专利名称::具有双功能电解质的电池的制作方法
技术领域:
:本发明的领域为电池,且特别为氧化还原流动池(flowcell)。技术背景基于相对宽的范围的电对,很多类型的电池(battery)和其它能量池(powercell)是已知的。含锌的那些电对在最受欢迎的电对中。锌被认为是可在含水的室温电池中循环的最高能量对成分且因此通常用于众多的电池和能量池应用。取决于配对搭档(couplingpartner),这种含锌电池将呈现各种特性。例如,在最简单的手电筒电池中锌与碳配对以提供相对便宜和可靠的电源。虽然Zn/C电池的制造通常简单和仅引起相对很少的环境影响,但是Zn/C电池存在各种缺点。尤其是,在通常使用的Zn/C电池中能量与重量的比相对差。为改善能量与重量的比,可使用替换的配对搭档和体系。例如,锌可与氧化汞或银配对以实现改善的能量与重量比。但是,氧化汞的毒性在制造中是经常有问题的,并且当这种电池被丢弃时趋于变得甚至更有问题。另一方面,虽然作为锌的配对搭档的银是环境基本中性的且显著改善能量与重量比,但是使用银在很多场合是很不经济的。在更进一步已知的电池和能量池中,锌还与其它金属如镍或铜配对以提供特定的期望特性。但是,并取决于具体金属,新的缺点可出现且特别是包括制造和/或处理时的环境问题、相对低的能量与重量比和不期望的低的开路电压。另外,可使用卣素作为锌的配对搭档,且最通常的锌-囟素对包括锌-溴和锌-氯(例如,用于负载调整电池)。但是,这种电池构造常常难以并入便携式或小型化的装置中。而且,这种电池构造典型地需要泵送系统且经常易于泄漏,产生由于来自游离囟素如氯和溴的危险的和环境的威胁的显著问题。或者,氧可用作锌的气体配对搭档,因而通常避免与毒性、用于配对搭档的超额成本或泄漏相关的问题。在这种构造中的各种优点中,使用空气(即,氧)作为锌的配对搭档典型地导致相对高的能量和重量比。而且,锌-氧体系典型地提供相对平坦的放电曲线。但是,这种电池的合理贮藏寿命经常只可通过使用昂贵的镀铂的碳空气电极和气密性密封而实现。而且,为提供连续的操作,空气必须具有通过电池至正极的无阻碍通道,使得空气中的氧可用于使正极放电。而且,锌-空气电池的商业应用先前已被限定于一次或不可再充电类型。由于使用碱性电解质,锌-空气电池经常出现另外的问题,该碱性电解质典型地布置于多孔锌负极和由碳膜形成的空气正极之间。不幸地,在这种电极中碱性电解质的使用经常导致二氧化碳的吸收,和因此导致碳酸盐的形成,这又趋于降低电导率和堵塞电极的活性表面中的孔。因此,尽管在本领域中已知的电池和能量池中有许多用于锌的配对搭档,但是它们全部或几乎全部都遭受一种或多种缺点。因此,仍需要提供用于改进的电池的组合物和方法。
发明内容本发明涉及具有双功能酸性电解质的电池,其中化合物(a)向该酸性电解质提供酸性,和(b)增加在电池中提供电流的氧化还原电对的至少一种金属离子的溶解度。在本发明主题的一个方面中,该酸性电解质为含水的电解质且特别预期的化合物包括有机酸。特别优选的有机酸包括烷基磺酸(例如,甲磺酸)和烷基膦酸(例如,曱膦酸)。更进一步优选的有机酸包括氨基取代的磺酸(任选地具有取代的氨基),和最优选氨基磺酸。在其它优点中,预期的酸典型地是可容易得到的、化学和环境良好的,且对各种金属离子(例如,铈、锌、或铅)呈现出众的溶剂化性质。在本发明主题的另一个方面中,该氧化还原对包括第一金属和第二金属(其可以离子形式或者元素形式存在),且该金属的至少一种是钴离子、锰离子、铈离子、钒离子、钛离子、铅离子、或锌离子。但是,特别优选的氧化还原对包括C03+/ZnG、Mn3+/ZnG、Ce4+/V2+、Ce4+/Ti3+、Ce4+/ZnQ、Co2+/Ce4+、Co2+/Co3+、?1/+/1)()和?134+/2110。