專利名稱：金屬-空氣液流電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及電池領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及二次(即可再充電的)電池和電池系統(tǒng)，并尤其涉及金屬-空氣電池和電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
金屬-空氣電池包括負(fù)金屬電極(例如，鋅、鋁、鎂、鐵、鋰等)和具有對(duì)氧氣反應(yīng)有催化性能的多孔結(jié)構(gòu)的正電極(通常被認(rèn)為是用于所述電池的空氣電極)。電解液用來(lái)保持所述兩個(gè)電極之間的高離子電導(dǎo)率。對(duì)于堿性的金屬-空氣電池(即具有堿性電解液)，所述空氣電極通常由薄的、多孔的并結(jié)合碳層的聚合物材料(例如，聚四氟乙烯)制成。為了防止電池短路，在陽(yáng)極和陰極之間裝配隔離件。在所述金屬-空氣電池放電過(guò)程中，來(lái)自大氣中的氧氣在空氣電極中轉(zhuǎn)化為氫氧根離子。在所述空氣電極中的反應(yīng)包括氧氣還原、電子消耗和氫氧根離子的產(chǎn)生。所述氫氧根離子通過(guò)電解液向金屬負(fù)電極遷移，負(fù)電極的金屬在所述金屬負(fù)電極發(fā)生氧化，形成氧化物并釋放電子。在二次(即可再充電的)金屬-空氣電池中，充電過(guò)程是指在所述空氣電極中氫氧根離子轉(zhuǎn)化為氧氣，釋放電子。在所述金屬電極中，金屬氧化物或離子還原形成金屬，同時(shí)消耗電子。金屬-空氣電池提供了巨大的能量?jī)?chǔ)存效益。例如，金屬-空氣電池的儲(chǔ)能密度是鋰離子電池的數(shù)倍，而且使用地球上豐富和低成本的金屬(例如，鋅)作為儲(chǔ)能介質(zhì)。該技術(shù)相對(duì)安全(非可燃性的)并且環(huán)境友好(無(wú)毒且可以使用可再生材料)。由于該技術(shù)使用了在美國(guó)和其它地區(qū)均易獲取的材料和方法，因此可以減輕對(duì)稀缺資源(如石油)的依賴性。隨著對(duì)可再生能源使用的增加，出現(xiàn)了對(duì)調(diào)峰(peak shaving)、負(fù)載均衡(loadleveling)和后備電源(backup power)的電網(wǎng)能量存儲(chǔ)(on-grid energy storage)和轉(zhuǎn)化的需求。對(duì)于這樣的應(yīng)用，有競(jìng)爭(zhēng)性的二次電池技術(shù)(例如，鋰離子(Li-Ion)電池、鎳氫電池(NiMH)等)不能為實(shí)際的和有效的應(yīng)用提供充分的能量密度。例如，美國(guó)公共事業(yè)設(shè)備(U.S. utility sector)目前面臨由于間歇發(fā)電狀況產(chǎn)生的高成本問(wèn)題，其效率可以利用對(duì)調(diào)峰、負(fù)載均衡和后備電源的電網(wǎng)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化來(lái)提高。對(duì)于電動(dòng)車輛和混合電動(dòng)車輛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的鎳鎘電池(Ni-Cd)、鎳氫電池(NiMH)和鋰離子電池可能不能充分適于提供預(yù)期的性能特性(例如，壽命、功率等)。而且，傳統(tǒng)的二次電池技術(shù)通常昂貴并可能使用實(shí)用性受限的組成材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有利地提供一種滿足一個(gè)或多個(gè)前述問(wèn)題的改良的電池和/或電池系統(tǒng)。同時(shí)有利地提供了一種應(yīng)用于多種領(lǐng)域的金屬-空氣電池和電池系統(tǒng)，其包括但不限于汽車領(lǐng)域，并為用于調(diào)峰、負(fù)載均衡和后備電源的電網(wǎng)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化提供了儲(chǔ)備。在本申請(qǐng)中公開的該系統(tǒng)的其它優(yōu)勢(shì)特征對(duì)于閱讀本公開文本的技術(shù)人員是顯而易見的。


圖1是根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案應(yīng)用金屬-空氣液流電池的車輛的透視圖；圖2是根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案的金屬-空氣液流電池的透視圖；圖3是圖2中示出的金屬-空氣液流電池的分解圖；圖4是圖2中示出的金屬-空氣液流電池的剖視圖；圖5是圖2中示出的金屬-空氣液流電池的側(cè)視圖；圖6是圖2中示出的金屬-空氣液流電池的反應(yīng)管和一部分給料系統(tǒng)的透視圖；圖7是圖6中示出的反應(yīng)管和給料系統(tǒng)的部分透視、剖視圖；圖8是圖6中示出的反應(yīng)管和給料系統(tǒng)的部分透視、剖視圖，該圖出現(xiàn)在所述金屬-空氣液流電池運(yùn)行時(shí)；圖9是圖6中示出的反應(yīng)管和給料系統(tǒng)的部分側(cè)視、主視和剖視圖，該解了運(yùn)行過(guò)程中成核氣體從所述反應(yīng)管移走；圖10是圖2中示出的金屬-空氣液流電池在放電過(guò)程中的剖視圖；圖11是圖2中示出的金屬-空氣液流電池在放電過(guò)程中的另一個(gè)剖視圖；圖12是圖2中示出的金屬-空氣液流電池在充電過(guò)程中的剖視圖；圖13是圖2中示出的金屬-空氣液流電池在充電過(guò)程中的另一個(gè)剖視圖；圖14是金屬-空氣液流電池的另一個(gè)示例性的實(shí)施方案的剖視圖；圖15是用于金屬-空氣液流電池的反應(yīng)管和給料系統(tǒng)的另一個(gè)示例性的實(shí)施方案的部分透視、剖視圖，該圖出現(xiàn)在所述金屬-空氣液流電池運(yùn)行時(shí)；圖16是用于金屬-空氣液流電池的反應(yīng)管的另一個(gè)示例性的實(shí)施方案的一部分的透視圖；圖17是圖解了根據(jù)在能量電網(wǎng)領(lǐng)域使用的示例性的實(shí)施方案的金屬-空氣液流電池的圖表。
具體實(shí)施例方式如本申請(qǐng)中使用的，術(shù)語(yǔ)“液流電池”意為指將反應(yīng)物輸入所述電池并從其中輸出的電池系統(tǒng)。對(duì)于金屬-空氣液流電池系統(tǒng)，意指將金屬陽(yáng)極材料和電解液引入所述電池中并將金屬氧化物從所述電池系統(tǒng)中移出或移去。類似于燃料電池，所述液流電池系統(tǒng)要求在使用過(guò)程中通過(guò)該系統(tǒng)的反應(yīng)物是流體。根據(jù)示例性的實(shí)施方案，將可再充電的金屬-空氣液流電池配置為提供能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化，可以將其單獨(dú)或結(jié)合使用，并可以將其并入各種系統(tǒng)和/或裝置中或與所述各種系統(tǒng)和/或裝置一起使用以提高效率、滿足能量需求等。進(jìn)一步地，可再充電的金屬-空氣液流電池可以用在廣泛的具有不同能量轉(zhuǎn)化和/或存儲(chǔ)需求的領(lǐng)域中，包括但不限于極其大規(guī)模的應(yīng)用(例如，公共事業(yè)設(shè)備，其用途是作為綠色能源發(fā)揮作用，用于與可再生能源如風(fēng)能和太陽(yáng)能等結(jié)合使用的智能電網(wǎng)、能量存儲(chǔ))和較小規(guī)模的應(yīng)用(例如，個(gè)體消耗品，如車輛、后備電源、住宅電力等)。大體參照附圖，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，金屬-空氣液流電池顯示為鋅-空氣液流電池10，并被配置為能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。盡管在本申請(qǐng)中指定為鋅-空氣液流電池，但應(yīng)該理解為可以使用其它的金屬-空氣結(jié)合體。例如，鋁、鎂、鐵或鋰可以代替鋅或與鋅共同使用。所述鋅-空氣液流電池10是二次或可再充電電池(例如，將其設(shè)置為可逆的充電和放電)，并且與其它種類的能量系統(tǒng)相比，具有提高的能量效率和較低的與能量相關(guān)的排放。所述鋅-空氣液流電池10可以單獨(dú)使用、在模塊化的鋅-空氣液流電池系統(tǒng)中使用或與其它能量技術(shù)(例如，混合轎車電池單元等)結(jié)合使用。與其它二次電池技術(shù)不同，鋅-空氣液流電池10的能量密度不受可以存儲(chǔ)到電池內(nèi)部的反應(yīng)物的量限制。參照?qǐng)D1，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述鋅-空氣液流電池10顯示為在車輛12中使用，用以為車輛12提供動(dòng)力，更確切地，使車輛12運(yùn)轉(zhuǎn)。所述鋅-空氣液流電池10顯示為與電力傳動(dòng)系(electrical drive train) 14和控制系統(tǒng)16 (在車輛12內(nèi)，可以將控制系統(tǒng)16配置成僅控制鋅-空氣液流電池或控制鋅-空氣液流電池和其它特征或系統(tǒng))結(jié)合。在示出的示例性的實(shí)施方案中，鋅-空氣液流電池10意于作為用于車輛12的基本動(dòng)力來(lái)源來(lái)起作用；然而，根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施方案，可以將一個(gè)或多個(gè)金屬-空氣液流電池與一個(gè)或多個(gè)其它的動(dòng)力來(lái)源和/或動(dòng)力存儲(chǔ)設(shè)備(例如，高能量電池、超級(jí)電容器、汽油發(fā)動(dòng)的引擎或發(fā)電機(jī)等)結(jié)合使用以為車輛提供動(dòng)力。所述車輛12顯示為轎車，但應(yīng)該注意到車輛可以是任何被配置成運(yùn)送人和/或貨物的裝置(例如，翻斗卡車、摩托車、廂式貨車、半掛卡車、高爾夫球車、鏟車和其它種類的目前已知或隨后開發(fā)的車輛等)。參照?qǐng)D2-4，所述鋅-空氣液流電池10顯示為閉路系統(tǒng)，包括鋅電極20、電解液22、顯示為儲(chǔ)槽24的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備(例如，容器)、具有反應(yīng)管52的反應(yīng)器26和能量輸入/輸出裝置30，其中每個(gè)反應(yīng)管52都包括空氣電極28。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，將能量輸入/輸出裝置30配置為用來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)鋅-空氣液流電池10與一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和/或裝置的機(jī)電一體化，從而為所述系統(tǒng)和/或裝置提供能量轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)。如將要在下面詳細(xì)討論的，將所述能量輸入/輸出裝置30與反應(yīng)器26電連接。當(dāng)鋅-空氣液流電池10放電時(shí)，同時(shí)也將所述鋅-空氣液流電池10的能量輸入/輸出裝置30與一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和/或裝置電連接，其中所述鋅-空氣液流電池10為該系統(tǒng)和/或裝置(此處為車輛12)提供能量，從而將鋅-空氣液流電池10的反應(yīng)器26與車輛12電連接。當(dāng)鋅-空氣液流電池10充電時(shí)，能量輸入/輸出裝置30與充電器32 (例如，如圖4中顯示的未與鋅-空氣液流電池電連接的那種DC充電器)連接。應(yīng)該注意到依據(jù)預(yù)期應(yīng)用或其它標(biāo)準(zhǔn)，所述能量輸入/輸出裝置可以具有任何種類的構(gòu)型。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，將鋅電極20和電解液22 (例如，氫氧化鉀(KOH)或 其它氫氧根離子(0H_)源)結(jié)合(例如，混合、攪拌等)以形成陽(yáng)極糊料(顯示為鋅糊料(zinc paste) 40)，該陽(yáng)極糊料作為鋅-空氣液流電池10的反應(yīng)物。將所述反應(yīng)物(例如，活性材料等)配置成輸送(例如，給料、泵抽、推動(dòng)、施力等)到反應(yīng)器26中或從其中輸送出來(lái)。當(dāng)鋅-空氣液流電池10放電時(shí)，將鋅糊料40輸送到反應(yīng)器26中，并在鋅糊料40與氫氧根離子(當(dāng)空氣電極28與來(lái)自空氣中的氧氣反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生)反應(yīng)之后將氧化鋅糊料(zincoxide paste)42從反應(yīng)器26中輸送出來(lái)。