TW502470B - Electrically activated sheet air mover - Google Patents

Description

發明領域 eries )與電化學電池 組（c e 1 1月 般係關於電池（b a 11 置 空氣移動裝 電池、纟且之处）$ 且尤特指用於氣體去極化（depolarized 是具有電$氣移動（air mover )系統’該空氣移動裝j 置。 ’舌化的或壓電（piezoelectric 發明背景 身又凰而斤 ， 電池組，伟 萄工氣（metal-air )電池組，比如鋅空氣 Perils w 、用一個或一個以上的通透性（air permeable) ^ 隔開。在雷、νΓ/ 而該陰極是用電解液與金屬鋅陽極分 個或一個以Υ操作期澗，從周圍空氣而來的氧氣，會在一 屬辞陽極接菩ΐ陰極上發生轉換反應而產生氯氧離子。4 應中釋放Ϊ來：Ϊ離子氧化掉。水與電子便在電化學肩 砰双出來，而提供電力。 -開始’金屬空氣電池只能被應用到有限的商業用摩 比如需要低電力的助聽器（heading ai 。 電池中，讓空氣到達空翕险托Μ # > 0日 / 一 Λ, ^ ^ „ 礼陰極的空虱開口很小，使得電対 一段時間’而不會發生因外界相對濕度以及電池产 水軋堅力的差異，所產生的氾濫或枯乾現像。然而，這泡 電池的電力輸出太低，而不能起動如數位相機 (camcorders )，大哥大 ®^ . 了 人電話（cellular phones )或膝 上型的（laptop )電腦裝t卜 、 码衣1上。此外，加大一般"鈕扣電 502470 五、發明説明（2) 池"的空氣開口並不切實際，因為會導致氾濫或栝乾的永 久性失效° 十· 為了增加金屬空氣電池的電力輸出，而能應用到如數 位相機，大哥大電話或膝上型的電腦裝置上，因而發展出 一種变氣管理器（air manager )，提供反應性氣體流給 一個或多個金屬空氣電池組的空氣陰極用，在不需要電力 輸出時，能隔絕開電池組與環境空氣以及濕度)。與傳統的 電化學電源作比較，包含空氣管理器的金屬空氣電池組可 以提供較高的電力輸出，並具有較長的使用時間，且重量 很輕。這些優點有一部分是因為金屬空氣電池組是利用周 圍空氣中的氧氣當作‘電化學過程中的反應物，而不是較重 的金屬或金屬化合物。空氣管理器的實施例顯示於美國第 491 3983 ’5356729，569 1 074 與 59 1 9582 號專利中。 然而，大部分空氣管理器的缺點是，在空氣移動裝置 裝置中有效利用，傳統上是一個風扇或空氣幫浦（ai r Pump ) ’電池化學佔據空間以延長電池的壽命。對於在很

】封閉空間内的實際金屬空氣電池來說，比如在許多電子 ^置内當作標準電源裝置的” AA"大小的圓柱形内的金屬空 氣電池，所損失掉的—空間是嚴格的。 除了堆積空間外’在金屬空氣電池中使用的空氣移動 裝置裝置也耗費在金屬空氣電池中儲存的能量可能被運送

五、發明說明（3) 虽作對負載的能源輸出。用來控制一空氣管理器的複雜的 電子可以增加儲存的能量之使用；除此之外他們增加相當 的花費。還有，對多數在金屬空氣電池中使用的空氣移動 裝置裝置在低壓時分配空氣給予一陰極空間（plenum)，

必須定義一流動通道去通過所有陰極表面之區域以完全分 被空氣給整個陰極表面。於是，在佔據空氣中之攜帶功能 與此合功此而且已經散佈在電池内分散空氣。當在金屬空 · 乳電池中空氣移動裝置裝置中使用風扇之進一步缺點是在 一破裂階段中他們可能對像是大哥大電話之裝置的使用者 造成噪音。 I 結果，金屬空氣電池組的主要優勢是因為空氣電極的 低重量而造成他們的高能量密度，對一有效率的空氣管理 器由於費用、空間與要求之電力該優勢已經被妥協，而可 能造成噪音。另外，對從該金屬空氣電池組消費的所有電 力階段可能不需要該空氣管理器的操作。 提供氣態或液態燃料形式的燃料電池組，像是氫 (hydrogen)或甲醇（methanol)，也可能由在電解質或 水合物膜（hydrated membrane)(丨’聚合物電解質"）中 _ 當維持一必須的水合作用（h y d r a ΐ i ο η )階段在一氣體去 極化電極可以提供空氣之空氣管理器受益。 * 因此，需要一種合併空氣移動裝置裝置之空氣管理

t只佔用报少電池化學要用的可利用空Ρβ1， I氣電池組使用電力時以田伙该金屬 是有用的，是安靜的 來刀解3玉巩電極的進階系統 、由* 女靜的須要相當容易控制的，和名知冷低 2的消耗功率，而且提供燃料電池組相似之停η -個控制•制的•階需求而且：，氣官理器有 起該空氣管理器不要去運作。 电机駆動期間引 發明概述 <» 本發明在提供種給氣體去極化電池 :動裝置裝置佔用很少電池化學要用的可利 ::以及在相當低速率的消耗功率能夠發展=工 根據本电日月的一個現象，藉由提供一具 隔膜（diaphragm)氣體移動裝置 有動氣、 氣體去極化電池之氣體通道用來對 ,. ^體陰極棱供去極化氣體之彈性壓電 vPiGZoclectric ^ ti ® 4c ^ , . i Uhuge > 4 板達成的。當應用電流或能 膜Λ 2 化橫隔膜或壓電通風板，該橫隔 式^ Φ、s ΓΤ把 > 以回應該電流或能量。該電子活化橫隔膜 二=變形移動該氣體相鄰該橫隔膜或通風板。 氟-β '可能是，例如，一金屬空氣電池組或燃料

