CN1886855A - 带有流体调节系统的流体消耗式电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明是电化学电池组电池，其带有流体消耗电极如氧还原电极，以及流体调节系统。所述流体调节系统包括阀，其用于调节所述流体至所述流体消耗电极的通过速率。该阀通过促动器来操作，促动器对施加在所述促动器上的电位变化作出响应(例如通过变形)，以便打开或关闭所述阀。所施加的电位可为电池电位或调节的电位。施加在所述促动器上的电位可根据在流体消耗电极内的更多更少流体的需求而变化。该阀可包含在所述电池壳体中，例如设在所述流体消耗电极与所述电池壳体中的一个或多个流体进入端口之间，或者它可位于所述电池壳体外侧。

Description

带有流体调节系统的流体消耗式电池组
背景
本发明涉及用于控制流体如气体流出和流入带有流体消耗电极的电化学电池组和电池的速率的流体调节系统，以及其中使用了这种流体调节系统的电池组和电池，尤其是空气去极化式、空气辅助式的电池组和电池，以及燃料电池和电池组。
使用流体如来自电池外面的氧和其它气体作为活性材料来产生电能的电化学电池组电池、例如空气去极化式、空气辅助式的电池组电池以及燃料电池电池组电池可用于为各种便携式电子装置提供电能。例如，空气进入空气去极化式或空气辅助式的电池中，在这里它可用作正电极活性材料或可对该活性材料进行再充电。氧还原电极促进了氧与电池电解质的反应，最终有助于用氧来氧化负电极活性材料。氧还原电极中的促进了氧与电解质反应的材料常常称为催化剂。然而，用于氧还原电极中的一些材料不是真正的催化剂，这是因为它们会至少部分地还原，尤其是放电速率较高的情形下。
一种类型的空气去极化电池是锌/空气电池。这种类型的电池采用锌来作为负电极活性材料，并且具有碱性(例如KOH)的水电解质。可用于锌/空气电池空气电极中的氧化锰能够与负电极活性材料氧化同时地被电化学还原，尤其是当进入空气电极的氧扩散速率不足时。这些氧化锰因此可在低放电速率或不工作时被氧重新氧化。
空气辅助式电池是混合式电池，其包含可被消耗的正电极和负电极活性材料以及氧还原电极。正电极可维持高放电速率达很长一段时间，但通过氧还原电极，氧可在低放电或不放电期间部分地重新充填正电极，因此氧可用于总电池放电容量的很大一部分。这意味着进入电池中的一定量正电极活性材料可减少，并且负电极活性材料的量可增加，以便增大总电池容量。空气辅助式电池的示例公开于美国专利No.6383674和美国专利No.5079106中。
空气去极化式、空气辅助式电池和燃料电池具有高能量密度的优点，这是由于其中至少一个电极的至少一部分活性材料来自于电池外侧的流体(例如气体)或由其再生而成。
这些电池的一个缺点在于，它们的最大放电速率受到氧进入氧还原电极的速率的限制。在过去，已经采取了努力来提高氧进入氧还原电极的速率和/或控制会导致浪费性反应的非所需气体如二氧化碳的进入速率，以及控制水的进入或损耗速率(这取决于电池内外的水蒸气分压)，它们分别可填充预期用于容纳更大体积放电反应产物的电池中的空隙空间或者使电池干透。这些方法的示例可见美国专利No.6558828；美国专利No.6492046；美国专利No.5795667；美国专利No.5733676；美国专利公布No.2002/0150814；和国际专利公布号No.WO02/35641。然而，改变这些气体的其中一种的扩散速率一般也会影响其它气体的扩散速率。即使当采取了努力以便平衡高的氧扩散速率和低的CO2和水扩散速率时，也只是取得有限的成功。
在更高的放电速率下，更重要的是使足够的氧进入氧还原电极中，但在更低的放电速率和未使用电池时，降低CO2和水扩散速率的重要性也会增加。为了增加空气流入电池的流量，只有在高速率放电期间，才使用风扇来将空气鼓入电池中(例如美国专利No.6500575)，但所用的风扇和控制器会增加成本和制造的复杂性，并且风扇、即使是微型风扇也会占据单个电池、多个电池组和装置中的宝贵体积。
所提出的另一方法是使用阀来控制进入电池的空气量(例如，美国专利No.6641947和美国专利公布No.2003/0186099)，但需要外部装置例如风扇和/或比较复杂的电子元件来操作阀。
另一方法是在氧还原电极和外部环境之间使用水可渗透的膜，其具有可在空气压力差下打开和关闭的挡片(flap)，这种空气压力差例如来源于电池组放电时氧的消耗(例如，美国专利公布No.2003/0049508)。然而，这种压力差比较小，并且会受到电池组外面的大气压条件的影响。
鉴于以上所述，本发明的一个目的是提供一种带有流体消耗电极(例如氧还原电极)的电化学电池组电池，其具有流体调节系统，该流体调节系统允许在低放电速率和不放电期间电池的高速率放电，同时具有较低的电容损耗。
本发明的另一目的是提供一种带有流体消耗电极的电池组电池，其具有气体调节系统，该气体调节系统响应于流体的相对需求，而支持电池在不同速率下放电。
本发明的另一目的是提供一种具有流体消耗电极的电池所用的流体调节系统，其几乎不或完全不消耗电池放电容量来操作流体调节系统。
本发明的另一目的是提供带有流体调节系统的电池和电池组，该流体调节系统制造起来比较经济，并且几乎不需要或完全不需要电池或电池组中的额外容积。
概要
通过在电池组或电池中使用流体调节系统来调节流体可到达电池的流体消耗电极时的速率，从而实现了以上目的并且克服了现有技术的以上缺点。该调节系统响应于电池电位的变化。电位是施加在促动器上，促动器可根据电池电位的变化来打开和关闭阀。
因此，本发明的一方面是一种电化学电池组电池，其包括流体消耗电极、第二电极，以及壳体，该壳体带有一个或多个流体进入端口，以用于流体从中通过而进入电池和流体调节系统。流体调节系统包括用于调节流体进入流体消耗电极时的通过速率的阀，以及促动器，其能够随着施加在促动器上的电位变化而发生尺寸变化，以便操作阀。
本发明的第二方面是一种电化学电池组电池，其包括氧还原电极、第二电极以及壳体，该壳体带有一个或多个氧进入端口，以用于氧从中通过而进入电池和氧调节系统中。该氧调节系统包括用于调节氧进入氧还原电极的通过速率的阀，以及促动器，其能够随着施加在促动器上的电位变化而产生尺寸变化，以便操作阀。这种尺寸变化是促动器的弯曲、伸直、伸长和/或缩短。
