具有分路电流中断的电化学电池系统的制作方法

专利名称：具有分路电流中断的电化学电池系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及电化学电池系统，更具体地，涉及利用液体电解质的电化学电池系统。
背景技术：
多种类型的电化学电池利用液体电解质来支持电池中的电化学反应。例如，金属-空气电化学电池系统可能包括多个电池，姆ー个电池具有作为阳极的燃料电极和空气呼吸阴极，金属燃料在阳极氧化，环境空气中的氧在阴极还原。这样的电池还可以包括在电 极之间交换氧化的/还原的离子的电解质。例如，參见公开号为2009/0284229的美国专利公开文件，该文件全文引用于此以作參考。在某些包括多个电化学电池的电化学电池系统中，电解质可以被多个电池共享。例如，电解质可以从ー个电池到另ー个电池串行流动，诸如美国专利申请文件12/631，484中描述的方案，该文件全文引用于此以作參考。在其他的电化学电池系统中，电解质可以被多个电池共享，但是可以局部地并行流动。在某些在多个电化学电池间共享电解质的电化学电池系统中，可能出现分路电流、寄生电流或反生电流，这些电流流动通过处于不同电池的电极之间的离子导电介质。在某些情况下，在串联连接的多个电化学电池中的第一个电池和最后ー个电池之间的分路电流可能最为显著，因为它们具有最大的电势差。在分路电流影响到的电池中，中断电解质的流动从而使得分路电流无法流过电解质可能是有用的。已知某些中断电流的分路电流中断器。例如，參见专利号为3，811，945、4，371，433和4，894，294的美国专利。在其他的改进之中，本申请还试图通过中断电流来提供ー种防止分路电流的有效的、改进的方式。

发明内容
根据本发明的ー个方面，提供了一种用于离子导电介质的分散系统。该分散系统可以包括液体入口，配置为接收从其中穿过的所述离子导电介质。该系统可以还包括分散器，配置为将所述离子导电介质分开为多个离散的液滴。该分散器还可以包括腔室，用于接收所述多个离散的液滴，并收集所述多个离散的液滴以重组为重组的离子导电介质。该分散系统还可以包括与较低部分相关联的液体出口，配置为给所述重组的离子导电介质提供出口。该分散系统还可以包括在所述腔室中的空气入口 ；以及配置为将一定量的空气通过所述空气入口泵送入所述腔室的空气泵，空气的量足以在所述腔室中的所述重组的离子导电介质上提供正的压强。根据本发明的另一方面，提供了ー种电化学电池系统。该电化学电池系统可以具有多个电化学电池，每ー个电化学电池包括(i)包括金属燃料的燃料电极，以及(ii)与所述燃料电极隔开的氧化剂电扱。该电池系统还可以具有离子导电介质，用于在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子，以支持在燃料电极和氧化剂电极的电化学反应。该系统还可以另外具有循环路径，用于使离子导电介质穿过电池并在电池之间流动。在该电池系统中，燃料电极和氧化剂电极被配置为，在放电期间，在燃料电极氧化金属燃料并在氧化剂电极还原氧化剂，以在它们之间产生应用于负载的放电电势差。该电池系统可以还包括沿着所述循环路径放置的分散系统，并配置为中断在所述电化学电池中的至少两个之间的离子导电介质中的电分路电流。该分散系统可以包括分散器，配置为将离子导电介质分开为多个离散的液滴。该分散系统可以还包括腔室，用于接收所述多个离散的液滴，并收集所述多个离散的液滴以重组为重组的离子导电介质。该分散系统可以还包括在所述腔室中的空气入ロ ；以及配置为将一定量的空气通过所述空气入口泵送入所述腔室的空气泵，空气的量足以在所述腔室中的所述重组的离子导电介质上提供正的压强。
根据本发明的另ー个方面，提供了一种用于中断离子导电介质中的电流的方法。该方法包括，在腔室中将离子导电介质分散为多个离散的液滴。该方法还包括，在该腔室中允许所述多个离散的液滴重组为重组的离子导电介质。该方法还包括将一定量的空气加入所述腔室以阻止在所述重组的离子导电介质上的离子导电泡沫的生长。通过下面的详细说明、附图以及所附权利要求书，本发明的其他方面将变得清楚。


參考所附示意图，以下将仅以示例的方式描述本发明的实施例，附图中相应的附图标记指示相应的部分，附图中图IA示出了具有电化学电池模块和相关联的分散器系统的电化学电池系统的ー个实施例的侧视图；图IB示意性示出了图IA中的电化学电池系统，突出显示了电化学电池模块和相关联的分散器系统之间的连接；图2示出了电化学电池系统和相关联的分散器系统的ー个实施例的隔离的透视图；图3示出了分散器系统的底部的俯视截面图，其配置为允许离子导电介质流入电池系统的多个电化学电池；图4示出了电化学电池系统的另一个实施例的前视图；图5示出了分散器系统的分散器腔室的一个实施例的侧截面图；图6示出了图5的分散器腔室的另ー个实施例的剖视图；图7示出了分散器腔室的分散器的一个实施例的独立视图；图8示出了用于离子导电介质穿过图IA的电化学电池系统和相关联的分散器系统的流动路径的一个实施例的示意图；图9示出了用于离子导电介质穿过电化学电池系统和相关联的分散器系统的流动路径的另一个实施例的不意图；图10示出了包括两个电化学电池的电化学电池系统的一部分的截面图；图11示出了图10所示的视图的一部分的放大视图；图12示出了图10所示的电化学电池系统的部分的侧剖视图，显示了燃料电极和连接到电极支架的多个间隔器；图13示出了用于ー个或多个电化学电池的外壳的ー个实施例，电化学电池具有集成于其中的分散器系统，以分散流过该外壳内的流动路径的离子导电介质；
图14示出了图13的外売，以及其中的流动多支管以引导流穿过与装配在外壳中的ー个或多个电化学电池相关联的流动道；图15示出了显示用于图13的外壳的盖板的电池组件的透视图和分解图，以容纳外壳中的流，并允许空气进入ー个或多个电化学电池的一个或多个空气阴极；图16A-图16C示出了用于将图13所示的外壳中的离子导电介质的流分开到外壳的相对面的分流器的透视图和侧视图；以及图17示出了图15所示的多个电池组件中的ー个组件，布置为使得空气可以穿过盖板到达ー个或多个空气阴极。
具体实施例方式图IA示出了电化学电池系统10的侧视图。电池系统10包括具有多个电池105的电化学电池模块100，电池105配置为利用穿过其中流动的离子导电介质以在其中传导离子。下面将非常详细地描述离子导电介质。可以理解的是，此处所描述的电化学电池系统10仅是示例性的，在其他实施例中，电化学电池系统10和/或电池105的功能和组件可能变化。例如，在不同的实施例中，离子导电介质可以通过任何合适的机制流过多个电池105，包括但不限于以连续或脉动的方式被输送，或者由电池中的气体析出所产生的对流所驱动，诸如美国临时专利申请61/555，982中所描述的方案，该文件全文引用于此以作參考。此外，在某些实施例中，电化学电池系统10的一些部分,诸如但不限于所述多个电池105中的ー个或多个，和/或其组成部分，可以是任何适当的结构或成分，包括但不限于由塑料、金属、树脂或它们的组合物所形成。相应地，每ー个电化学电池系统10可以以任意方式装配，包括由多个整体地制模的元件所形成，或者其他。在一些实施例中，电化学电池系统10、它的电池105、和/或与其相关联的外壳可以包括来自以下美国专利申请中的一个或多个的元件或布置，这些美国专利申请的申请号为12/385, 217、12/385，489、12/549，617、12/631，484、12/776，962、12/885，268、13/028，496、13/083，929、13/167，930、13/230，549,13/299, 167,61/509, 390,61/515, 749,61/555,952,61/556,000,61/556,011和61/556，021，以上每一文件全文均引用于此以作參考。如图所示实施例中所展示的，电池系统10可以包括储存过量离子导电介质的储存池R和配置为使离子导电介质在电池系统10中流动的流动泵FP。如图所示，电池模块100可以具有至少ー个电池入口 120以及至少一个电池出口 130，电池入口 120配置为允许离子导电介质进入电池模块100，电池出口 130配置为允许离子导电介质离开电池模块100。电化学电池模块100和每ー个电池105的更多细节将在下面论述。