KR20040047856A - 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지 - Google Patents

재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20040047856A
KR20040047856A KR10-2004-7004370A KR20047004370A KR20040047856A KR 20040047856 A KR20040047856 A KR 20040047856A KR 20047004370 A KR20047004370 A KR 20047004370A KR 20040047856 A KR20040047856 A KR 20040047856A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
anode
rechargeable
metal
air
spacer
Prior art date
Application number
KR10-2004-7004370A
Other languages
English (en)
Inventor
체핀 차이
윌리암 모리스
조지 총-취 쳉
무구오 첸
Original Assignee
에비오닉스, 인크.
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 에비오닉스, 인크. filed Critical 에비오닉스, 인크.
Publication of KR20040047856A publication Critical patent/KR20040047856A/ko

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01M12/065—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 with plate-like electrodes or stacks of plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/668—Means for preventing spilling of liquid or electrolyte, e.g. when the battery is tilted or turned over
    • 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
    • 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
    • H01M10/4214—Arrangements for moving electrodes or electrolyte
    • 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
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/024—Insertable electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/42—Alloys based on zinc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/46—Alloys based on magnesium or aluminium
    • H01M4/463—Aluminium based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/76—Containers for holding the active material, e.g. tubes, capsules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

일 실시예에 있어서, 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드와 에어 캐소드, 제 3 전극 그리고 상기 애노드의 주요 표면과 적어도 일부분 이온 전달하기 위한 격리판을 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지는 방전 전지와 재충전 전지를 포함한다.
상기 방전 전지는 상기 에어 캐소드 구조에 삽입되었을 때, 상기 금속 연료를 금속 산화물의 전기화학 전환 공정동안 전기 에너지를 생산하는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 장착된 에어 캐소드 구조를 포함한다.
상기 재충전 전지는 상기 충전 전극 구조에 삽입되었을 때, 전기 에너지의 작용에 의해 상기 금속 산화물을 금속 연료로 전환하는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드(일반적으로 이러한 애노드가 방전된 이후에 또는 방전을 위한 상기 애노드의 최초 사용 이전에)를 수용하기 위하여 장착된 충전 전극 구조를 포함한다.
더욱이, 여러 가지 구조들이 상기 애노드의 감소를 촉진시키기 위하여 제공된다.

Description

재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지 {Rechargeable and refuelable metal air electrochemical cell}
전기화학 파워 소스는 전기화학 상호작용에 전기 에너지를 생성할 수 있는 장치들이다.
이 장치들은 아연 에어 및 알루미늄 에어 배터리와 같은 금속 에어 전기화학 전지들을 포함한다.
이러한 금속 전기화학 전지들은 방전하는 동안에 금속 산화물로 전환되는 금속으로 구성되는 애노드(anode)를 이용한다.
예를 들어, 재충전 가능한 몇몇 전기화학 전지들은 차후의 방전을 위하여 금속에 금속 산화물을 회복시키기 위하여 상기 애노드를 통하여 전류가 흐른다.
게다가, 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지들은 계속되는 방전을 위해애노드 물질이 대체되는 방식으로 구성된다.
일반적으로, 금속 에어 전기화학 전지들은 애노드, 캐소드(cathode)와 전해물을 포함한다.
상기 애노드는 일반적으로 전해물에 녹은 금속 입자의 형태이다.
상기 캐소드는 일반적으로 두가지 기능을 하는 반투성 막과 산소를 줄이기 위한 촉매층을 포함하여 구성한다.
상기 전해물은 일반적으로 전기 전도성이 아닌 이온 전도성의 부식성 액체이다.
금속 에어 전기화학 전지들은 통상적인 수소를 주성분으로 하는 연료 전지에 비하여 많은 장점들이 있다.
특히, 아연과 같은 연료는 금속 또는 산화물 형태로 풍부하게 존재하기 때문에 금속 에어 전기화학 전지들로부터 제공되는 에너지의 공급은 실질적으로 무한하다.
상기 금속 에어 전기화학 전지들의 연료는 고체 상태이므로, 취급이나 보관이 안정하고 용이하다.
수소를 주성분으로 메탄, 천연가스 또는 액화 천연가스를 사용하고 오염 가스를 배출하는 수소를 주성분으로 하는 연료 전지들과 상반되게, 상기 금속 에어 전기화학 전지들은 오염물질을 전혀 배출하지 않는다.
수소와 산소를 주성분으로 하는 연료 전지들은 통상적으로 150°C 내지 1000°C 의 온도 범위에서 작동하는 반면, 상기 금속 에어 전기화학 전지 배터리들은 대기온도에서 작동한다.
금속 에어 전기화학 전지들은 통상적인 연료 전지들의 출력전압(<0.8Volts) 보다 높은 출력전압(1-4.5Volts) 의 용량을 갖는다.
금속 에어 전기화학 전지들의 바람직하고 편리한 구성은 "기계적재충전(mechanical recharging)"이라 불리 우는 전기화학 소비를 대체하기 위해 교환되는 고체 카드 형상이다.
그러나, 기계적 재충전 또는 재보급이라 알려진 금속 에어 전지들은 상기 기계적 재충전과 조합되어 전기적 재충전의 능력이 없었다.
전기적으로 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지 시스템에 대한 종래기술의 문제는 아직 해결되지 않았다.
본 발명은 금속 에어 전기화학 전지에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지 및 이를 이용하기 위한 애노드 어셈블리에 관한 것이다.
도 1A-1C는 금속 에어 전지의 일반적인 방전 및 충전 상태를 도시한다.
도 2A는 재보급 및 재충전 가능한 모듈의 일반적인 실시예를 도시한다.
도 2B-2D는 재보급 및 재충전 가능한 모듈을 이용하는 예시적인 구성요소를 도시한다.
도 3은 재보급 모듈과 재충전 모듈을 포함하는 재보급 및 재충전 가능한 시스템의 일반적인 실시예를 도시한다.
도 4A-4D는 재보급 모듈과 재충전 모듈을 포함하는 재보급 및 재충전 가능한 시스템의 제 1 실시예를 도시한다.
도 5A-5D는 재보급 모듈과 재충전 모듈을 포함하는 재보급 및 재충전 가능한 시스템을 이용하는 예시적인 구성요소를 도시한다.
도 6A-6D는 전해물 관리와 에어 관리를 포함하는 유체 관리 시스템을 도시한다.
도 7A-7B는 하나 또는 그 이상의 애노드 구조를 제거하기 위한 그립핑(gripping) 구조를 도시한다.
도 8A-8C는 재보급 모듈과 재충전 모듈을 포함하는 재보급 및 재충전 가능한 시스템의 제 2 실시예를 도시한다.
도 9A-9C는 재보급 모듈과 재충전 모듈을 포함하는 재보급 및 재충전 가능한 시스템을 이용하는 예시적인 구성요소를 도시한다.
도 10A-10C 및 11A 와 11B는 전해물 관리와 에어 관리를 포함하는 유체 관리 시스템을 도시한다.
상술한 종래기술의 문제점들은 본 발명에 의해 제공되는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지 시스템의 몇몇 방법 및 장치에 이해 해결되고 완화된다.
일 실시예에 있어서, 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드 및 캐소드, 제 3 전극과 상기 애노드 주요 표면의 적어도 일부분과 이온 전달을 하는 격리판을 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지는 방전 전지와 충전 전지를 포함한다.
상기 방전 전지는 에어 캐소드 구조에 삽입시, 금속 연료를 금속 산화물로 변환시키는 전기화학 변환 공정동안에 전기 에너지를 생산하는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 장착된 에어 캐소드 구조를 포함한다.
상기 재충전 가능한 전지는 충전 전극 구조에 삽입시, 전기 에너지에 의해 금속 산화물을 금속 연료로 전환하는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드(일반적으로, 애노드가 방전된 이후, 또는 방전에 의한 애노드의 초기 사용 이전)를 수용하기 위하여 장착된 충전 전극 구조를 포함한다.
더욱이, 상기 애노드의 재보급을 촉진시키기 위한 많은 구조들이 제공된다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과들은 하술 하는 상세한 설명 및 도면으로부터 본 발명 분야의 당업자에 의해 이해된다.
작동 구성요소와 전지 작동의 일반적인 설명
재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지가 제공된다.
일반적으로, 상기 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지는 금속 연료 애노드 및 에어 캐소드, 제 3 전극과 이온 전달을 허용하고 상기 애노드와 캐소드 사이에서 전기적 절연을 유지하는 하나 또는 그 이상의 격리판을 포함한다.
더욱이, 상기 애노드의 재보급을 촉진시키는 구조가 제공된다.
도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
상세한 설명을 명확히 하기 위하여, 도면에 도시된 실시예와 다른 실시예의 유사한 특징에 대해서는 유사한 도면부호를 사용한다.
도 1A는 전기화학 전지(100a)의 개략적인 도면이다.
전기화학 전지(100a)는 금속이 금속 애노드 구조(112)로부터 제공되고 산소가 캐소드(114)로 제공되는 금속 산소 전지가 가능하다.
상기 애노드(112)와 캐소드(114)는 상기 격리판(116)에 의해 서로 전기적으로 절연된 상태로 유지된다.
상기 전지와 그 안에 포함되는 구성요소들의 형상은 정사각형 또는 직사각형으로 한정하는 것은 아니고 관형, 구형, 원형, 타원형, 다각형 또는 기타 바림직한 형상을 갖을 수 있다.
더욱이, 상기 전지 구성요소가 도 1에 수직적으로 도시 되어 있으나, 상기 전지 구성요소의 형상(즉, 수직, 수평, 경사)은 변형 가능하다.
방전이 진행되는 동안, 상기 에어 또는 다른 소스로부터의 산소는 상기 금속 에어 전지(100a)의 에어 캐소드(114)용 반응물로써 이용된다.
산소가 상기 캐소드(114) 내 반응 구역에 도달하면, 물과 함께 수산기 이온으로 전환된다.
이와 동시에, 외부 회로에 전기로써 통하기 위하여 전자가 방출된다.
상기 수산기는 상기 금속 애노드(112)에 도달하기 위하여 상기 격리판(116)을 통해 이동한다.
수산기가 상기 금속 애노드(애노드(112)가 아연으로 형성될 경우에)에 도달할 때, 아연의 표면에 아연 수산화물이 형성된다.
아연 수산화물은 아연 산화물로 분해되고 물을 알카리성 용액으로 다시 방출한다. 따라서 반응이 종료된다.
애노드의 반응은 아래와 같다.
캐소드의 반응은 아래와 같다.
따라서, 최종 전지 반응은 아래와 같다.
상기 애노드(112)는 일반적으로 금속 그리고/또는 금속 산화물과 집전기와 같은 금속 구성요소를 포함하여 구성한다.
재충전 가능한 전지에 있어서, 금속 산화물과 금속 구성요소의 조합을 포함하는 포뮬레이션을 이용하는 것은 종래기술로써 공지된 것이다.
부가적으로 이온 전도 매질이 상기 애노드(112)에 제공된다.
더욱이, 몇몇 실시예에 있어서, 상기 애노드(112)는 교결제(膠結劑) 그리고/또는 적절한 첨가제를 포함하여 구성한다.
바람직하게는, 상기 포뮬레이션은 순환 과정동안 형상 변화를 최소화하는 동시에, 이온 전도비, 용량, 밀도와 방전의 전체 농도를 최적화 한다.
상기 금속 구성요소는 아연, 칼슘, 리튬, 마그네슘, 철을 함유하는 금속, 알루미늄, 산화물 중 적어도 하나를 포함하거나 상기 금속들의 적어도 하나를 포함하는 합금인 금속과 금속 혼합물을 포함하여 구성할 수 있다.
이러한 금속들은 비스무스, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 인듐, 납, 수은, 갈륨, 주석, 카드늄, 게르마늄, 안디늄, 셀레늄, 탈리늄과 위 금속의 산화물 중 적어도 하나를 포함하거나 또는 구성요소의 적어도 하나를 포함하는 합금인 금속과 금속 혼합물인 바, 상기 금속에 한정하는 것은 아니다.
상기 금속 구성요소는 분말(powder), 섬유(fibers), 가루(dust), 미립(granules), 플레이크(flakes), 니들(nedles), 펠릿(pellets) 또는 다른 입자의 형태로 제공된다.
몇몇 실시예에 있어서, 아연 합금 금속과 같은 특정 미립 금속은 금속 구성요소로써 제공된다.
