CN1319206C - 一种金属－空气电池 - Google Patents

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Abstract

一种金属-空气电池(1)包括：(a)阳极(2)；(b)包括使氧气还原的金属的阴极(4)；(c)有允许氧气与阴极接触的空气入口(80)的所述阳极和阴极的外壳(10，20)；(d)在阳极(2)和阴极(4)之间的隔板(70)；和(e)在所述外壳(10)内的氢气再化合催化剂(6)。所述氢气再化合催化剂(6)可包括Pd、Pt、Ru金属或其盐、和CuO。

Description

一种金属-空气电池
本发明一般地涉及金属-空气电化学电池。
电池是常用的电能源。电池包括含负电极(典型地称为阳极)和正电极(典型地称为阴极)的外壳。阳极含有可被氧化的活性材料；阴极含有或消耗可被还原的活性材料。阳极的活性材料能使阴极的活性材料还原。为防止阳极材料与阴极材料直接反应，通过片状的层(典型地称为隔板)使阳极与阴极电绝缘。
电池在装置如助听器或移动电话中用作电能源时，使阳极和阴极电接触，使电子可通过装置流动，可发生各自的氧化和还原反应而提供电源。与阳极和阴极接触的电解质含有通过电极之间的隔板流动的离子在放电过程中保持整个电池的电荷平衡。
金属-空气电化学电池中，在阴极使氧气还原，在阳极使金属如锌氧化。氧气通过电池外壳中的空气入口从电池外的环境空气供入阴极。在阳极中形成金属氧化物如氧化锌或锌酸盐。因此，锌-空气电化学电池内的总电化学反应导致锌金属被氧化成锌离子而来自空气的氧气被还原成羟离子。发生这些化学反应的同时，电子从阳极移至阴极，从而给装置提供电源。也可能发生不希望的过程，其中所述锌直接与电解质反应产生氧化锌和氢气。这不仅消耗锌和电解质，而且所述氢气可积累使内压升高，损坏阴极并导致泄漏。通常在阳极中加入汞和其它金属如铅和镉以降低电池的电化学反应过程中产生的氢气量。
一般地，本发明涉及一种用于金属-空气电化学电池的氢气再化合(recombination)催化剂。包含氢气再化合催化剂的金属-空气电化学电池氢气生成量减少。同时，所述氢气再化合催化剂可部分地补充金属-空气电化学电池内电解质的水含量，从而降低电化学电池的干燥量。
一方面，本发明的特征在于一种金属-空气电池，包括：(a)阳极；(b)包括使氧气还原的金属的阴极；(c)有允许氧气与阴极接触的空气入口的所述阳极和阴极的外壳；(d)在阳极和阴极之间的隔板；和(e)在所述外壳内的氢气再化合催化剂。所述氢气再化合催化剂可包括Pd、Pt、Ru金属或其盐、和CuO。
另一方面，本发明的特征在于一种通过在金属-空气电池中放置氢气再化合催化剂补充金属-空气电池内水含量的方法。所述金属-空气电池包括：(a)阳极；(b)包括在电池被使用时使氧气还原的金属的阴极；和(c)在阳极和阴极之间的隔板。所述氢气再化合催化剂在使氢气氧化成水的氧化阶段和使氧气还原而再生所述氢气再化合催化剂的氧化性的还原阶段之间循环，例如氢气在氧气存在下遇到所述催化剂时，氢气被氧化成水而所述催化剂被还原(氧化阶段)。
所述还原阶段在所述电化学电池中氧气与还原的氢气再化合催化剂相互作用使所述催化剂氧化从而恢复所述氢气再化合催化剂的氧化性时发生，即一旦所述催化剂再次被氧气氧化，所述催化剂又可使氢气氧化成水。由于氢气再化合催化剂具有周期性地通过氧化和还原阶段循环的能力，导致所述氢气再化合催化剂在金属一空气电化学电池中使高于所述催化剂的理论无氧氢气吸收极限量的氢气氧化。所述理论无氧氢气吸收极限可在假定所述催化剂只经历单一的完全氧化阶段而不经历还原阶段的情况下基于催化剂材料的摩尔量确定。所述氢气再化合催化剂优选使大于所述理论无氧氢气吸收极限的约2倍量的氢气氧化。在环境温度下，所述氢气再化合催化剂优选以至少约0.5标准立方厘米(scc)/克氢气再化合催化剂/天的速率使氢气氧化。在无氧条件下，所述氢气再化合催化剂优选可以此速率使氢气氧化至少130天。更优选所述氢气再化合催化剂可以此速率使氢气氧化至少240天。在有氧条件下，所述氢气再化合催化剂可无限期地通过使电化学电池内存在的任何氢气与氧氧化合起作用。
附图和以下描述中示出本发明一或多个实施方案的详情。本发明的其它特征、目的和优点将在以下描述和附图及权利要求书中体现。
图1示出氢气再化合催化剂的剖面图；和
图2示出金属-空气电池的剖面图。
参见图1，氢气再化合催化剂6的一例包括膜100、氢气氧化材料110、活化催化剂120和粘合剂130。氢气氧化材料110和活化催化剂120分散在粘合剂130中并被膜100包封。
所述氢气氧化材料与所述活化催化剂组合优选通过使氢气(H2)氧化成水(H2O)而吸收金属-空气电池(图2)内产生的H2。所述氢气氧化材料使H2氧化，而所述活化催化剂降低所述氢气氧化材料与H2之间的氧化过程的活化能以提高所述氧化的速率。