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電池組。 在一較佳實施例中，該空氣移動裝置裝置是一以像是 -壓電聚合物，或壓電陶瓷，或像是彎曲的傳動裝置，離$ 鍵聚合物 （i onomers )，或長度的靜電干擾 (electrostatically)驅動聚合物之從電活化的 (elect ro active)聚合物（EAPS)之彈性壓電物質彭成 的電子活化通風板。該電子活化通風板可以是橫隔膜形 狀。在印刷電路板（PCB )上固定的一控制電路連接到該 電子活化通風板’而’且提供一電流或能量去引起該電子活 化通風板往復運動（reciprocate)或去振動。當該電子 活化通風板被固定在一氣體去極化電池組或電池之内，該 電子活化通風板藉由替換地移動該氣體從該氣體陰極延伸 到外面的周圍氣體去進出通道對氣體去極化電池之氣體 極提供周圍的空氣。 $ 根據本發明的另一個現象，本發明提供一通風系統給 予一氣體去極化電池組電力供應，具有一個或一個以上的 電池組’每個包含一氣體電極，而且至少一個氣體通道在 彼此面對的電極表面之間通過。每個電極表面定義一開口 _ 經由那裡與該開口通過彼此分開放置的該表面。該通道能 夠通過足夠的氣體以運作該電池組當結合一運作的空氣移 動裝置裝置’而且該通道是進一步運作，當被開起且不在 運作的空氣移動裝置裝置影響下時，以限制汽流通過該通

第8頁 502470 五、發明說明（6) 道而保護該電池組。最好是，面對的表面之一個是一電子 活=橫隔膜或壓電通風板，而且該空氣移動裝置裝置包含 該橫隔膜或通風板且一控制電路固定在 (PCB)上以往復運動或振動該橫隔膜。電路板 根據本發 氣電池之中包 或一個以上的 矩形陰極空氣 極，而且一空 間去定義的一 圍（amb i ent ) 口通過該陰極 該殼體可能更 動裝置裝置。 膜0 明的另 含一圓 金屬空 陰極空 氣管理 空氣通 空氣< 空氣陰 包含一 該空氣 一個現象，本發明提供，在一金屬空 柱形的殼體，且在該殼體中包含一個 氣電池組或燃料電池組，而且以一般 *間分隔開一個或一個以上的空氣陰 器包括在殼體内以該陰極空氣陰極空 道而且一開口溝通在該殼體外面的周 1運作一空氣移動裝置裝置去從該開 極空間去移動一空氣軸方向之流動。 絕緣管’提供外面的空氣到該空氣移 移動裝置裝置可能是一電子活化橫隔 、、也組然：ίί明的另‘一個現象是金屬空氣電池組，燃料電 处穴雷二έ'組組用之一空氣移動裝置裝置，其中該金屬 ;ί雷早：w燃料電池組’ *電池組組是用來提供能量給 從該電子裂置可移除的盒子（ — _) 纟包含該K组或電'池組組用。肖盒子至少包含 通道延伸通過與該電子裝置密合的該盒子。在 遠電子裝置内放置一電子活化橫隔膜且在一方向中引起：

第9頁 502470 五、發明說明（7) '—------- 移動而且在相反方向中回應到-應用電流 通“置舌化橫隔膜之移動弓丨起空氣被交換通過該 通，，置通道於是在才目鄰該冑氣陰 之外部之間移動空氣。 夂麗千之円邛14孤子 本發明的 與通道提供改 金屬空氣電池 中可以了解， 屬空氣電池， (prismatic ) 本發明尋 金屬空氣電池 電池化學要用 料電池組使用 用的，是安靜 耗功率。 移動裝置裝置 或一個以上的 電池。從上文 用到個別的金 狀的 裝置給予像是 電池佔用很少 氣電池組或燃 進階系統是有 當低速率的消 各式各樣實施例之氣體或空氣 良的空氣管理器給予包含一個 組或燃料電池組之氣體去極化 本發明的大部份現象是可以應 燃料電池或電池單元，與棱^ 及圓柱狀的電池單元^者與^ ft提供改良的空氣移動裝置 組與燃料電池組之氣體去極化 的可利用空間，當從該金屬* 電力以用來分解該空氣電極; 的，或控制邏輯電路，和在相 本發明的其它特點與優點，將 例的以下說明’並結合相關圖式以及：：士發明較佳實施 後，會變得更為明顯。 明專利範圍的内容 較佳實施例說明

第10頁 —- 五、發明說明（8) 本發明 可能以金屬 電池的電池 或可能合併 中顯示。金 上的金屬空 定形式去揭 池之任何形 之氣體去極 可以在金屬 空氣電池啟 組相似於在 參考在美國 屬空氣電池 氣電池組。 露，但應該 式’不論是 化電池之其 空氣電池中實施。可以詳細了解到 動許多形式的電子裝置。金屬空氣 美國08/299997中請案號中揭示的 專利 5356729 或5641588 或5569551 包含在盒子内附上的一個或一個以 雖然本發明使用金屬空氣電池之特 了解到本發明可應用於金屬空氣電 主要或次要的，與像是燃料電池組 他形式。 本發明的第一實施例

現在更仔細的參閱圖式，其中相類似的參考數號是指 ^類似的部分，圖1是本發明的一種較佳實施例說明一具 有電子活化橫隔膜空氣移動系統102之圓柱狀電池100。該 ^子活化，隔膜空氣移動系統102是放置在上軸氣室104a :=間轴氣室104b之間。一穿孔圓盤105從下軸氣室104c =刀開該中間軸氣室104b。在傳導的圓柱狀盒子108内附 ^該電子活化横隔膜空氣移動系統1 0 2與金屬空氣電池 、且與^盒子108接觸的一陽極物質110，與一具有分離器 ^圓，狀空氣陰極112組成該金屬空氣電池組，分離器 θ 4、疋@在陽極物質110與空氣陰極112之間。該空氣陰極11 2 是^ %狀的陰極絕緣器11 6從該盒子1 〇 8電子分離。一陽極 電流收集器尖峰（spike ) 117沿著該電池組的軸延伸穿過