상기 전기화학 공정에서의 전환 동안, 상기 금속은 일반적으로 금속 산화물로 전환된다.
상기 애노드 집전기는 전기 전도성을 제공할 수 있는 능력이 있고 부가적으로 상기 애노드(112)에 도움을 줄 수 있는 능력이 있는 어떠한 전기적 전도성 물질이 가능하다.
상기 집전기는 구리, 황동, 스테인레스스틸과 같이 철을 함유하는 금속, 니켈, 탄소, 전기적 전도성 폴리머, 전기적 전도성 세라믹, 이외 전기적 전도성 물질로써 알카리성 환경하에서 안정적이고 상기 전극을 부식 시키지 않는 전기적으로 전도성이 물질이 가능한 바 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 물질의 조합이나 합금도 가능하다.
상기 집전기는 망상, 다공성 판, 금속 포말, 스트립, 와이어, 판 또는 적절한 구조로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 몇몇 실시예는 파워 출력 단자로써 상기 집전기를 활용한다.
일반적으로 상기 이온 전도 매질은 수산기가 상기 금속과 금속 혼합물에 도달하기 위한 결로를 제공하기 위하여 알카리성 매질을 포함하여 구성한다.
상기 이온 전도 매질은 액체 전해물 용액이 보관되기 적절한 전해조(電解槽) 형태가 가능하다.
몇몇 실시예에 있어서, 전해물의 이온 전도양은 애노드(112)에 제공된다.
상기 전해물은 일반적으로 KOH, NaOH, LiOH, 기타 물질 또는 상기 전해물 매질의 적어도 하나를 포함하는 조합과 같은 포함하여 구성한다.
특히, 상기 전해물은 대략 5% 내지 55%의 농도를 갖는 이온 전도물질, 바람직하게는 10% 내지 50%의 농도를 갖는 이온 전도물질, 보다 바람직하게는 30% 내지 45%의 농도를 갖는 이온 전도물질인 수성의 전해물을 포함하여 구성할 수 있다.
그러나, 당업자에 의해 각각의 성능에 적합한 다른 전해물들이 대신 사용될 수 있다.
상기 애노드(112)의 부가적인 교결제는 주로 상기 애노드의 구성요소를 특정형상을 갖는 고체 또는 실질적으로 고체 형상을 유지시킨다.
상기 교결제는 일반적으로 적절한 구조를 형성하기 위하여 상기 애노드 물질과 상기 집전기를 접착 시키는 어떠한 물질도 가능하고 일반적으로 상기 애노드의 접착 목적을 위하여 적절한 양이 제공된다.
이 물질은 상기 전기화학 환경하에 화학적으로 비활성인 것이 바람직하다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 교결제는 가용성이거나 물 속에서 유제(乳劑)를 형성하며, 전해물 용액 내에서는 용해되지 않는다.
적절한 교결제 물질로는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene: 예를 들면, Teflon과 Teflon T-30 E.I. duPont Nemours and Company Corp., Wilmington, DE에서 상업적으로 판매됨)을 주성분으로 하는 폴리머(polymers) 와 공중합체(copolymers), 폴리비닐 알코올(PVA: polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌 산화물(PEO: polyethylene oxide), 폴리비닐피롤리돈(PVP: polyvinylpyrrolidone)과 이와 유사한 물질을 포함하는 바, 이에 한정하는 것은 아니고 상기 교결제 물질을 적어도 하나 포함하는 유도체, 조합과 혼합물을 포함한다.
그러나, 본 기술분야의 당업자는 다른 교결제 물질도 사용 가능하다는 것을 인지할 수 있다.
부가적인 첨가제는 부식을 방지하기 위하여 제공된다.
적절한 첨가제 물질로는 인듐 산화물, 아연 산화물, EDTA, 소듐스테아르산염(sodium state)과 같은 계면활성제, 칼륨러릭황산염(potassiumLauryl sulfate), Triton Union Carbide Chemical & Plastic Technology Corp., Danbury, CT에서 상업적으로 판매됨)와 다른 계면활성제를 포함 하는 바, 이에 한정하는 것은 아니고 상기 첨가제 물질을 적어도 하나 포함하는 유도체, 조합과 혼합물을 포함한다.
그러나, 본 기술분야의 당업자는 다른 첨가제 물질도 사용 가능하다는 것을 결정할 수 있다.
상기 캐소드(114)에 제공되는 산소는 에어, 정화된 에어, 유니트나 시스템 또는 산소 제조공장에서 생성된 순수 또는 실질적인 산소, 압축 에어, 또는 상기 산소 소스의 적어도 하나를 포함하는 조합과 같은 산소 소스로부터 생성된다.
캐소드(114)는 집전기와 같은 적절한 연결구조를 갖으며 일반적으로 활성 구성요소와 탄소 기판을 포함하여 구성되는 통상적인 에어 확산 캐소드이다.
한편, 상기 캐소드(114)는 방전과 충전에 모두 적절한 두가지 기능을 갖는 전극을 포함하여 구성될 수 있다.
통상적으로, 상기 캐소드 촉매는 대기하에서 적어도 20mA/cm2의 전류밀도, 바람직하게는 적어도 50mA/cm2, 보다 바람직하게는 적어도 100mA/cm2에 도달되는 것이 선택된다.
당연히, 높은 전류밀도는 적절한 캐소드 촉매와 포뮬레이션으로부터 달성될 수 있다.
상기 캐소드(114)는 방전과 충전 모두 동작 가능한 두가지 기능을 갖는다.
상기 사용되는 탄소는 바람직하게는 전기화학 전지 환경에 대하여 화학적으로 비활성이고 여러 가지 형태로 제공될 수 있는 바, 이에 한정하는 것은 아니고 탄소 플레이크, 그래파이트, 다른 높은 표면 영역을 갖는 탄소 물질 또는 상기 탄소의 형태를 적어도 하나 포함하여 구성되는 조합을 포함한다.
상기 캐소드 집전기는 부가적으로 상기 캐소드(114)에 도움을 제공할 수 있으며 전기 전도도를 제공하고, 바람직하게는 알카리성 용액 내에서 화학적으로 안정한 어떠한 전기적 전도성 물질이 가능하다.
상기 집전기는 망상, 다공성 판, 금속 포말, 스트립, 와이어, 판 또는 다른 적절한 구조로 형성될 수 있다.
상기 집전기 일반적으로 산소 흐름의 방해를 최소화하기 위하여 다공성이다.
상기 집전기는 구리, 스테인레스스틸과 같이 철을 함유하는 금속, 니켈, 크롬, 티타늄 및 상기 물질 중 적어도 하나를 포함하여 구성하는 조합과 합금의 다양한 전기적 전도성 물질로 형성되는 바, 이에 한정하는 것은 아니다.
적절한 집전기는 니켈 포말 금속과 같은 다공성 금속을 포함한다.
더욱이, 상기 애노드를 수용하기 위하여 형성된 구조에 당연히 에워 싸여지는 캐소드와 상기 에워 싸여진 캐소드의 주름에 제공되는 집전기가 실시예로써 도시 되었다(도 9A 참조).
또한, 상기 캐소드 내에 적절한 구조를 형성하기 위해 일반적으로 사용되는 바, 상기 교결제는 상기 기판 물질, 집전기와 촉매를 접착 시킬 수 있는 어떠한 물질도 가능하다.
상기 교결제는 일반적으로 상기 탄소, 촉매 그리고/또는 집전기의 접착 목적을 위하여 적당한 양이 제공된다.
이 물질은 전기화학 환경 하에 화학적으로 비활성 물질인 것이 바람직하다.
또한, 몇몇 실시예에 있어서, 상기 교결제는 공수(恐水) 특성을 갖는다.
적절한 교결제 물질로는 폴리테트라플루오로에틸렌(예를 들면, Teflon과 Teflon T-30 E.I. duPont Nemours and Company Corp., Wilmington, DE에서 상업적으로 판매됨)을 주성분으로 하는 폴리머와 공중합체, 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리에틸렌 산화물(PEO), 폴리비닐피롤리돈(PVP)과 이와 유사한 물질을 포함하는 바, 이에 한정하는 것은 아니고 상기 교결제 물질을 적어도 하나 포함하는 유도체, 조합과 혼합물을 포함한다.
그러나, 본 기술분야의 당업자는 다른 교결제 물질도 사용 가능하다는 것을 인지할 수 있다.
상기 활성 구성요소는 일반적으로 상기 캐소드(114)에서 산소 반응을 촉진시키기 위한 적절한 촉매 물질이다.
상기 촉매 물질은 일반적으로 상기 캐소드(114)에서 산소 반응을 촉진시키기 위하여 적당한 양이 제공된다.
적절한 촉매 물질은 망간, 란탄, 스트론듐, 코발트, 플래티늄과 상기 촉매 물질의 적어도 하나를 포함하여 구성하는 산화물을 포함하나 이에 한정하는 것은 아니다.
에어 캐소드에 관한 예는 발명자가 Wayne Yao와 Tsepin Tsai이고 본 출원인과 동일한 미국특허 6,368,751 "연료전지용 전기화학 전극(Electrochemical Electrode For Fuel Cell)"에 자세히 기술되어 있는 바, 본 특허출원에 참조되어 있다.
그러나, 본 기술분야의 당업자에 의해 각각의 성능에 적합한 다른 에어 캐소드가 대신 사용될 수 있다.
상기 캐소드(114)로부터 애노드(112)를 전기적으로 절연시키기 위하여 상기 전극 사이에 격리판(116)이 제공된다.
상기 격리판(116)은 애노드 어셀블리를 형성하기 위하여 적어도 상기 애노드(112) 주요 표면의 일부분 또는 상기 애노드(112) 주요 모든 면에 물리적 그리고 이온 접촉을 하도록 배치된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 격리판(116)은 애노드(112)에 근접하게되는 캐소드(114)의 표면과 물리적 그리고 이온 접촉을 하도록 배치된다.
상기 격리판과 애노드 사이의 물리적 그리고 이온 접촉은 상기 애노드(112)의 하나 또는 그 이상의 주요 표면에 상기 격리판의 직접적 접합, 상기 격리판(116)과 함께 상기 애노드(112)의 덮음, 프레임 안에 상기 애노드(112)가 격리판(116)에 접착되거나 다른 구조로 상기 애노드(112)의 구조적 도움을 위한 프레임 또는 다른 구조의 이용 또는 상기 프레임 안에 애노드(112)가 배치되거나 다른 구조로 상기 격리판(116)이 프레임에 접착되거나 다른 구조에 의해 달성된다.
상기 애노드(112)와 캐소드(114) 사이에 충분한 이온 전달을 허용하는 반면, 격리판(116)은 상기 애노드(112)와 캐소드(114)를 전기적으로 절연시킬 수 있는 통상적으로 이용할 수 있는 격리판이다.
바람직하게는, 상기 격리판(116)은 상기 전지 구성요소의 전기화학적 팽창과 수축을 수용할 수 있도록 탄력적이고 상기 전지 케미칼에 화학적으로 비활성이다.
적절한 격리판은 엮어진, 엮어지지 않은, 다공성(마이크로 다공성 또는 나노 다공성), 세포질, 폴리머 시트와 이와 유사한 형태로 제공되나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 격리판용 물질은 폴리올레핀(polyolefin: 예를 들면, Gelgard Dow Chemical Company에서 상업적으로 판매됨), 폴리비닐알콜(PVA), 셀룰로오스(cellulose: 예를 들면, nitrocellurose, cellulose acetate), 폴리프로필렌, 폴리아미드(예를 들면, 나이론), 탄화불소 형식의 레진(예를 들면, Nafion 술폰기 산을 갖는 레진의 종류로써 duPont에서 상업적으로 판매됨), 셀로판, 필터종이와 상기 물질의 적어도 하나를 포함하여 구성되는 조합을 포함하나 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 격리판(16)은 상기 전해물에 대하여 보다 젖음성을 갖고 삼투성을 갖도록 첨가제 그리고/또는 아크릴 혼합물과 같은 물질을 포함하여 구성한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 격리판(16)은 수산화물을 전도하는 전해물과 같은 전해물을 갖는 막을 포함하여 구성한다.