本发明的第三方面是一种带有至少一个电化学电池的电池组，其包括流体消耗电极，壳体，该壳体具有至少一个流体进入端口，用于流体通过而进入电池和流体调节系统中。这种流体调节系统包括用于调节流体进入空气电极的通过速率的阀，以及促动器，其能够随着施加在促动器上的电位变化而产生尺寸变化，以便操作阀。
本领域的技术人员在参考以下描述、权利要求和附图之后，可以进一步理解和了解本发明的这些和其它特征、目的和优点。
除非特别指出，否则在本文中使用以下的定义和方法：
·电池内部构件(例如空气电极或隔离膜)的空气侧或表面是面向电池内空气分布间隔的那一侧或表面；
·物体的尺寸变化包括，物体的长度、宽度、深度、形状和体积中的至少一种的变化；
·流体消耗电极是采用来自于电池壳体外侧的流体来作为活性材料的电极；和
·非流动引发的阀是这样的阀，其不是用于迫使流体进入电池中的装置如风扇或泵的构件。
除非在本文中具体指出，否则所有公开的特性和范围都是在室温(20-25℃)下测定的。
附图简介
在附图中：
图1A是可用于流体调节系统的电容式促动器的一个实施例的侧剖视图；
图1B是图1A所示促动器的侧剖视图，其中电位施加在促动器上；
图1C是图1A所示促动器的侧剖视图，其中电位在与图1B所示相反的方向上施加在促动器上；
图2A是两个电极式的感应电流(faradaic)式促动器的一个实施例的剖视图；
图2B是图2A所示促动器的侧剖视图，其中电位施加在促动器上；
图3A是带有处于关闭位置中的挡片的阀的一个实施例的侧剖视图；
图3B是图3A所示阀的侧剖视图，其中挡片处于打开位置中；
图4A是阀的一个实施例的侧剖视图，其中包括有狭缝的挡片处于关闭位置中；
图4B是图4A所示阀的侧剖视图，其中挡片处于打开位置中；
图4C是图4B所示阀的顶视平面图，其中挡片处于打开位置中；
图5A是阀的一个实施例的侧剖视图，所述阀带有多个开孔和处于关闭位置中的相应挡片；
图5B是图5A所示阀的侧剖视图，其中挡片处于打开位置中；
图5C是图5A所示阀的顶视平面图，其中挡片处于关闭位置中；
图6A是阀一个实施例的顶视平面图，该阀包括可围绕公共轴线旋转的两个板，其中阀处于关闭位置中；
图6B是图6A所示阀的顶视平面图，其中阀处于打开位置中；和
图6C是图6B所示阀的侧剖视图，其中阀处于打开位置中。
描述
本发明的一个实施例是电化学电池组电池，其采用来自于电池外侧的流体(例如氧或另一气体)作为活性材料，而用于电极上。该电池具有流体消耗电极，例如氧还原电极。例如，电池可为空气去极化电池、空气辅助式电池或燃料电池。该电池具有流体调节系统，用于调节流体至流体消耗电极(例如空气去极化的和空气辅助式电池中的空气电极)的通过速率，以便从电池外侧提供足够量的流体，以用于电池在高速率或高功率下的放电，同时减少在低速率或不放电期间流体进入流体消耗电极以及电池中水的增加或损耗。
理想的流体调节系统将具有对电池电位变化的快速响应，长的循环寿命，与放电时的电池电压范围良好匹配的低工作电压，以及高的效率。另外，这种理想的调节系统将对被控制在关闭位置的流体具有低渗透性，与电池中所选的活性流体成比例地打开和关闭，只要求极少量的总电池放电容量，具有小的体积，并且在制造和结合在电池中时比较容易和便宜。
本发明在下文中用带有氧还原电极的空气去极化电池来作为示例，但本发明也可用于带有其它类型流体消耗电极的电池，例如燃料电池，其可使用来自于电池壳体外侧的各种气体来作为一个或两个电池电极的活性材料。
在空气去极化电池中，空气调节系统设在氧还原电极的空气侧上(即，在氧还原电极的可通往电池外侧空气的那部分表面上或作为其一部分)。该空气调节系统包括阀和促动器；在一些实施例中，单个构件可同时用作阀和促动器。电池电位施加在促动器上，使得电池电位(即，电池的负极和正极活性材料之间的测量电压)的变化可导致促动器运动，以便根据电位变化是减小还是增大，来打开或关闭阀。这样，电池电压越低(越需要氧来支持放电速率或功率要求)，则阀就会打开得越大，以便增加氧进入氧还原电极的进入速率。相反，电池电压越高(对氧的需要就越少)，则阀的关闭程度就越大，从而不仅降低了氧的进入速率，而且还降低了非所需气体(例如二氧化碳)的进入速率和水的进入速率或损耗速率(这取决于电池内侧相对于电池外侧的水在空气中的分压)。
促动器由柔性材料制成，这种柔性材料可因内应力或应变而变形，以便施加足以操作阀的作用力。内应力和应变可通过促动器内的物理变化而产生，例如不一致的体积变化，或通过电荷在促动器表面之上或之内的变化而产生。促动器的变形例如可以为弯曲、伸直、伸长或缩短。该柔性部件可为片张、杆或条带的形式。
促动器内不一致的体积变化的一个示例是，促动器一侧上的体积相对于另一侧上的体积而增加，例如当一侧上的体积增加而另一侧上的体积减小时，或当这两侧上的体积都增加但一侧比另一侧的体积增加得更多时。在这种情况下促动器可弯曲离开体积增加较大的那一侧。
不一致的体积变化可来源于促动器内的离子运动，这是通过施加在促动器上的电位变化而引起的。例如，当较高浓度的某一尺寸的离子在促动器的一区域内形成并且较高浓度的不同尺寸的离子在另一区域内形成时，就可能会出现不一致的体积变化。可以许多种方式来产生和改变高离子浓度的区域。
产生和改变促动器内离子浓度的一种方式是通过利用电容的变化，在比较薄的、平坦的促动器的一个表面(之上或其附近)的电荷发生变化。这种类型的促动器以下称为电容式促动器。在电容式促动器10的一个示例中，例如如图1A、1B和1C所示，促动器10用作双层电容器，此时相反的表面即电极层102，104上的电荷在电位施加于这些表面上时发生变化，此时在促动器内几乎没有或者没有感应电流反应。在图1A中，电容式促动器10上没有施加电位或施加上零电位，在图1B中，电位在一个方向上施加，在图1C中，电位在相反方向上施加。当正电荷施加在包含溶解盐的离子传导材料的一个表面上而负电荷施加在另一表面上时，阴离子可迁移并浓缩在相邻于所施加的正电荷的区域处，而阳离子可迁移并浓缩在相邻于所施加的负电荷的区域处。因此，改变促动器两侧之间的电位就可改变带相反电荷的离子的浓度，同时相应地改变各个浓度区域的体积，这取决于负离子和阳离子的相对尺寸，并且弯曲量可与电池电位的变化成比例。