第11頁 502470 五、發明說明（9) 該陽極物質110而且接觸該傳導的盒子丨〇8在該電池組的底 4。、✓主意該氣室l〇4a ’104b及l〇4c之體積被誇大以詳細 說明。實際上，該直徑是被縮小的。 空氣陰極112之一邊面對該下軸氣室i〇4c。空氣陰極 112之另一邊面對該分離器Π4，分離器114是依序面對該 陽極物質11 0。該電子活化橫隔膜空氣移動系統丨〇 2是定位 在該盒子108内在上軸氣室l〇4a與中間軸氣室l〇4b之間。 上轴氣室104a ’中間轴氣室l〇4b，與下軸氣室l〇4c—起提 供一内部空氣陰極空間。箭頭118 —丨26代表氣流或氣體進 入該盒子108，在該盒子108内與離開該盒子1〇8之傳統循 環以提供反應體氣流到空氣陰極11 2當做運作空氣移動系 統102或以下描述方式之結果。箭頭128-132代表在上軸氣 室104a中氣流或氣體進入該盒子1〇8，在該盒子log内與離 開e亥益子1 〇 8之傳統彳盾ί衣當做運作空氣移動系統1 Q 2或以下 描述方式之結果。 盒子108從周圍空氣以一個或一個以上的下通風開口 1 34與上通風開口 1 36之例外去分離該電池組。最好，該盒 子108疋一傳導的金屬罐。可替換地，該盒子1Q8可能是由 塑膠製成，而且該電池組可能被提供一陽極電流收集器與 一延伸至該盒子外部的陽極端點。最好，上通風開口丨3 6 — 與下通風開口 134允許該周圍空氣個別的與上軸氣室1〇4a . 與下軸氣室104c溝通。該上軸氣室l〇4a與下軸氣室iQ4c:.

第12頁 502470 五、發明說明（ίο) 者必須至少每一通道有一通風開口。然而通風開口 1 34， 136的數目沒有像誇大通風開口 134，136的尺寸去連接形 狀那樣的重要。上通風開口 I36穿透該盒子108被放置在電 池100的尖端（top)。一上擴散分離管138連接該上通風 開口 136，而且從該盒子108延伸至該電池100的上軸氣室 104a。下通風開口 134穿透該盒子108被放置在電池1〇〇的 側邊上。一下擴散分離管140連接該下通風開口 134，而且 從該下通風開口134延伸至該電池10〇的下軸氣室104c。 如前面所描述的，可能選擇以進一步最佳化到該金屬 空氣電池組1 0 6之空氣流，該下擴散分離管14 0的尺寸，數 目，形狀或安排設置符合該下通風開口 1 34且該上擴散分 離管138符合該上通風開口 136。當一起被拿，依據電池組 之金屬空氣電池組功率要求，下通風開口 1 3 4與上通風開 口 136是具有足夠的尺寸大小去進入與排除空氣的質量去 進出該盒子108。在下文中通風開口部分會詳細去討論該 擴散分離管之分離功能。該電子活化空氣移動系統1 0 2提 供一增加的氣流去進出相鄰該空氣陰極112之該下軸氣室 104c。該橫隔膜空氣移動系統1〇2之運作發生在驅動該金 屬空氣電池組之特定高電流驅動模式期間而且在低或沒有 電流驅動模式期間停止。同時在美國申請之專利申請案案 號01446-1350，其名稱為”有效利用一橫隔膜的金屬空氣 電池組之空氣管理系統與方法（Ai r Managing Systems and Methods for Metal-Air Batteries Utilizing a

第13頁 502470 發明說明（11)

Diaphragm)"是一般被指定與本案合併參考，詳細討論結 合該空氣移動系統1 〇 2啟動的兩種運作模式。 在實施例中，一印刷電路板（PCB ) U8攜帶一用來控 制該横隔膜空氣移動系統1 〇 2運作之控制電路。該pCB丄4 8 可以被放置在該橫隔膜空氣移動系統丨〇 2以上或下。一導 線150連接該PCB 148到該橫隔膜空氣移動系統丨〇2。從該 電池組電流供應到該PCB 148而且然後到該橫隔膜空氣移 動系統102以引起該電子活化橫隔膜空氣移動系統1〇2去移 動空氣。 放置一電子活化橫隔膜142穿越該電池1〇〇的内部垂直 該空氣陰極112，而且在上軸氣室1〇4 a與中間軸氣室i〇4b 之間。該電子活化橫隔膜142定義一周圍（periphery ) 144其以一環氧樹脂（epoxy)(未圖示）或一機械壓迫裝 置（未圖示）附加到該盒子1 〇 8的内部。 一種合適的環氧樹脂，可以使用由樹脂技術群 (Resin Technology Group LLC )製造的Oxybond TP-05，用來附加一電子活化橫隔膜到該盒子内部。一種 g 合適的機械壓迫裝置，可以是在該橫隔膜周圍對邊上向外 擴張的環狀夾具（circular cl amp )、或剛性的環狀固定 一 體（rigid annular retainers )，用來附加一電子活化 · 橫隔膜到該盒子内部。 ·