在本发明主题的进一步方面中,预期的电池可用作一次或者二次电池,且可具有宽范围的容量(例如,至少10Wh100,000kWh,和甚至更多)。尤其是预期的电池具有相对高的容量的情况下,预期这种电池包括与电池单元(batterycell)流体连通的负极电解质储蓄器(reservoir)和正极电解质储蓄器,且该单元的至少一些可包括双极性电极。本发明的各种目的、特征、方面、和优点将通过与附图一起的下列本发明的优选实施方式的详细描述而变得更加明晰。图1是根据本发明主题的示例性电池的示意图。图2是包括多个池的示例性电池构造的示意图。图3是描述示例性的Zn/Ce电池的放电容量的图。图4是描述在1.8伏下放电的示例性的Zn/Ce电池的电流密度的图。图5是描述充电过程中示例性的Zn/Ce电池的单元电压的图。图6是描述在电解质中使用曱磺酸的示例性的Pb"/Pb。电池的放电容量的图。具体实施方式本发明人已发现可制造电池,其中酸性电解质具有(a)向电解质提供酸性和(b)增加形成氧化还原对的金属的至少一种金属离子的溶解度的化合物。溶解度优选通过络合物或者盐的形成而增加。从另一观点看,本发明人发现增加所选金属(和特别是离子形式)在电解质中的溶解度的化合物将有利地允许使用另外被认为是在具有酸性电解质的电池(且特别是二次电池)中不适合的的氧化还原电对的氧化还原对。在此使用的术语"酸性电解质"是指具有小于7.0且更典型地小于4.0的pH的电解质(即,导电的溶液)。也在此使用的术语"氧化还原对(pair)"与术语"氧化还原对(couple)"可交换地使用且是指在电池中的第一元素(或该第一元素的离子)和第二元素(或该第二元素的离子)的组合,其中该第一元素的还原和该第二元素的氧化产生该电池提供的电流。更优选地,该氧化还原对中的第一和第二元素不同,且在氧化还原对的第一和第二元素相同(具有不同氧化态)的情况下,具体地由¥5+/¥2+形成的氧化还原对。在此进一步使用的术语"负极(anode)"指在电池的放电过程中电池的负极(即,氧化发生的电极)。因此,术语"负极室"指包括该负极的电池室,和术语"负极电解质"指在该负极室中的电解质。类似地,术语"正极(cathode)"是指在电池的放电过程中电池的正极(即,还原发生的电极)。因此,术语"正极室,,指包括该正极的电池室,和术语"正极电解质"指在该正极室中的电解质。更进一步在此使用的术语"化合物增加金属离子"在电解质中"的溶解度"意味着金属离子在包括该化合物的电解质中的的溶解度比相同金属更典型地高至少20%,和还更典型地高至少50%。例如,虽然Ce"在含水的硫酸中仅具有微小的(marginal)溶解度,但是Ce"在约50%(体积)曱磺酸的水溶液中具有超过100g的溶解度(以碳酸铈计)。在一个优选的电池构造中,氧化还原对由锌和钴在酸性电解质中形成,其中该酸性电解质包括曱磺酸以提供电解质的酸性和增加Zn2+、Co3+、和/或Co"在酸性电解质中的溶解度。基于先前的实验(以下),这样的氧化还原对具有约2.6伏的开路电压,其优于许多其它氧化还原对。在这种构造中,本发明人预期,遵循下面的方程式(I),锌在电池放电时溶解在溶液中并且在充电过程中镀到电极上。在另一个电极上,钴离子遵循下面的方程式(II)贡献/接收电子。放电Zn0-2e-—Zn+2充电Zn+2+2e-—Zn0(I)放电2Co+3+2e-—2Co+2充电2Co+2-2e-—2Co+3(II)预期的电池因此有利地使用酸性电解质,且特别优选的酸性电解质包括有机酸。此外通常优选,预期的有机酸(a)在含水的或者非水的介质中具有相对高的溶解度,和(b)增加离子形式的氧化还原对的金属的至少一种的溶解度。