促动器10的隔离膜层106是不导电的和离子传导的，以便盐离子可流动通过隔离膜。可以使用已知为用于电化学电池组电池和电容器的隔离膜材料的材料。这样的示例包括织造的织物和非织造织物，微孔膜和聚合物电解质材料。电容式促动器10的电极层102，104可由许多种类型的材料制成。用于电容式促动器的电极类型的示例包括，响应于化学或电化学刺激而产生相变并且伴随有体积变化的水凝胶(例如包括聚丙烯酸酯的水凝胶)，当电压施加在薄膜上时会变形的介电聚合物(例如由硅树脂或丙烯酸树脂类制成)，以及根据电化学引起的表面电荷而产生键伸长和缩短的碳纳米管。在采用碳纳米管的实施例中，相反电荷和不同离子半径的离子可在电极的导电纳米管之间运动，导致在促动器相反侧上的电极中的不同体积变化。如果有需要，可通过添加高度导电材料颗粒或例如通过金属的气相沉积而将高导电材料的薄涂层涂覆在电极的外表面上，来提高电解质层电导率。电极层还可包括粘结剂，用于将颗粒状电极材料保持在一起并将电极层粘附在隔离膜层上。
电解质包括溶剂，其与隔离膜和促动器的电极材料相容。盐可溶于溶剂中，从而提供了具有足够不同尺寸的阴离子和阳离子，以便在促动器的盐浓度溶液中可提供导致促动器产生预期弯曲、伸直、伸长和缩短所必需的电解质层体积变化。
包括碳纳米管的促动器的一个示例公开于Baughman等人的″碳纳米管促动器″，Science，第284卷，1999年5月21目，第1340-1344页。这种类型的促动器使用电解质填充的碳单层壁纳米管片张来作为电极。该片张包含多列纳米纤维，例如缠绕的纳米管或纳米管束。两片纳米管纤维片张粘附在离子传导但不导电材料片张的相反表面上。当直流电电位施加在促动器电极上并且促动器片张浸没在NaCl水电解质浴槽中时，促动器发生弯曲。弯曲的量和方向取决于相反促动器电极的电所导致的膨胀差异，并且弯曲是可逆的。促动器响应是近似线性的，其中所施加的电压在-0.4和+0.1伏之间。促动器也可在其它电解质溶液中操作，例如H2SO4的水溶液、乙腈或丙烯碳酸酯中的LiClO4，以及KOH水溶液。
这种碳纳米管促动器可采用单层壁的纳米管来制成，例如可采用Rice University，Houston，TX，USA的Tubes@Rice的水悬浮物。纳米管悬浮物被过滤(例如，用5μm孔的PTFE滤纸进行真空过滤来得到)，以便在干净的漏斗区域上留下高度缠绕的纳米管束片张。将片张用去离子水清洗，然后用甲醇清洗，以便除去残余的NaOH和表面活性剂。在连续的真空冲洗下进行干燥之后，将片张从滤纸上剥离。纳米管片张条被切开，并且粘附在离子传导隔离膜层(例如聚氯乙烯薄膜)的两面上，并且将合适的电解质盐溶液添加至促动器片张上。隔离膜层、电解质溶剂和盐的成分可根据其中使用了促动器的电池类型来选择。其它碳纳米颗粒，例如纳米瓶可取代纳米管。
电容式促动器也可由金纳米颗粒薄膜制成，例如公开于Raguse等人的″纳米颗粒促动器″，Advanced Materials，第15卷，No.11，2003年6月5日，第922-926页。促动器通过交联的金纳米颗粒形成，所述金纳米颗粒具有大约15纳米的平均直径，并且带有较短的双官能分子，例如胱胺盐酸盐。通过添加胱胺盐酸盐所形成的金纳米颗粒的聚团在具有200nm标称孔径的纳米孔径的聚碳酸酯径迹蚀刻(PCTE)膜片上真空过滤，从而在PCTE膜片上形成纳米颗粒薄膜层。从复合材料上切割下促动器条带。在含水的LiClO4浴槽中，施加+0.6伏的电位至纳米颗粒薄膜上，这会产生通过流入Cl-阴离子来平衡的正电荷，因此给双层电容充加电荷并导致纳米颗粒薄膜膨胀。膨胀导致促动器弯曲。这种类型的促动器可用有机的以及含水的电解质溶液来操作。
产生和改变促动器电极体积的另一种方式是通过使用感应电流反应，其中电化学反应是在促动器内通过施加或改变电压电位来引发的。这会要求一些电流从电池通过促动器，从而使用了电池的一部分放电容量。这种类型的促动器以下称为感应电流式促动器。反应产物所具有的体积不同于在促动器至少一侧上产生的反应物的体积。反应物和反应产物的相对浓度的变化导致其中所包含的促动器那部分的促动器体积的相应变化。
感应电流式促动器的一个示例是由具有两个电极层的复合膜片制成的可弯曲片张，在隔离膜的每一侧都包含一个电极层，并且各自包含电化学活性材料。这种类型的促动器以下称为两个电极式感应电流式促动器。当电池电位施加在膜片上时，就产生了感应电流式(例如，氧化-还原)反应。因为一个或两个促动器电极上的反应物和反应产物的体积差异，因此促动器电极的体积比就发生变化，从而导致促动器弯曲。如果感应电流反应是可逆的，那么促动器可反向弯曲。两个电极的成分可以相同或不同。当成分不同时，包含在电极中的可氧化的和可还原的材料可选择成使得当电池具有所需高电压时，促动器将处于关闭位置(例如伸直)，而当电池电压处于所选水平以下时，促动器处于打开位置(例如弯曲)。然而，如果电极成分相同，那么就使用控制器电路，以便当电池处于所需高电压下时，没有电位(即0伏电位)施加在促动器上。
两个电极式感应电流式促动器20的一个示例如图2A和2B所示。在图2A中，促动器20是笔直的，而在图2B中，促动器20是弯曲，这是因为通过在促动器上20上施加电位，会导致一个电极202的体积增大而另一电极204的体积减小。或者，一个电极202的体积可增加而另一电极204的体积没有变化，或者一个电极204的体积可减小而另一电极202的体积没有变化。
在两个电极式感应电流式促动器20中，电极202，204可包含导电的聚合物薄膜，例如可经受可逆氧化和还原的聚苯胺薄膜，以及设在电极202，204之间的用电解质来浸渍的隔离膜206。
另一类型的感应电流式促动器是一个电极式感应电流式促动器。这种类型的促动器是可弯曲的片张，其包括包含在柔性的、基本上惰性的基底一侧上的涂层中的可被可逆地氧化和还原的材料。涂层中材料的氧化和还原导致体积变化，从而导致促动器弯曲。
在一个电极式感应电流式促动器的一个实施例中，促动器涂层可用作电池中的氧还原电极。促动器可为电池中的唯一氧还原电极，或者它可为另一氧还原电极的一部分或与之组合在一起。可逆还原的材料是可与活性负电极材料直接反应并且被进入电池中的空气中的氧重新氧化的材料。在带有这种促动器的空气调节系统中，促动器可用作阀的一部分，如上所述。