因为离子导电介质是导电的，离子导电介质通过多个电池105的流动可以引起流过在不同电池105的电极之间的电池系统中的离子导电介质的分路电流、寄生电流或反生电流，这降低了跨过电池模块100的整体电势差。通过创建至少ー些电流隔离，离子导电介质的物理分离通过中断形成在离子导电介质中的反生电连接可以用于中断分路电流。为了物理地分离电池系统10中的离子导电介质，电池系统10还包括流分散器系统200，这将在在下文中描述。如图所示，流分散器系统200包括入口分散器腔室210和出口分散器腔室215，入口分散器腔室210配置为在通过电池入口 120进入电池模块100之前分散离子导电介质流，出口分散器腔室215配置为在离子导电介质通过电池出口 130离开电池模块100之后打碎(break up)所述离子导电介质流。尽管在一些实施例中，流分散器系统200可以有入口分散器腔室210或者出口分散器腔室215，但分路电流可以是双向的，因此在离子导电介质的流动路径上的电池105两侧的电流隔离是有益的。如图所示，如将在下文详细讨论的，入口分散器腔室210可以连接到空气泵AP。入口分散器腔室210和出口分散器腔室215的其他细节也在下文描述。图IB更详细地示出了图IA的非限定性实施例的流动路径，并特别说明了在电池模块100和入口分散器腔室210以及出口分散器腔室215之间的流体性连接。图IB中的流动性连接是以示意性地示出，并非意在以任何方式进行限制。离子导电介质的流动路径的实施例更多细节也将在下文描述。转向图2，在一个非限定性实施例中，电池模块100可以包括至少一个双电池110，每个包括两个电池105(图2未明示)。下面非常详细地讨论双电池110的配置。在所示的实施例中，电池模块100包括八个双电池110a-110h。尽管描述的是八个，但任意的数目都是可以使用的。在图2描述的实施例中，每一个双电池110可以与电池入口 120中一个关联，电池入口 120允许离子导电介质进入双电池110。在所示的展示双电池IlOa-IlOh的实施例中，每一个电池入口 120分别被标不为入口 120a_120h。同样地,每一个双电池110可以与电池出口 130之一相关联，当离子导电介质被泵送穿过电池模块100时，电池出口 130允许离子导电介质离开双电池110。在所示实施例中，双电池I IOa-I IOh与相应的电池出口130a-130h相关联(其中电池出口 130e-130h在图中未明示)。在一个实施例中，从单独的入口 120流入的离子导电介质，可以在双电池110中被分开以并行地流过两个电池105，并重组以流出单独的出口 130。如图所示实施例所展示的，分散器系统200包括两个入口分散器腔室210 (分别为210a和210b)，其位于离子导电介质的流动路径之中，在电池入口 120之前。如图所示，离子导电介质可以从储存池R(以及流动泵FP)穿过分散器系统入口 220进入入口分散器腔室210，其中离子导电介质可以穿过入口分散器多支管225(其内部构造在图2中未明示)被分到多个入口分散器腔室210(即，入口分散器腔室210a-210b)。在一个实施例中，如图所示，每一个入口分散器腔室210可以与双电池110的一个特定子集(即，双电池集140)相关联。例如，在所示实施例中，其中有八个双电池IIOa-IIOh和两个入口分散器腔室210a-210b，第一双电池集140a可以包括双电池110a_110d，并可以与入口分散器腔室210a相关联，而第二双电池集140b可以包括双电池IlOe-IlOh,并可以与入口分散器腔室210b相关联。尽管在图2中省略了，第一双电池集140a还可以与出口分散器腔室215a相关联，而第二双电池集140b还可以与出口分散器腔室215b相关联。尽管内部构造在图2中未明示，至少一个入口分支管240可以被配置为分开离开每一个入口分散器腔室210的离子导电介质的流动路径，从而使得离子导电介质并行地通过每一个双电池集140的每一个双电池110。图3中所不为展不入口多支管240a、相关联的分散器腔室210a、以及相关联的双电池集140a的电池105的俯视图。如图所示，离子导、电介质可以离开入口分散器腔室210a的底部，其中其可以被入口多支管240a所分开，从而其并行地进入双电池集140a的双电池IlOa-IlOd的电池入口 120a_120d。回到图2，尽管没有独立示出，入口多支管240b具有与入口多支管240a相同的构造，这可以是相同的情形，并因此当离子导电介质离开分散器腔室210b时将其分开，从而其并行地进入双电池集140b的双电池IlOe-IlOh的电池入口 120e_120h。一旦离子导电介质通过电池模块100，并通过与每一个双电池集140相关联的电池出口 130并行地离开，其可以由至少一个出口多支管250所重组。出口多支管250的内部构造也未在图2中明示。功能与入口多支管240相反，每一个出口多支管250，诸如与双电池集140a相关联的出口多支管250a，可以从电池出口 130a-130d接收离子导电介质，重组离子导电介质以发送到相关联的出口分散器腔室215a，出口分散器腔室215a未示于图2。同样地，出口多支管250b (图2中未明示)可以重组已经通过双电池集140b和电池出口 130e-130h(图2中未明示)的离子导电介质,允许离子导电介质朝向出口分散器腔室215b (也未不于图2)流动。尽管在双电池110中的电池105之间、或者双电池集140中的电池105之间仍然可能产生某些分路电流，这种分路电流在电池模块100上的影响通常在电池模块100中的第一个电池和最后一个电池105之间最大(即，在所不实施例中，可能存在于双电池IlOa的第一电池105和双电池IlOh的最后一个电池105之间的分路电流)。为了更完全地预防分路电流，在某些非限定性实施例中，如在下文中将更为详细描述的，可以不使用入口多支管240和出口多支管250，每个电池105或双电池110可以具有其各自相关联的入口分散器腔室210和/或出口分散器腔室215。在其他实施例中，最小分路电流是容许的，并且电池系统10的分散器系统200可以包括至少一个入口分散器腔室210和/或出口分散器腔室215,以阻止或减少电池模块100的序列中的第一个电池105和最后一个电池105之间的分路电流。双电池110的使用，和/或将多个电池105与每一入口分散器腔室210和/或出口分散器腔室215相关联的入口多支管240和出口多支管250的使用，是可选的，并非意在以任何方式限定。这样，在不同的实施例中，电池105或双电池110的集可以串行地、并行地、或者以它们的组合方式地被流体地连接。电池105和/或双电池110的组件可以被配置为减少电流泄漏，或者将其最小化到可接受的级别。在某些实施例中，串行地连接的电池105可以在其间具有蜿蜒的、高阻抗的电解质路径，并且具有并行地连接的所述流动的每一个模块100可以利用其间的入口分散器腔室210和/或出口分散器腔室215来隔离。图4所示为电化学电池系统10的另一个实施例的前视图，其包括二十四个双电池llOa-llOx，组成六个双电池集140a-140f。此外，每一个双电池集140a_140f具有相关联的入口分散器腔室210a-210f以及出口分散器腔室215a-215f。如图所示，流动泵FP可以安装到储存池R，并可以使离子导电介质在电池模块100上流动。离子导电介质可以进入分散器系统的入口 220，在那里其可以经由入口分散器多支管225被分开到每一个分散 器入口腔室210a-210f。然后，如前面所描述并示于图3中的，离子导电介质在进入相关联的双电池集140a-140f之前可以被入口分散器腔室210a-210f所分散。在被泵送穿过双电池集140a-140f之后，在再次进入储存池R之前，离子导电介质可以进入出口分散器腔室215a-215f。此外，电化学电池系统10的其他配置是可能的，所示实施例并非意在以任何方式进行限定。