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該電子活化橫隔膜142可以是由包含壓電陶究或壓電 聚合物之彈性的壓電物質製成。壓電陶瓷與聚合物可以在 一預定方向中彎曲’擴展’延伸或置換（displace )以回 應一應用的電流，電壓或能量。一種合適的壓電陶吏是由 在麻省康橋（Piezo System，Inc· of Cambridge，μΓ) 製造的壓電共鳴葉片（blade)元素。熟悉該項技蓺的人 士熟悉各種將壓電陶瓷與聚合物製成供一空氣移動裝置 使用的通風板、橫隔膜或其他相似樣式方法。 、# 再者，該電子活化橫隔膜14 2也可以由像是彎曲的傳 動裝置或離子鍵聚合物，與長度的靜電干擾驅動聚合物之 電活化的聚合物（EAPS)製成。彎曲的傳動裝置或離子鍵 聚合物可以包含依據杜邦製造的Nafi〇nR薄膜處理的氟化 (perfluorinated)灕子交換薄膜白金化合物（IMpc)。 EAPS可以在一預定方向中彎曲，擴展，延伸或置換以回應 一應用的電流，電壓或能量。熟悉該項技藝的人士熟悉: 種將EAPS製成供一空氣移動裝置構使用的通風板、横&膜 或其他相似樣式方法。再者，熟悉該項技藝的人士將^解 到EAPS提供較大的回應時間，較低的物質密度，較小的功 率消耗，改進疲乏的特徵，大量生產的能力，及缺少與 知壓電材質比較所須要的極點，以提供遠超過習知壓 質所能節省的費用與空間的優勢。 502470 五、發明說明（13) 除了該電子活化橫隔膜1 4 2外，該穿孔圓盤丨〇 5橫跨該 電池100的内部。該穿孔圓盤丨05放置在中間軸氣室1〇让與 下轴氣室104c之間，垂直空氣陰極112，而且與該電子活 化檢隔膜142平行。在該穿孔圓盤1〇5中一個或一個以上的 穿孔146允許空氣流丨24穿越該穿孔圓盤1〇5與中間軸氣室 104b。 一當該橫隔膜142是由壓電材質製成以振盪一電子活化橫 隔膜1 42所需要的最小橫隔膜電流可能傳統是小於或等於 1mA ’而且最好大概是在〇· 1到〇 · 2 mA。同樣地，以振盪一 EAPS形式橫隔膜所需要的最小橫隔膜電流可能傳統是掉落 在5 0 mA到1mA之間，而且最好大概是在2〇mA到〇· lmA之 間。當與前述的電流結合時通過這些橫隔膜以振盪所需要 的電壓大約是5V，同樣是依據該橫隔膜的特性。在一種合 適的壓電陶瓷中，當對一換流器驅動電路應用5V電壓而達 成大約50-250¥八(：，該結果輸出功率大約是3〇 — 25〇11^。 本發明的第二實施例

現在請看圖2，圖2是說明本發明第二實施例包括具有 二電子活化橫隔膜空氣移動系統2〇2之一電池2〇〇在上軸氣 至204a與下轴氣室2〇4b之間。在圓柱狀盒子208内附加該 ，子活化橫隔膜空氣移動系統2〇2與金屬空氣電池組2〇6。 邊電子活化橫隔膜空氣移動系統2 〇 2定位在盒子2 〇 8中在上

第16頁 502470 五、發明說明（14) 轴氣室204a與下軸氣室20413之間 ^狐子2 〇 8從周圍空氣以一個通風開口 2 1 〇之例外去分離 該電池組206。最好，該盒子208是一塑膠物質、或一金屬 罐^絕緣該内部元件/最好，該通風開口210允許該周圍 二氣與下軸氣室204b溝通。該不軸氣室2〇4b必須至少有一 通風開口210 ;通風開口的數目沒有像誇大通風開口的尺 寸去連接形狀那樣的重要。依據電池組2 〇 6之金屬空氣電 池組功率要求，下通風開口 21〇是具有足夠的尺寸大小去 進入與排除空氣的質量去進出該盒子2〇8。 • 一上通風開口 211穿過該盒子2〇8在上軸氣室204a中允 許周圍空氣與上軸氣室2〇4a溝通。該上軸氣室2〇4a必須至 ^有通風開口 211以釋放在該上軸氣室2〇4a中的壓力當 空氣被循環通過該下軸氣室2〇4b時。該上通風開口 211是 具有足夠的尺寸大小去進入與排除空氣的質量去進出該盒 子208。 該通風開口 210通過該盒子208是座落在該電池2〇〇的 底部。一上擴散分離管2 1 2連接該通風開口 2 1 〇而且從該下 _ 通風開口 210延伸至該電池2 〇〇的下軸氣室2〇4b。 該電子活化空氣移動系統202提供一增加的氣流去進 出該下軸氣室204b其相鄰該金屬空氣電池組206之該空氣

502470 五、發明說明（15) 陰極。該橫隔膜空氣移動系統2 〇 2之運作發生在運作該金 屬空氣電池組206之特定高電流驅動模式期間而且在低或 沒有電流驅動模式期間停止。先前已經詳細討論運作的這 兩種模式。

放置一電子活化橫隔膜214穿越該電池20 0的内部在上 軸氣室204a以上。該電子活化橫隔膜214以一環氧樹脂 (epoxy )(未圖示）或一機械壓迫裝置（未圖示）附加 到遠盒子2 0 8的内部。先前已經描述合適的環氧樹脂或機 械壓迫裝置之範例。該電子活化橫隔膜21 4可能是矩形形 狀中形成’或在矩形框中連接的圓形或橢圓形。除了該電 子活化橫隔膜214，一穿孔圓盤216被放置通過該電池2 〇〇 的内部。該穿孔圓盤216座落在下轴氣室20 4b之内而且與 該電子活化橫隔膜214平行。在該穿孔圓盤216與電子活化 孝買隔膜214不是電子連接到該盒子208。在該穿孔圓盤2ΐβ 中一個或一個以上的穿孔218允許空氣流穿越該穿孔圓盤 216與進出該下軸氣室2〇4b。 -印刷電路板（PCB ) 220攜帶一用來控制該電子活化 橫隔膜214之運作之控制電路。一導線222連接該pcB 22〇 到該電子活化橫隔膜214。該PCB 2 20與該橫隔膜空氣移動 系統202對在結合前述實施例中討論的相似元件以相同方 式去運作。