상기 막은 아교질의 알카리성 물질과 같은 수산화물 소스를 지지할 수 있는 물리적 특성(예를 들면, 다공성), 수성 전해물과 같은 수산화물 소스를 지지할 수 있는 분자 구조, 이온 교환 막과 같은 이온 교환 특성 또는 상기 수산화물 소스를제공할 수 있는 특성들의 하나 또는 그 이상의 조합에 의한 수산화물 전도 성질을 갖는다.
일반적으로 상기 전해물(상기 격리판(116)이 모든 변화에 있어서)은 상기 금속 애노드와 캐소드 사이에서 이온 전도를 허용하기 위하여 이온 전도 물질을 포함하여 구성한다.
상기 전해물은 일반적으로 KOH, NaOH, LiOH, RbOH, CsOH 또는 상기 전해물 매질의 적어도 하나를 포함하는 조합과 같은 포함하여 구성한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 수산하물 전도 물질은 KOH를 포함하여 구성한다.
특히, 상기 전해물은 대략 5% 내지 55%의 농도를 갖는 이온 전도물질, 바람직하게는 10% 내지 50%의 농도를 갖는 이온 전도물질, 보다 바람직하게는 30% 내지 45%의 농도를 갖는 이온 전도물질인 수성의 전해물을 포함하여 구성할 수 있다.
격리판(116)으로써 적합한 전도성 막의 바람직한 실시예들은 1999년 2월 26일 Muguo Chen, Tsepin Tsai, Wayne Yao, Yuen-Ming Chang, Lin-Feng Li와 Tom Karen이 출원한 미국특허 출원번호 09/259,068 "고체 젤 막(Solid Gel Membrane)", 2000년 1월 11일 Muguo Chen, Tsepin Tsai와 Lin-Feng Li이 출원한 미국특허 6,358,651 "재충전 가능한 전기화학 전지의 고체 젤 막 격리판(Solid Gel Membrane Separator in Rechargeable Electrochemical Cells)", 2001년 8월 30일 Robert Callahan, Mark Steven과 Muguo Chen이 출원한 미국특허 출원번호 09/943,053 "폴리머 메트릭스 물질(Polymer Matrix Material)"과 2001년 8월 30일 RobertCallahan, Mark Steven과 Muguo Chen이 출원한 미국특허 출원번호 09/942,887 "폴리머 메트릭스 물질을 포함하는 전기화학 전지(Electrochemical Cell Incorporating Polymer Matrix Material)"에 상세히 설명되어 있으며 이것들은 모두 본 특허출원에 참조되어 있다.
이러한 막들은 일반적으로 수용성 에틸렌 불포화 아미드와 산 그리고 부가적으로는 수용성 또는 수팽창성 폴리머, 또는 PVA와 같은 강화 작용제 그룹으로부터 하나 또는 그 이상의 단량체의 중합반응 부산물을 포함하여 구성되는 폴리머 물질로 형성된다.
이러한 막들은 상기 액체 전해물의 완성에 의한 높은 이온 전도성 때문에 바람직할 뿐 아니라 금속 에어 전기화학 전지의 재충전을 위한 적절한 격리판을 제공할 수 있도록 수지상 결정에 대하여 저항하고 구조적인 지지를 제공한다.
상기 중합된 부산물은 지지 물질 또는 기판에 형성될 수 있다.
상기 지지 물질 또는 기판은 폴리올레핀, 폴리비닐 알코올, 셀룰로오스 또는 나일론 같은 폴리아미드와 같은 엮어진 또는 엮어지지 않은 섬유이나 이에 한정하는 것은 아니다.
더욱이, 상기 중합된 부산물은 상기 전지의 애노드 또는 캐소드 상에 직접적으로 형성될 수 있다.
상기 전해물은 상기 단량체들의 중합반응 이전에 첨가되거나 중합반응 이후에 첨가될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전해물은 단량체를 포함하는 용액, 부가적인 중합반응기폭제와 상기 중합반응의 부가적인 강화 요소에 첨가될 수 있고, 상기 중합반응 이후 상기 중합 물질에 내재되어 남게 된다.
반대로, 전해물이 연속적으로 포함되는 상기 중합반응은 상기 전해물 없이 달성될 수 있다.
상기 수용성 에틸렌 불포화 아미드와 산 단량체는 methylenebisacrylamide, acrylamide, methacrylic acid, acrylic acid, 1-vinyl-2-pyrrolidinone, N-isopropylacrylamide, fumaramide, fumaric acid, N,N-dimethylacrylamide, 3,3-dimethylacrylic acid와 vinylsulfonic acid의 sodium salt 또는 상기 단량체의 적어도 하나를 포함하여 구성하는 조합을 포함한다.
강화 요소로써 작용하는 상기 수용성 또는 수팽창성 폴리머는 polysulfone (anionic), poly(sodium 4-styrenesulfonate), carboxymethyl cellulose, poly(styrenesulfonic acid-co-maleic acid)의 dodium salt, corn starch, 어떠한 수용성 또는 수팽창성 폴리머 또는 상기 수용성 또는 수팽창성 폴리머 중 적어도 하나를 포함하여 구성하는 조합을 포함한다.
상기 강화 요소의 첨가는 폴리머 구조의 기계적 강도를 향상시킨다.
부가적으로, 교차 작용제(crosslinking agent)는 methylenebisacrylamide, ethylenebisacrylamide, 어떠한 수용성 N,N'-alkylidene-bis(ethylenically unsaturated amide), 다른 교차제, 또는 상기 교차 작용제 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 조합을 포함한다.
중합반응 기폭제는 ammonium persulfate, alkali metal persulfate와peroxides, 다른 기폭제들 또는 상기 기폭제들 중 적어도 하나를 포함하여 구성하는 조합을 포함한다.
더욱이, 기폭제는 자외선, X-선, r-선을 포함하는 복사와 같은 복사 생성 방법과 함께 사용된다.
하지만, 상기 복사 그 자체가 중합반응을 시작하기에 충분한 힘을 갖는다면, 상기 화학적 기폭제가 첨가될 필요가 없다.
상기 폴리머 물질을 형성하는 한가지 방법에 있어서, 상기 선택된 섬유는 단량체 용액(이온을 포함하거나 포함하지 않는)에 적셔지고, 상기 용액이 코팅된 섬유는 냉각되고 중합반응 기폭제가 부가적으로 첨가된다.
상기 단량체 용액은 가열, 자외선, r-선, X-선, 전자빔으로 조사되거나 상기의 조합에 의해 중합되어 폴리머 물질이 형성된다.
상기 이온이 중합된 용액에 포함될 때, 상기 수산화물 이온(또는 다른 이온)은 중합반응 이후에 용액으로 남게 된다.
더욱이, 상기 폴리머 물질이 이온을 포함하지 않을 때, 상기 폴리머 물질이 이온 용액에 적셔지는 방식으로 첨가된다.
상기 막의 중합반응은 일반적으로 상온에서부터 약 130°C 범위 내에서 수행되나, 약 75°C 내지 100°C 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다.
부가적으로, 상기 중합반응은 가열과 동반하여 복사를 이용하여 수행된다.
이와 다르게, 상기 중합반응은 상기 복상의 강도에 따라 구성요소의 온도 상승 없이 복사 그 자체만 이용하여 수행될 수 있다.
중합반응에 사용되는 유용한 복사 방식의 예들은 자외선, r-선, X-선, 전자빔 또는 상기 방식의 조합을 포함하나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 막의 두께를 제어하기 위하여, 상기 코팅된 섬유는 중합반응 이전에 적당한 몰드에 위치된다.
이와 다르게, 상기 단량체 용액으로 코팅된 섬유는 유리와 폴리에틸렌 테라프탈레이트(PET: polyethylene teraphthalate)와 같은 적당한 필름 사이에 위치될 수 있다.
각각의 적용에 있어서의 효율성에 근거하여, 본 기술분야의 당업자에게 상기 필름의 두께를 변화할 수 있다는 것은 자명하다.
예를 들어, 에어로부터 산소를 분리하는 것과 같은 몇몇 실시예에 있어서, 상기 막 또는 격리판은 약 0.1mm 내지 0.6mm의 두께를 갖는다.
실질적 전도 매질이 상기 폴리머 후면(backbone) 내 수성의 용액에 남아있기 때문에, 상기 막의 전도도는 상온이 매우 높을 경우에 액체 전해물의 전도도와 비교될 수 있다.
상기 일반적으로 기술한 바와 같이, 상기 격리판은 상기 애노드 그리고/또는 애노드의 하나 또는 그 이상의 표면과 접촉하는 방식으로 접착되거나 배치된다.
도 1B를 참조하면, 금속 에어 전기화학 전지용 재충전 전지(100b)가 도시된다.
상기 전지(100b)는 이온 접촉되고 격리판(116)과 전기적으로 절연된 애노드(112)와 충전 전극(115)을 포함한다.
작동 중, 소비된 애노드 물질 또는 상기 충전 전극(115)과 이온 접촉하는 새로운 충전 가능한 애노드 구조(즉, 산화 금속을 포함함)는 새로운 애노드 물질(즉, 금속)과 충전 전극(115)과 애노드(112)를 통해서 파워 소스(예를 들면, 금속 에어 시스템용으로 2volts 이상)의 적용에 의해 산소로 전환된다.
상기 충전 전극(115)은 망상, 다공성 판, 금속 포말, 스트립, 와이어, 판 또는 다른 적절한 구조와 같은 전기적 전도 구조로 구성된다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 충전 전극(115)은 이온 전달을 허용하기 위하여 다공성이다.
상기 충전 전극(115)은 구리, 스테인레스스틸과 같이 철을 함유하는 금속, 니켈, 크로늄, 티타늄 및 이와 같은 물질과 상기 물질 중 적어도 하나를 포함하여 구성하는 조합 등 여러 가지의 전기적 전도 물질을 포함하는 바, 이에 한정하는 것은 아니다.
적당한 충전 전극은 니켈 분말 금속과 같은 다공성 금속을 포함한다.
한편, 충전이 상기 전극(112, 114)를 통한 전압의 적용을 통해 달성되는 두가지 기능을 하는 전극(114)이 상기 전지(100a)에 이용될 수 있다.
그러나, 방전 전극이 충전 전극보다 두배로 필요할 때, 방전 수명과 효과는 일반적으로 상당히 감소하기 때문에, 이러한 구조는 바람직하지 않다.
방전과 재충전이 모두 가능한 금속 에어 전지(100c)가 형성되고 충전 전극(115)과 방전 에어 캐소드(114) 두가지를 포함하는 구성이 도 1C에 도시 된다.
상기 전지(100c)는 이온 접촉을 하는 애노드(112)와 캐소드(114)를 포함한다.
더욱이, 중전 전극(115)는 상기 애노드(112)와 이온 접촉하며 배치되는 바, 격리판(117)에 의해 상기 캐소드(114)로부터 전기적으로 절연되고 격리판(116)에 의해 상기 애노드(112)로부터 전기적으로 절연된다.
격리판(116, 117)은 동일하거나 다를 수 있다.
상기 충전 전극(115)이 존재하므로, 상기 캐소드(114)는 단일 기능을 수행하는 전극이다(예를 들면, 상기 충전 전극(115)이 충전을 하는 동안 방전을 하는 방식).
작동 중, 상기 충전 전극(115)과 이온 접촉하는 소비된 애노드 물질(즉, 산화된 금속)은 새로운 애노드 물질(즉, 금속)과 충전 전극(115)과 소비된 애노드 물질을 통해서 파워 소스(예를 들면, 금속 에어 시스템용으로 2volts 이상)의 적용에 의해 산소로 전환된다.
통합된 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지 시스템의 일반적인 실시예
도 2A를 참조하면, 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지 시스템(200)과 지지 구조(240)에 의해 제거 및 재충전 가능한 다수의 애노드 구조(212)가 도시 된다.
상기 시스템(200)에서, 다수의 애노드 구조(212)는 방전되고 동일한 유니트내에서 충전된다.
상기 시스템(200)은 일반적으로 상기 제거 및 재충전 가능한 애노드 구조(212)를 수용하기 위하여 각각 구성되고 규격화된 다수의 수용 구조를 포함하고, 상기 애노드 구조를 충전 및 방전 가능하다.
통합된 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지 시스템용 예시적 시스템 및 구조
도 2B 참조하면, 개별적인 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지(210)의 분해도가 도시 된다.
일반적으로 상기 전지(210)는 애노드(212)가 통상 한 쌍의 활성 캐소드부(214A, 214B) 사이에 제공되는 단극 전지이다.