當(dāng)鋅-空氣液流電池10充電時(shí)，將氧化鋅糊料42輸送到反應(yīng)器26中，并且在氫氧根離子轉(zhuǎn)化回氧氣后將鋅糊料40從反應(yīng)器26中輸送出來(lái)。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，鋅電極和電解液可以以漿料、顆?；蚱渌绢I(lǐng)域熟知的形式結(jié)合。根據(jù)一些示例性的實(shí)施方案，電解液22是用來(lái)保持金屬和空氣電極之間高離子電導(dǎo)率的堿性電解液。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，電解液22可以是對(duì)于氧氣還原/析出和金屬氧化/還原反應(yīng)具有高離子電導(dǎo)率和/或高反應(yīng)速率的任何電解液(例如，離子液體等)。再根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，所述電解液可以包括鹽水(例如，用于航海/軍事應(yīng)用等)。如將在下面進(jìn)行更詳細(xì)討論的，可以將鋅糊料40和/或氧化鋅糊料42的組合物配置為用來(lái)獲得鋅-空氣液流電池10的預(yù)期的流動(dòng)特性和容量特性。參照?qǐng)D4,根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案,儲(chǔ)槽24顯示為包括顯示為鋅或鋅糊料腔體的第一腔體44，其通過(guò)分離件或隔離件47與顯示為氧化鋅或氧化鋅糊料腔體的第二腔體46隔離。儲(chǔ)槽24(儲(chǔ)藏室、盛器、容器、存儲(chǔ)箱、器皿、盆器、桶器、儲(chǔ)蓄池等)顯示為大體位于反應(yīng)器26外部并被配置用來(lái)在鋅-空氣液流電池10中存儲(chǔ)陽(yáng)極材料，即鋅糊料40和/或氧化鋅糊料42。在儲(chǔ)槽24中設(shè)置鋅的入口 /出口 48用來(lái)使鋅糊料40進(jìn)入第一腔體44 (例如，儲(chǔ)室等)中并從其中流出。在儲(chǔ)槽24中設(shè)置氧化鋅的入口 /出口 50用來(lái)使氧化鋅糊料42進(jìn)入第二腔體46 (例如，儲(chǔ)室等)中并從其中流出。如圖4所示，鋅的入口 /出口 48和氧化鋅的入口 /出口 50均與反應(yīng)器26流體連通，從而在鋅-空氣液流電池10工作過(guò)程中，可以將鋅糊料40和/或氧化鋅糊料42輸送到反應(yīng)器26中并從其中輸送出來(lái)。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，鋅-空氣液流電池顯示為包括分成兩個(gè)腔體的單獨(dú)儲(chǔ)槽，同時(shí)可以將鋅存儲(chǔ)在隔離的、獨(dú)立的儲(chǔ)槽中(例如，在兩個(gè)隔離的儲(chǔ)槽中)。根據(jù)一些示例性的實(shí)施方案，多儲(chǔ)槽、鋅腔體、和/或多氧化鋅腔體可以與單反應(yīng)器共同使用。進(jìn)一步地，儲(chǔ)槽可以是交匯的(例如，以用來(lái)調(diào)節(jié)鋅-空氣液流電池的功率和存儲(chǔ)容量)。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，如下面關(guān)于圖14的描述，該系統(tǒng)可以僅包括單儲(chǔ)槽而沒(méi)有隔離的腔體。參照?qǐng)D2-4，儲(chǔ)槽24顯示為基本閉合的容器。換句話說(shuō)，當(dāng)存儲(chǔ)在儲(chǔ)槽24中時(shí)，糊料40、42基本沒(méi)有暴露于鋅-空氣液流電池10外面的環(huán)境中。通過(guò)防止糊料40、42暴露在環(huán)境中，可以避免或減少很多問(wèn)題。這些問(wèn)題包括但不限于腐蝕、溢出、泄露等。進(jìn)一步參照?qǐng)D2-4，還將儲(chǔ)槽24配置為模塊化的、可替代的和可擴(kuò)展的且獨(dú)立于反應(yīng)器26。如上所述，鋅-空氣液流電池10的能量密度不受可以在內(nèi)部存儲(chǔ)的反應(yīng)物的量限制。相反，儲(chǔ)槽中增加的反應(yīng)物的量大體增加了鋅-空氣液流電池可以提供的能量。因此，大體的情況是儲(chǔ)槽24的容積越大，鋅-空氣液流電池10能夠提供的功率和能量越大。在一些示例性的實(shí)施方案中，鋅-空氣液流電池的反應(yīng)器可以連接多儲(chǔ)槽，從而增加了反應(yīng)物存儲(chǔ)容量?？傊鐖D中所示，可以將所述儲(chǔ)槽設(shè)置為鄰接于所述反應(yīng)器，或者所述儲(chǔ)槽可以與所述反應(yīng)器有一段距離(例如，多英尺、多碼等)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，儲(chǔ)槽24由塑料材料(例如，聚丙烯、聚乙烯等)或涂塑材料(例如，涂塑鋼槽)制成，以基本避免由于電I禹合(galvanic coupling)產(chǎn)生的鋅的腐蝕。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，所述儲(chǔ)槽可以由任何基本避免腐蝕的材料(例如，銅、鋅包銅、銦包銅等)制成。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，可以在所述儲(chǔ)槽和/或腔體中配備一個(gè)或多個(gè)用來(lái)混合(例如，攪拌、移動(dòng)、融合等)在其中存儲(chǔ)的物質(zhì)的混合裝置，從而保持所述物質(zhì)的均勻性。保持所述物質(zhì)的均勻性可以改善性能。例如，保持所述物質(zhì)均勻性通常提高了所述鋅-空氣液流電池的容量，因?yàn)榫鶆虻暮蠋缀醪豢赡芎羞^(guò)干(例如，導(dǎo)致不良的膜配方(film formulation))或過(guò)濕的區(qū)域(例如，導(dǎo)致顆粒與顆粒的低接觸性)。
參照?qǐng)D2-6,在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，反應(yīng)器26包括多個(gè)反應(yīng)導(dǎo)管(顯示為反應(yīng)管52)、支撐結(jié)構(gòu)54 (包括基本與第二壁58相對(duì)的第一壁56)、分配或給料系統(tǒng)60和引導(dǎo)鄰接于反應(yīng)管52的外表面的空氣流的裝置(顯示為多個(gè)風(fēng)扇62)。反應(yīng)器26流體連接到儲(chǔ)槽24上。如將在下面詳細(xì)描述的，通過(guò)反應(yīng)器26輸送存儲(chǔ)在儲(chǔ)槽24中的陽(yáng)極材料用以發(fā)電。參照?qǐng)D2，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，反應(yīng)管52顯示為由支撐結(jié)構(gòu)54來(lái)支撐，至少部分在第一壁56和第二壁58之間延伸并在空間分開以至少部分限定了多個(gè)空氣流動(dòng)通道64。每個(gè)反應(yīng)管52的第一端部分66緊鄰于與鋅的入口 /出口 48連接的第一壁56。每個(gè)反應(yīng)管52的第二端部分68緊鄰于第二壁58并與氧化鋅的入口 /出口 50連接。反應(yīng)管52通過(guò)容易維修和更換的方式與壁56、58連接。而且，儲(chǔ)槽24基本鄰接于第二壁58，從而使儲(chǔ)槽24的氧化鋅的入口 /出口 50基本與相應(yīng)的氧化鋅入口 /出口 63對(duì)齊，與反應(yīng)管52和儲(chǔ)槽24的第二腔體46流體連接(例如，見圖3，其中示出了反應(yīng)器26的氧化鋅的入口 /出口 63)。換句話說(shuō)，儲(chǔ)槽24與反應(yīng)管52流體連通。應(yīng)該注意到可以在反應(yīng)器中將所述反應(yīng)管設(shè)置為任何多個(gè)方向和/或任何多個(gè)裝置。同時(shí)也應(yīng)該注意到所述鋅-空氣液流電池可以使用任何多個(gè)具有任何理想尺寸或構(gòu)型的反應(yīng)管(例如，一個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)管、十個(gè)反應(yīng)管、三十個(gè)反應(yīng)管等)。參照?qǐng)D2-5，將反應(yīng)管52裝配為易于鋅-空氣液流電池10放電和充電。每個(gè)反應(yīng)管52包括顯示為空氣電極28的一個(gè)或多個(gè)層的陰極材料。將每個(gè)反應(yīng)管52的內(nèi)部通道70(例如，見圖11)配備為接收并傳輸陽(yáng)極材料(這里指鋅糊料40和氧化鋅糊料42)。如將在下面更詳細(xì)描述的，利用風(fēng)扇62將氧氣供應(yīng)給空氣電極28，并利用給料系統(tǒng)60通過(guò)反應(yīng)管52輸送(給料、移動(dòng)、運(yùn)輸?shù)?鋅糊料40和氧化鋅糊料42。隨著通過(guò)反應(yīng)管52輸送鋅糊料40，鋅-空氣液流電池10進(jìn)行放電。隨著通過(guò)反應(yīng)管52輸送氧化鋅糊料42，鋅-空氣液流電池10進(jìn)行充電。參照?qǐng)D2，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，風(fēng)扇62通過(guò)反應(yīng)器26提供空氣流80 (例如，見圖15和17，其中示出了空氣流80)?？諝饬?0將氧氣供應(yīng)到反應(yīng)管52的空氣電極28中，使氧氣發(fā)生還原反應(yīng)。空氣流80鄰接于反應(yīng)管52的外表面通過(guò)，從而使空氣可以通過(guò)此處形成的孔洞進(jìn)入反應(yīng)管52中。通常，在貫穿反應(yīng)管52的長(zhǎng)度方向上，風(fēng)扇62提供的空氣流80意于提供基本均勻分布的反應(yīng)速率(例如，來(lái)自大氣的氧氣轉(zhuǎn)化為空氣電極28中的氫氧根離子的速率)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案(例如，見圖11和13，其中示出了空氣流路徑82)，空氣流80包括大體從緊鄰于第一壁56經(jīng)過(guò)空氣流通道64導(dǎo)向第二壁58的多個(gè)空氣流路徑82。在空氣流通道64內(nèi)，空氣流80在反應(yīng)管52的外部之間通過(guò)并沿著反應(yīng)管52的外部流動(dòng)?？諝饬?0通過(guò)緊鄰于第二壁58的空氣流通系統(tǒng)84(例如，見圖3，其中示出了空氣流通系統(tǒng)84)從反應(yīng)器26中流出。應(yīng)該注意到所述空氣流和/或空氣流路徑可以依據(jù)所述反應(yīng)管的構(gòu)型和/或其用途而改變(例如，可以結(jié)合使用多組風(fēng)扇使所述空氣流的方向可以改變(例如，如果與相對(duì)長(zhǎng)的反應(yīng)管一同使用，那么沿著所述反應(yīng)管進(jìn)行空間分離)等)。同時(shí)也應(yīng)該注意到任何適于將空氣或其它氣體從所述反應(yīng)器移走的流通系統(tǒng)均可以使用。通過(guò)反應(yīng)器26的空氣流80的速率與連接到鋅-空氣液流電池10上的設(shè)備或系統(tǒng)的能量消耗相關(guān)?？傊?，為所述裝置或系統(tǒng)提供的電流密度越大，從空氣中消耗的氧氣越多。也就是說(shuō)，供應(yīng)給空氣電極28的氧氣必須足以獲得預(yù)期的電流密度。如果提供的氧氣不足，在反應(yīng)管52的端部之間可能發(fā)生電壓降。例如，可以在所述空氣流到達(dá)第二端之前耗盡了從反應(yīng)管的第一端流向第二端的空氣流中的氧氣。在沒(méi)有氧氣的情況下，充電/放電反應(yīng)不能沿著每個(gè)反應(yīng)管的整個(gè)長(zhǎng)度發(fā)生，從 而導(dǎo)致電壓降發(fā)生。通常地，為了避免在空氣流到達(dá)所述反應(yīng)管的遠(yuǎn)端之前氧氣耗盡的情況，應(yīng)該貫穿所述反應(yīng)管引導(dǎo)比電化學(xué)反應(yīng)需要的氧氣多出二到三倍的空氣。然而，應(yīng)該注意到所述空氣流速率過(guò)大可能對(duì)鋅-空氣液流電池的容量產(chǎn)生負(fù)面影響，因?yàn)樗隹諝饬骺赡茉黾觼?lái)自電解液中的水的蒸發(fā)速率和暴露于空氣電極的CO2的速率。因此，氧氣的供應(yīng)和空氣流對(duì)蒸發(fā)/CO2暴露的影響達(dá)到預(yù)期的平衡。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，可以進(jìn)一步使用由風(fēng)扇62供應(yīng)的空氣流80從反應(yīng)器26移走多余的熱量。來(lái)自反應(yīng)器26的熱量通過(guò)對(duì)流傳遞給所述空氣流，該空氣流通過(guò)流通系統(tǒng)84將加熱的空氣移出反應(yīng)器26。通過(guò)從反應(yīng)器26移走多余的熱量，在鋅-空氣液流電池10的放電和充電過(guò)程中可以防止高功率水平的過(guò)度加熱。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，可以將一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾器(例如，如在轎車中使用的常規(guī)的空氣過(guò)濾器)與所述風(fēng)扇結(jié)合使用，以從所述空氣流和/或所述金屬-空氣液流電池周圍的環(huán)境移走灰塵和其它不想要的顆粒。