TW531926B - Metal fuel cell with movable cathode - Google Patents

Description

531926 A7

531926

陽極材料係在反應產物被移除時，被插入電池之内）以提高 電池之電容量。另外，在西元2〇〇〇年五月12日提出申請 之相關申請案序號第09/570798號（其揭露内容在此一併提 ί、以t、參考）所描述的，陽極材料係為一種可分配的或可流 動的糊狀物之形式，其係持續地進入電池中以在那裡作為被 耗損之反應產物。在作用的時候，後者的系統通常需要例如 為個泵的金屬才胡狀物之輸送方法與一個儲存系統以供持續 的運作。 ' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明摘要 ^本發明的一個目的是要提高燃料電池的電池電容量和效 率’且更特別是對於含有金屬的流質或触物_㈣之陽極的 料電池’且最特別是藉由使用_個固定陽極糊狀物池和一 個可在陽極材㈣面移動的陰極’來排除對於陽極運動與運 動誘導元件時的需要之金屬-氣體電池。 本發明的進-步目的是藉由除去—個用於陽極糊狀物的 運動之泵，來提高電池的容積效率。 本發月的又另外-個目的是在增加能量密度和電池放電 量的時候’增加—陽極糊狀物和可動的陰極之洲效率並減 少消耗的能量。 本發明的再另外的—個目的是提供電池—個可動的陰 極，電化學電池放電和反應時的德係為㈣該可動陰極。 、通常本發明包含有-個會消耗的陰極之燃料電 池，例如-個氣體去極化電池，其具有至少_個設置在一陽 極材料中的陰極元件’該陰極元件可以移動通過該陽極

本紙張尺度翻巾國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公1 )

531926 A7 -----— B7__ 五、發明說明（3 ) '~" 反應產物（在氣體去極化電池中，反應產物為陽極金屬的氧 通节在新的陽極材料自_貯存器供應到電池時（氣體 或，的供應，當然維持值定），被從電池上當作廢氣而移除。 4陽極材料通常包含有_金屬的可流動粒子，例如驗金族金 屬和驗土族金屬鱗如鎳、鐵與鋅以及許多其之合金的過渡 金屬。對水溶液電池而言，鋅係為最佳的，而對非水溶液電 而°鐘係最佳的。該陽極係較佳地為-個流體池或糊狀 材料的形式’典型地為鋅和電解f的漿狀物或糊狀物。 陽極的電化學容量係為電池電容量的侷限因素，並且係 :交：的藉由數個因素（不管是在電池本身之中或是來自一外 ^貝丁存S的固疋的供給）而修改成超過陰極的固定容量。該被 係為離子可滲透性的隔離器材料（用於維持陰極的結構完整 1±並避免纟陽極和陰極之間短路）所適當地包圍的陰極元 件，被修部成可有效地移動，以致使其在陽極材料裡移動或" 游/永而維持活化的陽極材料和活化的陰極去極化元件之電 化學接近效應。 在氣體去極化電池中，陰極元件通常包含有一個不會消 耗的元件，其包含一例如一附著於導電性柵極之碳導電性材 料。在-個較佳的具體例中，該陰極元件係被包含在一個例 如為一個卵形的水平截面形狀之流線型的容器元件裡面以減 〉'曳引作用，並幫助陰極在陽極裡面運動。為達到最大利用 效率，陰極的尚度係實質上配合陽極糊狀物的深度。該陰極 與其β又置在％極裡面的位置，係被修改為在陰極運動的期間， 准許氣體自一開放的而且暴露之上端進入陰極以有效的去極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱tt-背面之-注意事項再填寫本頁) ·--------tr------- -丨線丨· 經¾部智慧財產局員工消費合作社印製 >31926 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 —------- --B7__ 五、發明說明（6 ) ^本發明的上述的目的、特徵和優點將藉會由下列各項討 論和第圖式而變得更明顯的： 第1圖係為具有-個可見的氣體收集節段的流體陽極材 料之電池容器的可動陰極之頂視圖。 第2圖表示具有流體陽極材料之陰極結構的第丨圖之 電池的側視截面圖。 第3圖係表示一單一陰極元件之2元導向運動，以使 其與1%極材料之輕合最佳化的概略俯視圖。 苐4圖係表示在一個流體陽極裡面的數個互相電氣連接 陰極元件之較大電池的頂視圖。 苐5圖係為一被修飾來藉由在體積上增加的電化學電池 反應材料而自動推動的電池和可動的陰極之頂視圖。 第6圖係為一具有可反向移動的陰極與儲存於可逆的可 再組成貯存器之循環性陽極材料和電化學電池反應產物的電 池之概略示意圖。 發明的詳細說明 在上述的具有可動式陰極的鋅氣體電池，在鄰近的陽極 材料的放電之後，該陰極係被移動或是移到該陽極的另一個 新金屬糊狀物節段。結果，該電池系統持續地成為全新的電 池，而可以具有全部放電量最大值的電化學電池之另一個額 外的週期。 由於陰極的移動而使其總是可以在陰極和陽極之間取得 一全新的介面，因此一個於其他狀況下為低比率放電的系統 中具有本發明之可動式陰極糸統的電池係適合於高比率放 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

