TW200301579A - Rechargeable metal air electrochemical cell incorporating collapsible cathode assembly - Google Patents

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200301579 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） I：發明戶斤屬之技術領域3 發明領域 本發明係關於一種金屬氣體電化學電池。更特別的是 5 ’本發明係關於一種可再充電型金屬氣體電化學電池及使 用在其中的可折疊式陰極總成。本發明係關於一種金屬氣 體電化學電池。更特別的是，本發明係關於一種可再充電 型金屬氣體電化學電池及使用在其中的可折疊式陰極總成。 t ^tr 10 發明背景 電化學能篁來源為一種藉由電化學反應產生電能之裝 置。這些裝置包括金屬氣體電化學電池類，諸如鋅氣體及 銘氣體電池。此些金屬電化學電池使用一由金屬組成的陽 極，其會在放電期間轉換成金屬氧化物。某些電化學電池 15例如可再充電，藉此電流可通過陽極而使金屬氧化物再轉 是成可於晚後放電用之金屬。額外地，可裝配能加燃料的 金屬氣體電化學電池’如此可置換陽極材料用以連續放電 通#來說，金屬氣體電化學電池包括一陽極、一陰極及 一電解質。陽極通常由已浸潰電解質的金屬粒子形成。陰 2〇極通常包含一雙功能的半滲透薄膜及一還原氧用的催化層 。電解質通常為一種具離子傳導性但是不導電的腐蝕性液 體。 金屬氣體電化學電池具有許多超過傳統以氫為基礎的 燃料電池之優點。特別是，由金屬氣體電化學電池所提供 200301579 玖、發明說明 的此里供應實際上用之不竭，因為燃料（諸如鋅）充足且可 以金屬或其氧化物存在。再者，太陽、水力發電或其它形 式的能量可使用來將金屬從其氧化物產物轉換回具有非常 高的能量效率之金屬燃料形式。不像習知需要再填充之以 5氫為基礎的燃料電池，金屬氣體電化學電池的燃料可藉由 電力再充電而復原。金屬氣體電化學電池的燃料可為固態 因此其安全且容易處理及貯存。比較至以氯為基礎的燃 料電池（其使用甲烷、天然氣或液化天然氣以提供作為氫 來源且會放出污染氣體），金屬氣體電化學電池則產生零 10污染排放。金屬氣體燃料槽電池可在周溫下操作，然而 氫_氧燃料電池典型地需在15(rc至100(rc的溫度範圍下操 作孟屬氧體電化學電池能輸送較高的輸出電壓（ι_4·5伏 特）（超過習知的燃料電池（<〇.8V))。 第1圖顯示出一種習知的金屬氣體電池丨〇〇,其包括一 15對沿著壁形成的陰極104。電池1〇〇亦包括陽極ι〇8及第三 電極106(其提供作為充電電極）。第三電極1〇6配置成與陽 極108呈離子接觸’且以第一分離器與陰極1〇4電隔離而以 第二分離器與陽極106電隔離。該分離器可相同或不同。 在電極之間可經由電解質110(例如，液體電解質、凝膠電 20解質或其組合）提供離子接觸。 可使用從空氣或其它來源來的氧作為金屬氣體電池 100的氣體陰極104所使用之反應物。當氧到達陰極1〇4中 的反應位置時，其會與水一起轉換成經基離子。在此時， 會釋放電子而流入外部電路作為電力。該羥基會移動通過 200301579 玖、發明說明 電解質110而到達金屬陽極108。當羥基到達金屬陽極（在 包含例如鋅的陽極108之實例中）時，會在鋅表面形成氫氧 化鋅。氫氧化鋅會分解成氧化鋅並將水釋放回該驗性溶液 。反應因此完成。 陽極反應為：

Zn+40H~->Zn(0H)2'4+2e (1)

Zn(OH)2_4—Zn0+H20+20H_ (2) 陰極反應為： 1/202+H20+2e-~>20H~ (3) 因此，電池整體反應為： Ζη+1Λ02—>ZnO ⑷ 於再充電期間，在透過第三電極1〇6和已消耗的陽極 材料施加能量來源（對金屬氣體系統來說，例如大於2伏特） 後，所消耗的陽極材料（g卩，經氧化的金屬）（其與第三電極 106有離子接觸）會轉換成新鮮的陽極材料（即，金屬）及氧 。在充電期間，該陽極會由第三電極充電。電流會流入第 三電極而將陽極金屬氧化物轉換成金屬並釋放出氧。 ,極ι_存在’陰極1()4可為_單功能電極

鐵金屬（諸如不銹鋼）、鎳、鉻 其包括（但是非 、鈦及其類似物 200301579 玖、發明說明 及包含至少-種前述材料的組合與合金。合適的充電電極 包括多孔金屬，諸如泡沫狀鎳金屬。 比較至使用雙功能性電極的可再充電型電化學電池， 此電池架構具有-些優點。陰極的表面積（其想要最大化 5 X乓加氧轉換）不需要和與機械強度有關的損害取得平衡 。再者，在再充電期間對陰極104的機械強度及催化活性 之損害（即，由於在再充電期間會經由其而連續地施加電 壓）可由於所包含的第三電極而消除。 關於第1圖所描述之第三電極結構仍然存在一些問題 10 。例如，在再充電期間陽極會再生，但是當陰極無再生時 ，陰極的生命週期會受限制。當陰極固定在電池時，其無 法置換，因此會使電池的整體壽命變短。 再者，想要消除的是當電池不作用或當電池再充電時 會供應至陰極的氣體。此可防止陰極的C02中毒（即，碳酸 15 飽和）。 此外，在再充電期間，於第三電極處所釋放的氧具有 變成會被捕捉在電極間之傾向。此往往導致陽極區域會以 車乂陵的速率再生、根本不再生或者在放電期間不作用。 因此在技☆中仍然需要一經改善之可再充電型金屬 20氣體電化學電池，特別是與陰極總成有關之電化學電池。 C發明内容】 發明概要 先述技藝於上述所討論及其它問題和缺陷可藉由本發 明之數種方法及設備來克服或減輕，於此提供一可再充電 200301579 玖、發明說明 型金屬氣體電化學電池。該可再充電型金屬氣體電化學電 池通常有一對配置在中心且與可折疊式機制彼此依附的氣 體陰極部分。陽極則配置成可經由合適的電解質與每個氣 體陰極部分以離子傳遞。