专利名称：用于对电化学电源再填充燃料的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明的领域是采用电化学电池的电源。
现在已知电化学电源采取利用特定电极的电化学电池。特定电极通常包括电化学活性颗粒、或者电化学活性材料可以被电镀到其上面的颗粒的基底。特定电极可以被用于阴极过程中(例如，把金属电镀到该颗粒上)，或者可以用于阳极过程中(例如把金属溶解以产生电能)。
采用阳极过程的电化学电源可以包括金属/空气电池，例如锌/空气和铝/空气电池，但并不限于此。这种采用由被填充到电池中并且在放电过程中溶解的金属颗粒所构成的阳极的金属/空气电池通常称为可再充燃料电池。锌/空气可再充燃料电池包括一阳极、一阴极和一电解质。阳极通常由浸入电解质中的锌颗粒所形成并且能以惰性导体的网格或多孔结构保持在固定的位置。该阴极通常包括一半透膜、惰性导体的网格、和用于减少通过该半透膜从电池外部扩散进来的氧气的催化层。该阴极和阳极通常由可以被电解质所渗透的电绝缘体所分离。锌/空气可再充燃料电池消耗该锌颗粒和氧气以产生电能和反应产物。反应产物通常包括溶解的锌酸盐和悬浮于用过的电解质中的氧化锌颗粒。
金属/空气可再充燃料电池可以在几分钟或几秒钟之内再充燃料，而对常规的电池充电则一般需要几个小时。这使得可再充燃料电池非常适用于移动装置，如电动交通工具、除草机、便携式电源、以及其他需要快速再充燃料的装置。
在再充燃料操作中，新的电化学活性颗粒(例如铝或锌颗粒)和电解质被添加到可再充燃料电池中，并且包含反应产物的用过的电解质被除去。一般来说，该包含反应产物的用过的电解质可以被再生。
来自铝/空气可再充燃料电池的反应产物必须被运到大的工业设施(例如铝厂)以再循环或用于其他目的(例如水处理)。该包含来自锌/空气可再充燃料电池的反应产物的用过的电解质可以在小得多的工厂中以更高的效率完全再生。因此，由于其较低的寄生腐蚀率，锌比铝更适用于潜在的商品中的金属/空气可再充燃料电池的阳极燃料。但是，铝的高能量密度使其更适用于某些设备，特别是在如果进一步的开发使其寄生腐蚀率降低的情况下更是如此。
现在其他人已经提出用于对金属/空气可再充燃料电池再充燃料的几种方法。其中这样一种方法包括用于锌/空气可再充燃料电池的再充燃料系统，其中横跨过每个料斗的顶端的电解质的高速喷头从锌形成装置对在每个电池单元上面的料斗进行液压填充。这种和其他液压再充燃料系统具有这样的缺点，即，它们需要较大的电解质的再循环以实现完全的再充燃料，并且要使其邻近于用于存储或形成锌燃料的装置。这使得它们不适用于许多应用装置中，例如除草机和便携式电源，因为要把这些装置运到服务点以再充燃料是不切实际的。
另一种方法涉及用精细锌颗粒的膏剂、电解质和添加剂填充惰性导体的多孔薄片以形成片状阳极盒。该电池是通过替换这些盒子(每个电池一个盒子)而进行再充燃料的。这种系统具有相当严重的缺点，它需要替换大量的盒子(例如，在一辆电动货车上需要528个盒子)。即使对于象电动除草机这样的小装置，这种系统也需要在每次再充燃料操作中替换24个或更多的盒子。这种系统的其他缺点包括不能100％的利用锌，并且有可能使用户暴露于腐蚀性电解质(一般为氢氧化钾)之下。
其他可再充燃料电池采用在每个电池之上用于储备金属颗粒的存储料斗，但是不足以解决如何使该颗粒和新的电解质方便、可靠、快速和准确地填充到多个存储料斗中而不使用户暴露于腐蚀性电解质之下的问题。这些和其他设计方案也不足以解决安全、快速、和方便地从电池单元中除去用过的电解质和反应产物的问题。
因此，显然金属/空气可再充燃料电池需要一种更方便、安全和快速的再充燃料方法和装置。特别是在金属/空气可再充燃料电池被用于象电动除草机和便携设备这样的小装置中的情况下更加有利。特别地，如果可再充燃料系统包括能够填充不只是一个电化学电池的可移动容器时则更加有利。如果该可再充燃料电池系统在任何时候(特别是在再充燃料操作过程，以及替换和填充可移动容器的时候)都不会使用户暴露于腐蚀性电解质之下时，则更加有利。最后，如果该可移动容器可以方便、安全、和快速地在用于存储或形成金属燃料的装置中填充时则更为有利。
本发明是一种用于对可再充燃料电池再充燃料和操作的方法和装置。
本发明的第一个独立方面是一种可以连接到可再充燃料电池并对其再充燃料的可移动容器，其中包括一个电解质储备室、至少一个燃料室、流体连接到至少一个燃料室和该电解质储备室上的至少一个导管，以及与该电解质储备室和至少一个燃料室流体连接的多个阀门，该阀门可连接到可再充燃料电池，这样，一旦连接，该可移动容器和可再充燃料电池确定一条在可再充燃料电池的操作过程中通过该可再充燃料电池和移动容器的电解质环流。
