TWI550936B - 金屬空氣液流二次電池 - Google Patents

Description

金屬空氣液流二次電池

本說明書揭露有關於一種金屬空氣電池。特別是有關於一種金屬空氣液流二次電池。

傳統金屬空氣電池一般是僅具有放電功能的一次式電池。其主要是由陽極金屬、陰極空氣電極與可容納電解質的空間所組成。其在放電過程陽極側的金屬電極會與氫氧根離子(OH^-)共同進行氧化反應，產生金屬氧化物、水(H₂O)與電子。其中，電子會經由外部迴路從陽極移動至陰極。在陰極側，來自於空氣中的氧氣則會與存在於電解質中之水和來自於陽極之電子共同進行還原反應產生氫氧根離子。其中，氫氧根離子必須藉由電池內的鹼性電解液，例如氫氧化鉀(KOH)水溶液，作為離子傳導介質，從陰極遷移至陽極。

近來，兼具充電和放電功能之金屬空氣二次電池已逐漸受到重視並開始發展。典型金屬空氣二次電池的陰極必須兼 具兩種觸媒，使其可在放電過程中進行氧還原反應(oxygen reduction reaction，ORR)，將氧氣(O₂)還原成氫氧根離子；或在充電過程中進行氧氣析出反應(oxygen evolution reaction，OER)將氫氧根離子氧化成氧氣。

然而目前金屬空氣二次電池於技術上仍存在許多問題尚待克服，例如為了使金屬空氣二次電池具備更小的體積與重量，設計上一般會簡化並縮小構件的尺寸，容易使放電過程中電池所產生廢熱無法藉由空氣對流等適當散熱方式即時排除。另外，由於習知金屬空氣二次電池的電解液無法流動，在充電過程中，電鍍至陽極側的金屬會形成枝晶狀結構(dendrite)進而導致金屬無法在陽極表面產生均勻鍍層，而在放電過程中所產生的金屬氧化物不僅會覆蓋於陽極金屬表面造成陽極鈍化，也會汙染電解液以致於增加離子傳導阻抗，在長時間操作下可能逐漸蒸發而枯竭，而影響電池性能與壽命。

因此有需要提供一種先進的金屬空氣二次電池，來解決廢熱累積與電解液無法流動所衍生的問題。

本說明書的內容是有關於一種金屬空氣液流二次電池，包括：陰極板模組、殼體、空氣電極模組以及陽極板模組。陰極板模組包括具有至少一個貫穿開口的至少一陰極板。殼體位於陰極板模組之一側，具有一個用來容納電解液的容置空間。空 氣電極模組位於殼體與陰極板模組之間，且包含有與電解液接觸的氧氣析出反應觸媒以及氧還原反應觸媒。陽極板模組位於殼體遠離空氣電極模組之一側，並且與電解液接觸。

一種金屬空氣液流二次電池，包括：一個第一電池單元和一個第二電池單元。其中第一電池單元和第二電池單元皆包括一個陰極板模組、一個殼體、一個空氣電極模組以及一個陽極板模組。陰極板模組，包括具有至少一個貫穿開口的至少一陰極板。殼體位於陰極板模組之一側，具有一個用來容納電解液的容置空間。空氣電極模組，位於殼體與陰極板模組之間，且包含有與電解液接觸的氧氣析出反應觸媒以及氧還原反應觸媒。陽極板模組位於殼體遠離空氣電極模組之一側，且與電解液接觸。其中，第二電池單元的陰極板模組與第一電池單元的陽極板模組接觸。

根據上述，本說明書的實施例係揭露一種金屬空氣二次電池，其至少包括一個電池單元，每個電池單元至少包括一個陰極板模組、一個殼體、一個空氣電極模組以及一個陽極板模組。藉由在陰極板模組上形成至少一個貫穿開口，以對流的方式將空氣導入電池單元或將充電反應所形成的氧氣排出電池單元。另外，更藉由在殼體內部設置至少二條電解液流通道，可在不過度增加電池單元之尺寸的前提下提供通道，將新鮮的電解液輸送至各個電池單元中的電解液容置空間內；並將反應後含有金屬氧化物的電解液從各個電池單元的電解液容置空間中即時排 出，以使電解液中的電解質濃度保持恆定，增進金屬空氣二次電池的充放電性能與使用壽命。