對再充電來說，提供一對與陽極 5部分以離子傳遞的第三充電電極。 在一個具體實施例中，該可折疊式機制允許陰極部分 收縮以打開在陰極部分與陽極部分間之空間，以使在充電 期間所累積的氧容易移除。 在另一個具體實施例中，該可折疊式機制允許陰極部 10分收縮以在充電期間或在空載時期中斷氣體供應，因此可 防止碳酸飽和及擴大有用的陰極壽命。 在進一步的具體實施例中，該可折疊式機制允許陰極 部分膨脹以便打開更多氣體管道用之空間，而在放電期間 將氣體或氧提供至該氣體陰極。 15 在仍然另一個具體實施例中，該陰極部分可移除且可 替換。 在更另-個具體實施例中，該可折疊式機制允許陰極 部分收縮以允許陰極部分可在空載期間或在充電過程與陽 極部分呈電隔離。 20 轉明之上述討論及其它特徵和優點將由熟知此技藝 之人士從下列詳細說明及圖形中察知及了解。 圖式簡單說明 本發月之斗夕其匕優點及特徵將從下列較佳的具體實 施例之詳細說明變成容易明瞭（當讀取伴隨的圖形時），其 10 200301579 玖、發明說明 中： 第1圖為習知的可再充電型金屬氣體電化學電池之圖 式表示圖；及 第2A及2B圖為包含第三電極及併入可折疊式機制的 5陰極總成（如詳細於本文）之金屬氣體電化學電池的具體實 施例之圖式表示圖。 第3A及3B圖各別為在本發明之一個具體實施例中所 使用的放電及再充電電路圖形。 第3C及3D圖各別為在本發明之另一個具體實施例中 1〇所使用的放電及再充電電路圖形。 第4A及4B圖為金屬氣體電化學電池的具體實施例之 圖式表示圖，其包括一開關安排、一第三電極及一併入可 折登式機制之陰極總成（如詳細描述於本文）。 第5A及5B圖為另一個金屬氣體電化學電池之具體實 15施例其在充電及放電模式的圖式表示圖，其包括一配置在 陰極與第三電極間之陽極，進一步使用併入可折疊式機制 的陰極總成（如詳細描述於本文）。 第6A及6B圖為金屬氣體電化學電池之具體實施例其 在充電及放電模式的圖式表示圖，其包括一在陽極的任_ 2〇邊上之第三電極安排，進一步使用一併入可折疊式機制之 陰極總成（如詳細描述於本文）。 第7A及7B圖^以楔子形式安排的金屬氣體電化學電 池其在充電及放電模式之具體實施例的圖式表示目，其使 用一併入可折疊式機制的陰極總成（如詳細描述於本文）。 200301579 玖、發明說明 第8A及8B圖為以楔子形式安排的金屬氣體電化學電 池其在充電及放電模式之具體實施例的圖式表示圖，其包 含一具有第三電極附著於此的陰極，進一步使用一併入可 折疊式機制的陰極總成（如詳細描述於本文）。 5 第9A及9B圖為以楔子形式安排的金屬氣體電化學電 池其在充電及放電模式之具體實施例的圖式表示，其包括 具有第二電極附著於此的陽極，進一步使用一併入可折 疊式機制的陰極總成（如詳細描述於本文）。 C實施方式j 10 較佳實施例之詳細說明 本發明提供一種可再充電型金屬氣體電化學電池。該 可再充電型金屬氣體電化學電池包括一金屬燃料陽極及一 氣體陰極、-第二電極及一與陽極的主要表面之至少一部 刀以離子傳遞的分離器。再者，所提供的結構可使陽極的 15 燃料補給容易。 現在參照至圖形來描述本發明的闡明具體實施例。為 了 π楚Λ明，顯示在圖中類似的部分應該以類似的參考數 字指出，及如顯示在另一個具體實施例中類似的部分應該 以類似的參考數字指出。 見在 > 照至第2Α及2Β圖，圖式地說明可再充電型金 屬乳體電化學電池細。一對陽極期沿著電池結構的内壁 " 者 對陰極或陰極部分204配置在該電池結構 的中心，其通常經由電解質21〇與陽極2〇8以離子傳遞。因 為陰極204配置在中心’它們可容易替換。二陰極部分204 12 200301579 玖、發明說明 5 10 15 20 與可折疊式機制202彼此依附。可折疊式機制加的内容包 括可打開或Μ在陰極間之氣體空間2丨2。該可折疊式機 制202可包括（但是為非為限制）機械總&、記憶體^結構 或其類似物。例如，該可折疊式機制可包含_凸輪系統、 -以致動器為基礎的系統、彈簣、彈菁片、齒輪、滑輪或 其任何組合，如將由熟練知機械及械電技藝之人士明瞭。 在另一個具體實施例中，該可折疊式機制2〇2可包含 能與陰極部分204機械協同的形狀記憶體合金材料。在選 擇性活化後，該形狀記憶體合金會改變（即，其形狀改變） 以允許陰極204折疊。應注意的是，雖然已描述出數種形 狀記憶體合金，但僅可使用一種形狀記憶體合金。該形狀 記憶體合金可例如為由形狀記憶體合金材料所形成的槓桿 、致動器、凸輪、彈簧、金屬線、管子或板子。這些材料 上明^接受適當的熱程序時具有會返回先前所定出的形狀 及/或尺寸之能力。這些材料可包括例如鎳·鈦合金及以銅 為基礎的合金（諸如銅-鋅_鋁及銅_鋁_鎳）。 形狀記憶體合金為一種在施加溫度及/或應力變化後 會經歷一結晶相轉換之合金。在正常條件下，會在溫度範 圍（其隨著合金組成物其自身及其製造時的熱-機械處理型 式而不同）内發生從形狀記憶體合金的高溫狀態（沃斯田體） 轉換至其低溫狀態（麻田赛體）。 當在沃斯田體相時對形狀記憶體合金成員施加應力， 且在從沃斯田體直至麻田賽體的轉換溫度範圍冷卻該成員 ’則沃斯田體相會轉換成麻田賽體相，及該形狀記憶體合 13 200301579 玖、發明說明 金成員之形狀會由於施加應力而改變。在施加熱後，當從 麻田赛體相轉換成沃斯田體相時，該形狀記憶體合金成員 會返回其原始形狀。 通常來說，形狀記憶體合金可分成二種等級：單向及 5二向。在加熱至特定的溫度範圍後，單向形狀記憶體合金 會重新獲得一預定的形狀（其以合適的加熱步驟預先定形） 。單向形狀記憶體合金在冷卻後不會返回原始形狀。另一 方面，二向形狀記憶體合金會在冷卻後返回預先加熱時的 形狀。更詳細考量的形狀記憶體合金已熟知，例如，描述 10在由達瑞爾（Darel)E.哈舉西登（Hodgesidn)，明（Ming)H·吳 (Wu)，及羅拔（R〇bert)j·比爾曼（Biermann)1i，，形狀記憶體 合金（Shape Memory Alloys)”中，其於此以參考方式併入 本文。 