本发明的第二独立方面是一种可以连接到可再充燃料电池上的可移动容器，其中包括至少一个燃料室和多个与至少一个燃料室流体连接并且能够连接到可再充燃料电池上的阀门，使得一旦连接之后，该可移动容器和可再充燃料电池确定一条在该可再充燃料电池工作时通过可再充燃料电池和可移动容器的电解质环流。
本发明的第三独立方面是一种可再充燃料电化学电源，它包括一可再充燃料电池和一可拆卸地附在该可再充燃料电池上的可移动容器，其中该可再充燃料电池和可移动容器确定在可再充燃料电池工作过程中通过该可再充燃料电池和可移动容器的电解质环流。
本发明的第四个独立方面是一种可再充燃料电化学电源的操作方法，包括把可移动容器附在一可再充燃料电池上以确定一条通过该可再充燃料电池和可移动容器的电解质环流，从该可移动容器向可再充燃料电池中释放燃料颗粒和电解质溶剂，使电解质循环通过该电池和附着的可移动容器并经过一段时间以对该可再充燃料电池放电，从而把一些燃料颗粒溶解到用过的电解质中的反应产物内，使包含反应产物和用过的电解质的可移动容器从该可再充燃料电池上分离出来，并且把包含新的燃料颗粒和电解质的可移动容器附着到该可再充燃料电池上。
在附图中，类似的附图标记表示相似的构成元件，其中
如下图1为示出放电和再生循环过程中燃料和电解质流动的示意图。
图2为示出可移动电容器和附着上该容器之前的可再充燃料电池的第一实施例的示意图。
图3为图2所示的相互连接的可移动电容器和可再充燃料电池的第一实施例的示意图。
图4为图2和图3所示的连接到一可移动容器再填充装置上的可移动电容器的第一实施例的示意图。
图5A为连接到一可再充燃料电池上的可移动容器的第二实施例的示意图。
图5B为图5A中所示的连接到可再充燃料电池上的可移动容器的侧面示意图。
图5C为沿图5A中A-A线的截面图，其中示出处于打开部位的薄带。
图5D为沿图5A中A-A线的截面图，其中示出处于部分闭合部位的图5C中的薄带。
图5E为沿图5A中A-A线的截面图，其中示出处于完全闭合部位的图5C中的薄带。
图6为图5B中的部位B的放大视图。
图7A为连接到一可再充燃料电池上的可移动容器的第三实施例的示意图。
图7B为连接到图7A中所示的可再充燃料电池上的可移动容器的侧面示意图。
图7C为连接到图7A中所示的可再充燃料电池上的可移动容器的侧面示意图。
在此公开一种系统，其能够把电化学活性燃料颗粒(例如锌颗粒)和电解质(例如氢氧化钾)从可移动容器中填充到具有利用阳极过程的特定电极的多个电池单元的可再充燃料电池中。还提供一种用过的电解质和反应产物从放电后的电池单元循环回可移动容器的循环过程，作为把电化学活性颗粒和电解质从用于存储和形成电化学活性燃料颗粒的装置中填充到可移动容器的填充过程。来自可移动容器用过的电解质和放电后的电池单元的反应产物被传送到用于存储和再生该反应产物的装置中。
一个或多个可移动容器可以附着到或插入到一电化学装置中，例如金属/空气可再充燃料电池。在该可移动容器中的电化学活性燃料颗粒可以自由地由重力从每个可移动容器送到该装置中的一个或多个电化学电池中。另外，电解质可以与任何可能被加入或与该电解质一同传送的电化学有效燃料颗粒或反应产物一起进出一个或多个可移动容器。
可移动容器可以是任何形状的，并且最好是用不与电化学活性燃料颗粒和电解质发生反应的材料所制成。该可移动容器最好结构简单，易于生产并且耐用而不容易泄漏。它们最好具有能够有效存储和易于操作的形状和尺寸，并且当一个或多个可移动容器附着在一电化学装置上时不会明显地降低该电化学装置的物理稳定性。
在一电化学装置(例如，可再充燃料电池)与一可移动容器之间可以有各种各样的物理接口。该接口的有利特点包括促使燃料颗粒从可移动容器可靠地传送到可再充燃料电池单元中，促使新的电解质从可移动容器可靠地传送到该电池单元中，促使用过的电解质从该电池单元可靠地传送到可移动容器中，在任何时候使用户暴露于该电解质之下的可能性最小，特别是在更换可移动容器的过程中，促使容易和快速地更换可移动容器，使电池单元之间的寄生导电率最小，有效利用空间、简单、耐用且生产成本低。
在可移动容器与用于可移动容器的再填充装置之间也可以有各种物理接口。该接口的有利特点包括促使用过的电解质从该可移动容器可靠地传送到可再填充装置中，促使燃料颗粒从再填充装置可靠地传送到可移动容器中，促使新的电解质从再填充装置可靠地传送到可移动容器中，在任何时候使用户暴露于该电解质之下的可能性最小，特别是在再填充该可移动容器的过程中，促使容易和快速地再填充该可移动容器，有效利用空间、简单、耐用、且生产成本低。