图5更为详细地示出了入口分散器腔室210的一个实施例。如图所示，每一个入口分散器腔室210包括空气入口 260和腔室流体入口 270。下文将更为详细地描述可以连接到空气泵AP的空气入口 260的功能。如图所示实施例所示，离子导电介质可以穿过腔室流体入口 270进入入口分散器腔室210。腔室流体入口 270可以开放进入入口分散器腔室210的任何上部区域，包括但不限于如图5的实施例所示的进入入口分散器腔室210的一侧，或者如图6的实施例所示的进入入口分散器腔室210的顶部，或者其他。在一个实施例中，离子导电介质可以经由腔室流体入口 270从分散器系统入口 220进入入口分散器腔室210。在存在多个分散器腔室210的实施例中，离子导电介质可以经由入口分散器多支管225进入多个腔室流体入口 270。离子导电介质可以以任何合适的速率流入腔室流体入口 270。在不同的实施例中，流动速率可能取决于任何数量的因素，包括但不限于流动泵FP的构造，腔室流体入口 270的进口的大小和形状，在入口分散器腔室210之前的流动路径的大小和形状，和/或离子导电介质的特性，诸如密度、粘度，以及环境条件(诸如温度和压强)。在一个实施例中，离子导电介质可以以大约每分钟两升的速率流入每一个腔室流体入口 270。 回到图5，一旦离子导电介质穿过腔室流体入口 270，其可以进入预分散腔室280。在一个实施例中，预分散腔室280的大小和形状可以被配置为减缓离子导电介质的流动。在一些实施例中，预分散腔室280可以被配置为设有离子导电介质的储存池。在其他实施例中，预分散腔室280可以被配置为维持其中的空气，诸如空气泡，从而使得可以形成离子导电介质池。在一个实施例中，这样的一个离子导电介质池可以容纳于预分散腔室280的较低部分290中。位于预分散腔室280的较低部分290下面的可以是分散器300。分散器300可以被配置为将离子导电介质流打碎为淋浴状或喷雾状，从而使得形成于离子导电介质中的任何电连接(包括但不限于分路电流)被离子导电介质各个液滴之间的间隔中断。分散器300可以采用任何合适的形状或构造，并且在一个实施例中可以包括一个或多个喷嘴310，离子导电介质可以通过喷嘴被分散。被分散的离子导电介质然后可以作为分散的液滴而落入后分散腔室320，像花洒一样，中断从其中流过的任何电流。在一个实施例中，后分散腔室320可以是任何形状的围起来的腔室，具有足够的长度以允许分散的离子导电介质液滴落下穿过并彼此分开为单个的液滴。在后分散腔室320的底部可以设有腔室流体出口 330，其可以重新连接流动路径以允许离子导电介质连续通过电池模块100。像腔室流体入口 270 —样，腔室流体出口 330可以位于入口分散器腔室210的一侧，或者位于入口分散器腔室210的底部。在一个实施例中，重力驱使离子导电介质的降落而穿过入口分散器腔室210，而腔室流体出口 330将位于(即，沿着重力方向)腔室流体入口 270之下。在一个实施例中，另一个流动泵FP可以将离子导电介质从腔室流体出口 330拉到电池模块100。在其他实施例中，流体压强可以推动离子导电介质通过分散器300，或者流体压强和重力的组合可以驱使离子导电介质通过分散器300。在一个实施例中，从空气入口 260通过空气的入口在后分散腔室320中产生的空气压强可以维持朝向离子导电介质的压强以连续驱使离子导电介质的流动通过电池模块100以及电池系统10的流动路径的剩余部分，这样在储存池R和入口分散器腔室210之间的流动泵FP能够将离子导电介质泵送穿过电池系统10而回到储存池R，如图I中所示。当离子导电介质落下穿过入口分散器腔室210的后分散腔室320，其在通过腔室流体出口 330流出进入到流动路径之前，可以在后分散腔室320的较低部分340汇集。在一个实施例中，后分散腔室320的较低部分340可以与入口多支管240 —起整体地形成，类似于图3中所示的入口分散器腔室210a的底部的构造。回到图5，在不同的实施例中分散器300的一个或多个喷嘴310的形状、大小或构造可以被配置为更改流速从而使得提供离子导电介质以基本稳定的流速流出腔室流体出口 330。在一个实施例中，离子导电介质流出腔室流体出口 330的流速大体上与进入腔室流体入口 270的流速相同。在一个实施例中，后分散腔室320的形状和大小和/或腔室流体出口 330的形状和大小可以附加地或可替代地被配置为影响离子导电介质流出腔室流体出口 330的流速。在一个实施例中，入口分散器腔室210的至少一部分是密封的。这样密封的构造可以用于防止电解质蒸发，以维持从流动泵FP过来的压强，或者为了任何其他理由。在一个实施例中，仅有入口分散器腔室210的后分散腔室320是密封的，因为离子导电介质在离 散的形式下更容易蒸发。这种至少后分散腔室320是密封的构造可能造成在后分散腔室320中增加的湿度。由于离子导电介质的性质，分散器300的构造，诸如多个喷嘴310的构造，后分散腔室320中的湿度，或因为任何其他原因，当离子导电介质处于后分散腔室320的较低部分340时，在入口分散腔室210中可能发生离子导电介质的泡沫化。在一些情况下，泡沫化的离子导电介质可以在其中导电，诸如如果泡沫化的离子导电介质在喷嘴310接触到离子导电介质。因此，如果不阻止离子导电介质的泡沫化，离子导电介质通过分散器300的分散可以被克服，而通过离子导电介质的诸如分路电流的电流可能重新开始连续。此夕卜，或可替代地，电池模块100中的压强差可能超时地将空气吸入分散的液滴通过其滴落的后分散腔室320，这可能减少或降低入口分散器腔室210的有效性。为了抑制或阻止离子导电介质的泡沫化，和/或维持后分散腔室320中的空气的总量，入口分散器腔室210可以还包括空气入口 260，如前文提到的。如图所示，空气入口260可以被配置为允许空气从顶部靠近分散器300处进入后分散腔室320。在其他实施例中，空气入口 260可以进入后分散腔室320的一侧，或任何其他合适的区域。如图7中所示，在一个实施例中空气入口 260可以与分散器300 —起形成为包括预分散腔室280的较低部分290的一个整体。回到图5，在一个实施例中，将压缩空气添加到后分散腔室320中在形成于较低部分340中的离子导电介质池之上可以对后分散腔室增压以阻止离子导电介质的泡沫化，阻止离子导电介质成泡沫状上升通过后分散腔室320。在一个实施例中，空气可以以大约二十毫升每分钟的速率进入空气入口 260。在不同的实施例中，在不同的时间，空气流速可以不同。这样，空气流速不限于此。然而，在一些实施例中，电解质流动每分钟每升的空气流速可以在每分钟I毫升至50毫升的范围之内。在一个实施例中，空气可以被空气泵AP泵送入空气入口 260。在一个实施例中，可以存在用于横跨所有入口分散腔室210的所有空气入口的空气泵AP，其中空气入口 260由一个或多个空气多支管连接，空气多支管可以经由管道连接空气入口 260。在另一个实施例中，可以存在多个空气泵AP，从而使得每一个空气入口 260可以有相关联的空气泵AP。在一些具有多个入口分散器腔室210的实施例中，每一个分散器腔室210中的空气可以受到其中的电池105或双电池集140的变化以及穿过它们的离子导电介质流的影响。在一些情况下，在一个双电池集140 (即双电池集140a)可能发生比另一个双电池集140 (即双电池集140b)中更大的压强下降。这样的压强下降可能导致后分散腔室320中的压强超过由空气泵AP补充到给定入口分散器腔室210的外部压强，减少或降低其中的空气总量。在一个实施例中，包含恐水材料的止回阀可以被用在入口分散器腔室210中以防止如果离子导电介质水平面上升到过度的高度时离子导电介质通过空气入口 260泄露。如图6的实施例所示，在一些实施例中，空气入口 260可以被配置为具有足够小的容量以产生超过内部压强的外部压强。在一个实施例中，空气入口 260喷嘴的大小可以被配置为维持3. 5psi空气侧压强。在一些实施例中，空气侧压强可以在流体内部压强之上O. Ipsi至流体内部压强之上Ipsi之间。在一个实施例中，空气入口 260可以被配置为将直径减少半毫米，以维持空气侧压强。在一个实施例中，空气入口 260可以包括单向阀或与之相关联，防止空气通过空气入口 260溢出。在一个实施例中，通过空气入口 260进入的空气可以比入口分散器腔室210中的空气相对干燥。在不同的实施例中，空气可以具有低于大约5-95%的水分含量，包括，例如大约50%。在一个实施例中，通过空气入口 260进入的干空气的相对湿度可以是大约5-95%，包括例如，低于大约70%。在一个实施例中，空气可以是电池模块100之外的环境空气。