10‧‧‧金屬空氣二次電池

11‧‧‧陰極集電板

12‧‧‧陽極集電板

13‧‧‧陰極端板

14‧‧‧陽極端板

15‧‧‧定位孔

17‧‧‧電解液

16‧‧‧螺桿孔

100、100A、100B、100C‧‧‧電池單元

101‧‧‧陰極板模組

101A‧‧‧陰極板

101B‧‧‧貫穿開口

101C‧‧‧表面

101D‧‧‧凸出部

101E‧‧‧空氣導引流道

102‧‧‧空氣電極模組

102A‧‧‧空氣電極

102B‧‧‧金屬網組

103‧‧‧第一電解液通道模組

103A、104A‧‧‧開口

103B、103C、103D、103E、104B、104C、104D、104E、112A、112B、113A、113B‧‧‧凸緣

104‧‧‧第二電解液通道模組

105‧‧‧陽極板模組

105A‧‧‧陽極金屬

105B‧‧‧基材金屬

18、19、107A、107B、107C、107D、111A、111B、114A、114B‧‧‧貫穿孔

108A、108B、109A、109B‧‧‧凹槽

108、1091‧‧‧電解液流通道

110‧‧‧容置空間

111、114‧‧‧電解液連通管

112、113‧‧‧電解液歧道

X‧‧‧方向

G‧‧‧環境空氣

ZnO‧‧‧氧化鋅

Zn‧‧‧鋅

O₂‧‧‧氧氣

OH-‧‧‧氫氧根離子

為了對本說明書之上述實施例及其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，特舉數個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：第1圖係根據本說明書的一實施例所繪示之一種金屬空氣二次電池的組裝結構透示圖；第2A圖係繪示第1圖所述之電池單元的組裝結構透示圖；第2B圖係根據第2A圖繪示電池單元的結構爆炸圖及其放電反應工作機制；以及第2C圖係根據第2A圖繪示電池單元的結構爆炸圖及其充電反應工作機制。

本說明書所揭露的實施例是有關於一種金屬空氣二次電池，可解決廢熱累積與電解液無法流動所衍生的問題。為讓本說明書之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，特舉多種金屬空氣二次電池作為實施例，並配合所附圖式詳細描述如下。

但必須注意的是，這些特定的實施案例與方法，並非用以限定本發明。本發明仍可採用其他特徵、元件、方法及參 數來加以實施。實施例的提出，僅係用以例示本發明的技術特徵，並非用以限定本發明的申請專利範圍。該技術領域中具有通常知識者，將可根據以下說明書的描述，在不脫離本發明的精神範圍內，作均等的修飾與變化。在不同實施例與圖式之中，相同的元件，將以相同的元件符號加以表示。

請參照第1圖，第1圖係根據本說明書的一實施例所繪示之一種金屬空氣二次電池10的組裝結構透示圖。金屬空氣二次電池10包括複數個電池單元100、陰極集電板11、陽極集電板12、陰極端板13與陽極端板14。相鄰的兩個電池單元100是以串聯方式堆疊排列，來形成此一電金屬空氣二次電池10。

以沿著X軸方向排列的複數個電池單元100(如第1圖所繪示)為例，電池單元100A的陰極板模組係與鄰接於其左邊之另一個電池單元100B的陽極板模組接觸；電池單元100A的陽極板模組與鄰接於其右邊之另一個電池單元100C的陰極板模組接觸。另外，陰極集電板11夾設在一最末端之電池單元100與陰極端板13之間；而陽極集電板12則夾設在另一最末端之電池單元100與陽極端板14之間。金屬空氣二次電池10可透過陰極集電板11與陽極集電板12分別連接至外部負載(未繪示)，進行金屬空氣二次電池10的充放電操作。