在图1中示出燃料颗粒和电解质在锌/空气可再充燃料电池的放电和再生循环过程中流动的流程图。该图示出采用如下步骤的闭合环路系统(A)锌燃料颗粒和新的电解质被通过利用可移动容器再填充装置填充到可移动容器中；(B)然后把可移动容器移送到一可再充燃料电池处；(C)然后把可移动容器附着或插入到该可再充燃料电池中，使其变为该可再充燃料电池的电解质环流的一部分，并且该可移动容器中的内容(锌燃料颗粒和电解质)被用于使可再充燃料电池放电一段时间；(D)包含至少部分用过的电解质和反应产物的可移动容器被从可再充燃料电池上卸下，并移送回再填充装置处；以及(E)该可移动容器中的内容被倒入再填充装置中，并且重复步骤(A)。另外，(F)用过的电解质和反应产物被从再填充装置送到锌再生装置中，该用过的电解质和反应产物被再生为锌燃料颗粒和新的电解质，然后(G)被返回到该再填充装置中。再填充装置和锌再生装置可以相互分离或者作为单个整体装置的组成部分。如果使用除了锌以外的其他金属(例如，铝)，则该金属再生装置可能是远离再填充装置的大的工业设施，否则该金属不能够再生。
图2和3中示出可移动容器10的第一实施例以及它密封和附着在一可再充燃料电池40上的方式。参见该图，其中示出可移动容器10被设计为用于填充在阳极过程中利用燃料颗粒62的一个三单元的可再充燃料电池40。可移动容器10和可再充燃料电池40一同确定用于使电解质60在电池工作过程中循环通过可移动容器10和可再充燃料电池40的闭合环流。
可移动容器10包括可以密封液体的壳体26，其中具有一种燃料室12，这些燃料室之间最好相互电隔离。燃料室可以用能够使燃料室12相互电隔离的任何材料制成的隔板28所隔离。一般可以用塑料，例如PVC(聚氯乙烯)或乙缩醛来制造该可移动容器10。燃料室12通过狭窄和相对较长的导管24相互连接。燃料室12也可以通过较宽的导管25连接到电解质储备室14上。
过滤器34置于每个导管24中，或者置于与导管24相邻的燃料室12中，以防止燃料颗粒62经过燃料室12之间的导管24。如果燃料颗粒62进入导管24，则可能会堵塞导管24或者造成电流短路。
燃料室12可以容纳一定体积的浸入在电解质溶液60(一般为氢氧化钾溶液)中的燃料颗粒62(例如，锌颗粒)。电解质储备室14类似地可以容纳一定体积的附加电解质。可以采用各种各样的燃料室12和电解质储备室14的相对尺寸、形状和位置。
燃料室12可以大到足以容纳保存在电解质储备室14中的一定体积的电解质溶液60。另外，尽管图中概要地示出平燃料室12并联排列以使电解质溶液60便于流动，但是也可以采用串联或串并联相结合的排列方式。
另外，可移动容器10可以具有电解质储备室14而不带有燃料室12，从而在电池工作过程中，为可再充燃料电池40提供循环使用的电解质60。在这种情况下，燃料颗粒62可以与电解质60相分离地传送到可再充燃料电池40中。
与燃料室12相连接的是通过壳体26的通道18，使得每个通道18的端部30都延伸出该壳体26之外。通道18的端部30是可弯折的。通道20通过管道22连接到电解质储备室14，并通过壳体26使得通道20的端部32延伸出该壳体26之外。通道20的端部32也可以弯折。
可移动容器10还包括一个可拆卸地附着在可移动容器10上面的密封件16，该密封件能够在封闭和不封闭通道18和20的闭合部位和打开部位之间移动。因此，可以看出通道18和20的被用作燃料室12和电解质储备室14的阀门。但是，也可以采用其他的阀门方案。
密封件16被设计为用于通过收缩闭合该通道18和20的可弯折端部30和32防止电解质60或燃料颗粒62流过通道18和20。密封件16具有方便地在图2和3中所示的打开和闭合部位之间移动的机构(未示出)。可以采用任何通常的机构来实现这一目的，例如杠杆和凸轮。
当可移动容器10不附着在可再充燃料电池40时，密封件16被移到图2中所示的闭合部位处，并且通道18和20的可弯折端部30和32闭合。在存储和运送过程中，可移动容器10可相对图2中所示的方向倒置存放，以使得从通道18和20缓慢泄漏的可能性最小。
另外，可以在可移动容器10的存储和运送过程中采用盖子36(未示出)为通道18和20中提供进一步的密封。盖子36可以与上升凸缘38(未示出)或类似的位于通道18和20周围的壳体26的结构相啮合。也可以采用其他的啮合方式。盖子36可以是一个分离的部件或者通过活动铰链附着到可移动容器10的壳体26上。
可再充燃料电池40被设计为容纳该可移动容器10。参见图2和3，为便于说明，图中示出的可再充燃料电池40包括三个特定电极的电池单元42，每个具有一顶端56和一底端52。电池单元42通过附着在每个电池单元42底端52的狭窄并相对较长的导管54相互连接。电池单元42也通过一较宽的导管55连接到一个泵44，其位于可再充燃料电池40的内部。
尽管图中概要示出的电池单元42并联排列以便于电解质60流过，但是也可以采用串联排列或串并联相结合的排列。在串联排列中，把电解质60泵压通过可再充燃料电池40和可移动容器10所需的压力增加，电解质60从电池单元42散热的能力降低。
过滤器34置于每个导管54中，或置于与导管54相邻的每个电池单元42的底端52中，以防止燃料颗粒62通过在电池单元42之间的导管54。如果燃料颗粒62进入导管54，则会堵塞导管52或造成电流短路。