在这种类型的一个电极式感应电流式促动器的一个示例中，可逆还原的颗粒材料通过粘结剂而被保持在一起并且粘附在基底上。导电材料也可包括在电极层中，以便提高其电导率。当空气调节系统处于电池中时，促动器电极层就处于基底的空气侧，并且与电池的负电极离子连通。电池的负电极用作促动器的一个电极，因此第二促动器电极层未施加在基底上。
当电池是碱性锌/空气电池时，可逆还原的材料可为氧化锰，其与EMD或CMD相比优选相对于锌具有更低的电位，常用于碱性锌/二氧化锰原电池的正电极，因此促动器将在锌/空气电池的正常电压范围下(例如0.9至1.4伏)下工作。其它金属氧化物如氧化铜以及导电聚合物如聚苯胺是可逆还原材料的示例。
另一类型的促动器是静电促动器。静电促动器因促动器两部分之间的静电引力变化而运动。静电促动器可快速地响应于促动器上的电位变化，其中几乎没有或没有电流。
在一个实施例中，静电促动器包括被薄绝缘层分隔开的两个导电层。至少一个导电层是薄的和可弯曲的，并且它通过制造过程中产生的应力梯度而最初弯曲成弯曲的形状。该第一导电层的一部分设置成贴靠在绝缘层和第二导电层上，而第一导电层的另一部分弯曲离开，以便用作挡片或盖子。第二导电层和绝缘层包含开孔，其设在第一导电层的弯曲部分之下。在导电层上施加电位导致在导电层之间的静电力，并且第一导电层的挡片部分被拉向第二导电层，从而关闭开孔。电池电压越大，则所施加的电位越大并且挡片关闭得越多。
在另一实施例中，静电促动器包括介电弹性体薄膜层，其夹在两个导电层之间。在促动器上施加电位在其中一个导电层上引发正电荷，而在另一导电层上引发负电荷。正电荷层和负电荷层之间的引力就挤压中间的弹性体层，导致它垂直于引力而膨胀。这种静电促动器的一个示例公开于Bar-Cohen的″作为人造肌肉的电活性聚合物-能力、可能性和挑战″，Handbook on Biometrics，YoshihitoOsada(总编辑)，段11，第8章，paper#134，NTS公司，2000年8月。如果促动器为条带的形状，那么两个导电层之间的引力增大和减小所分别导致的弹性体层的膨胀和收缩可导致条的相应伸长和缩短。
固态促动器的包括材料、结构和制造方法的示例公开于2002年5月2目公布的Shahinpoor等人的美国专利申请公布号No.2002/0050454中，其整个公开内容通过引用而结合于本文中。
促动器也可为复合促动器，其中不同类型的促动器的特征组合在一起。例如，两个促动器电极可由不同的材料制成，其中一个电极是电容式的，而另一个为感应电流式的。
如上所述，促动器响应于促动器上的电位变化所产生的运动可用于操作(打开和关闭)空气电池内调节系统的阀部分。阀可为可通过促动器的运动来操作的任何合适形式。
例如，阀可为这样的元件，其带有被较低氧渗透性区域包围的至少一个较高氧渗透性区域，并且具有覆盖了高氧渗透性区域的较低氧渗透性活动盖片。该盖片可运动，以便暴露出至少一部分高渗透性区域，以便从电池外侧可被空气接触到。可到达高渗透性区域的空气越多，阀就″打开″得越多，可到达高渗透性区域的空气越少，阀就″关闭″得越多。阀的打开或关闭程度可为高渗透性区域的外露表面积大小以及所形成的用于空气从中通过以便到达该区域的开口大小的函数。这些因素的全部或任一项都可通过移动盖片而受到影响。该阀可具有一个或多个高渗透性区域，各所述区域被低渗透性区域包围。这些层的材料都可设置成用于提供所需的氧、二氧化碳和水渗透性的组合。
在一个实施例中，可以使用单个盖片，或者与一个或多个高渗透性区域结合使用。在另一实施例中，多个盖片可与一个或多个高渗透性区域结合在一起使用。在另一实施例中，多个盖片可形成为单个构件，其中各盖片与单个高渗透性区域的一部分相关联，或者各盖片与单独的高渗透性区域相关联。
阀盖片的一个示例是挡片，其可远离或朝向所述高渗透性表面而运动。在完全关闭位置中，例如，挡片可覆盖高渗透性区域的整个表面，或者可覆盖高渗透性区域的仅仅一部分，以便提供足够的空气获取途径以便保持所需的最小电池电压。挡片可通过单独的促动器的运动而打开和关闭，或者挡片可为促动器本身的一部分。
挡片可设置成贴靠在氧还原电极的空气侧上。在这种情况下挡片可弯曲离开氧还原电极，以便通过打开并通往一部分空气分布间隔来暴露出更多的高渗透性区域。或者，挡片可设置成贴靠在壳体的其中设置有空气进入端口的那部分的内表面上。在这种情况下，挡片可弯曲进入促动器和氧还原电极之间的空气分布间隔中。挡片可为阀的单个高渗透性区域之上的柔性片张，或者它可为更大片张的一部分，其中挡片贯穿切开片张来形成，其提供了其中挡片可打开并远离片张的周围低渗透性部分的铰链(hinge)。
片张可以任何允许挡片打开的合适方式而一般保持就位。例如，可通过两个电池构件之间、例如氧还原电极周边部分与钮扣式空气电池中罩壳的内侧底面之间的力或压力，来保持较大片张。一部分片张可通过各种方式如压力粘结、热熔粘合和粘合剂粘合，而附贴在包围高渗透性区域的低渗透性区域上。
阀的高渗透性区域可为一个层，而低渗透性层可为复合结构的另一层。例如，高渗透性薄膜可部分地涂覆上低渗透性材料，从而留下高渗透性薄膜的一个或多个区域露出。在另一示例中，高渗透性材料的固体片张可被层压在低渗透性材料的片张上，该低渗透性材料片张具有切口，以便露出切口区域中的不连续高渗透性区域。
在另一实施例中，阀的高渗透性区域可为低渗透性材料的板或片张中的开孔。在这一实施例中，当阀处于关闭位置中时，盖片可设在开孔上方。或者，低渗透性片张可为这样的片张，其中一个或多个挡片通过部分地切开挡片区域周围的片张而形成于片张中；当挡片打开时，就形成了开孔。该实施例具有减少了空气调节系统中的部件数量的优点。
采用一个或多个挡片的阀的示例如图3A和3B；图4A，4B和4C；和图5A、5B和5C所示。
在图3A和3B中，相对较小的低渗透性促动器片张30在一个或多个点308处锚固在开孔312附近的低渗透性片张310上。促动器片张30为挡片的形式，其在处于关闭位置(图3A)中时覆盖住开孔312，并且弯曲至打开位置(3B)以便开启开孔312的至少一部分并且允许空气流过开孔312，如箭头314所示。