在常温常压下，H2O以低蒸汽压的液体形式存在，而H2以气体形式存在。氢气再化合催化剂使H2氧化成H2O时，电池中容纳H2气所需占用的体积减小。例如，占用体积为1000cc的H2被氧化时，转化成占用体积为约0.8cc的液态H2O。因而，所述氢气再化合催化剂可使电池中H2的占用体积减小，减小例如约1000倍。
在金属-空气电池中使用时，所述氢气再化合催化剂循环经过还原和氧化阶段。在氧化阶段，使H2氧化成H2O时，所述氢气氧化材料被还原。完全还原后，所述氢气氧化材料不再能接受电子，在不被氧化剂如氧气再氧化的情况下所述氢气氧化材料典型地不能再使氢气氧化。在还原阶段，所述还原的氢气氧化材料被氧化剂氧化。再氧化物，所述氢气氧化材料又可使H2氧化成H2O。所述氢气氧化材料周期性地循环经过所述氧化和还原阶段，只要所述金属-空气电池中存在还原剂如氢气和氧化剂如氧气。
由于氢气再化合催化剂具有周期性地通过氧化和还原阶段循环的能力，导致所述氢气再化合催化剂在金属-空气电化学电池中使高于所述氢气氧化材料的理论无氧氢气吸收极限量的氢气氧化。所述理论无氧氢气吸收极限可在假定所述催化剂只经历单一的完全氧化阶段而不经历还原阶段的情况下基于氢气氧化材料的摩尔量确定。所述氢气再化合催化剂优选使所述理论无氧氢气吸收极限的约2倍、更优选约6倍、最优选大于约6倍量的氢气氧化。所述氢气再化合催化剂优选以至少约0.5scc、更优选8.0scc/g氢气再化合催化剂/天的速率使氢气氧化。所述氢气再化合催化剂优选以0.5scc/g氢气再化合催化剂的速率使氢气氧化至少130天。更优选所述氢气再化合催化剂以约0.5scc/g氢气再化合催化剂的速率使氢气氧化至少240天。
氢气氧化材料的例子包括但不限于MnO2、Mn2O3、MnOOH、Mn3O4、BaO2、CuO、Ag2O、AgO、HgO、KMnO4、磷酸锰、三氧化二铋、间二硝基苯、醌、和AgMnO4。
活化催化剂包括第VIII族金属、合金、氧化物或盐。例子包括Pt、Pd、或Ru金属、氧化物、盐、或其混合物。
所述氢气再化合催化剂可包括例如在约75至约85％(重)之间的氢气氧化材料、在约0.05至约6％(重)之间的活化催化剂、和在约10至约20％(重)之间的粘合剂和在约1至约5％(重)之间的包封材料。优选所述氢气再化合催化剂包括在约0.1至约2％(重)之间的活化催化剂。更优选所述氢气再化合催化剂包括在约0.05至约0.2％(重)之间的第一活化催化剂如Pt或Pd金属、氧化物、或其盐和在约0.2至约1.8％(重)之间的第二活化催化剂如Ru金属、氧化物、或其盐。
适用的粘合剂材料是可渗透氢气、氧气和水蒸汽的。所述粘合剂还使所述氢气氧化材料和所述活化催化剂的活性表面积比粉状的非分散形式的氢气氧化材料和活化催化剂增大。在粉末形式中，所述氢气氧化材料和活化催化剂通常形成团块或小物质，抑制长期氢气氧化，即物质外表面完全还原后H2的氧化速率。粘合剂材料的例子包括无机胶粘剂或有机聚合物。无机胶粘剂的例子包括普通水泥和烧石膏。有机聚合物的例子包括硅氧烷、聚异丁烯和EP橡胶。硅氧烷聚合物如GE II型硅橡胶可购自位于Waterford，NY的GE。
包封所述氢气再化合催化剂的优选材料可渗透H2、O2和H2O蒸汽，但不渗透可与之反应或溶解从而抑制所述氢气再化合催化剂的反应性的金属-空气电池的其它内部组分如电池的电解质中存在的KOH。所述膜优选还防止所述金属-空气电池如所述阳极被所述氢气氧化材料和活化催化剂污染。适用的膜材料包括聚烯烃如聚乙烯、塑料、橡胶、弹性体、氟橡胶、和石蜡。其它膜材料包括聚丙烯、聚乙烯/聚丙烯共聚物和共混物、聚丁烯、和蜡与聚烯烃的共混物。所述包封膜的厚度调节至为所述催化剂提供结构支承并防止所述金属-空气电池的内部有害组分进入所述催化剂中。使所述包封膜在含有所述氢气氧化材料和活化催化剂的粘合剂上叠合并使开口边热封。或者，由熔融、溶液、悬浮液、乳液、胶乳或由气相涂布所述膜作为涂层。
参见图2，钮扣电池形式的金属-空气电池1包括阳极2、阴极4、和氢气再化合催化剂6。氢气再化合催化剂6吸收或使金属-空气电池中产生的剩余氢气转化成水，从而降低金属-空气电池1的风干程度。阳极2包括阳极罐10和阳极凝胶60。阴极4包括阴极罐20和阴极结构40。绝缘体30位于阳极罐10和阴极罐20之间。分隔板70位于阴极结构40和阳极凝胶60之间，防止这两组分之间电接触。位于阴极罐20中的空气入口80允许空气进出电池交换。空气分散器50位于空气入口80和阴极结构40之间。