더욱이, 제 3 충전 전극(215A, 215B)은 각각 상기 캐소드(214A, 215B)와 애노드(212) 사이에 배치된다.
항 쌍의 격리판(216A, 216B)은 상기 애노드(212)의 두 주요 표면과 이온 전달을 위해 배치된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 격리판(216A, 216B)은 상술한 바와 같이 전해물이 내재된 막을 포함하여 구성한다.
이러한 막은 상기 제 3 전극(215A, 215B)로부터 애노드(212)를 절연시킬 뿐만 아니라, 상기 제 3 전극(215A, 215B)으로 향하는 상기 애노드(212)로부터의 수지상 결정을 최소화하거나 제거할 수 있다.
이러한 수지상 결정 형성은 전기적 절연을 유도하므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 전지(210)는 일반적으로 상기 제 2 전극(215A, 215B)와 캐소드(214A, 214B) 사이에 일정 간격을 각각 제공하기 위한 한 쌍의 스페이서(220) 포함한다.
도 2C를 참조하면, 애노드 어셈블리(211)가 도시 된다.
상기 애노드 어셈블리(211)는 일반적으로 지지 프레임(222) 안에 또는 상면에 제공되는 애노드 물질(212) 영역을 포함한다.
몇몇 실시예에 있어서, 한 쌍의 격리판(216A, 216B)은 상기 애노드 물질(212)의 주요 표면 반대편에 제공된다.
더욱이, 상기 애노드 어셈블리(211)의 구조적 지지와 에어의 유입, 가스의 배출 그리고/또는 전기적 연결을 제공하기 위한 캡부(224)가 제공된다.
상기 도시된 바와 같이, 전형적인 프레임(222)은 에어의 유입과 가스의 배출을 허용하기 위한 세개의 오프닝(227)과 상기 애노드에 연결하기 위한 전기적 전도 요소의 통로를 허용하기 위한 두개의 오프닝(228)을 포함한다.
한 쌍의 스페이서(220A, 220B)는 일반적으로 상기 애노드 물질(212)과 캐소드(214) 사이에서 물리적 절연을 유지하기 위하여 상기 애노드 물질(212)의 양 반대면에 형성된다.
상기 스페이서(220A, 220B)는 다수의 연장부를 포함하는 바, 예를 들면, 상기 스페이서(220A, 220B)의 상부를 통해 연장된(도 2C에 도시됨) 막대를 포함한다.
이러한 연장부는 일반적으로 상부명(224)의 대응하는 오프닝과 짝을 이루고 너트와 같은 조임수단에 의해 고정된다.
다른 실시예에 있어서, 다수의 오프닝은 상기 스페이서와 함께 유지되기 유하여 상기 스페이서(220A, 220B)의 하부에 제공된다.
이러한 실시예는 격리판(216A, 216B)이 그 안에 전해물을 내재한 막을 포함하여 구성할 때, 특히 유용하다.
상술한 바와 같이, 상기 애노드 어셈블리(211)는 애노드 물질과 격리판(바람직하게는 전해물을 포함하는 막)을 포함한다.
한편, 제 3 전극은 각각의 애노드 어셈블리(211)에 포함된다(하술할 상응하는 전지 몸체(230)에 포함되기 보다는).
예를 들면, 상기 애노드와 충전 전극은 통합형 애노드 어셈블리(211)로써 함께 삽입되고 제거될 수 있도록, 상기 애노드 물질(212)에 배치된 격리판에 둘러싸인다.
이러한 구성에 있어서, 상기 충전 전극(215)은 상기 애노드 어셈블리(211)에 삽입되고 제거되는 반복에 의한 수명을 연장시킬 수 있도록 충전 전극 뿐만 아니라 구조적 지지로써 역할을 한다.
도 2D를 참조하면, 전지 몸체(230) 내에 삽입된 상기 애노드 어셈블리(211)를 포함하는 재보급 및 재중전 가능한 전기화학 전지(210)가 도시 된다.
몇몇 실시예에 있어서, 전해물 전해조가 이온 전도 매질로써 이용되는 경우에 상기 전지 몸체는 다량의 전해물을 포함하도록 구성된다.
일반적으로 도 2B에 도시된 바와 같이, 제 3 전극은 상기 몸체(230) 내재될 수 있거나 상술한 바와 같이, 상기 애노드 어셈블리(211)에 내재될 수 있다.
한 쌍의 캐소드(214A, 214B)는 상기 전지 몸체(230)의 양 반대면에 배치된다.
상기 전지 몸체(130)는 재충전을 위한 충분한 전해물을 포함하기 위하여 상기 전지 몸체(230)의 각 단부에 전해불 수조를 제공하는 구성이 바람직하다.
상기 전해물 수조를 밀봉하기 위하여 상기 전지 몸체(230)는 적절한 밀봉부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 전지(210)에서 발생되는 열을 제거하기 위하여 상기 전지 몸체(230)에 하나 또는 그 이상의 히트싱크가 제공될 수 있다.
더욱이 열을 제거하기 위한 방전동안에 전해물이 순환될 수 있다.
상기 애노드 어셈블리(211)가 제 3 전극 또는 한 쌍의 제 3 전극을 포함할 경우에, 상기 전체적인 어셈블리는 상기 전지 몸체(230)로부터 제거된 이후에 별도의 전해물 탱크에서 전기적으로 충전될 수 있다.
따라서, 전지(210)는 상기 방전된 애노드 어셈블리(211)가 재충전되는 동안에 다른 애노드 어셈블리(211)와 함께 재보급 된다.
이러한 시스템은 최소한의 하드웨어를 가지고 상기 애노드 어셈블리(211)의 재생을 촉진시킨다.
분리된 방전 및 충전 모듈을 적용한 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지의 일반적인 실시예
도 3은 전지 방전 시스템(302)과 전지 충전 시스템(352)를 포함하는 금속 에어 전기화학 전지 시스템(300)의 일반화된 도면이다.
두개의 시스템(302, 352)은 하나 또는 그 이상의 수용 구조를 구성하고, 하나 또는 그 이상의 애노드 구조(312)를 수용하기 위하여 규격화 된다.
도시된 바와 같이, 상기 전지 방전 시스템(302)으로부터의 애노드 구조 첫번째 그룹의 용량이 감소되면, 그 그룹은 인근의 전지 충전 시스템(352)로 이동하거나 별도의 전지 충전 시스템(352)으로 이동되며 애노드 구조의 새로운 두번째 그룹이 상기 전지 방전시스템(302)에 삽입된다.
이러한 방식으로, 사용자가 금속 에어의 전기적 재충전을 기다려야 하는 시스템에 반하여, 소비된 금속 전지를 제거하고 새로운 금속 연료를 삽입하는데 필요한 시간의 중단을 최소화하여 상기 전지 방전 시스템(302)으로부터 파원가 생성된다.
또한, 애노드를 해체하고 헤쳐진 방식으로 금속 연료를 재생한 후, 새로운 애노드를 생산하기 위해 그 물질을 사용하는 방식으로 제거된 애노드는 손상되지 않고 전기적으로 재충전되지 않는 통상적으로 공지된 시스템과는 다르다.
따라서, 사용자에 전기적으로 충전하기 위해 필요한 일련의 공정들보다 편리하게 교환과 전기적 재충전을 제공한다.
분리된 방전 및 충전 모듈을 적용한 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지 시스템용 예시적 시스템 및 구조
방전 및 충전 모듈의 제 1 실시예
상기 방전 및 충전 모듈은 다양한 구조적 타입의 재보급 및 재충전 가능한 금속 에어 전기화학 전지 시스템에 사용된다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 방전 및 충전 모듈은 통합형 방전 모듈과 통합형 충전 모듈을 구성하기 위하여 필수적으로 다수의 개별 전지 구조들과 함께 정열되고 관계를 갖도록 구성된다.
예를 들어 도 4A와 4B를 참조하면, 금속 에어 전기화학 전지 방전 모듈의 일 실시예가 도시 된다.
일반적으로 도 4A는 상기 금속 에어 연료가 제거된 모듈(302) 그리고 4B는 상기 금속 에어 연료가 삽입된 모듈(302)을 보여준다.
상기 금속 에어 전기화학 전지 방전모듈(302)은 일반적으로 다면적인 형상으로 정열된 다수의 전기화학 방전 전지(310)를 포함한다.
각각의 전기화학 방전 전지(310)는 활성 에어 캐소드(미도시됨)과 캐소드 전기 단자(318)를 갖는 에어 캐소드 구조(314)와 집전기(미도시됨)로부터 연장된 L 형상의 버스(L-shaped bus)를 포함하는 바, 상기 캐소드 구조(314)의 일면에 장착되는 애노드 전기 단자(328)와 L 형상의 버스(L-shaped bus)가 결합한다.
상기 다수의 전기화학 방전 전지(310)는 하술할 에어의 흐름과 전해물 포착을 위하여 함께 결합되고 유체 관리유니트에 장착된다.
상기 애노드 구조(320)는 충전 시스템(352)(도 4C에 도시됨) 내 상응하는 충전 전지(355)에 삽입되어 상기 전기화학 전지의 방전을 방해하거나 새로운 애노드 구조, 충전된 애노드 구조 또는 회복된 애노드 구조(이하, "재보급" 이라 칭함)와 함께 상기 애노드 구조를 교체하기 위하여 제거될 수 있다.
도 4C를 참조하면, 충전 유니트(352)가 도시 된다. 상기 충전 유니트(352)는 제거 및 재충전 가능한 애노드 구조(320)를 유지하기 위하여 형성되고 규격화된 다수의 충전 전지(355)(예를 들면, 도 1B에 도시된 기능을 수행함)를 포함한다.
외부 전류는 버스(358)를 통하여 충전전극과 버스(360)를 통하여 애노드에 공급되는 바, 각각의 애노드 단자(324)는 버스(360)와 애노드 단자(324) 사이에 전기적 연결을 허용하기 위하여 오프닝(362)과 짝을 이루도록 형성된다.
충전 전극은 각 전지(355) 내에 작동 가능하도록 장착되고, 삽입되었을 때 애노드 어셈블리(320)와 이온 교환을 위해 장착된다.
한 쌍의 충전 전극이 애노드의 모든 주요 표면으로부터 충전되기 위하여 각 애노드 어셈블리(320)에 제공되는 것이 바람직하다.
한편, 충전 전극이 제거 및 재충전 가능한 애노드 어셈블리(320)에 내재될 경우에, 각 충전 전지(355)는 충전 전극을 포함하는 애노드 어셈블리가(320) 충전 전지(355)에 삽입될 때 상기 충전 전극에 전류가 공급되는 것을 허용하기 위하여 적절한 전기적 연결 구조를 포함한다.
몇몇 실시예에 있어서, 충전 작동은 액체 전해물과 함께 수행되므로 상기 충전 전지는 전해물을 유지하기 위하여 구성되고 규격화된다.
도 4D를 참조하면, 유체 관리 유니트가 없는 전기화학 전지 방전 모듈(302)이 도시 된다.
기계적 보전과 전해물 누설의 발생을 최소화하거나 제거하기 위하여, 다수의 전지(310)(애노드 구조(320)를 포함하지 않음)가 결합되고 통합형 모듈에 주형(鑄型) 된다.
상기 주형은 순수 주형, 스핀 주형 또는 다른 적절한 제조 방법이다.
상기 주형은 전해물 관리와 에어 관리를 위해 구멍(aperture)을 제외한 전체 구조에 코팅을 제공하는 바, 상세한 실시예에 대해서는 하술 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 주형의 외피는 중합될 수 있다.
단량체는 중합반응 내에서 선택되어 중합반응과 빈틈없는 밀봉을 위한 캐소드의 기공과 같은 가능한 교차를 허용함으로써, 상기 자연적인 다공성 캐소드의 단부로부터 전해물의 누설을 감지하고 모든 전지 구성요소에 대한 구조적 결합과 지원을 제공한다.
바람직한 물질로는 Tekcast Industries, Inc. New Rochelle NY에서 상업적으로 판매되는 TEK 플라스틱 폴리우레탄(TAN)과 같은 폴리우레탄을 포함한다(Alumitite Corporation, Kalamazoo Michigan애서 생산됨).
본 기술분야의 당업자는 적절한 판 또는 다른 몰딩 구조가 상기 전지 사이에 에어의 통로로 제공되고 상기 전지 구조 내에서 전해물과 애노드 어셈블리를 위한 포켓(pocket)을 형성하기 위하여 전지 구조에 포함된다는 것을 알 수 있다.