陰極端板13與陽極端板14分別配置多個貫穿其本體之定位孔15，在本實施例中係採用兩個定位孔15，以作為金屬空氣二次電池10的組裝定位之用。另外，陰極端板13與陽極 端板14的周邊，分別配置多個貫穿其本體的螺桿孔16，在本實施例中係採用八個螺桿孔16，分別用來容納一條鎖固螺桿(未繪示)穿設其中，以鎖合固定複數個電池單元100A、100B和100C，構成金屬空氣二次電池10。

請參照第2A圖至第2C圖，第2A圖係繪示第1圖所述之電池單元100的組裝結構透示圖。第2B圖係根據第2A圖繪示電池單元100的結構爆炸圖及其放電反應的工作機制。第2C圖係根據第2A圖繪示電池單元100的結構爆炸圖及其充電反應的工作機制。每一個電池單元100包含依序排列的陰極板模組101、空氣電極模組102、第一電解液通道模組103、第二電解液通道模組104與陽極板模組105。換言之，空氣電極模組102位於陰極板模組101和第一電解液通道模組103之間；第一電解液通道模組103位於空氣電極模組102和第二電解液通道模組104之間；第二電解液通道模組104位於第一電解液通道模組103和陽極板模組105之間。

在本說明書的一些實施例之中，陰極板模組101至少包含一個陰極板101A。其可以是使用具備良好導電性與抗強鹼腐蝕性的高導電材料，例如金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、不鏽鋼或上述之任意組合，所製作而成的板材。且陰極板101A至少包括一個貫穿開口101B，可容許外部氣體通過並到達空氣電極模組102。例如在本實施例中，陰極板101A包括一個位於中央的 貫穿開口101B，可容納至少一部分的空氣電極模組102穿設其中。但陰極板101A的結構並不以此為限。例如，在本說明書的另一實施例中，陰極板101A可以包括複數個貫穿開口而形成如篩網狀的結構(未繪示)。

另外，陰極板101A遠離空氣電極模組102的表面101C具有複數個凸出部101D，可在表面101C上形成垂直X軸方向的空氣導引流道101E，與貫穿開口101B連通。環境空氣G可藉由強迫對流的方式，從空氣導引流道101E進入貫穿開口101B而與空氣電極模組102接觸，藉以供應放電反應所需氧氣，或將充電反應所產生的氧氣O₂排出至外環境。反應過程中所產生的廢熱也可藉由環境空氣G或氧氣O₂強迫對流而帶走。

空氣電極模組102包括至少一個空氣電極102A以及一個金屬網組102B。其中，空氣電極102A面對陰極板模組101；金屬網組102B設置在空氣電極102A遠離陰極板模組101的一側。且空氣電極102A具有相似或小於金屬網組102B的尺寸。在本實施例之中，空氣電極102A是由一個多孔導電基材(未繪示)、結合於多孔導電基材之一面的防水透氣膜(未繪示)，以及結合於多孔導電基材之另一面的反應觸媒(包括氧氣析出反應觸媒以及氧還原反應觸媒)(未繪示)所組成。其中，空氣電極102A的防水透氣膜面對陰極板模組101，且至少部分空氣電極102A的防水透氣膜穿設於陰極板模組101的貫穿開口101B之中；而多 孔導電基材其結合反應觸媒的一面則是面對金屬網組102B。

金屬網組102B是由一個金屬網(未繪示)與一個隔離膜(未繪示)所組成。金屬網的材料可為不銹鋼或是鎳金屬製成，但不以所列舉者為限，基本上只要可以是可導電及具抗腐蝕性的金屬即可。在本實施例中，隔離膜面對第一電解液通道模組103，而金屬網則位於隔離膜與空氣電極102A之間，且金屬網具有實質大於陰極板模組101之貫穿開口101B的尺寸。

當電池單元100組裝時，空氣電極102A之多孔導電基材可與金屬網組102B之金屬網密合接觸，再與陰極板模組101的陰極板101A接觸，而形成一條電子傳導路徑。環境空氣G可由陰極板模組101的貫穿開口101B進入電池單元100，再經由空氣電極102A的防水透氣膜擴散至空氣電極102A的觸媒以進行陰極放電反應。