阳极罐10和阴极罐20卷边在一起形成有内部容积或电池容积的电池容器。阳极罐10的内表面82和隔板70一起形成阳极容积84。阳极容积84装有阳极凝胶60。阳极容积84的剩余部分是空隙容积90。阳极凝胶60、隔板70、和阴极结构40与空隙容积90组合充满电池容积。空隙容积90可在例如约7和10％之间改变。空隙容积增加可有助于减少电解质如KOH水溶液从电池中泄漏和减少因阳极室内产生气体所致压力上升。优选在电池1中掺入氢气再化合催化剂，可减小气体膨胀室所需空隙容积。因而，所述电池可填充更多的活性材料，从而可提高电池的输出能力。
所述阳极罐包括三层或双层材料。所述双层材料可以是有铜内表面的不锈钢。所述三层材料由在罐的内表面上有铜层而在罐的外表面上有镍层的不锈钢组成。所述阳极罐包括在内表面上的锡。某些实施方案中，所述锡位于阳极罐的内表面上与锌阳极的电解质接触。所述锡可以是所述罐内表面上的层。所述锡可以是所述罐内表面上的连续层。所述锡层可以是厚度在约1和12微米之间、优选在约2和7微米之间、更优选约4微米的镀层。所述锡可预先镀在金属条上或后镀于阳极罐上。例如，可通过浸镀(例如用来自Atotech的电镀溶液)使锡沉积。所述镀层可有光亮或无光表面。低孔隙度的层在低汞金属-空气电化学电池中可产生较少的气体。所述涂层可包括银或金化合物。
阴极罐由有内外镍层的冷轧钢组成。有一个绝缘体如绝缘垫挤压配合在阳极罐和阴极罐之间。所述绝缘垫可很薄以提高电池的容量。
所述罐的构型可有直壁型(其中阳极罐的侧壁是直的)或在壁较薄的罐(例如约4密耳厚)中的折叠型。在折叠型中，冲压所述罐的过程中产生的阳极罐的夹出边(clip-off edge)放在电池的上端、罐的外面、远离电池内部。折叠型可通过降低锌与阳极罐夹出边暴露的不锈钢接触的可能性而减少产生气体的可能性。直壁型可与L-或J-型绝缘体(优选J-型)一起使用，可将所述夹出边掩盖在绝缘体的角座中。采用折叠型时，所述绝缘体可以是L形的。
优选的阳极材料是锌。或者，所述阳极材料也可以是锡、铁、锰、和铅。阳极凝胶可含有例如锌和电解质的混合物。锌和电解质的混合物可包括胶凝剂如聚丙烯酸酯吸收剂，可帮助防止电解质从电池中泄漏并有助于使锌粒子悬浮在阳极内。适用的胶凝剂描述在例如US4 541871；US4 590 227或US4 507 438中。所述阴极结构包含可催化作为大气空气的组分通过阴极罐底部的入口进入电池中的氧气的还原作用的材料(例如活性炭和锰化合物)。电池内的总电化学反应导致锌金属被氧化成锌离子，来自空气的氧气被还原成羟离子。最终在阳极形成氧化锌或锌酸盐。在发生这些化学反应的同时，电子从阳极移至阴极，给装置提供电源。所述锌材料可以是空气或气体吹制或旋压成形的锌。适用的锌粒描述在例如1998年9月18日申请的USSN 09/156915、1997年8月1日申请的USSN 08/905 254、和1998年7月15日申请的USSN 09/115 867中，均引入本文供参考。所述锌可以是粉末。所述锌粒可以是球形或非球形的。例如，所述锌粒可以是针状的(有至少2的长径比)。
所述阴极结构有面向阳极凝胶的一侧和面向空气入口的一侧。所述阴极结构面向阳极凝胶的一侧由隔板覆盖。所述隔板可以是允许电解质接触所述空气阴极的多孔电绝缘聚合物如聚丙烯。所述阴极结构面向空气入口的一侧典型地由聚四氟乙烯(PTFE)膜覆盖，可有助于防止阳极凝胶风干和电解质从电池中泄漏。电池可还包括位于PTFE膜和空气入口之间的空气分散器或缓冲材料(blotter material)。所述空气分散器是有助于在PTFE膜和阴极罐之间保持空气扩散空间的多孔或纤维材料。
所述阴极结构包括集电器如金属丝网，其上放置阴极混合物。所述金属丝网与阴极罐电接触。所述阴极混合物包括用于还原氧气的催化剂如锰化合物。所述催化剂混合物由粘合剂(例如PTFE颗粒)、碳粒、和锰化合物的混合物组成。所述催化剂混合物可通过例如加热硝酸锰或使高锰酸钾还原产生氧化锰如Mn2O3、Mn3O4和MnO2制备。
储存期间，典型地用可取下的纸(removable sheet)(通常称为密封签)覆盖，它设置在阴极底部盖住空气入口限制空气在钮扣电池的内部和外部之间流动。使用者在使用前从阴极罐上剥去密封签而允许来自空气的氧气从外部环境进入钮扣电池内部。
使用期间，在锌阳极产生的剩余H2气透过所述氢气再化合催化剂的包封膜，扩散通过所述粘合剂，被所述氢气氧化材料和活化催化剂氧化。不希望受限于任何特定理论，相信所述活化催化剂使H2气均裂成两个氢原子。每个氢原子又接触并使所述氢气氧化材料还原而与一个氧原子键合，从而完成H2至H2O的氧化。电池的空隙容积和在电池内外之间流动的空气中存在于电池空隙空间中的环境氧气使所述氢气氧化材料再次氧化。
所述氢气再化合催化剂产生的H2O可被所述金属-空气电池再利用以部分地补偿电池的风干。当电池内的H2O蒸汽被吸入在电池内部和外部之间流动的空气中的时候，发生电池风干。当电池经历风干时，来自氢气再化合催化剂内的H2O通过渗透膜吸入电池中。