过滤器34可以用能够经受电解质60的任何材料制成，例如，压制聚丙烯筛子，这使得液体电解质60可以通过，但防止燃料颗粒62通过。
如果可能的话可以把导管54和24做得足够窄，以至于即使没有过滤器34也能够防止燃料颗粒62通过，并且仍然允许电解质60和用过的燃料通过。在可再充燃料电池40的工作过程中，燃料颗粒62(例如，锌粒)的尺寸会发生变化。可以采用具有0.024英寸、0.030英寸或者0.040英寸的锌粒。但是也可以采用其他尺寸或者其他燃料。
导管54较为狭窄并且相对较长以使得电池单元42之间通过电解质60的电导性和寄生电流泄漏明显减小。类似地，导管24也较狭窄而且相对较长以允许明显地减少燃料室12之间电解质60的导电率和寄生电流泄漏。通过串联排列使电解质流过的电池单元42和燃料室12可以减小寄生电流泄漏。
过滤器34防止燃料颗粒62进入导管52和24，并减小通过导管54和24的导电率。如果过量的燃料颗粒62聚集在导管54和24中，则会引起电池单元42或燃料室12之间通过燃料颗粒62而短路。
在可再充燃料电池40的工作过程中，最好使由于在导管54和24中通过导电电解质60的电流泄漏所造成的寄生能量损耗最小。最好使总的寄生损耗小于可再充燃料电池40的总功率输出的5％。
通过减小导管54和24的最小直径并增加其长度，使得导管的电阻明显增加以降低寄生损耗。包含电解质的导管的电阻是R=L/AC其中R是导管的电阻，L是导管的长度，A是导管的横截面积，C是电解质的导电率。例如，在具有12个电池单元和并联分布的燃料室的1000瓦的典型系统中，当该导管具有2mm的直径和10mm的长度，并且电解质(氢氧化钾)的导电率为0.25欧姆/cm时，把每个燃料室连接到电解质储备室的两个并联导管导致4.5瓦的损耗，或者为可再充燃料电池的总的1000瓦功率输出的0.45％的损耗。
在实践中，由于电解质60的液体流动必须保持通过导管54和24，并且流过导管54和24的液体受到的流体阻力随着直径的减小和长度的增加而增加。因此，各种导管直径、长度和数量的组合可以在保持电解质60的流动、而明显减小导电率以及通过导管54和24所导致的寄生损耗之间获得的平衡。
可以用多条并联导管取代所示的单条导管54和24，以便于在其中一条导管堵塞的情况下提供备用导管。多条并联导管可以防止堵塞之后液压上升，并使其保持不变。
连接到电池单元42的顶端56的是被设计为容纳可移动容器10的通道18的端部30的开口50。可再充燃料电池40还包括通道46，它把泵44连接到被设计为容纳可移动容器10的通道20的端部32的开口48。
如图3所示，可以通过直接把可移动容器10下压使得通道18的端部30与开口50相啮合，并使通道20的端部32与开口48相啮合，使得可移动容器10与可再充燃料电池40相连接，最好使啮合部位略微形变以获得使电解质60流过的密封连接。也可以采用其他的密封形式。可移动容器10可以通过采用任何常规方法附着在可再充燃料电池40上。
一旦可移动容器10连接到可再充燃料电池40，密封件16被移动到打开部位，以使得燃料颗粒62和电解质60通过通道18流入电池单元42，从而对可再充燃料电池40再次填充燃料。密封件16可以采用常规机构(未示出)来进行移动，例如杠杆和凸轮、螺杆或者其他机构。
在电池工作过程中，泵44通过把电解质60从电池单元42的底端52经过导管54和55抽出并把它通过通道46经过由开口48和通道20所形成的接口泵压到可移动容器10中，使得电解质60循环通过可再充燃料电池40和可移动容器10。电解质通过管道22流入电解质储备室14，并从中通过导管24和25流入燃料室12，在此电解质60向下通过通道18与开口50所形成的接口流入电池单元42。燃料颗粒62自由地从燃料室12向下流入电池单元42，在此燃料颗粒62在电池放电过程中溶解。因此，可以看出可移动容器10和可再充燃料电池40确定了一条用于在电池工作过程使电解质60循环的闭合环流。
当电解质60的反应产物过多使得它不能够维持连续的电池放电，或者燃料颗粒62的电平明显下降时，可以通过关闭泵44和通过把密封件16移动到闭合位置使通道18和20闭合，使可再充燃料电池40减活化。然后可以从可再充燃料电池40卸下包含用过的电解质和反应产物的可移动容器10，并且用其他包含新的电解质60的燃料颗粒62的可移动容器10来替换。
在所有实施例中，电解质的流动方向可以被反向。图中所示的方向有利于使燃料颗粒62从燃料室12可靠地填入电池单元42中。也可以在可再充燃料电池40中设置另外的存储电解质的电解质储备室(未示出)。
图4为附着到再填充装置64上的可移动容器10的示意图。如图4所示，在再填充过程中，可移动容器10以颠倒方向附着到再填充装置64上。