另外，金屬網組102B的金屬網會接觸容納於第一電解液通道模組103和第二電解液通道模組104中的電解液17(詳細結構將詳述如下)。金屬網組102B的隔離膜可避免放電反應所產生之氧化物汙染空氣電極102A之觸媒。而空氣電極102A的防水透氣膜的設置，則可避免電解液17由陰極板模組101之貫穿開口101B洩漏至環境。

第一電解液通道模組103可以是一個絕緣框體結構，例如為方形，但並不限於此，其包括一個設置於中央的第一開口103A以及四個凸設於第一電解液通道模組103周邊的凸緣 103B、103C、103D和103E。在本實施例中，第一電解液通道模組103之第一開口103A具有實質小於金屬網組102B之金屬網的尺寸；凸緣103B和103D以及凸緣103C和103E係分別以對角的方式設置。

詳言之，凸緣103B和103D係實心結構，配置於第一電解液通道模組103之方形框體的兩個對角，分別具有一個貫穿孔107A和107B，其中每一個貫穿孔107A和107B與對應的陰極端板13和陽極端板14的定位孔15對準，用來作為組裝複數個電池單元100的定位之用。凸緣103C和103E，配置於第一電解液通道模組103之方形框體的另外兩個對角，分別具有一個貫穿孔111A和114A。且在凸緣103C和103E遠離空氣電極模組102的表面上，還分別對應設有一條凹槽108A和109A。其中，凹槽108A連通第一開口103A與貫穿孔111A；凹槽109A連通第一開口103A與貫穿孔114A。

第二電解液通道模組104，除了厚度外，具有與第一電解液通道103對應的外形。例如在本實施例中，第二電解液通道模組104也可以是一個方形絕緣框體結構，且第一電解液通道模組103和第二電解液通道模組104二者具有實質重合的橫向截面。其中，第二電解液通道模組104具有一個設置於中央的第二開口104A和四個凸設於第二電解液通道模組104周邊的凸緣104B、104C、104D和104E。在本實施例中，第二電解液通道模組104的第二開口104A具有實質小於陽極板模組105的尺寸； 且凸緣104B和104D以及凸緣104C和104E係分別以對角的方式設置。

詳言之，凸緣104B和104D係實心結構，配置於第一電解液通道模組104之方形框體的兩個對角，分別具有一個貫穿孔107C和107D，其中每一個貫穿孔107C和107D與對應的陰極端板13和陽極端板14的定位孔15對準，用來作為組裝複數個電池單元100的定位之用。凸緣104C和104E，配置於第一電解液通道模組104之方形框體的另外兩個對角，分別具有一個貫穿孔111B和114B。且在凸緣104C和104E遠離陽極板模組105的表面上，還分別對應設有一條凹槽108B和109B。其中，凹槽108B連通第二開口104A與貫穿孔111B；凹槽109B連通第二開口104A與貫穿孔114B。

當將第一電解液通道模組103與第二電解液通道模組104面對面組合形成一個殼體時，可藉由金屬網組102B、第一電解液通道模組103、第二電解液通道模組104和陽極板模組105的密合，而在第一電解液通道模組103的第一開口103A和第二電解液通道模組104的第二開口104A之間定義出一個用來容納電解液17的容置空間110。進一步來說，第一開口103A與第二開口104A分別連通容置空間110，以使位於容置空間110中的電解液17，可通過第一電解液通道模組103的第一開口103A與空氣電極模組102的金屬網組102B接觸，並通過第二電解液通道模組104的第二開口104A與陽極板模組105接觸，進而在電池 單元100進行充放電反應時，提供離子傳導路徑。