虽然图2中所示氢气再化合催化剂位于金属-空气电池的阳极侧，但所述氢气再化合催化剂可位于电池内任何位置。优选所述氢气再化合催化剂位于电池的阳极部分。
此外，可在没有粘合剂的情况下构造所述氢气再化合催化剂，即所述H2、O2和H2O蒸汽渗透膜包封所述氢气氧化材料和活化催化剂的混合物。或者，所述氢气氧化材料和所述活化催化剂可一起熔合在许多单个合金粒中，可用所述渗透膜包封每个合金粒。所述包覆的合金粒可分散在电池内，例如在阳极凝胶中或在罐的表面上。适用于包封单个合金粒的方法包括将所述膜喷涂在颗粒上、沉淀/反应涂布、有或没有后续热处理的气相沉积。
此外，所述氢气再化合催化剂可掺入任何类型或尺寸的金属-空气电池如圆柱形金属一空气电池中。圆柱形金属-空气电池的例子可见例如USSN 09/374 278，引入本文供参考。
实施例
实施例1
在玛瑙研钵中装入约98.9wt％CuO、约0.1wt％PtCl2、约1wt％RuCl3、和足量的蒸馏水形成稠糊。将所得混合物研磨，在烘箱中于71℃下干燥。干燥的混合物再研磨产生没有块的粉末。使约2.5g所得粉末与约0.4g GE II型硅橡胶和30滴矿物油精(以降低粘度)共混。将所得共混物等分成10份。使每一份分开地沉积在2.7密耳的聚乙烯膜上，在烘箱中于55℃下固化约3.5小时。将所述膜的一小段在所述固化材料上叠合，在脉冲式密封器热封形成聚乙烯封套。从封套上剪去多余的聚乙烯，称量这十个封套各自的重量。所述封套为约1cm×1cm×0.5cm。
如下测定所述氢气再化合催化剂的氢气吸收速率。将预先称重的各封套封入箔袋中。然后将所述袋抽空，在室温下加入已知量的氢气。通过定期测量所述箔袋的浮力监测被所述催化剂吸收的氢气量(即所述箔袋中氢气量的变化)130天。
所述氢气再化合催化剂以至少约0.5scc/g氢气再化合催化剂/天的速率消耗氢气至少130天。
实施例2
如实施例1中制造另一组用于氢气吸收试验电化学电池的氢气再化合催化剂，但各封套加催化剂/粘合剂混合物之总重为约35mg。如表1中所示，所述催化剂放在DA635锌-空气电池的阳极腔中不同位置。
在DA635阳极腔中填充约1.9g锌浆液，以传统方式组装成电池。各催化剂封套一般为方形的，边长不大于6mm。催化剂的总体积小于0.05cc使之放电后适合所述电化学电池内估计的空隙空间。其它尺寸的电化学电池中，封套体积应根据所涉及电池的阳极容积调节，即较小的阳极腔如DA5和DA10助听器电池中需要较小的催化剂封套。
使DA635试验电池以恒定的220Ω负载放电直至它们达到0.2V的截止值。放电后，将电池放入箔袋中，密封1周以收集可能从电池中逸出的任何气体。在箔袋中捕获的气体称为“袋气”，通过测量袋的浮力确定。由所述一周的储存期开始和结束时浮力的变化确定箔袋中捕集气体量的变化。一周后，将电池从袋中取出，穿孔使电池中残留的任何气体释放至另一箔袋中。从穿孔的电池中释放至箔袋中的气体量称为“电池内气体”。从电池中析出气体的总量是所述袋气和所述电池内气体之和。析出气体的总量不考虑在放电过程中从电池中逸出的任何气体。从而，相对于对照物测试所述氢气再化合催化剂的功效。
氢气吸收效能试验的结果示于表1中，其中作为氢气再化合催化剂在电池中的位置的函数报告析出气体量。催化剂封套靠在阳极罐上的时候，电池内气体量比对照物明显减少。没有氢气再化合催化剂的情况下，所述箔袋开始时有少量的捕集空气，通常随着氢气从电池中释放而膨胀。结果，对照实验的袋气量是正值。含氢气再化合催化剂的电化学电池中，袋中的一些气体被消耗；即所述氢气再化合催化剂使氢气(电池中产生的)和氧气(来自袋中的)转化成水，所述袋气是负值。所述封套靠在阳极罐上的时候，一些氢气直接被吸收而一些氢气与来自电解质和空气的氧气再化合。当封套向隔板移动时，再化合似乎显著增加，因为袋气变成逐渐增大的负值。
表I
试样 气体产量(cc)
袋 电池 总量
对照 0.62 0.88 1.50
封套靠在阳极罐上 -2.46 0.19 -2.35
封套在阳极中心 -5.16 0.75 -5.08
封套靠在隔板上 -9.48 0.89 -9.39
其它实施方案在权利要求书中。

Claims (22)

1.一种金属-空气电池，包括：
(a)阳极；
(b)包括可催化氧气的还原的材料的阴极；
(c)有允许氧气进入外壳与阴极接触的空气入口的所述阳极和阴极的外壳；
(d)在阳极和阴极之间的隔板；和
(e)在所述外壳内的氢气再化合催化剂，其中所述氢气再化合催化剂被氢气、氧气和水渗透膜包封。
2.权利要求1的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂包含以下化合物，该化合物是MnO2、CuO、Ag2O、BaO2、AgO、KMnO4、或AgMnO4。