개별 캐소드 및 애노드 구조의 제 1 실시예
도 5A, 5B 및 5C를 참조하면, 분리된 캐소드 구조, 분리된 애노드 구조 및 어셈블리 전지가 각각 도시 된다.
더욱이, 도 5D는 전지 단면도로써 에어 및 전해물 관리를 도시 한다.
일반적으로 상기 방전 전지(310)는 캐소드 구조(314)와 제거 가능한 애노드 구조(320)를 포함한다.
상기 캐소드 구조(314)는 일반적으로 바람직하게는 전해물(액체 전해물이 사용되는 시스템에서)을 위한 애노드 구조(320)의 하나 또는 그 이상의 단부 또는 표면에 간격을 제공하며 상기 애노드 구조(320)를 수용하기 위하여 형성되며 규격화되고 방전 작동동안 전지의 팽창을 수용할 수 있는 상면부(320)를 갖는 지지 프레임(370)을 포함한다.
도시한 바와 같이, 한 쌍의 에어 캐소드부(373, 375)는 상기 캐소드 구조 지지 프레임(370)의 반대되는 면에 배치된다.
상기 캐소드부(373, 375)는 상기 프레임(370)에 결합되기 위하여 몰딩, 접착 또는 다른 방법으로 상기 프레임에 통합되어 형성될 수 있다.
또한, 일반적으로 상기 활성 캐소드부(373, 375)와 애노드 구조(320)가 삽입되었을 때 전기적 접촉을 방지하기 위하여 한 쌍의 격리판(316a)이 포함될 수 있다.
게다가, 상기 캐소드 지지 프레임(370)에는 상기 캐소드 집전기(미도시됨)에 전기적으로 연결되는 캐소드 전기 단자(318)이 제공된다.
에어 캐소드부(375)에는 에어 관리 구조(376)가 인접한다.
일반적으로 상기 에어 관리 구조(376)는 도 5D에 화살표(377)로 도시된 바와 같이, 에어 캐소드부(375)를 지나서 제어된 에어의 흐름을 허용한다.
따라서, 상기 에어 관리 구조(376)은 상기 프레임(370)에 장착된 활성 캐소드부(375)에 대하여 밀착되어 배치되거나 결합되어야 한다.
인접한 전지(미도시됨)로부터의 에어 관리 구조는 다수의 전지가 전지 방전 시스템(302)에 조립될 경우에 상기 프레임(370)의 반대면에 형성된 에어 캐소드부(373)에 인접하여 제공된다.
따라서, 상기 에어 관리 구조(376)는 상기 지지 프레임(370) 내 에어 캐소드부(375)와 인접한 전지 내 에어 캐소드부(하나의 전지로 도시된 상기 에어 캐소드부(373)과 동일)에 에어의 흐름을 촉진시킨다.
부가적으로, 전해물 관리는 상기 에어 관리 구조(376)에 통합되어 포함된다.
도 5A 및 5D에 도시된 바와 같이, 상기 에어 관리 구조(376)의 하면부는 오른쪽에서 왼쪽으로 경사지게 형성된다(도 5A 및 5D에 도시됨).
따라서, 상기 에어 관리 구조(376)에 인접한 캐소드부를 통하여 액체 전해물이 스며드는 경우에, 상기 전해물은 중력에 의해 상기 하면의 경사진 부분에 떨어지게 되고 에어 배출용으로 사용되는 동일한 출구를 통해서 전지 외부로 배출된다.
더욱이, 전해물 관리는 상기 프레임(370) 내에 제공된다. 도 5D에 도시된 바와 같이, 상기 오프닝(384)은 배수 또는 순환튜브(388)의 제공을 위하여 상기 프레임(370)의 내부 구획 상부에 근접하여 형성된다.
액체 전해물을 포함하기 위하여 형성된 상기 내부 구획은 전해물로 미리 충진될 수 있거나, 도시된 바와 같이, 입구(368)를 통하여 전해물을 선택적으로 제공하기 위한 시스템이 포함될 수 있다.
상기 전해물의 수위가 상기 오프닝(384)에 도달시, 전해물은 채널과 출구(388)를 통하여 상기 전지의 외부로 유출된다.
상기 채널과 출구(388)는 상기 프레임(370)의 일부로써 통합되어 형성될 수 있거나, 도 5A에 도시된 바와 같이 하나 또는 그 이상의 관형 구조를 포함할 수 있다.
또한, 상기 채널과 출구(388)은 특정 금속 에어 전기화학 반응동안 관여하는 수소와 같은 관여된 가스를 배출을 위해 사용될 수 있다.
도 5B는 예시적인 애노드 구조(320)의 분해도를 도시 한다.
상기 애노드 구조(320)는 일반적으로 프레임(390), 한 쌍의 금속 연료 지지 구조 또는 격자(392) 그리고 상부 밀봉부(394)를 포함한다.
금속 연료(비록 상기 연료는 격자(392) 내에서 지지되는 분말, 페이스트, 섬유, 또는 다른 단단하지 않은 형상으로 구성될 수 있다는 것이 이해될 수 있으며, 도식적으로 쉬트(396) 형상으로 도시 된다)는 통상적으로 상기 프레임(390)의 각 측부에 배치되는 집전기와 함께 상기 격자(392)와 프레임(390) 사이에 제공된다. 또한, 한 쌍의 격리판(316b)(또는 상기 애노드 구조에 에워 싸이는 하나의 격리판)은 상기 애노드 구조(320)에 제공된다.
상술한 바와 같이 전해물을 포함하는 막인 상기 격리판은 전해물 소스를 포함할 수 있으며 수지상 결정의 침투를 최소화하거나 제거할 수 있다.
상기 프레임(390)은 집전을 향상시키기 위하여 전기적으로 전도성 프레임이 가능하다.
상기 프레임(390)은 일반적으로 제 1면과 제 2면을 갖는 구멍이 있는 직사각형으로 형성되는 바, 상기 구멍이 있는 직사각형의 측부로부터 연장된 전기 단자(324)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 상기 상부 밀봉(394) 쐐기 형상의 구조이다.
이것은 상기 상부 밀봉(394)이 탄성 물질로 형성될 경우에 특히 유용하여, 상기 캐소드 구조(314)에 삽입시에 빈틈없는 밀봉을 제공한다.
상기 애노드 구조(320)는 캐소드 구조(314) 내에 장착되는 바, 상기 애노드 물질과 캐소드 사이에 이온 전도 매질(즉, 전해물)을 허용할 수 있는 공간이 존재하고 금속으로부터 금속 산화물로 전환됨에 따른 방전동안 애노드 부피의 팽창을 허용한다.
또한, 상기 지지 격자(392)는 상기 애노드 물질의 기계적 지지 및 팽창을 수용할 수 있다.
상기 애노드 조립의 한가지 방법은 프레임(390) 양면에 호일의 접착, 상기 호일에 적정한 양의 금속 연료 물질의 도포(상기 전지가 조립될 때, 상기 에어 캐소드로부터 충분한 거리를 유지하면서 바람직한 전지 용량을 공급하기 위한 적정량이 선택된다), 상기 금속 연료 물질에 대한 격자의 압착(壓搾), 그리고 상기 격자에 격리판의 접착을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 격리판은 향상된 구조적 보전을 위하여 상기 격자의 연결부에 접착되고, 전기화학 반응동안 상기 금속 연료 물질이 팽창될 때, 상기 격리판의 갈라짐을 방지하기 위하여 빈틈없는 압착을 제공한다.
상기 애노드 조립의 다른 방법에 있어서, 고체 플라스틱 부재는 상기 집전기 호일에 부착되기 이전에 상기 프레임의 개방부에 위치한다.
이것은 일반적으로 상기 격자의 수위보다 상기 전해물 오프닝(384)의 수위가 높은 경우에 상기 집전기 사이 영역의 액체의 유출을 유지하는 것에 도움이 된다.
상기 애노드 조립의 또 다른 방법에 있어서, 상기 집전기 호일의 접착 이전에 상기 전도성 프레임의 개방부에 압축성의 부재가 위치한다.
이것은 전기화학 반응동안 상기 애노드 물질이 팽창할 때, 부피를 수용할 수 있다.
상기 애노드 구조(320)의 조립을 향상시키기 위하여 상기 금속 연료 지지 구조(392)의 수용부에 상응하는 일련의 돌출부가 상기 전도성 프레임(390)으로부터 외향으로 돌출된다.
이것은 빠르고 정확한 조립을 허용하며, 특히 애노드 팽창발생시 관련하여 상기 애노드 구조(320)의 전체적인 구조적 보전을 향상시킨다.
유체(에어 및 전해물) 관리 구조의 제 1 실시예
도 6A-6D를 참조하여 상기 유체 관리 유니트(340)에 대하여 상술한다.
일반적으로, 상기 유체 관리 유니트(340)는 캐소드 구조(314)의 에어 관리 구조(376)를 통한 에어의 흐름을 촉진시키기 위한 구조를 제공한다.
더욱이, 상기 유체 관리 유니트(340)는 상기 에어 관리 구조(376)(예를 들면, 상기 에어 배출구를 통해 하부의 경사진 부분으로 중력에 의해 떨어진다) 그리고/또는 채널(386)과 출구(388)로부터 초과되는 전해물의 관리를 위해 부가적으로 제공한다.
보다 상세하게는, 상기 유체 관리 유니트(340)는 일반적으로 에어 배기용 구멍(402)과 전해물 누출 오프닝(404)을 포함한다.
예를 들면, 상술한 바와 같이 에어 관리 구조(376) 그리고/또는 채널과 출구(388)를 통하거나 상기 전지를 통해 순환되는 전해물과 같은 초과되는 전해물은 상기 전지로부터 유출되어 상기 오프닝(404)의 채널(406)로 유입된다.
더욱이, 일반적으로 에어는 팬 또는 송풍기 등을 보유한 영역(410)을 통하여 상기 전지로 유입된다(예를 들면, 상기 에어 관리 구조(376)의 입구를 통하여).
부가적으로, 정화 시스템은 상기 대기의 에어로부터 이산화탄소를 제거하기위하여 상기 전지 내에 장착될 수 있다.
상기 영역(410)을 통한 에어의 흐름은 오프닝(412)을 통하여 상기 전지에 유입되고, 채널(414)을 통하여 다수의 전지에 산포된다.
배기 에어는 채널(406)과 오프닝(402)을 통하여 시스템을 빠져나간다.
따라서, 상기 에어 관리 구조(376)는 배기 에어와 초과되는/누출되는 전해물 모두를 동일한 채널(406)로 보낼 수 있다.
유체 관리를 제공하는 것 이외에, 상기 유체 관리 유니트(340)는 전체적인 전지 구조에 대하여 증가된 기계적 보전을 제공하기 위하여 구성된다.
예를 들면, 도 6A 및 6B에 도시된 바와 같이, 일련의 레일(416, rails)과 리브(418, ribs)가 제공된다.
더욱이, 상기 에어 관리 디자인은 상기 전지의 하부에 상기 에어 입구와 출구 모두를 허용함으로써, 밀봉이 중요한 전지의 상부에 물질의 지지가 적용가능 하도록 한다.
도 6D는 상기 각각의 전지(310)로 향하는 튜브(342)를 포함하는 유체 관리 구조(340)를 보여준다.
예를 들면, 상기 각각의 전지는 전해물 없이 제공될 수 있으며, 필요한 경우에는 펌프의 작동 또는 다른 유체 전달 장치와 함께 전해물이 상기 수조로부터 전지로 유입될 수 있다.
한편, 전해물은 열을 제거하기 위하여 전지의 방전동안 연속적으로 또는 간헐적으로 순환된다.
또한, 충전 작동동안 고체를 제거하고 수지상 결정을 최소화 하거나 제거하기 위하여 유사한 구조가 포함될 수 있다.
부가적으로, 클램핑 구조 또는 밸브가 상기 전해물의 흐름을 증가시키기 위하여 포함될 수 있다.
상기 전해물을 각각의 전지(310)로 보내기 위한 튜브의 길이는 증가된 저항으로 작용하여 금속 에어 전기화학 전지 내 공유된 전해물 소스와 만나서 절연의 가능성을 제거하거나 줄인다.
제거 및 삽입 가능한 애노드 구조용 그립핑 구조의 실시예
도 7A 및 7B를 참조하면, 일반적으로 애노드 구조(320)의 제거를 위한 그립핑 구조(430)가 도시 된다.