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，CO2洗滌器可以與所述風(fēng)扇結(jié)合使用。所述CO2洗滌器移走CO2或減少暴露于空氣電極的CO2的量。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述CO2洗滌器是可更換的CO2洗滌器(例如，堿石灰)。根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述CO2洗滌器是可再生的CO2洗滌器(例如，通過(guò)加熱再生的碳過(guò)濾器)。所述風(fēng)扇62沿著反應(yīng)管52的外部提供空氣流80，同時(shí)通過(guò)鋅-空氣液流電池10的反應(yīng)管52設(shè)置給料系統(tǒng)60以提供鋅糊料40和氧化鋅糊料42的分配和運(yùn)送。參照?qǐng)D2-6，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，給料系統(tǒng)60顯示為包括多個(gè)導(dǎo)管，該導(dǎo)管包括多個(gè)鋅入口 /出口導(dǎo)管86和一個(gè)或多個(gè)氧化鋅入口 /出口導(dǎo)管88、多個(gè)用于通過(guò)反應(yīng)管52的通道70移動(dòng)陽(yáng)極糊料的機(jī)構(gòu)和一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)92，所述機(jī)構(gòu)顯示為螺桿或螺旋鉆90 (例如，阿基米德螺旋泵、螺桿裝置等)。參照?qǐng)D2-4，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，在鋅-空氣液流電池10工作過(guò)程中，鋅入口 /出口 86和氧化鋅入口 /出口 88將鋅糊料40和氧化鋅糊料42移入反應(yīng)管52中并從中移出。鋅入口 /出口導(dǎo)管86和氧化鋅入口 /出口導(dǎo)管88在入口 /出口 48、50處與儲(chǔ)槽24流體連通，并與反應(yīng)管52流體連通，使糊料40、42在儲(chǔ)槽24和反應(yīng)管52之間游動(dòng)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，鋅入口 /出口導(dǎo)管和氧化鋅入口 /出口導(dǎo)管顯示為由聚合物材料制成或涂覆在聚合物材料中以防止腐蝕(例如，由于電耦合)。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，可以使用任何適合于在鋅-空氣液流電池工作過(guò)程中使所述糊料從所述反應(yīng)管中移入并移出的導(dǎo)管或其它元件。更普遍地，這些導(dǎo)管以及任何鋅-空氣液流電池的閥門、配件和其它組件(其中所述糊料通過(guò)所述鋅-空氣液流電池移動(dòng)或所述糊料存儲(chǔ)在其中)均用來(lái)防止腐蝕、侵蝕、泄露或其它不良機(jī)制(例如，通過(guò)由塑料制成，通過(guò)使用涂層等)，改善所述鋅-空氣液流電池的貯藏和運(yùn)行壽命。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，通過(guò)給料機(jī)構(gòu)將糊料40、42從儲(chǔ)槽24中輸送到入口 /出口管86、88中。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，所述給料機(jī)構(gòu)包括重力閥門給料器(gravitational tap feeder)或泵。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，可以使用其它合適的給料機(jī)構(gòu)(例如，泵等)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，將所述給料機(jī)構(gòu)配備為在所述反應(yīng)管之間均勻地分配所述糊料。參照?qǐng)D3-6，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，將螺桿90配置成通過(guò)反應(yīng)管52移動(dòng)糊料40、42并幫助將糊料40、42移入儲(chǔ)槽24中以及從其中移出。螺桿90顯示為裝配在反應(yīng)管52內(nèi)，大體在第一端部分66和第二端部分68之間延伸，并在第一壁56和第二壁58之間可旋轉(zhuǎn)的連接。在第一方向旋轉(zhuǎn)螺桿90用以通過(guò)反應(yīng)管52將來(lái)自緊鄰于第一壁56的第一腔體44的鋅糊料40向第二壁58輸送。在第二方向(與所述第一方向相反)旋轉(zhuǎn)螺桿90用以通過(guò)反應(yīng)管52將來(lái)自緊鄰于第二壁58的第二腔體46的氧化鋅糊料42向第一壁56輸送。在反應(yīng)管52基部110內(nèi)構(gòu)造、旋轉(zhuǎn)和/放置螺桿90，是為了施加預(yù)期的力和壓力以輸送(例如，推動(dòng)、泵抽、移動(dòng)、引導(dǎo)等)鋅糊料40和氧化鋅糊料42。根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施方案，可以將所述系統(tǒng)配備為使所述螺桿僅在一個(gè)方向運(yùn)行旋轉(zhuǎn)(例如，如下面關(guān)于圖14的描述，在該方向上所述的同一個(gè)儲(chǔ)槽既用來(lái)填充鋅也用來(lái)排放鋅)。除了移動(dòng)所述糊料之外，可以將螺桿90的旋轉(zhuǎn)用來(lái)幫助保持鋅電極20和電解液22充分地混合和/或?yàn)殇\糊料40和/或氧化鋅糊料42基本維持預(yù)期的流動(dòng)特性(例如，粘度等)。通過(guò)幫助將鋅糊料40和氧化鋅糊料42混合，螺桿90可以幫助保持這些糊料基本均勻。如上面描述的，預(yù)期為這些糊料基本均勻以用來(lái)提供更多恒定的反應(yīng)以及其它好處。進(jìn)一步地，還可以為鋅糊料40和/或氧化鋅糊料42維持預(yù)期的流動(dòng)特性提供大量好處(例如，限制所述糊料輸送時(shí)對(duì)所述反應(yīng)管的元件(例如，空氣電極)的腐蝕)。尤其參照?qǐng)D6，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，配備螺桿90作為鋅糊料40的集電器(即陽(yáng)極或負(fù)極集電器)來(lái)發(fā)揮作用。螺桿90顯示為包括軸體部分94和包括螺紋99的螺旋部分95。軸體部分94由電導(dǎo)材料制成。在示出的示例性的實(shí)施方案中，這種電導(dǎo)材料是銦包銅；然而，根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，可以使用任何適合的電導(dǎo)材料。軸體部分94顯示為基本位于所述鋅糊料流中部的中心，提供預(yù)期的電場(chǎng)分布，并因此提供基本均勻的電流分布。軸體94顯示為包括內(nèi)部軸體部分(顯示為固定棒96)和外部部分(顯示為管體97)。固定棒96與鋅-空氣液流電池10的能量輸入/輸出裝置30連接，不移動(dòng)并同時(shí)與管體97和糊料40、42電連接。軸體94的固定棒96進(jìn)一步與控制系統(tǒng)98固定連接(將在下面進(jìn)行更詳細(xì)地討論)，提供電接觸并將從糊料40、42收集的電流輸送到能量輸入/輸出裝置30 (即電流從所述糊料流動(dòng)到管體97，再通過(guò)軸承100流到固定棒96，最后流到能量輸入/輸出裝置30)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方式，將管體97設(shè)置為相對(duì)固定棒96旋轉(zhuǎn)并與糊料40、42導(dǎo)電接觸。如將在下面更詳細(xì)討論的，將管體97與齒輪104(與發(fā)動(dòng)機(jī)92連接)連接，用以為管體97提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)示出的示例性的實(shí)施方案，裝配多個(gè)形成自電導(dǎo)材料的軸承100，用以使管體97相對(duì)于固定棒96移動(dòng)并保持之間的電接觸。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，任何適于使管體97相對(duì)于固定棒96移動(dòng)而保持之間的電接觸的元件或裝置都可以用來(lái)代替或補(bǔ)充所述軸承(例如，刷子、滾珠軸承、導(dǎo)電粉等)。 參照?qǐng)D6，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，螺桿90的螺紋部分95包括顯示為大體向外延伸并圍繞軸體94的管體97的螺紋99。將螺紋部分95配備為管體97相對(duì)于固定棒96旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)或移動(dòng)糊料40、42。在示出的示例性的實(shí)施方案中，螺紋部分95與管體97形成一個(gè)整體。因此，管體97的旋轉(zhuǎn)引起螺紋部分95旋轉(zhuǎn)，從而使螺紋部分95驅(qū)動(dòng)或移動(dòng)糊料40、42。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，所述螺紋部分否則可以與所述管體連接。例如，所述螺紋部分的螺紋可以圍繞所述軸體的管體并由聚合物材料形成。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，涂層101位于螺紋部分95的螺紋99上(但不在管體97上)。裝配涂層101以提供多個(gè)好處，此內(nèi)容將在下面進(jìn)行更詳細(xì)地討論(例如，減輕摩擦、減輕腐蝕等)。根據(jù)示出的示例性的實(shí)施方案，涂層101包括聚合物材料。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，所述螺紋部分和/或螺桿90的其它部分/組分可以由聚合物材料制成(而不是簡(jiǎn)單地涂覆聚合物材料)。根據(jù)再一個(gè)其它示例性的實(shí)施方案，可以將任何適合的材料(例如，金屬、塑料、陶瓷等)用于所述螺桿的螺紋部分。根據(jù)備選的示例性的實(shí)施方案，可以使用排除所述螺桿的元件作為鋅糊料40的集電器。例如，可以將反應(yīng)管52的一個(gè)或多個(gè)層配備作為鋅糊料40的集電器。在這些示例性的實(shí)施方案中，所述作為集電器的元件通常由具有高氫過(guò)電位的金屬(例如，銅、黃銅、銦、銦包銅、鋅、鈕、秘、錫等)制成。參照?qǐng)D5,根據(jù)一個(gè)不例性的實(shí)施方案,一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)92 (例如,無(wú)刷的DC發(fā)動(dòng)機(jī))使用一個(gè)或多個(gè)傳送帶102和多個(gè)齒輪104為螺桿90可操作地傳遞運(yùn)動(dòng)。在基本對(duì)應(yīng)于反應(yīng)管52的第二端部分68的端部，通過(guò)焊接、卷曲或其它合適的方法使齒輪104與發(fā)動(dòng)機(jī)92的輸出軸體以及螺桿90的管體97連接(例如，見圖9，其中更清楚地表示與齒輪104連接的管體97的端部)。傳送帶102與齒輪104相互連接，通過(guò)單發(fā)動(dòng)機(jī)92使多個(gè)螺桿90移動(dòng)。傳送帶102包括多個(gè)輪齒106，齒輪104包括多個(gè)輪齒108。將傳送帶102的輪齒106裝配為與齒輪104的輪齒108嚙合，從而使傳送帶102的運(yùn)動(dòng)為齒輪104傳遞運(yùn)動(dòng)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)92的輸出軸體的旋轉(zhuǎn)，與所述輸出軸體連接的齒輪104旋轉(zhuǎn)。與發(fā)動(dòng)機(jī)92的輸出軸體連接的齒輪104的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)傳送帶102。由于輪齒106、108之間的相互作用，傳送帶102的運(yùn)動(dòng)使齒輪104旋轉(zhuǎn)，并因此使螺桿90的管體97 (并因此使螺紋部分95)旋轉(zhuǎn)。傳送帶102顯示為雙側(cè)的(例如，在內(nèi)側(cè)和外側(cè)均具有輪齒)，然而也可以使用具有其它構(gòu)型的其它傳送帶。例如，可以將單側(cè)傳送帶(例如，僅在一側(cè)具有輪齒)用來(lái)配備全部對(duì)齊的反應(yīng)管。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，可以使用排除齒輪和傳送帶或補(bǔ)充齒輪和傳送帶的元件以驅(qū)動(dòng)所述給料系統(tǒng)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，傳送帶102和齒輪104位于支撐所述管體定位的外壁上。螺桿90的旋轉(zhuǎn)速度與鋅-空氣液流電池10的放電速率相關(guān)?？傊?，所述螺桿的旋轉(zhuǎn)速率越大，鋅糊料40和/或氧化鋅糊料42通過(guò)反應(yīng)管52輸送的速度越快。進(jìn)一步地，所述鋅糊料40和/或氧化鋅糊料42通過(guò)反應(yīng)管52傳輸?shù)乃俣仍娇?，反?yīng)速率越大。更進(jìn)一步地，反應(yīng)速率越大，相應(yīng)的充電/放電的速率越大。因此，可以通過(guò)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)92旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺桿90的速度來(lái)調(diào)整所述鋅-空氣液流電池10的充電/放電速率。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，大體預(yù)期為通過(guò)反應(yīng)管52，給料系統(tǒng)60沿著整個(gè)長(zhǎng)度方向以恒定的速度傳輸糊料40、42，同時(shí)螺桿90轉(zhuǎn)動(dòng)(并因此傳輸所述糊料)的速率可以變化。