3.权利要求2的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂包含CuO。
4.权利要求2的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂包含在75至85重量％之间的CuO。
5.权利要求1的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂还包括第VIII族金属或其盐。
6.权利要求5的金属-空气电池，其中所述第VIII族金属或其盐是Pd、Pt或Ru金属或其盐。
7.权利要求6的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂包括Pt和Ru盐。
8.权利要求7的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂包括PtCl2和RuCl3。
9.权利要求5的金属-空气电池，其中所述第VIII族金属或其盐的含量在0.05至6重量％之间。
10.权利要求9的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂包括在0.1至2重量％之间的Pd、Pt或Ru金属或其盐。
11.权利要求10的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂还包含在0.05至0.2重量％之间的Pt或其盐和在0.2至1.8重量％之间的Ru或其盐。
12.权利要求1的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂分散在粘合剂中。
13.权利要求12的金属-空气电池，其中所述粘合剂是硅氧烷。
14.前述权利要求1-11任一项的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂分散在粘合剂中，所述粘合剂和所述氢气再化合催化剂包封在氢气、氧气和水渗透膜中。
15.权利要求12或13的金属-空气电池，其中所述粘合剂和所述氢气再化合催化剂包封在氢气、氧气和水渗透膜中。
16.权利要求1的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂置于所述金属-空气电池的阳极侧。
17.权利要求1的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂包括Pd、Pt、Ru金属或其盐、和CuO，其中所述氢气再化合催化剂使高于所述Pd、Pt、Ru金属或其盐、和CuO的理论无氧氢气吸收极限量的氢气氧化。
18.权利要求17的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂使大于所述理论无氧氢气吸收极限量的2倍量的氢气氧化。
19.权利要求17的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂以至少0.5scc/g氢气再化合催化剂/天的速率使氢气氧化。
20.权利要求19的金属-空气电池，其中所述氢气再化合催化剂以所述速率使氢气氧化至少130天。
21.一种补充金属-空气电池内水含量的方法，所述方法包括：
在金属-空气电池中放置被氢气、氧气和水渗透膜包封的氢气再化合催化剂，所述金属-空气电池包括(a)阳极、(b)包括在电池被使用时可催化氧气的还原的材料的阴极、和(c)在阳极和阴极之间的隔板，其中所述氢气再化合催化剂在使氢气氧化成水的氧化阶段和使氧气还原而再生所述氢气再化合催化剂的氧化性的还原阶段之间周期性地循环。
22.权利要求21的方法，其中所述金属-空气电池是权利要求1的电池。
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10150385B4 (de) * 2001-10-11 2005-12-08 Ballard Power Systems Ag Brennstoffzellensystem
AU2003270671A1 (en) * 2002-09-12 2004-04-30 Metallic Power, Inc. Hydrogen management system for a fuel cell
US7211344B2 (en) * 2003-05-14 2007-05-01 The Gillette Company Fuel cell systems