第二電解液通道模組104的四個凸緣104B、104C、104D和104E則分別與對應的第一電解液通道模組103的四個凸緣103B、103C、103D和103E重合，使位於凸緣103C和104C中的凹槽108A和108B接合，而定義出一條電解液流通道108連通電解液17的容置空間110和貫穿孔111A(和111B)；並且使位於凸緣103E和104E中的凹槽109A和109B接合，而定義出一條電解液流通道109，連通電解液17的容置空間110和貫穿孔114A(和114B)。電解液流通道108、109係用以將電解液17輸送至容置空間110或將電解液17從容置空間110排出。

另外，當將多個電池單元，例如電池單元100A、100B和100C，鎖合固定而構成金屬空氣二次電池10時(請再參照第1圖)，每一個電池單元100A、100B和100C中的凸緣103C和104C以及凸緣103E和104E會對應地相互緊迫接觸，藉以使位於各個凸緣103C和104C中的貫穿孔111A和111B相互連通，且使位於各個凸緣103E和104E中的貫穿孔114A和114B相互連通，進而分別構成兩條用來連通複數個電池單元100A、100B和100C之電解液容置空間110的電解液連通管111和114。

藉此，可使外部的電解液17可由陰極端板13的貫穿孔18進入金屬空氣二次電池10，再經過電解液連通管111、貫穿孔111A(或111B)和電解液流通道108流入電解液容置空間110；並將電解液經由電解液流通道100和貫穿孔114A(或114B) 導出電解液容置空間110，再經過電解液連通管114和陰極端板13的貫穿孔19排出於金屬空氣二次電池10。但電解液的流向並不以此為限，例如在本說明書的一些實施例中，電解液的流向可以相反。

在金屬空氣二次電池10進行充放電操作的過程中，藉由外部幫浦的驅動，可將新鮮的電解液17經由電解液連通管111以及各個電池單元100A、100B和100C的電解液流通道108輸送至各個電池單元100A、100B和100C的容置空間110之中；並將反應後含有金屬氧化物的電解液17經由各個電池單元100A、100B和100C的電解液流通道109以及電解液連通管114，從各個電池單元100A、100B和100C的容置空間110中即時排出。如此，可防止金屬空氣二次電池10在充放電過程中由陰極或陽極所產生的化學物質累積於電解液17內，使位於各個電池單元100A、100B和100C之容置空間110中的電解液17之電解質濃度保持恆定，進而增進金屬空氣二次電池10的充放電性能與使用壽命。

另外在本說明書的一些實施例之中，第一電解液通道103與第二電解液通道模組104還可以分別包含複數個突出部，分別延伸並突出於第一電解液通道模組103的第一開口103A和第二電解液通道模組104的第二開口104A。當第一電解液通道103與第二電解液通道模組104面對面組合時，可分別在電解液流通道108和電解液容置空間110之間以及在電解液流通道109 和電解液容置空間110之間，定義出複數條電解液歧道112和113，用來將經由電解液流通道108流入容置空間110或經由電解液流通道109導出容置空間110的電解液17予以分流，形成電解液流場，促進容置空間110中的電解液17對流，以使電解質濃度更加均勻。

例如在本實施例之中，第一電解液通道103包含兩個條狀凸緣112A和113A分別突出於第一開口103A的上方和下方，並且分別與凸緣103C和103E連接；第二電解液通道模組104包含兩個條狀凸緣112B和113B分別突出於第二開口104A的上方和下方，並且分別與凸緣104C和104E連接。其中，條狀凸緣112A與112B對應；且條狀凸緣113A與113B對應。每一個條狀凸緣112A、113A、112B和113B之中都包括複數條凹溝，分別與對應之凸緣103C、103E、104C或104E的凹槽108A、109A、108B或109B導通。當第一電解液通道模組103與第二電解液通道模組104面對面組合時，條狀凸緣112A和112B接合，而在電解液容置空間110和電解液流通道108之間定義出複數條連通二者的電解液歧道112；且條狀凸緣113A和113B接合，並在電解液容置空間110和電解液流通道109之間定義出複數條連通二者的電解液歧道113。