可移动容器10连接到再填充装置64上，使得通道18的端部30与再填充装置64上的相应开口68相啮合，并且通道20的端部32与再填充装置64上的开口66相啮合，以形成使电解质60流过的密封连接，这与可移动容器10连接到可再充燃料电池40的方式相类似。可移动容器10可以用任何常规方法附着到再填充装置64上。
然后使密封件16从闭合部位移动到打开部位，以使得通道18和20打开。然后，通过管道22从可移动容器10中抽取出用过的电解质，该管道连接到可移动容器10的电解质储备室14的底端(如图4中所示的方向)。新的燃料颗粒62(例如，锌粒)对电解质60从再填充装置64通过管道18冲到燃料室12中。这一过程持续进行直到大量的燃料颗粒62被冲到燃料室12中，并且通道18中基本上没有燃料颗粒时为止。如果必要的话，可以通过通道20和管道22添加其他电解质60，直到电解质储备室14中充满电解质60为止。
然后密封件16被移到闭合位置，使得通道18和20闭合，以防止燃料颗粒62和电解质60继续通过。然后，把可移动容器10从再填充装置64中取下。这样就完成再填充可移动容器10的过程。
图5中示出可移动容器70的第二实施例，其中类似的参考序号表示与图2-4中所示的第一实施例相类似的部件。可移动容器70具有另外一个用于密封燃料室12和电解质储备室14的阀门系统，以及另外一种连接到可再充燃料电池90的方法。象图2-4中所示的那样，为便于说明，一个三单元结构的可移动容器70和可再充燃料电池90在图5中示出。
可移动容器70包括多个位于可移动容器70的连接面72上的通孔74，该通孔74穿过壳体26并连接到燃料室12。通孔74在位置上对应于连接到电池单元42的顶端56的可再充燃料电池90上的开口92。可移动容器也具有一个位于连接面72上的通孔76，该通孔也通过壳体26，并通过管道22连接到电解质储备室14。通孔76在位置上对应于连接到通道46的可再充燃料电池90上的开口94。
可移动容器70还包括具有可拆卸地附着在可移动容器70上的狭窄部分82和较宽部分84的薄带80。该薄带80可以由不锈钢或其他能够经受腐蚀性的电解质腐蚀的耐腐蚀材料所制成。在图5E所示的闭合部位处，较宽部分84覆盖通孔74和76，以防止电解质60和燃料颗粒62流动。在图5C中所示的打开部位处，狭窄部分82被移到通孔74和76之上以允许电解质60和燃料颗粒62流动。
在薄带80与连接面72之间具有约为0.003英寸宽的狭缝86，以消除薄带80与连接面72之间的摩擦。狭缝86使得少量液体电解质60从燃料室12之间泄漏。这使得当可再充燃料电池90工作时在电池单元42之间存在寄生电泄漏电流，但是只要狭缝86足够窄，这些泄漏电流仅消耗可再充燃料电池90的功率输出中的一小部分功率。通过位于薄带80与连接面72之间的O形环密封圈78可以避免电解质60从可移动容器70通过狭缝86泄漏，该密封圈位于通孔74和76的周围。薄带80和O形环密封圈78可以通过图6中所示的垫圈部件88保持在可移动容器70上。垫圈部件88也可以使狭缝86保持为一个受控的宽度上。
薄带80可以为固定长度，并且通过用于旋转接收盘的把手或其他装置(未示出)附着到接收盘(未示出)上以旋转该接收盘，使得薄带80在打开和闭合部位之间移动。另外，薄带80可以是连续的环形，在这种情况下它可以绕过可移动容器70，并具有线性拉伸机构(未示出)或者其他用于使薄带80在打开和闭合部位之间移动的装置。
在把可移动容器70附着的可再充燃料电池90上之前，薄带80处于闭合部位，使得通孔74和76密封。在把可移动容器70附着到可再充燃料电池90上之后，薄带80被移动到打开部位，使得燃料颗粒62和电解质60通过通孔74和76。
在可再充燃料电池90的工作过程中，泵44从电池单元42的底端52通过通道46抽出电解质60，并通过由开口94和通孔76所构成的接口进入可移动容器，经过管道22，并进入到电解质储备室14，通过导管24和25并进入到燃料室12，在此电解质60通过通孔74和开口92之间的接口进入电池单元42的顶端56。
当薄带80处于打开部位时，如图5C中所示在可再充燃料电池90的工作过程中，只有薄带80的狭窄部分82跨在通孔74所在的可移动容器70的连接面72上。该狭窄部分82位于O形环密封圈78的外侧，使得该薄带80不会使电池单元42短路。
当电解质60中的反应产物太多，使得它不能够维持连续的电池放电，或者燃料颗粒62的水平面大大低于容器/电池分界面，通过关闭泵44，可以通过把薄带80从打开部位移动到闭合部位来闭合通孔74和76，使得可再充燃料电池90减活化。然后可以从可再充燃料电池90上卸下包含用过的电解质和反应产物的可移动容器70，并用其他包含新的燃料颗粒62和新的电解质60的可移动容器70来替换。
图7示出可移动容器150和可再充燃料电池170的第三实施例。为便于说明，在图中示出一个三单元结构的可移动容器150和可再充燃料电池170。