在一个实施例中，通过空气入口 260进入的空气的干度可以被配置以将后分散腔室320中的相对湿度至少降低大约10-15%。例如，更干的空气可以增加离子导电介质的表面张力，其可以阻止泡沫形成。在一些实施例中，通过空气入口 260进入的空气可以减少离子导电介质的泡沫化，这既通过降低后分散腔室320中有益于离子导电泡沫形成的湿度条件进行，又通过对分散的离子导电介质通过其落下的后分散腔室320中的空气加正的压强进行，从而增加了阻止泡沫形成的阻力。在一些实施例中，出口分散器腔室215可以有和入口分散器腔室210类似的结构和构造。在这些实施例中，上面对于入口分散器腔室210的组成的描述也可以应用于出口分散器腔室215的相似组件。但是，在一个实施例中，空气入口 260对于出口分散器腔室215可以是非必要的，因为通过出口分散器腔室215的分散器300的离子导电介质可以直接地或非直接地流入用于离子导电介质的储存池R，下文中将更为详细地描述。在不同的实施例中，储存池R可以是开放的，减轻在出口分散器腔室215中的空气泡的需要，并且阻止在出口分散器腔室215中泡沫的生长。在一个实施例中，出口分散器腔室215也可以没有底部元件，流过分散器300的离子导电介质可以直接地落入导向储存池R的流动路径的管道。然而，在另一个实施例中，出口分散器腔室215可以具有空气入口 260，如果储存池R中的离子导电流体的水平面达到高于出口分散器腔室215中的离子导电介质的水平面的高度时，该空气入口 260可以被用到。图8以示意图的形式示出了图2的电池模块100的流动路径和分散器系统200的一个实施例。如图所示，离子导电介质可以储存在储存池R，其中其可以被流动泵FP泵送到分散器系统入口 220以供分散器系统200使用。离子导电介质可以被放置于沿着流动路径的任何合适位置的任何合适的单个流动泵FP或多个流动泵FP所泵送。如图所示，离子导电介质然后在入口分散器多支管225处并行地分流，其中离子导电介质流入入口分散器腔室210a-210b。示意地显示的是空气泵AP，配置为将空气泵送到进入入口分散器腔室210a-210b的空气入口 260。在通过入口分散器腔室210a_210b之后，离子导电流体被相关联的入口多支管240a-240b分开以进入双电池集140a和140b的双电池IlOa-IlOd和IlOe-IlOh0此外，尽管在示意图中未示出，离子导电介质可以再一次被分开以并行地流动穿过每一个双电池IlOa-IlOh的两个电池105。在通过双电池集140a和140b的双电池IlOa-IlOd和IlOe-IlOh的每个之后，离子导电介质可以由相关联的出口多支管250a_250b再次结合，以流过各自出口分散器腔室215a和215b。如图所示，离子导电介质然后可以被出口分散器多支管255重组，它可以在其中流回到储存池R。尽管所示的 示例中展示了腔室流体出口 330和出口多支管250之间的长路径，但是在一个实施例中，多个双电池IlOa-IlOh的定位可以允许入口分散器腔室210的底部和出口多支管250之间的短距离。尽管在图8中，离子导电介质的入口和出口的流动被示于电池模块100的相对侧，但这只是为了非限定性示意表示的方便，而并不必然是这些元件定位的物理表示。如省略号所指示的，在一些实施例中多支管225、240、250和255的附加分支，以及附加入口分散器腔室210、双电池集140，以及出口分散器腔室215可以增加电池模块100和/或分散器系统200的大小和电容量。此外，如前文所描述的，如果出口分散器腔室215和储存池R之间的流动路径内部没有压强，那么空气入口 260对于出口分散器腔室215可以是非必要的。电池模块100和/或分散器系统200的流动路径在不同实施例中可能不同。例如，如图9的实施例所示，每一个双电池集140可以被流体地连接到另一个，从而使得后一入口分散器腔室210对于前一双电池集140来说作为出口分散器腔室215。在所示实施例中，离子导电介质可以从储存池R(未示出)在分散器系统入口 220处流入分散器系统200，其中其在遇到入口分散器腔室210a时被分散，中断其中的电连接。离子导电介质然后可以在进入出口分散器腔室215a(其也是入口分散器腔室210b)之前流过双电池集140a的双电池IlOa-IlOd0在所示实施例中，在进入最终出口分散器腔室215b之前，离子导电介质可以继续流动穿过双电池集140b的双电池llOe-llOh。离子导电介质然后可以从出口分散器腔室215b流出，其中其可以再次进入储存池R(再次未示出)以用于将来的再循环。如前文提到的，在一些实施例中，每一个电池105或双电池110可以具有它们各自关联的入口分散器腔室210和/或出口分散器腔室215。在一些实施例中，每一个电池105或双电池110可以彼此流体地连接并且被入口分散器腔室210分开，其中每一个对后一电池105或双电池110的入口分散器腔室作为对前一电池105或双电池110的出口分散器腔室215。如之前提到的，每一个双电池110可以是任何合适的结构或构造。例如，在一个实施例中，如图10和图11所示，每一个双电池110可以包括两个电池105，每一个电池包括燃料电极412、与燃料电极412间隔开的氧化剂电极414。在一个实施例中，双电池110的电池105可以背对背组装，从而使得在双电池110中每一个电池105的氧化剂电极414彼此远离。在一个实施例中，如图所示，燃料电极412可以被电极支架416所保持。双电池110也可以包括盖419,用于在双电池110的任一侧覆盖电化学电池105的至少一部分，而电极支架416支持并分开双电池110的每一个电池105，这如图10和图11所示。在一个实施例中，燃料电极412是金属燃料电极，其当电池105放电或发电模式时作为阳极，这将在下文中更为详细地讨论。在一个实施例中，燃料电池412可以包括可渗透电极体412a，诸如制成任何形式的筛子，其能够通过电解沉积或其他方式捕获并保留来自循环通过双电池110的电池105的离子导电介质的金属燃料的微粒或离子。
燃料可以是金属，诸如铁、锌、铝、镁或锂。使用金属这一术语意在包含在元素周期表上被视作金属的所有元素，包括但不限于碱金属、碱土金属、镧系元素、锕系元素、以及过渡金属，无论原子、分子(包括金属氢化物)、或在电极体上收集的合金形式。然而，本发明并非意在限制任何特定的燃料，其他也可以使用。在一个实施例中，燃料可以以悬浮于离子导电介质中的微粒的形式提供给电池105。离子导电介质可以是水溶液。合适的介质的例子包括水溶液，这包括硫酸，磷酸，三氟甲磺酸，硝酸，氢氧化钾，氢氧化钠，氯化钠，硝酸钾或氯化锂。介质也可以使用非水溶剂或离子液体。当燃料电极412作为阳极时，燃料可以在燃料电极412处氧化，并且当氧化剂电极414用作阴极时，诸如氧气的氧化剂可以在氧化剂电极414处还原，这是当电池105连接到负载并且电池105处于放电或发电模式时。在一个实施例中，电池模块100中的所有电池 105可以在放电模式期间被串联连接到负载。在放电模式下发生的反应在离子导电介质中生成副产品沉淀，例如，可还原的燃料种类。例如，在燃料是锌的实施例中，生成氧化锌作为副产品沉淀/可还原的燃料种类。在再充电模式期间，副产品沉淀物，例如氧化锌，可能在燃料电极412上被可逆地还原并沉淀为锌，燃料电极412在再充电模式期间作为阴极。在再充电模式期间，无论氧化剂电极414，或者下面描述的独立的充电电极470，均作为阳极。电池105不限于金属-空气类型的构造。例如，在某些实施例中，电池105可以具有其他流体类型的构造。例如，在多种非限定性实施例中，电池105可以包括氧化钒电池、铁铬电池、锂基电池、铅酸电池、碱性电池、或其他利用液体流动的电池105。在某些这样的实施例中，燃料电极412和氧化剂电极414可以被配置为利于氧化还原对的出现，包括但不限于用于钒流构造的V (V)/V (IV)和V (III)/V (II)、用于锌-溴构造的Zn/Zn2+和Br2/Br_、用于铁-铬构造的Fe2YFe3+和Cr2+/Cr3+、用于锌-银构造的Zn/Zn2+和Ag/Ag2+、以及用于镍-锌构造的 Zn/Zn2+ 和 Ni00H/Ni (OH)20电极支架416限定了空腔418，燃料电极412被保持于其中。如图12中所示，电极支架416还可以为双电池110支持电池入口 120和电池出口 130。