虽然不希望被任何具体假设或者理论约束,本发明人预期,溶解度的增加至少部分由于金属离子与有机酸的阴离子形成络合物(例如,形成盐)。在另一个优选的实例中,铅可用作氧化还原对以提供氧化还原流动电池。在这种电池中,氧化还原对Pb+VPbG保持在酸性电解质中,该酸性电解质包括曱磺酸、氟硼酸或氨基磺酸作为酸化组分,该酸化组分进一步增加在电池的充电和放电过程中产生的铅离子的溶解度。下面的方程式(m)和(IV)描述相应的氧化还原反应放电Pb、2e-Pb+2充电Pb+2+2e=PbQ(III)放电Pb+4+2e=Pb+2充电Pb+2-2e=Pb+4(IV)这里,铅在放电过程中从铅电极上溶解并在充电过程中镀到电极上方程式(m)。二氧化铅(其中铅处于四价)典型地以粘附的黑沉积物存在于电极上。在放电过程中,二氧化铅还原为在包含酸化铅离子增溶剂(例如,曱磺酸、氟硼酸、或氨基磺酸)的电解质中可溶的二价离子。相反地,在充电过程中Pt^+以Pb"沉积。应该特别理解,这种电池以与使用硫酸的常规铅酸电池显著不同的模式工作。尤其是,硫酸铅不溶并在放电后保持在电极上。铅离子在预期的有机酸(且具体在甲磺酸、氟硼酸、和/或氨基磺酸)中的溶解度,和如此形成的铅盐用作基质(substrate)的能力向用于氧化还原流动电池的预期构造提供预料不到的且高度有利的性质,铅可从该基质以二氧化铅沉积物沉积在电极上。与当前已知的使用硫酸的铅酸对对比,预期电池中的活性材料在放电积物。因此,与涂浆板有关的性能衰退被完全避免。在预期的氧化还原流动电池中,二氧化铅在充电过程中从溶解的曱磺酸铅溶液中沉积到正极上,而元素铅则在充电过程中从溶解的曱磺酸铅溶液中沉积到负极上。在充电顶端的开路电压是2伏。当放电时,二氧化铅和另一电极上的铅以曱磺酸铅溶解回电解质中。因此,应该理解,使用铅氧化还原对(以及在此出现的其它对)的预期的体系可用于氧化还原流动电池中。电池的容量取决于可利用的电解质的体积和浓度以及选择以容纳生长的沉积物的单元间隙。或者,和特别是在高功率要求下电池容量相对低的情况下,预期的电池体系也可没有流动的电解质而操作。在更进一步的预期的方面中,正(铅)电极可用锌代替,从而提7高开路电压。这种电池有利地消除与铅电极有关的枝晶问题。但是,在这种电池中,通常需要电池隔膜和单独的电解质。特别优选的有机酸包括能够以相对高的浓度(例如,大于0.1M,更优选大于0.25M,还更优选大于0.5M,和最优选大于0.7M,其至少部分取决于电解质中的有机酸类型和具体的金属离子)溶解金属离子,且特别是Co+3/+2、Mn+3/+2、Ce+4/+3、Pb+2/PbG、Ti+3/+4、V^和Zn+2。因此,特别预期的有机酸包括各种烷基磺酸和各种烷基膦酸。此处使用的术语"烷基"是指所有烃基团(包括线形的、枝状的和环状的),其在很多情况下可具有通式CnH2w。其中一个或多个H原子被非H原子(例如,卣素、烷基、芳基、羧酸、磺酰基、或磷酰基)取代的烃也包括在术语"烷基"中。例如,可使用曱基磺酸,其中期望电解质为生物可降解的和/或为强度显著较小的氧化剂(例如,与硫酸相比)。另一方面,替换的有机酸也可包括三氟曱磺酸(CF3S03H),其被认为对各种金属离子(如,铈离子)产生比曱磺酸更好的溶剂阴离子。更进一步预期的化合物还包括无机酸如高氯酸(HC104)、硝酸、盐酸(HC1)、或硫酸(H2S04)。但是,这样的替换酸可带来安全忧虑或呈现对溶解高浓度的预期的金属离子较少有利的能力。关于化合物(例如,有机酸)的浓度,应该理解,对于本发明的主题不限制特定的浓度。但是,特别优选的浓度通常相对高(即,至少0.1M,和更典型地超过1M)。例如,有机酸为甲磺酸(MSA)情况下,合适的浓度为1M4M,且更优选为2.5M3.5M。类似地,通常预期钴离子浓度可显著变化,且预期的浓度在0.1-1mM之间(和甚至更少)至十2和/或+3氧化态的钴离子的最大饱和浓度的范围内。但是,典型地优选电解质中的钴离子浓度为至少0.05M,更优选至少O.IM,且最优选为至少0.3M。从另一观点来看,预期优选的钴离子浓度在pH<7和20°C下钴离子在电解质中最大溶解度的5-95%内。进一步预期可将钴离子以各种形式引入到电解质中。但是,优选钴离子以碳酸钴形式加入到电解质溶液中。许多替换形式,包括醋酸钴或者硫酸钴,也是预期的。类似地,电解质中的锌离子浓度可显著变化,但优选为至少0.3M,更优选至少0.8M,和最优选至少1.2M。关于锌添加到电解质中的具体形式,应用上面描述的同样考虑。因此,预期的锌的形式包括碳酸锌、醋酸锌、硝酸锌等。在可将第二金属以非离子形式引入的情形下,预期这种金属(且特别是锌和/或铅)可以膜或板引入到电极上(典型地负极)。在使用曱磺酸的水溶液的示例性的锌/钴氧化还原体系中,预期下列反应在充电过程中发生(放电时反应逆转)正极2Co(CH3S03)2+2CH3S03H—2Co(CH3S03)3+2H+负极Zn(CH3S03)2+Zn°+2CH3S03H以另一形式书写2Co+2-2e-—2Co+3(充电时E0=+1.92伏)Zn2++2e-—Zn0(充电时E0=-0.79伏)因此,应认识到在充电和放电过程中仅氢离子移动通过电池中的膜(即,隔膜)。因此,特别预期的膜包括允许氢的流动但限制和/或防止穿过膜的电解质的其它组分的交换的那些。在本领域中已知许多这种膜,且认为所有的那些适合与此处呈现的教导一起使用。但是,特别优选的膜包括NAFION膜(NAFIONTM:酸形式的全氟磺酸-PTFE共聚物;可商购自DuPont,Fayetteville,NC)。图1描述具有外壳110与触头112和114的示例性电池100。触头112和114与各自的电极130A和130B(其布置在至少一个电池单元120中)电连接。单元120用隔膜122(即,NAFION膜)分成室124和室126。室124包括布置在含Co+2和Co+3离子的电解质142(例如,包括MSA)中的电极130B,而室126包括布置在含锌离子(非离子金属形式的锌典型地镀到电极上)的电解质140(例如,包括MSA)中的电极130A。外壳可进一步分别包括负极电解质和正极电解质储蓄器150和152,其通过管路和任选的泵151与相应的室流体连通。在本发明主题的特别预期的替换方面中,预期正极电解质中的金属不需要限于钴离子,且许多替换金属离子也被认为适合于此使用。但是,氧化还原对中特别优选的金属包括锰离子、铈离子、钒离子、钛离子、铅和铅离子、锌和锌离子。使用这样的金属和金属离子的情况下,特别优选氧化还原对为C03+/ZnG、Mn3+/ZnG、Ce4+/V2+、Ce4+/Ti3+、Ce4+/ZnQ、或Pb4+/Pb°(T表1列出这种对的计算和/或观察的开路电压(OCV))。_氧化还原对ocv(伏)性能Co3+/Zn02.6在多次循环中稳定的充电/放电,无锌枝晶Mn3+/Zn02.2在多次循环中稳定的充电"文电,无锌枝晶<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表1适合与在此呈现的教导一起的更进一步预期的电池构造描述于具有以下序号的我们的共同未决的专利申请中PCT/USO1/41678(2001年8月10日提交,以WO03/017407公布)、PCT/US02/04749(2002年2月12日提交,以WO03/017395公布)、PCT/US02/05145(2002年2月12日提交,以WO03/017408公布)、PCT/US02/04740(2002年2月12日提交,以WO03/017397公布)、PCT/US02/04738(2002年2月12日提交,以WO03/017394公布)、和PCT/US02/04748(2002年2月12日提交,'以WO03/028127公布),其各自在此引入作为参考。