因此，應該選擇形狀記憶體合金的材料，使其不會發 15 20 生不想要的形狀記憶體合金改變。電池内部的溫度應該不 會提问至將造成形狀記憶體合金進行改變的程度。再者， 此内部溫度可使用料蓄意誘發形狀記憶體合金的形狀改 變之機制。此可有用地例如作為防止電池過熱的安全裝置。 通常來說，為了提供陰極部分2〇4之經控制的折疊， 會使用-加熱“（無顯^)。該加熱系統可在最接近形狀 記憶體合金處包含-個或多個電熱器。此外，電流可直接 通過該形狀記憶體合金以蔣豆‘拥Λ 口孟以將具加熱至想要的溫度。該能量 可直接得自於電池或槽i自身，十 曰目身，或此外可來自外部或各別 結合的電池。例如，可提供一直田 仏寻用較小的可再充電型電池 14 200301579 玖、發明說明 至該形狀記憶體合金系統或其它可折疊式機制。此專用的 電池然後可從主電池（即，在如描述於本文之放電期間）再 充電。 應注意的是，為了防止電短路，形狀記憶體合金的一 5 或二端應該與在適當電極上之絕緣器牢牢地緊合。 至於單向形狀έ己憶體合金之改變，當合金加熱而改變 形狀（即，如從第2Α圖至第2Β圖的位置之一般顯示）時，形 狀記憶體合金通常不會返回原始結構（即，第2 Α圖之結構 ，及該形狀記憶體合金在加熱後的結構會膨脹至在第2β圖 1〇中的結構）。因此，必需提供一外部力量以讓陰極204返回 至其不使用或充電位置，因此讓該形狀記憶體合金返回至 在加熱前之位置。此力量可以彈簧、與其它形狀記憶體合 金致動器或與多種其它機械設備手動地提供。再者，此可 為一種自動化系統，藉此以電子控制器決定回復至原始位 15置的需求且隨後提供一機械力量用之訊號。 至於二向形狀記憶體合金，必需維持使用來轉換形狀 記憶體合金之形狀的熱以維持該形狀。當熱移除時，該形 狀記憶體合金會回復至未經加熱的形狀記憶體合金之形狀。 應注意的是，不論單向或二向形狀記憶體合金，該預 2〇先加熱及經加熱的形狀可與顯示在第2A及2B圖之結構的 不同位置有關。例如，在一個結構中，該形狀記憶體合金 之預先加熱的形狀可如第2A圖所描述，及該經加熱的形狀 則描述在第2B圖。再者，該預先加熱的形狀可如第圖 所描述，及該經加熱的形狀則如第2入圖所描述。在此具體 15 200301579 玫、發明說明 實施例中，例如為二向形狀記憶體合金時，提供熱至該形 狀。己隐體合金以維持其在不使用或充電位置之能量可來自 電池其自身。 特別參照至第2A圖，所顯示的陰極為充電模式。該經 5折疊的陰極會減低或阻礙沿著陰極的氣流，因此減少陰極 在再充電期間的C02中毒。再者，該經折疊的陰極會增加 電池内部結構的空間，因此允許氧氣泡逸出。額外地，可 使用該藉由可折疊式機制而獲得的位置來將陰極與電池的 基座阻斷，因此防止不需要的陰極變質及電池的自身放電。 10 在可再充電型電池中，往往想要充電該陽極同時減少 或消除牵涉到氣體陰極的事物，因此需要切換在該氣體陰 極（對放電操作來說）與該第三電極（對再充電操作來說）間 之電連接。金屬氣體技術能提供任何可獲得的一級電池系 統之最高可獲得的能量密度。例如，在鋅氣體電池中，氧 15會擴散進入電池且使用作為陰極反應物。該氣體陰極會催 化地促進氧與水性的鹼性電解質反應，且在放電期間不會 消耗或改變。此主要的缺點為該氣體陰極無法使用在電池 的再充電，同時其會變成部分消耗或改變，此將會有害地 影響電池性能及最終後地電池有用的壽命。因此，加入額 20外的電極（亦即，第三電極）以讓合適的鋅氣體電池成為可 再充電型電池。如第2 A圖所顯示，所關心的是在再充電期 間並無電流通過陰極。 第2B圖顯示出在放電模式的陰極位置。在此位置中， 陰極204會推向陽極208。此可增加在陰極2〇4間之氣體空 16 200301579 玖、發明說明 間，因此可提供足夠量反應所需之氣體/氧。再者，其可 減少在每組陰極204與陽極208間之電解質空間，因此可減 低電池的内部電阻。 現在參照至第3A-3D圖，所顯示的為金屬氣體電池之 5不同結構的放電及再充電電路圖形。第从圖顯示出具有陰 極302、第三電極304及陽極3〇6之單一金屬氣體電池㈣ 電。第3B圖顯示出單—金屬氣體電池的再充電。應注意的 是，雖然無顯示，第3八及邛圖的電路安排典型地需要一 與第三電極有關的開關或其代替品及一與陰極有關的開關 10 或其代替品。 15 20 第3C圖顯示出第三電極在放電期間仍然連接之電池系 統的放電；第3關顯示出電池串列的電池线之再充電’，、 其中該第三電極在放電期間仍然連接。在充電期間，陰極 以開關/接觸308與基座電路斷路。在放電期間，陰極以開 關/接觸则與基座電路連接。因此，當開關為在關閉的位 置時’陰極仍然與第三電極連接且裝配該電路用於放電摔 作。在此結構中’在放電路徑中的_電路可減少盘多重 開關機制有關的不同損害。此損害包括由於開關的接觸電 :而增加内部電阻、在放電期間損失能量及產生熱、及與 多重開關驅動機制有關的無效率。 紙田理為限制，可組合氣 颸〉王思的是，雖然不意 政電極與陽極、充電電極（其經常由_成）㈣極而形成 I協同組合’且可具有金屬氣體電化學電池及錦-鋅電化 予電池二者之性質。 17 200301579 玖、發明說明 當開關切換至打開位置時，陰極不再與她連電池的第 三電極連接，此電池電路裝配用於再充電操作。因此，在 充電操作期間並無電流通過陰極。 该開關可為任何習知能處理想要的電流及/或電壓之 5開關。合適的開關包括（但是非為限制）機械開關、半導體 開關或分子（化學）開關或揭示在2〇〇1年4月6日由阿迪涕乏 替克（Achti Vartak)及蔡詩萍（Tsepin Tsai)所主張的美國申請 序號09/827,982，發表名稱為“電化學電池再充電系統，，中 之任何開關方法，其於此以參考方式併入本文。 1〇 習知的電池或具有固定陰極之電池結構將需要額外的 安排以併入此斷路。但是，隨著該陰極2〇4之可折疊式陰 極移動，該接觸可容易地連接及斷路而沒有額外的安排。 