在图4A，4B和4C中，低渗透性促动器片张40粘附在开孔412附近的低渗透性片张410上。促动器片张40以完全包围开孔412的图案408而粘附在低渗透性片张410上。挡片通过狭缝416形式的切口而形成，该切口在促动器片张40覆盖开孔412之处穿过促动器片张40。在关闭位置(图4A)中，促动器片张40是平坦的，并且在狭缝416处几乎没有或没有开口，在打开位置(图4B和4C)中，狭缝416允许促动器片张40弯曲，以便狭缝416两侧的促动器片张40的部分周作挡片，以便打开开孔412。
在图5A，5B和5C中，较大的促动器片张50覆盖低渗透性板或片张510中的多个开孔512。多个挡片518形成于片张510中，其中一个挡片518处于每一开孔512之上，如顶视图(图5C)所示。在关闭位置(图5A)中，各挡片518覆盖相应的开孔512，在打开位置(图5B和5C)中，各挡片518弯曲，以便揭开相应开孔512的至少一部分。促动器片张50可在所选的点处或者一般在促动器片张50和挡片区域518外侧的高渗透性片张510的界面处，而粘附在低渗透性片张510上。
在具有至少一个挡片(未示出)的阀的另一示例中，促动器片张可具有覆盖多个开孔的单个挡片。当挡片继续朝着完全打开位置弯曲时，更多的开孔就开启，从而增加了空气可从中穿过而流过高渗透性片张或板的区域。
阀盖片的另一示例是两个或多个相邻板，其各自具有一个或多个可不同程度地对准以便改变从中穿过的开口尺寸的开孔。所述板是一般比较刚性的，以便在关闭位置中提供合适的关闭以及彼此可相对地移动，例如通过使其中一个板在另一板上水平地滑动，通过使其中一个板绕轴线旋转或通过使设置成虹膜形式的多个板滑动。在这些实施例中，阀的高渗透性区域可为相邻于或附贴在其中一个板表面上的一个或多个高渗透性薄膜的部分，或者高渗透性区域可仅仅为在开孔对准时穿过相邻板所形成的开口。
相邻板中的相应开孔可具有相同的或不同的尺寸和形状。例如，开孔可为圆形，棱柱形，楔形，或者这些开孔可具有任何其它的方便形状。
包括可围绕公共轴线旋转的两个板的阀的一个示例如图6A，6B和6C所示。板610a，610b都是低渗透性的。顶板和底板610a，610b包含开孔612a，612b，一个板610a中的开孔612a与另一板610b中的开孔612b具有相同的尺寸、形状和位置。在关闭位置(图6A)中，板610a，610b对准，以便一个板610a中的开孔612a被另一板610b完全地覆盖，而在打开位置(图6B和6C)中，一个板610a中的开孔612a与另一板610b中的开孔612b至少部分地对准，以便形成穿过这两个板的开孔。在该示例中，设有两个促动器60，其各自在一端附贴在中心轴线620上，并且设置成在另一端贴靠在从相邻顶板610a上突出的凸出部622上。当促动器60弯曲时，促动器60就推压在凸出部622上，以便围绕中心轴线620相对于底板610b来旋转促动顶板610a。
在包括两个相邻板的阀的另一示例中，两个相邻板中的至少一个是可滑动的，相邻板的边缘可成角或成形，以便当一个板相对于另一板滑动时，就形成了开口，并且开口的尺寸随着滑动的进行而变化。板的边缘可为笔直的，但彼此相对地简单地成角度，或者这些边缘可以任何方便的方式而切有槽口。
促动器片张可通过任何合适的制造工艺来制成。高速印刷工艺可用于制造促动器薄膜片张。旋转模具切割可用于在片张中形成切口，以便形成挡片。
阀的另一实施例是插塞，其被推压在容器壁的设有空气进入端口的内表面上，从而堵塞空气进入端口。插塞可由对氧、二氧化碳和水具有低渗透性的材料制成。插塞也可为弹性体，以便更好地顺应于容器表面和空气进入端口的边缘，从而当阀处于关闭位置时更好地密封端口。锥形插塞可用于对与电池电压成比例地打开和关闭空气进入端口而提供更好的控制。
空气调节系统可使用以上所公开的促动器和阀的适当组合，并且要考虑空气调节系统必须在内部电池环境中是稳定的，与所需的电池特性相容，并且能够装配在电池壳体内。促动器和阀的各种组合的实施例如下所公开。
在促动器和阀的一些组合中，促动器和阀是空气调节系统的单独构件，其中促动器的运动导致阀打开或关闭。
带有单独促动器和阀构件的空气调节系统的一个示例是这样的装置，其具有对氧、二氧化碳和水具备较低渗透性的插塞形式的阀。插塞设置成靠近电池壳体中的空气进入端口。促动器可使插塞运动至靠在电池壳体内表面上以便阻塞空气进入端口，或者使插塞移动离开以便开启该端口。该促动器可为任何合适的形式，例如可弯曲的片张或条带，或者可改变长度的杆或条带。
空气调节系统带有单独促动器和阀构件的另一示例是其中阀具有多个低渗透性层的系统，其中至少一个层是可滑动的，以便改变所述层的孔或其它高渗透性区域的对准，从而打开和关闭阀。促动器通过弯曲和伸直或通过伸长或缩短来运动，以便使其中至少一个阀层滑动。
在促动器和阀的其它组合中，促动器是阀的至少一部分。例如，促动器可为电容式促动器，其是同样为阀的柔性片张的形式。片张由具有较低氧渗透性的材料制成，并且片张被切开成图案，以便形成一个或多个挡片。各挡片保持连接在促动器片张的其余部分上，其中连接区域用作铰链，挡片可围绕该铰链弯曲而进入或离开片张其余部分的平面。当挡片向外运动时，在片张中也形成了开口，并且开口的尺寸与挡片移动了多远相关。或者，促动器片张定位在(例如通过层压而附贴)在低渗透性材料制成的第二片张上。当挡片向外开启而离开第二片张时，形成于促动器片张中的开口就露出第二高渗透性片张的至少一部分，以便提供空气可从中流过的高渗透性通路。
在另一示例中，促动器也是其中切割出一个或多个挡片的柔性片张。促动器片张相邻于高氧渗透性的片张；这两个片张可彼此粘附在一起。当挡片处于打开位置时，促动器片张的在挡片周围的部分也限定了围绕阀低渗透性区域的高渗透性区域。
可用于本发明的促动器和阀如以下示例所示。
                       示例1
制造一个电极式促动器条带，以用于测试。
电极混合物通过将75重量百分比的MnO2，20重量百分比的石墨和5重量百分比的聚四氟乙烯(PTFE)组合在一起而制成。MnO2是碱性电池组级的电解二氧化锰(EMD)，其可从美国俄克拉荷马州俄克拉荷马城的Kerr-McGee Chemical Corp.公司得到。石墨是KS6级的天然石墨粉末，其可从Timcal America，Westlake，OH，USA得到。PTFE是TFE6C级的TEFLON，其可从E.I.duPont de Nemours&Co.公司，Chicago，IL，USA得到。将这些成分采用研钵和研棒进行稍微的混合。
