TWM635873U - Zinc-air fuel cell with multiple electric connectors and a battery pack capable of performing both charging and discharging functions - Google Patents
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本申請案主張於2021年1月14日提交的美國專利申請案第17/483,770號及美國專利申請案第17/148,573號的繼續申請案之優先權,其內容以引用方式併入本文。 This application claims priority to continuations of US Patent Application Serial No. 17/483,770 and US Patent Application Serial No. 17/148,573, filed January 14, 2021, the contents of which are incorporated herein by reference.
本創作一般係有關於一種燃料電池。特別地,本創作係有關於一種具多個電連接器的空氣燃料電池,每個電連接器作為空氣燃料電池的電極,該空氣燃料電池包括鋅負極、空氣正極、用於充電的正極及電解質,該電解質係調節空氣燃料電池的活化模式及去活化模式。 The present work generally relates to a fuel cell. In particular, the present work relates to an air fuel cell having a plurality of electrical connectors, each serving as an electrode of the air fuel cell, the air fuel cell comprising a zinc negative electrode, an air positive electrode, a positive electrode for charging, and an electrolyte , the electrolyte system regulates the activation mode and deactivation mode of the air fuel cell.
燃料電池能源在科學領域佔主導地位,其涉及直接將化學能轉化為電能。燃料電池在產生能量的過程中具有高密度的能量,而電能來自正負電極之間的電位差,同時對環境的污染很小。因此,燃料電池被學術界和工業界廣泛研究,以引領革命性地改善全球碳(石化)排放現象、能源短缺及環境污染。 The scientific field is dominated by fuel cell energy, which involves the direct conversion of chemical energy into electrical energy. The fuel cell has a high density of energy in the process of generating energy, and the electric energy comes from the potential difference between the positive and negative electrodes, while causing little pollution to the environment. Therefore, fuel cells have been extensively studied by academia and industry to lead a revolutionary improvement in global carbon (petrochemical) emissions, energy shortages, and environmental pollution.
傳統的鋅空氣燃料電池(ZAFC)的內部配置主要由空氣電極、鋅陽極、儲液空間及電解質所組成。傳統的鋅空氣燃料電池(ZAFC)通常是可手動更換的電池。換言之,這種電池的電極或電解質只能手動更換以再生其電容量。鋅空氣燃料電池可放電或充電。放電反應可涉及以下半反應: The internal configuration of a traditional zinc-air fuel cell (ZAFC) is mainly composed of an air electrode, a zinc anode, a liquid storage space, and an electrolyte. Conventional zinc-air fuel cells (ZAFCs) are typically manually replaceable cells. In other words, the electrodes, or electrolyte, of such batteries can only be replaced manually to regenerate their capacity. Zinc-air fuel cells can be discharged or recharged. The discharge reaction can involve the following half-reactions:
(1)負極: (1) Negative electrode:
I.Zn+4OH- → Zn(OH)4 2-+2e- I.Zn+4OH - → Zn(OH) 4 2- +2e -
Ⅱ.Zn(OH)4 2- → ZnO+H2O+2OH- Ⅱ.Zn(OH) 4 2- → ZnO+H 2 O+ 2OH-
(2)正極: (2) Positive electrode:
1/2 O2+H2O+2e- → 2OH- 1/2 O 2 +H 2 O+2e - → 2OH -
(3)總反應為: (3) The total reaction is:
Zn+1/2 O2 → ZnO Zn+1/2 O 2 → ZnO
充電反應可涉及以下半反應: Charging reactions can involve the following half-reactions:
(1)陰極: (1) Cathode:
I.ZnO+H2O+2OH- → Zn(OH)4 2- I.ZnO+H 2 O+2OH - → Zn(OH) 4 2-
Ⅱ.Zn(OH)4 2-+2e- → Zn+4OH- Ⅱ. Zn(OH) 4 2- +2e - → Zn+4OH -
(2)陽極: (2) Anode:
2OH- → 1/2 O2+H2O+2e- 2OH - → 1/2 O 2 +H 2 O+2e -
(3)總反應: (3) Total reaction:
ZnO → Zn+1/2 O2 ZnO → Zn+1/2 O 2
(4)在電解中的鹼性電解質的存在下,氧化鋅被還原成奈米級鋅。 (4) In the presence of an alkaline electrolyte in electrolysis, zinc oxide is reduced to nanoscale zinc.
當閒置不用或長期使用後,鋅陽極的極化、鈍化及枝晶生長(dendrite growth)導致鋅陽極快速腐蝕,鋅空氣燃料電池性能變差,電解質的 酸化及電池壽命縮短係由於空氣電極和鋅陽極在電解質中的持續浸泡。雖然存在可用的具三電極的鋅空氣燃料電池結構,其未能解決如高電流充電與放電及氧化還原效率等問題,而鋅空氣燃料電池的洩漏問題仍未解決。此外,傳統的燃料電池無法有效地解決單一電池及多節串並聯電池的循環阻塞問題。 When idle or used for a long time, the polarization, passivation and dendrite growth of the zinc anode lead to rapid corrosion of the zinc anode, the performance of the zinc-air fuel cell deteriorates, and the electrolyte Acidification and shortened battery life are due to continuous immersion of the air electrode and zinc anode in the electrolyte. Although there are available zinc-air fuel cell structures with three electrodes, they fail to solve problems such as high current charge and discharge and redox efficiency, and the leakage problem of zinc-air fuel cells remains unsolved. In addition, traditional fuel cells cannot effectively solve the cycle blockage problem of a single battery and multiple series-parallel batteries.
本創作的主要目的在於,當本創作的具多個電連接器的鋅空氣燃料電池處於未使用狀態時,部分或完全去除電池中的電解溶液,以進一步避免陽極結構與電解溶液接觸而停止電化學反應,並避免陽極結構或陰極結構的損壞或表面剝落,以及延長空氣燃料電池的儲存壽命或使用壽命。 The main purpose of this creation is to partially or completely remove the electrolytic solution in the battery when the zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors of the present creation is in an unused state, so as to further prevent the anode structure from contacting the electrolytic solution and stop electrolysis chemical reaction, and avoid damage or surface peeling of the anode structure or cathode structure, and prolong the storage life or service life of the air fuel cell.
本創作的第二個目的在於,設計一種具多個電連接器的鋅空氣燃料電池,該電連接器具有正極及負極,使得單個電池本身可同時發生充電的化學反應或放電的化學反應,無需人工更換電極或電解質。 The second purpose of this creation is to design a zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors. Manually replace electrodes or electrolyte.
本創作的另一個目的是,使鋅材料及電解溶液中的至少一種通過傳輸裝置輸入或輸出本創作的具多個電連接器的鋅空氣燃料電池,以促進鋅材料或電解溶液的更換或更新操作過程,使操作過程效率變為兩倍。鋅空氣燃料電池的設計可提供多個氣室,以減少單個電池的循環阻塞問題。 Another purpose of this creation is to make at least one of the zinc material and the electrolytic solution input or output through the transmission device of the zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors of the present invention, so as to promote the replacement or renewal of the zinc material or electrolytic solution The operation process doubles the efficiency of the operation process. Zinc-air fuel cells are designed to provide multiple air chambers to reduce cycle blockage issues for individual cells.
本創作的又一目的在於,提供一種能夠同時執行充電功能及放電功能的燃料電池組件。燃料電池組件可包括以堆疊結構排列的複數個燃料電池。複數個燃料電池可以各種佈線配置進行佈線,以在執行充電及放電功能時提供各自的優勢,因為每種配置可適合不同的應用。 Another object of the present invention is to provide a fuel cell assembly capable of simultaneously performing charging and discharging functions. A fuel cell assembly may include a plurality of fuel cells arranged in a stacked configuration. A plurality of fuel cells can be wired in various wiring configurations to provide individual advantages in performing charging and discharging functions, as each configuration may be suitable for a different application.
為了實現上述目的,提供了一種具多個電連接器的鋅空氣燃料電池。根據本揭露的一個態樣的具多個電連接器的鋅空氣燃料電池包括:外殼,在鋅空氣燃料電池內部形成空間;金屬層,設置於空間內,並作為充電功能的正極;第一空氣電極層及第二空氣電極層,設置於空間內,並作為放電功能的正極,第一空氣電極層及第二空氣電極層分別設置於金屬層的相對兩側;鋅材料,設置於空間內,並作為充電功能及放電功能的負極;第一導電層及第二導電層,每個設置於金屬層與第一空氣電極層及第二空氣電極層中的一個之間,第一及第二導電層中的每一個具有用於容納鋅材料的中央凹陷區域;複數個隔板,分別設置於第一及第二空氣電極層、第一及第二導電層與金屬層之間,使得第一及第二空氣電極層、第一及第二導電層與金屬層分開排列;電解質,設置於空間內,電解質能夠流動通過隔板並與空氣電極層、金屬層及鋅材料接觸,使得空氣電極層、鋅材料及金屬層分別被電連接;以及複數個氣室,設置於空間內。 In order to achieve the above purpose, a zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors is provided. A zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors according to an aspect of the present disclosure includes: a casing forming a space inside the zinc-air fuel cell; a metal layer disposed in the space and serving as a positive electrode for charging; a first air The electrode layer and the second air electrode layer are arranged in the space and serve as the positive electrode of the discharge function. The first air electrode layer and the second air electrode layer are respectively arranged on opposite sides of the metal layer; the zinc material is arranged in the space, And as the negative electrode of the charging function and the discharging function; the first conductive layer and the second conductive layer are each arranged between the metal layer and one of the first air electrode layer and the second air electrode layer, and the first and second conductive layers Each of the layers has a central recessed area for containing zinc material; a plurality of spacers are respectively arranged between the first and second air electrode layers, the first and second conductive layers and the metal layer, so that the first and second The second air electrode layer, the first and second conductive layers, and the metal layer are arranged separately; the electrolyte is arranged in the space, and the electrolyte can flow through the separator and be in contact with the air electrode layer, the metal layer, and the zinc material, so that the air electrode layer, the metal layer, and the zinc material are in contact. The zinc material and the metal layer are respectively electrically connected; and a plurality of air chambers are arranged in the space.
此外,電解質係經由複數個氣室中的至少一個而被設置於空間內,複數個氣室係配置以通過但不容納電解質。並且,電解質係設置於空間內,直到位在低於複數個氣室中的水平。 In addition, the electrolyte is disposed within the space via at least one of a plurality of air cells configured to pass through but not contain the electrolyte. Also, the electrolyte is disposed in the space up to a level lower than that in the plurality of air cells.
為了實現上述目的,本創作的具多個電連接器之鋅空氣燃料電池包括:外殼,形成空間;複數個氣室,設置於空間內; 兩個空氣電極層,設置於空間內,並作為化學反應放電的正極;金屬層,設置於空間內,並作為化學反應充電的正極;鋅材料,設置於空間內,並作為負極,與空氣電極層一起進行化學反應放電,或作為負極,與金屬層一起進行化學反應充電;複數個隔板,設置於空間內,分別設置於空氣電極層與金屬層之間,使得空氣電極層、鋅材料及金屬層係分開排列;以及電解質,設置於空間內,電解質能夠流動通過隔板並與空氣電極層、金屬層及鋅材料接觸,使得空氣電極層、鋅材料及金屬層分別被電連接。 In order to achieve the above purpose, the zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors of the present invention includes: a casing forming a space; a plurality of air chambers arranged in the space; Two air electrode layers are arranged in the space and serve as positive electrodes for chemical reaction discharge; metal layers are arranged in the space and serve as positive electrodes for chemical reaction charging; layer together for chemical reaction discharge, or as a negative electrode, together with the metal layer for chemical reaction charging; a plurality of separators are arranged in the space and are respectively arranged between the air electrode layer and the metal layer, so that the air electrode layer, zinc material and The metal layers are arranged separately; and the electrolyte is arranged in the space, and the electrolyte can flow through the separator and contact the air electrode layer, the metal layer and the zinc material, so that the air electrode layer, the zinc material and the metal layer are electrically connected respectively.
鋅材料係選自由可流動的鋅漿、鋅顆粒及鋅板所組成的群組。導電層的實施例可不同於對應於鋅材料的選擇。可流動的鋅漿可以是「砂漿狀」的形式,像是鋅顆粒、液體及一些可選添加劑的混合物。可流動的鋅漿的黏度與其循環速度有關。循環速度越快,黏度越低,循環速度越慢,黏度越高。 The zinc material is selected from the group consisting of flowable zinc paste, zinc particles and zinc sheet. Embodiments of the conductive layer may differ from the choice of material corresponding to zinc. Flowable zinc pastes can be in the form of a "mortar-like" mixture of zinc granules, liquid and some optional additives. The viscosity of the flowable zinc paste is related to its circulation speed. The faster the circulation speed, the lower the viscosity, and the slower the circulation speed, the higher the viscosity.
此外,當用於支撐電池的平表面被使用作為水平基準時,空氣電極層、金屬層及鋅材料被配置為相對於平表面而垂直排列。這種配置不同於傳統的橫向排列的直立位置。鋅材料可包括可流動的鋅漿、鋅顆粒或鋅板。 In addition, when the flat surface for supporting the battery is used as a horizontal reference, the air electrode layer, the metal layer, and the zinc material are arranged to be vertically aligned with respect to the flat surface. This configuration differs from the upright position of the traditional lateral arrangement. The zinc material may comprise flowable zinc paste, zinc granules or zinc sheet.
具多個電連接器的鋅空氣燃料電池進一步可包括傳輸裝置。傳輸裝置係與空間相連,能夠輸出或輸入電解質,從而改變電解質在空間內的高度位置。藉由改變空間內電解質的總量以及液體可接觸的高度的內部結構,可避免在特定高度的結構與液體的接觸以及在空間內的位置與液體的接觸,並且可防止特定結構的損壞或表面剝離。 The zinc air fuel cell with multiple electrical connectors may further include a transmission device. The transmission device is connected with the space, and can output or input electrolyte, so as to change the height position of the electrolyte in the space. By changing the total amount of electrolyte in the space and the internal structure at a height accessible to the liquid, contact with the liquid at a specific height of the structure and at a position in the space can be avoided, and damage to a specific structure or surface can be prevented. peel off.