根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，反應(yīng)管52包括放置在至少兩個(gè)保護(hù)層之間的空氣電極28。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，圖6更詳細(xì)地顯示鋅-空氣液流電池10的反應(yīng)管52。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，反應(yīng)管52顯示為具有層狀的構(gòu)型,其包括內(nèi)管或基部110、隔離件112、空氣電極28和外管或保護(hù)套114?；?10顯示為反應(yīng)管52的最內(nèi)層，保護(hù)套114顯示為反應(yīng)管52的最外層并限定了反應(yīng)管52的外表面。其它所述層顯示為基本位于基部110和保護(hù)套114之間并與其二者同軸。參照?qǐng)D6，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，基部110基本限定通道70(顯示為沿著反應(yīng)管52的縱軸116延伸)，并為反應(yīng)管52的外層提供支撐(例如，機(jī)械固定)，所述反應(yīng)管52的外層圍繞并連接于基部110設(shè)置。當(dāng)鋅糊料40和氧化鋅糊料42通過(guò)鋅-空氣液流電池10的反應(yīng)器26傳輸時(shí)，反應(yīng)管52的通道70承裝鋅糊料40和氧化鋅糊料42。通道70 (例如，渠道、導(dǎo)管等)顯示為基本在反應(yīng)管26的鋅入口 /出口 76和氧化鋅入口 /出口78之間延伸。氧化鋅入口 /出口 78顯示為緊鄰于反應(yīng)管52的第一端部分66設(shè)置，用以將氧化鋅糊料42輸送到反應(yīng)管52的通道70中并從其中輸送出來(lái)。鋅入口 /出口 76顯示為緊鄰于反應(yīng)管52的第一端部分66設(shè)置，用以將鋅糊料40輸送到反應(yīng)管52的通道70中并從其中輸送出來(lái)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，基部110還包括多個(gè)開口 118。將開口 118 (例如，開孔、孔洞等)配置為使流體通過(guò)基部110流動(dòng)(例如，輸送、擴(kuò)散、分配等)。如上面描述的，將空氣電極28基本設(shè)置在基部110的外部，并且糊料40、42意于通過(guò)通道70內(nèi)部流到基部110。因此，憑借通過(guò)基部110延伸，將開口 118配置為使電解液22 (也可能是其它流體)通過(guò)基部110并在陰極和陽(yáng)極材料之間流動(dòng)，促進(jìn)了反應(yīng)器26內(nèi)的鋅電極20和空氣電極28之間的電化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，將基部110配置為使鋅糊料40和/或氧化鋅糊料42在隔離件112和空氣電極28上的腐蝕效應(yīng)最小化。在沒(méi)有基部110的情況下，隨著通過(guò)通道70給料，鋅糊料40和/或氧化鋅糊料42將與隔離件112和/或所述空氣電極直接接觸。這種直接接觸將導(dǎo)致這些反應(yīng)管52組件腐蝕(例如，由于之間的摩擦和導(dǎo)致的剪應(yīng)力)，縮短反應(yīng)管52的壽命并可能是鋅-空氣液流電池10本身的壽命。因此，通過(guò)將基部110大體放置在反應(yīng)管組件的外部(例如，隔離件112和空氣電極28)和鋅糊料40(和/或氧化鋅糊料42)之間，將鋅糊料40 (和/或氧化鋅糊料42)和一些其它反應(yīng)管組件之間的不希望的接觸最小化或完全消除。另外，基部110可以由意于幫助最小化腐蝕的一種或多種材料制成。例如，在示出的示例性的實(shí)施方案中，基部110顯示為由塑料制成。使用塑料幫助將摩擦力和剪應(yīng)力最小化，并因此將腐蝕最小化(例如，由于塑料相對(duì)低的摩擦系數(shù)等)。如將在下面進(jìn)行更詳細(xì)描述的，塑料也將提供如下好處，但不限于幫助避免由于電耦合產(chǎn)生的腐蝕并促進(jìn)氣體從所述反應(yīng)管中移走。根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述基部可以是涂塑的(例如，涂塑鋁)。根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述基部可以由任何幫助最小化或避免侵蝕和/或腐蝕(例如，給出高氫過(guò)電位的金屬(例如，銅、黃銅等)以減輕由于鋅形成的氫氣的腐蝕)。參照?qǐng)D6，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，隔離件112基本圍繞基部110并至少部分沿著反應(yīng)管52的縱軸116延伸。將隔離件112配置用來(lái)防止反應(yīng)器26短路。隔離件112顯示為設(shè)置在空氣電極28和鋅電極20之間并由塑料制成。在一些示例性的實(shí)施方案中，隔離件112由聚丙烯或聚乙烯制成，將該聚丙烯或聚乙烯處理為具有填充電解液的親水性孔洞。在其它示例性的實(shí)施方案中，所述隔離件由任何配置用來(lái)防止所述反應(yīng)器短路的材料和/或包括親水性孔洞的材料制成。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述隔離件由聚丙烯制成，其提供了好的穩(wěn)定性和好的潤(rùn)濕能力(即相對(duì)于電解液)。根據(jù)一些示例性的實(shí)施方案，可以使用其它的塑料。根據(jù)再一個(gè)其它示例性的實(shí)施方案，可以使用任何基本可以被電解液潤(rùn)濕(例如，吸收所述電解液)的材料(例如，陶瓷隔離件等)。參照?qǐng)D6,根據(jù)一個(gè)不例性的實(shí)施方案,空氣電極28顯不為基本管狀的,基本圍繞隔離件112并至少部分沿著反應(yīng)管52的縱 軸116延伸?？諝怆姌O28是二次空氣電極，將該空氣電極設(shè)置為在鋅-空氣液流電池10放電過(guò)程中電流通過(guò)其流出的電導(dǎo)體(即所述空氣電極的外管由如金屬的電導(dǎo)材料形成，并表現(xiàn)為集電器)?？諝怆姌O28可以包括一個(gè)或多個(gè)層。在示出的示例性的實(shí)施方案中，所述空氣電極包括活性層和氣體擴(kuò)散層。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，所述空氣電極可以包括其它層的結(jié)合(例如，活性層、氣體擴(kuò)散層、氧氣析出層和氧氣還原層)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，空氣電極28的組成物使管狀空氣電極產(chǎn)生。所述空氣電極28包括用以提高空氣電極28的機(jī)械強(qiáng)度的粘合劑120，其同時(shí)維持了氧氣的相對(duì)高的擴(kuò)散速率(例如，與更多傳統(tǒng)的空氣電極相比)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，粘合劑120包括聚四氟乙烯(“PTFE”)粘合劑。根據(jù)其它的實(shí)施方案，粘合劑120可以包括但不限于在堿性環(huán)境中疏水的且穩(wěn)定的聚合物和/或其它材料；這些材料可以單獨(dú)使用或結(jié)合使用。粘合劑120可以提供充足的機(jī)械強(qiáng)度以使空氣電極28以多種方式形成，其包括但不限于粘貼、按壓、使用電熱板、壓延等。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，空氣電極28形成于平的薄片上并然后繞著基部110和隔離件112包裹(例如，形成等)成管狀形狀。由粘合劑120提供的相對(duì)高的機(jī)械穩(wěn)定性使這種包裹在基本沒(méi)有破裂形成的情況下產(chǎn)生。為了在所述管狀構(gòu)型中維持空氣電極28，將所述空氣電極薄片的鄰接的邊沿連接，形成接縫(例如，通過(guò)粘合，通過(guò)焊接等)。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，可以將所述空氣電極配置用來(lái)與非管狀的反應(yīng)導(dǎo)管(例如，所述導(dǎo)管具有橢圓形的橫截面、具有多邊形橫截面等)對(duì)應(yīng)，或否則形成使鋅糊料和氧化鋅糊料通過(guò)其輸送的形狀。進(jìn)一步地，所述反應(yīng)管顯示為具有恒定的半徑和橫截面，在其它的實(shí)施方案中，所述反應(yīng)管的半徑和/或橫截面可以沿著縱軸變化。由于并入粘合劑120而提高的空氣電極28的機(jī)械強(qiáng)度可以進(jìn)一步減少通過(guò)鋅-空氣液流電池10的流體的腐蝕效應(yīng)。粘合劑120導(dǎo)致具有光滑表面和相對(duì)緊密粘合(例如，在所述粘合劑和碳之間)的空氣電極形成。由于增強(qiáng)的粘合性能，所述光滑的表面和緊密的連接可以使空氣電極28基本不移除碳，因而減輕了腐蝕。所述粘合劑部分地涂覆碳并在所述空氣電極上限制所述腐蝕效應(yīng)，所述腐蝕效應(yīng)可以由流動(dòng)和氣體析出弓I起。所述空氣電極28的表面積基本與其倍率性能(rate capability)成比例。因此，可以提高或降低空氣電極28的表面積，用以幫助實(shí)現(xiàn)預(yù)期的放電/充電速率和/或?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功率密度。在示出的示例性的實(shí)施方案中，利用空氣電極28的長(zhǎng)度與其周長(zhǎng)相乘來(lái)計(jì)算空氣電極28的表面積。因此，可以增加所述空氣電極的長(zhǎng)度和/或周長(zhǎng)來(lái)適應(yīng)較高的電流密度/較大的負(fù)載量。如上面討論的，預(yù)期為沿著所述反應(yīng)管的長(zhǎng)度方向具有平直的放電曲線，以使貫穿所述反應(yīng)管的長(zhǎng)度方向從一端到另一端的電壓降最小化。如果在離開所述反應(yīng)管之前所述糊料完全放電，所述反應(yīng)管的一部分將不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。之后，伴隨著較少的空氣電極表面積發(fā)生反應(yīng)。同時(shí)也伴隨著產(chǎn)生的電壓降將導(dǎo)致所述反應(yīng)管以相對(duì)低的電壓放電，所述相對(duì)低的電壓可能導(dǎo)致對(duì)所述空氣電極的損壞。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，與很多常規(guī)的電池相比，并不是必須針對(duì)能量存儲(chǔ)將所述空氣電極和所述反應(yīng)管(所述空氣電極在其中使用)進(jìn)行優(yōu)化。所述鋅-空氣液流電池10的結(jié)構(gòu)使能量存儲(chǔ)和能量轉(zhuǎn)化分離。因此，用于鋅-空氣液流電池的空氣電極的設(shè)計(jì)可以集中于將其循環(huán)壽命、效率和功率優(yōu)化和/或提高。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，空氣電極28可以還包括以膜或薄膜形式鄰接于所述反應(yīng)管的孔洞裝配的硅氧烷層(未顯示)。所述硅氧烷層對(duì)氧氣具有選擇性，并使輸送到所述反應(yīng)管中的水蒸氣和二氧化碳減少。所述硅氧烷層的一個(gè)優(yōu)勢(shì)特征是可以表現(xiàn)為防止從鋅-空氣液流電池10中溢出和/或干掉。所述硅氧烷層可以由任何數(shù)量的種類和/或形式的硅氧烷制成。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，所述硅氧烷層包括來(lái)自德國(guó)慕尼黑的瓦克集團(tuán)(Wacker Chemie AG)的娃氧燒Geniomer 80。