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圖3疋說明本發明第三實施例的具有一電子活化橫隔 膜工氣移動系統3 0 2之一圓柱狀電池3 0 0。該電子活化橫隔 膜空氣移動系統302被放置在上軸氣室304a與下軸氣室 3〇4b之間。在導通的圓柱狀盒子3〇8内附加該電子活化橫 隔膜空氣移動系統3〇2與金屬空氣電池組306。該金屬空氣 電池組30 6是由一圓柱狀陽極物質310組成在圓柱狀空氣陰 極312以下具有一分離器314，分離器314是在陽極物質310 與空氣陰極3 1 2之間。該空氣陰極3 1 2是以陰極絕緣器3 1 6 從該盒子308電子分離。注意該氣室l〇4a與l〇4b之直徑被 誇大以詳細說明。實際上，該直徑是被縮小的。

空氣陰極312之1邊面對該下軸氣室3〇4。空氣陰極 312之另一邊面對該陽極物質310。該電子活化橫隔膜空氣 移動系統302是定位在該盒子308中在上軸氣室3〇4a之中。 該上軸氣室304a與下軸氣室304b —起提供一内部空氣陰極 空間。箭頭318、320、322、與324代表氣流或進二該 盒子30 8，在該盒子308内與離開該盒子3〇8之傳統循環以 提供反應體氣流到空氣陰極31 2當做運作空氣移動系統3 〇 2 或以下描述方式之結果。 盒子308從周圍空氣以複數個的通風開口 Mg與32 8之 例外去分離該金屬空氣電池組306。最好，該各子是一

第19頁 502470 五、發明說明（17) ^ ----- 傳導的金屬罐。可替換地，該盒子3〇8可能 成’而且該電池組3〇6可能被提供-陽極電流收集器i一 延伸至該盒子外部的陽極端點。最好’上開口 下通風開口328允許該周圍空氣個別的與上 ;; 該上轴氣室3〇4a與下軸：室 必須至少母一通道有—诵涵 沾齡曰、乃古屈峡丄 通風開口。然而通風開口326，328 口 326,328的尺寸去連接形狀那 上通風開口336穿透該盒子3〇8被放置在電池3〇()的尖 端。一上擴散分離管330連接該上通風開口 326，而且從該 盒子308延伸至該電池300的上軸氣室3〇4a。下通風開口 328穿透該盒子308被放置在電池3〇〇的底部上。一下擴散 分離管332連接該下通風開口 328而且從該下通風開口328 延伸至該電池300的下軸氣室3〇4b。

如刖面所描述的，可能選擇以進一步最隹化到該金屬 二氣電池組306之空氣流，該下擴散分離管332的尺寸，數 目，形狀或安排設置符合該下通風開口 328且該上擴散分 =管330符合該上通風開口 326。當—起被拿，依據電池組 6之金屬空氣電池組功率要求，下通風開口 與上通風 開口 326是具有足夠的尺寸大小去進入與排除空氣的質量 ^進出該盒子308。參考先前已經詳細去討論該擴散分離