本創作的特徵在於,本創作的鋅材料係使用作為負極,而空氣電極層及金屬層係分別使用作為正極。正極及負極可共同或單獨形成鋅空氣燃料電池中的多個電連接器。 The feature of this invention is that the zinc material of this invention is used as the negative electrode, and the air electrode layer and the metal layer are respectively used as the positive electrode. The positive and negative electrodes can collectively or individually form multiple electrical connectors in a zinc-air fuel cell.
此外,連接空間的傳輸裝置可藉由從空間中去除大部分電解質,而改變電解質的總量及電解質的液體高度,以避免當本創作的具多個電連接器之鋅空氣燃料電池在儲存或不使用時電解質與空間的內部結構的接觸,也避免本創作的具多個電連接器的鋅空氣燃料電池的不希望的自放電或充電反應,也避免空間的內部結構之損壞或表面剝落,使得延長本創作的具多個電連接器之鋅空氣燃料電池的儲存壽命或使用壽命。 In addition, the transport device connecting the space can change the total amount of electrolyte and the liquid height of the electrolyte by removing most of the electrolyte from the space, so as to avoid the zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors of the present invention during storage or The contact of the electrolyte with the internal structure of the space when not in use also avoids undesired self-discharge or charging reactions of the zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors of the present invention, and also avoids damage or surface peeling of the internal structure of the space, This makes it possible to prolong the storage life or service life of the zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors of the present invention.
除了鋅空氣燃料電池之外,本創作亦提供電池組件的各種實施例,電池組件包括如上所述的複數個燃料電池,這些燃料電池以堆疊結構排列。電池組件的不同配置可藉由各種電池間及/或電池內連接而實現。每種配置可執行相應的充電功能及相應的放電功能,而電池組件能夠同時執行充電功能及放電功能。 In addition to zinc-air fuel cells, the present invention also provides various embodiments of cell assemblies comprising a plurality of fuel cells as described above arranged in a stacked configuration. Different configurations of battery packs can be achieved by various inter-cell and/or intra-cell connections. Each configuration can perform a corresponding charging function and a corresponding discharging function, and the battery pack can simultaneously perform a charging function and a discharging function.
除了燃料電池及電池組件的各種實施例之外,本創作的再一個目的在於,使本揭露進一步提供使用燃料電池及/或電池組件之方法,以執行包含有接收來自一個或多個充電裝置的一個或多個電流的充電功能,也執行包含有發送一個或多個電流到一個或多個電負載的放電功能。充電功能及放電功能可藉由燃料電池或電池組件同時地執行或以其他方式操作。也就是說,燃料電池或電池組件可在執行放電的同時執行充電功能,反之亦然。 In addition to the various embodiments of fuel cells and battery assemblies, it is a further object of the present disclosure to provide methods of using fuel cells and/or battery assemblies to perform battery A charge function of one or more currents is also performed including a discharge function involving sending one or more currents to one or more electrical loads. The charging function and discharging function may be performed simultaneously or otherwise operated by the fuel cell or battery assembly. That is, a fuel cell or battery assembly can perform a charging function at the same time it performs discharging, and vice versa.
在閱讀了各種數據及圖式所顯示的較佳實施例的以下詳細說明之後,本創作的這些及其他目的對於本領域普通技術人員來說,無疑將變得顯而易見。 These and other objects of the invention will no doubt become apparent to those of ordinary skill in the art after reading the following detailed description of the preferred embodiment shown in the various data and drawings.
100:電池結構 100: battery structure
100A:電連接器 100A: electrical connector
101:左空間 101: left space
102:右空間 102: Right Space
103A:第一氣室 103A: the first air chamber
103B:第二氣室 103B: Second air chamber
110:外殼組 110: shell group
111:左殼體 111: left housing
112:右殼體 112: Right shell
112H:孔 112H: hole
113:中央殼體 113: central housing
113A:導柱 113A: guide post
113C:中央殼體區域 113C: Central shell area
114:蓋 114: cover
114A:第一孔 114A: the first hole
114B:第二孔 114B: Second hole
114C:中央蓋件 114C: Central cover
115:外殼 115: shell
115A,115A’:第一開口 115A, 115A': the first opening
115B,115B’:第二開口 115B, 115B': the second opening
120:空氣電極組 120: Air electrode group
121:左空氣電極層 121:Left air electrode layer
121E:左放電正極電連接器 121E: left discharge positive electrical connector
122:右空氣電極層 122: Right air electrode layer
122E:右放電正極電連接器 122E: Right discharge positive electrical connector
130:金屬層 130: metal layer
130E:充電正極電連接器 130E: charging positive electrical connector
140:鋅材料 140: zinc material
151:左導電層 151: left conductive layer
151E:左負極電連接器 151E: left negative electrical connector
152,156:中心區 152,156: central area
153,157:外圍區 153,157: outlying area
154:左凹槽 154: left groove
155:右導電層 155: right conductive layer
155E:右負極電連接器 155E: Right negative electrical connector
158:右凹槽 158: right groove
161~164:隔板 161~164: clapboard
170:電解質 170: Electrolyte
170F:滿水平 170F: full level
200:電池組件 200: battery pack
201~212:電池結構 201~212: battery structure
210A~210K:連接管 210A~210K: connecting pipe
220:循環管組 220:Circulation pipe group
221:第一循環管 221: The first circulation pipe
222I:燃料入口 222I: Fuel inlet
222:第二循環管 222: Second circulation pipe
230:燃料箱 230: fuel tank
230G:氣孔 230G: stomata
231:燃料管 231: fuel pipe
231O:燃料出口 231O: fuel outlet
232:燃料管 232: fuel pipe
232I:燃料入口 232I: Fuel inlet
232O:燃料出口 232O: fuel outlet
233:循環泵 233:Circulation pump
233D:循環方向 233D: Cycle direction
700:雙電池電路模型 700: Dual battery circuit model
701,702:電池 701,702: Batteries
800,805:配置 800,805: configuration
810,830,840:外部電源 810, 830, 840: External power supply
815,825,826,835,845:電流 815,825,826,835,845: Current
820:電負載 820: Electric load
1011,1012,1021,1022,1023,1031,1032,1041,1042,1051,1052,1321,1322,1340(01)~1340(11),1440(01)~1440(11),1470(01)~1470(11),1481~1491,1521,1522,1550(01)~1550(12):導線 1011,1012,1021,1022,1023,1031,1032,1041,1042,1051,1052,1321,1322,1340(01)~1340(11),1440(01)~1440(11),1470(01) ~1470(11),1481~1491,1521,1522,1550(01)~1550(12): wire
1091~1093:佈線配置 1091~1093: wiring configuration
1300,1400,1500:電池組件 1300, 1400, 1500: battery components
1301~1312,1401~1412,1501~1512:燃料電池 1301~1312, 1401~1412, 1501~1512: fuel cell
1315:充電電流 1315: charging current
1320,1420,1520:電負載 1320, 1420, 1520: electrical load
1325,1525:電流 1325,1525: current
1410(01)~1410(12),1530(01)~1530(12),1540(01)~1540(12):充電裝置 1410(01)~1410(12), 1530(01)~1530(12), 1540(01)~1540(12): charging device
為了清楚地說明根據本揭露的具體實施例或根據現有技術的技術方案,藉由具體實施例或現有技術的描述所需的附圖之簡要說明係在下面提出。顯然,以下描述的圖式說明了本揭露的某些實施例。對於本領域普通技術人員而言,在沒有任何創造性勞動的情況下,其他圖式亦可根據這些附圖導出或以其他方式獲得。 In order to clearly illustrate the specific embodiments according to the present disclosure or the technical solutions according to the prior art, a brief description of the drawings required by the description of the specific embodiments or the prior art is presented below. It is apparent that the drawings described below illustrate certain embodiments of the present disclosure. For those skilled in the art, without any creative efforts, other drawings can also be derived from these drawings or obtained in other ways.
圖1顯示本創作電池結構分解圖的實施例示意圖。 Fig. 1 shows a schematic diagram of an embodiment of an exploded view of the battery structure of the invention.
圖1A顯示對應於本創作的電池結構的圖1之變化實施例的分解示意圖。 FIG. 1A shows an exploded schematic diagram of a variant embodiment of FIG. 1 corresponding to the battery structure of the present invention.
圖2顯示對應於本創作的圖1之具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的實施例的側視示意圖。 FIG. 2 shows a schematic side view of an embodiment of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors corresponding to FIG. 1 of the present invention.
圖3顯示本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的實施例的立體示意圖。 FIG. 3 shows a schematic perspective view of an embodiment of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present invention.
圖3A顯示對應於本創作的電池結構處於直立位置的圖1A的簡化立體的另一示意圖。 FIG. 3A shows another schematic diagram corresponding to the simplified perspective of FIG. 1A with the battery structure of the present invention in an upright position.
圖4顯示本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的實施例之正視示意圖。 4 shows a schematic front view of an embodiment of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present invention.
圖4A顯示對應於本創作的電池結構處於直立位置的圖1A的簡化正視的另一示意圖。 FIG. 4A shows another schematic diagram corresponding to the simplified front view of FIG. 1A with the cell structure of the present invention in an upright position.
圖5顯示沿本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池處於水平位置的實施例的圖4中線A-A'的截面示意圖。 5 shows a schematic cross-sectional view along line AA' of FIG. 4 of an embodiment of the inventive zinc-air fuel cell with five electrical connectors in a horizontal position.
圖5A顯示對應於本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池處於水平位置的實施例的圖5的立體示意圖。 FIG. 5A shows a schematic perspective view of FIG. 5 corresponding to the embodiment of the inventive zinc-air fuel cell with five electrical connectors in a horizontal position.
圖6顯示對應於本創作的具五個電連接器的多個鋅空氣燃料電池的多個電池結構所組成的電池組件的實施例的立體示意圖。 FIG. 6 shows a schematic perspective view of an embodiment of a cell assembly composed of multiple cell structures of multiple zinc-air fuel cells with five electrical connectors corresponding to the present invention.
圖6A顯示對應於本創作的圖6的側視示意圖。 Figure 6A shows a schematic side view corresponding to Figure 6 of the present invention.
圖6B顯示對應於本創作的圖6的俯視示意圖。 FIG. 6B shows a schematic top view corresponding to FIG. 6 of the present work.
圖7顯示本揭露的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的電路模型。 FIG. 7 shows a circuit model of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present disclosure.
圖8A顯示由圖7的電路模型所建模的本揭露的鋅空氣燃料電池的佈線配置,其中包含有充電裝置及電負載。 FIG. 8A shows the wiring configuration of the zinc-air fuel cell of the present disclosure modeled by the circuit model of FIG. 7 , including a charging device and an electrical load.
圖8B顯示由圖7的電路模型所建模的本揭露的鋅空氣燃料電池的另一種佈線配置,其中包含有兩個充電裝置及一個電負載。 FIG. 8B shows another wiring configuration of the zinc-air fuel cell of the present disclosure modeled by the circuit model of FIG. 7 , which includes two charging devices and one electrical load.
圖9顯示本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的實施例的立體示意圖。 FIG. 9 shows a schematic perspective view of an embodiment of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present invention.
圖10A顯示根據圖8A配置的本揭露的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的佈線配置。 Figure 10A shows the wiring configuration of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present disclosure configured according to Figure 8A.
圖10B顯示根據圖8B配置的本揭露的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的佈線配置。 FIG. 10B shows the wiring configuration of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present disclosure configured according to FIG. 8B .
圖10C顯示根據圖8B配置的本揭露的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的另一種佈線配置。 FIG. 10C shows another wiring configuration for a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present disclosure configured according to FIG. 8B .
圖11顯示用於同時對燃料電池充電及放電的例示過程的流程圖。 11 shows a flowchart of an exemplary process for simultaneously charging and discharging a fuel cell.
圖12顯示用於同時對燃料電池充電及放電的另一個例示過程的流程圖。 12 shows a flowchart of another exemplary process for simultaneously charging and discharging a fuel cell.
圖13顯示由鋅空氣燃料電池所組成的電池組件的佈線配置,其中每個電池係根據圖10A的配置而佈線。 Figure 13 shows the wiring configuration of a cell assembly consisting of zinc-air fuel cells, where each cell is wired according to the configuration of Figure 10A.
圖14顯示由鋅空氣燃料電池所組成的電池組件的另一種佈線配置,其中每個電池係根據圖10A的配置而佈線。 Figure 14 shows another wiring configuration for a cell assembly consisting of zinc-air fuel cells, where each cell is wired according to the configuration of Figure 10A.
圖15顯示由鋅空氣燃料電池所組成的電池組件的佈線配置,其中每個電池係根據圖10C的配置而佈線。 Figure 15 shows the wiring configuration of a cell assembly consisting of zinc-air fuel cells, where each cell is wired according to the configuration of Figure 10C.
在本揭露中,「蓄電池(battery cell)」、「電池(battery)」、「電池(cell)」、「燃料電池(fuel cell)」係為可互換使用,以指能夠以一定的電位保持以電荷形式儲存的能量的電化學裝置。此外,電化學裝置能夠通過放電過程以電流的形式排出或以其他方式釋放儲存的能量,電流通常會通過電負載,而電負載會接收或額外消耗儲存的能量。電池通過放電過程提供給負載的電流可稱為電池的輸出電流。輸出電流可在可能變化或可能不變化的特定輸出電壓下提供。在電池中儲存的能量由於放電過程而耗到低值以後,可對電池應用充電或再充電過程,以恢復或以其他方式提高其中的能量。充電過程通常包括從外部能源以一定的電位(稱為充電電壓)向耗盡的電池施加電流(稱為 充電電流)。充電過程之後,電池再次保持能量,可通過另一輪放電過程而釋放。 In this disclosure, "battery cell", "battery", "cell" and "fuel cell" are used interchangeably to refer to a battery capable of maintaining the An electrochemical device in which energy is stored in the form of electric charge. In addition, electrochemical devices are capable of discharging or otherwise releasing stored energy in the form of an electrical current through a discharge process, typically through an electrical load that receives or additionally consumes the stored energy. The current provided by the battery to the load through the discharge process can be called the output current of the battery. Output current is available at a specific output voltage that may or may not vary. After the energy stored in the battery has been depleted to a low value due to the discharge process, a charging or recharging process may be applied to the battery to restore or otherwise increase the energy therein. The charging process usually involves applying a current (called the charging voltage) to the depleted battery from an external energy source at a certain potential (called the charging voltage). recharging current). After the charging process, the battery again holds energy, which can be released by another discharge process.