此外，电池入口 120被配置为允许离子导电介质进入每一个电池105。电池出口 130被配置为允许离子导电介质离开电池105。电池入口 120可以经由入口通道424连接到空腔418，并且内部出口 422可以经由出口通道426连接到空腔418。内部入口通道424和内部出口通道426可以各自提供离子导电介质可以通过其流动的蜿蜒曲折的路径。入口通道424所限定的蜿蜒路径优选地不包括任何锐角，介质的流动可能在锐角停止，或者介质中的任何微粒可能在锐角积聚。在某些实施例中，离子导电介质可以最终通过扩散器进入空腔418，诸如在申请号为13/019,923的美国专利申请中所描述的那样，该文件全文引用于此以作参考。对每一个电池105，合适时，可渗透密封元件(未示出)可以被接合在电极支架416和/或相关联的盖419上的密封表面之间，以至少将燃料电极412密封在空腔418中。密封元件还覆盖入口通道424和出口通道426。密封元件是非导电且电化学惰性的，并且优选地设计为在正交方向(即，通过其厚度)对离子导电介质可渗透的，而不允许离子导电介质的侧向传播。这使得离子导电介质渗透入密封元件以使得在相对侧具有氧化剂电极414的离子导电性能够支持电化学反应，而不使离子导电介质从电池105向外“毛细”出。密封元件的合适材料的一些非限定的例子是EPDM和TEFLON 。
如图所示，多个间隔器440可以相对于氧化剂电极414保持就位，每一个间隔器以彼此间隔开的关系跨过燃料电极412相互延伸。在一个实施例中，燃料电极412可以包括多个可渗透电极体412a-412d，这些可渗透电极体412a_412d可以被多个间隔器440的多个集合分开，从而使得间隔器440的每一个集合被置于邻近的电极体之间以将电极体412a-412d彼此电隔离。在邻近的电极体之间的间隔器440的每一个集合之中，间隔器440以可以在其间创建所谓的“流道”442的方式以间隔的关系安放，这如图12所示。流道442是三维的并且具有与间隔器440基本相同的高度。在一个实施例中，间隔器440可以由具有对应于流道的挖空(cut-outs)的单框所提供。在一个实施例中，流道可以包括配置为允许离子导电介质从其中流过的泡沫或蜂窝状结构。在一个实施例中，流道可以包括针脚阵列，其配置为中断通过流道的离子导电介质流动。所示实施例并非意在以任何方式进行限定。间隔器440是非导电性且电化学惰性的，因此它们对于电池105中的电化学反应是不活跃的。间隔器440优选地被定为如此的大小，以使得当它们被连接到电极支架416时，间隔器440是拉紧的，这允许间隔器440向燃料电极412或者电极体412a_412d之一施压，从而以相对于电极支架416呈平直的关系保持燃料电极412或它的体。间隔器440可 以由塑料材料制成，诸如聚丙烯，聚乙烯，改性聚苯醚，含氟聚合物等，其允许间隔器440拉紧地连接到电极支架416。一旦间隔器440已经连接到电极支架416，流道442被限定在跨过电极支架416的空腔418上。间隔器440被配置为从邻近流道442b基本上封锁一个流道442a，邻近流道442b由间隔器440之一所隔离开，从而使得离子导电介质被引导为大体上基本以一个方向流动。特别地，离子导电介质可以通常地以第一方向流动穿过燃料电极412，从入口通道424到出口通道426。可以提供合适的压强差以使得离子导电介质从入口通道424穿过空腔418流到出口通道426，甚至当电池105被定向以使得流动基本向上并且逆着重力。在一个实施例中，离子导电介质也可以在第二方向上渗透到燃料电极412或者单独的可渗透电极体412a-412d，并且进入位于燃料电极412或可渗透电极体412a_412d的相对侧的流道。为了给电池105放电，燃料电极412被连接到外部负载L从而使得当燃料在燃料电极412被氧化时由燃料释放的电子流到外部负载L。在一个实施例中，外部负载L可以被并行地耦接到可渗透电极体412a-412d的每个，如在2009年4月9日提交的申请号为12/385, 489的美国专利申请中所详细描述的，该文件全文引用于此以作参考。在其他实施例中，外部负载L可以仅被耦接到可渗透电极体412a-412d的末端的一个，从而使得燃料消耗可以从可渗透电极体412a-412d的每个之间串行发生。当氧化剂电极414被连接到外部负载L并且电池105工作于放电模式时,氧化剂电极414作为阴极。当作为阴极时，氧化剂电极414被配置为从外部负载L接收电子并还原接触氧化剂电极414的氧化剂。在一个实施例中，氧化剂电极414包括空气呼吸电极，并且氧化剂包括环境空气中的氧。氧化剂可以由被动传输系统输送到氧化剂电极414，这如图10和图11中所示。例如，当环境空气中的氧是氧化剂，简单地经由电池中的空气间隔将氧化剂电极414暴露于环境空气之中，诸如在双电池110的任一侧所提供的盖419中的沟槽454所提供的开口，可以足够允许氧扩散/渗透到氧化剂电极414中。其他合适的氧化剂可以被使用，并且此处所描述的实施例并不限于使用氧作为氧化剂。外围垫圈可以被适当地置于氧化剂电极414的外围和盖419或电极支架416之间，以防止离子导电介质从氧化剂电极414周围泄露并进入用于空气暴露的沟槽454中的区域。在其他实施例中，诸如前面所描述的空气泵AP的泵可以被用于在压强下将氧化剂输送到氧化剂电极414。氧化剂源可以是内在氧化剂源。在一个实施例中，氧可以是电化学电池模块100循环利用的，诸如公开在美国专利申请12/549,617中的方案，该文件全文引用于此以作参考。同样地，当氧化剂是环境空气中的氧，氧化剂源可以被宽泛地视作输送机制，无论其是被动的还是主动的(例如，泵，吹风机，等)，通过这一机制，空气被允许流到氧化剂电极414。因此，术语“氧化剂源”意在涵盖内在氧化剂和/或被动地或主动地将氧从环境空气中输送到氧化剂电极414的布置。当在氧化剂电极414处的氧化剂被还原，同时燃料电极412处的燃料被氧化成氧化形式，产生了能够被外部负载L所汲取的电流。一旦燃料电极412处的燃料被完全氧化或者氧化由于燃料电极的钝化而停止，电池105的电势被耗尽。开关可以被置于氧化剂电 极414和负载L之间以使得氧化剂电极414可以如所期望地被连接到负载L或从负载L断开连接。为了限制或抑制在放电模式期间和在静止(断路)周期期间在燃料电极412的氢化，可以添加盐以阻碍这样的反应。锡的、铅的、铜的、汞的、铟的、铋的盐，或者任何其他具有高氢超电势的材料可以被使用。此外，酒石酸的、磷酸的、柠檬酸的、琥珀酸的、铵的盐，或者其他抑制氢化的添加剂可以被添加。在一个实施例中，金属燃料合金，诸如铝/镁可以被用于抑制氢化。其他添加剂可以也添加或者替代地添加到离子导电介质，包括但不限于增强燃料电极412上的金属燃料的电镀过程的添加剂，诸如申请号为13/028，496的美国专利申请中所描述的，其美国专利申请的公开号为2011/0200893，该文件全文引用于此以作参考。在每一个电池105中的燃料被完全氧化后，或者每当需要通过将氧化的燃料离子还原为燃料而在电池105中再生燃料时，燃料电极412和氧化剂电极414可以使用合适的开关被从外部负载L解耦接并耦接到电源供应器PS。电源供应器PS被配置为通过应用燃料电极412和氧化剂电极414之间的电势差来对每一个双电池110的电池105充电，从而使得燃料的可还原种类被还原并且电沉积到可渗透电极体412a-412d，并且相应的氧化反应发生在氧化剂电极414，其典型地是可氧化种类到氧化物的氧化，其可以从电池105排气。如前面所提到的，并且如在申请号为12/385,489的美国专利申请中所详细描述的，该文件已全文引用于此以作参考，仅有一个可渗透电极体，例如412a，可以被连接到电源供应器PS从而使得燃料在该可渗透电极体上还原并逐渐一个接一个地生长到其他可渗透电极体412b_412d上。开关可以控制电池105何时工作于放电模式何时工作于充电模式。此外，另外的开关可以被关联到可渗透电极体412a-412d中的每一个，以有选择地确定生长是并行地发生还是逐渐地发生。在一个实施例中，开关可以有选择地移除到一个或多个可渗透电极体412a-412d的电连接。在一个实施例中，到可渗透电极体412a_412d的每个的电连接可以通过开关控制机制来控制。