상기 그립핑 구조(430)는 일반적으로 지지 프레임(438)과 결합되거나 일체로 형성된 지지 핸들(432)을 포함한다.
상기 지지 프레임(438)의 단부는 일반적으로 시스템 모듈(302)과 상응하는 상부에 구성되고 규격화 된다.
예를 들면, 상기 지지 프레임(438)의 영역(440)은 애노드 단자(324)에 상응하도록 구성된다.
더욱이, 상기 그립핑 구조(430)는 상향으로 이동 가능한(일반적으로 이동 가능한 핸들(434)을 지지 핸들(432)에 근접하도록) 프레임(436)과 함께 결합되거나일체로 형성된 이동 가능한 핸들(434)을 포함한다.
상기 이동 가능한 프레임(436)은 상기 이동 가능한 프레임(406)의 상응하는 슬롯에 의해 이동의 범위가 제한되며, 화살표(444)로 지시된 바와 같이 슬라이딩 하는 한 쌍의 슬라이딩 후크 어셈블리(442, a pair of sliding hook assemblies)를 포함한다.
상기 슬라이딩 후크 어셈블리는 각각 상기 애노드 구조(320)의 바늘 귀(448, eyes)에 상응하는 다수의 후크(446)를 포함한다.
다수의 후크(446)가 도시되어 있으나, 한번에 애노드 구조를 제거하기 위하여 하나의 후크가 사용될 수 있다.
따라서, 다수의 애노드 구조(320)의 제거를 촉진시키기 위하여, 상기 후크(446)는 상기 애노드 구조의 바늘 귀(448)에 정열된다.
상기 슬라이딩 후크 어셈블리(442)는 상기 후크(446)가 바늘 귀(448) 내에 위치할 수 있도록 슬라이드 된다.
일반적으로 상기 지지 핸들(432)과 이동 가능한 핸들(434)을 그립핑 함으로써 상기 이동 가능한 핸들(434)이 당겨지면, 상기 연결된 애노드 구조(4320)가 상기 어셈블리로부터 당겨진다.
당연히, 본 기술분야의 당업자는 자동화된 애노드 재보급 시스템에 상기 구조(430)와 유사한 그립핑 구조를 통합하는 것을 포함하여 다양한 변형이 가능하다는 것을 인식할 수 있다.
방전 및 충전 모듈의 제 2 실시예
도 8A-8C를 참조하면, 금속 에어 전기화학 전지 방전 모듈 및 충전 모듈이 도시 된다.
상기 금속 에어 전기화학 전지 방전 모듈은 도 8A에 연료와 함께 도시 되고, 제거된 연료 구조, 방전 모듈 및 충전 모듈을 포함하는 시스템은 도 8B에 도시 되고, 상기 연결/밀봉 하우징이 없는 것을 보여주는 방전 모듈은 도 8C에 도시 된다.
상기 금속 에어 전기화학 전지 방전 모듈(502)은 일반적으로 다면적인 형상으로 배열 되는 다수의 전기화학 전지(510)를 포함한다.
각각의 전기화학 방전 전지(510)는 활성 에어 캐소드(미도시됨)를 갖는 에어 캐소드 구조(514)와 금속 연료 애노드부(미도시됨)를 포함하는 제거 가능한 애노드 구조(520)를 포함한다.
캐소드 구조(520)의 어셈블리(530, 도 8C 참조)는 일반적으로 커버(534)를 갖는 하우징(532)에 위치한다.
상기 어셈블리(530)은 상술한 주형과 같은 방식에 의해 형성될 수 있다.
이와 유사하게, 충전 구조 또는 지지 구조(예를 들면, 충전 전극이 상기 애노드 구조에 통합된다)의 어셈블리는 충전 모듈(552)을 형성하기 위하여 커버(564)를 갖는 하우징(562)에 제공된다.
상기 모듈(502)은 일반적으로 하술할 에어의 흐름과 전해물을 허용하는 유체 관리 유니트(540)에 장착된다(상기 모듈은 유사한 유체 관리 구조에 장착될 수 있다).
상기 모듈(502, 552)의 중요한 특징은 상기 캐소드 또는 충전 전극과 전기적 접촉을 제공하는 통합형 밀봉 커버(534, 564)이다.
일반적으로, 상기 애노드 구조(520)는 상기 구조의 상부로부터 연장된 전도체(524)를 포함한다.
상기 커버(534)의 내부에 장착되는 캐소드 전기 단자(518)는 상기 커버(534)가 폐쇄될 때, 상기 전도체(524)에 접근한다.
상기 단자(518)는 어셈블리(530) 내 구멍(536)을 통해 지지되는 상기 커버(534)의 개방 및 폐쇄를 수용하기 위하여 플렉서블 전도체(미도시됨)을 통하여 상기 캐소드에 연결된다.
따라서, 방전(또는 충전)이 전해물 유출을 반지하기 위한 시스템을 밀봉하고 상반되는 전극 사이의 전기적 연결을 위해 작동하는 상기 커버(534 또는 564)의 폐쇄에 의해 달성된다.
상기 애노드 구조(520)는 충전 시스템(552)에 상응하는 전지(555)를 삽입하여 상기 전기화학 전지의 방전을 방해하거나, 새로운 애노드 구조, 충전된 애노드 구조 또는 회복된 애노드 구조(이하, 재보급이라 칭함)를 교체하기 위하여 제거된다.
상기 충전 유니트(552)는 이동 및 재충전 가능한 애노드 구조(520)를 유지하기 위하여 구성되고 규격화된 다수의 충전 전지(555)(도 1B에 도시된 기능을 수행함)를 포함한다.
외부 전류는 단자(558)를 통하여 충전전극과 단자(560)를 통하여 애노드에 공급되는 바, 각각의 애노드 단자(524)는 상기 커버(564) 내 상응하는 충전 전극 전도체와 짝을 이루도록 형성된다.
상기 단자(558, 560)은 작동되는 전도체 연결에 따라 바뀔 수 있다는 것을 주목해야 한다.
개별 캐소드 및 애노드 구조의 제 2 실시예
도 9A, 9B 및 9C는 분리된 에어 캐소드 구조, 조립된 에어 캐소드 구조와 애노드 구조를 각각 도시한다.
상기 캐소드 구조(514)는 일반적으로 바람직하게는 전해물(액체 전해물이 사용되는 시스템에서)을 위한 애노드 구조(520)의 하나 또는 그 이상의 단부 또는 표면에 간격을 제공하며 상기 애노드 구조(520)를 수용하기 위하여 형성되며 규격화되고 방전 작동동안 전지의 팽창을 수용할 수 있는 오프닝(582)을 갖는 지지 프레임(570)을 포함한다.
도시한 바와 같이, 에어 캐소드(575)는 상기 캐소드 구조 지지 프레임(570)의 반대되는 면에 에워 싸인다.
상기 캐소드(575)는 상기 프레임(570)에 결합되기 위하여 몰딩, 접착 또는 다른 방법으로 상기 프레임에 통합되어 형성될 수 있거나, 상기 어셈블리(530)가형성될 때 붙여지고 연속적으로 주조될 수 있다.
또한, 일반적으로 상기 애노드 구조(520)와 활성 캐소드부(575)가 삽입되었을 때 전기적 접촉을 방지하기 위하여 한 쌍의 격리판(516a)이 상기 프레임(570)과 캐소드(575) 사이에 포함될 수 있다.
게다가, 상기 캐소드 지지 프레임(570)에는 상기 단자(미도시됨)에 전기적으로 연결되는 캐소드 집전기(517)가 제공된다.
에어 캐소드부(575)에는 에어 관리 구조(576)가 인접한다.
일반적으로 상기 에어 관리 구조(576)는 도 11A에 화살표(577)로 도시한 바와 같이, 에어 캐소드부(575)를 지나서 제어된 에어의 흐름을 허용한다.
따라서, 상기 에어 관리 구조(576)은 상기 프레임(570)에 장착된 활성 캐소드부(375)에 대하여 밀착되어 배치되거나 결합되어야 한다.
인접한 전지(미 도시됨)로부터의 에어 관리 구조는 다수의 전지가 전지 방전 시스템(502)에 조립될 경우에 상기 프레임(570)의 반대면에 형성된 에어 캐소드부(575)에 인접하여 제공된다.
따라서, 상기 에어 관리 구조(576)는 상기 지지 프레임(570) 내 에어 캐소드부(375)와 인접한 전지 내 에어 캐소드부 모두에 대하여 에어의 흐름을 촉진시킨다.
도 9C는 예시적인 애노드 구조(520)의 분리도를 도시한다.
상기 애노드 구조(520)는 일반적으로 그 안에 금속 연료를 갖는 프레임과 상기 애노드 구조(520)(미도시됨)의 주요 표면에 형성되는 한 쌍의 격리판(또는 상기 애노드 구조에 에워 싸이는 하나의 격리판)을 포함한다.
상술한 바와 같이, 전해물을 포함하는 막인 상기 격리판은 수지상 결정의 침투를 최소화하거나 방지하기 위하여 전해물 소스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 애노드 구조(520)는 하우징 커버 내 캐소드 단자와 짝을 이루기 위하여 상기 애노드 구조의 상부에 외부 단자(524)를 포함한다.
상기 애노드 구조(520)는 캐소드 구조(514) 내에 장착되는 바, 상기 애노드 물질과 캐소드 사이에 이온 전도 매질(즉, 전해물)을 허용할 수 있는 공간이 존재하고 금속으로부터 금속 산화물로 전환됨에 따른 방전동안 애노드 부피의 팽창을 허용하는 것이 바람직하다.
유체(에어 및 전해물) 관리 구조의 제 2 실시예
도 10A-10C를 참조하여 상기 유체 관리 유니트(540)에 대하여 상술한다.
일반적으로, 상기 유체 관리 유니트(540)는 캐소드 구조(514)의 에어 관리 구조(576)를 통한 에어의 흐름을 촉진시키기 위한 구조를 제공한다.
더욱이, 상기 유체 관리 유니트는 에어 관리 구조(576)로부터 초과되는 전해물의 관리 그리고/또는 전해물 순환의 관리를 부가적으로 제공한다.
도 11A를 참조하면, 에어 관리가 도시 되는 바, 에어가 유입되고(예를 들면, 팬 또는 송풍기를 통하는 바, 정화기에 의해 이산화탄소가 제거된다) 화살표(577)에 표시된 바와 같이 유동한다.
더욱이, 제어 밸브(590)는 일반적으로 전해물의 흐름을 증가시키거나 감소시키기 위하여 제공된다.
더욱이, 도 11B를 참조하면, 상술한 프레임(370)과 유사한 상기 프레임(570)에 전해물 관리가 제공된다.
전해물 유입구(568)는 각각의 전지 하부에 제공되고, 전해물은 튜브(569)를 통하여 상기 애노드를 포함하는 전지의 주요 영역에 유입된다.
상기 튜브(569)의 길이는 유체의 전기적 저항을 증가시킴으로, 공유된 전해물 수조가 사용될 경우에 통상적으로 만나게 되는 전기적 절연을 제거할 수 있다.
오프닝(586)은 배수 또는 순환튜브(588)의 제공을 위하여 상기 프레임의 내부 구획 상부에 근접하여 형성된다.
더욱이, 제어 밸브(589) 일반적으로 전해물의 흐름을 증가시키거나 감소시키기 위하여 제공된다.
상술한 상기 전지 프레임 구성요소, 스페이서 및 다른 지지 구조용으로 다양한 물질이 사용될 수 있는 바, 상기 시스템 케미칼에 대하여 비활성인 것이 바람직하다.
이러한 물질은 polycarbonate, polyprophylene, polyetherimide, polysulfonate, polyethersulfonate, polyarylether ketone, Viton(EI DuPont de Nemours & Co., Wilmington Delawaredptj 상업적으로 판매됨), ethylenepropylenediene monomer, ethylenepropylene rubber와 상기 물질의 적어도 하나를 포함하는 혼합물을 포함하는 바, 이에 한정하는 것은 아니다.
바람직한 실시예들이 도시 되고 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변형 실시하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명은 도면을 기본으로 설명되었으나 이에 한정하지 않는다.