可移动容器150包括一个具有用于分别容纳和排空一定量的燃料颗粒62和电解质60的燃料室154和电解质储备室156的筒152。附着到筒152上的是分别连接到燃料室154和电解质储备室156的可弯折通道158和160。可弯折通道158和160永久地附着到筒152上并且相对端162被一个延长的端件164或其他常规装置固定在一起。在燃料室154的底端166处，有把燃料室154相互连接的狭窄并且相对较长的导管168。燃料室154也通过较宽导管165连接到电解质储备室156。
过滤器34置于每个导管168中，或置于与导管168相邻的燃料室154中，以防止燃料颗粒62通过燃料室154之间的导管168。如果燃料颗粒62浸入导管168，则会导致导管168的堵塞或短路。
可再充燃料电池170具有一组容纳端件164以形成可移动容器150和可再充燃料电池170之间的密封连接的开口172。一旦连接之后，可移动容器150和可再充燃料电池170确定一个用于在电池工作过程中使电解质60循环的闭合环流。一组开口172连接到在可再充燃料电池170中的料斗174，并连接到通道176。料斗174被设计为在电解质60中容纳一定量的燃料颗粒62。位于每个料斗174下面的是一电池单元178。电池单元178通过连接到每个电池单元178的底端184的狭窄并且相对较长的导管182相互连接。电池单元178也通过较宽导管185连接到泵180。连接到泵180上的是连回一组开口172的通道176。
过滤器34置于每个导管182中，或置于与导管182相邻的电池单元178中，以防止燃料颗粒62通过电池单元178之间的导管182。
可以使导管182和168足够窄，使得即使没有过滤器34也可以防止燃料颗粒62通过，而允许电解质60通过。导管182和168与导管54和24相类似，被设计为充分地减小寄生损耗。
当电池单元178被充满干燥的燃料颗粒62时，筒152的内部容积相对地大于可再充燃料电池170中的可用容积。
通过把可移动容器150的端件164连接到在可再充燃料电池170上的一组开口172而对可再充燃料电池170添加燃料，该可再充燃料电池170的电池单元178中已经填满干燥的燃料颗粒62。然后把筒152升高以把包含于筒152中的燃料颗粒62倒入在电池单元178上面的料斗174，但是不倒出大部分电解质60。当完全把燃料颗粒62倒入斗174中之后，可移动容器150被降低到图7C所示的部位，并固定到可再充燃料电池170上。
在电池工作过程中，泵180通过导管182和185从电池单元178中抽出电解质60，通过通道176和可弯折通道160进入筒152的电解质储备室156。然后电解质60通过导管168和165流到燃料室154中，然后通过可弯折通道158进入料斗174。然后电解质60从料斗174回流到电池单元178中。燃料颗粒62自由地从料斗174送入电池单元178，在电池单元中，燃料颗粒62在电池放电的过程中溶解。
当电解质60中具有太多的反应产物，使得它不能够维持连续的电池放电，或者燃料颗粒62的水平面显著下降，则通过关闭泵180使得可再充燃料电池170减活化。然后从可再充燃料电池170上卸下包含用过的电解质和反应产物的可移动容器150，并且用其他包含新的燃料颗粒62和新的电解质60的可移动容器150替换。
这样，在上文中已经对用于填充采用特殊电极的多个电化学电池单元的方法和装置进行了描述。对于本领域内的专业人士来说可以看出本发明不限于上述的特定实施例。上文的描述仅是为了解释说明而不是对本发明的限定。还可以在不脱离本发明宗旨的情况下作出各种改变和变化。因此，本发明仅限于附加的权利要求的精神实质的范围内。
权利要求
1．一种用于对具有采用特定的电极的电化学电池单元的可充燃料电池再充燃料的可移动容器，其特征在于，它包括(a) 壳体；(b) 在该壳体中能够容纳一定量的电解质溶液的电解质储备室；(c) 与该电解质储备室液体连接，通过该壳体并能够与一可再充燃料电池相连接的第一阀门；(d) 在该壳体内能够容纳电化学活性燃料颗粒和电解质溶液的燃料室；(e) 与该燃料室液体连接，通过该壳体并能够与一可再充燃料电池相连接的第二阀门；(f)与该电解质储备室和燃料室相连接的导管，使得可移动容器和可再充燃料电池确定一条用于使电解质溶液循环通过该可移动容器和可再充燃料电池的闭合环流，而在该可再充燃料电池的工作过程中该可移动容器连接到可再充燃料电池上。
2．根据权利要求1所述的可移动容器，其特征在于，还包括一个能够防止燃料颗粒在该燃料室与电解质储备室之间通过的过滤器。
3．根据权利要求1所述的可移动容器，其特征在于，该导管足够窄以防止燃料颗粒通过，并使得电解质溶液得以通过。
4．根据权利要求1所述的可移动容器，其特征在于，第一阀门和第二阀门构成可弯折通道，可移动容器还包括一密封件，其可移动地附着在可移动容器上，并能够收缩闭合该可弯折通道。