该开关控制模式可以与关于电池的高效模式相关，诸如公开在申请号为13/083, 929的美国专利申请中的方案，其美国专利申请的公开号为2011/0250512，该文件全文引用于此以作参考。如上面提到的，在电池105的某些实施例中，提供分开的充电电极470作为充电电极，而不是氧化剂电极414。在某些实施例中，分开的充电电极470可以被置于燃料电极412和氧化剂电极414之间，间隔器和密封元件被置于独立的充电电极470和氧化剂电极414之间。间隔器可以是非导电性并且具有离子导电介质可以穿过其流动的开口。在某些实施例中，负载L可以被并行地耦接到燃料电极412的可渗透电极体412a-412d中的每一个，并且在再充电期间还被耦接到分开的充电电极470。在电流产生期间，燃料电极412上的燃料被氧化，产生电子。所述电子被传导以给负载L供电，然后被传导给氧化剂电极414用于氧化剂的还原(如前面所讨论的)。在某些实施例中，燃料电极412的一部分可以以受控方式被从燃料电极412的另一部分电分离开，以在其间产生电势差，燃料电极412的两部分之一因而作为充电电极。在本发明的任何实施例中同时对燃料电极412的所有电极体412a_412d应用阴极电势也是可能的，而非仅对一个电极体应用以产生一个体接一个体的逐渐生长。从一个终端发出的逐渐生长可以是有利的，因为其可以提供更高的密度。特别地，当每一个随后的体通过前进的生长被连接，在先前连接的电极体中的生长继续进行。所有的电极体受到相同的电势，生长将仅发生直至在充电电极和其邻近的电极体之间发生短路，在不同的是实施例中，充电电极是氧化剂电极414或分开的充电电极470。这样，以这种方式更快地但是较低密度地生长也是可能的，这种方式可能服从于特定的再充电需要。电池105的实施例不应被认为以任何方式进行限定，并且其是作为电池105如何可被配置以可重复充电的非限定性实施例提供的。于2010年9月17日提交的申请号为12/885，268的美国专利申请描述了在电池内具有充电/放电模式开关的可重复充电的电化学电池系统的实施例，该文件全文引用于此以作参考。如前面所提到的，电池105可以被串联地连接以形成双电池110、和/或双电池集140。在不同的实施例中，多个双电池集140可以被串联地电连接，利用分散器系统200来阻止经由离子导电介质的电连接。如前面提到的，电池模块100中的电池105之间的流体连接可以变化。串联地连接的电池105的实施例的另外的细节提供在申请号为12/631，484的美国专利申请中，其申请日为2009年12月4日，该文件全文引用于此以作参考。双电池110中的每个电池105彼此可以被流体地串联连接，从而使得第一个电池105的内部出口被流体地连接到第二个电池105的内部入口。同样地，双电池集140中的双电池110彼此可以被流体地串联连接，从而使得双电池集140中第一个双电池110的电池出口 130被连接到第二个双电池110的电池入口 120，等等。如上所述，以这种方式组装的双电池集140可以通过分散器系统200被流体地从其他双电池集140断开连接。尽管前面所描述的双电池110具有两个电池105，本发明可以在所示的双电池110的电池105上堆叠并流体地连接额外的电池105而实现，产生三电池、四电池等。增加流体地连接的电池之间的离子阻力的可替代的和额外的机制可以被用于本发明，诸如在美国专利申请12/631，484中所描述的，该文件全文引用于此以作参考。现在转向图13，可以理解在本公开的某些实施例中，用于诸如电池105的电池的外壳可以被成型为在其中整体地形成分散器腔室。例如，这样一个实施例可以在图13中找至IJ，其示意性地示出了电池外壳510。电池外壳510可以是任何合适的结构或构造，包括例、如，由金属、塑料、橡胶、树脂或者它们的组合物而组成。在所示实施例中，电池外壳510可以被集成到多个被密封在一起的预成型塑料片的组件中，以形成用于离子导电介质的流体不可渗透的流动路径。尽管流动路径将被描述为由电池外壳105限定，但是应能理解将流体密封在流动路径中可以使用如下面描述的覆盖侧板，或者其他类似的密闭舱室，以将离子导电介质容纳于电池外壳510的流动路径中。如图所示，电池外壳510包括电池入口 520，其被提供并布置为连接外部管道或另一个流体通道，以接收离子导电介质使其进入电池外壳510。一旦离子导电介质进入电池入口 520，其朝向入口分散器腔室530横越入口通道525。如图所示，入口通道525向上行进(也就是逆着重力方向)，并且在所示实施例中延伸跨过电池外壳510的上部外周部分抵达入口分散器腔室530。入口分散器腔室530可以是任何合适的结构或构造，包括但不限于与前面所描述的入口分散器腔室210类似。在远离电池入口 520的入口通道525的端部，入口通道525可以通过在入口分散器腔室530的入口分散器535终止弓I导进入入口分散器腔室530。入口分散器535可以是任何合适的结构和构造，包括但不限于前面为入口分散器300所描述的那些。如图所示，入口分散器535可以包括一个或多个喷嘴540。在不同的实施例中，入口分散器535可以在一个或多个喷嘴540的形状、大小、数量和构造上变化。在一些实施例中，入口分散器535中的喷嘴540的形状、大小、数量可以由通过电池外壳510的离子导电介质的流速来确定。一旦离子导电介质进入一个或多个喷嘴540,其将在重力下落入入口分散器腔室530的较低部分550，其中一个或多个喷嘴540将分散离子导电介质的流动以阻止通过入口分散器535的电流流动。在一个实施例中，可以修改流速以配置入口分散器535,从而为离子导电介质提供的通过入口分散器535的流速是基本稳定的。如图所示，提供空气入口 555以将一定量的空气带入较低部分550。在所示实施例中，入口分散器535包含空气孔洞560，其在弯曲并在喷嘴540旁边向较低部分550提供开口之前从入口分散器535 (在该点连接到空气入口 555)的侧面进入，喷嘴540延伸至完全穿过入口分散器535。当离子导电介质落下穿过较低部分550 (呈离散的液滴状，阻止通过其中的电传导)，其进入后分散通道565。如在图13所示实施例中所展示的，较低部分550的底部可以包含有成角的底部570，其朝向后分散通道565倾斜从而使得重力吸引离子导电介质使其朝向后分散通道565。离子导电介质将横越后分散通道565，后分散通道565如图所示在终结于电极腔室575中的开口之前、部分地横越电池外壳510的底部。电极腔室575可以是任何合适的结构或构造，包括例如类似于前面所描述的腔室限定空腔416。较低部分550中的空气袋将允许后分散腔室565中的离子导电介质(由通过空气泡落入较低部分550的分散的离子导电介质所补充)继续向上流动穿过电极腔室575，空气袋可以由穿过空气入口 555进入的空气维持。在一个实施例中，空气泡中一定程度的压缩可以阻止电解质在较低部分550的底部积聚并行进到后分散通道565过程中的泡沫化。在这样一个实施例中，穿过空气入口 555的空气的进入可以阻止由于穿过入口分散器腔室530的压强差造成的空气袋的塌缩，例如，空气在那里可以缓慢地溶解到离子导电介质中。在一个实施例中，电解质的流动压强还可以或者替代地为增压做贡献，因为沿着具有相同截面积的较低部分550的截面压强是常数。在另一个实施例中，流动泵FP可以以脉冲方式驱动离子导电介质穿过电池外壳510，从而使得可以阻止任意量的电解质泡沫或者较低部分550中的空气袋的其他塌缩。在一个非限定性实施例中，流动泵FP可以被配置为提供半小时的恒定流，然后停止流10分钟，以允许泡沫沉淀，或者允许空气泵AP经由空气入口 555使空气袋增大。在某些实施例中，可以在电池外壳510中提供传感器以检测泡沫的形成，或者检测当积聚的离子导电介质通过塌缩的空气袋增大时的水平。在某些实施例中，流动泵FP和/或空气泵AP可以被配置为基于传感器获得的测量值来调节离子导电介质的流和/或空气的注入。传感器可以是任何合适的结构或构造，包括例如，识别邻近的电池外壳510的电极之间的阻抗的传感器，确定电压或电流(也就是电流泄漏)反馈的传感器，识别较低部分550的两个或更多点之间的电导率的传感器，等等。在某些实施例中，传感器可以简单地计算时间间隔。