根據本揭露的各種例示性實施例在下文中詳細描述並在附圖中顯示。參考附圖的描述中,除非另有說明,附圖中相同的元件符號表示具有相同或相似功能的元件。並非與本揭露一致的所有可能的實施例在本文中公開。相反,下文僅參照根據本揭露的一個態樣或根據所附申請專利範圍中描述的細節的系統實例來描述幾個非限制性例示性實施例。 Various exemplary embodiments according to the present disclosure are described in detail below and shown in the accompanying drawings. In the description with reference to the drawings, unless otherwise specified, the same reference numerals in the drawings represent elements having the same or similar functions. Not all possible embodiments consistent with the present disclosure are disclosed herein. Rather, a few non-limiting illustrative embodiments are described below with reference only to an example of a system according to one aspect of the present disclosure or according to details described in the appended claims.
本文中的附圖作為本揭露的組成部分,旨在說明或以其他方式展示應用於本文揭露的各種實施例的本揭露的創作原理。除非另有說明,本文關於實施例的任何物理方向或取向的提及是為了便於以實施例解釋本揭露的創作思想,而不是將創作思想僅限於所提及的特定方向或取向。例如,描述相對物理關係的用語,例如「向上(upward)」、「向下(downward)」、「垂直(vertical)」、「水平(horizontal)」、「在上面(on top of)」、「在下面(underneath)」、「上面(above)」、「下面(below)」、「頂部(top)」、「底部(bottom)」,以及其他衍生形容詞、副詞或用語,使用唯一的目的係描述實施例的特徵,其可如圖式所示,但不將特徵限制為僅在特定方向或取向上如此構造或操作,除非在描述中明確說明了這種限制。 The drawings herein constitute a part of this disclosure and are intended to illustrate or otherwise demonstrate the creative principles of this disclosure as applied to the various embodiments disclosed herein. Unless otherwise stated, references herein to any physical orientation or orientation of the embodiments are for the convenience of explaining the inventive idea of the present disclosure with the embodiment, rather than limiting the inventive idea to the specific orientation or orientation mentioned. For example, terms describing relative physical relationships such as "upward", "downward", "vertical", "horizontal", "on top of", " "underneath", "above", "below", "top", "bottom", and other derived adjectives, adverbs, or terms, are described with a sole purpose Features of an embodiment, which may be shown in the drawings, do not limit the feature to being so constructed or operative only in a particular orientation or orientation, unless such limitation is expressly stated in the description.
如本領域技術人員將理解的,電子設備製造商可用不同的名稱來指稱一個組件。本文無意區分名稱不同的組件,但不是不區分不同功能的組件。在以下描述和申請專利範圍中,用語「包括(include)」、「包含(comprise)」及「具有(have)」係以開放式方式使用,因此應解釋為意味著「包括但不限於」。儘管可使用諸如第一、第二、第三等用語來描述不同的構成元件,這樣的構成 元件並不受用語的限制。用語僅使用於區分說明書中的構成元件與其他構成元件。申請專利範圍可不使用相同的用語,而是可相對於要求保護的元件的順序而使用用語第一、第二、第三等。因此,在以下描述中,第一構成元件可以是申請專利範圍中的第二構成元件。 As will be understood by those skilled in the art, manufacturers of electronic equipment may refer to a component by different names. This article does not intend to distinguish between components with different names, but it is not to distinguish between components with different functions. In the following descriptions and claims, the terms "include", "comprise" and "have" are used in an open-ended manner and should therefore be interpreted to mean "including but not limited to". Although terms such as first, second, third, etc. may be used to describe different constituent elements, such constituent Elements are not limited by terms. The terms are used only to distinguish a constituent element from other constituent elements in the specification. Claims may not use the same terms, but may use the terms first, second, third, etc. with respect to the order of claimed elements. Therefore, in the following description, a first constituent element may be a second constituent element in the scope of claims.
當一個元件或層被稱為「在上於(on)」、「連接到(connected to)」、「附接到(attached to)」、「耦合於(coupled with)」或「互連與(interlinked with)」另一個元件或層時,其可直接在上於或直接連接到另一個元件或層,或中間元件或層可被呈現。除非另有說明,連接可以是兩個連接部分不具有相對運動的固定連接,或兩個連接部分可具有相對運動的彈性連接。 When a component or layer is referred to as being "on", "connected to", "attached to", "coupled with", or "interconnected with" interlinked with)" another element or layer, it may be directly on or directly connected to another element or layer, or intervening elements or layers may be present. Unless otherwise stated, the connection may be a fixed connection in which the two connection parts have no relative movement, or an elastic connection in which the two connection parts may have relative movement.
本文所揭露的各種實施例是為了作為例示來展示本揭露的創作特徵及益處。也就是說,本揭露的創作原理不限於例示性實施例的應用。利用本文所述的創作特徵之一或其幾個創作特徵的組合的任何應用都在本揭露的範疇內。本揭露的範疇僅由本文提出的申請專利範圍所限制。 The various embodiments disclosed herein are intended to demonstrate the inventive features and benefits of the present disclosure by way of illustration. That is, the inventive principles of the present disclosure are not limited in application to the illustrative embodiments. Any application that utilizes one of the authoring features described herein or a combination of several authoring features is within the scope of this disclosure. The scope of the present disclosure is limited only by the claims filed herein.
在本揭露中,用語「電池結構(cell structure)」及「燃料電池(fuel cell)」自始至終可互換使用。圖1顯示對應於本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的電池結構分解圖的實施例。例如,電池結構100可具有五個電連接器並包括諸如外殼組110、空氣電極層、金屬層130、鋅材料140、導電層及複數個隔板的元件。電池結構100在結構上可具有多個組裝部分,例如左側部分、右側部分及中央部分,但本創作不限於這些。
Throughout this disclosure, the terms "cell structure" and "fuel cell" are used interchangeably throughout. FIG. 1 shows an embodiment of an exploded view of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors corresponding to the present invention. For example,
外殼組110可包括複數個外殼元件。複數個外殼元件一起可共同形成外殼組110,以作為電池結構100的電池外殼。例如,外殼組110可包括框架形式的第一殼體、框架形式的第二殼體、框架形式的第三殼體及框架形式的第
四殼體,但本創作不限於這些。第一殼體、第二殼體、第三殼體及第四殼體可共同形成空間,以容納電池結構100的其他元件,限定氣室,以緩衝使用於具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的流體的輸入循環或輸出循環,並為電池結構100提供堅實的支撐。
The
例如,第一殼體可以是左側部分中的左殼體111。第二殼體可以是右側部分中的右殼體112。中央殼體113可以是位於中央部分的中央殼體113。外殼組110進一步可包括蓋114,蓋114連接到中央殼體113以形成用於流體循環的通道。第四殼體可以是外殼體115以容納左殼體111、右殼體112、中央殼體113及蓋114。每個殼體或蓋可以具有相互互補的結構,例如一個或多個孔,用於固定兩片殼體或蓋或用於卡扣兩片殼體或蓋,以促進相互接合以獲得電池結構100,以提高電池結構100的氣密性及/或防漏性能。
For example, the first case may be the
在一些實施例中,右殼體112可具有一個或多個孔112H,用於與外殼115接合。例如,孔112H可幫助黏合劑(未顯示)暫時保持右殼體112及殼體115藉由將右殼體112及外殼115的框架緊固在一起。右殼112及外殼115可在孔112H及黏合劑(未顯示)的存在下,經受隨後的嵌入成型法(insert molding method),以形成永久密封結構,例如氣密及/或防漏電池結構。左殼體111、中央殼體113、蓋114及外殼115可具有相似的孔以用於相似的用途,但本創作不限於此。在一些實施例中,兩個相鄰元件可具有用於相互接合的互補部件。例如,中央殼體113可具有中央殼體區域113C以對應於蓋114的中央蓋件114C。中央殼體區域113C可具有相對於中央蓋件114C的互補凹部,以促進兩個特定部件的相互接合以用於緊固兩個元件或卡合兩個元件,但本創作不限於此。
In some embodiments, the
外殼組110可包括聚芳碸材料以增強電池結構100的機械強度。例如,左殼體111、右殼體112、中央殼體113、蓋114及外殼115的至少其中之一可包括聚芳碸材料。聚芳碸材料可改善兩種實質上不同的物質之間介面的黏附性,例如有機聚合物與金屬材料之間。此外,聚芳碸材料可經受嵌入成型法以獲得殼體或蓋其中之一,以提高電池結構100的氣密性及/或防漏性能。本創作可使用聚芳碸材料基樹脂作為嵌入成型法的基材,以將鋅空氣燃料電池中的元件封裝,以消除先前技術中的漏液問題。例如,較佳的氣密性可降低氣體洩漏的可能性,而較佳的防漏性可降低電解質洩漏的可能性。氣密性及/或防漏性可增加電池結構100的流體密封性或可靠性。
The
聚芳碸材料可以是具有磺醯基的熱塑性塑料。在本創作的一些實施例中,聚芳碸材料可以是聚碸(PSF,PSU)、聚醚碸(PES,PESU)、聚芳醚碸(PAES)及聚苯碸(PPSU,PPSF),但本創作不限於此。 The polyarene material may be a thermoplastic with sulfonyl groups. In some embodiments of the present invention, the polyarylene material may be polyarylene (PSF, PSU), polyether sulphate (PES, PESU), polyarylether sulphate (PAES), and polyphenylene sulphate (PPSU, PPSF), but This creation is not limited to this.
左殼體111與中央殼體113可一起形成第一空間,例如左側部分中的左空間101。左空間101可容納並固定一層空氣電極層、金屬層、鋅材料、一層導電層、多層隔板及電解質170。類似地,右殼體112與中央殼體113可一起形成第二空間,例如右側部分中的右空間102。右空間102可容納並固定一層空氣電極層、金屬層、鋅材料、一層導電層、多層隔板及電解質170。
The
中央殼體113可具有複數個氣室,例如兩個氣室,例如第一氣室103A及第二氣室103B。氣室可設置於空間內,例如第一氣室103A及第二氣室103B可設置在左空間101及右空間102中。換言之,第一氣室103A、第二氣室103B、左空間101及右空間102在容置方面可相互連接,以促進使用於空氣燃料
電池的流體的連續循環。第一氣室103A或第二氣室103B可獨立地協助緩衝鋅金屬燃料的流體循環。
The
中央殼體113進一步可具有導柱113A,係設置在例如第一氣室103A與第二氣室103B之間,或者設置在左空間101與右空間102之間,以協助緩衝或引導鋅金屬燃料的流體循環。流體循環可包括氣體循環及電解質循環中的至少一種。
The
蓋114及中央殼體113可一起界定第一氣室103A或第二氣室103B。蓋114進一步可具有孔。例如,蓋114可具有第一孔114A及第二孔114B。第一孔114A及第二孔114B可分別對應於第一氣室103A及第二氣室103B。這些孔可允許流體進入或離開第一氣室103A或第二氣室103B。
The
外殼115進一步可具有開口。例如,外殼115可具有第一開口115A及第二開口115B。第一開口115A及第二開口115B可分別對應於第一孔114A及第二孔114B。開口可允許流體藉由流動通過第一氣室103A或通過第二氣室103B而進入或離開電池結構100。
The
空氣電極組120可包括兩個空氣電極層。例如,空氣電極組120可包括設置並固定在左空間101中的左空氣電極層121以及設置並固定在右空間102中的右空氣電極層122。左空氣電極層121或右空氣電極層122可共同地或單獨地作為在預定化學反應中放電的正極。空氣電極可作為空氣電池的陽極。空氣電極層可包括壓合在一起的金屬網、防水透氣層及催化層。空氣電極層可容納在空氣中作為正極的氧氣,以與負極中的燃料(Al、Mg、Zn...等)以及與電解質在活性炭及催化劑的存在下反應,以產生電能。
The
左空氣電極層121或右空氣電極層122可分別包括金屬材料,例如Ni,但本創作不限於此。每個空氣電極層進一步可具有延伸條以作為電流的電連接器。例如,左空氣電極層121可具有左放電正極電連接器121E,而右空氣電極層122可具有右放電正極電連接器122E。
The left
金屬層130可設置於其中一個空間內,例如在左空間101或右空間102。圖1顯示金屬層130設置在左空間101中,並且位於左空氣電極層121與中央殼體113之間的實施例,但本創作不限於此。金屬層130可包括金屬材料,例如Ni,但本創作不限於此。金屬層130進一步可包括不銹鋼層,例如316不銹鋼網。金屬層130可作為化學反應中充電的正極。金屬層130進一步可具有延伸條以作為電流的電連接器。例如,金屬層130可具有充電正極電連接器130E。
The
鋅材料140可設置於空間內,以作為充電/放電反應的化學活性負極。例如,鋅材料140可以是負極,以與空氣電極層(正極)一起在化學反應中放電。或者,鋅材料140可以是負極,以與金屬層130(正極)一起在化學反應中充電。鋅材料140可包括可流動的鋅漿、鋅顆粒及鋅板中的至少一種,以用作為本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的燃料。可流動的鋅漿可以是砂漿類的形式,例如鋅顆粒、液體及一些可選添加劑的混合物。可流動的鋅漿的黏度與其循環速度有關。循環速度越快,黏度越低。液體可包括電解質溶液。
The
導電組可包括設置於空間兩側的兩個導電層,但本創作不限於此。例如,導電組可包括設置並固定在左側即左空間101中的左導電層151,以及設置並固定在右側即右空間102中的右導電層155。導電組可與鋅材料140相鄰設置或者進一步與鋅材料140接觸。
The conductive set may include two conductive layers disposed on two sides of the space, but the present invention is not limited thereto. For example, the conductive group may include a left
在一些實施例中,左導電層151及右導電層155中的至少一個可與鋅材料140直接接觸,以容納鋅材料140。導電層可具有凹槽以容納鋅材料140。例如,左導電層151可具有中心區152及外圍區153。中心區152可低於外圍區153,以形成左凹槽154。左凹槽154可容納鋅材料140,以進行化學反應。類似地,右導電層155可具有中心區156及外圍區157。中心區156可低於外圍區157,以形成右凹槽158。右凹槽158可容納鋅材料140,以進行化學反應。
In some embodiments, at least one of the left
一個導電層可作為結構電極,以容納化學活性鋅材料140,因此導電層之一可支撐鋅材料140,以進行化學反應。此外,導電層之一可作為電流通道,以轉移參與化學反應的電子。導電層的材料可以是導電的、化學惰性的且不參與化學反應。左導電層151或右導電層155可分別包括金屬材料,例如Ni或Cu,但本創作不限於此。每個導電層可具有延伸條,以用作為電流的電連接器。例如,左導電層151可具有左負極電連接器151E;右導電層155可具有右負電連接器155E。
One conductive layer can act as a structural electrode to accommodate the chemically
本創作的具多個電連接器的鋅空氣燃料電池可具有多個氣室,例如,第一氣室103A及第二氣室103B。本創作的具多個電連接器的鋅空氣燃料電池可具有有利的多個氣室以用於緩衝目的。除了提高燃料的循環效率外,其亦可促進實現內壓相對平衡的功能。傳統的具三個電連接器的電池結構只有燃料循環通道,在空間上無法達到燃料和氣體平衡循環的效率。這樣的結構容易導致電池內部壓力過大,並導致循環不良,及循環效率低。
The zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors of the present invention can have multiple gas chambers, for example, a
在本創作的具六個電連接器的鋅空氣燃料電池的情況下,氣室組可分為四個氣室或保持兩個氣室的配置。在電連接器方面,該配置可相當於兩個鋅空氣燃料電池與三個電連接器串聯或並聯,配置的設計是可選的。 In the case of the inventive zinc-air fuel cell with six electrical connectors, the cell set can be divided into four cells or remain in a two cell configuration. In terms of electrical connectors, this configuration can be equivalent to two zinc-air fuel cells connected in series or in parallel with three electrical connectors, and the design of the configuration is optional.