陽極板模組105包含一個陽極金屬105A，可通過第二電解液通道模組104的第二開口104A與位於電解液容置空間110中的電解液17接觸，用來進行陽極充放電反應。另外，在本 說明書的一些實施例之中，陽極板模組105還包括一個基材金屬105B，位於陽極金屬105A遠離第二電解液通道模組104之一側。且基材金屬105B具有實質大於陽極金屬105A的尺寸。當複數個電池單元100以串聯方式堆疊排列時，基材金屬105B會與另一個電池單元100的陰極板101A接觸，以形成一連接陽極與陰極之電子傳導路徑。

基材金屬105B一般是使用抗強鹼與高導電金屬來製作，且以不參與充放電反應者為佳。適合作為陽極金屬105A的材料可以包括鋅(Zn)或錫(Sn)。例如在本實施例中，電池單元100所採用的陽極金屬105A可以包括鋅；且電解液17可包括氫氧化鉀水溶液。

電池單元100放電反應的工作機制請參照第2B圖。在本實施例中，放電過程之陽極(陽極金屬105A)氧化反應與陰極(陰極板101A)還原反應可分別以下列化學式表示： 陽極氧化反應：Zn+2OH- → ZnO+H2O+2e-

陰極還原反應：1/2O₂+H₂O+2e- → 2OH-

由以上的化學式可知，陽極金屬105A中的鋅會與電解液17中的氫氧根離子OH-共同進行氧化反應，如此陽極金屬105A中的鋅Zn會被消耗，並同時產生氧化鋅(ZnO)、水與電子。其中，電子會經由陽極集電板12通過外部迴路(未繪示)從陽極移 動至陰極。另外在陰極側，來自於空氣中之氧氣O₂則會與存在於電解液17中的水和來自於陽極的電子共同進行還原反應以產生氫氧根離子OH-，並以電解液17中的氫氧化鉀溶液作為離子傳導介質，從陰極遷移至陽極並參與上述氧化反應。

電池單元100充電反應的工作機制請參照第2C圖。在本實施例中，經由陽極集電板12通入適當電流至電池單元100後，在放電過程之陽極(陽極金屬105A)還原反應與陰極(陰極板101A)氧化反應可分別以下列化學式表示： 陽極還原反應：ZnO+H₂O+2e- → Zn+2OH-

陰極氧化反應：2OH- → 1/2O2+H2O+2e-

由以上化學式可知，陽極側電解液中的氧化鋅(ZnO)和水與通過外部迴路(未繪示)從陰極移動至陽極的電子共同進行還原反應，所產生的鋅Zn會電鍍至陽極金屬105A的表面。並將氫氧根離子OH-釋放至電解液17中，朝金屬網組102B遷移。另外在陰極側，來自於陽極的氫氧根離子OH-接觸金屬網組102B之金屬網時，可藉由金屬網上的觸媒反應產生氧氣O₂、水與電子。電子會經由金屬網組102B傳導至陰極板模組101之陰極板101A，然後再導入陰極集電板13透過外部迴路(未繪示)移動至陰極。而氧氣O₂則可經由空氣電極模組102之防水透氣膜朝陰極板101A移動，經由陰極板模組101之貫穿開口101B以自然對流方 式排出至外部環境中。

在本說明書的一些實施例之中，電池單元100放電反應中所需要的環境空氣G，還可藉由風扇以強迫對流方式導入陰極板模組101的貫穿開口101B。相同地。電池單元100充電反應所產生的氧氣O₂，也可藉由風扇以強迫對流方式排出至外部環境中。對於前述電池單元100放電之充放電反應所需之空氣的流量，其可藉由下式估算：

其中F _reactant 是反應所需空氣流量、I是電流(A)、F是法拉第常數(96485C/mol)、而N _cell 則是電池數目。

另外，電池單元100放電反應產生的大量廢熱，也可藉由風扇以強迫對流方式排出。散熱所需空氣流量可以下式估算：

其中F _coolant 是散熱所需空氣流量、I是電流(A)、V _o 是開路電壓(V)、V是操作電壓(V)、ρ是空氣密度(1.2kg/m³)、C _P 是空氣比熱(1000J/kg/K)、△T是空氣進出口溫差(K)、而N _cell 則是電池數目。