因此，如第4A及4B圖所顯示，在充電位置（第4八圖）中，陰 極404之折疊位置與接觸414為開路，因此在陰極與第三電 15極408間之接觸不連接。在放電位置（第4B圖）中，接觸將 關閉而將陰極與第三電極連結在一起。 應注意的是該陽極、陰極及第三電極的結構（例如， 相對位置）可與到目前為止所描述的那些不同而沒有離開 本發明之範圍。例如，在第5八及56圖所顯示之一個具體 2〇實施例中，陽極506配置在第三電極508與陰極5〇4對之間 。在充電位置（第5A圖）中，陰極504在折疊位置。在放電 位置（第5B圖）中，該可折疊式機制會膨脹以將陰極5〇4帶 至較接近陽極506，並打開至氣體陰極的氣道。在例如第 6A及6B圖所顯示的另一個具體實施中，每個陽極6〇6可包 18 200301579 玖、發明說明 括一對第三電極，以促進充電且最大化充電效率。 再者，該電池系統的整體形狀不限制為到目前為止所 顯不之稜柱狀。例如，如在第7A、7B、8A、8B、9a及叩 圖中所顯示，該使用可折疊式機制的系統可為楔子結構， 5例如更詳細地描述在2002年2月11日所主張的美國序號 10/074,893，發表名稱為“金屬氣體電池系統，，，其於此以 參考方式併入本文。在第7八及川圖的具體實施例中，該 充電電極708在陽極706外部（相對於陰極704)。應注意的是 ，可移除陰極704及與之相關的可折疊式機制7〇2，而該第 10三電極7〇8仍然在該陽極總成中。當例如再生於可再充電 的電池中之陽極時，則此陽極部分可在一定的再充電循環 數目後替換，而第三電極則可再使用。 在第8A及8B圖的具體實施例中，充電電極8〇8最近陰 極804，而以分離器電分離。應注意的是，陰極8〇4、充電 15電極808及與之相關的可折疊式機制802為可移除的。當例 如在可再充電的電池中之陽極再生時，則此陽極部分可在 一定的再充電循環數目後替換，而與陰極相關的第三電極 可再使用。 在第9A及9B圖的具體實施例中，該充電電極9〇8在陽 20極906與陰極904之間。應注意的是，陰極9〇4及與之相關 的可折®式機制902為可移除的，且第三電極9〇8仍然在該 陽極總成中。當例如在可再充電的電池中之陽極再生時， 則此陽極部分可在一定的再充電循環數目後替換，該第三 電極可再使用。 19 200301579 玖、發明說明 陽極204通常包含一金屬組分（諸如金屬及/或金屬氧化 物)及一電流收集器。對可再充電的電池來說，在技藝中 已熟知可使用一包含金屬氧化物與金屬組分之組合的配方 可在陽極^分中選擇性地提供—離子傳導媒質。再者， 5 10 15 在某些具體實施例中，該陽極包含一黏合劑及/或合適的 外加^。較佳地’該配方可最佳化放電的離子傳輸速率、 谷里、密度及整體深度，同時減少在循環期間的形狀改變。

该金屬組分主要可包含金屬及金屬化合物，諸如鋅、 舞、鋰、鎮、鐵金屬、銘、至少一種前述金屬的氧化物或 包s至J一種刖述金屬的組合及合金。這些金屬亦可與下 列組分混合或合金，該組分可包括（但是非為限制鳩、舞 、鎂、銘、姻、錯、萊、綠力p

至；-種刖述金屬的氧化物或包含至少一種前述組分的組 合。該金屬組分可以粉末、纖維、粉塵、細粒、薄片、針 狀物丸粒或其匕粒子之形式提供。在某些具體實施例中 ，可提供細粒金屬（特別是鋅合金金屬）作為金屬組分。在 電化學方法的轉換期間，該金屬通常會轉換成金屬氧化物。 。亥陽極電流收集器可為任何能提供導電性及能選擇性 地對陽極部分提供支撐的導電材料。該電流收集器可由不 2〇同的導電材料形成，其包括（但是非為限制）銅、黃銅、鐵 金屬（諸如不銹鋼）、鎳、碳、導電聚合物、導電陶瓷、其 它在鹼性環境中安定且不腐蝕電極之導電材料、或包含至 少一種前述材料的組合及合金。該電流收集器可為篩網、 多孔板、泡珠狀金屬、長條、金屬、線、板或其它合適的結 20 200301579 玖、發明說明 構之形式。如於本文中所描述，某些具體實施例可使用電 流收集器之伸長部分作為能量輸出終端。 該電解質或離子傳導媒質通常包含驗性媒質以提供經 基到達金屬及金屬化合物之路徑。該離子傳導媒質可為槽 5心形式（其合適地包含—液體電解質溶液）。在某些具體實 施例中，會在陽極部分中提供一離子傳導量的電解質。該 電解質通常包含離子傳導材料，諸如刪、Na〇H、u〇h 其匕材料或包含至少一種前述的電解質媒質之組合。特 別來說，該電解質可為包含濃度約5%的離子傳導材料至 10約55〇/〇的離子傳導材料之水性電解質，較佳為約㈣的離 子傳導材料至約50%的離子傳導材料，更佳為約3〇%的離 子傳導材料至約45%的離子傳導材料。但是，可依其容量 而使用其它電解質，如將由熟知此技藝之人士所明瞭。 忒陽極之可選擇的黏合劑主要在將在某些結構中的陽 15極組分維持為固體或實質上為固體形式。該黏合劑可為任 何材料（其通吊會黏著該陽極材料及該電流收集器以形成 合適的結構）且通常提供合適於陽極黏著目的之量。此材 料較佳地對電化學環境具化學惰性。在某些具體實施例中 ，此黏合劑材料可溶於水中或可形成乳化劑，而不溶於電 2〇解質溶液。適當的黏合劑材料包括以聚四氟乙烯為主的聚 合物及共聚物（例如，商業上可從E〗du p〇nt Nem〇urs an(i Company Corp.，威明頓（Wilmingt〇n)，de購得之鐵弗龍 (Teflon)®及鐵弗龍（Teflon)⑧T-30)、聚乙烯醇（pvA)、聚（ %氧乙烷）(PEO)、聚乙烯，比咯烷g同（pvp)及其類似物及衍 21 200301579 玖、發明說明 生物、包含至少一種前述黏合劑材料的組合及混合物。但 是，熟知技藝之人士將了解可使用其它黏合劑材料。 可提供選擇的添加劑以防止腐蝕。合適的添加劑包括 (但是非為限制）氧化銦、氧化鋅、EDTA、表面活性劑（諸 5如硬脂酸納、月桂基硫酸卸、Triton®X-400(可從聯盟碳化 物化學&塑膠技術公司（Uni〇n Carbide Chemical &