对于各促动器而言，足够的矿油精被添加至5克混合物中，以便混合物可形成为粘着的球。电极混合物的球采用Swest压榨机进行压轧，以便形成大约0.020英寸(0.508mm)厚、2英寸(5.08cm)长和3/8英寸(0.953cm)宽的电极条带。电极条带设在两个黄铜板之间，并且被施加上24000磅(10872kg)的负荷而将其压制成大约0.012英寸(0.0305mm)的厚度，然后切割成大约1又1/4英寸(3.175cm)长乘以3/8英寸(0.953cm)宽的尺寸。被切下的电极条带重约0.251克。大约3-3/16英寸(8.096cm)长、3/8英寸(0.953cm)宽和0.0094英寸(0.239mm)厚并且重约0.246克的镍丝网条带利用10000磅(4530kg)的力而被压在所切下电极条带的一个表面上，以形成其中镍丝网从一端延伸出的促动器条带。促动器条带的最终尺寸是大约1又1/4英寸(3.175cm)长，3/8英寸(0.953cm)宽以及0.0146英寸(0.371mm)厚，并且总重量为大约0.487克，这是因为在镍丝网嵌入过程中矿油精的较小损耗所导致的。
                     示例2
对各自如示例1中所述的两个促动器条带进行测试，以便确定当施加电位时，它们是否会可逆地弯曲和伸直。
制备促动器条带，以便用于测试。条带并排地设置，并且镍丝网彼此远离地并排设置。延伸出的丝网固定在一起，以便这两个促动器条带在测试过程中用作单个工作电极。促动器条带连同锌参考电极和Pt反电极一起，被浸没在包含KOH电解质水溶液的烧杯中。
对促动器均在大约0.01278安培下的恒流电流下进行交替的放电然后充电，对于总共4个放电/充电循环都是如此。第一放电持续了大约70分钟；随后的放电时间和全部充电时间各自为大约80分钟。观察促动器条带。这两个条带都产生弯曲，因此其自由端在放电过程中彼此远离地运动，然后伸直，使得自由端在充电过程中彼此相向地运动。
                     示例3
在测试之后，示例2中的两个促动器条带接受另外的放电和充电循环，各促动器条带在不同电压下电位恒定地进行放电和充电循环，以便确定在何种放电电压下，条带会以及不会移动开，以及在何种放电电压下，条带将会以及不会移动至在一起。结果见表1的概述。
                       表1
  放电   无电
  电压   观察结果   电压   观察结果
  1.20   弯曲   1.8   伸直
  1.25   弯曲   1.6   伸直
  1.30   弯曲   1.5   伸直
  1.45   部分伸直
  1.40   未弯曲   1.40   部分伸直
空气调节系统可设在电池壳体中。这就保护空气调节系统免受损坏。空气调节系统装置将设在氧还原电极的空气侧上，以便有效地控制空气流至氧还原电极的流量。空气调节系统可设置在电池壳体内的任何合适位置，只要它处于氧还原电极的空气侧。例如，空气调节系统可设置成贴靠在或以其它方式相邻于壳体的其中设有一个或多个空气进入端口的那部分的内表面；贴靠在或以其它方式相邻于氧还原电极；或相邻于并且处于另一电池构件的空气侧，例如氧还原电极的空气侧表面上的气体可渗透性片张。或者它可为氧还原电极本身的至少一部分，只要阀处于其空气侧上。
空气调节系统将以这种方式定位成使得阀可响应于电池电位的变化而打开和关闭。例如，如果阀包括一个或多个挡片，那么其它电池构件将不会阻止挡片打开和关闭。这可通过将空气调节系统定位成使得挡片通往壳体中的空气进入端口与氧还原电极之间的空气分配区域来实现。在一些实施例中，空气分配区域可处于空气调节系统的空气侧，而在一些实施例中，空气分配区域可处于另一侧(即氧还原电极侧)，并且在另一些其它实施例中，可以在空气调节系统的两侧都设有空气分配区域。
空气调节系统将电连接在电池的至少正电极上，以便使电池电位被施加在空气调节系统上。如果空气调节系统包括一个电极式促动器，那么该单个电极将仅仅电连接在电池的正电极上，但它也将与电池的负电极离子连通。如果空气调节系统包括两个电极式促动器，那么一个电极将电连接在电池的正端子上，而另一电极将电连接在电池的正端子上。
促动器电极和电池电极之间的电连接可以任何合适的方式来实现，这些方式提供了可靠的连接，并且不会导致电池正电极和负电极之间的完全电通路(例如内部短路)。
例如，一个促动器电极可与氧还原电极形成直接的物理和电接触，氧还原电极是电池的正端子或者电连接在电池的正端子上。在另一示例中，促动器电极可与电池壳体的与正电极电接触的导电部分形成直接接触。在另一示例中，电引线可用于提供与正电极的电接触。
电连接在电池负电极上的促动器电极可与电引线相连接。电引线可设置成围绕或穿过氧还原电极和/或正电极，只要该电引线与之电绝缘。
例如，将促动器电极连接在电池负电极上的电引线可为金属线或薄金属条带的形式，其中介电材料涂覆在电引线的可与正电极形成电接触(直接电接触，或者通过另一电池构件、例如电池壳体导电部分，正电极集电器或正电极电触点引线或弹簧而形成接触)的任何部分上。在另一示例中，连接在负电极上的电引线可为一个或多个薄金属层的形式，其印刷在或以其它方式沉积在一个或多个其它电池构件的一部分上，例如垫片表面、绝缘器、筒壳、罩壳等。介电材料层可涂覆在金属层上方和/或下方，以便提供与正电极的必要绝缘。
施加在促动器上以便操作空气调节系统阀的电位可源自电池内。例如，施加在促动器上的电位可为电池电位，如上所述。电池电位也可变化。如果需要更高的电压来产生足够的促动器尺寸变化，那么就可向上调节电池电位。调节电池电位可允许使用促动器所用的不同类型材料。增大电池电位例如可用控制电路来实现，以便逐步提高电池电压并且引发促动器的变形，以便操作阀。
控制电路可以其它方式来使用，以便监测氧的需要，然后在促动器上施加电位，以便打开或关闭阀。例如，控制电路可包括氧传感器，以便监测电池中的氧水平，它可用于监测电池电压，并且它可用于监测氧还原电极相对于单独参考电极的电位。施加在促动器上的电位可源自电池内(例如正、负电极之间的电位)，并且可根据需要而向上或向下调节，或者电位可源自电池外部(例如电池组或其它合适电源中的另一电池)。控制电路可印刷在或以其它方式施加在电池或电池组构件上，它可包括在电子元件芯片中，或者可以使用任何其它的合适设置。