當藉由風扇以強迫對流方式將環境空氣G導入貫穿開口101B或將氧氣O₂排出貫穿開口101B時，形成於陰極板101A之表面101C上的複數個空氣導引流道101E可產生空氣流場，減 少空氣流阻，增進空氣與熱對流的效應。

根據上述，本發明的實施例是揭露一種金屬空氣二次電池，其至少包括一個電池單元，每個電池單元至少包括一個陰極板模組、一個由至少二電解液流道模組所構成的殼體、一個空氣電極模組以及一個陽極板模組。其中，殼體位於陰極板模組之一側，具有一個用來容納電解液的容置空間。空氣電極模組位於殼體與陰極板模組之間，且包含有與電解液接觸的氧氣析出反應(oxygen evolution reaction，OER)觸媒以及氧還原反應(oxygen reduction reaction，ORR)觸媒。陽極板模組位於殼體遠離空氣電極模組之一側，並且與電解液接觸。

藉由在陰極板模組上形成至少一個貫穿開口，以對流的方式將空氣導入電池單元或將充電反應所形成的氧氣排出電池單元。另外，更藉由在殼體內部設置至少二條電解液流通道，可在不過度增加電池單元之尺寸的前提下提供通道，將新鮮的電解液輸送至各個電池單元中的電解液容置空間內；並將反應後含有金屬氧化物的電解液從各個電池單元的電解液容置空間中即時排出，以使電解液中的電解質濃度保持恆定，增進金屬空氣二次電池的充放電性能與使用壽命。

綜上所述，雖然本說明書已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 為準。

100‧‧‧電池單元

101‧‧‧陰極板模組

101A‧‧‧陰極板

101B‧‧‧貫穿開口

101C‧‧‧表面

101D‧‧‧凸出部

101E‧‧‧空氣導引流道

102‧‧‧空氣電極模組

102A‧‧‧空氣電極

102B‧‧‧金屬網組

103‧‧‧第一電解液通道模組

103A、104A‧‧‧開口

103B、103C、103D、103E、104B、104C、104D、104E‧‧‧凸緣

104‧‧‧第二電解液通道模組

105‧‧‧陽極板模組

105A‧‧‧陽極金屬

105B‧‧‧基材金屬

107A、107B、107C、107D、111A、111B、114A、114B‧‧‧貫穿孔

108A、108B、109A、109B‧‧‧凹槽

108、109‧‧‧電解液流通道

110‧‧‧容置空間

111、114‧‧‧電解液連通管

112、113‧‧‧電解液歧道

17‧‧‧電解液

112A、112B、113A、113B‧‧‧凸緣

X‧‧‧方向

G‧‧‧環境空氣

ZnO‧‧‧氧化鋅

OH-‧‧‧氫氧根離子

Claims (15)