在其它示例性的實(shí)施方案中，所述硅氧烷層可以與其它層(例如，所述氣體擴(kuò)散層)結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的對(duì)用于鋅-空氣液流電池10的氧氣的選擇性、水蒸氣的處理和二氧化碳的處理。參照?qǐng)D6，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述保護(hù)套或護(hù)罩114基本圍繞空氣電極28并至少部分沿著反應(yīng)管52的縱軸116延伸。將保護(hù)套114配置用來(lái)保護(hù)/防止對(duì)空氣電極28的損壞，并作為空氣電極28的集電器(可以將其與能量輸入/輸出裝置30電連接)，和/或抗腐蝕。保護(hù)套114包括多個(gè)安裝以使流體通過(guò)其流動(dòng)從而與空氣電極28發(fā)生反應(yīng)的開口 122。氣體(例如，空氣和/氧氣)可以通過(guò)開口 122進(jìn)入反應(yīng)管52并向通道70流動(dòng)(例如，擴(kuò)散、分配等)。類似地，氣體(氧氣和二氧化碳)可以流動(dòng)遠(yuǎn)離通道70并通過(guò)開口 122從反應(yīng)管52流出。在示出的示例性的實(shí)施方案中,保護(hù)套114由鎳包鋼制成。在其它示例性的實(shí)施方案中，所述保護(hù)套可以由鎳、不銹鋼、銅或其它任何導(dǎo)電金屬或?qū)λ鲭娊庖旱牟牧蠋в兄辽僖恍┑挚剐缘暮辖鹬瞥伞⒄請(qǐng)D2-4和6，所述反應(yīng)管52的管狀構(gòu)型使空氣電極28相對(duì)容易組裝并使其安裝得基本無(wú)泄漏。泄露可能導(dǎo)致阻抗增加，增大了容量損失并縮短了鋅-空氣液流電池10的壽命。泄露也可能損壞周圍的設(shè)計(jì)。管狀構(gòu)型幫助防止泄露的一種方式是通過(guò)將用于陽(yáng)極和陰極的集電器有計(jì)劃地放置以使泄露最小化。對(duì)于空氣電極28，所述管狀結(jié)構(gòu)使所述集電器放置在反應(yīng)管52的外部或緊鄰于反應(yīng)管52的外部。如果將所述集電器放置在所述空氣電極的內(nèi)部，那么使所述集電器(這里指保護(hù)套)基本位于空氣電極28的外部基本避免了任何可能發(fā)生的泄露。 對(duì)于鋅電極20 (如上面解釋的，將其并入所述糊料中)，所述軸體部分94的管狀構(gòu)型使所述集電器基本并入反應(yīng)管52內(nèi)(例如，如上面討論的，在螺桿90的固定棒96處，所述軸體部分94包括在內(nèi)部帶有固定棒的空心管，在所述螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)該空心管使觸針(contact pin)保持固定)。通過(guò)將用于所述鋅電極20的集電器并入反應(yīng)管52內(nèi)，可以省去觸針(在常規(guī)電池中使用)。因此，可以避免通常與這些觸針相關(guān)的泄露。所述反應(yīng)管52的管狀構(gòu)型還幫助避免泄露，因?yàn)樵谒龉荏w和給料口之間使用了圓柱形密封件。壓力基本分布在所述圓柱型密封件上。這樣，會(huì)存在較少的更易受泄露影響的密封的相對(duì)薄弱的部分。所述管狀結(jié)構(gòu)的其它好處包括但不限于增強(qiáng)的空氣電極對(duì)壓力、腐蝕和溢出的抵抗性(例如，在輸送鋅糊料40和氧化鋅糊料42的過(guò)程中等)。例如，與如果將所述空氣電極裝配為平板相比，所述空氣電極的管狀構(gòu)型使鋅糊料帶有較少摩擦流過(guò)通道70，因此導(dǎo)致其內(nèi)部相對(duì)小的腐蝕。所述圓柱形反應(yīng)管52的層狀構(gòu)型使提供機(jī)械穩(wěn)定性的元件/層并入并幫助提供了增強(qiáng)的抗壓能力(例如，基部110)。參照?qǐng)D2-3和6，可以至少部分基于空氣電極28的每單位表面積的反應(yīng)速率選擇每個(gè)反應(yīng)管52的預(yù)期長(zhǎng)度。如上面描述的，大體情況是空氣電極28的表面積越大，其倍率性能越強(qiáng)。然而，隨著氧氣沿著反應(yīng)管52的長(zhǎng)度方向流動(dòng)，消耗了來(lái)自空氣流80的氧氣。為了保持沿著空氣電極28表面的基本恒定的反應(yīng)速率(例如，避免如上面描述的電壓降)，可以調(diào)節(jié)沿著反應(yīng)管52引導(dǎo)的氧氣的量(例如，改變所述空氣流的速率)或可以調(diào)節(jié)反應(yīng)管52的長(zhǎng)度。由于沿著反應(yīng)管52引導(dǎo)的氧氣的量不能無(wú)限增加，因此有必要限制反應(yīng)管52的長(zhǎng)度。參照?qǐng)D2-3和6，同時(shí)也可以至少部分基于糊料40、42的流動(dòng)性能選擇反應(yīng)管52的預(yù)期長(zhǎng)度。預(yù)期為以恒定速率沿著反應(yīng)管52的整個(gè)長(zhǎng)度，使給料系統(tǒng)60通過(guò)反應(yīng)管52輸送糊料40、42。隨著反應(yīng)管52的長(zhǎng)度增加，保持所述糊料40、42為恒定的輸送速率通常變得更難。以給料系統(tǒng)60為例，所述螺桿90可能受到剛度的限制。換句話說(shuō)，由于撓曲或彎曲，在螺桿90的一端的轉(zhuǎn)動(dòng)速率可以不同于在螺桿90的另一端的轉(zhuǎn)動(dòng)速率。這種撓曲或彎曲可能由螺桿90和糊料40、42之間的相互作用導(dǎo)致?？傊^低粘度的糊料將為所述螺桿提供較低的旋轉(zhuǎn)阻力。然而，較低粘性通常包括較少的鋅陽(yáng)極材料并且不能提供預(yù)期的容量。同時(shí)也應(yīng)該注意到較窄的管體(即帶有相對(duì)小的橫截面的管體)也可能使所述糊料的輸送更困難。因此，可能要求更復(fù)雜的給料系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的放電速率。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，每個(gè)反應(yīng)管52與其它串聯(lián)的或平行的反應(yīng)管52電連接，并被裝配為當(dāng)電路打開時(shí)/在放電過(guò)程中在一個(gè)電壓范圍內(nèi)傳遞電壓(例如，每個(gè)管體為約O. 6-1. 4V等)。類似地，在放電過(guò)程中，跨越每個(gè)反應(yīng)管的電壓可以在基本較高的電壓范圍內(nèi)下降(例如，每個(gè)管體為約1.7-2. 3V等)。充電電壓范圍的上限可能受到反應(yīng)過(guò)程中氫氣析出的限制；這種析出可能降低該反應(yīng)的效率。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，可以將所述反應(yīng)管平行連接以用來(lái)為給出的用途傳遞預(yù)期的電壓。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，圖7-9顯示一個(gè)反應(yīng)管52的橫截面與一個(gè)在其中設(shè)置的螺桿90組裝。如上面提到的，可以將所述糊料40、42配置用來(lái)保持預(yù)期的流動(dòng)性能，同時(shí)提供鋅-空氣液流電池10運(yùn)行過(guò)程中相對(duì)高的容量。應(yīng)該注意到圖6中顯示的螺桿的橫截面和圖7-9中顯示的螺桿的橫截面是可互換的。通常，通過(guò)調(diào)節(jié)電解液22與鋅電極20的比例可以調(diào)節(jié)鋅糊料40和/或氧化鋅糊料42的粘性。每單位重量的電解液22與鋅電極20的比例越高，所述糊料的粘性和密度越低。較低粘性的糊料流動(dòng)較容易(例如，在所述糊料和所述反應(yīng)管之間產(chǎn)生較小的摩擦力和剪應(yīng)力)。較低粘性的糊料也通常使鋅電極20更好用。然而，由于在所述糊料中的鋅電極20較少，因此比容量可能相對(duì)低。在一些情況下，所述比容量不可能適合于預(yù)期的應(yīng)用。相反，每單位重量上電解液與鋅糊料的比例越小，所述糊料的粘性和密度越大。隨著流過(guò)所述反應(yīng)管，粘性較大的糊料產(chǎn)生較大的摩擦力和剪應(yīng)力。同時(shí)，盡管事實(shí)上粘性較大的糊料的利用率可能比不上粘性較小的糊料，但是粘性較大的糊料趨于提供較高的比容量/電化學(xué)存儲(chǔ)能力(例如，以安培小時(shí)計(jì))。
所述鋅糊料40和氧化鋅糊料42可以成功地用在多種密度中。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述糊料的密度可以在約O. 5-5g/ml的范圍內(nèi)。如上所述，較稠密的糊料基本提供較大的電化學(xué)存儲(chǔ)容量(例如，以安培小時(shí)計(jì))。參照下面的表1，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，示出了鋅糊料的示例性的實(shí)施方案的容量測(cè)試結(jié)果。測(cè)試了包括購(gòu)買自德國(guó)杜伊斯堡格里洛集團(tuán)(Grillo-Werke AG)的鋅(GHN-10-0/500Pb/300Bi/300In)的三個(gè)不同的密度的糊料。使用包括KOH和羧酸的電解液(例如，用以幫助防止鋅陽(yáng)極材料沉淀)。表I
鋅糊料密度(g/ml) 比容量(Ah/g)體積比容量(Ah/ml)
2.00.457872Λ5
3.00.655841.967 4. 7 O. 5887 Λ 對(duì)于測(cè)試的糊料，這種糊料的結(jié)果顯示其具有約3. Og/ml的密度，該值提供最好的整體性能。所述3. Og/ml的糊料提供了最高的比容量(O. 65584Ah/g)和次高的體積比容量(1.967Ah/ml)。進(jìn)行的其它測(cè)試證實(shí)了 3. Og/ml的糊料也將提供好的流動(dòng)性能。例如，在約28Pas的粘度下，測(cè)試3. Og/ml的糊料具有約21/s的剪切率?？梢葬槍?duì)在其中使用糊料的反應(yīng)管將糊料進(jìn)行基本優(yōu)化(例如，考慮到橫截面、長(zhǎng)度等)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，可以將基本優(yōu)化的鋅糊料與反應(yīng)管(例如，具有低腐蝕設(shè)計(jì))共同使用，以獲得與一次鋅電池在基本相同范圍的利用率(80-90% )。這種效果例如由上面表I中討論的3g/ml糊料的測(cè)試結(jié)果證實(shí)。如表I中顯示的，所述糊料為3. Og/ml的糊料提供了大于655mAh/g的容量，其對(duì)應(yīng)于約73%的利用率(與理論的816mAh/g相比)。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，在鋅-空氣液流電池10的使用過(guò)程中或多次使用之間可以調(diào)節(jié)所述糊料的密度和流動(dòng)特性。例如，可以通過(guò)填充孔洞(例如，在儲(chǔ)槽24中)將流體(例如，電解液或水)加入。然后，通過(guò)反應(yīng)器26可以使用混合裝置以實(shí)現(xiàn)糊料的均勻給料。同時(shí)也應(yīng)該注意到可以將糊料移走并用新的或不同批次的糊料來(lái)代替。參照?qǐng)D8，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，示出了在所述鋅-空氣液流電池10工作過(guò)程中的一個(gè)反應(yīng)管52。在工作過(guò)程中糊料40、42通過(guò)反應(yīng)管52的輸送為鋅-空氣液流電池10提供多個(gè)壽命延長(zhǎng)和性能提高的好處。
首先，如上面討論的，通過(guò)使電解液22和鋅電極20 (包含在糊料40、42中)對(duì)環(huán)境的暴露降低的方法將糊料40、42輸送到儲(chǔ)槽24中并從其中輸送出來(lái)。