为了最大程度地利用根据本发明的电池的内部体积，可以改进传统的电池构件，以便用作促动器和/或阀。一个示例是钮扣大小的碱性锌/空气电池，其中一个电极式促动器用于打开和关闭阀。该电池具有壳体，其包括筒壳、杯形件和垫片，垫片提供了筒壳和杯形件之间的密封。该电池具有包括活性材料锌的负电极，以及包括氢氧化钾水溶液的电解质。该电池具有作为正电极的空气电极，并且空气电极也用作空气调节系统。锌设置在杯形件之中，杯形件用作电池的负接触端子。空气电极设置在筒壳之中，筒壳用作电池的正接触端子。电绝缘的离子传导式隔离膜设在锌电极和空气电极之间。在筒壳的底面设有开孔，其用作空气可从电池外侧穿过其中而进入的空气进入端口。
空气电极包括作为可逆还原材料的氧化锰，其促进了来自电池外侧的氧与电解质的反应，以便负电极中的锌可被氧化。另外，空气电极还包含石墨和作为粘结剂的PTFE。金属丝网集电器压在空气电极空气侧的表面中，以便提供与筒壳的良好电接触。氧可渗透的疏水性膜片被层压在空气电极的空气侧上，以便防止液体电解质从负电极穿过空气电极和电池外侧而经过。在疏水性膜片和筒壳底部的内表面之间设有空气分布间隔，空气可通过该空气分布间隔而分散在疏水性膜片的较大区域上。
除了用作用于空气电极的集电器之外，金属丝网还用作柔性基底，其用于空气调节系统的促动器。包含氧化锰的空气电极混合物用作促动器电极。附贴在空气/促动器电极的空气侧上的插塞由弹性体材料制成。插塞设在空气分布间隔中，并且与空气进入端口对准。
当电池具有高电压并且可得到足够的氧时，空气/促动器电极中的氧化锰处于其正常的高氧化水平，并且插塞设置成贴靠在筒壳底部上，从而封闭空气进入端口。当电池电压较低并且需要额外的氧时，金属氧化物被锌直接还原。还原状态中的金属氧化物具有更大的体积，从而导致电极材料膨胀。这又导致空气/促动器电极向内弯曲，从而推压在隔离膜上，并且将插塞从空气进入端口上拉开。这就允许空气(和氧)进入空气分布间隔中，并且更快速地渗透穿过空气电极的疏水性层，从而允许更多的氧用于电池放电反应。随着对氧的需求减少，还原的氧化锰被重新氧化。在它被重新氧化时，空气/促动器电极体积降低，空气电极/促动器朝着其高电压位置向回移动，并且插塞朝着空气进入端口向回移动。当电池电压到达足够高的水平时，插塞就被推压在空气进入端口上，以便关闭空气进入端口。因此，与没有这种空气调节系统的电池相比，空气进入端口的尺寸可显著地增加，以便更好地满足高速放电的要求，而不会增加因CO2进入或水增加或消耗所导致的电容损耗，尤其是在非常潮湿的条件下。
空气调节系统可以各种方式结合在电池组中，这取决于空气调节系统、电池和电池组的类型和设计。本发明如上所述是针对这样的电池组，其中阀、促动器和控制电路包含在电池壳体中，例如包含在电池壳体和氧还原电极之间的其它间隔中。然而，也可以构思出本发明的其它实施例，其中阀、促动器、控制电路或其任何组合可设在电池外侧，例如设在电池壳体外表面与电池组包壳或罩壳之间。针对阀和促动器的最小体积要求使得这类实施例在其中电池和包壳或罩壳之间具有较小间隔的电池组中是可行的。
实施本发明的人员和本领域的技术人员可以理解，在不脱离所公开概念的本质的前提下，可以进行各种不同的修改和改进。所提供的保护范围由所附权利要求来确定，以及由相关法律所允许的解释范围来限定。

Claims (47)

1.一种电化学电池组电池，包括第一流体消耗电极、第二电极、壳体和流体调节系统，所述壳体包括一个或多个流体进入端口，所述流体通过所述流体进入端口而进入所述电池中，其中，所述流体调节系统包括：
阀，其用于调节所述流体进入所述流体消耗电极的通过速率；和
促动器，其能够随着施加在所述促动器上的电位变化而产生尺寸变化，以便操作所述阀。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，施加在所述促动器上的电位等于所述流体消耗电极和所述第二电极之间的电位。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述流体调节系统还包括控制电路，其用于监测所述壳体内的流体需求以及用于在所述促动器上施加所述电位。
4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述控制电路监测所述壳体内的流体容量。
5.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述控制电路监测所述流体消耗电极和所述第二电极之间的电位。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，施加在所述促动器上的所述电位大于所述流体消耗电极和所述第二电极之间的所述电位。
7.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述控制电路监测所述流体消耗电极和参考电极之间的电位。
8.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述控制电路设置在所述电池壳体中。
9.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述控制电路的至少一部分设置在所述电池壳体外侧。
10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池是用于操作所述阀的唯一电源。
11.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阀是非流动引发的阀。
12.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述促动器能够响应于所述促动器内的不一致体积变化而弯曲和伸直，所述体积变化由当施加在所述促动器上的电位变化时的离子运动所引发。