在更进一步的替换方面中,且特别取决于氧化还原对的具体本性,应理解酸性电解质可为含水电解质或非水电解质。例如,在电解质为含水电解质,且酸化组分为有机酸的情况下,预期酸阴离子(即,去质子化形式的酸)可作为用于氧化还原对中的金属离子的至少一种的抗衡离子。另一方面,且尤其是可用的情况下,预期可使用络合剂(例如,环状多氨基羧酸盐配体、六氮杂大环配体等)以提高氧化还原对中的金属离子的至少一种的溶解度。在本发明主题的更进一步预期的方面中,且特别是希望在充电过程中获得相对高的镀锌的电流效率的情况下,优选将铟加到电解质以显著提高氢过电位。认为铟的加入起到阻碍氢逸出的作用,因此在电池充电时强迫锌沉积。虽然铟加到碱性电解质中之前已经表明减少氢的氢过电位,本发明人令人惊讶地发现与没有铟(在电解质中少于1%的铟离子替代锌离子)的70-80%相比,在铟离子存在下在酸电解质中的锌沉积是几乎95%的高效率。当然,应该认识到,在预期的电池中的氢过电位的降低不需要限定为向电解质中加入特定浓度的铟,而是也预期众多其它浓度的各种替换元素(典型地金属,最典型地13族元素)。例如,合适的元素包括铋(Bi)、锡(Sn)、镓(Ga)、铊(T1),和各种氧化物,包括三氧化二铟(111203)、三氧化二铋(Bi203)、氧化锡(SnO)和三氧化二镓(Ga203)。关于金属和其它降低氢过电位的化合物的浓度,通常优选浓度小于5摩尔%(相对Zn),更典型小于2摩尔%(相对Zn),和还更典型地小于1摩尔%(相对Zn)。但是,和特别是这样的元素或其它化合物呈现出相对高的溶解度的情况下,超过5摩尔%(相对Zn)的浓度也认为是合适的。在本发明主题的更进一步的替换方面中,预期合适的电池可构造成其本发明的主题不限制双极性电极的具体本性,且通常预期任何在充电过程中允许钴、锰、铈、和/或铅离子的氧化的材料适合在此使用。但是,特别优选的用于双电极的材料为玻璃碳。本发明人令人惊讶地发现尽管在高酸性电解质中工作,但在充电过程中玻璃碳提供优异的用于镀锌的基材。而且,玻璃碳是相对便宜且可比较的轻质材料,因此进一步改善成本/重量与容量的比。示例性的堆叠电池构造描述于图2中,其中电池200具有正极210和负极220,且其中多个隔板240将电池分成多个单元。该单元的每个(排除包括负极或正极的单元)包括双极性电极230。进一步预期的双极性电极方面在2003年2月12日提交的序号10/336,118的美国专利申请中公开,其在此引入作为参考。类似地,虽然在一些电池构造中NAFIONTM膜可比其它膜更令人满意地工作,但通常预期对于本发明的主题不限制膜的精确的物理和/或化学性质,只要这样的膜允许在预期的酸性电解质中在负极和正极室之间的H+交换。因此,应该理解除NAFIONTM膜外的许多替换膜也是适合的,且示例性的膜包括所有已知的固体聚合物电解质膜或者类似的材料。而且,应该特别认识到在至少有些预期的电池中,即使膜呈现正极电解质和/或负极电解质向相对的室中的一些泄漏或者渗透性,这种膜也是适合使用的,因为在本发明主题的更进一步预期的方面中,应认识到预期的电池的容量典型地仅受负极电解质和正极电解质的供应的限制。因此,预期特别有用的应用包括具有至少10kWh容量的相对小的电池,还包括具有至少100,000kWh容量的相对大的电池(例如,变电所和商业/工业场所的负载调次电池。