一旦离子导电介质流入电极腔室575的顶部，其可以进入后电极通道580，后电极通道580引导进入出口分散器腔室585。后电极通道585在入口通道525的横向部分之下并邻近于该横向部分中运行，由公共壁分开。出口分散器腔室585可以是任何合适的结构和构造，包括但不限于类似于前面所描述的入口分散器腔室530或者出口分散器腔室215。如在所示实施例中所展示的，出口分散器腔室585可以在任一侧由入口通道525的一部分和电极腔室575所环绕。出口分散器腔室585可以包括出口分散器590，其中具有喷嘴595。当离子导电介质流过喷嘴595，其可以落下穿过较低部分600，朝向电池出口 610。在一个实施例中，电池出口 610可以引导回到储存池R，从而使得流动不会倒退到使得空气袋必要或有益的程度。如在所示实施例中所展示的，在某些这样的实施例中，空气入口将不会包括在出口分散器腔室585中，因为当离子导电介质横越穿过一个或多个喷嘴595时，被维持地穿过电池外壳510的压强差将被释放。如图所示实施例所展示的，电池入口 520和电池出口610可以彼此邻近布置，这将简化电池之间的连接和/或去往和来自储存池R的连接。类似于电池110的各种实施例，利用电池外壳510的电池的某些实施例可以被配置为形成沿着电池的电极的流道，以指引并引导离子导电介质的流动跨过电极腔室575。如图14所示，在某些实施例中，后分散通道565可以引导进入分流器620，其可以被配置为将流重新指向进入多个跨过电极腔室575的流道(未示出)。在所示实施例中，离子导电介质在T型节点625分开，流在那里分成相反的方向，均被定向进入出口多支管630。在出口多支管630中，流穿过多个流道出口 635离开分流器620，每一个出口 635与一个流道相关联。尽管在所示实施例中未明示，在被包括多个流道入口 645的流动入口多支管640所接收之前，流道可以延伸跨过电极腔室575中的电池的电极,每一个流道入口 645也与每一个流道相关联，流道弓I导进入流组合器650。在一个实施例中，流道可以由包含在电极腔室575中的电极中每一个电极体之间的间隔器来形成，诸如在申请号为12/901,401的美国专利申请中所描述的，其申请日为2010年10月8日，该文件全文引用于此以作参考。一旦离子导电介质由流动入口多支管640重组，流动可以被定向到后电极通道580，其将离子导电介质指引到出口分散器腔室585。如示例性实施例中所展示的，后电极腔室655可以被置于后电极通道580和流动入口多支管640之间。后电极通道580可以从后电极腔室655突出，从而使得积聚在后电极腔室655中的离子导电流体可以流入出口分散器腔室585的喷嘴595中。如前面指出的，在某些实施例中，电池外壳510可以利用侧板或类似物体来将离子导电介质密封在其中所限定的流动路径中。图15描绘了电池组件660的组装和分解视图，包括夹在前侧板670和后侧板680之间的电池外壳510。从图中可以理解，电池入口520、入口通道525、入口分散器腔室530、后分散通道565、后电极通道580、出口分散器腔室585和电池出口 610均可以形成于电池外壳510中。在所示实施例中，这些通道和腔室可以被形成为三侧环绕，从而使得电池外壳510和前侧板670的组装和密封可以限定用于离子导电介质的封闭的流动路径，如对这些兀件一样。在一个实施例中，入口分散器535和出口分散器590可以被密封到电池外壳510中的容器中，从而使得流动路径中的离子导电介质被迫使横越穿过喷嘴540和喷嘴595，并被它们分散作为离子导电介质落下进入较低部分550 和 600。在一个实施例中，电极腔室575和后电极腔室655 可以延伸穿过电池外壳510,从而使得前侧板670和后侧板680均被密封到电池外壳510中，以当其移动穿过其中限定的流动路径时在电池组件660中容纳离子导电介质。如图所示，后侧板680可以较小，从而使得较少的密封材料用于制造对于离子导电介质不可渗透的电池组件660。在不同的实施例中，用于前侧板670和后侧板680的密封材料可以包括或包含塑料或橡胶垫片、粘合剂、或任何其他合适的密封剂。例如，这样的密封剂可以包括溶剂的密封胶、单部分或两部分环氧树脂、或紫外/热固化环氧树脂。在不同的实施例中，密封剂可以包括类似于市场上的Eager Polymer EP5347环氧树脂和/或MagnaTac M777环氧树脂的密封剂特性。在一个容纳于电池外壳510中的电池与前面的电池105具有类似的电构造的实施例中，燃料电极412可以被组装在电极腔室575之内，而氧化剂电极414可以被组装在前侧板670或后侧板680上。尽管在一个实施例中，电池外壳510可以被配置为容纳一个单电池105，但是在某些实施例中，多个电池510可以被配置为容纳于其中。如图15中所示，前侧板670和后侧板680中的每一个可以包含空气孔洞690，以及相关联的空气通道700，空气通道700可以形成于其中以允许空气到达组装在每一个板上的相关联的氧化剂电极414。在一个实施例中，多个燃料电极412可以被组装在电极腔室575内，从而使得前侧燃料电极412与前侧板670及其相关联的氧化剂电极414相关联，而后侧燃料电极412’与后侧板680及其相关联的氧化剂电极414’相关联。在一个这样的实施例中，与前侧板670相关联的前侧燃料电极412的电极体可以是与后侧板680相关联的后侧燃料电极412’电气隔离的。这样的电气隔离可以包括例如在前侧燃料电极412和后侧燃料电极412’之间的不导电间隔器。在另一个实施例中，单独的燃料电极412可以被置于电极腔室575之内，并与氧化剂电极414和414’ 二者相关联。在这样一个燃料电极组件中，在充电期间，燃料可以从公共终端电极体412a生长，以相反的方向，穿过与前侧氧化剂电极414和后侧氧化剂电极414’相关联的成对的中间电极体412b和412b，、412c和412c，等。在多个电池形成于电池组件660的某些实施例中，相比于为每个电池105具有不同的入口分散器腔室530和出口分散器腔室585的花费和增加的复杂性而言，从它们间流过的任意量的分路电流可以是忽略不计的。在一个实施例中，用于与前侧板670和后侧板680相关联的电极体的分开的流道可以制造期望的分开的分流器620。例如在图16A-图16C的实施例中，可以提供公共叉710以将公共后分散通道565分开为与前侧板670相关联的前侧后分散通道565a和与后侧板680相关联的后侧后分散通道565b。公共叉710的一个例子示于图16A的透视图中。如图16B所示，前侧后分散通道565a可以引导进入前侧分流器620a，前侧分流器620a然后可以在前侧T型节点625a处分开相关联的离子导电介质的流，流在此分开为在前侧出口多支管630a相遇的相反的方向。分开的流然后可以横越穿过多个前侧流道出口 635a，每一个前侧流道出口与电极和关联于前侧板670的前侧流道相关联。同样地，如图16C所示，后侧后分散通道565b可以引导进入后侧分流器620b，后侧分流器620b然后可以在后侧T型节点625b处分开相关联的离子导电介质的流，流在此分开为在后侧出口多支管630b相遇的相反的方向。分开的流然后可以横越穿过多个后侧流道出口 635b，每一个后侧流道出口与电极和关联于后侧板670的后侧流道相关联。转向图17，可以看到当沿着侧面彼此组装时，每一个电池组件660可以对准与中间前侧板670接触的中间后侧板680。在一个实施例中，通向在中间前侧板670和后侧板680的每个上的空气孔洞690的空气通道700是对准的，为空气提供了足够的间隔以经由连接的空气通道700到达前侧氧化剂电极414和后侧氧化剂电极414’。还如图所示，电池入口 520和电池出口 610的接近可以允许对于离子导电介质的多个配置的接入更容易。例如，在某些实施例中，所有的电池入口 520可以由多支管耦接到一起，并且所有的电池出口610可以由多支管耦接到一起，从而使得离子导电介质并行地流过电池组件。在另一个实施例中，中间电池出口 610可以被耦接到邻近的电池入口 580，从而使得离子导电介质串行地流过所有电池。还如图所示，当电池组件660对准时，每一个空气入口 555可以彼此邻近，对于这样的实施例这可以使空气入口布线的耦接变得容易。在不同的实施例中，空气入口多支管可以将所有的空气入口 555耦接到耦接于空气泵AP的单独的线缆，而在其他实施例中，分开的线缆可以全部耦接到一个或多个空气泵AP。上面给出的实施例仅用于说明本发明的结构的和功能的原则，而并非意在限制。 例如，本发明可以使用不同的燃料、不同的氧化剂、不同的电解质、和/或不同的总体结构配置或材料而实现。作为非限定性实施例，在某些实施例中电池105的构造可以类似于在申请号为12/385，217或12/776,962的美国专利申请中所揭示的，任一文件全文引用于此以作参考。这样，本发明意在包含在所附权利要求书的精神和范围中的所有修改、替代、变更和等同物。