1. 一種金屬空氣液流二次電池，包括：一陰極板模組，包括具有至少一貫穿開口的至少一陰極板；一殼體，位於該陰極板模組之一側，具有一容置空間，用來容納一電解液；一空氣電極模組，位於該殼體與該陰極板模組之間，包括一氧氣析出反應觸媒以及一氧還原反應觸媒，與該電解液接觸；以及一陽極板模組，位於該殼體遠離該空氣電極模組之一側，與該電解液接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該陰極板更包括複數個凸出部，凸設於遠離該空氣電極模組的一表面上，以形成複數個空氣導引流道，與該貫穿開口連通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該空氣電極模組包括：一空氣電極，面對該陰極板模組；以及一金屬網組，設置在該空氣電極遠離該陰極板模組的一側，且該空氣電極具有實質小於該金屬網組的一尺寸。
4. 如申請專利範圍第1項所述之金屬空氣液流二次電池，其 中該殼體包括：複數個凸緣，凸出於該殼體周邊；以及複數個電解液流通道，穿設於該些凸緣之中，並與該容置空間連通，用來將該電解液輸送至該容置空間或將該電解液從該容置空間排出。
5. 如申請專利範圍第1項所述之金屬空氣液流二次電池，其中每一該些凸緣具有一貫穿孔，且該電解液流通道係連通該貫穿孔和該容置空間。
6. 如申請專利範圍第4項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該殼體包括：一第一開口連通該容置空間，使該空氣電極模組經由該第一開口與該電解液接觸；以及一第二開口連通該容置空間，使該陽極板模組經由該第二開口與該電解液接觸。
7. 如申請專利範圍第4項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該殼體更包括：複數條電解液歧道，連通該容置空間與該些電解液流通道。
8. 一種金屬空氣液流二次電池，包括： 一第一電池單元，包括：一第一陰極板模組，包括具有至少一第一貫穿開口的至少一第一陰極板；一第一殼體，位於該第一陰極板模組之一側，具有一第一容置空間，用來容納一電解液；一第一空氣電極模組，位於該第一殼體與該第一陰極板模組之間，包括一氧氣析出反應觸媒以及一氧還原反應觸媒，與該電解液接觸；以及一第一陽極板模組，位於該第一殼體遠離該第一空氣電極模組之一側，與該電解液接觸；以及一第二電池單元，包括：一第二陰極板模組，包括具有至少一第二貫穿開口的至少一第二陰極板，且第二陰極板模組與該第一陽極板模組接觸；一第二殼體，位於該第二陰極板模組之一側，具有一第二容置空間，用來容納該電解液；一第二空氣電極模組，位於該第二殼體與該第二陰極板模組之間，包括該氧氣析出反應觸媒以及該氧還原反應觸媒，與該電解液接觸；以及一第二陽極板模組，位於該第二殼體遠離該第二空氣電極模組之一側，與該電解液接觸。
9. 如申請專利範圍第8項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該第一殼體包括：一第一凸緣，凸出於該第一殼體周邊，且具有一第一貫穿孔；以及一第一電解液流通道，穿設於該第一凸緣之中，且連通該第一貫穿孔和該第一容置空間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該第二殼體包括：一第二凸緣，凸出於該第二殼體周邊，且與該第一凸緣密接，其中該第二凸緣具有一第二貫穿孔，並與該第一貫穿孔連通，藉以形成一電解液連通管；以及一第二電解液流通道，穿設於該些第二凸緣之中，且連通該第二貫穿孔和該第二容置空間。
11. 如申請專利範圍第9項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該第一殼體包括：一第一開口連通該第一容置空間，使該第一空氣電極模組經由該第一開口與該電解液接觸；以及一第二開口連通該第一容置空間，使該第一陽極板模組經由該第二開口與該電解液接觸。
12. 如申請專利範圍第9項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該第一殼體更包括：複數條電解液歧道，以連通該第一容置空間與該第一電解液流通道。
13. 如申請專利範圍第8項所述之金屬空氣液流二次電池，更包括一第三電池單元，包括：一第三陰極板模組，包括具有至少一第三貫穿開口的至少一第三陰極板，且該第三陰極板模組與該第二陽極板模組接觸；一第三殼體，位於該第三陰極板模組之一側，具有一第三容置空間，用來容納該電解液；一第三空氣電極模組，位於該第三殼體與該第三陰極板模組之間，包括該氧氣析出反應觸媒以及該氧還原反應觸媒，與該電解液接觸；以及一第三陽極板模組，位於該第三殼體遠離該第三空氣電極模組之一側，與該電解液接觸。
14. 如申請專利範圍第8項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該第一陰極板更包括複數個凸出部，凸設於遠離該第一空氣電極模組的一表面上，以形成複數個空氣導引流道，與該第一貫穿開口連通。
15. 如申請專利範圍第8項所述之金屬空氣液流二次電池，其中該第一空氣電極模組和包括一空氣電極，面對該第一陰極板模組；以及一金屬網組，設置在該空氣電極遠離該第一陰極板模組的一側，且該空氣電極具有實質小於該金屬網組的一尺寸。