Technology c〇rp.) ’ 丹貝利（Danbury)，CT購得））及其它表 面活性劑、其類似物及衍生物、包含至少一種前述添加劑 材料的組合及混合物。但是，熟知此技藝之人士將決定可 使用其它添加劑材料。 提供至陰極部分的氧可來自任何氧來源，諸如氣體； 清潔氣體；純的或實質上氧，諸如來自公用或系統提供或 來自就地氧製造；任何其它製程氣體；或包含至少一種前 述的氧來源之任何組合。 20 ^極邵分可為習知的與合適的連結結構（諸如電流 收集盗）-起之氣體擴散陰極（例如通常包含活性組分及碳 土板型來說’可選擇該陰極觸媒以獲得在週圍氣體 中母平方公分至少2G毫安培（毫安培/付公分）的電流密度 、，較佳為至少50毫安培/平方公分，更佳為至少職安培/ Y “田然，合適的陰極觸媒及配方可獲得較高的電 ^密度。該陰極可例如具雙功能性（其能在放電及再充電 =者下:作)。但是，使用於本文中描述的系統，可 i極。雙功月匕陰極之需要’因為已提供第三電極作為充電 22 200301579 玫、發明說明 所使用的碳較佳地對電化學電池環境具化學惰性，而 可以不同形式提供，包括（但是非為限制）碳薄片、石墨、 其它高表面積的碳材料或包含至少一種前述的碳形式之組 合。 5 該陰極電流收集器可為任何能提供導電性的導電材料 且較佳地在鹼性溶液中具化學安定性，其能選擇性地對陰 極提供支撐。該電流收集器可為筛網、多孔板、泡珠狀金 . 屬、長條、線、板或其它合適的結構形式。該電流收集器 0 通吊具多孔性以減少氧氣流之阻塞。該電流收集器可由不 ίο同的導電材料形成，包括（但是非為限制）銅、鐵金屬（諸如 不銹鋼）鎳、鉻、鈦及其類似物，及包含至少一種前述 材料的組合及合金。合適的電流收集器包括多孔金屬，諸 如泡珠狀錄金屬。 在陰極中亦可典型地使用黏合劑，其可為任何能黏附 15基板材料、電流收集器及觸媒以形式合適的結構之材料。 通常提供合適於黏著碳、觸媒及/或電流收集器之目的的 修 黏合劑量。此材料較佳地對電化學環境具化學惰性。在某 些具體實施例中，該黏合劑材料亦具有疏水特徵。適當的 . 黏合劑材料包括以聚四氟乙烯為主的聚合物及共聚物（例 20 如’商業上可從E.I. du Pont Nemours and Company Corp. ’威明頓，DE購得的鐵弗龍（Tefi〇n)®及鐵弗龍 (Teflon)®T-30)、聚乙烯醇（PVA)、聚（環氧乙烷）(pE〇)、聚 乙烯吼咯烧酮（PVP)及其類似物及衍生物、包含至少一種 前述的黏合劑材料之組合及混合物。但是，熟知此技藝之 23 200301579 玫、發明B兌明 人士將了解可使用其它黏合劑材料。 該活性組分通常為一種合適於促進氧在陰極反應的觸 媒材料。該觸媒材料通常提供可有效促進氧在陰極反應的 罝。合適的觸媒材料包括（但是非為限制）錳、鑭、勰、鈷 5 、鉑及組合及包含至少一種前述觸媒材料的氧化物。典型 的氣體陰極揭示在由姚溫尼（Wayne Ya〇)及蔡詩萍所發表 之名稱為“燃料電池用之電化學電極，，的美國專利案號 6,368,751中，其全文以參考之方式併於本文。但是，如將 由熟知此技藝之人士所明瞭，可依其性能容量使用其它氣 10 體陰極。 為了將陽極與陰極電隔離，會在電極之間提供一分離 器，如已在技藝中熟知。該分離器可為任何商業上可講得 的能電隔離陽極與陰極的分離器，同時允許在陽極與陰極 之間有足夠的離子傳輸。該分離器可配置成與陽極的至少 15 -個主要表面之至少一部分（或陽極的全部主要表面）有物 理及離子接觸，以形成一陽極總成。在仍然進一步具體實 施例中，該分離器配置成與實質上陰極表面（其將最近陽 極）有物理及離子接觸。 在分離器與陽極間之物理及離子接觸可藉由下列而達 2〇成：將該分離器直接塗敷在該陽極的一個或多個主要表面 上；以分離器包住該陽極；使用一框架或其它結構做為陽 極的結構支持物，其中該分離器附著至在框架或其它結構 中的陽極；或該分離器可附著至一框架或其它結構，其中 該陽極已配置在該框架或其它結構中。 24 200301579 玖、發明說明 "亥刀離器較佳地具撓性以適應該電池組分的電化學膨 服及收縮，且對該電池化學物質具化學惰性。合適的分離 裔可以下列形式提供，包括（但是非為限制）··編織物、不 織物、多孔物(諸如多微孔性或奈米多孔性)、蜂窩式、聚 5合物薄板及其類似物。該分離器用之材料包括(但是非為 限制）聚稀烴（例如，商業上可從道化學公司（Dow Chemical Company)購知的傑而加得（以丨糾幻⑧）、聚乙烯醇（p%、 纖維素（例如，硝基纖維素、纖維素醋酸醋及其類似物）、 聚乙烯、聚醯胺（例如，耐綸）、碳氣型式樹脂（例如，具有 八酉夂基團g此基之尼飛昂（Nafi〇n)®家族樹脂，其可從杜邦 (du Pont)商業上購得）、賽料、滤紙及包含至少—種前述 材料的、、且σ。分離器16亦可包含一些添加劑及/或塗層（諸 如丙烯酸化合物及其類似物），以使其更可讓電解質潤濕 及滲透。 15 在某些具體實施例中，該分離器包含一具有電解質（ ★氫氧化物傳導電解質）併入於此之薄膜。該薄膜可具 有氫氧化物傳導性質，其可藉由：能支樓氮氧化物來源的 物理特徵（例如’多孔洞性），諸如膠狀鹼性材料；支持氫 氧化物來源的分子結構，諸如水性電解質；陰離子交換性 別質，諸如陰離子交換薄膜；或一種或多種能提供氫氧化物 來源的這些特徵之組合。 忒電解負（在本文的分離器之全部變化中）通常包含允 以金屬陽極與陰極間有離子傳輸的離子傳導材料。該電 負通《包含氫氧化物傳導材料，諸如κ〇η、ν&〇η、 25 200301579 玖、發明說明