5．根据权利要求1所述的可移动容器，其特征在于，还包括一个在可移动容器不连接到可再充燃料电池上时能够密封该第一阀门和第二阀门的盖子。
6．根据权利要求5所述的可移动容器，其特征在于，该盖子附着到壳体上。
7．根据权利要求1所述的可移动容器，其特征在于，该壳体被液体密封。
8．一种用于对具有采用特定电极的电化学电池单元的可再充燃料电池进行再充燃料的可移动容器，其特征在于，它包括(a) 壳体；(b) 在该壳体中能够容纳一定量的电解质溶液的电解质储备室；(c) 第一阀门，其包括与该电解质储备室液体连接的通过该壳体并能够与一可再充燃料电池相连接的第一可弯折通道；(d) 在该壳体内能够容纳电化学活性燃料颗粒和电解质溶液的燃料室；(e) 第二阀门，其包括与该燃料室液体连接的通过该壳体并能够与一可再充燃料电池相连接的第二可弯折通道；(f) 与该电解质储备室和燃料室相连接的导管，使得可移动容器和可再充燃料电池确定一条用于使电解质溶液循环通过该可移动容器和可再充燃料电池的闭合环流，而在该可再充燃料电池的工作过程中该可移动容器连接到可再充燃料电池上；(g) 一密封件，其可拆卸地附着在可移动容器上，并能够收缩闭合该可弯折通道；以及(h) 一个在可移动容器不连接到可再充燃料电池上时能够密封该第一阀门和第二阀门的盖子。
9．根据权利要求8所述的可移动容器，其特征在于，其中还包括一个能够防止燃料颗粒在该燃料室与电解质储备室之间通过的过滤器。
10．根据权利要求8所述的可移动容器，其特征在于，该导管足够窄以防止燃料颗粒通过，并使得电解质溶液得以通过。
11．一种用于对具有采用特定电极的电化学电池单元的可再充燃料电池进行再充燃料的可移动容器，其特征在于，它包括(a)壳体；(b)一个或多个在该壳体中能够容纳一定量的电化学活性燃料颗粒和电解质溶液的燃料室；(c)多个阀门，其与所述一个或多个燃料室液体连接，通过该壳体并能够与一可再充燃料电池相连接；以及(d)把所述一个或多个燃料室相互连接的一个或多个导管，使得可移动容器和可再充燃料电池确定一条用于使电解质溶液循环通过该可移动容器和可再充燃料电池的闭合环流，而在该可再充燃料电池的工作过程中该可移动容器连接到可再充燃料电池上。
12．根据权利要求11所述的可移动容器，其特征在于，还包括一个在该壳体内并连接到一个或多个燃料室的电解质储备室，以及与该电解质储备室液体连接的通过该壳体并能够连接到一可再充燃料电池上的第二阀门。
13．根据权利要求11所述的可移动容器，其特征在于，当所述可移动容器中包含电解质溶液时，一个或多个导管能够明显减小每个所述一个或多个燃料室之间通过该导管相互连接的导电率。
14．根据权利要求13所述的可移动容器，其特征在于，所述一个或多个导管足够狭窄并相对较长，以使得当所述可移动容器中包含电解质溶液时，能够明显减小每个所述一个或多个燃料室之间通过所述导管相互连接的导电率。
15．根据权利要求11所述的可移动容器，其特征在于，还包括一个或多个能够防止燃料颗粒在该燃料室与电解质储备室之间通过的过滤器。
16．根据权利要求11所述的可移动容器，其特征在于，所述一个或多个导管足够窄以防止燃料颗粒通过，并使得电解质溶液得以通过。
17．根据权利要求12所述的可移动容器，其特征在于，所述多个阀门和第二阀门构成可弯折通道，可移动容器还包括一密封件，其可移动地附着在可移动容器上，并能够收缩闭合该可弯折通道。
18．根据权利要求12所述的可移动容器，其特征在于，所述多个阀门和第二阀门包括通过所述可移动容器的壳体的开口，以及可移动地附着到该可移动容器上的薄带，其能够在打开和闭合部位之间移动以分别打开和密封通过所述壳体的开口。
19．根据权利要求11所述的可移动容器，其特征在于，还包并一个在可移动容器不连接到可再充燃料电池上时能够密封该多个阀门的盖子。
20．根据权利要求19所述的可移动容器，其特征在于，该盖子附着到可移动容器的壳体上。
21．根据权利要求11所述的可移动容器，其特征在于，该壳体被液体密封。
22．根据权利要求11所述的可移动容器，其特征在于，一个或多个燃料室并联连接以使电解质溶液流过。
23．一种可再充燃料电化学电源，其特征在于，它包括(a)具有一个或多个采用特定电极的电化学电池单元的可再充燃料电池，以及一个或多个使一个或多个电化学电池单元相互连接的导管；以及(b)一个可拆卸地附着到所述可再充燃料电池上的可移动容器，其中包括一壳体；在该壳体中能够容纳一定量的电解质溶液的储备室；与所述储备室液体连接，通过该壳体并可拆卸地连接到该所述可再充燃料电池上的第一阀门和第二阀门，使得可移动容器和可再充燃料电池确定一条用于使电解质溶液循环通过该可移动容器和可再充燃料电池的电化学电池单元的闭合环流，而在该可再充燃料电池的工作过程中该可移动容器连接到可再充燃料电池上。
