 2015-04-30 古河電池株式会社 鉛蓄電池用複合キャパシタ負極板の製造法及び鉛蓄電池
JP5797384B2 (ja) 2009-08-27 2015-10-21 古河電池株式会社 鉛蓄電池用複合キャパシタ負極板及び鉛蓄電池
EP2537205B1 (en) * 2010-02-16 2014-04-30 Fluidic, Inc. Electrochemical cell, and particularly a cell with electro deposited fuel
ES2673699T3 (es) 2010-04-13 2018-06-25 Fluidic, Inc. Celda electroquímica de metal-aire con modo de alta eficiencia energética
JP2012133959A (ja) 2010-12-21 2012-07-12 Furukawa Battery Co Ltd:The 鉛蓄電池用複合キャパシタ負極板及び鉛蓄電池
FR2975534B1 (fr) * 2011-05-19 2013-06-28 Electricite De France Accumulateur metal-air avec dispositif de protection de l'electrode a air
US10515768B2 (en) 2012-04-04 2019-12-24 Lyten, Inc. Apparatus and associated methods
US9362565B2 (en) * 2012-04-04 2016-06-07 Nokia Technologies Oy Apparatus and associated methods
US9324995B2 (en) 2012-04-04 2016-04-26 Nokia Technologies Oy Apparatus and associated methods
CN102983341A (zh) * 2012-12-31 2013-03-20 刘军 一种具有辅助电极结构的电池电极及其高功率电池
KR101577494B1 (ko) 2013-01-07 2015-12-15 주식회사 엘지화학 다수의 전극조립체를 포함하는 이차전지
JP5974320B2 (ja) * 2013-02-26 2016-08-23 株式会社イムラ材料開発研究所 金属―空気二次電池用正極
US9696782B2 (en) 2015-02-09 2017-07-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Battery parameter-based power management for suppressing power spikes
US10158148B2 (en) 2015-02-18 2018-12-18 Microsoft Technology Licensing, Llc Dynamically changing internal state of a battery
US9748765B2 (en) 2015-02-26 2017-08-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Load allocation for multi-battery devices
DE102015215091A1 (de) 2015-08-07 2017-02-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung eines Drucks innerhalb eines Gehäuses einer Batteriezelle und Batteriezelle
US9939862B2 (en) 2015-11-13 2018-04-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Latency-based energy storage device selection
US10061366B2 (en) 2015-11-17 2018-08-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Schedule-based energy storage device selection
US9793570B2 (en) 2015-12-04 2017-10-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Shared electrode battery
US12087951B2 (en) 2020-10-12 2024-09-10 Peter HERMANSEN Electrochemical cell integrates electrolysis and fuel cell functions

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3883368A (en) * 1972-10-26 1975-05-13 Union Carbide Corp Alkaline aluminum-air/zinc-manganese dioxide hybrid battery
US5169732A (en) * 1991-02-04 1992-12-08 Donald T. Beldock Sealed battery with integral reserve cell and switch
US5563004A (en) * 1995-03-21 1996-10-08 Aer Energy Resources, Inc. Rechargeable metal-air electrochemical cell with hydrogen recombination and end-of-charge indicator

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1803122A1 (de) * 1968-10-15 1970-05-21 Siemens Ag Galvanische Batterie
JPS527264A (en) * 1975-07-07 1977-01-20 Seiko Epson Corp Electrochemistry cell
IL50024A (en) * 1976-07-12 1979-05-31 Israel State Secondary cells
JPS60262367A (ja) * 1984-06-06 1985-12-25 Japan Storage Battery Co Ltd 酸枯渇形密閉式鉛電池
JPH0246662A (ja) * 1988-08-08 1990-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉式鉛蓄電池
JPH06283212A (ja) * 1993-03-29 1994-10-07 Yuasa Corp 電池容量表示機能付き電池
US5458988A (en) * 1993-08-10 1995-10-17 Matsi, Inc. Metal-air-cells having improved anode assemblies
DE4327184A1 (de) * 1993-08-13 1995-02-16 Varta Batterie Gasdicht verschlossener alkalischer Akkumulator
US5439756A (en) * 1994-02-28 1995-08-08 Motorola, Inc. Electrical energy storage device and method of charging and discharging same
US5419977A (en) * 1994-03-09 1995-05-30 Medtronic, Inc. Electrochemical device having operatively combined capacitor
US6296960B1 (en) * 1997-10-06 2001-10-02 Reveo, Inc. System and method for producing electrical power using metal-air fuel cell battery technology
US6451463B1 (en) * 1997-10-06 2002-09-17 Reveo, Inc. Electro-chemical power generation systems employing arrays of electronically-controllable discharging and/or recharging cells within a unity support structure
JP3829026B2 (ja) * 1999-04-19 2006-10-04 日本碍子株式会社 ガスセンサ
US6541159B1 (en) * 1999-08-12 2003-04-01 Reveo, Inc. Oxygen separation through hydroxide-conductive membrane

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3883368A (en) * 1972-10-26 1975-05-13 Union Carbide Corp Alkaline aluminum-air/zinc-manganese dioxide hybrid battery
US5169732A (en) * 1991-02-04 1992-12-08 Donald T. Beldock Sealed battery with integral reserve cell and switch
US5563004A (en) * 1995-03-21 1996-10-08 Aer Energy Resources, Inc. Rechargeable metal-air electrochemical cell with hydrogen recombination and end-of-charge indicator

Also Published As

Publication number Publication date
US6911273B2 (en) 2005-06-28
WO2002087006A1 (en) 2002-10-31
US20020155327A1 (en) 2002-10-24
JP2005509244A (ja) 2005-04-07
CN1518781A (zh) 2004-08-04
EP1382081A1 (en) 2004-01-21
TW543230B (en) 2003-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1305170C (zh) 混合电化学电池系统
CN1184711C (zh) 固态凝胶薄膜
CN1298074C (zh) 金属空气电池系统
AU2002321637B2 (en) Hydrophilic polymers and their use in electrochemical cells
AU2002321637A1 (en) Hydrophilic polymers and their use in electrochemical cells
TW200301579A (en) Rechargeable metal air electrochemical cell incorporating collapsible cathode assembly
TW552731B (en) Metal air cell system
US20020098398A1 (en) Electrolyte balance in electrochemical cells
KR20150049753A (ko) 레독스 흐름전지용 바나듐 이온 저투과성 양쪽성 이온 교환막 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지
KR20040012992A (ko) 중합체 매트릭스 재료 및 이를 채용한 전기화학 전지
US5011749A (en) Thin ribbonlike flexible rechargeable zinc/halide cell
TW538554B (en) Anode structure for metal air electrochemical cells and method of manufacture thereof
CN118099624A (zh) 一种镁燃料电池
KR20170056941A (ko) 고내구성 레독스 흐름전지용 바나듐 이온 저투과성 음이온 교환막 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지
ZA200401844B (en) Hydrophilic polymers and their use in electrochemical cells.

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee