[发明专利]针对基架燃料电极的电池重置过程

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利序号61/394,954的优先权，该申请通过引用整体并入于此。

技术领域

本发明总体上涉及电化学电池，并且更具体地涉及金属-空气电池。

背景技术

使用金属作为燃料的电化学电池是已知的。一种类型的电化学电池是金属-空气电池，其通常包括燃料阳极、吸气阴极以及电解质，其中金属燃料在燃料阳极处被氧化，来自周围空气中的氧气在吸气阴极处被还原，并且电解质用于支持经氧化/经还原离子的反应。

在诸如美国专利申请序号12/385,489和12/901,410(此二者均通过引用并入于此)中所公开的某些金属-空气电池中，燃料阳极包括多个基架式电极坯体。金属燃料被还原并电沉积在电极坯体上。伴随这种类型的设计的一个挑战是确保生长不会过早地将相邻电极坯体短接在一起，从而缩减在坯体之间密集生长的机会。

在此类基架式金属-空气电池中，吸气阴极的制造误差、缺陷以及磨损和撕裂可能导致当电池处于电流产生模式中时电极坯体上燃料的某些区域未像其他区域那样快地被氧化。当继而将这样的电池置于充电模式中时，这些逐渐积聚的燃料区域可能造成在电极坯体之间电连接的过早形成，而这可能降低充电容量、总电池效率以及电池中储存的能量。

除了其他方面之外，本申请致力于提供一种从燃料阳极消除金属燃料区域、有效地将燃料电池的燃料阳极重置到崭新的可充电条件的有效和改进的方式。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于重置电化学电池的方法。电化学电池包括燃料电极、与燃料电极间隔开的氧化剂电极、从包括(a)氧化剂电极和(b)与燃料电极和氧化剂电极间隔开的第三电极的组中选取的充电电极以及与电极接触的离子导电介质。燃料电极和氧化剂电极被配置用于在放电期间将燃料电极处的金属燃料氧化成可还原的燃料形类并且还原氧化剂电极处的氧化剂从而在它们之间产生放电电流以供施加至负载。燃料电极和充电电极被配置用于在充电期间通过在它们之间施加来自电源的充电电流来还原燃料的可还原形类以将燃料电沉积在燃料电极上并且氧化氧化剂的可氧化形类。该方法包括在燃料电极与至少一个其他前述电池电极之间施加重置电流，其中燃料电极充当阳极而该其他前述电极充当阴极，从而使得燃料电极上的金属燃料被氧化成可还原燃料形类。关于“其他前述电极”应当理解，如果充电电极为氧化剂电极，则该其他前述电极是氧化剂电极。然而，如果充电电极为第三电极，则该其他前述电极可以是氧化剂电极或者第三电极。该方法还可以包括撤除重置电流以中止重置过程。

根据本发明的另一方面，提供一种包括电化学电池和控制器的电化学电池系统。电化学电池包含具有一系列以间隔开关系布置的可渗透电极坯体的燃料电极，用于接纳经电沉积的金属燃料。电池还具有与燃料电极间隔开的氧化剂电极，以及与燃料电极间隔开的充电电极。充电电极从包括(a)氧化剂电极和(b)第三电极的组中选取。电池进一步包含与电极相连的离子导电介质。该电化学电池系统还可以具有被配置用于在燃料电极、氧化剂电极和充电电极之间提供电连接的电路。该系统还可以包含功率输入电路和功率输出电路。在电路上还可能有多个开关，其被配置用于选择性地断开或闭合燃料电极、氧化剂电极、充电电极、功率输入电路以及功率输出电路之间的电连接。在电池系统中，电池被配置用于通过氧化燃料电极的电极坯体上的金属燃料并且还原氧化剂电极处的氧化剂来产生放电电流。燃料电极的可渗透电极坯体的间隔关系可以使充电电流能够被施加于充电电极与至少一个可渗透阳极坯体之间，其中充电电极充当阳极，而该至少一个可渗透电极坯体充当阴极。该配置可以使可还原燃料离子能够从离子导电介质中被还原并且电沉积为至少一个可渗透电极坯体上的可氧化形式的燃料，其中电沉积造成燃料在可渗透电极坯体间的生长，从而使得经电沉积的燃料在可渗透电极坯体之间建立电连接。电化学电池系统的控制器可以被配置用于响应控制指令来控制电化学电池的多个开关中每一个的断开状态或者闭合状态。控制器还可以被配置用于选择性地断开和/或闭合多个开关，以向功率输入电路以及在燃料电极与至少一个其他前述电极之间施加重置电流，其中燃料电极充当阳极而该其他前述电极充当阴极，从而使得燃料电极上的金属燃料被氧化成可还原的燃料形类。关于“其他前述电极”再次应当理解，如果充电电极为氧化剂电极，则该其他前述电极是氧化剂电极。然而，如果充电电极为第三电极，则该其他前述电极可以是氧化剂电极或者第三电极。控制器还可以被配置用于选择性地断开和/或闭合多个开关以撤除重置电流，从而中止重置过程。