24．一种可再充燃料电化学电源，其特征在于，它包括(a)具有一个或多个采用特定电极的电化学电池单元的可再充燃料电池，以及一个或多个使一个或多个电化学电池单元相互连接的导管；以及(c)一个可拆卸地附着到所述可再充燃料电池上的可移动容器，其中包括一壳体；一个或多个在该壳体内的燃料室，其能够容纳一定体积的电化学活性燃料颗粒和电解质溶液，多个与一个或多个燃料室液体连接的阀门，其通过该壳体并可拆卸地连接到该可再充燃料电池上，以及一个或多个把一个或多个燃料室相互连接的第二导管，使得可移动容器和可再充燃料电池确定一条用于使电解质溶液循环通过该可移动容器和可再充燃料电池的电化学电池单元的闭合环流，而在该可再充燃料电池的工作过程中该可移动容器连接到可再充燃料电池上。
25．根据权利要求24所述的可再充燃料电化学电源，其特征在于，所述一个或多个电化学单元相并联以使电解质溶液流过。
26．根据权利要求25所述的可再充燃料电化学电源，其特征在于，所述一个或多个第一导管能够明显减小每个所述一个或多个电化学电池单元之间通过电解质溶液的导电率，并且所述一个或多个第二导管能够明显减小每个所述一个或多个燃料室之间通过电解质溶液的导电率。
27．根据权利要求26所述的可再充燃料电化学电源，其特征在于，所述一个或多个第一导管足够狭窄并且相对较长以明显减小每个所述一个或多个电化学电池单元之间通过电解质的导电率，并且所述一个或多个第二导管足够狭窄并且相对较长以明显减小每个所述一个或多个燃料室之间通过电解质的导电率。
28．根据权利要求26所述的可再充燃料电化学电源，其特征在于，所述一个或多个电化学电池单元相互串联以使电解质溶液流过。
29．根据权利要求24所述的可再充燃料电化学电源，其特征在于，所述可移动容器还具有一电解质储备室，其中该壳体连接到所述一个或多个燃料室，以及一个第二阀门，其与该电解质储备室相液体连接，穿过该壳体，并且可拆卸地连接到所述可再充燃料电池上。
30．根据权利要求24所述的可再充燃料电化学电源，其特征在于，所述可移动容器可以直接把燃料颗粒和电解质溶液送到每个所述一个或多个可再充燃料电池的电化学电池单元。
31．根据权利要求24所述的可再充燃料电化学电源，其特征在于，所述可再充燃料电池还具有一个或多个能够容纳一定体积的燃料颗粒和电解质溶液的料斗，该料斗连接到一个或多个电化学电池单元，所述可移动容器能够把燃料颗粒送到所述一个或多个料斗中。
32．根据权利要求31所述的可再充燃料电化学电源，其特征在于，所述可再充燃料电池还具有一个能够容纳一定体积的电解质溶液并连接到所述一个或多个料斗上的电解质储备室。
33．根据权利要求24所述的可再充燃料电化学电源，其特征在于，所述可再充燃料电池还具有一个能够容纳一定体积的电解质溶液并连接到所述一个或多个电化学电池单元上的电解质储备室。
34．一种对可再充燃料电化学电源进行操作的方法，其特征在于，其中包括如下步骤(a)把一个包含燃料颗粒和电解质的可移动容器附着到一可再充燃料电池上，并使所述燃料颗粒和电解质分配到所述可再充燃料电池中；(b)使电解质溶液循环通过可再充燃料电池和附着的可移动容器并经过一段时间，从而把该可再充燃料电池放电，并把一些燃料颗粒溶解到在用过的电解质中的反应产物内；(c)把带有反应产物和用过的电解质的可移动容器从可再充燃料电池上卸下；以及(d)把包含有新的燃料颗粒和电解质的可移动容器装到该可再充燃料电池上。
35．根据权利要求34所述的操作可再充燃料电化学电源的方法，其特征在于，在把装有反应产物和用过的电解质的可移动容器从可再充燃料电池上卸下之后，该反应产物和用过的电解质被除去并在再填充装置中用新的燃料颗粒和电解质替换。
36．根据权利要求34所述的操作可再充燃料电化学电源的方法，其特征在于，该燃料颗粒包括锌粒。
37．根据权利要求34所述的操作可再充燃料电化学电源的方法，其特征在于，该燃料颗粒包括铝粒。
全文摘要
一种用于对可再充燃料电池(40)再充燃料的可移动容器(10)包括一壳体(26),一在该壳体(26)中的电解质储备室(14),一在该壳体(26)中的电解质储备室(14),与该电解质储备室(2 6)连接的第一阀门,一个在该壳体(26)内的燃料室(12),与该燃料室(12)连接的第二阀门,以及一连接到该电解质储备室和燃料室(12)的导管(24),当可移动容器(10)被附着在可再充燃料电池(40)上时,确定一条用于使电解质溶液(60)循环通过的闭合环流。燃料颗粒(62)和电解质(60)被从可移动容器(10)传送到该可再充燃料电池(40)。当该可再充燃料电池(40)放电之后,包含着用过的电解质和反应产物的可移动容器(10)被从该可再充燃料电池(40)上卸下。
文档编号H01M12/06GK1234913SQ97199166
公开日1999年11月10日 申请日期1997年10月1日 优先权日1996年10月24日
发明者杰弗里·A·科尔伯恩, 肯尼思·A·赖特, 罗纳德·古利诺 申请人:金属能源公司