Li〇H、RbQH、C观或包含至少_種前述電解質媒質的組 合。在較佳的具體實施射，該氫氧化物傳導材料包含 刪。該電解質可特別為包含濃度約州的離子傳導材料 至約55%的離子傳導材料之水性電解質，較佳為約ι〇%的 5離子傳導材料至约50%的離子傳導材料，更佳為約鄕的 離子傳導材料至約40%的離子傳導材料。 例如，該分離器可包含-具有能支撐氫氧化物來源的 物理特徵（例如，多孔洞性）之材#，諸如膠狀驗性溶液。 例如，能提供離子傳導的媒質之不同分離器則描述在·· 1〇 1993年10月5日由莎狄克（Sadeg)M法里斯（Fa叫所主張之 專利案號5,250,370，發表名稱為“可變面積的動態電池，，： 1997年1〇月6日由莎狄克Μ·法里斯，張緣明（心⑶-奶％ Chang)，蔡詩萍及姚溫尼所主張的美國申請序號 〇8/944,507，發表名稱為“使用金屬氣體燃料槽電池技術來 15產生電能之系統及方法，，；1998年5月7日由莎狄克Μ·法里 斯及蔡涛萍所主張的美國申請序號〇9/〇74,337，發表名稱 為“金屬氣體燃料槽電池系統，，；1998年7月3日由莎狄克Μ· 法里斯，蔡詩萍，湯姆斯（Thomas)J·雷格邦特（Legbandt)， 陳穆國（Muguo Chen)及姚溫尼所主張之美國申請序號 20 〇9/110,762，發表名稱為“使用金屬燃料帶及低摩擦力陰極 結構之金屬氣體燃料槽電池系統，，；2001年2月20日由莎狄 克M·法里斯，蔡時坪，湯姆斯雷格邦特（Legbandt)，姚文 彬（Wenbin Yao)及陳穆國所主張之美國專利案號6，19〇,792 ’發表名稱為“使用在金屬氣體燃料槽電池系統中的離子 26 200301579 玖、發明說明 傳導帶結構及其製造方法” ；1998年7月16曰由莎狄克M•法 里斯’蔡詩萍，姚文彬及陳穆國所主張之美國申請序號 〇9/116,643，發表名稱為“使用於放電及再充電金屬燃料卡 没備之金屬氣體燃料槽電池系統，，；1999年3月15日由蔡詩 5萍及威廉莫里斯（WiUiam Morris)所主張之美國申請序號 〇9/268，150 ’發表名稱為“可移動的陽極燃料槽電池，，； 2000年3月15日由蔡詩萍，威廉F•莫里斯所主張之美國申 口月序號09/526,669 ’ “可移動的陽極燃料電池，，，其全部於 此以參考方式併入本文。 1〇 通常來說，具有能支撐氫氧化物來源的物理特徵之材 料型式可包含一電解質凝膠。該電解質凝膠可直接塗敷在 放出（evolution)及/或還原電極的表面上，或塗敷在放出與 還原電極間作為自身支撐的薄膜。再者，該凝膠可由基板 支撐且併入放出及還原電極之間。 15 該電解質（在本文中任何一種分離器的變化，或在一 般電池結構中作為液體）通常包含允許在金屬陽極與陰極 間有離子傳輸之離子傳導材料。該電解質通常包含氫氧化 物傳導材料，諸如KOH、NaOH、LiOH、RbOH、CsOH或 包含至少一種前述電解質媒質的組合。在較佳的具體實施 2〇例中，5亥氫氧化物傳導材料包含KOH。該電解質可特別為 包含濃度約5%的離子傳導材料至約55%的離子傳導材料之 水性電解質，較佳為約1〇%的離子傳導材料至約5〇%的離 子傳導材料，更佳為約30%的離子傳導材料至約4〇%的離 子傳導材料。 27 200301579 玖、發明說明 該薄膜用之膠凝劑可為任何合適的具足夠量的膠凝劑 以提供該材料具有想要的堅硬度。該膠凝劑可為一種交聯 的聚丙烯酸（PAA)，諸如可從BF古得里趣公司（BF Goodrich Company )，夏洛特市（Charlotte)，NC購得的卡 5 波剖（Carbopol)®家族之交聯聚丙烯酸類（例如，卡波剖 ⑧675);商業上可從阿里德膠體有限公司（Allied Colloids Limited)(西約克郡（West Yorkshire)，GB)購得的阿扣梭柏 (Alcosorb)®Gl，及聚丙稀酸的舒及鈉鹽類；羧甲基纖維 素（CMC)，諸如可從亞得富化學有限公司（Aldrich 10 Chemical Co·，Inc.)，密爾瓦基市（Milwaukee)，WI購得的 那些；羥基丙基甲基纖維素；明膠；聚乙烯醇（PVA);聚（ 環氧乙烷）(PEO);聚丁基乙烯基醇（PBVA);包含至少一種 前述膠凝劑的組合；及其類似物。通常來說，該膠凝劑的 濃度從約0.1%至約50%，較佳為約2%至約10%。 15 該可選擇的基板可以下列形式提供，包括（但是非為 限制）：編織物、不織物、多孔物（諸如多微孔性或奈米多 孔性）、蜂窩式、聚合物薄板及其類似物，其能在還原及 放出電極之間允許有足夠的離子傳輸。在某些具體實施例 中，該基板具撓性以適應該電池組分之電化學膨脹及收縮 20 且對該電池材料具化學惰性。該基板用之材料包括（但是 非為限制）聚烯烴（例如，商業上可從達拉米克有限公司 (Daramic Inc.)，柏林頓（Burlington)，MA講得的傑而加得 ⑧）、聚乙烯醇（PVA)、纖維素（例如，硝基纖維素、纖維素 醋酸酯及其類似物）、聚醯胺（例如，耐綸）、賽珞玢、濾紙 200301579 玖、發明說明 及包含至少-種前述材料的組合。該基板亦可包含—些系 加劑及/或塗層（諸如丙稀酸化合物及其類似物）以使其= 由電解質潤濕及滲透。 在乂氫氧化物傳導薄膜作為分離器的其它具體實施例 5中，所提供的分子結構能支樓一氫氧化物來源，諸如水性 電解為。想要的薄膜為可在自身支撐的固態結構中獲得水 性電解質的導電度利益。在某些具體實施例中，該薄膜可 由一聚合材料與一電解質之複合物來製造。該聚合材料的 分子結構可支撐該電解質。提供交聯及/或聚合索以維持 10 該電解質。 在導電分離器的-個實例中，聚合材料(諸如聚氣乙 稀〇>VC)或聚（環氧乙燒）(ΡΕ〇))可以氯氧化物來源（作為厚 的薄膜）完整地形成。在第一配方中，將！莫耳的κ〇Η及〇1 莫耳的氯化鈣溶解在60亳升之水與4〇亳升之四氫呋喃 15 (THF)的混合溶液中。氯化賴供作為吸濕劑。之後，將^ 莫耳的PEO加入至該混合物。在第二配方中，使用與第一 配方相同的材料，但以Pvc取代pEQ。將該溶液鑄塑（或塗 佈）到基板上作為厚的薄膜，諸如聚乙烯醇(pVA)型式塑膠 材料。可使用其它較佳地具有表面張力高於該薄膜材料的 2〇基板材料。當該混合溶劑從該塗佈塗層蒸發時，會在pvA 基板上形成一離子導電的固態薄膜（即厚的薄膜卜將該固 態薄膜從PVA基板上剝除，可形成一種固體狀態的離子導 電膜或薄膜。