第二，隨著通過(guò)反應(yīng)管輸送糊料40、42減少或防止了形狀改變和枝晶。對(duì)于二次鋅基電池，鋅電極的枝晶或形狀改變是基本的壽命循環(huán)限制因素中的一個(gè)。所述鋅電極的高功率容量至少部分由所述電解液中鋅酸鹽和/或其它鋅鹽(例如，堿性介質(zhì))的形成引發(fā)；所述鋅酸鹽幫助防止在鋅上形成起負(fù)面作用的薄膜。在常規(guī)的二次鋅基電池中，由于流體電解液中鋅酸鹽的遷移率是高的，因此在空氣電極和鋅電極之間的相間(inter-phase)的鋅酸鹽濃度隨著放電深度增加而增加。當(dāng)達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，氧化鋅形成。氧化鋅的形成和溶解對(duì)于為所述鋅電極充電來(lái)說(shuō)是速率決定步驟。由于充電時(shí)氧化鋅的溶解速率低，在相間的鋅酸鹽將發(fā)生反應(yīng)(尤其對(duì)于高速率充電)，這種在相間的鋅沉積導(dǎo)致枝晶的形成。應(yīng)該注意到從鋅變?yōu)檠趸\的不均勻的電流分布、重力效應(yīng)和密度改變也可以使所述鋅電極內(nèi)部發(fā)生形狀改變。在示出的鋅-空氣液流電池10中，通過(guò)所述鋅反應(yīng)的微觀定位基本防止枝晶的形成。隨著通過(guò)反應(yīng)管52輸送糊料40、42，減少了鋅酸鹽的濃度梯度的形成。通過(guò)減小鋅酸鹽的濃度梯度，可以基本防止所述枝晶的形成。隨著所述糊料通過(guò)反應(yīng)管52的通道70移動(dòng)，基本防止了任何形成的枝晶穩(wěn)定化。防止枝晶穩(wěn)定幫助將內(nèi)部短路的危險(xiǎn)最小化。進(jìn)一步地，隨著所述糊料基本繼續(xù)利用螺桿90混合，形狀變化減少了。事實(shí)上，在糊料40、42中的鋅和氧化鋅之間的密度改變可以由施加的流動(dòng)過(guò)程(即如上所述的給料系統(tǒng)60的運(yùn)行)來(lái)控制?？梢詫⑺鍪┘拥牧鲃?dòng)過(guò)程設(shè)置為基本與重力效應(yīng)反向。每次通過(guò)時(shí)，根據(jù)放電深度的不同，將鋅和氧化鋅的混合物輸送返回所述儲(chǔ)槽中。所述糊料的高粘性限制了具有改變密度的糊料的混合或沉淀。注意到可以將所述儲(chǔ)槽設(shè)置為如附圖中所示的或可以如上面所描述的僅包括單獨(dú)的儲(chǔ)槽。第三，所述糊料40、42通過(guò)工作過(guò)程中的反應(yīng)管52的輸送基本移走任何非預(yù)期形成的氣體。鋅-空氣電池內(nèi)部的氣體的形成對(duì)所述系統(tǒng)的運(yùn)行壽命是有害的。由于鋅腐蝕形成的氫氣將降低所述電池的貯藏壽命，并且在所述電池充電過(guò)程中形成的氫氣將降低充電效率。在所述電極之間的相間的氣核(gas nucleation)可以引起電流不均勻分布,導(dǎo)致枝晶形成、容量降低以及基本使之不能參與進(jìn)一步充電和放電反應(yīng)的干斑(dry spot)形成。氣體的形成既可以發(fā)生在空氣電極中也可以發(fā)生在鋅電極中。對(duì)于空氣電極，在充電過(guò)程中形成氧氣。在適中的電流密度下，氧氣通過(guò)構(gòu)造的疏水通道從所述空氣電極中排出。伴隨高功率充電，在所述相間形成氧氣的危險(xiǎn)增加。應(yīng)該注意到氧氣的形成是充電反應(yīng)的一部分并且不會(huì)像在鋅電極形成的氫氣那樣使效率或貯藏壽命降低。從鋅電極獲得低氫氣形成率以增加忙藏壽命和充電庫(kù)倫效率(charge columbic efficiency)可以通過(guò)使用如鉍和銦的合金元素來(lái)實(shí)現(xiàn)。如銦的高氫過(guò)電位金屬由于其提高了氫氣析出的電壓而抑制了氫氣形成。這樣當(dāng)所述電極處于充電電壓時(shí)，保持了高氫過(guò)電位。參照?qǐng)D8-9，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述螺桿90的螺紋部分95的直徑顯示為稍大于反應(yīng)管52的最內(nèi)層的內(nèi)部直徑(基部110)。當(dāng)螺桿90旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述螺紋部分95緊貼基部110推動(dòng)，使基部110和空氣電極28撓曲(例如，呈現(xiàn)波狀形式)。隨著螺桿90緊貼基部110推動(dòng)，迫使成核的氣體(例如，氣泡124)朝向基部110并通過(guò)形成于反應(yīng)管52表面的開口 118從反應(yīng)管52中出來(lái)。當(dāng)所述糊料回到儲(chǔ)槽24中，所述成核的氣體容易從中排出(通過(guò)作為所述儲(chǔ)槽的一部分裝配的排氣閥；作為備選方法，所述儲(chǔ)槽中的復(fù)合催化劑可以使氧氣和氫氣結(jié)合形成水，這樣可以有利地幫助減少所述系統(tǒng)中水分流失)，幫助提高了鋅-空氣液流電池10的功率、效率和循環(huán)性能(例如，通過(guò)防止并減少可能增大電阻的干斑(氣體導(dǎo)致的)等)。參照?qǐng)D10-11，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，將討論在放電過(guò)程中的鋅-空氣液流電池10的運(yùn)行。在放電過(guò)程中，所述鋅糊料40通過(guò)鋅入口 /出口 48從第一腔體44給料，并在反應(yīng)管52之間分配。螺桿90以第一方向旋轉(zhuǎn)，將所述鋅糊料40從緊鄰于每個(gè)反應(yīng)管52的第一端部分66向第二端部分68輸送。通過(guò)空氣流通道64由風(fēng)扇62引導(dǎo)所述空氣流80,并通過(guò)保護(hù)套114的開口 122將其至少部分承裝在反應(yīng)管52中，如空氣流路徑82所示，所述空氣流80流向通道70。在空氣電極28中將來(lái)自空氣流80的氧氣轉(zhuǎn)化成氫氧根離子；這個(gè)反應(yīng)基本包括用以生成氫氧根離子的氧氣還原和電子消耗。然后，所述氫氧根離子在反應(yīng)管52的通道70內(nèi)向鋅糊料40中的鋅電極20遷移。所述氫氧根離子導(dǎo)致鋅氧化，釋 放電子并提供能量。由于與所述氫氧根離子的相互作用，所述鋅糊料40在反應(yīng)管52內(nèi)轉(zhuǎn)化成氧化鋅糊料42并釋放電子(例如，見圖10，其中示出了此轉(zhuǎn)化)。隨著螺桿90在第一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，將所述氧化鋅糊料42繼續(xù)向第二壁58輸送。最終將所述氧化鋅糊料42從反應(yīng)管52經(jīng)過(guò)氧化鋅入口 /出口 50沉積在儲(chǔ)槽24的第二腔體46中。參照?qǐng)D12-13，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，將討論充電過(guò)程中鋅-空氣液流電池10的運(yùn)行。如上面討論的，所述鋅-空氣液流電池10是可再充電的，其可以通過(guò)開發(fā)可再充電的金屬-空氣電極制成。在充電過(guò)程中，氧化鋅糊料42轉(zhuǎn)化或再生回鋅糊料40。將所述氧化鋅糊料42從第二腔體46給料并通過(guò)給料系統(tǒng)60在反應(yīng)管52之間分配。所述螺桿90在第二方向上轉(zhuǎn)動(dòng)(即與其在放電過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)相反的方向)，將所述氧化鋅糊料42從緊鄰于每個(gè)反應(yīng)管52的第二端部分68向第一端部分66輸送。隨著電子的消耗和存儲(chǔ)，氧化鋅糊料42減少以形成鋅糊料40。氫氧根離子在空氣電極28中轉(zhuǎn)化為氧氣，將氧氣加入到空氣流80中。如空氣流路徑82所示，該氧氣從反應(yīng)管52經(jīng)過(guò)保護(hù)套114的開口 122緊鄰于通道70流出。大體參照?qǐng)D2-13，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述鋅-空氣液流電池10包括控制系統(tǒng)98。所述控制系統(tǒng)98提供了至少兩個(gè)基本功能。第一，控制系統(tǒng)98控制了鋅-空氣液流電池10的機(jī)械部分。第二，控制系統(tǒng)98控制了鋅-空氣液流電池10的電學(xué)部分。根據(jù)一個(gè)不例性的實(shí)施方案，由控制系統(tǒng)98控制的鋅-空氣液流電池10的機(jī)械元件包括空氣流系統(tǒng)(包括風(fēng)扇62)、給料系統(tǒng)60 (例如，螺桿-將糊料40、42從儲(chǔ)槽24引導(dǎo)進(jìn)入反應(yīng)管52中并從中引導(dǎo)出來(lái)的給料機(jī)構(gòu))以及在儲(chǔ)槽24內(nèi)糊料40、42的混合。例如，所述控制系統(tǒng)98可以調(diào)節(jié)所述空氣流的速率或所述螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的速率，從而調(diào)節(jié)反應(yīng)速率。由控制系統(tǒng)98控制的鋅-空氣液流電池10的電學(xué)方面/元件包括電流和電壓的充電/放電控制、用于多管系統(tǒng)的電池單體(cell)平衡、過(guò)充電和過(guò)放電控制以及充電狀態(tài)和所述儲(chǔ)槽中Zn漿料的壽命的監(jiān)控。例如，鋅-空氣液流電池10可以“按需要”放電和充電。在一個(gè)不例性的實(shí)施方案中，所述液流電池可以響應(yīng)信號(hào)或其它引發(fā)器(例如，傳感器)來(lái)活化以釋放存儲(chǔ)在其中的能量，或?qū)⑵湓俪潆娨匝a(bǔ)充存儲(chǔ)在其中的能量。通過(guò)調(diào)節(jié)所述控制系統(tǒng)中的電壓實(shí)現(xiàn)放電和充電。對(duì)于所述系統(tǒng)中每個(gè)單獨(dú)的管體，將電壓降低到開路電位以下將使所述電池放電，而將電壓升高到開路電壓以上將使所述電池充電。在一些示例性的實(shí)施方案中，將所述控制系統(tǒng)98配置成使鋅-空氣液流電池10與給出的利用恒定電壓功率曲線的系統(tǒng)和/或裝置合并。在這些實(shí)施方案中，鋅-空氣液流電池10遞送基本恒定的電壓。在其它的實(shí)施方案中，可以將鋅-空氣液流電池10的控制系統(tǒng)98并入到具有不穩(wěn)定電壓曲線的系統(tǒng)(例如，具有脈動(dòng)電壓的系統(tǒng)和/或裝置)中。在這些實(shí)施方案中，鋅-空氣液流電池10可以傳遞變化的電壓和/或進(jìn)一步與二次電池組或超電容器合并以處理脈動(dòng)性能?？梢詫⒁粋€(gè)或多個(gè)傳感器(例如，傳感器126)包括在控制系統(tǒng)98中或與其共同使用，用以提供與其相關(guān)的控制和/或監(jiān)控。例如，配備傳感器126以提供響應(yīng)所述系統(tǒng)和/或裝置(與鋅-空氣液流電池10合并)的功率要求的信號(hào)，并從而幫助控制鋅-空氣液流電池10的放電和/或充電速率。可以將其它傳感裝置配置為用來(lái)監(jiān)控任何數(shù)量的參數(shù)、電解液(例如，Κ0Η)濃度、空氣壓、溫度、和/或濕度水平，并提供信號(hào)或與數(shù)據(jù)測(cè)試對(duì)應(yīng)的其它響應(yīng)。例如，所述傳感器可以是確定所述儲(chǔ)槽中電解液的氫氧根濃度的PH計(jì)，從而提供保持所述鋅-空氣液流電池的運(yùn)行壽命的指示。同時(shí)，其它傳感裝置可以提供液位計(jì)(level indicator)以確定充電和放電狀態(tài)。根據(jù)一些示例性的實(shí)施方案，通過(guò)這些或其它傳感器可以提供多個(gè)這些種功能或其它監(jiān)控/傳感功能。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方式，對(duì)于一些運(yùn)行過(guò)程，機(jī)械控制與電學(xué)控制相互作用。例如，當(dāng)從放電進(jìn)入長(zhǎng)期閑置或關(guān)閉時(shí)，所述機(jī)械控制將可以確保為了安全存儲(chǔ)將所述鋅糊料泵抽入所述儲(chǔ)槽中，并確保使所述儲(chǔ)槽與所述反應(yīng)管連接的閥門關(guān)閉。同時(shí)，為了所述反應(yīng)管的環(huán)境保護(hù)，可以停止所述風(fēng)扇并關(guān)閉攝入空氣的入口閥。當(dāng)從低功率進(jìn)入高功率狀態(tài)時(shí)，可以增加所述空氣流以給出用于反應(yīng)的充足的氧氣，并且將所述給料系統(tǒng)的螺桿的旋轉(zhuǎn)速度提高，以確保通過(guò)所述反應(yīng)管的鋅的放電水平恒定。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述鋅-空氣液流電池10是模塊化的并且在很多領(lǐng)域客戶化。如上面描述的，由鋅-空氣液流電池10存儲(chǔ)的能量(以及可以提供的功率)的量與儲(chǔ)槽24的容量以及所述糊料40、42的電化學(xué)容量有關(guān)。因此，可以將所述糊料的電化學(xué)容量和所述儲(chǔ)槽的尺寸和/或數(shù)量選為理想的數(shù)值。進(jìn)一步地，可以通過(guò)增加或減少反應(yīng)管52的數(shù)目來(lái)調(diào)節(jié)充電或放電的速率。更進(jìn)一步地，可以將多個(gè)鋅-空氣液流電池互相連接并結(jié)合使用，以滿足一組功率和能量存儲(chǔ)參數(shù)。參照?qǐng)D14，示出了作為鋅-空氣液流電池210顯示的金屬-空氣液流電池的另一個(gè)實(shí)施方案。類似于鋅-空氣液流電池10，所述鋅-空氣液流電池210顯示為閉路系統(tǒng)，其包括鋅電極220、電解液222、顯示為儲(chǔ)槽或儲(chǔ)室224的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置、具有一個(gè)或多個(gè)空氣電極228的反應(yīng)器226和功率輸入/輸出裝置230。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，同樣類似于鋅-空氣液流電池10，所述鋅-空氣液流電池210的鋅電極220和電解液222 (例如，氫氧化鉀“Κ0Η”或其它0H—源)結(jié)合(例如，混合、攪拌等)形成了鋅糊料240，所述鋅糊料240作為鋅-空氣液流電池210的反應(yīng)物。將所述反應(yīng)物(例如，活性材料等)設(shè)置為輸送(例如，給料、泵抽、推動(dòng)、施力等)到所述反應(yīng)器226中并從其中輸送出來(lái)。當(dāng)鋅-空氣液流電池10放電時(shí)，將鋅糊料240輸送進(jìn)入反應(yīng)器226中，并在鋅糊料240與氫氧根離子(空氣電極228與來(lái)自空氣的氧氣反應(yīng)產(chǎn)生)反應(yīng)之后將氧化鋅糊料242從反應(yīng)器226中輸送出來(lái)。當(dāng)鋅-空氣液流電池10充電時(shí)，將氧化鋅糊料242輸送到反應(yīng)器226中并在所述氫氧根離子轉(zhuǎn)化回氧氣后將鋅糊料240從反應(yīng)器226中輸送出來(lái)。根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，可以將所述鋅電極和電解液以漿料、顆?；蚱渌绢I(lǐng)域熟知的形式結(jié)合。 根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，與鋅-空氣液流電池10相比，儲(chǔ)槽224僅包括單空腔244 (例如，儲(chǔ)室等)，其中存儲(chǔ)了鋅糊料240和氧化鋅糊料242。所述糊料240、242從儲(chǔ)槽的出口 248出來(lái)并進(jìn)入基本與出口 248相對(duì)的入口 250。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，配備給料系統(tǒng)260以通過(guò)多個(gè)反應(yīng)器226的反應(yīng)管252輸送糊料240、242。在運(yùn)行過(guò)程中，多個(gè)給料系統(tǒng)260的螺桿(類似于螺桿90)將所述糊料從每個(gè)反應(yīng)管252的第一端部分266向每個(gè)反應(yīng)管252的第二端部分268輸送。給料系統(tǒng)260的組件基本類似于給料系統(tǒng)60的組件，在充電和放電過(guò)程中，將鋅-空氣液流電池210的糊料240、242在同一個(gè)方向(即從每個(gè)反應(yīng)管252的第一端部分266向每個(gè)反應(yīng)管252的第二端部分268)給料。即所述給料系統(tǒng)260以基本單向的方式運(yùn)行。參照?qǐng)D14，根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，將討論放電和充電過(guò)程中鋅-空氣液流電池10的運(yùn)行。在放電過(guò)程中，將鋅糊料240通過(guò)出口 248從腔體244給料并將其分配在反應(yīng)管252之間。所述螺桿在第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，將鋅糊料240從緊鄰于每個(gè)反應(yīng)管252的第一端部分266向第二端部分268輸送?？諝饬?80由多個(gè)風(fēng)扇通過(guò)多個(gè)限定在反應(yīng)管252之間的空氣流通道264引導(dǎo)。通過(guò)多個(gè)反應(yīng)管252的保護(hù)套314的開口將空氣流280至少部分地承裝在反應(yīng)管252中。將來(lái)自空氣流280的氧氣轉(zhuǎn)化為空氣電極228的氫氧根離子；這個(gè)反應(yīng)基本包括用以制備氫氧根離子的氧氣還原和電子消耗。然后，在反應(yīng)管252的通道270內(nèi)，氫氧根離子向鋅糊料240的鋅電極220遷移。所述氫氧根離子使鋅氧化，釋放電子并提供能量。由于與氫氧根離子的相互作用，在反應(yīng)管252內(nèi)鋅糊料240轉(zhuǎn)化為氧化鋅糊料242并釋放電子(例如，見圖10，其中示出了這種轉(zhuǎn)化)。隨著所述螺桿在所述第一方向上繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，所述氧化鋅糊料242向所述第二壁58繼續(xù)輸送。最終，使氧化鋅糊料242從反應(yīng)管252輸送經(jīng)過(guò)入口 250并在儲(chǔ)槽224的腔體244中沉積。應(yīng)該注意到不是所有的鋅糊料240都可以單程通過(guò)反應(yīng)管252轉(zhuǎn)化為氧化鋅糊料242。因此，在通過(guò)反應(yīng)管252被輸送后，部分轉(zhuǎn)化的糊料沉積回到腔體244中。基本預(yù)期為通過(guò)反應(yīng)管252將鋅糊料240、242繼續(xù)循環(huán)，直到更多的鋅糊料240轉(zhuǎn)化為氧化鋅糊料242。當(dāng)鋅糊料240充分轉(zhuǎn)化為氧化鋅糊料242時(shí)，通常將發(fā)生電壓降。類似于上面對(duì)關(guān)于鋅-空氣液流電池10的討論，可以利用傳感器監(jiān)控這種電壓降的存在。根據(jù)這個(gè)示例性的實(shí)施方案，一旦檢測(cè)到電壓降，空氣流280將停止并且將施加充電電壓(例如，如上所述，使用如功率輸入/輸出裝置30的輸入/輸出裝置)。在充電過(guò)程中，氧化鋅糊料242轉(zhuǎn)化或再生回鋅糊料240。將氧化鋅糊料242通過(guò)出口 248從腔體244給料，并在充電過(guò)程中由給料系統(tǒng)260將其分配在反應(yīng)管252之間。所述螺桿繼續(xù)在第一方向(即與其在放電過(guò)程中旋轉(zhuǎn)的相同方向)旋轉(zhuǎn)，將氧化鋅糊料242從緊鄰于每個(gè)反應(yīng)管252的第一端部分266向第二端部分268輸送。隨著電子的消耗和存儲(chǔ)，氧化鋅糊料242還原形成鋅糊料240。氫氧根離子在空氣電極28中轉(zhuǎn)化為氧氣，將氧氣加入到空氣流280中。該氧氣從反應(yīng)管252流出，經(jīng)過(guò)保護(hù)套314的開口，并緊鄰于通道270流出。類似于鋅糊料240到氧化鋅糊料242的轉(zhuǎn)化，氧化鋅糊料242不可能單程通過(guò)反應(yīng)管252完全轉(zhuǎn)化為鋅糊料。因此，在被通過(guò)反應(yīng)管252輸送之后，部分轉(zhuǎn)化的糊料可以沉積回到腔體244中?；绢A(yù)期為通過(guò)反應(yīng)管252繼續(xù)循環(huán)糊料240、242，直到更多的氧化鋅糊料242轉(zhuǎn)化為鋅糊料240。下面將討論可以與鋅-空氣液流電池10、鋅-空氣液流電池210以及任何其變形一起使用的其它示例性的反應(yīng)管。
參照?qǐng)D15,其中示出的是作為反應(yīng)管的備選實(shí)施方案的反應(yīng)管410。所述反應(yīng)管410包括設(shè)置在至少兩個(gè)保護(hù)層(顯示為基部414和保護(hù)層416)之間的空氣電極412。與空氣電極28、228不同，空氣電極412顯示為具有兩個(gè)隔離的部分或?qū)樱槍?duì)氧氣析出反應(yīng)和氧氣還原反應(yīng)中的一個(gè)將每個(gè)層進(jìn)行優(yōu)化。也就是說(shuō)，氧化析出反應(yīng)和氧氣還原反應(yīng)不會(huì)發(fā)生在基本單一的空氣電極中。相反,這些反應(yīng)是分離的；一個(gè)反應(yīng)發(fā)生在空氣電極的第一部分(顯不為氧氣還原層420)中，另一個(gè)發(fā)生在空氣電極412的第二部分(顯示為氧氣析出層422)中。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述反應(yīng)管410還包括第一隔離件424、第二隔離件426和配置用來(lái)輸送包括鋅電極和電解液的糊料的中部通道428。類似于隔離件112，配置第一隔離件424以防止反應(yīng)器短路。所述第一隔離件424顯示為位于空氣電極412和所述鋅電極之間，并由塑料制成。所述第二隔離件426顯示為位于空氣電極412的氧氣還原層420和氧氣析出層422之間，提供幫助將這些層分離的功能。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述氧氣還原層420顯示為位于氧氣析出層422的外部。如圖15所示，氧氣還原層420位于保護(hù)套416和第二隔離件426之間。在這種位置關(guān)系下，通過(guò)保護(hù)套416的多個(gè)開口 436進(jìn)入反應(yīng)管410的氧氣可以更易進(jìn)入氧氣還原層420，促進(jìn)氧氣轉(zhuǎn)化為氫氧根離子。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述氧氣析出層顯示為位于第一隔離件424的外部，但位于第二隔離件426的內(nèi)部。在這種位置關(guān)系下，在充電過(guò)程中，所述氧氣析出層可能更易阻止氫氧根離子離開金屬陽(yáng)極，促進(jìn)氧氣析出反應(yīng)。應(yīng)該注意到可以將給料系統(tǒng)60或與其類似的給料系統(tǒng)與反應(yīng)管410 —同使用；然而，根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，可以使用其它適于通過(guò)反應(yīng)管410移動(dòng)或輸送糊料的給料系統(tǒng)。同時(shí)也應(yīng)該注意到可以利用基本類似于將成核氣體從反應(yīng)管52移走的方式將其從反應(yīng)管410移走。參照?qǐng)D16,反應(yīng)管的備選的實(shí)施方案顯示為反應(yīng)管510。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，反應(yīng)管510包括內(nèi)管512和外管514。所述內(nèi)管512顯示為具有層狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括四層，從反應(yīng)管510的縱軸516起向外延伸，分別是保護(hù)套520、空氣電極524、隔離件524和基部526。類似地，所述外管514顯示為具有層狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括四層，從縱軸516其延伸開去，分別是基部530、隔離件532、空氣電極534和保護(hù)套536。換句話說(shuō)，從縱軸516移走，所述外管514的層是內(nèi)管512的層的鏡面。
根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，所述內(nèi)管512基本與外管514同軸心并與其有一段距離，從而限定了所述兩者之間的環(huán)形通道540。將環(huán)形通道540(例如，通道、導(dǎo)管等)構(gòu)造用來(lái)承裝陽(yáng)極糊料(例如，鋅糊料和/或氧化鋅糊料)。類似于反應(yīng)管52，隨著所述糊料移動(dòng)通過(guò)環(huán)形通道540，所述糊料意于與內(nèi)管512和外管514的基部526、530接觸。應(yīng)該注意到意于由并不是給料系統(tǒng)60的給料系統(tǒng)將所述糊料給料或移動(dòng)通過(guò)環(huán)形通道540。例如，可以將泵抽型給料系統(tǒng)與反應(yīng)管510—同使用。
同時(shí)也類似于反應(yīng)管52，空氣流544意于沿著反應(yīng)管510導(dǎo)入，從而使氧氣通過(guò)保護(hù)套520、536上的多個(gè)開口 546進(jìn)入。在示出的示例性的實(shí)施方案中，意味著將空氣引導(dǎo)通過(guò)由內(nèi)管512限定的中心通道548并沿著外管514的外表面。這種構(gòu)型提供了多種好處，包括但不限于由于空氣電極522、534的表面積增大而提供了較高的功率輸出。應(yīng)該注意到根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，可以使用對(duì)于內(nèi)管和外管的其它合適的層的方案。然而，預(yù)期為所述層的方案提供相對(duì)大的空氣電極表面積。這樣,所述空氣電極可以幫助提供相對(duì)的高倍率性能/功率密度。下面將討論金屬-空氣液流電池的一些額外的應(yīng)用。金屬-空氣液流電池可以提供能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化，以用于調(diào)峰、負(fù)載均衡和后備電源供應(yīng)(例如，用于可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能和波能)。所述液流電池可以使與能量產(chǎn)生相關(guān)的釋放(例如溫室氣體)降低，并意于在提高公共事業(yè)部門效率的方面上使用。圖17顯不用于智能電網(wǎng)系統(tǒng)600中的金屬-空氣液流電池610的一個(gè)不例性的實(shí)施方案。所述金屬-空氣液流電池610顯示為通過(guò)DC/AC連接器614與電網(wǎng)612連接，并通過(guò)AC/DC連接器618與可再生能源616連接。所述金屬-空氣液流電池610使金屬存儲(chǔ)在第一腔體620或金屬存儲(chǔ)腔體中，并使金屬氧化物存儲(chǔ)在第二腔體622或金屬氧化物腔體中。將金屬-空氣液流電池610配置為存儲(chǔ)由可再生能源616 (例如，風(fēng)車、太陽(yáng)能板等)產(chǎn)生的能源。以設(shè)置在第一腔體620內(nèi)的金屬糊料的形式，將由可再生能源616產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)在金屬-空氣液流電池610中。通過(guò)響應(yīng)發(fā)送到金屬-空氣液流電池610并顯示需要能量的信號(hào)或其它引發(fā)器，將金屬-空氣液流電池610進(jìn)一步配置為釋放存儲(chǔ)的能量以提供能量。為了產(chǎn)生預(yù)期的能量，將存儲(chǔ)在第一腔體620中的金屬糊料轉(zhuǎn)化為金屬氧化物糊料。產(chǎn)生的能量通過(guò)DC/AC連接器614來(lái)到電網(wǎng)612處。這樣，存儲(chǔ)在金屬-空氣液流電池610內(nèi)的能量提供或幫助供應(yīng)預(yù)期數(shù)量的電能。所述金屬-空氣液流電池610被響應(yīng)和為能量需要填補(bǔ)空缺的能力尤其有助于調(diào)峰(例如，通過(guò)提供負(fù)載均衡、作為后備電源供應(yīng)等)。因此，所述金屬-空氣液流電池610可以幫助減輕與關(guān)于可再生能源的間歇能量產(chǎn)生分布相關(guān)的問(wèn)題。一旦將所述金屬-空氣液流電池610至少部分放電時(shí),可以將其通過(guò)從可再生能源616獲得的能源來(lái)充電，并然后將其再次放電以滿足能量需求。當(dāng)將其充電時(shí)，能量進(jìn)入AC/DC連接器618并且金屬氧化物糊料轉(zhuǎn)化回金屬糊料。通過(guò)閱讀本公開文本將了解到使用本申請(qǐng)示出的示例性的實(shí)施方案可以獲得大量好處。例如，由于鋅-空氣液流電池10是可再充電的閉路系統(tǒng)，因此可以將其循環(huán)多次，提供更長(zhǎng)時(shí)間的使用并提供更大量的功率。這點(diǎn)伴隨著對(duì)環(huán)境最小的影響而全部實(shí)現(xiàn)。其它的好處包括增加放電過(guò)程中的電壓、增加可能循環(huán)的數(shù)目等。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，將液流電池配備為具有金屬電極和空氣電極。所述金屬電極可以是還包括電解液的陽(yáng)極糊料形式。所述液流電池還包括至少一個(gè)位于反應(yīng)器外部的存儲(chǔ)裝置。所述存儲(chǔ)裝置意于存儲(chǔ)陽(yáng)極糊料。所述反應(yīng)器包括與存儲(chǔ)裝置流體連接的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)導(dǎo)管，每個(gè)反應(yīng)導(dǎo)管包括沿著所述反應(yīng)導(dǎo)管并繞其放置的空氣電極?？梢詫⑺鲆毫麟姵嘏渲脼榭稍俪潆姷?。當(dāng)所述金屬-空氣液流電池放電時(shí)，將所述金屬糊料輸送通過(guò)所述反應(yīng)導(dǎo)管并將其轉(zhuǎn)化為金屬氧化物糊料以產(chǎn)生能量。當(dāng)所述金屬-空氣液流電池充電時(shí)，將所述金屬氧化物糊料輸送通過(guò)所述反應(yīng)管并轉(zhuǎn)化回金屬糊料。如本申請(qǐng)中使用的，術(shù)語(yǔ)“約”、“大約”、“基本”和類似的術(shù)語(yǔ)意于具有配合通常的和由與本公開文本主題領(lǐng)域相關(guān)的普通技術(shù)人員接受的寬泛的含義。閱讀本公開文本的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解為這些術(shù)語(yǔ)意于在不將這些特征的范圍限制到提供的精確數(shù)值范圍的情況下對(duì)描述的和要求的特定特征進(jìn)行說(shuō)明。因此，將應(yīng)該理解為表示對(duì)描述和要求的主題的非實(shí)質(zhì)性或非重要的修改或變化的這些術(shù)語(yǔ)認(rèn)為是在如所附的權(quán)利要求中列舉的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。應(yīng)該注意到在本申請(qǐng)中用來(lái)描述各種實(shí)施方案的術(shù)語(yǔ)“示例性的”意于表示這樣的實(shí)施方案合理的實(shí)施例、表達(dá)、和/或合理的實(shí)施方案的解釋(并且這樣的術(shù)語(yǔ)并不表 示這樣的實(shí)施方案是必須不尋常的或最好的實(shí)施例)。為了本公開內(nèi)容的目的，術(shù)語(yǔ)“連接”是指兩個(gè)部件直接或間接地彼此相連。這樣的相連本質(zhì)上可以是固定的或可移動(dòng)的。這樣的相連的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)兩個(gè)部件或兩個(gè)部件與任何額外的中間部件(intermediate member)組合而彼此形成一體或兩個(gè)部件或兩個(gè)部件與任何額外的中間部件彼此附在一起。這樣的相連可以是本質(zhì)上固定的或可以是本質(zhì)上可移動(dòng)的或可釋放的。應(yīng)該注意到根據(jù)其它示例性的實(shí)施方案，各種元件的情況可以不同，并且這樣的變化意于包含在本公開文本中。重要的是注意到在各種示例性的實(shí)施方案中示出的金屬-空氣液流電池的構(gòu)造和配置只是示例性的。盡管在本公開文本中只是詳細(xì)描述了一些實(shí)施方案，但是閱讀本公開文本的本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解到在實(shí)質(zhì)上不偏離新穎性教導(dǎo)和權(quán)利要求中列舉的主題的優(yōu)點(diǎn)的情況下，很多修改是合理的(例如，對(duì)大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和各種元件的比例、參數(shù)值、裝置配置、材料的使用、顏色、方向等的改變)。例如，顯示為整體形成的元件可以由多個(gè)部分或元件構(gòu)成，所述元件的位置可以顛倒或變化，而且分立的元件的性質(zhì)或數(shù)目或位置也可以更改或變化。根據(jù)備選的實(shí)施方案，任何工藝或方法步驟的順序或序列都可以變化或重排序。在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，在各種示例性的實(shí)施方案的設(shè)計(jì)、運(yùn)行情況和配置中也可以做其他的替代、修改、改變和省略。
權(quán)利要求
1.一種金屬-空氣液流電池，包括 構(gòu)造成承裝陽(yáng)極糊料的儲(chǔ)槽； 與所述儲(chǔ)槽流體連通的反應(yīng)管，該反應(yīng)管包括空氣電極、配置成使空氣進(jìn)入所述反應(yīng)管的外表面和內(nèi)部通道；以及 用于使所述陽(yáng)極糊料移動(dòng)通過(guò)所述反應(yīng)管的內(nèi)部通道的機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述用于使所述陽(yáng)極糊料移動(dòng)通過(guò)所述反應(yīng)管的內(nèi)部通道的機(jī)構(gòu)包括螺桿裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述螺桿裝置包括固定棒、與該固定棒可旋轉(zhuǎn)連接的可旋轉(zhuǎn)的管體和從所述管體的外表面延伸的螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述螺紋的至少一部分具有在其上面的聚合物涂層或由聚合物材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)的管體和所述固定棒均由導(dǎo)電材料制成并電連接在一起，其中所述固定棒被配置作為第一集電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)的管體和所述固定棒通過(guò)裝配在所述可旋轉(zhuǎn)的管體和固定棒之間的導(dǎo)電的軸承、刷子或金屬顆粒進(jìn)行電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，可旋轉(zhuǎn)的管體被配置為隨著所述陽(yáng)極糊料移動(dòng)通過(guò)所述反應(yīng)管的內(nèi)部通道與所述陽(yáng)極糊料進(jìn)行電接觸，從而使電荷可以經(jīng)由可旋轉(zhuǎn)的管體在所述糊料和固定棒之間傳導(dǎo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述反應(yīng)管的外表面由導(dǎo)電材料制成并被配置作為第二集電器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，還包括與所述機(jī)構(gòu)連接的發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)用于使所述陽(yáng)極糊料移動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述機(jī)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，還包括用于引導(dǎo)鄰接于所述反應(yīng)管外表面的空氣流的裝置，其中所述反應(yīng)管的外表面包括多個(gè)孔洞，使空氣進(jìn)入所述反應(yīng)管與被驅(qū)動(dòng)通過(guò)所述反應(yīng)管的內(nèi)部通道的陽(yáng)極糊料反應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述陽(yáng)極糊料包括金屬，并且所述反應(yīng)管被配置成使所述金屬轉(zhuǎn)化為金屬氧化物以用來(lái)發(fā)電。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述金屬選自由鋅、鋰、鎂和鋁組成的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述空氣電極是雙功能空氣電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述內(nèi)部通道由所述反應(yīng)管的內(nèi)管限定，并還包括設(shè)置在所述空氣電極和內(nèi)管之間的隔離件。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述儲(chǔ)槽包括第一室和第二室，其中所述金屬-空氣電池被設(shè)置為在所述金屬-空氣液流電池放電過(guò)程中使所述陽(yáng)極糊料從所述第一室移動(dòng)到第二室，并在所述金屬-空氣液流電池充電過(guò)程中使所述陽(yáng)極糊料從所述第二室移動(dòng)到第一室。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述儲(chǔ)槽包括用于承裝所述陽(yáng)極糊料的單室，并且所述金屬-空氣液流電池被設(shè)置為在所述金屬-空氣液流電池的充電和放電過(guò)程中使所述陽(yáng)極糊料在單方向移動(dòng)通過(guò)所述反應(yīng)管。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬-空氣液流電池，其特征在于，所述金屬-空氣液流電池包括多個(gè)與所述儲(chǔ)槽流體連通的反應(yīng)管。
18.—種車輛，包括如上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)中列舉的金屬-空氣液流電池。
19.一種電網(wǎng)系統(tǒng),包括如權(quán)利要求1-17的任一項(xiàng)中列舉的金屬-空氣液流電池。
20.一種用于金屬-空氣液流電池的反應(yīng)管,包括 管體，限定了被構(gòu)造成使陽(yáng)極糊料通過(guò)其流動(dòng)的通道； 空氣電極，具有配置成被圍繞所述管體裝配的基本圓柱形的構(gòu)型，并且為基本圓柱形構(gòu)型。
隔離件，被裝配在所述空氣電極和所述管體之間，用以在所述空氣電極和管體之間提供電隔尚；和 套，圍繞在所述空氣電極周圍，并包括多個(gè)形成于其中的孔洞，以使來(lái)自該套外部的空氣與所述空氣電極相互作用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬-空氣液流電池，包括構(gòu)造成容納陽(yáng)極糊料的儲(chǔ)槽；與所述儲(chǔ)槽流體連通的反應(yīng)管，所述反應(yīng)管包括空氣電極、構(gòu)造成使空氣進(jìn)入所述反應(yīng)管的外表面和內(nèi)部通道；以及用于使所述陽(yáng)極糊料移動(dòng)通過(guò)所述反應(yīng)管的內(nèi)部通道的機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01M8/18GK102625960SQ201080037518
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者亞當(dāng)·勞巴克, 哈維·芒塞, 海因茨·斯圖迪格爾, 特呂格弗·伯查特, 羅穆亞爾德·F·恩伽姆伽, 詹姆斯·P·麥克杜格爾 申請(qǐng)人:雷沃爾特科技有限公司