<旦是,应该-〖人识到预期的电解质和电池构造也可用于一次电池。因此,在本发明主题的一个优选方面中,本发明人预期具有酸性电解质的二次电池,其中第一和第二金属离子形成产生电池提供的电流的氧化还原对,其中该电解质包括烷基磺酸(最优选MSA),且其中该氧化还原对选自CO3+/Zn0、Mn3+/Zn0、Ce4+/V2+、Ce4+/Ti3+、Ce"Zn0、Pb4+/PbQ和Pb4+/Zn0。至Co(O)。从不同的和更宽的观点来看,本发明人预期包括酸性电解质的电池,其中化合物(优选有机酸,更优选烷基磺酸或者烷基膦酸)向酸性电解质提供酸性且其中与不含该化合物的电解质相比,该化合物进一步增加至少一种金属离子(优选钴离子、锰离子、铈离子、钒离子、钛离子、铅离子、或锌离子)的溶解度,其中该金属离子与第二金属离子形成提供电池电流的氧化还原对。实验示例性的可再充电Zn-Co电池为验证包括含有钴-锌氧化还原对的电解质的可再充电电池的概念,通过使用在每个面中间具有衬垫的四块塑料超高分子量聚乙烯(UHMWP)、两个电极和一个NAFIONTM膜构造单元。电解质进口和出口安排在中部且电解质通过蠕动泵从两个小罐供料到相应的室中。钴溶液在480ml曱磺酸和320ml水中含有85克醋酸钴。锌溶液在240ml曱磺酸和160ml水中含有65克碳酸锌。钴溶液加到由涂覆钛网(Ti02)制成的正极,且锌溶液加到钛负极。单元间隙为2.54cm,流速约2升/分钟。该单元在0.5A(电流密度50mA/cm勺下充电5小时,进一步在0.2A电流下运行过^艾并在0.5A下再运行5小时。开^各电压最大为2.5V和在0.5A下的充电过程中跨越该单元的电压为2.6V。为研究电流效率,将单元清空并观察负极侧。负极侧含约9克锌,其与对于通过的电荷预计的理论值非常接近一致。将锌置于电解质中和锌自发溶解的速率相对低。两小时后仍观察到约50%的锌,且72小时后残存一些残留的锌。而且,在充电过程中在负极或正极上观察到非常少的析气。大部分锌在钛负极上形成粒状的小结并最终镀在膜的面上,而正极看来基本上没有沉积物。示例性的可再充电Zn/Ce电池使用复合碳-塑料负极、镀铂的钛网正极和Nafion隔膜构建Zn/Ce电池。电极表面积为100cm2。负极到隔膜的间隔约为0.4cm;正极到隔膜间隔约为0.2cm。通过将137g的Ce2(C03)3.xH20和107g的ZnO溶解在1042g的70%曱磺酸中制得负极电解质。加入足量的水以使体积至1.1升。正极电解质类似地制备,通过将165g的Ce2(C03)3.xH20和74g的ZnO溶解在995g的曱磺酸中制得。加入足量的水使体积至1.1升。在单元、泵和电解质储蓄器之间进行管连接。打开泵和电解质流过该单元。负极电解质流速为1.3-1.4升/分钟;正极电解质流速为约1.4-1.5升/分钟。该单元在60。C下操作。对该单元进行电连接,其在1000八/1112的恒定电流下充电5分钟,并随后在500A/m2的恒定电流下直到固定量的电荷1200Ah/m2输送到该单元中。静置一分钟后,该单元在1.8V的恒定电压下放电直至电流降至50A/m2。静置5分钟后,重复该程序直至进行总共10个循环。这10个循环之后,在充电过程中输送到该单元的电荷量从12增加到2110Ah/m2,再进行20次循环。然后重复全部顺序的30次循环。图3显示如上述构建和循环的Zn/Ce电池的放电容量。图4显示对于使用上述的程序循环的电池在1.8V下的典型放电过程中获得的电流密度。图5显示在使用上述条件的充电过程中电池的单元电压。