US7544435B2 (en) * 2003-05-15 2009-06-09 The Gillette Company Electrochemical cell systems comprising fuel consuming agents
US7160647B2 (en) * 2003-12-22 2007-01-09 The Gillette Company Battery cathode
BRPI0418901A (pt) 2004-06-09 2007-11-27 Gillette Co agente de consumo de combustìvel
JP2008517447A (ja) * 2004-10-21 2008-05-22 ザ ジレット カンパニー 電池カソード
US20070148533A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Anglin David L Batteries
US8168321B2 (en) * 2008-02-29 2012-05-01 The Gillette Company Alkaline battery having a protective layer
US8182937B2 (en) * 2008-11-03 2012-05-22 The Gillette Company Battery having battery-life indicator with fragrance
US8334067B2 (en) 2009-01-13 2012-12-18 The Gillette Company Non-uniform conductive coating for cathode active material
JP5820158B2 (ja) * 2010-08-18 2015-11-24 セイコーインスツル株式会社 電気二重層キャパシタ及びその製造方法
JP5700696B2 (ja) * 2012-04-12 2015-04-15 日本電信電話株式会社 リチウム空気二次電池
MY174778A (en) * 2013-11-26 2020-05-14 Akme Eng Joint Stock Co System for purifying a gaseous medium of hydrogen and method for the use thereof
JP6313156B2 (ja) * 2014-07-31 2018-04-18 日本碍子株式会社 亜鉛空気二次電池
CN106898843A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属/空气电池用电解质及其制备和应用
US11228066B2 (en) 2016-07-22 2022-01-18 Form Energy, Inc. Mist elimination system for electrochemical cells
US11018387B2 (en) 2016-07-22 2021-05-25 Form Energy, Inc. Moisture and carbon dioxide management system in electrochemical cells
CN110731018B (zh) * 2017-04-10 2022-11-11 印记能源有限公司 印刷电化学电池的保护膜和封装电化学电池的方法
CN111573929B (zh) * 2020-04-26 2022-07-15 北京中矿未来科技集团有限公司 一种o3/光催化高级氧化高浓度废水反应系统及方法
CN112563625B (zh) * 2020-12-24 2021-12-10 郑州佛光发电设备有限公司 一种具有消氢加热功能的金属空气电池单体及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3893870A (en) * 1969-08-27 1975-07-08 Union Carbide Corp Hydrogen absorbing material for electrochemical cells
JPH07130404A (ja) * 1993-10-28 1995-05-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気電池

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3896042A (en) 1974-02-15 1975-07-22 Us Energy Low temperature, low pressure hydrogen gettering