Claims (38)

  1. 금속 연료 애노드;
    상기 금속 연료 애노드를 수용하기 위해 구성되고 규격화된 에어 캐소드 구조;
    제 2 전극과;
    상기 애노드의 적어도 하나의 주요 표면과 이온 접촉하도록 배치된 격리판을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 애노드와 상기 에어 캐소드 사이에 스페이서를 더 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스페이서는 제 1 면과 제 2 면을 포함하는 바, 상기 애노드는 상기 스페이서의 제 1 면에 배치되고 상기 에어 캐소드는 상기 스페이서의 제 2 면에 배치되며, 상기 제 3 전극은 상기 애노드와 상기 스페이서의 제 1 면 사이에 배치되는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 스페이서는 제 1 면과 제 2 면을 포함하는 바, 상기 애노드는 상기 스페이서의 제 1 면에 배치되고 상기 에어 캐소드는 상기 스페이서의 제 2 면에 배치되며, 상기 제 3 전극은 상기 에어 캐소드 애노드와 상기 스페이서의 제 2 면 사이에 배치되는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 연료 애노드를 위한 프레임과 상기 프레임의 적어도 하나의 오프닝을 통한 유체 전달을 허용하기 위해 구성되고 전기적 연결의 통로를 허용하기 위해 구성되며 상기 스페이서에 접착되기 위해 구성되는 상면부를 더 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 상면부에 접착되기 위한 적어도 하나의 연장부를 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 애노드를 위한 프레임과 상기 프레임의 적어도 하나의 오프닝을 통한 유체 전달을 허용하기 위해 구성되고 전기적 연결의 통로를 허용하기 위해 구성되며 상기 스페이서에 접착되기 위해 구성되는 상면부를 더 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  8. 금속 연료 애노드;
    상기 금속 연료 애노드를 수용하기 위해 구성되고 규격화되며 상기 애노드의 반대면에 제 1 및 2 에어 캐소드를 포함하는 에어 캐소드 구조;
    제 1 및 2 전극과;
    상기 애노드의 제 1 및 2 주요 표면과 이온 접촉하도록 각각 배치된 제 1 및 2 격리판을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 애노드의 제 1 주요 표면과 상기 에어 캐소드의 제 1 주요 표면 사이에 형성되는 제 1 스페이서와, 상기 연료 애노드의 제 2 주요 표면과 상기 에어 캐소드의 제 2 주요 표면 사이에 형성되는 제 2 스페이서를 더 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 스페이서는 제 1 면과 제 2 면을 포함하는바, 상기 애노드는 상기 제 1 스페이서의 제 1 면에 배치되고 상기 에어 캐소드는 상기 베 1 스페이서의 제 2 면에 배치되며 상기 제 3 전극은 상기 애노드와 상기 제 1 스페이서의 제 1 면 사이에 배치되고, 상기 제 2 스페이서는 제 1 면과 제 2 면을 포함하는 바, 상기 애노드는 상기 제 2 스페이서의 제 1 면에 배치되고 상기 에어 캐소드는 상기 제 2 스페이서의 제 2 면에 배치되며 상기 제 3 전극은 상기 애노드와 상기 제 2 스페이서의 제 1 면 사이에 배치되는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 스페이서는 제 1 면과 제 2 면을 포함하는 바, 상기 애노드는 상기 제 1 스페이서의 제 1 면에 배치되고 상기 에어 캐소드는 상기 제 1 스페이서의 제 2 면에 배치되며 상기 제 3 전극은 상기 에어 캐소드 애노드와 상기 제 1 스페이서의 제 2 면 사이에 배치되고, 상기 제 2 스페이서는 제 1 면과 제 2 면을 포함하는 바, 상기 애노드는 상기 제 2 스페이서의 제 1 면에 배치되고 상기 에어 캐소드는 상기 제 2 스페이서의 제 2 면에 배치되며 상기 제 3 전극은 상기 에어 캐소드 애노드와 상기 제 2 스페이서의 제 2 면 사이에 배치되는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 연료 애노드를 위한 프레임과 상기 프레임의 적어도 하나의 오프닝을 통한 유체 전달을 허용하기 위해 구성되고 전기적 연결의 통로를 허용하기 위해 구성되며 상기 제 1 및 2 스페이서에 접착되기 위해 구성되는 상면부를 더 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 및 2 스페이서는 각각 상기 상면부에 접착되기 위한 적어도 하나의 연장부를 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  14. 제 1 항 또는 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는 금속 물질과 금속 산화물 물질을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  15. 제 1 항 또는 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는 금속 물질, 금속 산화물 물질과 이온 전도 물질을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  16. 제 1 항 또는 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격리판은 전해물을 함유하는 막을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  17. 제 1 항 또는 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격리판은 수용성 에티렌 불포화 아미드와 산의 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 단량체의 중합반응 부산물을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  18. 제 1 항 또는 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격리판은 수용성 에티렌 불포화 아미드와 산 그리고 수용성 또는 수팽창성 폴리머의 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 단량체의 중합반응 부산물을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  19. 제 1 항 또는 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격리판은 지지 물질에 형성된 수용성 에티렌 불포화 아미드와 산의 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 단량체의 중합반응 부산물을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  20. 전기 용량을 갖는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 구성되고 규격화된 에어 캐소드 구조를 포함하는 방전 전지 시스템;
    전기 용량을 생산하거나 보충하기 위하여 전기 전환을 요구하는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 장착되는 충전 전극 구조를 포함하는 충전 전지 시스템을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  21. 전기 용량을 갖는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 구성되고 규격화된 에어 캐소드 구조를 포함하며, 상기 에어 캐소드와 전기적 연결되는 캐소드를 포함하고 상기 애노드와 전기적 연결과 짝을 이루기 위하여 상기 캐소드 전기 접촉을 허용하기 위하여 구성되고 규격화된 리드를 갖는 용기에 내재되는 방전 전지 시스템;
    전기 용량을 생산하거나 보충하기 위하여 전기 전환을 요구하는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 장착되는 충전 전극 구조를 포함하는 충전 전지 시스템을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  22. 전기 용량을 갖는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 구성되고 규격화된 에어 캐소드 구조를 포함하는 방전 전지 시스템;
    전기 용량을 생산하거나 보충하기 위하여 전기 전환을 요구하는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 장착되며, 상기 충전 전극과 전기적 연결되는 충전 전극을 포함하고 상기 애노드와 전기적 연결과 짝을 이루기 위하여 상기 충전 전극 전기 접촉을 허용하기 위하여 구성되고 규격화된 리드를 갖는 용기에 내재되는 충전 전극 구조를 포함하는 충전 전지 시스템을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  23. 전기 용량을 갖는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 구성되고 규격화된 에어 캐소드 구조를 포함하며, 상기 에어 캐소드와 전기적 연결되는 캐소드를 포함하고 상기 애노드와 전기적 연결과 짝을 이루기 위하여 상기 캐소드 전기 접촉을 허용하기 위하여 구성되고 규격화된 리드를 갖는 용기에 내재되는 방전 전지 시스템;
    전기 용량을 생산하거나 보충하기 위하여 전기 전환을 요구하는 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 애노드를 수용하기 위하여 장착되며, 상기 충전 전극과 전기적 연결되는 충전 전극을 포함하고 상기 애노드와 전기적 연결과 짝을 이루기 위하여 상기 충전 전극 전기 접촉을 허용하기 위하여 구성되고 규격화된 리드를 갖는 용기에 내재되는 충전 전극 구조를 포함하는 충전 전지 시스템을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  24. 제 1, 8, 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드 구조는
    제 1 면과 제 2 면을 갖으며 프레임 구조의 부분으로부터 연장된 전기 단자를 갖고 일반적으로 직사각형의 구멍이 형성된 전기적 전도성 프레임 구조,
    상기 프레임의 상기 제 1 면에 제 1면부와 상기 제 2면에 제 2 면부를 갖는 적어도 하나의 집전기,
    상기 집전기 제 1면부와 제 2 면부에 대하여 인접한 적어도 하나의 금속 연료 지지 구조와,
    상기 금속 연료 지지 구조에 배치되는 금속 연료의 일정 양을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  25. 제 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드 구조는
    제 1 면과 제 2 면을 갖는 지지 프레임,
    상기 제 1 면에 제 1 에어 캐소드부와 상기 제 2 면에 제 2 에어 캐소드부를 갖는 적어도 하나의 에어 캐소드와,
    적어도 상기 제 1 면에 형성되는 에어 관리부를 포함하여 구성하는 재충전및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  26. 제 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전 전극 구조는
    제 1 면과 제 2 면을 갖는 지지 프레임과,
    상기 제 1 면에 제 1 충전 전극부와 상기 제 2 면에 제 2 충전 전극부를 갖는 적어도 하나의 충전 전극을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  27. 제 1, 8 또는 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드 구조는
    제 1 면과 제 2 면을 갖는 지지 프레임,
    상기 제 1 면에 제 1 에어 캐소드부와 상기 제 2 면에 제 2 에어 캐소드부를 갖는 적어도 하나의 에어 캐소드,
    적어도 상기 제 1 면에 형성되는 에어 관리부와,
    상기 에어 캐소드와 전기적 연결되는 캐소드 전기 단자를 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  28. 제 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 전해물은 상기 에어 캐소드 구조의 유입 오프닝을 통하여 상기 방전 전지 시스템으로 제공되는 바, 상기 에어 캐소드 구조는 상기 에어 캐소드 구조에 통합되며 유출 오프닝과 유체 전달하고 채널과 유체 전달하는 배수 구멍을 포함하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  29. 제 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 방전 전지를 형성하기 위하여 다수의 에어 캐소드 구조를 포함하여 구성하는 바, 액체 전해물은 각각의 방전 전지와 함께 연장된 채널과 상기 에어 캐소드 구조의 유입 오프닝을 통하여 공유된 수조로부터 공급되고, 상기 에어 캐소드 구조는 상기 에어 캐소드 구조에 통합되며 채널과 유체 전달하고 상기 채널은 상기 전해물 수조로의 복귀를 위하여 유출 오프닝과 유체 전달하는 배수 구멍을 포함하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  30. 제 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 전해물은 상기 충전 전극 구조의 유입 오프닝을 통하여 상기 충전 전지 시스템에 공급되고, 상기 충전 전극 구조는 상기 충전 전극 구조에 통합되며 채널과 유체 전달하고 상기 채널은 유출 오프닝과 유체 전달하는 배수 구멍을 포함하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지
  31. 제 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 충전 전지를 형성하기 위하여 다수의 충전 전극 구조를 포함하여 구성하는 바, 액체 전해물은 각각의 충전 전지와 함께 연장된 채널과 상기 충전 전극 구조의 유입 오프닝을 통하여 공유된 수조로부터 공급되고, 충전 전극 구조는 상기 에어 충전 전극에 통합되며 채널과 유체 전달하고 상기 채널은 상기 전해물 수조로의 복귀를 위하여 유출 오프닝과 유체 전달하는 배수 구멍을 포함하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  32. 제 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드 구조는 격리판에 포함되는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  33. 제 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드 구조는 격리판에 포함되는 바, 상기 격리판은 그 안에 내재되는 전해물을 포함하는 막을 포함하여 구성하는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  34. 제 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드 구조는 수용성 에틸렌 불포화 아미드와 산의 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 단량체의 중합반응 부산물을 포함하여 구성하는 격리판에 포함되는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  35. 제 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드 구조는 수용성 에티렌 불포화 아미드와 산 그리고 수용성 또는 수팽창성 폴리머의 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 단량체의 중합반응 부산물을 포함하여 구성하는 격피판에 포함되는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  36. 제 20, 21, 22 또는 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드 구조는 지지 물질에 형성된 수용성 에티렌 불포화 아미드와 산의 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 단량체의 중합반응 부산물을 포함하여 구성하는 격리판에 포함되는 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지.
  37. 제거 가능한 금속 연료 구조가 사라질 때까지 에어 캐소드 구조를 포함하는 방전 전지 내에서 제 1 제거 및 충전 가능한 금속 연료 구조의 방전;
    상기 제 1 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 구조의 제거;
    상기 방전 전지 내에 제 2 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 구조의 삽입과;
    충전 전지 내에 상기 제 1 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 구조의 충전을 포함하여 구성하는 금속 에어 전지화학 전지의 작동 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 제 1 제거 및 재충전 가능한 금속 연료 구조를 상기 방전 전지의 위치와 다른 위치의 충전 전지로의 이동을 더 포함하여 구성하는 금속 에어 전지화학 전지의 작동 방법.