示例性的可再充电Pb4+/PbQ电池Pb4+/Pb°电池使用复合碳-塑料负极和正极、以及Nafion隔膜构建。电极表面积为lOcm2。负极至隔膜和正极至隔膜的间隙为约1.2cm。通过将335g的PbO溶解在549g的70%曱磺酸中制备电解质。加入足量的水使得总体积为1升。负极电解质和正极电解质储蓄器各自填充有500ml该溶液。在单元、泵和电解质储蓄器之间进行管连接。打开泵和电解质以约1.0升/分钟流过负极室,和以0.2升/分钟经过正极室。该单元在室温下操作。对该单元进行电连接,其在250A/rr^的恒定电流下充电4小时。静置5分钟后,该单元在150A/n^的恒定电流下放电直至单元电压降至0.8V。静置5分钟后,重复该程序。图6显示在这些循环条件下的电池的单元电压。因此,已公开了具有双功能电解质的电池的具体实施方式和应用。但是,对于本领域的技术人员来说应该明晰在不偏离本文的发明点的情况下,除了已经描述的那些外,更多的改变是可能的。因此,除了在所附权利要求中的精神外,本发明的主题不受限制。而且,在解释说明书和权利要求书两者时,所有的术语应以与上下文一致的最宽可能的方式解释。特别是,术语"包括(comprises)"和"包含(comprising)"应该解释为以非排他性的方式涉及元素、组分、或者步骤,表明所涉及的元素、组分、或者步骤可与其它未明确提及的元素、组分、或者步骤一起存在、或使用、或者组合。权利要求1.一种电池,其包括酸性电解质,其中有机酸向该酸性电解质提供酸性;其中与不具有该化合物的电解质相比,该化合物进一步增加至少一种金属离子的溶解度;其中该金属离子和第二金属,任选地以离子形式,形成提供该电池的电流的氧化还原对;和条件是在该金属离子和该第二金属为铅时,该化合物不是硫酸,不是烷基磺酸,且不是胺磺酸。2.权利要求l的电池,其中该金属离子和该第二金属离子的至少一种选自4古离子、l孟离子、4市离子、4凡离子、4太离子、4S离子和《辛离子。3.权利要求2的电池,其中该氧化还原对为Co37ZnG。4.权利要求2的电池,其中该氧化还原对为Mn3+/ZnG。5.权利要求2的电池,其中该氧化还原对为Ce4+/V2+。6.权利要求2的电池,其中该氧化还原对为Ce4+/Ti3+。7.权利要求2的电池,其中该氧化还原对为Ce4+/ZnG。8.权利要求1的电池,其中该氧化还原对提供每单元至少2.0V的开路电压。9.权利要求l的电池,其中该电池为二次电池。10.权利要求1的电池,进一步包括具有负极和正极的单元、和与单元流体连通的负极电解质储蓄器和正极电解质储蓄器。11.权利要求l的电池,其中该电池包括多个单元,且其中该单元的至少一些包括双极性电极。12.4又利要求1的电池,其中该电池具有至少10kWh的容量。全文摘要一种电池包括酸性电解质,其中化合物向该电解质提供酸性和进一步增加在氧化还原对中至少一种金属的溶解度。特别优选的化合物包括烷基磺酸、胺磺酸和烷基膦酸,和特别优选的氧化还原对包括Co<sup>3+</sup>/Zn<sup>0</sup>、Mn<sup>3+</sup>/Zn<sup>0</sup>、Ce<sup>4+</sup>/V<sup>2+</sup>、Ce<sup>4+</sup>/Ti<sup>3+</sup>、Ce<sup>4+</sup>/Zn<sup>0</sup>和Pb<sup>4+</sup>/Pb<sup>0</sup>。文档编号H01M4/96GK101326672SQ200680046535公开日2008年12月17日申请日期2006年10月10日优先权日2005年10月11日发明者J·彼得·米林顿,布赖恩·J·多尔蒂,斯蒂芬·哈里森,罗伯特·L·克拉克,萨马里什·莫汉塔申请人:普拉里昂有限公司