^之分離功能。

502470 五、發明說明（18) 該電子活化空氣移動系統302提供一增加的氣流去進 出相鄰該空氣陰極312之該下軸氣室304b。該橫隔膜空氣 移動系統302之運作發生在運作該金屬空氣電池.組3〇6之特 定高電流驅動模式期間而且在低或沒有電流驅動模式期間 停止。參考先前結合該空氣移動系統1 〇 2之啟動已經詳細 討論運作的這兩種模式。 放置一電子活化橫隔膜334穿越該電池30 0的内部垂直 該空氣陰極312，而且在上軸氣室304a與下軸氣室3〇4b之 間。該電子活化橫隔膜3 3 4定義一周圍3 3 6其附加到該空氣 陰極3 1 2穿過一環狀橫隔膜絕緣器3 38，於是在連接到該空 氣陰極31 2之端點從該空氣陰極3 1 2該電絕緣該電子活化橫 隔膜334。 只 該電子活化橫隔膜334以類似於圖1所描述的環氧樹脂 或一機械壓迫裝置去附加到該環狀橫隔膜絕緣器3 3 8。該 電子活化橫隔膜3 3 4可以由類似先前結合實施例描述之物 質去製造。 、 除了該電子活化橫隔膜334，一穿孔圓盤340橫跨該電 池300>的内部。該穿孔圓盤34〇座落在下軸氣室3〇处内了垂 直空氣陰極312，而且與該電子活化橫隔膜334平行。該 孔圓盤340不只是不絶緣於空氣陰極312，而且是導通I連 502470 五、發明說明（19) 接到在空氣陰極3 1 2内縱放的一圓柱狀陰極電流收集器 342。在該穿孔圓盤340中一個或一個以上的穿孔344允許 空氣流320穿越該穿孔圓盤340與下轴氣室3〇4b。 一印刷電路板（PCB ) 346攜帶一用來控制該電子活化 橫隔膜334運作之控制電路。該PCB 346可以被放置在該電 子活化橫隔膜334以上或下，或者可以被依附到該環狀橫 隔膜絕緣器3 3 8圍繞該電子活化橫隔膜3 3 4之周圍3 3 6而且 更進一步附加到該空氣陰極312。一導線348連接該PCb 346到該電子活化橫隔膜334。在該pCB 346上之控制電路 控制下從該電池組電流供應到該橫隔膜334以引起該電子 活化橫隔膜3 34去往復運動或去振動。該PCb 346與電子活 化橫隔膜空氣移動系統3 0 2對在結合前述實施例中討論的 相似元件以相同方式去運作。 本發明的第四實施例 圖4是說明一圓柱狀金屬空氣電池4〇〇的元件之分解 圖。在圖5中說明該組合的電池。在一導通的圓柱狀盒子 402内組合電池4〇〇，包含一雙陰極金屬空氣電池組4〇 4。 一蓋子（cap) 406附加在該盒子402的尖端而且定義一從 該盒子402電絕緣之端點。 該電池組404包含二個矩形空氣陰極4i〇a，410b在攜帶 502470 五、發明說明（20) 訊框元件412之間支撐。在該盒子4 〇2的中心該空氣陰極 41 0 a，41 0 b彼此面對而且被分別置放以定義一中間陰極空 間陰極貫穿該盒子4 0 2的中心軸。陽極物質41 4，最好在一 電解質糊漿（paste)或膠中鋅粒子（zinc particles) 懸浮，填充在每個空氣陰極4 l〇a、4l〇b，盒子402與攜帶 訊框元件412内定義的體積。一習知的分離器（未圖示） 從該陽極物質414分離每個空氣陰極4i〇a ,41〇b。一陰極 電流收集器41 6從端點4 0 8向下延伸延著該電池4 〇 〇的中心 軸進入到該陰極空間陰極，被電連接到在空氣陰極41 〇a， 410b中崁入的電流收集器螢幕（未圖示）。在該盒子4〇2 的下方部份，一絕緣管408從一盒子開口（未圖示）延伸 到進入該陰極空間陰極。 在該盒子402的尖端定位一空氣移動裝置組合42〇。該 空氣移動裝置組合420包含一環狀，電子活化橫隔膜422。 該電子活化橫隔膜42?安裝圍繞該陰極電流收集器416而且 跨越在該電流收集器416與該盒子402之間。該電子活化橫 隔膜422定義一周圍424圍繞該橫隔膜422的外部邊緣。詨 周圍424被壓迫反對該盒子402，以一環氧樹脂（未圖示 或一機械壓迫裝置（未圖示），如前述結合其他實施 所描述。 ' 一印刷電路板（PCB ) 426攜帶一用來控制該電子活化 橫隔膜422運作之控制電路。在該PCB 426上之控制電路控 )U2470

發明說明 制y從該電池組電流供應到該橫隔膜422以引起該電子活 f橫隔膜422去往復運動或去振動。該pCB 426與電子活化 k隔膜422對在結合前述實施例中討論的相似元件以相同 方式去運作。 在該電子活化橫隔膜422以上的直接空間到該PCB 426 \ 以上的上方空間之間空氣可以自由地通過。在上方空間 · 内，另一絕緣管428從一盒子開口 （未圖示）延伸到該電 池400的内部。 „ 該橫隔膜的移動引起一空氣流到該空氣陰極類似丨9 9 8 ® 年12月18日在美國申請之專利申請案案號09/216026，其 名稱為有效利用一橫隔膜或波紋管的金屬空氣電池組之空 氣官理糸統與方法（Air Managing Systems for

Metal-Air Batteries Utilizing a Diaphragm or

Bel lows )該内容是與本案合併參考。 本發明的第五實施例. 圖6是說明，根據本發明之第五實施例架構的一單一 圓柱狀金屬空氣電池組5 0 0。圖6說明具有空氣流架構之該 圓柱狀電池組500的軸斷面圖表，類似於在圖5-6中說明之 _ 美國專利申請案案號09/21 6026，名稱為有效利用一橫隔 膜或波紋管的金屬空氣電池組之空氣管理系統與方法 ’

第24頁 502470 五、發明說明（22) (Air Managing Systems for Metal-Air Batteries Utilizing a Diaphragm or Bellows)如上述當做參考。 在一導通的電池組盒子502内，定位一圓形或磁碟形 狀的空氣陰極放射狀通過該盒子502。前面描述的形式之 陽極物質506填充該盒子502在陰極504下面而且一分離器 (未圖示），下到該盒子502的底部。一陽極電流收集器 尖峰508從該導通的盒子502沿著該盒子502的中心軸延伸 到該陽極物質5 0 6。 在空氣陰極504上面間隔一短距離，一環狀支撐隔板 (parti t ion ) 510 以空氣開口 512 通過（perforate )延伸 通過該盒子502。在該陰極504與隔板510之間定義一陰極 空間陰極514。一電子活化橫隔膜516跨越該盒子502放置 在該隔板510之上。該電子活化橫隔膜516定義一周圍51 8 其最妤被壓迫反抗該盒子502之内部。該周圍518可以被壓 迫使用一環氧樹脂（未圖示）或一機械壓迫裝置（未圖 示）’如前述結合其他實施例中所描述。 一印刷電路板（PCB) 520上裝置一控制電路連接到該鳴 電池500與該電子活化橫隔膜516。當電流被供應到該電子 活化橫隔膜516，以往復運動方式或振動行動去移動該電 子活化橫隔膜516。該PCB 520與電子活化橫隔膜516^在 · 結合刖述實施例中討論的相似元件以相同方式去運作。 ·