在多個緩衝氣室,例如四個緩衝氣室來說,其係來自兩個分開的緩衝氣室。除了調節效率的目的,另一個目的可能在於燃料與氣體的單獨循環,以達到非同步循環的效果。例如,非同步循環可僅使氣體循環以提高放電效率,或者可替代地,僅使燃料循環以提高充電或放電效率。六個或更多的氣室功能類似。 In the case of multiple buffer chambers, eg four buffer chambers, this is from two separate buffer chambers. In addition to the purpose of regulating efficiency, another purpose may lie in the separate circulation of fuel and gas, so as to achieve the effect of non-synchronized circulation. For example, a non-synchronized cycle may circulate only gas to increase discharge efficiency, or alternatively only fuel to increase charge or discharge efficiency. Six or more air chambers function similarly.
如圖1所示,複數個隔板可設置於空間中。例如,隔板161、隔板162及隔板163可設置於左空間101中。另一個隔板164可設置於右空間102中。在一些實施例中,隔板161、隔板162、隔板163及隔板164可分別包括親水隔板。隔板可設置於兩個相鄰的元件之間,以隔離兩個相鄰的元件,並且元件可設置於兩個相鄰的隔板之間。例如,隔板161可設置於左空氣電極層121與左導電層151之間,隔板162可設置於左導電層151及金屬層130之間,隔板163可設置於金屬層130與中央殼體113之間,隔板164可設置於右導電層155與右空氣電極層122之間,使得左空氣電極層121、左導電層151(容納鋅材料140)、金屬層130、中央殼體113、右導電層155(容納鋅材料140)及右空氣電極層122係分開排列。隔板可允許電解質170流動通過。
As shown in FIG. 1 , a plurality of partitions can be arranged in the space. For example, a
圖1A顯示對應於本創作的電池結構的圖1之變化實施例的分解示意圖。圖1A顯示本創作的具三個電連接器的簡化電池結構。具五個電連接器100的電池結構及具三個電連接器100A的簡化電池結構可共享多個氣室以緩衝流體循環的共同特徵。具五個電連接器100A的電池結構與具三個電連接器100A的簡化電池結構之間的主要區別在於,可選的右空氣電極層122及可選的右導電層155。此外,在具三個電連接器100A的簡化電池結構中,隔板164也可以是可選的。
FIG. 1A shows an exploded schematic diagram of a variant embodiment of FIG. 1 corresponding to the battery structure of the present invention. Figure 1A shows a simplified battery structure of the present invention with three electrical connectors. The battery structure with five
具三個電連接器100A的簡化電池結構可用於單側通風的應用。例如,當電池的一側附接到電路板以限制氣體交換的可能性時,簡化的電池結構可能是有用的。一側空氣電極的配置可導致更薄的結構,而簡化了製造程序及成型程序。雙側空氣電極的具五個電連接器100的電池結構更佳地進行更多的氣體交換,以產生更高的放電效率。
A simplified battery structure with three
圖2顯示本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的實施例的側視示意圖。據此,左放電正極電連接器121E、右放電正極電連接器122E、充電正極電連接器130E、左負極電連接器151E或右負極電連接器155E中的每一個可作為本創作的鋅空氣燃料電池的五個電連接器中的一個電連接器。結構上來說,左負極電連接器151E可設置在左放電正極電連接器121E與充電正極電連接器130E之間;右負極電連接器155E可設置在充電正極電連接器130E與右放電正極電連接器122E之間。
Figure 2 shows a schematic side view of an embodiment of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present invention. Accordingly, each of the left discharge positive
圖3顯示本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的實施例的立體示意圖。圖4顯示本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的實施例之示意圖。第一開口115A或第二開口115B可允許流體進入或離開電池結構100。流體可選自由氣體、電解質及燃料所組成的群組。在一些殼體上可能有一些孔洞,例如在右殼體112上的孔洞112H,以協助建模的對準,例如使用於嵌入成型法。
FIG. 3 shows a schematic perspective view of an embodiment of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present invention. Figure 4 shows a schematic diagram of an embodiment of a zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present invention. The
電解質170可選擇性地填充至滿水平170F,或在第一氣室103A、第二氣室103B、左空間101及右空間102內循環,並流動通過隔板,例如隔板161、隔板162、隔板163及隔板164。電解質170可以是液體電解質,例如包括鹼性水溶液的電解溶液。鹼性水溶液可包括電解質溶質及溶劑。在一些實施例中,電解質溶質可包括氫氧化物例如氫氧化鉀,而溶劑則是例如水。親水性隔板,例
如可從杜邦公司商業購得的那些,可選擇性地允許極性分子如水分子、鉀離子及氫氧根離子流動通過,而不允許鋅流動通過,但本創作不限於此。電解質170可與空氣電極層、金屬層130及鋅材料140的至少其中之一接觸,使得空氣電極層、鋅材料140及金屬層130係分別電連接以經受放電反應或充電反應。
圖5顯示沿本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池處於水平位置的圖4的線A-A'的實施例的截面示意圖。圖5A顯示對應於本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池處於水平位置的實施例的圖5的立體示意圖。如圖5所示,包括左空氣電極層121及右空氣電極層122的空氣電極組120、金屬層130、容納在導電組中的鋅材料140可被配置為相對於平坦表面垂直排列,亦即,如果用於支撐電池的平坦表面(未顯示)係使用作為水平參考,則為堆疊結構。例如,左空氣電極層121可以是最頂層,鋅材料140可以是最底層,而金屬層130可設置在左空氣電極層121與鋅材料140之間。這種新穎的配置是不同於傳統的橫向排列的直立位置。
5 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of the zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present invention along line AA' of FIG. 4 in a horizontal position. FIG. 5A shows a schematic perspective view of FIG. 5 corresponding to the embodiment of the inventive zinc-air fuel cell with five electrical connectors in a horizontal position. As shown in FIG. 5 , the
本創作係有關於一種用鋅材料與空氣進行氧化還原反應的燃料電池,更具體地,本創作係有關於一種鋅空氣燃料電池,其同時具有電解質及鋅材料作為反應材料,並通過五個電連接器電連接至其他外部電子產品。燃料電池可使用聚碸樹脂,以藉由嵌入成型/注入成型的方法而封裝,以減少先前技術的洩漏問題。五電連接器的結構可進一步方便進行兩個單獨的電極或單個充電和同時充電及放電的特殊用途。 This work is related to a fuel cell that uses zinc material and air for oxidation-reduction reaction, more specifically, this work is related to a zinc-air fuel cell, which has electrolyte and zinc material as reaction materials at the same time, and passes through five batteries. The connector is electrically connected to other external electronic products. Fuel cells can be encapsulated by insert molding/injection molding using polyresin to reduce the leakage problem of the prior art. The configuration of five electrical connectors can further facilitate the special use of two separate electrodes or single charging and simultaneous charging and discharging.
本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池具有三個正極及兩個負極的設計,使得單個電池本身可同時經歷充電的化學反應及/或放電的化學反應。 The zinc-air fuel cell with five electrical connectors of the present invention has a design of three positive electrodes and two negative electrodes, so that a single battery itself can undergo charging chemical reactions and/or discharging chemical reactions simultaneously.
圖6顯示對應於本創作的具五個電連接器的多個鋅空氣燃料電池的多個電池結構所組成的電池組件的實施例的立體示意圖。圖6A顯示對應於本創作的圖6的側視示意圖。圖6B顯示對應於本創作的圖6的俯視示意圖。電池組件可包括兩個或更多個本創作的電池結構。例如,電池組件200可包括十二個電池結構,例如電池結構201、電池結構202、電池結構203、電池結構204、電池結構205、電池結構206、電池結構207、電池結構208、電池結構209、電池結構210、電池結構211、電池結構212,但本創作不限於此。電池組件200中的至少一個電池結構可對應於本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池。
FIG. 6 shows a schematic perspective view of an embodiment of a cell assembly composed of multiple cell structures of multiple zinc-air fuel cells with five electrical connectors corresponding to the present invention. Figure 6A shows a schematic side view corresponding to Figure 6 of the present invention. FIG. 6B shows a schematic top view corresponding to FIG. 6 of the present work. A battery assembly may include two or more battery structures of the present invention. For example,
一個電池結構,以電池結構201為例,可包括容納第一開口115A、第二開口115B的外殼115、空氣電極組120的右空氣電極層122、左放電正極電連接器121E、右放電正極電連接器122E、充電正極電連接器130E、左負極電連接器151E及右負極電連接器155E,但本創作不限於此。為簡單起見,省略了其他電池結構中的類似元件符號。有關電池結構的詳細敘述,請參閱上述說明。
A battery structure, taking the
電池組件200中的電池結構可相互連接。在一些實施例中,一個電池結構可並聯地電連接至另一個電池結構。在一些實施例中,一個電池結構可串聯地電連接至另一個電池結構。此外,相鄰電池結構中的開口可相互連接。相鄰的開口可藉由連接管而連接。例如,兩個相鄰的開口可藉由連接管而連接。圖6顯示電池組件200可包括連接管210A、連接管210B、連接管210C、連接管210D、連接管210E、連接管210F、連接管210G、連接管210H、連接管210I、連接管210J及連接管210K,但本創作不限於此。例如,電池結構201的第二開口115B及電池結構202的第二開口115B'係藉由連接管210E而連接。類似地,電池結構
201的第一開口115A及電池結構202的第一開口115A'係藉由連接管210F而連接。電池結構中的其他相鄰開口可以類似方式連接。
The battery structures in the
此外,電池組件200可包括循環管組220,以允許流體通過連接管被分佈到電池結構中的至少一個。流體可選自由氣體、電解質及燃料所組成的群組。例如,循環管組220可包括源循環管(source circulation tube)及排放循環管(drain circulation tube)。源循環管可允許流體進入電池組件200,而排放循環管可允許流體離開電池組件200。
In addition, the
圖6顯示電池組件200可包括第一循環管221及第二循環管222。如果第一循環管221是源循環管,則第二管可以是對應的排放循環管。或者,如果第一循環管221是排放循環管,則第二管可以是對應的源循環管。例如,如果流體通過第二循環管222而進入電池組件200的電池結構201,流體可首先流動通過第一氣室(未顯示)、第二氣室(未顯示)、電池結構201的左空間(未顯示)及右空間(未顯示),然後進入電池結構202,電池結構203,電池結構204,電池結構205,電池結構206,電池結構207,電池結構208,電池結構209,電池結構210,電池結構211、第一氣室(未顯示)、第二氣室(未顯示)、電池結構212的左空間(未顯示)及右空間(未顯示),然後通過電池結構212的第一循環管221而離開電池組件200,但本創作不限於此。
FIG. 6 shows that the
另外,電池組件200可配備有一個或多個調節裝置,以促進在至少一個電池結構中及/或在至少一個電池結構之間通過連接管的流體調節及/或循環。例如,調節裝置可包括燃料箱230及循環泵233,但本創作不限於此。循環泵233可作為傳輸裝置,以促進流體的循環,或是促進待分佈在電池組件200
中的流體體積的調節,但本創作不限於此。燃料箱230可提供有化學物質的電池組件200,化學物質例如電解質、鋅材料及其組合,以緩衝化學反應。
In addition,
在一些實施例中,本創作的電池結構100進一步可包括可選的傳輸裝置,例如循環泵233。可選的循環泵233可幫助調節電池結構100中電解質170的存在或不存在,或者進一步協助活化預定的化學反應或去活化預定的化學反應。在電池結構100中沒有足夠的電解質170的情況下,預定的化學反應可任選地停止或盡可能地顯著去活化,以克服傳統電池或傳統蓄電池中的問題。可藉由循環泵233調節的流體的輸入或輸出可改變至少一個空間中的電解質170的高度,使得電解質170可接觸至少其中一個空間中的不同元件,從而改變本創作的電池結構100的狀態。這是本創作的電池結構100的特徵之一。
In some embodiments, the
傳輸裝置可連接至空間或氣室,以調節流體的進入或離開,例如調節氣體及/或電解質170的進入或離開。此外,傳輸裝置可調節空間中電解質170的高度。該高度可使電解質170與空氣電極組120(例如左空氣電極層121或右空氣電極層122)、金屬層130或鋅材料140接觸,以決定預先確定的化學反應之活化或去活化。這種方法可避免當電池結構100在儲存或不使用時,本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池發生不希望的自放電或充電反應,而進一步避免空間內的內部結構的損壞或表面剝落,從而延長本創作的具五個電連接器的鋅空氣燃料電池的儲存壽命或使用壽命。
The transport device may be connected to the space or plenum to regulate the entry or exit of fluids, such as the entry or exit of gas and/or
在一些實施例中,如果第一氣室103A、第二氣室103B、左空間101及右空間102相互連接,傳輸裝置可調節電解質170通過第一氣室103A及/或第二氣室103B進入左空間101及右空間102的輸入。例如,傳輸裝置可在受控條件下提供有鋅材料140及電解質170中的至少一種的電池結構100,以增加電池結構
100中電解質170的體積,可選地可達到滿水平170F(如圖4所示)。電解質170體積的增加導致左空間101及右空間102中電解質170的高度增加。
In some embodiments, if the
在一些實施例中,如果第一氣室103A、第二氣室103B、左空間101及右空間102相互連接,傳輸裝置可調節鋅材料140及電解質170中的至少一個從左空間101及右空間102通過第一氣室103A及/或第二氣室103B的輸出。例如,傳輸裝置可在受控條件下將鋅材料140及電解質170中的至少一種排出電池結構100,以減小電池結構100中鋅材料140及電解質170中的至少一種的體積。電解質170的體積減小可導致左空間101及右空間102中電解質170的高度減小。
In some embodiments, if the
在一些實施例中,如果第一氣室103A、第二氣室103B、左空間101及右空間102係相互連接,傳輸裝置可調節氣體通過第一氣室103A及/或第二氣室103B而進入左空間101及進入右空間102的輸入。氣體可包括氧氣及空氣中的至少一種。例如,傳輸裝置可在受控條件下提供有氣體的電池結構100,以促進預定化學反應的活化或繼續。
In some embodiments, if the
在一些實施例中,如果第一氣室103A、第二氣室103B、左空間101及右空間102係相互連接,傳輸裝置可調節氣體從左空間101及從右空間102通過第一氣室103A及/或第二氣室103B的輸出。氣體可包括氧氣、空氣、貧氧空氣及耗盡氧的空氣中的至少一種。例如,傳輸裝置可在受控條件下將氣體從電池結構100排出,以促進預定化學反應的繼續、去活化或抑制。
In some embodiments, if the
在一些實施例中,電解質170的高度可調節本創作的電池結構100的狀態。該狀態可包括充電反應的活化、放電反應的活化、放電反應的去活化及預定化學反應的去活化。
In some embodiments, the height of the
例如,當電解質170的高度使得電解質170同時與空氣電極組120(如左空氣電極層121或右空氣電極層122)及與金屬層130和鋅材料140接觸時,電池結構100可被活化用於放電反應。
For example, when the height of the
例如,當電解質170的高度使得電解質170同時與空氣電極組120(如左空氣電極層121或右空氣電極層122)、金屬層130和鋅材料140接觸時,電池結構100可被活化用於充電反應。
For example, when the height of the
例如,當電解質170的高度使得電解質170同時與空氣電極組120(如左空氣電極層121或右空氣電極層122)、及鋅材料140接觸時,電池結構100可被活化用於放電反應。
For example, when the height of the
例如,當電解質170的高度使得電解質170同時與金屬層130和鋅材料140接觸時,電池結構100可被活化用於充電反應。
For example, when the height of the
例如,當電解質170僅與空氣電極組120(如左空氣電極層121或右空氣電極層122)、金屬層130及鋅材料140中的一個排他性接觸時,電池結構100可被去活化用於化學反應。
For example, when the
本創作可使得鋅材料140及電解溶液170中的至少一個通過傳輸裝置而輸入或輸出本創作的具多個電連接器的鋅空氣燃料電池,從而促進鋅材料140或電解溶液170的更換或更新操作過程,以兩倍化操作過程的效率。
This invention can make at least one of the
本創作的具多個電連接器的鋅空氣燃料電池可提高燃料電池的反應效率及充放電性能。 The zinc-air fuel cell with multiple electrical connectors of the invention can improve the reaction efficiency and charging and discharging performance of the fuel cell.
在一些實施例中,燃料箱230可具有氣孔230G、燃料出口231O、及燃料入口232I。氣孔230G可有助於平衡燃料箱230中的氣體壓力。例如,燃料箱230中的多餘氣體可通過氣孔230G排出。燃料出口231O可連接到燃料管231,
燃料管231連接到第一循環管221。燃料入口232I可連接到另一個燃料管232,該燃料管232連接到循環泵233。
In some embodiments, the
在一些實施例中,循環泵233可具有燃料出口232O及燃料入口222I。燃料出口232O可連接到燃料管232,燃料管232連接到燃料入口232I。燃料入口222I可連接到第二循環管222。電解質及/或鋅材料可從燃料箱230的燃料出口231O沿循環方向233D通過燃油管231,進入電池組件200的第一循環管221。電解質及/或鋅材料可從電池組件200的第二開口115B沿循環方向233D通過第二循環管222,進入循環泵233的燃料入口222I。電解質及/或鋅材料可通過燃料管232從循環泵233的燃料出口232O返回到燃料箱230的燃料入口232I,以完成整個循環。
In some embodiments, the
如上所述,根據本創作的鋅空氣燃料電池的多個電連接器,會使得燃料電池能夠同時執行充電和放電功能。也就是說,根據本創作的鋅空氣燃料電池能夠通過放電功能,將儲存在燃料電池中的電能發送到消散電能或以其他方式消耗電能的負載,同時通過充電功能由外部電源充電,以恢復或以其他方式補充燃料電池中儲存的電能。同時執行充電及放電功能的獨特特徵,使得根據本揭露的燃料電池在許多實際應用中成為優於現有替代技術的多功能且有利的電源選擇,而現有替代技術通常需要燃料電池在充電之前停止作為負載,並不可避免地中斷作用。例如,當電池電量低且電池不支持同時充電及放電時,使用這種電池作為其主要動力源的運輸車輛,例如電動輕便摩托車或小型摩托車,將會需要中斷其行駛,並在充電站或電池更換站停車,以便對電池進行充電或更換。相比之下,根據本揭露的燃料電池將使電動輕便摩托車能夠在燃料電池由外部電源充電時繼續行駛,外部電源例如安裝在輕便摩托車上並電耦合 到燃料電池的太陽能電板。以這種方式,輕便摩托車能夠比其他方式獲得更長的行駛距離,而無需中斷其行駛以進行電池充電或更換。 As mentioned above, the multiple electrical connectors of the zinc-air fuel cell according to the present invention will enable the fuel cell to perform charging and discharging functions simultaneously. That is, the zinc-air fuel cell according to the present creation is capable of sending the electric energy stored in the fuel cell to a load that dissipates or otherwise consumes the electric energy through the discharging function, while being charged by an external power source through the charging function to restore or The electrical energy stored in the fuel cell is supplemented in other ways. The unique feature of performing both charging and discharging functions simultaneously makes fuel cells according to the present disclosure a versatile and advantageous power source choice for many practical applications over existing alternative technologies that typically require the fuel cell to stop functioning before recharging. load, and inevitably interrupt the action. For example, a transportation vehicle that uses such a battery as its primary power source, such as an electric moped or scooter, will need to interrupt its drive when the battery is low and the battery does not support simultaneous charging and discharging, and recharge at the charging station. or battery replacement station to recharge or replace the battery. In contrast, a fuel cell according to the present disclosure will enable an electric moped to continue driving while the fuel cell is charged by an external power source, such as mounted on the moped and electrically coupled to Solar panels to fuel cells. In this way, the moped is able to achieve a longer range than would otherwise be possible without interrupting its travel for battery charging or replacement.
可利用本揭露的燃料電池的同時充電/放電功能的獨特特徵的另一個有利實例是飛行無人機(flying drones)。飛行無人機的應用範圍越來越廣,包括監控、送貨、農業、娛樂等,而更長飛行時間的飛行無人機(即無人機能夠保持在空中的時間間隔)在各種應用中幾乎總是首選。當無人機試圖藉由使用大容量電池來延長飛行時間時,權衡是顯而易見的,因為大容量電池不可避免地會更重,這不利於長時間飛行。然而,利用本創作的燃料電池,可使用外部電源為燃料電池充電,同時燃料電池為飛行無人機的螺旋槳提供電力。例如,飛行無人機可配備一個或多個發電機,例如風力發電機,當無人機在空中時,發電機能夠從流過風力發電機的風或氣流中發電。藉由渦輪發電機所產生的電可以通過充電操作為燃料電池充電,而燃料電池通過放電操作而驅動無人機的螺旋槳,使無人機飛行。下面進一步詳述本揭露的同時對燃料電池充電及放電的各種方法。 Another advantageous example that can take advantage of the unique features of the simultaneous charge/discharge capabilities of the fuel cells of the present disclosure are flying drones. Flying drones are used in an ever-increasing range of applications, including surveillance, delivery, agriculture, entertainment, and more, and longer-duration flying drones (i.e., the time intervals a drone can remain in the air) are almost always used in a variety of applications. preferred. The trade-off is obvious when drones try to extend flight time by using large batteries, which are inevitably heavier, which is not conducive to long-duration flights. However, with the fuel cell of the present creation, an external power source can be used to charge the fuel cell while the fuel cell powers the propellers of the flying drone. For example, a flying drone could be equipped with one or more generators, such as wind turbines, capable of generating electricity from the wind or airflow passing over the wind turbines while the drone is in the air. The electricity generated by the turbine generator can charge the fuel cell through the charging operation, and the fuel cell drives the propeller of the drone through the discharging operation to make the drone fly. Various methods of simultaneously charging and discharging a fuel cell of the present disclosure are described in further detail below.
如圖1、2及3所示,燃料電池100(即電池結構100)具有五個電連接器,即130E、151E、155E、121E及122E。當燃料電池100執行充電功能時,電連接器130E電耦合到金屬層130,金屬層130是燃料電池100的正極。電連接器121E電耦合至左空氣電極層121,而電連接器122E電耦合至右空氣電極層122。當燃料電池100執行放電功能時,左空氣電極層121及右空氣電極層122均用作為燃料電池100的正極。具體地,當燃料電池100將左空間101內的電解質170放電時,左空氣電極層121用作為放電操作的正極,而當燃料電池100將右空間102內的電解質170放電時,右空氣電極層122用作為放電操作的正極。此外,當燃料
電池100執行充電功能及放電功能中的一個或兩者時,電連接器151E及155E中的每一個電耦合至鋅材料140,鋅材料140是燃料電池100的負極。具體地,電連接器151E電耦合至鋅材料140,該鋅材料140與左導電層151接觸或接近,當燃料電池100將左空間101內的電解質170放電時,左導電層151用作為負極。類似地,電連接器155E電耦合至鋅材料140,該鋅材料140與右導電層155接觸或接近,當燃料電池100將右空間102內的電解質170放電時,右導電層155用作為負極。
As shown in FIGS. 1 , 2 and 3 , the fuel cell 100 (ie, the cell structure 100 ) has five electrical connectors, namely 130E, 151E, 155E, 121E and 122E. The
由此可見,燃料電池100可由圖7所示的兩個電池來建模或概念上被視為兩個電池,兩個電池中的每一個對應於分別在左空間101及右空間102的每一個內發生的電化學反應。具體來說,圖7顯示燃料電池100的雙電池電路模型700,燃料電池100具有的電池701對應於左空間101內發生的電化學(即充電和放電)反應,而電池702對應於右空間102內發生的電化學反應。電池701及702中的每一個具有兩個不同的正極節點或端子,一個用於充電操作,另一個用於放電操作。電池701的正極充電節點及電池702的正極充電節點一起耦合至燃料電池100的電極130E,因為左空間101及右空間102共享公共金屬層,亦即金屬層130。電池701的正放電節點耦合至燃料電池100的電極121E,而電池702的正放電節點耦合至燃料電池100的電極122E。此外,電池701及702中的每一個具有用於各自電池的充電及放電功能的負極節點或端子。電池701的負極耦合至燃料電池100的電極151E,而電池702的負極耦合至燃料電池100的電極155E。
It can be seen that the
當燃料電池100同時執行充電功能(即,充電操作)及放電功能(即,放電操作)時,燃料電池100可被置於兩種不同配置中的一種。具體地,燃料電池100可配置為使得電池701及702在執行放電功能時係並聯連接或串聯連接,如下所述。
When the
圖8A顯示燃料電池100的配置800,其中電池701及702係並聯連接,因為燃料電池100同時執行放電功能及充電功能。具體地,當燃料電池100置於配置800中時,燃料電池100通過放電操作驅動電負載820(例如,電動機),同時燃料電池100經由充電操作被充電,亦即,接收由外部電源810(例如,太陽能板)產生的電力。如圖8A所示,電池701及702係並聯連接,當時它們以電流825驅動負載820(即,燃料電池100正在執行放電功能),因為電極121E及122E以相同的電位電耦合,而電極151E及155E也以相同的電位電耦合。同時,當電池701及702從外部電源810接收電流815時,他們係並聯連接(亦即,燃料電池100正執行充電功能)。由於當電池701及702驅動負載820時係並聯連接,負載820的正負極端點的電位基本上相等於電池701的端電壓(亦即,電極121E及151E之間的電壓差),也相等於電池702的端電壓(亦即,電極122E及155E之間的電壓差)。例如,電池701的端電壓及電池702的端電壓可以是大約12伏特(V),這也是燃料電池100施加在負載820兩端的電壓。
Figure 8A shows a
圖8B顯示燃料電池100的配置805,其中電池701及702係串聯連接,因為燃料電池100執行放電功能,而燃料電池100也同時執行充電功能。具體地,當燃料電池100置於配置805中時,燃料電池100通過放電操作驅動電負載820(例如,電動機),同時燃料電池100經由充電操作被充電,亦即,接收由外部電源830及840(例如,太陽能板)產生的電力。如圖8B所示,電池701及702係串聯連接,因為它們以電流826驅動負載820(即,燃料電池100正執行放電功能),因為電極151E及122E以相同的電位電耦合在一起,而電極121E及155E係分別電耦合至負載820的正負端子。此時,當燃料電池100同時執行充電功能時,電池701及702係以準並聯連接而連接。也就是說,雖然電池701及702具有耦合
在一起的它們各自的正極充電端子(即,電極130E),它們的負極充電端子(即,電極151E及電極155E)沒有電耦合在一起。具體地,在配置805中,電池701及702的正充電端子係通過電極130E而一起電耦合至第一外部電源(即,外部電源830)及第二外部電源(即,外部電源840)兩者的正端子們,電池701及702的負極充電端子(即電極151E及155E)沒有電耦合在一起。如圖8B所示,電極151E電耦合至外部電源830的負端子,而電極155E電耦合至外部電源840的負端子。因此,當燃料電池100執行充電操作時,電池701係由外部電源830產生的電流835充電,而電池702係由外部電源840產生的電流845充電。同時,燃料電池100藉由以電池701及702產生的電流826驅動負載820來執行放電操作。由於電池701及702係串聯連接,負載820的正負端子兩端的電位基本等於電池701(即電極121E及151E之間的電壓差)的端電壓和電池702(即電極122E及155E之間的電壓差)的端電壓之和。例如,電池701的端電壓及電池702的端電壓中的每一個可以是大約12伏特(V),因此燃料電池100施加在負載820的電壓可以是大約12V+12V=24V。
Figure 8B shows a
圖9顯示燃料電池100的立體示意圖。圖9與圖3所示的燃料電池100的立體圖基本上相同,僅具有不同的方向,也就是直立方向。燃料電池100的直立方向與圖6所示的電池組件200的方向一致,其中複數個燃料電池100可採用以體現一個、多個或所有電池結構201~212。值得注意的是,如圖6所示的燃料電池100的直立位置允許如圖4所示的氣室103A及103B,保持高於電解質170的滿水平170F,使得氣室103A及103B可起到調節、引導或以其他方式緩衝燃料電池100內部的氣體循環及電解質循環的作用,使得燃料電池100的內部壓力可
被相應地調節及平衡,以促進在電池組件200的複數個燃料電池100中的每一個內的電解質循環,如本揭露的其他地方所述。
FIG. 9 shows a schematic perspective view of the
圖10A顯示佈線配置1091的示意圖,其顯示燃料電池100可以如何與一個或多個充電裝置以及一個或多個電負載佈線或以其他方式電耦合,以實現圖8A的配置800,其中電池701及702被配置為並聯連接用於燃料電池100的充電操作及放電操作。與圖3中的燃料電池100的立體圖相比,圖10A所示的電極122E係朝向電極121E折疊大約90度,使得電極122E與電極121E短路。類似地,電極155E係朝向電極151E折疊大約90度,使得電極155E與電極151E短路。此外,外部電源810係經由一對導線1011及1012電耦合至燃料電池100,而負載820係經由一對導線1021及1022電耦合至燃料電池100。具體地,導線1011耦合外部電源810的正端子至燃料電池100的電極130E,而導線1012耦合外部電源810的負端子至燃料電池100的電極151E(因此也電連接至電極155E)。此外,導線1021耦合負載820的正端子至燃料電池100的電極121E(因此也電連接至電極122E),而導線1022耦合負載820的負端子至燃料電池100的電極151E(且因此也電連接至電極155E)。
10A shows a schematic diagram of
需要電極121E及122E的短路以及電極151E及155E的短路,以將燃料電池100置於配置800中。代替向下折疊電極122E及155E,以分別與電極121E及151E短路,可採用其他短路機構。例如,電極121E及122E可藉由如導線等電導體而短路,而電極151E及155E也可以同樣地短路。作為另一實例,可將金屬(例如,鎳)或其他導電片製成L形片,並使用作為共用電極以代替電極121E及122E,從而使燃料電池100的左空氣電極層121與右空氣電極層122短路。同樣
地,L形片金屬片或導體可作為共用電極以代替電極151E及155E,從而使燃料電池100的左導電層151與右導電層155短路。
Shorting of
圖10B顯示佈線配置1092的示意圖,其顯示燃料電池100可以如何與一個或多個充電裝置以及一個或多個電負載佈線或以其他方式電耦合,以實現圖8B的配置805,其中電池701及702被配置為串聯連接用於燃料電池100的放電操作,並且以偽並聯連接用於燃料電池100的充電操作。如圖10B所示,使用導線1051將電極151E與電極122E電耦合。外部電源830係經由一對導線1031及1032而電耦合至燃料電池100,而外部電源840係經由一對導線1041及1042而電耦合至燃料電池100。具體地,導線1031耦合外部電源830的正端子至燃料電池100的電極130E,而導線1032耦合外部電源830的負端子至燃料電池100的電極151E。同樣的,導線1041耦合外部電源840的正端子至燃料電池100的電極130E,而導線1042耦合外部電源840的負端子至燃料電池100的電極155E。此外,負載820係經由一對導線1021及1023電耦合至燃料電池100。具體地,導線1021耦合負載820的正端子至燃料電池100的電極121E,而導線1023耦合負載820的負端子至燃料電池100的電極155E。
FIG. 10B shows a schematic diagram of
與圖8B及圖10B所示配置的等效配置係藉由交換配置中的電池701及702而容易地獲得。等效配置係顯示於圖10C作為佈線配置1093,其中電池701及702被配置為串聯連接以用於燃料電池100的放電操作,並且以偽並聯連接用於燃料電池100的充電操作。如圖10C所示,使用導線1052以電耦合電極121E與電極155E。燃料電池100與外部電源830及840之間的連接保持與圖10B中的相同。負載820係經由一對導線1024及1022而電耦合至燃料電池100。具體地,導
線1024耦合負載820的正端子至燃料電池100的電極122E,而導線1022耦合負載820的負端子至燃料電池100的電極151E。
Equivalent configurations to those shown in Figures 8B and 10B are readily obtained by exchanging
圖11顯示用於同時使用燃料電池執行充電功能及放電功能的例示過程1100的流程圖。過程1100可採用燃料電池100以實現圖8A的充電-放電配置800,其中,燃料電池100係藉由執行放電功能向負載820發送電流825,同時藉由執行充電功能從外部電源810接收電流815。過程1100可將燃料電池100與一個或多個充電裝置以及一個或多個電負載接線,例如燃料電池100如何如圖10A所示接線。過程1100可包括框1110、1120、1130、1140、1150及1160。過程1100可開始於塊1110。
FIG. 11 shows a flowchart of an
在框1110,過程1100包括提供能夠同時執行充電功能及放電功能的燃料電池。例如,在框1110可提供燃料電池100。燃料電池可包括形成燃料電池內部空間的外殼,以及設置於該空間內的複數個氣室(例如,氣室103A及103B)。燃料電池進一步可包括設置在空間內的第一空氣電極層及第二空氣電極層(例如,左空氣電極層121及右空氣電極層122)。第一空氣電極層及第二空氣電極層中的每一個可作為燃料電池的放電功能的正極。燃料電池亦可包括設置在空間內的金屬層(例如,金屬層130)。金屬層可作為燃料電池的充電功能的正極。燃料電池亦可包括設置在空間內的鋅材料(例如,鋅材料140)。鋅材料可作為燃料電池的充電功能及放電功能的負極。在一些實施例中,燃料電池進一步可包括第一導電層及第二導電層(例如,左導電層151及右導電層155),係分別排列在金屬層130的相對兩側,其中鋅材料係設置在第一及第二導電層中的每一個的中央凹陷區域(例如,左凹槽154或右凹槽158)。燃料電池亦可包括設置在空間內的複數個隔板(例如隔板161、162、163及164)。複
數個隔板係分別設置於空氣電極層、鋅材料與金屬層之間,使得第一及第二空氣電極層、第一及第二導電層和金屬層係分開排列。最後,燃料電池亦可包括設置在空間內的電解質(例如,電解質170)。電解質能夠流動通過隔板並與第一及第二空氣電極層、金屬層及鋅材料接觸,從而空氣電極層、鋅材料及金屬層係分別電連接。此外,電解質係經由配置為通過但不容納電解質的複數個氣室中的至少一個而設置在空間內。此外,電解質被設置在空間內直到位於低於複數個氣室的水平。過程1100可從框1110進行到框1120。
At
在框1120,過程1100包括提供充電裝置(例如,外部電源810),其中充電裝置具有正端子及負端子。過程1100可從框1120進行至框1130。
At
在框1130,過程1100包括提供電負載(例如,負載820),其中負載具有正端子及負端子。過程1100可從框1130進行到框1140。
At
在框1140,過程1100包括電耦合充電裝置的正端子至燃料電池的金屬層。例如,如配置800所示,外部電源810的正端子電耦合至電極130E,電極130E又電耦合至燃料電池100的金屬層130。過程1100可從框1140進行到框1150。
At
在框1150,過程1100包括電耦合負載的正端子至燃料電池的第一及第二空氣電極層中的每一個。例如,如配置800所示,負載820的正端子電耦合至電極121E,電極121E又電耦合至左空氣電極層121。此外,負載820的正端子也電耦合至電極122E,電極122E又電耦合至右空氣電極層122。過程1100可從框1150進行到框1160。
At
在框1160,過程1100包括電耦合充電裝置的負端子以及負載的負端子至燃料電池的鋅材料。例如,如配置800中所示,外部電源810的負端子係
電耦合至電極151E及電極155E兩者,電極151E及電極155E又經由左導電層151及右導電層155分別電耦合至燃料電池100的鋅材料140。此外,負載820的負端子亦電耦合至電極151E及電極155E兩者。
At
在過程1100之後,燃料電池被配置以根據圖8A的配置800同時執行充電功能及放電功能。具體地,燃料電池被配置以藉由從充電裝置接收電流(例如,電流815)而執行充電功能。同時,燃料電池藉由向負載(例如,圖8A的負載820)發送電流(例如,電流825)而執行放電功能。
Following
圖12顯示用於同時使用燃料電池執行充電功能及放電功能的例示過程1200的流程圖。過程1200可採用燃料電池100以實現圖8B的充電-放電配置805,其中燃料電池100係藉由執行放電功能將電流826發送到負載820,同時藉由執行充電功能而分別從外部電源830及840接收電流835及845。過程1200可將燃料電池100與一個或多個充電裝置以及一個或多個電負載接線,例如燃料電池100如何如圖10B或圖10C所示接線。過程1200可包括框1210、1220、1230、1240、1250、1260、1270及1280。過程1200可開始於框1210。
FIG. 12 shows a flowchart of an
在框1210,過程1200包括提供能夠同時執行充電功能及放電功能的燃料電池。例如,在框1210可提供燃料電池100。燃料電池可包括形成燃料電池內部空間的外殼,以及設置於該空間內的複數個氣室(例如,氣室103A及103B)。燃料電池亦可包括設置在空間內的金屬層(例如,金屬層130)。金屬層可作為燃料電池的充電功能的正極。燃料電池進一步可包括第一空氣電極層及第二空氣電極層(例如,左空氣電極層121及右空氣電極層122),係設置在空間內並且位於金屬層的相對兩側。第一空氣電極層及第二空氣電極層中的每一個都可作為燃料電池的放電功能的正極。燃料電池亦可包括設置在空間內的
鋅材料(例如,鋅材料140)。鋅材料可作為燃料電池的充電功能及放電功能的負極。在一些實施例中,燃料電池進一步可包括第一導電層及第二導電層(例如,左導電層151及右導電層155),係分別排列在金屬層130的相對兩側,其中鋅材料係設置在第一及第二導電層中的每一個的中央凹陷區域(例如,左凹槽154或右凹槽158)。具體地,第一導電層可設置在金屬層與第一空氣電極層之間,而第二導電層可設置在金屬層與第二空氣電極層之間。燃料電池亦可包括設置在空間內的複數個隔板(例如隔板161、162、163及164)。複數個隔板係分別設置於空氣電極層、第一及第二導電層與金屬層之間,使得第一及第二空氣電極層、第一及第二導電層及金屬層係分開排列。最後,燃料電池亦可包括設置在空間內的電解質(例如,電解質170)。電解質能夠流動通過隔板並與第一及第二空氣電極層、金屬層及鋅材料接觸,從而空氣電極層、鋅材料及金屬層係分別電連接。此外,電解質係經由配置為通過但不容納電解質的複數個氣室中的至少一個而設置在空間內。此外,電解質被設置在空間內直到位於低於複數個氣室的水平。過程1200可從框1210進行到框1220。
At
在框1220,過程1200包括提供第一充電裝置(例如,外部電源830)及第二充電裝置(例如,外部電源840),其中第一及第二充電裝置中的每一個具有正端子及負端子。過程1200可從框1220進行至框1230。
At
在框1230,過程1200包括提供負載(例如,負載820),其中負載具有正端子及負端子。過程1200可從框1230進行到框1240。
At
在框1240,過程1200包括電耦合第一及第二充電裝置中的每一個的正端子到燃料電池的金屬層。例如,如配置805所示,外部電源830的正端子
以及外部電源840的正端子,兩者均電耦合至電極130E,其繼而電耦合至燃料電池100的金屬層130。過程1200可從框1240進行到框1250。
At
在框1250,過程1200包括電耦合負載的正端子至燃料電池的第一空氣電極層。例如,如配置805所示,負載820的正端子係電耦合至電極121E,該電極121E又電耦合至左空氣電極層121。過程1200可從框1250進行到框1260。
At
在框1260,過程1200包括電耦合第一充電裝置的負端子至設置於燃料電池的第一導電層的中央凹陷區域的鋅材料。例如,如配置805所示,外部電源830的負端子係電耦合至電極151E,電極151E又電耦合至設置於燃料電池100的左導電層151的左凹槽154的鋅材料140。過程1200可從框1260進行到框1270。
At
在框1270,過程1200包括電耦合第二充電裝置的負端子以及負載的負端子至設置於燃料電池的第二導電層的中央凹陷區域的鋅材料。例如,如配置805所示,外部電源840的負端子係電耦合至電極155E,電極155E又電耦合至設置於燃料電池100的右導電層155的右凹槽158的鋅材料140。此外,負載820的負端子亦電耦合至電極155E。過程1200可從框1270進行到框1280。
At
在框1280,過程1200包括電耦合燃料電池的第二空氣電極層至設置於燃料電池的第一導電層的中央凹陷區域的鋅材料。例如,如配置805所示,電耦合到右空氣電極層122的電極122E係電耦合到電極151E,電極151E係電耦合至設置於燃料電池100的左導電層151的左凹槽154的鋅材料140。
At
在過程1200之後,燃料電池被配置為根據圖8B的配置805而同時執行充電功能及放電功能。具體地,燃料電池被配置為藉由接收來自第一充電裝置(例如,外部電源830)的第一電流(例如,電流835)以及藉由接收來自
第二充電裝置(例如,外部電源840)的第二電流(例如,電流845)而執行充電功能。同時,燃料電池藉由向負載(例如,圖8B的負載820)發送電流(例如,電流826)而執行放電功能。
Following
對於一些應用,本文別處描述的兩個或更多個燃料電池可組合為電池組件,類似於燃料電池201~212如何組合或以其他方式一體成型在電池組件200中,其中電池組件的兩個或多個燃料電池係共同同時執行充電功能及放電功能。圖13顯示包括電池組件1300、複數個充電裝置1310(01)、1310(02)、……、1310(11)、1310(12)及電負載1320的充電-放電佈線配置。電池組件1300包括以堆疊結構排列的十二個燃料電池1301~1312,如圖13所示。十二個燃料電池1301~1312中的每一個可藉由配置成充電-放電配置800的燃料電池100而實現。亦即,燃料電池1301~1312中的每一個係根據圖10A的佈線配置1091而佈線,除了在圖13中燃料電池1301~1312共同為一個電負載,即負載1320充電。如圖13所示,燃料電池1301~1312中的每一個具有其電極122E朝向電極121E折疊並因此與電極121E短路。此外,燃料電池1301~1312中的每一個具有以類似方式與電極151E短路的相應電極155E。例如,燃料電池1301的電極155E,圖中標記為155E(01),與燃料電池1301的電極151E,標記為151E(01)短路。此外,標記為122E(01)的燃料電池1301的電極122E與標記為121E(01)的燃料電池1301的電極121E短路。同樣的,標記為155E(02)的燃料電池1302的電極155E與標記為151E(02)的燃料電池1302的電極151E短路。標記為122E(02)的燃料電池1302的電極122E與標記為121E(02)的燃料電池1302的電極121E短路。也就是說,燃料電池1301~1312中的每一個的左導電層151係電耦合到相應的右導電層155,而燃料
電池1301~1312中的每一個的左空氣電極層121係電耦合至相應的右空氣電極層122。
For some applications, two or more fuel cells described elsewhere herein may be combined into a cell assembly, similar to how fuel cells 201-212 are combined or otherwise integrally formed in
此外,電池組件1300包括複數個導線,用於進行複數個電池間連接,即燃料電池1301~1312的每相鄰兩個之間的電連接。具體地,對於燃料電池1301~1311中的每一個,相應的電極155E係電耦合至堆疊結構中的後續燃料電池的電極122E。例如,導線1340(01)係使用以電耦合燃料電池1301的電極155E(圖中標記為155E(01))至燃料電池1302的電極122E(標記為122E(02))。同樣的,導線1340(02)係使用以電耦合標記為155E(02)的燃料電池1302的電極155E至標記為122E(03)的燃料電池1303的電極122E。以此方式,對電池組件1300的每兩個相鄰燃料電池執行電池間連接,最後的電池間連接係藉由標記為155E(11)的燃料電池1311的電極155E與標記為122E(12)的燃料電池1312的電極122E之間的導線1340(11)而達成。據此,電池組件1300包括跨越燃料電池1301~1312的總共十一個電池間連接。也就是說,電池間連接線的總數,即導線1340(01)~1340(11),比電池組件1300中的燃料電池的總數,即燃料電池1301~1312,少一(1)個。十一個電池間連接實質上將燃料電池1301~1312彼此串聯,以使電池組件1300執行放電功能。
In addition, the
電池組件1300藉由接收來自複數個充電裝置1310(01)~1310(12)的充電電流而執行充電功能。具體地,燃料電池1301~1312中的每一個係通過一對導線而電耦合到充電設備1310(01)~1310(12)中的相應一個,這與燃料電池100如何佈線至圖10A的佈線配置1091中充電設備810的方式相同。例如,燃料電池1301係通過一對導線1311(01)及1312(01)而電耦合到充電裝置1310(01),其中導線1311(01)係電耦合燃料電池1301的電極130E,在圖13中標記為130E(01),至充電
裝置1310(01)的正端子,且其中導線1312(01)係電耦合標記為151E(01)的燃料電池1301的電極151E至充電裝置1310(01)的負端子。燃料電池1301因此從充電裝置1310(01)接收由導線1311(01)承載的充電電流1315(01),以對燃料電池1301充電,作為電池組件1300執行的充電操作的一部分。同樣的,作為電池組件1300執行的充電操作的一部分,燃料電池1301~1312的其餘部分每個從與其耦合的充電裝置接收各自的充電電流,最後是燃料電池1312,其經由導線1311(12)從充電裝置1310(12)接收充電電流1315(12)。
The
在執行充電功能的同時,電池組件1300也同時執行放電功能。如上所述,十一個電池間連接(例如,圖13中的導線1340(01)、1340(02)、……及1340(11))基本上將燃料電池1301~1312串聯連接,用於電池組件1300以執行放電功能。例如,電池組件1300可藉由向電負載1320發送電流1325而執行放電功能。由於燃料電池1301~1312在執行放電功能時係串聯電連接,電負載1320係藉由一對導線1321及1322耦合到電池組件1300,其中導線1321係電耦合標記為122E(01)的燃料電池1301的電極122E至負載1320的正端子,且其中導線1322係電耦合標記為151E(12)的燃料電池1312的電極151E至負載1320的負端子。亦即,電負載1320係電耦合於電池組件1300的堆疊結構的第一燃料電池(即燃料電池1301)的空氣電極層與電池組件1300的堆疊結構的最後燃料電池(即,燃料電池1312)的導電層之間。
While performing the charging function, the
據此,電池組件1300係藉由從充電裝置1310(01)~1310(12)接收十二個充電電流1315(01)~1315(12)而執行充電功能,同時藉由發送經由導線1321的電流1325而執行放電功能,以驅動負載1320。值得注意的是,當燃料電池
1301~1312係串聯連接以執行放電功能時,燃料電池1301~1312中的每一個係單獨地從其耦合到的相應充電裝置而接收充電電流。
Accordingly, the
圖14顯示本揭露的另一種充電-放電佈線配置,其包括電池組件1400、複數個充電裝置1410(01)、1410(02)、...、1410(11)、1410(12)以及電負載1420。與電池組件1300相同,電池組件1400也包括以堆疊結構排列的十二個燃料電池,即燃料電池1401~1412。電池組件1400的十二個燃料電池1401~1412中的每一個可藉由配置在充電-放電配置800中的燃料電池100而實現。亦即,燃料電池1401~1412中的每一個係根據圖10A的佈線配置1091而佈線,除了圖10A的燃料電池1401~1412共同為一個電負載,即負載1420充電。如圖14所示,燃料電池1401~1412中的每一個具有其電極122E朝向電極121E折疊,並因此與電極121E短路。此外,燃料電池1401~1412中的每一個具有以類似方式與電極151E短路的相應電極155E。也就是說,燃料電池1401~1412中的每一個的左導電層151係電耦合至相應的右導電層155,而燃料電池1401~1412中的每一個的左空氣電極層121係電耦合至相應的右空氣電極層122。
FIG. 14 shows another charging-discharging wiring configuration of the present disclosure, which includes a
與燃料組件1300類似,電池組件1400也包括複數個導線,係用於形成複數個電池間連接,亦即,燃料電池1401~1412中每相鄰兩個之間的電連接。與燃料組件1300的電池間連接不同的是,燃料組件1400中總共有二十二個電池間連接。這二十二個電池間連接可分為兩組:每個電池間連接都有十一個單獨的連接。具體而言,第一組電池間連接共同將燃料電池1401~1412彼此串聯連接以用於電池組件1400,以執行放電功能,而第二組電池間連接共同將燃料電池1401~1412彼此串聯連接以用於電池組件1400,以執行放電功能。十一個電池間連接中的第一組係由導線1440(01)、1440(02)、...、1440(11)製成,這些導線
使燃料電池1401~1412上的電池間連接與導線1340(01)~1340(11)用於燃料電池組件1300基本上相同。也就是說,通過導線1440(01)~1440(11),燃料電池1401~1412中的每一個的電極155E係電耦合至堆疊結構中的下個燃料電池的電極122E。
Similar to the
十一個電池間連接中的第二組係由圖14中的導線1470(01)、1470(02)、…、1470(11)而實現。具體而言,燃料電池1401~1412中的每個的電極130E係電耦合至堆疊結構中的下個燃料電池的電極155E。例如,導線1470(01)用於電耦合燃料電池1401的電極130E(圖中標記為130E(01))至燃料電池1402的電極155E(標記為155E(02))。同樣的,導線1470(02)係用於電耦合標記為130E(02)的燃料電池1402的電極130E至燃料電池1403的電極155E。以此方式,對於電池組件1400的每兩個相鄰的燃料電池進行第二組電池間連接,第二組中的最後一個連接係由標記為130E(11)的燃料電池1411的電極130E與標記為155E(12)的燃料電池1412的電極155E之間的導線1470(11)而達成。據此,電池組件1400包括燃料電池1401~1412上的總共二十二個電池間連接。第一組11個電池間連接將燃料電池1401~1412彼此串聯連接以用於電池組件1400,以執行放電功能,而第二組11個電池間連接將燃料電池1401~1412彼此串聯以用於電池組件1400,以執行充電功能。值得注意的是,第一組電池間連接線的總數,即導線1440(01)~1440(11),比電池組件1400中的燃料電池的總數少一(1)個。類似地,第二組電池間連接線的總數,即線1470(01)~1470(11),也比電池組件1400中的燃料電池的總數少一(1)個。
The second set of eleven inter-cell connections is made by wires 1470(01), 1470(02), . . . , 1470(11) in FIG. Specifically,
電池組件1400係藉由從外部電源接收充電電流而執行充電功能。在一些實施例中,外部電源可由串聯的複數個充電裝置所構成。例如,如圖14所示,充電裝置1410(01)、1410(02)、……、1410(12)係藉由複數個導線1481、
1482、……、1490及1491串聯地電耦合。電池組件1400係藉由接收來自外部電源的電流而執行充電功能。如圖14所示,作為外部電源而串聯連接的充電裝置1410(01)~1410(12)係藉由一對導線1411及1412而電耦合至電池組件1400,其中導線1411將充電裝置1410(12)的正端子連接到燃料電池1412的電極130E,在圖中標記為130E(12),且其中導線1412將充電裝置1410(01)的負端子連接到燃料電池1401的電極151E,標記為151E(01)。電池組件1400因此藉由經由導線1411從串聯連接的充電裝置1410(01)~1410(12)接收電流1415而執行充電功能。值得注意的是,串聯連接的充電裝置的數量是任意的。充電裝置的數量可多於、等於或少於電池組件1400中的燃料電池的數量。一般來說,串聯連接的充電裝置越多,電池組件1400可藉由接收更大的電流1415及/或電極130E(12)及151E(01)兩端的更高電壓而執行充電功能,因而使得充電功能更高效。
The
在執行充電功能的同時,電池組件1400也同時執行放電功能。如上所述,十一個電池間連接(例如,圖14中的導線1440(01)~1440(11))實質上將燃料電池1401~1412串聯連接以用於電池組件1400,以執行放電功能。例如,電池組件1400可藉由發送電流1425到電負載1420而執行放電功能,電負載1420係經由一對導線1421及1422而電耦合至電池組件1400。導線1421係耦合在負載1420的正端子與圖中標記為122E(01)的燃料電池1401的電極122E之間。導線1422係耦合在負載1420的負端子與圖中標記為151E(12)的燃料電池1412的電極151E之間。亦即,電負載1420係電耦合在電池組件1400的堆疊結構的第一燃料電池(即燃料電池1401)的空氣電極層與電池組件1400的堆疊結構的最後燃料電池(即燃料電池1412)的導電層之間。
While performing the charging function, the
據此,電池組件1400係藉由來自串聯連接的充電裝置1410(01)~1410(12)的單個充電電流而執行充電功能,即電流1415,同時藉由發送經由導線1421的電流1425而執行放電功能,以驅動負載1420。值得一提的是,燃料電池1401~1412係串聯連接,以執行充電功能及放電功能兩者。
Accordingly, the
圖15顯示本揭露的又一種充電-放電佈線配置,其包括電池組件1500、複數個充電裝置1530(01)~1530(12)及1540(01)~1540(12),以及電負載1520。與電池組件1300及電池組件1400相同,電池組件1500也包括以堆疊結構排列的十二個燃料電池,即燃料電池1501~1512。電池組件1500的十二個燃料電池1501~1512中的每一個可藉由配置在充電-放電配置805中的燃料電池100而實現。例如,圖15中的燃料電池1501~1512中的每一個係根據圖10C的佈線配置1093而佈線,除了圖15的燃料電池1501~1512共同為一個電負載充電,即負載1520。由此可見,對於燃料電池1501~1512中的每一個,電池內連接係藉由將相應燃料電池的電極121E和電極155E電短路的導線(例如,圖10C中的導線1052)而製成。例如,導線1550(01)實現燃料電池1501的電池內連接,而導線1550(02)實現燃料電池1502的電池內連接。對於電池組件1500的堆疊結構中的每個燃料電池說,實現電池內連接,最後電池內連接係藉由將燃料電池1512的圖15中標記為121E(12)的電極121E和標記為155E(12)的電極155E電短路而製成。電池組件1500因此包括總共十二個電池內連接,藉由導線1550(01)、1550(02)、...、1550(12)而實現。值得注意的是,電池內連接線的總數等於電池組件1500中燃料電池的總數。還值得注意的是,電池組件1500與電池組件1300及1400的不同之處在於,對於燃料電池1501~1512中的每一個,左導電層151不與相應的右導電層155電短
路。同樣的,燃料電池1501~1512中的每一個的左空氣電極層121不與相應的右空氣電極層122電短路。
FIG. 15 shows another charging-discharging wiring configuration of the present disclosure, which includes a
除了電池內連接之外,電池組件1500也包括用於進行電池間連接的複數個導線。具體地,電池組件1500包括總共11個電池間連接,電池間連接中的每一個係電耦合燃料電池的電極151E至電池組件1500的堆疊結構中的下個燃料電池的電極122E。例如,導線1560(01)係用於將燃料電池1501的圖15中標記為151E(01)的電極151E和圖中標記為122E(02)的燃料電池1502的電極122E電短路。電池間連接係以相同的方式實現,對於電池組件1500的其餘燃料電池中的每一個,即在燃料電池1502的電極151E與燃料電池1503的電極122E之間,在燃料電池1503的電極151E與燃料電池1504的電極122E之間,以此類推,最後電池間連接是在燃料電池1511的圖中標記為151E(11)的電極151E與燃料電池1512的圖中標記為122E(12)的電極122E之間的連接。值得注意的是,電池間連接線的總數比電池組件1500中的燃料電池的總數少一(1)個。
In addition to the intra-cell connections, the
電池組件1500係藉由燃料電池1501~1512中的每一個分別從兩個外部電源接收兩個充電電流而執行充電功能。例如,燃料電池1501接收兩個充電電流,一個來自充電裝置1530(01),另一個來自充電裝置1540(01)。充電裝置1530(01)及和1540(01)係根據圖10C的佈線配置1093而佈線到燃料電池1501。事實上,燃料電池1501~1512中的每一個係根據佈線配置1093而佈線,最後一個是燃料電池1512,其被佈線到充電裝置1530(12)及1540(12)。
The
在執行充電功能的同時,電池組件1500也可同時執行放電功能。具體地,電池組件1500可藉由發送電流1525到電負載1520而執行放電功能,電負載1520係經由一對導線1521及1522電耦合到電池組件1500。導線1521係耦合
在負載1520的正端子與燃料電池1501的圖15中標記為122E(01)的電極122E之間。導線1522係耦合在負載1520的負端子與燃料電池1512的圖中標記為151E(12)的電極151E之間。即,電負載1520係電耦合在電池組件1500的堆疊結構的第一燃料電池(即燃料電池1501)的第二空氣電極層與電池組件1500的堆疊結構的最後燃料電池(即,燃料電池1512)的第一導電層之間。
While performing the charging function, the
電池組件1500的十二個電池內連接及十一個電池間連接係共同將燃料電池1501~1512串聯連接,使得其中每個燃料電池的左空間101內的電化學反應及右空間102內的電化學反應係以燃料電池1501~1512串聯而電連接。也就是說,燃料電池1501~1512中的每一個的電池701及702,如電路模型700中建模的那樣,係因此串聯連接,導致總共24個半空間串聯電連接,每個半空間(即左空間101或右空間102)由充電裝置1530(01)~1530(12)及1540(01)~1540(12)之一充電。與圖13或圖14的配置所提供的相比,這種佈線配置基本上使電池組件提供給負載的輸出電壓加倍,製作圖15的佈線配置是一個合適的選擇,當需要較高的輸出電壓來驅動負載時。例如,由電池701或702建模,假設每個半空間內的電化學反應可產生1伏(V)的電壓,電池組件1500將能夠提供在負載1520的正負端子間總共24V的電壓。相比之下,電池組件1300及電池組件1400中的每一個只能分別在負載1320及1420上提供總共12V的電壓。
The twelve intra-cell connections and eleven inter-cell connections of the
值得注意的是,根據本揭露的燃料電池及電池組件能夠同時執行充電功能及放電功能,但並不要求使用本揭露的任何燃料電池或電池組件。也就是說,本文所述的每個燃料電池或電池組件可僅用於執行充電功能及放電功能中的一種,儘管同時執行充電功能及放電功能是可能的並且在許多應用中是 合乎需求的。根據使用的具體要求,本揭露的每個燃料電池或電池組件可隨時執行充電功能、放電功能或兩者均執行。 It is worth noting that fuel cells and battery assemblies according to the present disclosure are capable of simultaneously performing charging and discharging functions, but it is not required to use any fuel cell or battery assembly of the present disclosure. That is, each fuel cell or battery assembly described herein may be used to perform only one of a charging function and a discharging function, although performing both charging and discharging functions is possible and is desirable in many applications. Desirable. Each fuel cell or battery assembly of the present disclosure may perform a charging function, a discharging function, or both at any time depending on the specific requirements of the use.
本揭露的特徵及效益係參照上文詳述的各種實施例而描述。據此,本揭露不應限於這些例示性實施例,這些例示性實施例顯示一些可能的非限制性特徵的組合,這些特徵可單獨存在或以特徵的其他組合的形式存在。 The features and benefits of the present disclosure are described with reference to the various embodiments detailed above. Accordingly, the disclosure should not be limited to the exemplary embodiments showing some possible non-limiting combinations of features, which may exist alone or in other combinations of features.
以上所描述的實施例僅闡明本揭露的某些例示性實施例,其用以說明所要解決的問題的技術方案,並不以任何方式限制本揭露。本揭露的保護範疇不限於例示性實施例。儘管本揭露已經參照上述實施例詳細描述,本領域技術人員應當理解,任何熟悉本揭露所公開的技術方案的人都可對上述實施例中所記載的技術方案進行修改或變化,並同等地替換本揭露的一些技術特徵。然而,這些修改、變化及替換並未將相應技術方案的實質與本揭露的技術方案的精神及範圍分離,且係涵蓋在本創作的保護範疇之內。因此,本申請的保護範疇應以申請專利範圍的保護範疇為準。 The above-described embodiments only illustrate some exemplary embodiments of the present disclosure, which are used to illustrate the technical solution to the problem to be solved, and do not limit the present disclosure in any way. The scope of protection of the present disclosure is not limited to the exemplary embodiments. Although the present disclosure has been described in detail with reference to the above-mentioned embodiments, those skilled in the art should understand that anyone familiar with the technical solutions disclosed in the present disclosure can modify or change the technical solutions described in the above-mentioned embodiments, and equivalently replace Some technical characteristics of this disclosure. However, these modifications, changes and substitutions do not separate the essence of the corresponding technical solutions from the spirit and scope of the technical solutions disclosed in this disclosure, and are covered within the scope of protection of this creation. Therefore, the protection scope of the present application should be determined by the protection scope of the patent application.
本領域技術人員將容易地觀察到,在保留本創作的教示的同時,可對裝置及方法進行許多修改及改變。據此,上述揭露應被解釋為僅受所附申請專利範圍的界址(metes and bounds)的限制。 Those skilled in the art will readily observe that many modifications and changes can be made in the apparatus and methods while retaining the teachings of the present creation. Accordingly, the foregoing disclosure should be construed as limited only by the metes and bounds of the appended claims.
額外註記 Additional notes
本文描述的標的有時說明包含在不同其他組件內或與不同其他組件連接的不同組件。應當理解,此種描繪的架構僅僅是例示,且實際上可實現許多其他實現相同功能的架構。從概念上講,實現相同功能的任何組件排列是有效地「關聯」的,從而實現了所需的功能。因此,本文中組合以實現特定功能的任何兩個組件可被視為彼此「關聯」,從而實現期望的功能,而與架構 或中間組件無關。同樣的,如此關聯的任何兩個組件也可被視為彼此「可操作地連接」或「可操作地耦合」,以實現所需的功能,並且能夠如此關聯的任何兩個組件也可被視為彼此「可操作地可耦合」,以實現所需的功能。可操作地可耦合的具體例示包括但不限於物理上可匹配及/或物理上互動的組件及/或無線可互動及/或無線互動的組件及/或邏輯互動及/或邏輯可互動的組件。 The herein described subject matter sometimes illustrates different components contained within, or connected with, different other components. It is to be understood that such depicted architectures are illustrative only, and that in fact many other architectures can be implemented which achieve the same functionality. Conceptually, any arrangement of components to achieve the same functionality is effectively "associated" such that the desired functionality is achieved. Thus, any two components herein combined to achieve a particular functionality can be considered to be "associated" with each other such that the desired functionality is achieved independently of the architectural or intermediate components are irrelevant. Likewise, any two components so related may also be considered to be "operably connected" or "operably coupled" to each other to achieve the desired functionality, and any two components capable of being so related may also be considered are "operably coupleable" to each other to achieve the desired functionality. Specific examples of operably couplable include, but are not limited to, physically mateable and/or physically interacting components and/or wirelessly interactable and/or wirelessly interactable components and/or logically interactable and/or logically interactable components .
此外,關於本文中基本上任何複數及/或單數用語的使用,本領域技術人員可依適合的上下文及/或應用而從複數翻譯成單數,及/或從單數翻譯成複數。為了清楚起見,可在本文中明確闡述各種單數/複數排列。 In addition, with regard to the use of basically any plural and/or singular terms herein, those skilled in the art can translate from the plural to the singular and/or from the singular to the plural depending on the appropriate context and/or application. Various singular/plural permutations may be explicitly set forth herein for the sake of clarity.
此外,本領域技術人員將理解,一般而言,本文,尤其是所附申請專利範圍中使用的用語,例如,所附申請專利範圍的主體通常意指為「開放式」用語,例如,用語「包括」應解釋為「包括但不限於」,用語「具有」應解釋為「至少具有」、用語「包括」應解釋為「包括但不限於」等。本領域內的技術人員將進一步理解,如果打算引用特定數量的所引入的申請專利範圍,則這種意圖將在申請專利範圍中明確地記載,並且在沒有這種引用的情況下不存在這種意圖。例如,為了幫助理解,以下所附申請專利範圍可能包含使用介紹性短語「至少一個」及「一個或多個」來介紹申請專利範圍的引用。然而,此類短語的使用不應被解釋為暗示由不定冠詞「a」或「an」引入的申請專利範圍的引入會將包含此類引入的申請專利範圍陳述的任何特定申請專利範圍限制為僅包含一個此類陳述的實現,即使同一申請專利範圍包括介紹性短語「一個或多個」或「至少一個」及不定冠詞,例如「a」或「an」,例如「a」及/或「an」也應解釋為「至少一個」或「一個或多個」;用於介紹申請專利範圍陳述的定冠詞的使用也是如此。此外,即使明確地列舉了所引入的申請專利範圍的具體 數量,本領域的技術人員將認識到,這種敘述應被解釋為至少是指所列舉的數量,例如,沒有其他修飾語的「兩個引用」的純引用意味著至少兩個引用,或者兩個或更多個引用。此外,在慣例類似於「A、B及C中的至少一個等」被使用的情況下,通常這種結構意在本領域技術人員意義上會理解該慣例,例如,「具有A、B及C中的至少一個的系統」將包括但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C、A及B一起、A及C一起、B及C一起,及/或A、B及C一起等的系統。在那些慣例類似於使用「A、B或C等中的至少一個」的情況下,通常這種結構意在本領域技術人員意義上會理解該慣例,例如,「具有A、B或C中的至少一個的系統」將包括但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C、A及B一起、A及C一起、B及C一起,及/或A、B及C一起等的系統。本領域技術人員將進一步理解,實際上呈現兩個或多個替代用語的任何分離詞及/或短語,無論是在描述、申請專利範圍或圖式中,都應被理解為考慮包括一個用語,用語的其中之一,或兩個用語的可能性。例如,短語「A或B」將被理解為包括「A」或「B」或「A及B」的可能性。 In addition, those skilled in the art will understand that, in general, terms used herein, especially in the appended claims, for example, the subject of the appended claims generally mean "open-ended" terms, for example, the term " Including" should be interpreted as "including but not limited to", the term "have" should be interpreted as "at least", the term "including" should be interpreted as "including but not limited to", etc. It will be further understood by those skilled in the art that if a specific number of an incorporated claim is intended to be cited, such intent will be expressly recited in the claim, and in the absence of such citation no such claim exists. intention. For example, as an aid to understanding, the appended claims below may contain references to the claimed claims using the introductory phrases "at least one" and "one or more". However, the use of such phrases should not be construed to imply that the introduction of a claim introduced by the indefinite article "a" or "an" limits any particular claimed claim containing such introduced claim statement to includes only one implementation of such statements, even if the same claim includes the introductory phrase "one or more" or "at least one" and an indefinite article such as "a" or "an", such as "a" and/or "an" should also be interpreted as "at least one" or "one or more"; the same applies to the use of the definite article used to introduce the claims statement. In addition, even if the specific scope of the incorporated claims is explicitly listed number, those skilled in the art will recognize that this recitation should be construed to refer to at least the number enumerated, e.g. a pure reference to "two citations" without other modifiers means at least two citations, or two one or more references. Furthermore, where a convention like "at least one of A, B, and C, etc." is used, generally this construction is intended to be understood by those skilled in the art, for example, "has A, B, and C A system of at least one of "will include, but is not limited to, a system with only A, only B, only C, A and B together, A and C together, B and C together, and/or A, B and C together, etc. system. In those cases where the convention is similar to the use of "at least one of A, B, or C, etc.", usually this construction is intended to be understood by those skilled in the art, for example, "has A system of at least one" shall include, but is not limited to, systems having only A, only B, only C, A and B together, A and C together, B and C together, and/or A, B and C together, etc. Those skilled in the art will further appreciate that any discrete word and/or phrase that actually presents two or more alternative terms, whether in the description, claims, or drawings, should be construed as including one term , one of the terms, or the possibility of both terms. For example, the phrase "A or B" will be understood to include the possibilities of "A" or "B" or "A and B."
儘管專利標的已用特定於結構特徵及/或方法行為的語言進行了描述,應當理解,所附申請專利範圍中定義的專利標的不一定限於上述特定特徵或動作。相反的,上述具體特徵及動作被揭露為實施申請專利範圍的例示形式。 Although patent subject matter has been described in language specific to structural features and/or methodological acts, it is to be understood that patent subject matter defined in the appended claims is not necessarily limited to the specific features or acts described above. Rather, the specific features and acts described above are disclosed as example forms of implementing the claimed claims.
100:電池結構 100: battery structure
103A:第一氣室 103A: the first air chamber
103B:第二氣室 103B: Second air chamber
112H:孔 112H: hole
113A:導柱 113A: guide post
115:外殼 115: shell
115A:第一開口 115A: first opening
115B:第二開口 115B: second opening
121E:左放電正極電連接器 121E: left discharge positive electrical connector
122E:右放電正極電連接器 122E: Right discharge positive electrical connector
122:右空氣電極層 122: Right air electrode layer
130E:充電正極電連接器 130E: charging positive electrical connector
151E:左負極電連接器 151E: left negative electrical connector
155E:右導電層 155E: Right conductive layer
170:電解質 170: Electrolyte
170F:滿水平 170F: full level
A-A’:線A-A’ A-A': line A-A'
Claims (32)
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