[发明专利]具有渐进析氧电极/燃料电极的电化学电池系统

权利要求书

1.一种使用金属燃料和氧化剂产生电流的可再充电的电化学电池系统，所述电池系统包括：

电化学电池，包括：

(i)燃料电极，所述燃料电极包含N个可渗透的电极主体，所述N个可渗透的电极主体以1至N的顺序隔开排列，其中，N是大于或等于2的整数，所述燃料电极包括所述可渗透的电极主体上的金属燃料；

(ii)氧化剂电极，所述氧化剂电极与所述燃料电极隔开；

(iii)充电电极，所述充电电极选自(a)所述氧化剂电极和(b)与所述燃料电极和所述氧化剂电极隔开的单独的充电电极；和

(iv)离子导电介质，所述离子导电介质连通电极用于传导离子，以支持在电极处的电化学反应；

其中，所述燃料电极和所述氧化剂电极配置为，在放电模式中，氧化所述可渗透的电极主体上的金属燃料，并还原所述氧化剂电极处的氧化剂，从而产生施加于负载的电势差；

多个开关，用于选择性地将所述燃料电极的电极主体2至N的每个和所述充电电极耦合到电源，以在再充电模式中施加阳极电势，其中在所述再充电模式中通过所述电源向电极主体1施加阴极电势；

控制器，所述控制器被配置为在所述再充电模式中控制所述多个开关，以便对从所述电源向所述可渗透的电极主体2至N和所述充电电极按照渐进方式施加所述阳极电势进行管理，使得：(a)通过还原来自所述离子导电介质的金属燃料的可还原的离子，电沉积所述金属燃料，所述电沉积由电极主体1渐进地向充电电极增长，伴随渐进地连接后续电极主体2至N的每个到电极主体1，以向每个后续连接的电极主体施加所述阴极电势；(b)从每个后续连接的电极主体去除所述阳极电势，和(c)至少向通过所述电沉积未连接的后续的电极主体施加所述阳极电势或在电极主体N已经通过所述电沉积连接的情况下向所述充电电极施加所述阳极电势，用于氧化所述氧化剂的可氧化的物质。

2.根据权利要求1所述的电化学电池系统，还包括多个彼此相邻组装的电化学电池，以及分开每对相邻电池的氧化剂电极和燃料电极的非导电屏障，使得其间的唯一允许的电连接是通过所述多个开关的至少一个。

3.根据权利要求2所述的电化学电池系统，其中，通过将前一电池充电模式下的充电电极或放电模式下的氧化剂电极耦合至后一电池的燃料电极，每个电池的所述多个开关可切换至旁路模式。

4.根据权利要求2所述的电化学电池系统，其中，电池是具有包含金属燃料的燃料电极、包含用于还原氧气的空气阴极的氧化剂电极和作为用于氧化可氧化的氧物质为氧气的析氧电极的充电电极的金属-空气电池。

5.根据权利要求3所述的电化学电池系统，其中，所述金属燃料选自锌、铝、铁和锰。

6.根据权利要求3所述的电化学电池系统，其中，每个非导电的屏障包括一个或多个用于使得氧气流向所述空气阴极的端口。

7.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中，所述多个开关包括可在将电池耦合到负载和将电池耦合到电源之间切换的开关。

8.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中，所述多个开关的每个与所述多个可渗透的电极主体的每个、所述充电电极和所述氧化剂电极之一相关联。

9.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中，所述多个开关可切换成将可渗透的电极主体1至可渗透的电极主体N渐进地连接到所述充电电极。

10.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中，所述多个开关可切换成将可渗透的电极主体1至可渗透的电极主体N的每个选择性地连接到所述充电电极。

11.根据权利要求1所述的电化学电池系统，其中，所述多个开关可切换成将可渗透的电极主体1至可渗透的电极主体N的每个选择性地连接到所述燃料电极。

12.根据权利要求1所述的电化学电池系统，进一步包括控制器，所述控制器被配置为选择性地打开和关闭所述多个开关的至少一个。

13.根据权利要求12所述的电化学电池系统，其中，所述控制器被配置为响应与电池相关联的一个或多个传感器。