US3963826A (en) 1974-02-15 1976-06-15 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Low temperature, low pressure hydrogen gettering
US4224384A (en) 1975-09-30 1980-09-23 Union Carbide Corporation Silver catalyzed manganese dioxide hydrogen gas absorber
DE2652152A1 (de) 1975-11-18 1977-09-15 Diamond Shamrock Techn Elektrode fuer elektrolytische reaktionen und verfahren zu deren herstellung
DE3013753A1 (de) 1980-04-10 1981-10-15 Varta Batterie Ag, 3000 Hannover Hydrophober katalysator fuer rekombinatoren
JPS58197684A (ja) 1982-05-11 1983-11-17 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 空気〜亜鉛電池
GB2234450A (en) 1989-07-25 1991-02-06 Uop Ltd Low temperature oxidation catalysts
SG47523A1 (en) 1990-05-09 1998-04-17 Battery Technologies Inc Catalytic recombination of hydrogen in alkaline cells
DE4039211C2 (de) 1990-12-08 1997-10-02 Varta Batterie Katalysatormatte für Rekombinatoren
JPH04242079A (ja) * 1991-01-09 1992-08-28 Furukawa Electric Co Ltd:The 亜鉛−塩素電池
US5432022A (en) 1993-11-12 1995-07-11 Dreisbach Electromotive Inc. Coated cathode for rechargeable metal battery
JPH07302623A (ja) * 1994-05-06 1995-11-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層形空気電池
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
US5506067A (en) * 1995-04-04 1996-04-09 Aer Energy Resources, Inc. Rechargeable electrochemical cell and cell case therefor with vent for use in internal recombination of hydrogen and oxygen
GB9622284D0 (en) 1996-10-25 1996-12-18 Johnson Matthey Plc Improved catalyst
JPH11339865A (ja) * 1998-05-22 1999-12-10 Sony Corp 空気電極及び空気電池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3893870A (en) * 1969-08-27 1975-07-08 Union Carbide Corp Hydrogen absorbing material for electrochemical cells
JPH07130404A (ja) * 1993-10-28 1995-05-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気電池

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US6500576B1 (en) 2002-12-31

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