KR10-2004-7004370A 2001-09-26 2002-09-26 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지 KR20040047856A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US32486701P 2001-09-26 2001-09-26
US60/324,867 2001-09-26
PCT/US2002/030585 WO2003041211A2 (en) 2001-09-26 2002-09-26 Rechargeable and refuelable metal air electrochemical cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040047856A true KR20040047856A (ko) 2004-06-05

Family

ID=23265432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2004-7004370A KR20040047856A (ko) 2001-09-26 2002-09-26 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20050123815A1 (ko)
EP (1) EP1472757A2 (ko)
JP (1) JP2005509262A (ko)
KR (1) KR20040047856A (ko)
CN (1) CN1791999A (ko)
AU (1) AU2002363502A1 (ko)
TW (1) TW567626B (ko)
WO (1) WO2003041211A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011043565A3 (ko) * 2009-10-07 2011-07-14 주식회사 이엠따블유에너지 공기 금속 전지 충전 장치, 공기 금속 전지 어셈블리 및 이를 포함하는 공기 금속 전지 충전 시스템

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6940998B2 (en) * 2000-02-04 2005-09-06 Cernium, Inc. System for automated screening of security cameras
JP4802458B2 (ja) * 2004-06-11 2011-10-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
KR100683786B1 (ko) * 2005-06-13 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 직접액체 연료전지 스택
US20100304206A1 (en) * 2007-05-18 2010-12-02 Takuya Nakashima Battery pack, and battery system
KR101274518B1 (ko) 2008-04-11 2013-06-13 가와사키 쥬코교 가부시키가이샤 밀폐식 각형 전지를 사용한 전지 모듈
US20110111287A1 (en) * 2008-04-30 2011-05-12 Battelle Memorial Institute Metal-air battery
US8309259B2 (en) * 2008-05-19 2012-11-13 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University Electrochemical cell, and particularly a cell with electrodeposited fuel
US8491763B2 (en) * 2008-08-28 2013-07-23 Fluidic, Inc. Oxygen recovery system and method for recovering oxygen in an electrochemical cell
CN101783429B (zh) * 2009-01-16 2011-11-09 北京化工大学 一种锌氧单液流电池
AU2010303211B2 (en) 2009-10-08 2014-06-12 Fluidic, Inc. Rechargeable metal-air cell with flow management system
DE102009057494A1 (de) * 2009-12-10 2011-06-16 Fachhochschule Gelsenkirchen Vorrichtung zur Energieumwandlung, insbesondere Brennstoffzellenstack oder Elektrolyseurstack
PT3121928T (pt) * 2009-12-14 2021-05-05 Phinergy Ltd Elemento de pilha de zinco-ar
CN102544638B (zh) * 2010-06-24 2015-07-15 流体股份有限公司 具有阶梯形支架燃料阳极的电化学电池
CN102403525B (zh) 2010-09-16 2016-02-03 流体公司 具有渐进析氧电极/燃料电极的电化学电池系统
ES2688521T3 (es) 2010-10-20 2018-11-05 Fluidic, Inc. Procesos de reinicio de batería para electrodo de combustible en armazón
JP5548096B2 (ja) * 2010-10-27 2014-07-16 株式会社日立製作所 金属空気二次電池
JP5908251B2 (ja) 2010-11-17 2016-04-26 フルイディック，インク．Ｆｌｕｉｄｉｃ，Ｉｎｃ． 階層型アノードのマルチモード充電
US9711830B2 (en) * 2011-09-02 2017-07-18 Panisolar Inc. Electrochemically rechargeable metal-air cell with a replaceable metal anode
US9444105B2 (en) * 2011-11-04 2016-09-13 Fluidic, Inc. Immersible gaseous oxidant cathode for electrochemical cell system
JP5396506B2 (ja) * 2012-04-23 2014-01-22 シャープ株式会社 金属空気電池およびエネルギーシステム
JP6033057B2 (ja) * 2012-11-28 2016-11-30 シャープ株式会社 空気二次電池
US20140183047A1 (en) * 2013-01-01 2014-07-03 Panisolar Inc. Regeneration System for Metal Electrodes
WO2014156433A1 (ja) 2013-03-25 2014-10-02 シャープ株式会社 金属空気電池
US10181624B2 (en) 2013-08-01 2019-01-15 Sharp Kabushiki Kaisha Metal electrode cartridge and metal-air battery
EP2869375B1 (en) * 2013-10-31 2020-04-15 Mario Rodriguez Escribano Hydraulic renewable energy plant
FR3013899B1 (fr) * 2013-11-22 2018-04-27 Electricite De France Batterie a electrode a air extractible
JP6496479B2 (ja) * 2013-12-09 2019-04-03 堅一 内藤 再生可能エネルギ搬送再生方法
JP6353695B2 (ja) * 2014-05-15 2018-07-04 シャープ株式会社 金属空気電池本体及び金属空気電池
CN104577262B (zh) * 2014-12-31 2017-02-01 中国人民解放军第二炮兵工程大学 一种液路内置型铝空气燃料电池单体及电池堆
JP6534099B2 (ja) * 2015-04-15 2019-06-26 合同会社Ｍｇｒエナジー マグネシウム空気電池
JP6588228B2 (ja) * 2015-05-08 2019-10-09 シャープ株式会社 電池システム及び充電槽
WO2016205663A1 (en) 2015-06-18 2016-12-22 24M Technologies, Inc. Single pouch battery cells and methods of manufacture
KR102409386B1 (ko) * 2015-07-08 2022-06-15 삼성전자주식회사 금속 공기 전지 시스템 및 그 작동 방법
KR20180063144A (ko) * 2015-09-23 2018-06-11 중웨이 첸 부유하는(floating) 캐소드를 가진 수평 3극 단일 흐름 아연-공기 배터리
JP2017084650A (ja) * 2015-10-29 2017-05-18 シャープ株式会社 金属空気組電池
KR20170094941A (ko) * 2016-02-12 2017-08-22 주식회사 이엠따블유에너지 공기-아연 이차전지
JP2019521497A (ja) 2016-07-22 2019-07-25 ナントエナジー，インク． 電気化学セル内の水分及び二酸化炭素管理システム
AU2017381393B2 (en) * 2016-12-22 2022-09-22 Hydra Light International Ltd Metal-air fuel cell
US11133565B2 (en) * 2017-02-03 2021-09-28 Fujikura Composites Inc. Metal-air battery and method of using the same
WO2018187561A1 (en) 2017-04-06 2018-10-11 Jaramillo Mateo Cristian Refuelable battery for the electric grid and method of using thereof
WO2019133702A1 (en) 2017-12-29 2019-07-04 Staq Energy, Inc. Long life sealed alkaline secondary batteries
EP3815167A4 (en) 2018-06-29 2022-03-16 Form Energy, Inc. ELECTROCHEMICAL CELL BASED ON AQUEOUS POLYSULFIDE
WO2020006506A2 (en) * 2018-06-29 2020-01-02 Form Energy Inc. Rolling diaphragm seal
EP3830888A4 (en) 2018-07-27 2022-06-08 Form Energy, Inc. NEGATIVE ELECTRODES FOR ELECTROCHEMICAL CELLS
US11973240B2 (en) * 2018-08-24 2024-04-30 Fujikura Composites Inc. Metal-air battery and method of using the same
EP3966887A1 (en) 2019-05-10 2022-03-16 NantEnergy, Inc. Nested annular metal-air cell and systems containing same
US11949129B2 (en) 2019-10-04 2024-04-02 Form Energy, Inc. Refuelable battery for the electric grid and method of using thereof
EP4062483A1 (en) * 2019-11-20 2022-09-28 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells connected in series in a single pouch and methods of making the same
JP2022015634A (ja) * 2020-07-09 2022-01-21 シャープ株式会社 金属空気電池
CN111952695A (zh) * 2020-08-20 2020-11-17 黄宗洪 一种偏铝酸盐/氢氧化铝制备设备
CN112599893B (zh) * 2020-12-14 2022-08-12 唐山海港经济开发区北京理工大学机械与车辆学院转化研究中心 一种入墙式自供暖型金属空气燃料电池
CN114744339A (zh) * 2022-03-03 2022-07-12 广州优能达科技有限公司 一种固态锌空气电池

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3532548A (en) * 1966-10-25 1970-10-06 Yardney International Corp Electrochemical cell utilizing three electrodes
FR2085867A1 (en) * 1970-04-06 1971-12-31 Leesona Corp Rechargeable metal/air or metal-oxygencells
US4560626A (en) * 1982-09-20 1985-12-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Rapidly refuelable fuel cell
CA1276972C (en) * 1986-10-22 1990-11-27 David S. Strong Multi-cell metal/air battery
US4828939A (en) * 1987-06-01 1989-05-09 Eltech Systems Corporation Bipolar metal/air battery
US4842963A (en) * 1988-06-21 1989-06-27 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Zinc electrode and rechargeable zinc-air battery
US4957826A (en) * 1989-04-25 1990-09-18 Dreisbach Electromotive, Inc. Rechargeable metal-air battery
US5145752A (en) * 1990-12-31 1992-09-08 Luz Electric Fuel Israel Limited Electrodes for metal/air batteries and bipolar metal/air batteries incorporating the same
IL100625A (en) * 1992-01-10 1995-03-30 Electric Fuel Ltd Zinc / air battery for mechanical and electric charging
US5250370A (en) * 1992-07-23 1993-10-05 Faris Sades M Variable area dynamic battery
US5441820A (en) * 1993-10-26 1995-08-15 Regents, University Of California Electrically recharged battery employing a packed/spouted bed metal particle electrode
US5512384A (en) * 1994-04-25 1996-04-30 Biocybernetics Laboratories Inc. Battery and method of battery control for enhancing electrochemical reactions
FR2768264B1 (fr) * 1997-09-11 1999-12-03 Sorapec Lab Generateur air-zinc rechargeable electriquement
US6306534B1 (en) * 1997-10-06 2001-10-23 Reveo, Inc. Metal-air fuel cell battery systems employing means for discharging and recharging metal-fuel cards
US6383675B1 (en) * 1999-04-20 2002-05-07 Zinc Air Power Corporation Lanthanum nickel compound/metal mixture as a third electrode in a metal-air battery
AU2002247306A1 (en) * 2001-03-08 2002-09-24 Evionyx, Inc. Refuelable metal air electrochemical cell with replacable anode structure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011043565A3 (ko) * 2009-10-07 2011-07-14 주식회사 이엠따블유에너지 공기 금속 전지 충전 장치, 공기 금속 전지 어셈블리 및 이를 포함하는 공기 금속 전지 충전 시스템
US9373874B2 (en) 2009-10-07 2016-06-21 E.M.W. Energy Co., Ltd. Metal air cell charging apparatus, metal-air cell assembly, and metal-air cell charging system comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003041211A2 (en) 2003-05-15
CN1791999A (zh) 2006-06-21
US20050123815A1 (en) 2005-06-09
TW567626B (en) 2003-12-21
JP2005509262A (ja) 2005-04-07
EP1472757A2 (en) 2004-11-03
AU2002363502A1 (en) 2003-05-19
WO2003041211A3 (en) 2004-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20040047856A (ko) 재충전 및 재보급 가능한 금속 에어 전기화학 전지
RU2236067C2 (ru) Каталитический воздушный катод для металловоздушных аккумуляторов
JP2005518644A (ja) 金属空気セルシステム
US5487955A (en) Cooled zinc-oxygen battery
US20020142203A1 (en) Refuelable metal air electrochemical cell and refuelabel anode structure for electrochemical cells
US20050238949A1 (en) Reserve battery
US6869710B2 (en) Metal air cell system
US20050019651A1 (en) Rechargeable metal air electrochemical cell incorporating collapsible cathode assembly
US5650241A (en) Metal-air cell battery
US3650837A (en) Secondary metal/air cell
JP2004523076A (ja) ソフトポケットを有する金属−気体セル電池及び金属−気体セル電池用のソフトポケット材料
US20020098398A1 (en) Electrolyte balance in electrochemical cells
US6878482B2 (en) Anode structure for metal air electrochemical cells
US20040038120A1 (en) Metal air cell incorporating easily refuelable electrodes
US20040031143A1 (en) Method of manufacturing metal air cell system
US20020119368A1 (en) Anode structure for metal air electrochemical cells and method of manufacture thereof
EP1386372A2 (en) Metal air cell system

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid