專利名稱：具有漸進析氧電極/燃料電極的電化學(xué)電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再充電的電化學(xué)電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)電池是公知的。電化學(xué)電池包括陽極或燃料電極，在該電極發(fā)生燃料氧化反應(yīng)；陰極或氧化劑電極，在該電極發(fā)生氧化劑還原反應(yīng)；和支持離子轉(zhuǎn)運的離子導(dǎo)電介質(zhì)。在如在美國專利申請公布2009/(^842四、2011/0086278和2011/0189551以及在美國專利申請13/0 ，496(所有這些在此通過參考將其完整引入)中公開的一些金屬-氣體電池中，燃料電極包括多個骨架電極主體，金屬燃料在其上還原和電沉積。電化學(xué)電池系統(tǒng)可以包括多個電化學(xué)電池。在一些這樣的電化學(xué)電池系統(tǒng)中，第一電池的燃料電極可以連接到第一端子，電池系統(tǒng)內(nèi)的每個電池的氧化劑電極可以連接到后續(xù)電池的燃料電極，該系列的最后電池的氧化劑電極可以連接到第二端子。因此，在每個單個電池內(nèi)產(chǎn)生電勢差，而且因為這些電池串聯(lián)連接，在第一端子和第二端子之間產(chǎn)生累積電勢差。這些端子連接到負載L，產(chǎn)生驅(qū)動電流的電勢差。特別地，本申請努力提供用于對電化學(xué)電池和電化學(xué)電池系統(tǒng)再充電和放電的更切實高效的體系結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供一種使用燃料和氧化劑產(chǎn)生電流的可再充電的電化學(xué)電池系統(tǒng)。電池系統(tǒng)包括電化學(xué)電池。電化學(xué)電池包括燃料電極，所述燃料電極包含N個可滲透的電極主體，所述N個可滲透的電極主體以1至N的順序隔開排列，其中，N是大于或等于2的整數(shù)。所述燃料電極包括所述可滲透的電極主體上的金屬燃料。電池還包括氧化劑電極，所述氧化劑電極與所述燃料電極隔開；和充電電極，所述充電電極選自(a)所述氧化劑電極和(b)與所述燃料電極和所述氧化劑電極隔開的單獨的充電電極。電池另外包括離子導(dǎo)電介質(zhì)，所述離子導(dǎo)電介質(zhì)連通電極用于傳導(dǎo)離子，以支持在電極處的電化學(xué)反應(yīng)。 在電池中，所述燃料電極和所述氧化劑電極配置為在放電模式中氧化所述可滲透的電極主體上的金屬燃料并還原所述氧化劑電極處的氧化劑，從而產(chǎn)生施加于負載的電勢差。電池系統(tǒng)另外包括多個開關(guān)，用于選擇性地將所述燃料電極的電極主體2至N的每個和所述充電電極耦合到電源，以在再充電模式中施加陽極電勢，其中在所述再充電模式中通過所述電源向電極主體1施加陰極電勢。電池系統(tǒng)還包括控制器，所述控制器被配置為在所述再充電模式中控制所述多個開關(guān)，以便對從所述電源向所述可滲透的電極主體2至N和所述充電電極按照漸進方式施加所述陽極電勢進行管理，使得通過還原來自所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料的可還原的離子，電沉積所述金屬燃料，所述電沉積由電極主體1漸進地向充電電極增長，伴隨漸進地連接后續(xù)電極主體2至N的每個到電極主體1，以向每個后續(xù)連接的電極主體施加所述陰極電勢。該開關(guān)的管理還可以使得從每個后續(xù)連接的電極主體去除所述陽極電勢，以及至少向通過所述電沉積未連接的后續(xù)的電極主體施加所述陽極電勢或在電極主體N已經(jīng)通過所述電沉積連接的情況下向所述充電電極施加所述陽極電勢，用于氧化所述氧化劑的可氧化的物質(zhì)。本發(fā)明的另一個方面提供一種對電化學(xué)電池進行充電的方法。電化學(xué)電池包括燃料電極，所述燃料電極包含N個可滲透的電極主體，所述N個可滲透的電極主體以1至N的順序隔開排列，其中，N是大于或等于2的整數(shù)。所述燃料電極包括所述可滲透的電極主體上的金屬燃料。電池還包括氧化劑電極，所述氧化劑電極與所述燃料電極隔開；和充電電極。所述充電電極選自(a)所述氧化劑電極和(b)與所述燃料電極和所述氧化劑電極隔開的單獨的充電電極。電池還包括離子導(dǎo)電介質(zhì)，所述離子導(dǎo)電介質(zhì)連通電極用于傳導(dǎo)離子， 以支持在電極處的電化學(xué)反應(yīng)。在電池中，所述燃料電極和所述氧化劑電極配置為在放電模式中氧化所述可滲透的電極主體上的金屬燃料并還原所述氧化劑電極處的氧化劑，從而產(chǎn)生施加于負載的電勢差。所述方法包括通過將電極主體1耦合到電源而向電極主體1 施加陰極電勢。所述方法還包括通過選擇性地將電極主體2至N耦合到用于施加陽極電勢的電源，對向電極主體2至N施加陽極電勢進行管理。這種管理可以使得通過還原來自所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料的可還原的離子，電沉積所述金屬燃料，所述電沉積由電極主體1 漸進地向充電電極增長，伴隨漸進地連接后續(xù)電極主體2至N的每個到電極主體1，以向每個后續(xù)連接電極主體施加所述陰極電勢。該管理還可以包括從每個后續(xù)連接的電極主體去除所述陽極電勢，和至少向通過電沉積未連接的后續(xù)的電極主體施加所述陽極電勢或在電極主體N已經(jīng)通過電沉積連接的情況下向充電電極施加所述陽極電勢，用于氧化所述氧化劑的可氧化的物質(zhì)。所述方法還可以包括使所述電源解除耦合，以停止充電。本發(fā)明的其他目標(biāo)、特點和優(yōu)點從下面的詳細描述、附圖和所附的權(quán)利要求變得明顯。


圖1說明包括兩個電化學(xué)電池的電化學(xué)電池系統(tǒng)的橫截面圖；圖2說明圖1的電化學(xué)電池系統(tǒng)的分解圖；圖3說明圖1的電化學(xué)電池之一的電極支架；圖4說明圖3的電極支架，支持連接到電極支架的多個隔板(spacer)和燃料電極；圖5更詳細地說明圖4的隔板之一；圖6更詳細地說明圖5的隔板和圖3的電極支架之間的連接；圖7圖解說明根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)的實施方式的電化學(xué)電池和外部負載或電源之間的電連接；圖8圖解說明根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)的實施方式的電化學(xué)電池和外部負載或電源之間的電連接；圖9圖解說明根據(jù)圖8的電池系統(tǒng)的實施方式的切換系統(tǒng)；圖10圖解說明根據(jù)圖8的電池系統(tǒng)的另一個實施方式的切換系統(tǒng)；圖11圖解說明根據(jù)圖8的電池系統(tǒng)的另一個實施方式的切換系統(tǒng)；圖12A至圖12C圖解說明根據(jù)圖8的電池的另一個實施方式的切換系統(tǒng)的、進一步包括多個電池的圖9至圖11的實施方式；圖13圖解說明進一步包括控制器的、類似于圖11的實施方式的切換系統(tǒng)；圖14顯示說明根據(jù)本發(fā)明的對電池充電的方法的一個實施方式的流程圖；圖15顯示說明對電池放電的方法的一個實施方式的流程圖。本發(fā)明的圖解實施方式的詳細說明圖1和圖2說明根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電化學(xué)電池系統(tǒng)100，其包括配置為在其中利用液體離子導(dǎo)電介質(zhì)的兩個電化學(xué)電池10?？梢岳斫?，本文描述的電化學(xué)電池系統(tǒng) 100僅僅是示例性的，且在其他實施方式中，電化學(xué)電池10或電化學(xué)電池系統(tǒng)100的功能或組件可以變化。例如，在不同的實施方式中，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以流過多個電池10，或可以在單電池10之內(nèi)循環(huán)。在一些實施方式中，離子導(dǎo)電介質(zhì)可能一般不在電池10中流動。 可以理解，電化學(xué)電池系統(tǒng)100的部分，例如但不局限于其中的一個或多個電池10和/或及其組成部分，可以在各實施方式中不相同。例如，每個電化學(xué)電池10或電化學(xué)電池系統(tǒng) 100的其他組成部分的各個部分可以具有任何合適的結(jié)構(gòu)或組成，包括但不限于由塑料、金屬、樹脂或其組合形成。因此，每個電池10可以以任何方式組裝，包括由多個元件組成、整體成型等。在各實施方式中，電池10和/或其外殼可以包括來自一個或多個以下專利的元件或排列美國專利申請 12/385，217,12/385, 489,12/549, 617,12/631, 484,12/776, 962、 12/885，268,13/028, 496,13/083, 929,61/358, 339,61/383, 510 和 61/414，579，每個在此通過參考將其完整引入。但是，如圖1所示的實施方式所描繪，每個電池10包括燃料電極 12和與燃料電極12隔開的氧化劑電極14。燃料電極12由電極支架16支撐。如圖1所示， 電化學(xué)系統(tǒng)100還包括蓋19，其用于在系統(tǒng)100的一側(cè)覆蓋電化學(xué)電池10，而電極支架16 的一個是用于覆蓋系統(tǒng)100的對側(cè)。在一個實施方式中，燃料電極12是金屬燃料電極，如下面進一步的詳細討論，其在電池10以放電或產(chǎn)生電流模式操作時，作為陽極發(fā)揮功能。在一個實施方式中，如下面進一步詳細討論，燃料電極12可以包括多個可滲透的電極主體12a-12d，如由任何能夠通過電沉積或以其他方式捕捉并保留來自在電池10中循環(huán)的離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料的粒子或離子的形成方法制成的篩網(wǎng)(screen)。電池10的組成部分例如包括燃料電極12、其可滲透的電極主體12a-12d和氧化劑電極14，該電池10的組成部分可以具有任何合適的構(gòu)造或配置，包括但不限于由鎳或鎳合金(包括鎳-鈷、鎳-鐵、鎳-銅(即莫內(nèi)爾合金)或高溫合金(superalloy))、銅或銅合金、黃銅、青銅或任何其他合適的金屬構(gòu)造。在一個實施方式中，催化劑膜可以應(yīng)用于可滲透的電極主體Ua-12d和/或氧化劑電極14的部分或全部，且具有可以由上文所述的一些材料制成的高表面積的材料。在一個實施方式中，催化劑膜可以通過例如熱濺射、等離子體濺射、電沉積或任何其他顆粒涂覆方法的技術(shù)形成。燃料可以是金屬，如鐵、鋅、鋁、鎂或鋰。金屬這個術(shù)語指包括元素周期表上被認為是金屬的所有元素，包括但不限于堿金屬、堿土金屬、鑭系元素、錒系元素和過渡金屬，當(dāng)在電極主體上聚集時，是原子、分子(包括金屬氫化物)或合金的形式。然而，本發(fā)明不旨在限于任何特定的燃料，可以使用其他的燃料?？梢韵螂姵?0提供作為懸浮在離子導(dǎo)電介質(zhì)中的顆粒的燃料。在一些實施方式中，金屬氫化物燃料可以用于電池10中。離子導(dǎo)電介質(zhì)可以是水溶液。合適的介質(zhì)的例子包括包含硫酸、磷酸、三氟甲磺酸、硝酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鈉、硝酸鉀或氯化鋰的水溶液。介質(zhì)也可以使用非水溶劑或離子液體。在本文所述的非限制的實施方式中，介質(zhì)為氫氧化鉀水溶液。在一個實施方式中，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以包括電解質(zhì)。例如，可以使用傳統(tǒng)的液體或半固體電解質(zhì)溶液， 或者在室溫下可以使用離子液體，如在美國專利申請12/776,962中提到的那些，在此通過參考將其完整引入。在電解質(zhì)是半固體的實施方式中，可以使用多孔固態(tài)電解質(zhì)膜(即松散的結(jié)構(gòu))。當(dāng)燃料電極12作為陽極操作時，燃料可以在燃料電極12氧化；當(dāng)氧化劑電極14 作為陰極操作時，氧化劑(如氧氣)可以在氧化劑電極14還原，如在下面進一步詳細討論， 這是當(dāng)電池10連接到負載L且電池10處于放電或產(chǎn)生電流模式時的情況。在放電模式過程中發(fā)生的反應(yīng)可以產(chǎn)生副產(chǎn)物沉淀，例如，離子導(dǎo)電介質(zhì)中的可還原的燃料物質(zhì)。例如， 在燃料是鋅的實施方式中，氧化鋅可以作為副產(chǎn)物沉淀/可還原的燃料物質(zhì)而產(chǎn)生。氧化的鋅或其他金屬也可以由電解質(zhì)溶液承載、受電解質(zhì)溶液氧化或在電解質(zhì)溶液中溶劑化， 而不形成沉淀(如鋅酸鹽可以是保留在燃料中的溶解的可還原的燃料物質(zhì))。在下面進一步詳細討論的再充電模式過程中，可還原的燃料物質(zhì)(例如氧化鋅)可以可逆地還原，且可以作為燃料(例如鋅)沉積在燃料電極12的至少部分上，所述燃料電極12在再充電模式過程中作為陰極發(fā)揮功能。在再充電模式過程中，如下所述，氧化劑電極14或單獨的充電電極70 (在一些實施方式中其可以具有與可滲透的電極主體12a-12d類似的構(gòu)造或配置) 和/或燃料電極12的另一部分作為陽極發(fā)揮功能。下文進一步詳細討論放電和再充電模式之間的切換。電極支架16限定在其中保持燃料電極12的腔18。電極支架16也限定電池10的入口 20和出口 22。入口 20配置為允許離子導(dǎo)電介質(zhì)進入電池10和/或通過電池10再循環(huán)。入口 20可以通過入口通道M連接到腔18，且出口 22可以通過出口通道沈連接到腔 18。如圖3中所示，入口通道M和出口通道沈每個可以提供蜿蜒曲折的通路，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以流動通過所述通路。由入口通道M限定的蜿蜒的通路優(yōu)選不包含任何尖角，介質(zhì)在所述尖角中的流動可能變得停滯不前或介質(zhì)中的任何微?？赡軙奂谒黾饨侵小Ｕ缦挛倪M一步的詳細討論，可以設(shè)計通路M、26的長度，以提供在以流體方式串聯(lián)連接的電池之間的增加的離子電阻。對于每個電池10，適當(dāng)時可以將可滲透的密封構(gòu)件17結(jié)合在電極支架16的密封面和/或蓋19之間，以至少將燃料電極12包封在腔18中。密封構(gòu)件17還覆蓋入口通道M和出口通道26。密封構(gòu)件17是非導(dǎo)電性和電化學(xué)惰性的，并優(yōu)選設(shè)計為在正交方向中(即通過其厚度)對于離子導(dǎo)電介質(zhì)可滲透，而不允許離子導(dǎo)電介質(zhì)的橫向轉(zhuǎn)運。 這使得離子導(dǎo)電介質(zhì)可滲透通過密封構(gòu)件17，實現(xiàn)與相對側(cè)的氧化劑電極14的離子導(dǎo)電性，從而支持電化學(xué)反應(yīng)，而并不使得離子導(dǎo)電介質(zhì)從電池10橫向向外“通過毛細作用被傳送”(“wicking”)。用于密封構(gòu)件17的合適的材料的一些非限制性的例子是EPDM和 TEFLON 。在圖示的實施方式中，腔18的橫截面一般呈長方形或正方形，基本上與燃料電極 12的形狀相匹配。腔18可以通過多個入口 34連接到入口通道M，使得當(dāng)離子導(dǎo)電介質(zhì)和沉淀物或可還原的燃料物質(zhì)進入腔18時，離子導(dǎo)電介質(zhì)和燃料沿燃料電極12的側(cè)面分布。在一些實施方式中，腔18的一側(cè)(具體地說，連接到入口通道M的腔18的一側(cè))可以包括多個流態(tài)化區(qū)(fluidization zone)，如在美國專利申請公布2011/0086278中描述的那些，在此通過參考將其完整引入。在其他實施方式中，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以通過擴散體 (diffuser)進入腔18，如在美國專利申請公布2011/189551中描述的，在此通過參考將其完整引入。如圖4所示，多個隔板40 (其中每個彼此隔開地穿過燃料電極12而延伸)可以連接到電極支架16，使得燃料電極12可以相對于電極支架16和氧化劑電極14保持在原位。 在一個實施方式中，如圖2所示的多個可滲透的電極主體12a-12d，可以由多個隔板40的組分開，使得每組隔板40定位于相鄰的電極主體之間以使得電極主體12a-12d相互電隔離。 下面更詳細地討論，在相鄰電極主體之間的每組隔板40中，隔板40以一種在其間產(chǎn)生所謂的“流動通道”(“flow lane”)42的方式相互間隔定位。流動通道42是三維的，且高度與隔板40的高度大致相等。在一個實施方式中，隔板40可以由具有對應(yīng)于流動通道的式樣 (cut-outs)的單一框架提供。在一個實施方式中，流動通道42可以包括泡沫-或蜂窩式結(jié)構(gòu)，其被配置為允許離子導(dǎo)電介質(zhì)流動穿過。在一個實施方式中，流動通道42可以包括配置為破壞通過流動通道的離子導(dǎo)電介質(zhì)的流動的栓(Pin)的陣列。在一個實施方式中，電池10的框架、隔板40、流動通道42和/或其他元件可以通過塑料注塑成型，或使用化學(xué)過程形成的環(huán)氧/絕緣材料來限定。所示的實施方式不旨在以任何方式限制。隔板40是非導(dǎo)電性和電化學(xué)惰性的，所以它們關(guān)于電池10中的電化學(xué)反應(yīng)方面無活性。隔板40優(yōu)選具有這樣的尺寸，使得當(dāng)它們連接到電極支架16時，隔板40處于拉伸狀態(tài)，這使得隔板40擠壓燃料電極12或電極主體12a-12c之一，從而保持燃料電極12 或其主體相對于電極支架16處于平面關(guān)系。隔板40可以由塑料材料(如聚丙烯、聚乙烯、 改性聚苯醚(noryl)、含氟聚合物等)制成，其允許隔板40以拉伸狀態(tài)連接到電極支架16。在如圖5所示的實施方式中，每個隔板具有拉長的中間部分44和在每個末端的成形連接部分46。成形連接部分46配置為由如圖6所示的形狀與電極支架16大致相似的開口 48保持。在圖示說明的實施方式中，成形連接部分46和開口 48具有基本上三角的形狀，但圖示說明的形狀不旨在以任何方式限制?；旧先堑男螤钤谂渲脼榻佑|電極支架 16上的相應(yīng)表面52的隔板40的拉長部分44的兩側(cè)上提供表面50。由于表面50、52相對于隔板40的拉長部分44的主軸MA成角度，且隔板40的張力將沿主軸MA，所以相比具有同樣面積的圓形或正方形形狀的成形部分，拉伸產(chǎn)生的力可以橫跨較大的表面分布。一旦隔板40已經(jīng)通過末端部分46連接到電極支架16，流動通道42被限定為橫跨電極支架16的腔18。隔板40被配置為基本上將一個流動通道4 相對于相鄰的流動通道 42b進行封鎖，其由隔板40之一分開，使得將離子導(dǎo)電介質(zhì)引導(dǎo)為一般以基本上一個方向流動。具體來說，離子導(dǎo)電介質(zhì)一般可以沿第一方向FD穿過燃料電極12流動，從入口通道 M流向出口通道沈。在入口通道M和入口 34之間產(chǎn)生合適的壓力降低，使得離子導(dǎo)電介質(zhì)可以流過腔18和流向出口通道沈，甚至當(dāng)電池10定向使得流動基本上向上和對抗重力時也是如此。在一個實施方式中，離子導(dǎo)電介質(zhì)也可以以第二方向SD滲透通過燃料電極12 或單個可滲透的電極主體12a_12d，并進入位于燃料電極12或可滲透的電極主體lh-12d 的相對側(cè)上的流動通道中。如圖7的實施方式所示，電化學(xué)電池系統(tǒng)100中的電池10的燃料電極12可以選擇性地連接到外部負載L，使得隨燃料在燃料電極12氧化而由燃料放射出的電子可以流向外部負載L。包括多個開關(guān)的切換系統(tǒng)60可以選擇性電連接燃料電極12的每個單獨的可滲透的電極主體12a-12d，也可以選擇性地將可滲透的電極主體1加-12(1連接到氧化劑電極14。如圖所示，在一些實施方式中，電化學(xué)電池系統(tǒng)100可以進一步包括其他電池10。在一個實施方式中，切換系統(tǒng)60可以包括端子選擇器系統(tǒng)62，配置為對用于使電池10放電的外部負載L進行耦合或解除耦合，或者對用于使電池10充電的電源PS進行耦合或解除耦合。在另一個實施方式中，切換系統(tǒng)60和端子選擇器系統(tǒng)62可以是單獨的，但在一個實施方式中，可以互相連通。下面更詳細地討論切換系統(tǒng)60。當(dāng)氧化劑電極14連接到外部負載L并且電池10以放電模式操作時，氧化劑電極 14作為陰極發(fā)揮功能。當(dāng)作為陰極發(fā)揮功能時，氧化劑電極14被配置為接收來自外部負載L的電子并還原接觸氧化劑電極14的氧化劑。氧化劑可以是對于在充電電極氧化可用的任何氧化劑物質(zhì)。例如，物質(zhì)可以是游離離子、或與離子導(dǎo)電介質(zhì)中的其他離子或組分結(jié)合或配位的離子。在一個實施方式中，氧化劑電極14包括空氣呼吸電極(air breathing electrode)，并且氧化劑包括周圍空氣中的氧氣。氧化劑可以由被動轉(zhuǎn)運系統(tǒng)遞送到氧化劑電極14。例如，如果周圍空氣中存在的氧氣是氧化劑，則只通過電池內(nèi)的開口(例如在電化學(xué)電池系統(tǒng)100的中心處提供的電極支架16的凹槽56和蓋19的凹槽M所提供的開口 )將氧化劑電極14暴露到周圍空氣，可以足以允許氧氣擴散/滲透進入氧化劑電極14?？梢允褂闷渌线m的氧化劑，此處所描述的實施方式不局限于使用氧氣作為氧化劑。適當(dāng)時，可將外圍墊圈(gasket) 15定位于氧化劑電極14的外圍和蓋19或電極支架16之間，以防止離子導(dǎo)電介質(zhì)在氧化劑電極14周圍泄漏和進入用于空氣暴露的凹槽M、56的區(qū)域中。在其他實施方式中，泵(如風(fēng)機)可以用于在壓力下向氧化劑電極14遞送氧化劑。氧化劑的來源可以是蓄存的氧化劑(contained oxidizer)的來源。在一個實施方式中，如在美國專利申請12/549，617中公開的(在此通過參考將其完整引入)，氧氣可以從電池10循環(huán)使用。同樣，當(dāng)氧化劑是來自周圍空氣中的氧氣時，氧化劑來源可以廣泛地視為被動或主動(如泵、風(fēng)機等)的遞送機構(gòu)，通過該遞送機構(gòu)允許空氣流向氧化劑電極14。因此，術(shù)語“氧化劑來源”意圖涵蓋蓄存的氧化劑和/或用于從周圍空氣向氧化劑電極14被動或主動遞送氧氣的布置。當(dāng)在氧化劑電極14的氧化劑還原時，產(chǎn)生可以由外部負載L引出的電力，而在燃料電極12的燃料被氧化成氧化形式。一旦燃料電極12的燃料完全氧化或由于燃料電極的鈍化而氧化停止，電池10的電勢耗盡。切換系統(tǒng)60的部分可以定位在氧化劑電極14和負載L之間，使氧化劑電極14可以根據(jù)需要與負載L連接和斷開。同樣，下面提供有關(guān)切換系統(tǒng)60及其電氣配置的更多細節(jié)。為了限制或抑制在放電模式過程中和靜態(tài)(開路)時段內(nèi)在燃料電極12的析氧， 可以添加鹽來減緩這種反應(yīng)?？梢允褂缅a、鉛、銅、汞、銦、鉍或具有高氫超電勢的任何其他材料的鹽。此外，可以添加酒石酸鹽、磷酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、銨鹽或其他抑制析氫的添加劑。在一個實施方式中，金屬燃料合金(如Al/Mg)可以用于抑制析氫。也可以另外或者作為替代手段地向離子導(dǎo)電介質(zhì)添加其他添加劑，包括但不限于例如美國專利申請 13/028，496(在此通過參考將其完整引入)中描述的增強燃料電極12上的金屬燃料的電沉積過程的添加劑。電池10中的燃料已完全被氧化后，或每當(dāng)期望通過將氧化的燃料離子還原回燃料來再生電池10內(nèi)的燃料時，燃料電極12和氧化劑電極14可以與外部負載L解除耦合并與電源PS耦合。如上所述，例如通過使用切換系統(tǒng)60和端子選擇器系統(tǒng)62可以進行這樣的連接。電源PS被配置為通過向燃料電極12和氧化劑電極14之間施加電勢差而對電池 10充電，使得燃料的可還原的物質(zhì)被還原并電沉積在可滲透的電極主體12a_12d的至少一個上，并在氧化劑電極14上發(fā)生相應(yīng)的氧化反應(yīng)，這通常是可氧化的物質(zhì)氧化而析出可以從電池10釋放(off-gassed)的氧氣。在其中氧氣是氧化劑的實施方式中，電解水溶液中的氧離子被氧化。氧離子可從燃料的氧化物(例如，當(dāng)鋅是燃料時，為氧化鋅)、氫氧根離子(0H_)或水分子(H2O)獲得。如美國專利申請12/385，489(在此通過參考將其完整引入) 詳細描述，在一個實施方式中，只有一個可滲透的電極主體(如12a)連接到電源PS，使得燃料還原在該可滲透的電極主體上，并逐一地漸進增長到其他可滲透的電極主體12b-12d 上。切換系統(tǒng)60可以控制可滲透的電極主體12a-12d和氧化劑電極14如何參與電池的電化學(xué)反應(yīng)，這在下文作更詳細描述。圖8顯示一個實施方式，其中，提供電化學(xué)電池系統(tǒng)100中的電池10的單獨的充電電極70作為充電電極而不是氧化劑電極14發(fā)揮該功能。同樣，在一些實施方式中，如圖所示，其他電池10可以是電化學(xué)電池系統(tǒng)100的一部分。如圖2所示，單獨的充電電極70 可以定位于燃料電極12和氧化劑電極14之間，其中隔板72和密封構(gòu)件17定位于單獨的充電電極70和氧化劑電極14之間。隔板72是不導(dǎo)電的，且具有離子導(dǎo)電介質(zhì)可以流動通過的開口。在上述關(guān)于圖7的實施方式中，氧化劑電極14在產(chǎn)生電流/放電過程中作為陰極發(fā)揮功能，并如上所述在充電過程中作為陽極發(fā)揮功能。在圖8中，氧化劑電極14在產(chǎn)生電流/放電過程中仍然為陰極，但在充電過程中可以斷開連接，而單獨的充電電極70連接到電源PS作為陽極發(fā)揮功能。在產(chǎn)生電流的過程中，燃料電極12上的燃料被氧化，產(chǎn)生被引導(dǎo)對負載L供電、然后被引導(dǎo)向氧化劑電極14用于還原氧化劑(如上文詳細討論)的電子。在包括單獨的充電電極70的實施方式中，切換系統(tǒng)60可以控制可滲透的電極主體 12a-12d、氧化劑電極14和單獨的充電電極70如何參與電池的電化學(xué)反應(yīng)，這在下文更詳細的描述。在本發(fā)明的任何實施方式中，也可以向燃料電極12的電極主體12a_12d的任何或全部而不是只是一個施加陰極電勢，以產(chǎn)生逐主體漸進的增長。從一個端子開始的漸進增長是有利的，因為它提供更大的電沉積的燃料的密度。具體來說，隨著每個后續(xù)主體通過漸進增長相連，先前連接的電極主體的增長繼續(xù)。這種和其他優(yōu)勢在美國專利申請 12/385，489(在此通過參考將其引入)中更詳細的討論。在所有電極主體經(jīng)受同樣的電勢的情況下，將只發(fā)生增長，直到在充電電極(圖7的實施方式的氧化劑電極14和圖8的實施方式的單獨的充電電極70)及與其接近的電極主體之間發(fā)生短路為止。因此，可以獲得以這種方式的更快但密度更小的增長，這可能是適合某些再充電的需要。圖7和圖8所示的實施方式不應(yīng)被視為以任何方式限制，并提供為電池10如何可以被配置為可再充電的非限制性的例子。本發(fā)明的再充電模式，在切換系統(tǒng)60的情況下， 在下文作更詳細的討論。另一個例子是美國專利申請公布2011/0070506(在此通過參考將其全部內(nèi)容引入)描述在電池中具有充電/放電模式切換的可充電的電化學(xué)電池系統(tǒng)的實
1施方式。 回到圖4，在離子導(dǎo)電介質(zhì)通過燃料電極12之后，介質(zhì)可以流入連接到出口 22和電極支架16的腔18的出口 36的出口通道26。如在下面進一步的詳細討論，當(dāng)多個電池 10以流體方式串聯(lián)連接時，在其中介質(zhì)在電池10中再循環(huán)的實施方式中，出口 22可以連接到入口 20或連接到相鄰電池的入口。在一個實施方式中，出口 22可以連接到容器以收集在電池10已使用的介質(zhì)。 圖1和圖2所示的電池10可以以流體方式串聯(lián)連接。串聯(lián)連接的電池的實施方式的細節(jié)在2009年12月4日提交的美國專利申請12/631，484中提供，在此通過參考將其完整引入。第一電池10的出口的22可以以流體方式連接到第二電池10的進口 20，第二電池 10的出口 22可以連接到第三電池的入口 20，依此類推。雖然圖1和圖2的實施方式說明兩個電池10，額外的電池可以堆疊和以流體方式連接到圖示說明的電池。由于如上所述以及圖3和圖4所示，入口通道M和出口通道沈產(chǎn)生的蜿蜒曲折的通路，介質(zhì)通過通路24、 26的流動通路的長度大于每個電池10中的燃料電極12和氧化劑電極14之間的距離。這在以流體方式連接的電池對之間產(chǎn)生離子電阻，其大于單個電池10中的離子電阻。如美國專利申請12/631，484所討論，這可以減少或最小化電池100的堆疊的內(nèi)部離子電阻損失。在操作的一個實施方式中，其上已經(jīng)沉積有金屬燃料的燃料電極12連接到負載 L，并且氧化劑電極14連接到負載L。離子導(dǎo)電介質(zhì)在正壓力下進入入口 20，流動通過入口通道對、腔18的入口 34，并進入流動通道42。離子導(dǎo)電介質(zhì)流動穿過隔板40的拉長的中間部分22限定的流體通道42中的可滲透的電極主體12a-12d。離子導(dǎo)電介質(zhì)也可以滲透穿過燃料電極12的可滲透的電極主體12a-12d。離子導(dǎo)電介質(zhì)同時接觸燃料電極12和氧化劑電極14，從而使得燃料氧化和傳導(dǎo)電子到負載L，而氧化劑在氧化劑電極14處通過由負載L傳導(dǎo)到氧化劑電極14的電子還原。在離子導(dǎo)電介質(zhì)通過流動通道42后，介質(zhì)通過腔18的出口 36流出腔18，穿過出口通道24，并流出電池10的出口 22。當(dāng)電池10的電勢已經(jīng)耗盡時，或者當(dāng)另外期望對電池10再充電時，燃料電極12 連接到電源PS的負極端子，并且充電電極連接到電源PS的正極端子，所述充電電極可以是氧化劑電極14或單獨的充電電極70?？梢酝ㄟ^下面討論的切換系統(tǒng)60進行這種連接。在充電或再充電模式下，燃料電極12的陰極部分成為陰極，燃料電極12和/或充電電極14、 70的陽極部分成為陽極，這在下文更詳細描述。通過向燃料電極12的陰極部分提供電子， 燃料離子可以還原為燃料，再沉積在可滲透的電極主體Ua-12d上，這在下文更詳細描述； 而離子導(dǎo)電介質(zhì)以與上面關(guān)于放電模式描述的相同方式循環(huán)通過電池10。流動通道42提供離子導(dǎo)電介質(zhì)穿過燃料電極12的方向性和分布。流動通道42 還可以防止微粒沉淀和/或覆蓋電極。當(dāng)電池10處于充電模式時，微粒在整個燃料電極12 的改善的分布允許還原的燃料更均勻沉積在燃料電極12上，這提高燃料電極12上的燃料的密度，增加電池10的容量和能量密度，從而提高電池10的循環(huán)壽命。此外，通過具有控制放電過程中沉淀物或反應(yīng)副產(chǎn)物的分布的能力，可以阻止副產(chǎn)物在燃料電極12上的早期鈍化/沉積。鈍化導(dǎo)致較低的燃料利用率和較低的循環(huán)壽命，這是不符合需要的。圖1-圖8的例子并不是限制性的，只是提供用于理解電池系統(tǒng)100的電池10的實施方式的一般原則的上下文?？梢允褂萌魏坞姵貥?gòu)造或配置。在理解提供的電池系統(tǒng)的情況下，轉(zhuǎn)向關(guān)注本發(fā)明的切換系統(tǒng)60的配置和操作。
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如上所述，在電池10的充電模式過程中，在電池10內(nèi)橫跨電極施加電勢差。在充電過程中，雖然氧化劑電極14或單獨的充電電極70 —般作為陽極發(fā)揮功能，但可以向其他電極(如燃料電極12中的一些電極主體)施加陽極電勢。同樣，在充電過程中，最初可以將陰極電勢施加到燃料電極12的電極主體12a，但最初也可以施加到燃料電極12的一個或多個其他可滲透的電極主體12b-12d。因此，那些具有陰極電勢的燃料電極12的可滲透的電極主體12a-12d在充電過程中作為陰極發(fā)揮作用，并作為對于可還原的燃料物質(zhì)(例如， 電池在放電過程中產(chǎn)生的氧化的燃料離子)的還原位置發(fā)揮作用。隨著可還原的燃料物質(zhì)在那些具有陰極電勢的可滲透的電極主體12a_12d上被還原，氧化劑電極14或單獨的充電電極70和/或那些具有陽極電勢的可滲透的電極主體 12b-12d將氧化可氧化的氧物質(zhì)(例如，電池在放電過程中產(chǎn)生的還原的氧化劑物質(zhì))。因此，當(dāng)電池10是金屬-空氣電池時，可還原的金屬燃料物質(zhì)正在被還原并電沉積在燃料電極12的一些可滲透的電極主體的Ua-12d上；可氧化的氧物質(zhì)正在被氧化為可以從電池 10釋放的氧氣。在該實施方式中，那些具有陽極電勢的電極和電極主體可以被認為是析氧電極(OEE)。為了確定在充電過程中哪些電極(即，可滲透的電極主體12a-12d、氧化劑電極14 和/或單獨的充電電極70)具有陽極電勢或陰極電勢，其間的電連接可以通過切換系統(tǒng)60 控制，這在下文更詳細討論。用于對電池10充電的電勢差施加于電池10中的相鄰主體之間，使得具有陽極電勢的電極主體與具有陰極電勢的電極主體相鄰，這對于燃料增長(fuel growth)可以是有利的。一旦在具有陰極電勢的電極主體上發(fā)生充分的燃料增長，具有陽極電勢的電極可能改變，以至于以前是一組具有陽極電勢的電極主體的一部分的可滲透的電極主體可能成為一組具有陰極電勢的電極主體的一部分。在其中存在N個可滲透的電極主體的實施方式中，從電源向可滲透的電極主體2至N和充電電極施加陽極電勢可以包括同時將所有電極主體和充電電極連接在一起，然后依次斷開電極主體2至N的每個電極主體?？蛇x擇地，在一個實施方式中，從電源向可滲透的電極主體2至N和充電電極施加陽極電勢可以包括依次單獨地連接和斷開每一個電極主體和充電電極(使得電極主體2連接到陽極電勢，然后斷開，并且電極3連接到陽極電勢，依此類推，直到最終連接充電電極而完成增長)。在一個實施方式中，在充電過程中，充電電極可以只是最后的電極來接收陽極電勢。例如，充電電極可以是氧化劑電極或單獨的電極。當(dāng)充電電極是單獨的電極時，它可以具有不同于燃料電極的電極主體的專用的構(gòu)造，或可以與可滲透的電極主體相同(即，只是又一個電極主體)，但對于充電過程中燃料的增長并不繼續(xù)的事實失去原有效用。在圖1-圖2所示的上述實施方式中，對于哪些電極具有陽極電勢的漸進改變可以遵循通過每個可滲透的電極主體12a_12d的燃料增長，使得具有陽極電勢的電極保持為與具有陰極電勢的電極相鄰間隔開的電極主體。如在以下附圖的實施方式中所示，開關(guān)系統(tǒng) 60可以被配置為選擇性地連接和斷開各種電極和電極主體，以保持陽極電勢和陰極電勢的相鄰定位。圖9-圖12顯示電池10的切換系統(tǒng)60的實施方式。電池10通過第一端子130 和第二端子140可連接到電源PS、負載L或串聯(lián)的其他電池10，其中，第一端子130在再充電過程中是負極(陰極)，第二端子140在再充電過程中是正極(陽極)。如圖所示，電池10具有包含可滲透的電極主體12a-12d的燃料電極12、充電電極70和氧化劑電極14。在一個實施方式中，多個開關(guān)可以選擇性地將可滲透的電極主體12b-12d中的至少一些耦合至電源(如電源PS)，以在電池10的再充電模式過程中施加陽極電勢，其中向至少電極主體 12a施加陰極電勢，這在下文更詳細描述。在圖9中，切換系統(tǒng)60包括旁路開關(guān)150，該旁路開關(guān)150配置為在第一端子 130和第二端子140之間提供直接連接。旁路開關(guān)150可以類似于美國專利中請公布 2011/0070506所述的旁路開關(guān)，在此通過參考將其完整引入。出于許多影響堆疊的性能的原因，電池10可以由旁路開關(guān)150進行旁路。例如，在充電過程中具有陰極電勢的電極主體Ua-12d和充電電極70之間的短路(如下所述，通過電壓測量檢測的)可以導(dǎo)致充電過程中寄生電源的代價。由于電流在充電電極和燃料電極之間的分流，電短路可以導(dǎo)致充電電極和燃料電極之間的電壓突然下降。另一個例子是在放電過程中，具有較高的動能或歐姆損耗的任何電池10影響堆疊的往返效率和放電功率。此外，電池10在放電過程中比其他電池10較早的燃料消耗可以導(dǎo)致電池10中的電壓反轉(zhuǎn)和堆疊的功率損耗，而且可以通過在放電電壓低于某一臨界值時對電池10進行旁路來防止。在放電過程中鋅或其他燃料的完全消耗導(dǎo)致燃料電極和氧化劑電極之間的電壓突然下降?？梢允褂糜糜跈z測電池10的性能的任何其他標(biāo)準，且此處的例子是非限制性的。由于產(chǎn)量問題和有關(guān)電極的制造和裝配的問題，某些電池10可能無法滿足性能要求(例如，在放電過程中的最大功率)。這些電池10可以以旁路模式永久放置。 其他電池10最初可以滿足性能要求，但是，可能具有循環(huán)壽命問題，且可以在性能低于所需的限制后被置于旁路模式中。因此，通過旁路開關(guān)150對電池10進行旁路提供了對于增加堆疊的可靠性和性能的選擇。圖9的切換系統(tǒng)60還包括與氧化劑電極14關(guān)聯(lián)的氧化劑電極開關(guān)160。氧化劑電極開關(guān)160在放電過程中將是關(guān)閉的，使得跨燃料電極12和氧化劑電極14的電勢可以允許電流由第一端子130和第二端子140(其在放電過程中分別具有正和負的極性)之間連接的負載引出。充電電極開關(guān)170可以與充電電極70關(guān)聯(lián)，使得當(dāng)在第一端子130和第二端子 140之間連接電源PS時，充電電極70可以電連接到第二端子140。正如下面所討論的，充電電極70可能并不總是具有施加于其上的陽極電勢，并且在一個實施方式中，可能當(dāng)需要在它和電極主體12d之間的燃料增長時，才具有陽極電勢。也顯示分別與電極主體12b-12d關(guān)聯(lián)的開關(guān)180、190和200，所有這些同樣被配置為連接電極主體12b-12d到第二端子140。正如所指出的，有利的是具有陽極電勢的電極與具有陰極電勢的電極相鄰，從而具有陰極電勢的電極上的增長增強。例如，相比具有陽極電勢的電極離最近的具有陰極電勢的電極更遠(即，如果中性電極將具有陽極電勢的電極和具有陰極電勢的電極分開)， 這種增強可以包括燃料增長的更大密度。這種增強的密度可能是由于初始的枝狀晶體 (dendrite)，其首先接觸遭到破壞的陽極主體，因為它們?nèi)狈ψ銐虻臋M截面來傳送陽極主體和陰極主體之間的電流。也就是說，它們類似于受到過量電流的熔絲元件而熔化。這延遲陽極主體和陰極主體之間的短路，這在以下情況下發(fā)生密度進一步增加，以提供足夠的橫截面積(單獨地和/或共同地)的枝狀晶體，使得實現(xiàn)無干擾的電流傳導(dǎo)。另一個優(yōu)點可以是相比其中具有陽極電勢的電極離最接近的具有陰極電勢的電極更遠(即，中性電極將具有陽極電勢的電極和具有陰極電勢的電極分開)的配置，其中充電電極70和燃料電極12之間的距離較低的配置中的電解質(zhì)頂損失較低。這種由陽極電極和陰極電極之間的較少的距離產(chǎn)生的頂效率優(yōu)勢，可以在一些實施方式(其中，金屬的增長是在電極之間發(fā)生)和在其他的實施方式(例如，其中氫離子正在被還原的金屬氫化物燃料)中實現(xiàn)。為了實現(xiàn)對于哪些電極具有陽極電勢的漸進修改，為了說明具有陽極電勢的電極和與具有陰極電勢的電極之間的轉(zhuǎn)變，將配置處于充電模式的電池10使得旁路開關(guān)150是打開的，使得電流不繞過電池10。因為電池處于充電模式，氧化劑電極開關(guān)160也是打開的，使得氧化劑電極14與電池10電斷開。由于最初電極主體1 上需要燃料增長，所以只有電極主體12a電連接到第一端子130，向其施加陰極電勢。為了在與電極主體1 相鄰的電極主體上建立陽極電勢，至少電極主體12b將電連接到第二端子140。為了實現(xiàn)圖示實施方式中的這種電連接，至少關(guān)閉開關(guān)180。在一個實施方式中，電極主體12c-12d、充電電極70也可以電連接到第二端子140，從而也可以具有陽極電勢。由于具有陽極電勢的電極(即最初的電極主體12a)和具有陰極電勢的電極(即最初至少電極主體12b)之間的電勢差，離子導(dǎo)電介質(zhì)中的可還原的燃料物質(zhì)可以在具有最初的陰極電勢的電極(電極主體 12a)還原，而離子導(dǎo)電介質(zhì)中的陽離子在電極主體12b(和向其施加陽極電勢的任何其他主體/電極)氧化。一旦在具有陰極電勢的電極上的燃料增長發(fā)展到某一點，例如，在具有陰極電勢的電極和具有陽極電勢的電極之間形成電連接的點，切換系統(tǒng)60可以斷開具有陽極電勢的短路電極主體，使得該電極主體具有施加于其的陰極電勢，并且同樣可以在相鄰的電極主體之間形成電勢差。如果電連接沒有已經(jīng)存在，則這可能需要將相鄰的電極主體進一步電連接到第二端子140，從而在該主體上建立陽極電勢。例如，在圖9中，一旦電極主體1 上的燃料增長導(dǎo)致與電極主體12b短路，打開開關(guān)180，使得這兩個電極主體1 和(通過燃料增長的電連接的)電極主體12b具有陰極電勢。另一方面，關(guān)閉開關(guān)190(如果之前沒有已經(jīng)關(guān)閉)，使得至少電極主體12c具有陽極電勢，從而針對具有陰極電勢的電極和具有陽極電勢的電極之間的電勢差保持相鄰電極主體分離。對于哪些電極具有陰極電勢和哪些電極具有陽極電勢的漸進轉(zhuǎn)變可能會在開關(guān) 190和200打開的情況下在整個電池10中繼續(xù)，直至不需要或不可能有進一步的進展。例如，在其中存在單獨的充電電極70的圖示說明的實施方式中，當(dāng)單獨的充電電極70是唯一的具有陽極電勢的電極主體并且燃料電極12的所有可滲透的電極主體lh-12d具有陰極電勢時，進展會結(jié)束。當(dāng)電極主體12d上的燃料增長導(dǎo)致電極主體12d和充電電極70之間的電連接時，電池10的充電可以隨后結(jié)束。在一個實施方式中，切換系統(tǒng)70可以被配置為具有過充電配置，其中電池可以被配置為選擇性地通過打開開關(guān)170和關(guān)閉開關(guān)160向充電電極70施加陰極電勢，向氧化劑電極14施加陽極電勢，通過允許充電電極70上的燃料增長利用它對電池10進一步充電。在圖9的實施方式中的電池10的放電過程中，氧化劑電極開關(guān)160將被關(guān)閉，而充電電極開關(guān)170將被打開。此外，開關(guān)180、190和200將被打開，燃料消耗將是從電極主體12d至電極主體12a，其中，電極主體lh-12d之間的電連接是通過燃料的增長實現(xiàn)的。 在圖示說明的實施方式中，這就是沒有通過氧化劑電極開關(guān)160將電極主體lh-12d短路到氧化劑電極14的原因。
繼續(xù)圖10，針對電池10圖示切換系統(tǒng)60的另一個實施方式。同樣存在旁路開關(guān) 150，該旁路開關(guān)150被配置為將第一端子130直接連接至第二端子140，繞過電池10。切換系統(tǒng)60還包括一系列的連接開關(guān)210a-210d，這些開關(guān)配置為選擇地和漸進地連接電極主體12b-12d的每個至第一端子130或第二端子140，使得電極主體12b_12d的每個具有陰極電勢(即連接到至少電極主體12a)或陽極電勢(即連接到至少充電電極70)。如圖所示，在充電過程中，旁路開關(guān)150將打開，所以電池不被繞過。氧化劑電極開關(guān)160也將是打開的，使得氧化劑電極14在充電過程中是斷開的。充電電極開關(guān)170將被關(guān)閉，使得至少充電電極70具有陽極電勢。為了促進具有陰極電勢的電極(最初只是電極主體12a) 和具有陽極電勢的電極之間的最小距離，開關(guān)210b、201c和210d將被關(guān)閉，使得通過電極主體12b-12d以及充電電極70施加通過對于第二端子140的電連接產(chǎn)生的陽極電勢。隨著電極主體1 上的燃料增長的進展，它最終將接觸電極主體12b。在一個實施方式中，此時開關(guān)210b將打開，使得電極主體12a-12b具有陰極電勢，而電極主體12c_12d和充電電極70具有陽極電勢。在一個實施方式中，開關(guān)210a也將被關(guān)閉，使得超出燃料增長的電連接，形成電極主體12a_12b之間的更強的電連接。如上所述，隨著具有陽極電勢的電極主體的數(shù)量縮小，而具有陰極電勢的電極數(shù)目增長，可以分別在打開開關(guān)210c和210d的情況下繼續(xù)這樣的進展。同樣，在一些實施方式中，開關(guān)210b和210c在進展中可以關(guān)閉，以隨著具有陰極電勢的電極的數(shù)量漸進增長，在電極主體12a_12d之間形成更強的電連接。在圖10的實施方式中的電池10的放電過程中，氧化劑電極開關(guān)160將被關(guān)閉，而充電電極開關(guān)170將被打開。在一個實施方式中，開關(guān)210a-210d可以保持打開，并且燃料消耗將是從電極主體12d至電極主體12a，其中電極主體12a-12d之間的電連接是通過燃料的增長實現(xiàn)的。在另一個實施方式中，開關(guān)210a-210d可以關(guān)閉，從而使得在燃料電極12 的所有電極主體Ua-12d之間存在電連接，并且燃料在整個燃料電極12中被氧化，而氧化劑在氧化劑電極14被還原。在這種實施方式中，這是允許的，因為打開的開關(guān)170還可以防止電極主體Ua-12d通過氧化劑電極開關(guān)160短路到氧化劑電極14。用于電池10的切換系統(tǒng)60的另一個實施方式如圖11所示。再次，切換系統(tǒng)60 包括旁路開關(guān)150，配置為選擇性地直接連接第一端子130到第二端子140，以繞過電池10。 圖11的切換系統(tǒng)60的實施方式還包括另一系列的連接開關(guān)220a-220d，配置為選擇性地連接電極主體12a_12d的每個到充電電極70。再次，切換系統(tǒng)60可以配置為使得那些具有陰極電勢的電極(即至少電極主體12a)和具有陽極電勢的電極(即至少充電電極70) 的漸進改變。如圖所示，在充電過程中，旁路開關(guān)150將打開，使電池不被繞過。氧化劑電極開關(guān)160也將是打開的，所以，在充電過程中氧化劑電極14斷開。充電電極開關(guān)170將被關(guān)閉，以便使得至少充電電極70具有陽極電勢。開關(guān)220a將被打開，使得不從第一端子 130至第二端子140通過開關(guān)220a和開關(guān)170對電池旁路。為了促進具有陰極電勢的電極(最初只是電極主體12a)和具有陽極電勢的電極之間的最小距離，至少開關(guān)220b將被關(guān)閉，使得至少電極主體12b以及充電電極70具有陽極電勢。由于電極主體1 上燃料增長的進展，它最終接觸電極主體12b。在一個實施方式中，此時開關(guān)220b將打開，使得電極主體12a-12b具有陰極電勢(通過燃料增長連接)。開關(guān)220c然后將關(guān)閉(如果之前沒有關(guān)閉)，使得至少電極主體12c以及充電電極70將具有陽極電勢。如上所述，隨著具有陽極電勢的電極主體的數(shù)量縮小，而具有陰極電勢的電極主體的數(shù)量增長，可以在分別打開開
16關(guān)210c和210d的情況下繼續(xù)這樣的進展。在圖11的實施方式的電池10的放電過程中，氧化劑電極開關(guān)160將被關(guān)閉，而充電電極開關(guān)170將被打開。在一個實施方式中，開關(guān)220a-220d可以保持打開，并且燃料消耗可以是從電極主體12d至電極主體12a，其中電極主體12a-12d之間的電連接是通過其間的燃料增長實現(xiàn)的。相對于哪些電極主體具有陽極電勢、對于哪些電極主體具有陰極電勢的漸進轉(zhuǎn)變可以類推為具有N個定義兩個概念電極(陰極電勢電極和陽極電勢電極)的電極主體的電池10。在電池中，陰極電勢電極的成分組成可以開始于單一的電極主體，而陽極電勢電極可以包括至少相鄰的電極主體直至所有其他的電極主體。在充電過程中，燃料在陰極電勢電極上增長，直到例如在電極主體上不可能進一步增長(即，陰極電勢電極短路到陽極電勢電極)。此時，通過由燃料增長形成的電連接和/或通過使用與電池的電極主體相關(guān)聯(lián)的電路或開關(guān)，與陰極電勢電極相鄰的陽極電勢電極的電極主體被重新分配成為陰極電勢電極的一部分。經(jīng)過重新分配，陰極電勢電極現(xiàn)在包括兩個電極主體，而陽極電勢電極具有比其初始的電極主體數(shù)量少的電極主體數(shù)量。由于電勢差可以在陰極電勢電極和陽極電勢電極之間恢復(fù)，來自充電的燃料增長可以恢復(fù)，同樣直到例如在陰極電勢電極的電極主體上不可能進一步增長。陰極電勢電極和陽極電勢電極的成分組成的漸進轉(zhuǎn)變可以在整個電池中繼續(xù)，例如，在打開和/或關(guān)閉與電極主體相關(guān)聯(lián)的開關(guān)的情況下，直至不需要或不可能有進一步的進展。例如，一旦陽極電勢電極只包括單個電極主體，不可能有進一步的進展。當(dāng)電池上的燃料增長導(dǎo)致在只包括單個電極主體的概念陽極電勢電極和概念陰極電勢電極之間形成電連接時，電池的充電隨后可以結(jié)束。如前所述，在一個實施方式中，在電池系統(tǒng)100中可以組合多個電化學(xué)電池10。圖 12A-圖12C中顯示圖9-圖11的實施方式的電化學(xué)電池系統(tǒng)100，但是包括N個電化學(xué)電池10。數(shù)目N是任何大于或等于2的整數(shù)，并且不局限于任何具體數(shù)值。如圖所示，每個電池10的切換系統(tǒng)60中的旁路開關(guān)150被配置為通過提供第一端子130和第二端子140之間的直接連接選擇性地繞過每個電池10。這樣的連接同樣可以被用于對有缺陷的電池10 進行旁路或出于任何其他原因進行旁路。此外，在電池系統(tǒng)100的各種實施方式中，切換系統(tǒng)60(如在圖9-圖11中發(fā)現(xiàn)的那些)的不同實施方式可以用于彼此結(jié)合使用在單一的電池系統(tǒng)100中。在任何實施方式中，切換系統(tǒng)60的開關(guān)(或本文所述的任何其他開關(guān))可以是任何類型，并且術(shù)語開關(guān)被廣泛用來描述能夠在所述的模式或狀態(tài)之間切換的任何設(shè)備。例如，在一些非限制性的實施方式中，開關(guān)可以是單刀單擲或單刀雙擲。它們可以是旋轉(zhuǎn)、滑動或閉鎖繼電器類型。此外，也可以使用基于半導(dǎo)體的開關(guān)。該開關(guān)可以是電激活(機電式繼電器)或磁激活或通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他方法激活?？梢允褂萌魏纹渌线m類型的開關(guān)，且本文的例子不是限制性的。在一個實施方式中，如果開關(guān)具有一個方向的漏電流，可以串聯(lián)連接多個開關(guān)。例如，基于MOSFET半導(dǎo)體的體二極管的開關(guān)將在一個方向上傳導(dǎo)，并且漏電流可以通過將基于MOSFET半導(dǎo)體的開關(guān)背靠背串聯(lián)放置來消除?？梢蕴峁┤魏魏线m的控制機制，來控制端子選擇器系統(tǒng)62和/或切換系統(tǒng)60中的開關(guān)的動作。如圖13所示，在一個實施方式中，切換系統(tǒng)60的開關(guān)可以由控制器230控制。控制器230可以具有任何構(gòu)造和配置。在一個實施方式中，控制器230可以被配置為對從電源PS向可滲透的電極主體12b_12d和充電電極70施加陽極電勢進行管理?？刂破?30可以通過還原來自離子導(dǎo)電介質(zhì)的可還原的金屬燃料的離子，使得電沉積金屬燃料，所述電沉積從可滲透的電極主體1 向每個后續(xù)電極主體12b-12d漸進增長，以對每個后續(xù)連接的電極主體12b-12d施加陰極電勢?？刂破?30也可以使得從每個后續(xù)連接的電極主體除去陽極電勢，并可以使得向通過電沉積未連接的至少后續(xù)的電極主體施加陽極電勢或在其中最后的電極主體(即電極主體12d)已經(jīng)通過電沉積電連接到在前的電極主體 12a-12c的情況下向充電電極施加陽極電勢。陽極電勢的這種施加可以被配置為允許或?qū)е卵趸瘎┑目裳趸奈镔|(zhì)的氧化。在一個實施方式中，控制器230可以包括硬連線電路232，其基于輸入234操縱開關(guān)，確定正確的開關(guān)配置。控制器230可以還包括用于執(zhí)行更復(fù)雜的決定(作為任選)的微處理器。在一些實施方式中，控制器230也可以發(fā)揮功能來管理負載L和電源與第一個電池和第N個電池(即，可以控制上文所述的端子選擇器系統(tǒng)6 之間的連接性。在一些實施方式中，控制器230可以包括適當(dāng)?shù)倪壿嫽螂娐?，用于?qū)動適當(dāng)?shù)呐月烽_關(guān)150，以響應(yīng)檢測到電壓達到預(yù)定閾值(如低于預(yù)定閾值的下降)。在一些實施方式中，控制器230可以進一步包括傳感設(shè)備236或與其相關(guān)聯(lián)，包括但不限于電壓表(數(shù)字或模擬)或電勢計或其他電壓測量裝置或設(shè)備，其可以用于確定何時修改多個開關(guān)的配置，例如，隨著充電過程中燃料增長的進展保持陽極和陰極的鄰近。在一些實施方式中，傳感設(shè)備236可以代替地測量整個電池10或電池10的電流、電阻或任何其他電氣或物理屬性，所述屬性可用于確定何時修改多個開關(guān)的配置。例如，傳感設(shè)備236可以測量電流尖峰，或兩個電極主體之間的電勢差的下降。在一些實施方式中，在時間增量推移的基礎(chǔ)上，控制器230可以控制切換系統(tǒng)60的開關(guān)。例如，在一個實施方式中，相鄰電極主體之間的燃料增長進展的時間可以是已知的，并用于計算何時操作切換系統(tǒng)60，以漸進地對電極重新布線來保持陽極和陰極之間的相鄰分離。在一個實施方式中，控制器230可以控制切換系統(tǒng)60的開關(guān)，以為電池提供高效率的模式，這在美國申請專利13/083,9 中公開，在此通過參考將其完整引入。在一些實施方式中，控制器230可以配置為選擇性地進入不同的充電模式。例如， 在一種模式中，多個電極主體最初可以具有陽極電勢，但數(shù)量隨著電極主體獲得陰極電勢而下降。在另一種模式中，只有單個電極主體在任何特定時間具有陽極電勢，且具有陽極電勢的電極主體隨著前電極主體獲得陰極電勢而變化。例如，在前者模式中，控制器230可以關(guān)閉所有與再充電過程中充電電極70和電極主體12b-12d相關(guān)聯(lián)的開關(guān)，使得向電極主體 12b-12d的每個和充電電極70施加陽極電勢。隨著電極主體12b-12d漸進地變?yōu)榕c電極主體12a電連接從而具有陰極電勢，控制器230然后可以漸進地打開與電極主體12b-12d的每個相關(guān)聯(lián)的開關(guān)。在后一種模式中，控制器可以最初只關(guān)閉與電極主體12b相關(guān)聯(lián)的開關(guān)，給予電極主體12b陽極電勢，而電極主體1 具有陰極電勢。當(dāng)電極主體1 上的燃料增長到達電極主體12b時，產(chǎn)生其間的電連接，控制器230可以打開與電極主體12b相關(guān)聯(lián)的開關(guān)，其給予電極主體12b陽極電勢，使得電極主體通過其與電極主體1 的電連接而具有陰極電勢。控制器230然后可以繼續(xù)關(guān)閉與電極主體12c相關(guān)聯(lián)的開關(guān)，以向電極主體 12c提供陽極電勢，同樣產(chǎn)生電勢差和燃料增長的進展。如上文所述，由控制器230控制的開關(guān)再分配的這些進展可以繼續(xù)通過或直到只有充電電極70具有陽極電勢。
由圖14可以看出，本發(fā)明的另一個方面可以包括用于對電化學(xué)電池10充電的方法Mo。再次地，電化學(xué)電池10包括包含多個可滲透的電極主體12a-12d的燃料電極12。 盡管列出4個可滲透的電極主體，但任何大于或等于2的數(shù)值都是可能的。電池10還包括氧化劑電極14和充電電極，其可以是氧化劑電極14或單獨的充電電極70。電池10另外包括離子導(dǎo)電介質(zhì)和包含多個開關(guān)的切換系統(tǒng)60，其中多個開關(guān)的至少一些與充電電極(即氧化劑電極14或單獨的充電電極70)、氧化劑電極14和可滲透的電極主體Ua-12d之一相關(guān)聯(lián)。在充電模式過程中，離子導(dǎo)電介質(zhì)中的可還原的燃料離子被還原和作為燃料以可氧化的形式電沉積在包含至少可滲透的電極主體12a的陰極上，而氧化劑在包含可滲透的電極主體12b-12d中的至少相鄰的電極主體和/或充電電極(即充電電極70)的陽極上氧化。方法240在250開始，且包括在沈0電連接遠離充電電極的陰極(即在一個實施方式中，最初只是可滲透的電極主體12a)到電源PS的負極端子，及電連接陽極(即最初至少可滲透的電極主體12b)到電源PS的正極端子，在其間產(chǎn)生電勢差。方法240在270繼續(xù)，其中，燃料電沉積在陰極(即至少可滲透的電極主體12a)上。如步驟觀0中所示，方法 240可以通過確定燃料增長是否已經(jīng)進展到超出閾值量而繼續(xù)。在一個實施方式中，當(dāng)電池 10被在陰極(即可滲透的電極主體12a)和陽極(即可滲透的電極主體12b)之間產(chǎn)生通過燃料增長的電連接的燃料增長而短路時，閾值量可以是確定的。如圖所示，如果燃料增長還沒有達到閾值量，則重復(fù)在270燃料的增長。一旦達到閾值量，該方法在290繼續(xù)，其中可以確定進一步的燃料增長是否可能和需要。在一個實施方式中，在四0的確定可以包括確定是否存在額外的電極主體(如可滲透的電極主體12c-12d)，燃料的增長可以繼續(xù)。如果是這樣的話，該方法在300繼續(xù)，通過使用切換系統(tǒng)60的多個開關(guān)將連接的電極主體(即可滲透的電極主體12b)與陽極斷開，如果之前沒有通過切換系統(tǒng)60連接，則將下一個相鄰的電極主體(即可滲透的電極主體12c)連接到陽極。這在陰極(現(xiàn)在包括滲透電極主體 12a-12b)和陽極(包括至少可滲透的電極主體12c)之間產(chǎn)生電勢差。方法240然后返回到270，其中燃料增長在陰極上繼續(xù)。如果在290進一步的燃料增長不可能或不需要，通過斷開至少電源PS的負極端子與電池10以停止充電過程，方法240繼續(xù)到310。方法240然后在320結(jié)束。如圖15所示，本發(fā)明的另一個方面可以包括一種對電化學(xué)電池10放電的方法330，這可能類似于上文有關(guān)圖14的描述。在放電模式過程中，在可滲透的電極主體
上的燃料氧化(從而消耗進入離子導(dǎo)電介質(zhì)成為可還原的燃料離子)，而氧化劑在氧化劑電極14還原。方法330在340開始，且包括在350使用切換系統(tǒng)60的多個開關(guān)來連接包含燃料的可滲透的電極主體12a-12d。在一個實施方式中，如果電池10是完全充電的，所有可滲透的電極主體12a_12d將彼此電連接。在電池10處于放電模式時，切換系統(tǒng)60的多個開關(guān)被配置為與單獨的充電電極70 (如果存在)電斷開。在一個實施方式中，方法330在360通過電連接陰極(即，空氣陰極，氧化劑電極14)到負載L的負極端子，及電連接陽極(即，燃料電極12，包含電連接的可滲透的電極主體12a-12d)到電源PS的正極端子，從而在其間產(chǎn)生電勢差而繼續(xù)。方法330在370繼續(xù)，其中，燃料在燃料電極12上消耗。在一個實施方式中，因為多個開關(guān)60連接可滲透的電極主體12a-12d，因而向可滲透的電極主體12a_12d的每個施加陽極電勢，且燃料可以從可滲透的電極主體12a_12d的每個或任何一個消耗。如步驟380所示，通過確定可消耗的燃料是否已從任何可滲透的電極主體12a-12d耗盡，方法 330可以繼續(xù)。在一個實施方式中，傳感器(如上述的傳感裝置236)，其可以包括電流傳感器或電壓傳感器，可以存在于電池10中，并可以指示可消耗的燃料何時已經(jīng)從一個或多個可滲透的電極主體1加-12(1耗盡。如果沒有檢測到耗盡，隨著方法330返回到步驟370，放電可以繼續(xù)。然而，如果可消耗的燃料已經(jīng)從一個或多個可滲透的電極主體1加-12(1耗盡， 那么方法330可以在步驟390繼續(xù)，其中可以確定是否存在包含可消耗的燃料的任何剩余的滲透電極主體12a-12d。這種確定可以與步驟380中耗盡的確定同時作出，并可以通過傳感裝置236的測量或其他任何適當(dāng)?shù)姆椒▉碜鞒?。如果可消耗的燃料保留在一個或多個可滲透的電極主體1加-12(1上，方法330可以在步驟400繼續(xù)，其中，切換系統(tǒng)60調(diào)整多個開關(guān)，使得任何缺乏可消耗的燃料的可滲透的電極主體12a_12d與燃料電極12斷開。在一個實施方式中，燃料的消耗最初可以來自最接近氧化劑電極14的電極主體(例如，上述圖示說明的實施方式中的可滲透的電極主體 12d)，且切換系統(tǒng)60可以依次斷開可滲透的電極主體12d、12c和12b，直到所有的燃料從可滲透的電極主體12a消耗。一旦電極主體12a_12d沒有一個包含可消耗的燃料，或不再需要進一步的放電(或不可能)，該方法可以在步驟410繼續(xù)，其中，可以斷開負載L。在一個實施方式中，當(dāng)電池耗盡時，負載L可以保持連接到電池10，直到電池10再充電，在這種情況下，它可以斷開，使得電池10可以轉(zhuǎn)而連接到電源PS。方法330然后在420結(jié)束。已經(jīng)提供上述圖示說明的實施方式，僅是為了說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能原理，且不應(yīng)被視為限制性的。相反，本發(fā)明意圖包括在下列權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有修改、 替換和改變。
權(quán)利要求
1.一種使用金屬燃料和氧化劑產(chǎn)生電流的可再充電的電化學(xué)電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)包括電化學(xué)電池，包括(i)燃料電極，所述燃料電極包含N個可滲透的電極主體，所述N個可滲透的電極主體以1至N的順序隔開排列，其中，N是大于或等于2的整數(shù)，所述燃料電極包括所述可滲透的電極主體上的金屬燃料；( )氧化劑電極，所述氧化劑電極與所述燃料電極隔開；(iii)充電電極，所述充電電極選自(a)所述氧化劑電極和(b)與所述燃料電極和所述氧化劑電極隔開的單獨的充電電極；和(iv)離子導(dǎo)電介質(zhì)，所述離子導(dǎo)電介質(zhì)連通電極用于傳導(dǎo)離子，以支持在電極處的電化學(xué)反應(yīng)；其中，所述燃料電極和所述氧化劑電極配置為，在放電模式中，氧化所述可滲透的電極主體上的金屬燃料，并還原所述氧化劑電極處的氧化劑，從而產(chǎn)生施加于負載的電勢差；多個開關(guān)，用于選擇性地將所述燃料電極的電極主體2至N的每個和所述充電電極耦合到電源，以在再充電模式中施加陽極電勢，其中在所述再充電模式中通過所述電源向電極主體1施加陰極電勢；控制器，所述控制器被配置為在所述再充電模式中控制所述多個開關(guān)，以便對從所述電源向所述可滲透的電極主體2至N和所述充電電極按照漸進方式施加所述陽極電勢進行管理，使得(a)通過還原來自所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料的可還原的離子，電沉積所述金屬燃料，所述電沉積由電極主體1漸進地向充電電極增長，伴隨漸進地連接后續(xù)電極主體2至N的每個到電極主體1，以向每個后續(xù)連接的電極主體施加所述陰極電勢；(b)從每個后續(xù)連接的電極主體去除所述陽極電勢，和(c)至少向通過所述電沉積未連接的后續(xù)的電極主體施加所述陽極電勢或在電極主體N已經(jīng)通過所述電沉積連接的情況下向所述充電電極施加所述陽極電勢，用于氧化所述氧化劑的可氧化的物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，還包括多個彼此相鄰組裝的電化學(xué)電池， 以及分開每對相鄰電池的氧化劑電極和燃料電極的非導(dǎo)電屏障，使得其間的唯一允許的電連接是通過所述多個開關(guān)的至少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，通過將前一電池充電模式下的充電電極或放電模式下的氧化劑電極耦合至后一電池的燃料電極，每個電池的所述多個開關(guān)可切換至旁路模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，電池是具有包含金屬燃料的燃料電極、包含用于還原氧氣的空氣陰極的氧化劑電極和作為用于氧化可氧化的氧物質(zhì)為氧氣的析氧電極的充電電極的金屬-空氣電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述金屬燃料選自鋅、鋁、鐵和錳。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，每個非導(dǎo)電的屏障包括一個或多個用于使得氧氣流向所述空氣陰極的端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關(guān)包括可在將電池耦合到負載和將電池耦合到電源之間切換的開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關(guān)的每個與所述多個可滲透的電極主體的每個、所述充電電極和所述氧化劑電極之一相關(guān)聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關(guān)可切換成將可滲透的電極主體1至可滲透的電極主體N漸進地連接到所述充電電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關(guān)可切換成將可滲透的電極主體1至可滲透的電極主體N的每個選擇性地連接到所述充電電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述多個開關(guān)可切換成將可滲透的電極主體1至可滲透的電極主體N的每個選擇性地連接到所述燃料電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，進一步包括控制器，所述控制器被配置為選擇性地打開和關(guān)閉所述多個開關(guān)的至少一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為響應(yīng)與電池相關(guān)聯(lián)的一個或多個傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述一個或多個傳感器被配置為測量至少兩個可滲透的電極主體之間的高于閾值的電勢差的降低或高于閾值的電流的增加中的至少一個。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述控制器被進一步配置為選擇性地打開和關(guān)閉所述多個開關(guān)的至少一個，以向不具有所述陰極電勢的所有可滲透的電極主體2-N施加所述陽極電勢。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中，所述控制器被進一步配置為選擇性地打開和關(guān)閉所述多個開關(guān)的至少一個，以僅向與具有所述陰極電勢的可滲透的電極主體I-N中的至少一個相鄰的、可滲透的電極主體2-N中的一個或所述充電電極施加所述陽極電勢。
17.一種用于對電化學(xué)電池進行充電的方法， 其中，所述電化學(xué)電池包括(i)燃料電極，所述燃料電極包含N個可滲透的電極主體，所述N個可滲透的電極主體以1至N的順序隔開排列，其中，N是大于或等于2的整數(shù)，所述燃料電極包括所述可滲透的電極主體上的金屬燃料；( )氧化劑電極，所述氧化劑電極與所述燃料電極隔開；(iii)充電電極，所述充電電極選自(a)所述氧化劑電極和(b)與所述燃料電極和所述氧化劑電極隔開的單獨的充電電極；和(iv)離子導(dǎo)電介質(zhì)，所述離子導(dǎo)電介質(zhì)連通電極用于傳導(dǎo)離子，以支持在電極處的電化學(xué)反應(yīng)；其中，所述燃料電極和所述氧化劑電極配置為，在放電模式中，氧化所述可滲透的電極主體上的金屬燃料，并還原所述氧化劑電極處的氧化劑，從而產(chǎn)生施加于負載的電勢差； 所述方法包括通過將電極主體1耦合到電源而向電極主體1施加陰極電勢； 通過選擇性地將電極主體2至N耦合到用于施加陽極電勢的電源，對向電極主體2至 N施加陽極電勢進行管理，以使得(a)通過還原來自所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料的可還原的離子，電沉積所述金屬燃料，所述電沉積由電極主體1漸進地向充電電極增長，伴隨漸進地連接后續(xù)電極主體2至N的每個到電極主體1，以向每個后續(xù)連接的電極主體施加所述陰極電勢；(b)從每個后續(xù)連接的電極主體去除所述陽極電勢，和(c)至少向通過電沉積未連接的后續(xù)的電極主體施加所述陽極電勢或在電極主體N已經(jīng)通過電沉積連接的情況下向充電電極施加所述陽極電勢，用于氧化所述氧化劑的可氧化的物質(zhì)；和使所述電源解除耦合，以停止充電。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，施加所述陰極電勢包括控制與電池相關(guān)聯(lián)的多個開關(guān)的打開/關(guān)閉狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，對施加所述陽極電勢進行管理包括控制與電池相關(guān)聯(lián)的多個開關(guān)的打開/關(guān)閉狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，控制所述多個開關(guān)的打開/關(guān)閉狀態(tài)包括將可滲透的電極主體2至可滲透的電極主體N連接到所述充電電極，并隨著燃料增長電連接并施加來自可滲透的電極主體1至N的陰極電勢，漸進地將可滲透的電極主體2至N與所述充電電極斷開。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，對施加所述陽極電勢進行管理包括由控制器控制多個開關(guān)，所述控制器響應(yīng)與電池相關(guān)聯(lián)的至少一個傳感器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述至少一個傳感器被配置為測量至少兩個可滲透的電極主體之間的高于閾值的電勢差的降低或高于閾值的電流的增加。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述至少一個傳感器被配置為測量時間間隔的推移。
全文摘要
本發(fā)明的一個方面提供電化學(xué)電池系統(tǒng)，包括至少一個電化學(xué)電池，其被配置為選擇性地連接到負載以通過使用燃料和氧化劑產(chǎn)生電流而對電池放電。電化學(xué)電池系統(tǒng)可以選擇性地連接到電源以對電池再充電。電化學(xué)電池系統(tǒng)包括多個電極和位于其中的電極主體。電化學(xué)電池系統(tǒng)還包括切換系統(tǒng)，配置為允許用于對每個電化學(xué)電池充電的陽極的漸進移動，保持與漸進移動的陰極的最小距離，所述陰極是燃料增長的位置。
文檔編號H01M10/44GK102403525SQ20111027472
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者C·A·弗萊森, R·克里施南, S·普茲海維, T·特里姆貝爾 申請人:流體公司