使用上述的配方，可形成厚度範圍約至 約0.5毫米的離子導電薄膜。其它合適作為分離器的導電 29 200301579 坎、發明說明 薄膜之具體實施例更詳細描述在·· 1999年2月26曰由陳穆 國，蔡詩萍，姚溫尼，張緣明，李玲芳（Un_Feng u)及湯 姆卡儉（Tom Karen)所主張之美國專利申請序號〇9/259，_ ，發表名稱為“固體凝膠薄膜”；川㈧年丨月u日由蔡詩萍 5，陳_及李玲該主張之美目專利申請序號讀am ’發表名稱為“於可再充電型電化學電池中之@體凝膠薄 膜分離器”，· 2001年8月30日由羅伯卡拉漢（R〇bert lahan)，馬克史狄务斯（Mark Stevens)及陳穆國所主張 之美國序號09/943,053，發表名稱為“聚合物基質材料”； 及2001年8月30日由羅伯卡拉漢，馬克史狄芬斯及陳移國 所主張之美國序號09/942,887，發表名稱為“併入聚合物基 貝材料的電化學電池”，其全文整體以參考方式併入本文 。這些薄膜通常由包含一種或多種選自於下列之群的單體 之聚合產物的聚合材料形成：可溶於水的乙烯化不飽和醯 5胺類及酸類、及選擇性一種可溶於水或水可膨潤的聚合物 、或一種補強劑（諸如PVA)。此薄膜不僅因為其高離子導 電度（由於液體電解質完整地在其中）而成為想要的，而且 它們亦提供結構支撐並可抵擋樹模石生長，因此提供一合 適於金屬氣體電化學電池之再充電用的分離器。 20 在某些具體實施例中，該使用作為分離器的聚合材料 包含一種或多種選自於下列之群的單體之聚合反應產物： 可溶於水的乙烯化不飽和醯胺類及酸類及選擇性地一種可 溶於水或水可％潤的聚合物。該聚合產物可在支持材料或 基板上形成。該支持材料或基板可為（但是非為限制）編織 30 200301579 玖、發明說明 物或不織物，諸如聚烯烴、聚乙烯醇、纖維素或聚醯胺（ 諸如耐綸）。再者，該聚合產物可直接在電池的陽極或陰 極上形成。 該電解質可在上述單體聚合之前或在聚合之後加入。 5 例如’在一個具體實施例中，可在聚合之前將該電解質加 入至一包含該單體、可選擇的聚合反應起始劑及可選擇的 補強元件之溶液中，且其在聚合反應後仍然埋在該聚合材 料中。再者’該聚合反應可沒有該電解質而完成，其中該 電解質隨後包含在其中。 10 該可溶於水的乙烯化不飽和醯胺及酸單體可包括亞曱 雙丙烯醯胺、丙烯醯胺、甲基丙烯酸、丙烯酸、乙烯基_ 2-吼洛烧酮、N-異丙基丙烯醯胺、反丁烯二醯胺、反丁烯 二酸、N，N-二甲基丙烯醯胺、3,3_二甲基丙烯酸及乙烯基 石黃酸之鈉鹽、其它可溶於水的乙烯化不飽和醯胺及酸單體 15或包含至少一種前述單體的組合。 該可溶於水或水可膨潤的聚合物（其作為補強元件）可 包括聚礙（陰離子）、聚（4-苯乙烯磺酸鈉）、羧甲基纖維素 、聚（苯乙烯磺酸-共_順丁烯二酸）的鈉鹽、玉黍蜀粉、任 何其它可溶於水或水可膨潤的聚合物或包含至少一種前述 2〇的可溶於水或水可膨潤的聚合物之組合。加入該補強元件 可提高該聚合物結構的機械強度。 選擇性地，一種交聯劑，諸如亞甲雙丙烯醯胺、亞乙 雙丙稀醯胺、任何可溶於水的N，n，-亞烷基-雙（乙烯化不飽 和ϋ胺）、其它交聯劑或包含至少一種前述的交聯劑之組 31 200301579 玖、發明說明 合0 該聚合反應起始劑亦可包括諸如過硫酸銨、鹼金屬過 硫酸鹽類及過氧化物類、其它起始劑或包含至少一種前述 起始劑的組合。再者，該起始劑可與自由基產生方法（諸 5如輻射，包括例如紫外光、X-射線、γ-射線及其類似物）組 合著使用。但是，若輻射單獨足夠強大以起始聚合反應時 ’則不需加入化學起始劑。 在形成該聚合材料的一種方法中，可將所選擇的織物 π泡在該單體溶液（含或不含離子物種）中，冷卻該經溶液 10塗佈的織物及選擇性地加入聚合反應起始劑。該單體溶液 可藉由加熱、以紫外光、γ—射線、χ_射線、電子束或其組 合照射而聚合而產生該聚合材料。當離子物種包含在該聚 合溶液中時，該氫氧化物離子（或其它離子）會在聚合反應 後餘留在該溶液中。再者，當該聚合材料不包含該離子物 15種時其可例如藉由將该聚合材料浸泡在離子溶液中而加 入0 該聚合反應通常在室溫至約13(rc的溫度範圍内進行 ，但是較佳地在從約75。至約1〇〇。〇的高溫範圍。該聚合反 應可選擇性地使用與加熱有關連的輻射來進行。再者，咳 2〇聚合反應可依輻射強度而單獨地使用輻射來進行而沒有提 高原料的溫度。在聚合反應中有用的輕射型式之實例包括 (但是非為限制）紫外光、γ-射線、χ_射線、電子束或其組 合。 …、、、、 為了控制薄膜的厚度，該經塗佈的織物可在聚合反應 32 200301579 玖、發明說明 前放置在合適的鑄模中。再者，該以單體溶液塗佈的織物 可放置在合適的薄膜之間，諸如玻璃及聚對苯二甲酸乙酉旨 (PET)薄膜。將由熟知此技藝之人士明瞭，該薄膜的厚度 可根據其在特別應用中的效用而改變。在某些例如從空氣 5中刀離氧的具體實施例中，該薄膜或分離器之厚度可約 0.1宅米至約0.6亳米。因為該實際的傳導媒質會餘留在水 溶液中而在該聚合物骨架中，該薄膜的導電度可與液體電 ， 解質的（其在室溫下明顯地高）比較。在該分離器的仍然進 一步具體實施例中，使用陰離子交換薄膜。某些典型的陰 10離子父才奐薄膜乃以包含四級銨鹽結構的官能基之有機聚合 物，強鹼聚苯乙烯雙乙烯苯交聯的型式I陰離子交換器； 弱驗聚苯乙烯雙乙稀苯交聯的陰離子交換器；強驗/弱驗 聚苯乙烯雙乙烯苯交聯的型陰離子交換器；強驗/弱鹼 丙烯酉夂陰離子父換器；強驗全氣胺化的陰離子交換器；天 15然發生的陰離子交換器，諸如某些黏土；及包含至少一種 月’J述材料的組合及混合物為主。典型的陰離子交換材料更 鲁 詳細地描述在2001年7月23日由陳穆國及羅伯卡拉漢所主 張之美國暫時專利申請案號6〇/3〇7,312，發表名稱為，，陰離 ， 子交換材料，，，其於此以參考方式併入本文。 -〇 如上文中的一般討論，該分離器可黏附至或配置成與 陽極及/或陰極的一個或多個表面有離子接觸。例如，該 为離器可強加在陽極或陰極上。 合適的陰離子交換薄膜之另一個實例則更詳細地描述 在美國專利案號6，183,914中（其於此以參考方式併入本文） 33 200301579 玖、發明說明 。該薄膜包括以銨為基礎的聚合物，其包含（a)一具有烷基 四級銨鹽結構的有機聚合物；（b)一含氮的雜環錢鹽；及 (c)一氫氧化物陰離子來源。 +在更另-個具體實施例中，所產生的薄膜之機械強度 5可藉由將該組成物鑄塑在一支持材料或基板上而增加，其 較佳為編織物或不織物，諸如聚烯烴、聚酿、聚乙稀醇、 纖維素或聚醯胺（諸如耐綸）。 - 該充電電極206可包含一導電結構，例如篩網、多孔 馨 板、泡沫狀金屬、長條、線、板或其它合適的結構。在某 10些具體實施例中，該充電電極206為允許離子傳遞的多孔 物。該充電電極206可由不同的導電材料形成，包括（但是 非為限制）銅、鐵金屬（諸如不銹鋼）、鎳、鉻、鈦及其類似 物，及包含至少一種前述材料的組合及合金。合適的充電 電極包括多孔金屬，諸如泡沫狀鎳金屬。 15 雖然已顯示及說明較佳的具體實施例，但可沒有離開 本發明之精神及範圍於此製得不同的改質及取代。因此， · 需了解的是，本發明已藉由闡明而說明且不由其限制。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知的可再充電型金屬氣體電化學電池之圖 20 式表示圖；及 第2 A及2B圖為包含第三電極及併入可折疊式機制的 陰極總成（如詳細於本文）之金屬氣體電化學電池的具體實 施例之圖式表示圖。 第3 A及3B圖各別為在本發明之一個具體實施例中所 34 200301579 玖、發明說明 使用的放電及再充電電路圖形。 一個具體實施例中 第3C及3D圖各別為在本發明之另 所使用的放電及再充電電路圖形。 5 、第4A及4B圖為金屬氣體電化學電池的具體實施例之 圖式表示圖’其包括一開關安排、—第三電極及_併入可 折疊式機制之陰極總成（如詳細描述於本文）。

第5A及5B圖為另一個金屬氣體電化學電池之具體實 施例其在充電及放電模式的圖式表示圖，其包括_配置在 陰極與第三電極間之陽極，進一步使用併入可折疊式機制 的陰極總成（如詳細描述於本文）。 第6A及6B圖為金屬氣體電化學電池之具體實施例其 在充電及放電模式的圖式表示圖，其包括一在陽極的任一 邊上之第三電極安排，進一步使用一併入可折疊式機制之 陰極總成（如詳細描述於本文）。

第7A及7B圖為以楔子形式安排的金屬氣體電化學電 池其在充電及放電模式之具體實施例的圖式表示圖，其使 用一併入可折疊式機制的陰極總成（如詳細描述於本文）。 第8A及8B圖為以楔子形式安排的金屬氣體電化學電 池其在充電及放電模式之具體實施例的圖式表示圖，其包 20含一具有第三電極附著於此的陰極，進一步使用一併入可 折疊式機制的陰極總成（如詳細描述於本文）。 第9A及9B圖為以楔子形式安排的金屬氣體電化學電 池其在充電及放電模式之具體實施例的圖式表示，其包括 一具有第三電極附著於此的陽極，進一步使用一併入可折 35 200301579 玖、發明說明 疊式機制的陰極總成（如詳細描述於本文）。 【圖式之主要元件代表符號表】 100···金屬氣體電池 408…第三電極 104…陰極 414…接觸 106···第三電極 504…陰極 108…陽極 506…陽極 110···電解質 508…第三電極 200···可再充電型金屬氣 6 0 6…陽極 體電化學電池 702…可折疊式機制 202···可折疊式機制 704…陰極 204···陰極部分 706…陽極 206···充電電極 708…充電電極 208…陽極 802…可折疊式機制 210···電解質 804…陰極 212···氣體空間 808…充電電極 302…陰極 902…可折疊式機制 304···第三電極 904…陰極 3 0 6…陽極 906…陽極 308···開關/接觸 908…第三電極 404···陰極

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Claims (1)

1. 200301579 拾、申請專利範圍 1.—種可再充電型金屬氣體電化學電池，其包含： 一對與可折疊式機制彼此依附的陰極部分； 一陽極部分，其配置成與每個陰極部分呈離子傳 遞且電隔離； 離子媒吳，其可在陽極部分與陰極部分間提供 離子傳遞； 一對第二充電電極，其與陽極部分呈離子傳遞。 2·如申睛專利範圍第1項之可再充電型金屬氣體電池， 其中該可折疊式機制允許該陰極部分收縮以打開在陰 〇 極部分與陽極部分間之空間，以便在充電期間容易放 出氧氣。 •如申凊專利範圍第1項之可再充電型金屬氣體電池， 其中該可折疊式機制纟許該陰極部分收縮以切斷在充 電期間或在空載期間的氣體供應。 15 4· Μ請專利範圍第！項之可再充電型金屬氣體電池， 其中该可折疊式機制允許該陰極部分膨脹以打開更大 &體皆道用之空間’以在放電期間提供空氣或氧。 如申°月專利1巳圍第1項之可再充電型金屬氣體電池， 其中該陰極部分可移除且可替換。 如申明專利1已圍第1項之可再充電型金屬氣體電池， 其中該陽極部分可移除且可替換。 7· ^請專利範圍第i項之可再充電型金屬氣體電池， 八 ϋ折足式機制允許該陰極部分收縮以允許該陰 極部分在空载期間或在充電過程與陽極部分呈斷路。 37 200301579 拾 8. 9. 5 10. 、申請專利範圍 如申明專利範圍第!項之可再充電型金屬氣體電池， 其中該可折疊式機制包含-機械總成。 如申凊專利範圍第丨項之可再充電型金屬氣體電池， 其中該可折疊式機制包含一械電總成。 如申請專利範圍第丨項之可再充電型金屬氣體電池， 其中該可折疊式機制包含一形狀記憶體合金系統。

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