权利要求
1.一种用于离子导电介质的分散系统，包括 流体入口，配置为接收从其中穿过的所述离子导电介质； 分散器，配置为将所述离 子导电介质分开为多个离散的液滴； 腔室，用于接收所述多个离散的液滴，并收集所述多个离散的液滴以重组为重组的离子导电介质； 流体出口，配置为给所述重组的离子导电介质提供出口； 连通到所述腔室的空气入口 ；以及 空气泵，配置为将一定量的空气通过所述空气入口泵送入所述腔室。
2.如权利要求I所述的分散系统，其中所述空气泵配置为泵送足以在所述腔室中的所述重组的离子导电介质上提供正的压强的空气量。
3.如权利要求I所述的分散系统，其中所述分散器包括ー个或多个直径约为0.1-5毫米的开ロ。
4.如权利要求I所述的分散系统，其中所述流体入口配置为以大约每分钟0.1-2升的速率接收所述离子导电介质。
5.如权利要求I所述的分散系统，其中所述空气泵配置为每分钟每升离子导电介质泵送毎分钟大约1-100毫升之间的空气穿过所述空气入口。
6.如权利要求I所述的分散系统，其中所述空气泵配置为泵送干空气穿过所述空气入□。
7.如权利要求6所述的分散系统，其中所述干空气的引入将所述腔室内的湿度水平降低至少10%。
8.如权利要求I所述的分散系统，其中所述空气泵配置为泵送环境空气穿过所述空气入口。
9.如权利要求I所述的分散系统，集成在用于电化学电池的外壳中，包括(i)包括金属燃料的燃料电极；以及(ii)与所述燃料电极隔开的氧化剂电极；其中所述离子导电介质在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持在燃料电极和氧化剂电极处的电化学反应。
10.ー种电化学电池系统，包括 ー个或多个电化学电池，每ー个电化学电池包括 (i)包括金属燃料的燃料电极；以及 (ii)与所述燃料电极隔开的氧化剂电极； 离子导电介质，用于在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持在燃料电极和氧化剂电极处的电化学反应； 循环路径，用于使所述离子导电介质流动通过所述电池并在电池之间流动； 其中所述燃料电极和所述氧化剂电极被配置为，在放电期间，在燃料电极氧化金属燃料并在氧化剂电极还原氧化剂，以在它们之间产生应用于负载的放电电势差；以及 ー个或多个分散系统，沿着所述循环路径设置并配置为中断在至少两个电化学电池之间的所述离子导电介质中的电分路电流，每ー个分散系统包括 (a)分散器，配置为将所述离子导电介质分开为多个离散的液滴；以及 (b)腔室，用于接收所述多个离散的液滴，并收集所述多个离散的液滴以重组为重组的离子导电介质；其中所述ー个或多个分散系统中的至少ー个还包括空气入口，配置为允许空气进入所述腔室；以及 空气泵，配置为将一定量的空气通过所述空气入口泵送入所述腔室。
11.如权利要求10所述的电化学电池系统，其中每ー个电化学电池还包括从包括以下各项的组中选出的充电电极(a)所述氧化剂电扱；(b)从所述燃料电极和氧化剂电极隔开的単独的充电电极，以及(C)所述燃料电极的一部分。
12.如权利要求10所述的电化学电池系统，其中所述燃料 电极和所述充电电极被配置为，在再充电期间，通过从电源在燃料电极和氧化剂电极之间应用再充电电势差，还原金属燃料的可还原种类以将所述金属燃料电沉积到所述燃料电极上，并氧化氧化剂的可氧化种类。
13.如权利要求12所述的电化学电池系统，其中所述燃料电极包括以彼此间隔开的关系布置的一系列可渗透电极体； 其中所述可渗透电极体的彼此间隔开的关系使得再充电电势差能够被应用到所述充电电极和至少ー个所述可渗透电极体之间，充电电极作为阳极并且所述至少ー个可渗透电极体作为阴极，从而使得所述可还原燃料种类被还原并以可氧化形式在所述至少一个可渗透电极体上电沉积为所述金属燃料，其中所述电沉积引起在所述可渗透电极体之间所述金属燃料的生长，从而使得所述电沉积的金属燃料在所述可渗透电极体之间建立电连接。
14.如权利要求11所述的电化学电池系统，其中所述金属燃料的可还原种类包括锌的、铁的、铝的、镁的、或锂的离子，并且其中所述金属燃料是锌、铁、铝、镁、或锂。
15.如权利要求10所述的电化学电池系统，其中所述离子导电介质包括水合电解质溶液。
16.如权利要求15所述的电化学电池系统，其中所述水合电解质溶液包括硫酸、磷酸、三氟甲磺酸、硝酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钠、硝酸钾或氯化锂。
17.如权利要求10所述的电化学电池系统,其中所述分散器系容纳于用于所述ー个或多个电化学电池中的至少之ー的外壳之中。
18.如权利要求10所述的电化学电池系统，其中所述空气泵配置为泵送足以在所述腔室中的所述重组的离子导电介质上提供正的压强的空气量。
19.一种用于中断离子导电介质中的电流的方法，所述方法包括 在腔室中将所述离子导电介质分散为多个离散的液滴； 在所述腔室中允许所述多个离散的液滴重组为重组的离子导电介质； 将一定量的空气加入所述腔室以阻止在所述重组的离子导电介质上离子导电泡沫的生长。
20.如权利要求19所述的方法，其中将所述离子导电介质分散为多个离散的液滴包括将所述离子导电介质通过多个孔。
21.如权利要求19所述的方法，其中将所述量的空气加入所述腔室包括对所述腔室加压。
22.如权利要求19所述的方法，其中将所述量的空气加入所述腔室包括将空气泵送入所述腔室。
23.如权利要求19所述的方法，其中所述空气是用于降低所述腔室中的湿度水平的干空气。
24.如权利要求19所述的方法，其中所述量的空气包括环境空气。
25.一种用于ー个或多个电化学电池的外壳，其中所述ー个或多个电化学电池的每ー个包括(i)包括金属燃料的燃料电极；以及(ii)与所述燃料电极隔开的氧化剂电极；并且其中离子导电介质在燃料电极和氧化剂电极之间传导离子以支持在燃料电极和氧化剂电极处的电化学反应；所述外壳包括 循环路径，用于使所述离子导电介质流动通过所述ー个或多个电化学电池； 第一分散腔室，在所述ー个或多个电化学电池之前置于所述循环路径上，并且配置为在所述离子导电介质流动穿过所述ー个或多个电化学电池之前将其分散； 第二分散腔室，在所述ー个或多个电化学电池之后置于所述循环路径上，并且配置为在所述离子导电介质流动穿过所述ー个或多个电化学电池之后将其分散； 其中所述第一分散腔室和所述第二分散腔室中的每ー个包括 (a)分散器，配置为将所述离子导电介质分开为多个离散的液滴；以及 (b)较低部分，用于接收所述多个离散的液滴，并收集所述多个离散的液滴以重组为重组的离子导电介质。
26.如权利要求25所述的外壳，还包括空气入ロ，配置为选择性地允许将空气加入所述第一分散腔室的所述较低部分。
27.如权利要求25所述的外壳，还包括一个或多个可移动的侧壁，当密封到所述外壳时，所述侧壁将所述离子导电介质容纳于所述循环路径。
28.如权利要求27所述的外壳，其中所述ー个或多个可移动侧壁配置为保持所述氧化齐U电极。
全文摘要
本发明涉及具有分路电流中断的电化学电池系统。电化学电池系统被配置为利用流过多个电化学电池的离子导电介质。提供一个或多个分散器腔室以中断或最小化在电化学电池之间流过的电流，诸如通过分散离子导电介质，在一个电池的阴极和下一个电池的阳极之间。空气被引入到分散器腔室以阻止形成泡沫化的离子导电介质，其可以重新连接分散的离子导电介质，以允许电流再次从中流过。
文档编号B01F3/00GK102629701SQ201210024390
公开日2012年8月8日 申请日期2012年1月31日 优先权日2011年2月4日
发明者C·A·弗雷森, G·弗雷森, J·R·海斯, M·J·米哈尔卡, R·克里山 申请人:流体公司