13.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述促动器能够响应于所述促动器内的不一致体积变化而伸长和缩短，所述体积变化由当施加在所述促动器上的电池电位变化时的离子运动所引发。
14.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述尺寸变化响应于所述促动器内的感应电流反应。
15.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述尺寸变化响应于所述促动器上的电容式充电。
16.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述促动器包括所述流体消耗电极的至少一部分。
17.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阀包括通路和挡片，所述挡片包括所述促动器的至少一部分。
18.根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述促动器包括带有多个挡片的单个片张。
19.根据权利要求18所述的电池，其特征在于，所述阀包括多个通路，所述通路各自具有相应的挡片。
20.根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述阀包括多个通路和单个挡片。
21.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阀包括至少一个通路，所述通路通过至少两个相邻板中每一板的至少一个孔口的至少部分对准来形成，所述促动器的响应改变所述板的相对位置，从而改变所述至少一个通路的尺寸。
22.根据权利要求21所述的电池，其特征在于，所述相邻板是圆盘，其被所述促动器驱动而围绕共同轴线旋转。
23.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阀包括通路和插塞。
24.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阀包括至少一个高渗透性的区域，其被对所述流体具有低渗透性的区域包围。
25.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阀包括至少一个开孔，其由对所述流体具有低渗透性的周围区域来限定。
26.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阀可以被所述促动器在打开和关闭方向上可逆地移动。
27.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阀和促动器设置在所述电池壳体中。
28.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阀设在所述流体消耗电极和所述壳体中的所述一个或多个流体进入端口之间。
29.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述流体是气体。
30.根据权利要求29所述的电池，其特征在于，所述气体包括氧，并且所述流体消耗电极是气体还原电极。
31.根据权利要求30所述的电池，其特征在于，所述电池是空气去极化电池。
32.根据权利要求30所述的电池，其特征在于，所述电池是空气辅助的电池。
33.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池是燃料电池。
34.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池是钮扣电池。
35.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池是圆柱形电池。
36.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池是棱柱形电池。
37.一种具有多个电池的电池组，其包括至少一个根据权利要求1所述的电池。
38.一种电化学电池组电池，包括第一氧还原电极、第二电极、壳体和氧调节系统，所述壳体包括一个或多个用于氧进入所述电池中的氧进入端口，其中，所述氧调节系统包括：
阀，其用于调节所述氧进入所述氧还原电极的通过速率；和
促动器，其能够随着施加在所述促动器上的电位变化而产生尺寸变化，以便操作所述阀，所述尺寸变化是选自弯曲、伸直、伸长和缩短中的至少一种。
39.根据权利要求38所述的电池，其特征在于，所述促动器能够响应于所述促动器内的不一致体积变化而弯曲和伸直，所述体积变化由当施加在所述促动器上的电池电位变化时的离子运动所引发。
40.根据权利要求38所述的电池，其特征在于，所述促动器能够响应于所述促动器内的不一致体积变化而伸长和缩短，所述体积变化由当施加在所述促动器上的电池电位变化时的离子运动所引发。
41.根据权利要求38所述的电池，其特征在于，所述尺寸变化响应于所述促动器内的感应电流反应。
42.根据权利要求38所述的电池，其特征在于，所述尺寸变化响应于所述促动器上的电容式充电。
43.根据权利要求38所述的电池，其特征在于，所述阀是非流动引发的阀。
44.一种包括至少一个电化学电池的电池组，所述电化学电池包括流体消耗电极、壳体和流体调节系统，所述壳体具有至少一个用于流体从中通过而进入所述电池中的流体进入端口，其中，所述流体调节系统包括：
阀，其用于调节所述流体进入所述流体消耗还原电极的通过速率；和
促动器，其能够随着施加在所述促动器上的电位变化而产生尺寸变化，以便操作所述阀。
45.根据权利要求44所述的电池组，其特征在于，所述阀和促动器中的至少一个包含在所述电池壳体中。
46.根据权利要求44所述的电池组，其特征在于，所述流体调节系统还包括控制电路，其用于监测所述壳体内的流体需求以及用于在所述促动器上施加所述电位。
47.根据权利要求46所述的电池组，其特征在于，所述控制电路包含在所述电池壳体中。
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