第25頁 502470 五、發明說明（23) 在橫隔膜516的中心區段形成一開口 512，而且從電池 組500的軸放射狀地放置。在PCB 520以上在該盒子502中 提供多個外部空氣開口 526中的一個。在該盒子502的尖端 提供一陰極端點5 3 0。該端點5 3 0是電連接到該陰極5 〇 4而 且從該盒子5 0 2的剩餘部分絕緣。

i 當該電子活化橫隔膜5 1 6向下移動，在該陰極空間陰 極514中壓縮空氣而且因此存在穿過該開口 522 ’528。該 行動也從該PCB 520以上推擠空氣進入到在pCB52〇與電子 活化橫隔膜5 1 6之間的空間，混合在空間陰極5丨4中存在的 空氣，而且傾向去推擠空氣從外面穿過該開口 522 , 528進 入到該電池500。當該電子活化橫隔膜516向上移動，從橫 隔膜5 1 6以上吸入空氣進入到陰極空間陰極5丨4，而且在橫 隔膜516以上的空氣被抽出進入到該PCB 520以上的空間。 以此方式，空氣從外面包含新鮮的氧氣逐漸地以此方式到 該陰極空間陰極514，~而且使用空氣逐漸地以此方式離開 該電池500。在每一步驟中，進來與存在的空氣聚集混合 在一起。電子活化橫隔膜5丨6之大區域在該陰極空間陰極 5 14内建立一壓力’引起空氣之快速流動穿過該開口 5 2 2， 傾向去以該空氣陰極5〇4平均混合在該陰極空間陰極514内 氧氣以達到最佳化的消糕。 本發明的第六實施例

第26頁 502470 五、發明說明（24) 圖7是說明，類似電池5 〇 〇，第六實施例的金屬空氣電 池組600。圖7說明具有空氣流架構之該圓柱狀電池組600 的軸斷面圖表，類似於在圖7中說明之美國專利申請案案 號0 9/2 1 6026，名稱為有效利用一橫隔膜或波紋管的金屬 空氣電池組之空氣管理系統與方法（Air Managing Systems for Metal-Air Batteries Utilizing a Diaphragm or Bellows)如上述當做參考。 _ 在實施例中，突出該空氣陰極5 〇 4去說明一遮罩 (mask ) 602。利用已知的方式該遮罩6〇2具有小開口604 去控制空氣流到該空氣陰極5 〇 4，而且可以使用本申請案 所揭露的任何空氣陰極。一電子活化橫隔膜5丨6跨越該電 池組盒子5 0 2放置在該空氣陰極5 〇 4之上。在該橫隔膜51 β 之中心部份5 2 4中一絕緣管6 〇 6附加到在該開口 5 2 2中之該 橫隔膜516。該絕緣管606從在橫隔膜516中之開口向上延 伸。在該橫隔膜516以上，該PCB 52〇包含一控制電路以控 制電流流到該電子活化橫隔膜516。該pCB 52〇定義一開口 608 ’該絕緣管6G6自由通過穿透開口6()8。 以下，在該橫隔膜516與該遮罩6〇2：^門（^|^ 極6丨〇。 L羊之間疋義一陰極空間陰 在電池組60 0的運作中，以要 隔膜516之方式通過電流穿透該電 求往復運動或振動該橫 子活化橫隔膜51 6。利用

第27頁 502470 五、發明說明（25) 該檢隔膜5 1 6該絕緣管6 〇 6移動。在向下前後往復運動上， 该橫隔膜516經由該管6〇6藉由壓縮在該橫隔膜516與該遮 罩602之間定義的一陰極空間陰極61〇中之空氣去強迫空氣 離開。在向上前後往復運動上，在一高速率中該橫隔膜 516經由該管60 6吸入空氣進入到該陰極空間陰極61〇。在 橫隔膜51 6以上的空氣經由該空氣開口 5 2 6混合從外面的新 氧氣作為空氣交換的結果。因此，利用經由該管6 〇 6推擠 的空氣去運送補償（make-up )氧氣進入到該陰極空間陰 極610。當該電子活化橫隔膜516是不活動，該絕緣管6〇6 限制氧氣交換而且利用外面的空氣蒸發水以保護該電池組 6 0 0 °不特別描述該電池組6 〇 〇的元件被架構而且是以在電 池組50 0中對應的（counterpar1：)元素相似的方式去運 作0 本發明的第七實施例 圖8是說明本發明第七實施例包括一電子裝置。圖8說 明具有空氣流架構之的本發明之電子活化橫隔膜空氣移動 系統運作之略圖，類似在圖6中說明同時在美國申請之專 ，案名稱為”有效利用一橫隔膜的金屬空氣電池組之空氣 S 理系統與方法（Air Managing Systems and Methods f〇r Meta卜Air Batteries Utilizing a Diaphragm)。 在本實施例中，一電子活化橫隔膜空氣移動系統70 2

第28頁 502470 五、發明說明（26) 包含在電子裝置70 0内而且不在一金屬空氣電池7〇4之内。 該電子活化橫隔膜空氣移動系統7〇2提供一增加的空氣节 進與流出該電子裝置”於是提供空氣流動到該金屬=空' 〃雷 池704之空氣陰極706。該電子活化橫隔膜空氣移動缔电 702之運作發生在驅動該金屬空氣電池組1〇6之特定古雷、、衣 ί ? J J J間而且在低或沒有電流驅動模式期間停I。： 則已！參考這兩種運作之描述。該電子活 斤先 動系統702之運作是相似# & 1 α & 毛、隔膜二氣移 硬作疋相似於先刚已經討論過的系統。 以上所述者僅為用 企圖具以對本發明作任=本电日月<較佳實施例，並非 同之發明精神下所作看關^ ^上之限制，是以，凡有在相 應包括在本發明意圖 t明之任何修飾或變更，皆仍 〜口1承瘦之範蜂。 502470 圖式簡單說明 圖弍簡單說明 圖1是本發明實施之圓柱狀電池的軸斷面圖表。 圖2是根據本發明第二實施例的軸斷面圖表。 圖3是根據本發明第三實施例的軸斷面圖表。 圖4是根據本發明第四實施例一個電池的軸斷面圖表。 圖5是根據本發明第四實施例的軸斷面圖表。 圖6是根據本發明第五實施例的軸斷面圖表。 圖7是根據本發明第六實施例的軸斷面圖表。 圖8是根據本發明第七實施例的軸斷面圖表。