1II4.·--------訂---------線！ (請先閱资背面L注意事項再填寫本頁) -ϋ - 531926 A7 ------------------Β7___ 五、發明說明（7 ) 電的雨電阻係被避免產生在陽極·陰極介面上，該高電阻通 #曰侷限放電比率。此外系列的縱排地移動之電氣地互 相連接的陰極’也會增加電池放電的能力與能量。在後者這 個具’ _極係較佳的形成—梭形，以在相對於一活 化的陰極；I面下最小化陽極深度的情形中，通過活化的金屬 糊狀物/也Θ複數個的陰極和陽極可以被電氣地設置為並聯 與串聯之結構。 相較於其他的燃料電池設計，該陰極僅需要相對簡單的 與體積上最小的驅動構件，且用於供給金屬陽極糊狀物與排 除反應產物的泵將不再需要或是被運用，因此而大幅簡化電 池的^又计此外，持績地供給新的陽極材料之分離的儲存和 供給財存為疋不需要的。相反地，在本發明之結構中，貯存 斋係貫質上成為電池本身。 除此之外，此系統可輕易地適合於電氣地再充電與機械 地補充陽極糊狀物，以在應料可持續地操作，例如為電動 車輛提供—個可靠的動力源。因為該陽極係以如流體池般的 呈現，如果需要的話，其可被輕易地以電解質的形式再補足， 该電解質包含了該液態糊狀物的部分組成物之主要部分。 陰極運動可以與例如齒輪、帶和其類似物相連結而被各 種的構件來機械性地造成。然而，一個較佳的具體例包含有 對陰極形狀的修改，來利用電化電池反應的特性以自行驅動 的形式來導致必要的移動。在鋅氣體電池中，含有鋅之反應 產物，也就是在陰極附近形成的氧化鋅，具有超過的最初之 電池成分體積的約30%。結果，在放電期間—個顯著的壓力 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱tf-背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 訂---------線-_------- -------------- -10- 531926 A7

可了解的是’上述的範例和圖式係為本發明的具體例之 典型範例，且可針對電池、陰極和貯存器及其類似物的結構 和^牛=變化，μ偏離本發明在下列㈣請專利範圍所 界定的乾臂。 70件標號對照表 陰極 淚滴形 平行的陰: 平坦部分 電池 卵形陰極 腔室 腔室

J----------Φ--------tl------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 鋅/氣體電池 3, 2 鋅陽極糊狀物 5 3 陰極/隔離器構件 30 a-e 3a 陰極/隔離器之上端 31’ 3b 陰極端子連接器 Γ 4 容器 3 30 移動元件 41 2, 新陽極位置 42 4

消 費 合 作 社 印 製

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 14-

Claims (1)

1. 53,· 申請專利範圍 第90114609號申請案申請專利範圍修正本 修正日期：91年11月 1· -種電化學電池，其包含—陽極和_收容在一個電池 今器裡之非γ肖耗性陰極，其中該陽極係存在於一種混合 有流動的電解質之_可滲透性的流體狀態，且該陰極係 设置在該流體陽極裡以形成—電化學電池介面，其特徵 在於該電池係進一步包含用於移動該陰極通過該陽極 之構件’以在陽極在和其餘㈣料之間提供_個化電池 介面。 2.如申請專利範圍第！項的電池，其中該陰極包含有數 個電氣連接的陰極元件’該陰極的每—個均可在該陽極 中移動。 3. 如申請專利範圍第1項的電池，其中該電池包含盘該 電池的電化學特徵整合成-體之構件以致使該陰極移 動。 4. 如申請專利範圍第3項的電池，其中該電化學電池反 應產物包含一個比最初的陽極和陰極之電池組份大的 體積，其中一個被施加壓力在陰極上，且其中該陰極係 為不對稱形以被該壓力朝向-個具有額外的陽極材料 之介面移動。 5·如申請專利範圍第4項的電池，其中該不對稱形係為 一淚滴形。 ' 6·如申請專利範圍第1項的電池，其中該陰極係適合於 在該電池中於更換陽極材料時反轉其運動的方向。口 、 本紙張尺度適用中國 窗^準（CNS) Α4規格（210X297公釐）— •15-

   申請專利範圍 ； 7·如申請專利範圍第6項的電池，其中該更換作用包含 有一機械性地以陽極材料更換反應產物的作用。 8·如申請專利範圍第6項的電池，其中該更換作用包含 有一將反應產物轉為陽極材料之原位電氣轉換。 9·如申請專利範圍第1項的電池，其中該陽極包含有鋅 粒子且該陰極係為氣體去極化的，且其中該電池包含有 供給空氣給該陰極之構件。 10·如申請專利範圍第丨項的電池，其中該電池係藉著用 於供給該陽極材料至該電池之構件與自該電池將電化 學電池反應產物移至該的貯存器的第二室之構件，而連 接到一包含有流體陽極材料之貯存器構件，其中該電池 進一步包含有用於反轉在該陽極材料中反轉該陰極的 運動方向之構件。 11 ·如申請專利範圍第1項的電池，其中該電池係用來在 軸向的和縱向上移動該陰極通過該陽極，以最大化該陽 極的電化學的利用性。 12.如申請專利範圍第丨項的電池，其中該陰極係被包覆 在一個呈凝膠狀的隔離器元件中。 13 ·如申請專利範圍第1項的電池，其中該陰極包含一具 有一活化層之金屬孔狀基體與一設置在該金屬孔狀基 體之一或數個表面上的厭水性的微孔氣體擴散層。 本紙張尺度適用中國ϋ準（CNS) A4規格（21()><297公董7

   16-