圖式元件符號 100 、 200 、 300 、 400 202 ^ 302 ^ 702 、204a 、 304a 102、 104a 104b 104c 105、 106、 108， 110， 112， 114 116 117 、204 b ， 216 、 340 206 208 310 312 338 508 306、 308、 414、 410a 304 b 、404、 、402、 〜506 410b 電池 電子活化橫隔膜壓風喷管系統 上軸氣室 中間軸氣室 下軸氣室 穿孔圓盤 500、600 金屬空氣電池組 5 0 2 盒子 陽極物質 、5 0 4 空氣陰極 分離器 絕緣器 陽極電流收集器尖峰

第30頁 502470 圖式簡單說明 118-126 、 128-132 、 318 、 320 124 、 320 134 135 138 140 148 > 220 、 346 、 426 〜520 144 、 336 、 424 、 518~ 142 、 214 、 334 、 422 、 516 150 、 348 146 、 218 、 344 210 ' 21 卜 326 ' 328 212 、 330 、 332 、 428 、 606 316 342 、 416 406 408 、 530 * 412 514 522 ^ 528 602 700 、322、324 箭頭 空氣流 下通風開口 上通風開口 上擴散分離管 下擴散分離管 / 印刷電路板（PCB ) ‘ 周圍 電子活化橫隔膜 導線 _ 穿孔 通風開口 絕緣管 陰極絕緣器 陰極電流收集器 蓋子 端點 攜帶訊框元件 陰極空間陰極 開口 ⑩ 遮罩 電子裝置 _

第31頁

Claims (1)

1. 502470 六、申請專利範圍 1· 一種用於 一外殼，包 至少一個用 與該氣體去 一電子活化 運作以引起 2 ·如申請專 應是周圍空 才虽° 3·如申請專 極化電池組 4·如申請專 才亟化電池組 5 ·如申請專 4匕橫隔膜空 路運作去提 6·如申請專 化横隔膜是 合物該群組 -氣體去極化電池組之通風系統，包括： 含該電池組； l _ 來溝通運作的通道’在該外殼外面的氣體供應 極化電池組之氣體電極之間； 橫隔膜壓氣喷管（gaS m〇Ver)透過該通道去 氣體從該氣艏供應向該氣體電極流動° 利範圍第1項所述之通風系統，其中該氣體供 氣，該氣·體是空氣’與該氣體電極是一空氣陰

   利範圍第1項所述之通風系統，其中該氣體去 包括一金屬空氣電池組。 利範圍第1項所述之通風系統，其中該氣體去 包括一燃料電池組。 利範圍第i項所述之通風系統，其中該電子活 氣移動裝置包括一電子活化橫隔膜與一控制 供電能以去移動該橫隔膜。 利範圍第5項所述之通風系統，其中該電子 丄包：壓電陶冑，壓電聚合物，與電活化的聚 502470

   六、申請專利範圍 7 的 甲明專利fe圍第6項所述之通風系統，並 聚合物包括彎曲的傳動裝置，離子鍵聚合物， 的靜電干擾驅動聚合物。 /、食度 8 · —種具有一空氣陰極之空氣去極化電池組，包括： 一封入物放置該空氣陰極； · 一空氣通道用來在一環境與該空氣陰極之間運作溝通· 一電子活化橫隔膜空氣移動裝置在該殼體内定位而且替 地運作以從該環境朝向該空氣陰極移動空氣，而且去移動 空氣#近的靠近該空氣陰極朝向該環境。 9·如申請專利範圍第8項所述之空氣去極化電池組，其中 該電子活化橫隔膜空氣移動裝置包括一電子活化橫隔膜與 一控制電路運作去提供電能以移動該橫隔膜。 I 0 ·如申請專利範圍第8項所述之空氣去極化電池組，其中 該電子活化橫隔膜被選擇從該群組：包括壓電陶究，^電 聚合物，與電活化的聚合物。 II ·如申請專利範圍窠1 〇項所述之空氣去極化電池組，其 中該電活化的聚合物包括彎曲的傳動裝置，離子鍵聚合物 ’與長度的靜電干擾驅動聚合物。 502470 _ (91^6· Fr ^ΓΛ：ν ! 1 \ ·Ί 六、申請專利範圍 1 2. —種用來提供氣體流向一氣體去極化電池組的方法， 包括： 從一環境分離一氣體去極化電池組藉由在封入物内包圍該 電池組； 提供一氣體通道去在該環境與該封入物的内部之間定義一 氣流； 在該封入物内定位一電子活化橫隔膜空氣移動裝置；以及 運作該電子活化橫隔膜空氣移動裝置以從該環境朝向該封 入物内移動氣體而且穿越該氣體去極化電池組。 « 1 3.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該氣體供應 是是周圍空氣，該氣體是空氣，與該氣體電極是一空氣陰 極。 1 4.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該氣體去極 化電池組包括一金屬空氣電池組。 1 5.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該氣體去極 化電池組包括一燃料電池組。 1 6.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該電子活化 橫隔膜空氣移動裝置包括一電子活化橫隔膜與一控制電路 運作去提供電能以移動該橫隔膜。

   第34頁 502470 六、申請專利範圍 1 7.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該電子活化 橫隔膜是：包括壓電陶瓷，壓電聚合物，與電活化的聚合 物該群組中之一。 1 8.如申請專利範圍第1 7項所述之方法，其中該電活化的 聚合物包括彎曲的傳動裝置，離子鍵聚合物，與長度的靜 電干擾驅動聚合物。’

   第35頁