专利名称：可动阳极的燃料电池组的制作方法
发明
背景技术：
领域本发明涉及金属-空气燃料电池组(FCB)系统和装置的改进，尤其涉及一种在这种系统和装置中使用的可动阳极设计方案，以便实现在其中使用的阳极结构的充电和放电方面的改进。
背景技术：
用于产生电能的金属-空气FCB系统和装置的使用给人类的未来带来了巨大的希望。
授予Fairs的美国专利第5250370号公开了一种示例性的金属-空气FCB系统。根据这种金属-空气FCB系统，在一转动的阳极结构的一侧上布置有双功能空气电极，用以执行放电和再充电操作。
而且，申请人的WIPO公开文本WO99/18627、WO/9918628和WO99/18620公开了多种类型的使用可动阳极和阴极结构的金属-空气FCB系统，这些系统可以利用金属比如锌和空气作为燃料产生用于各种应用场合的电力。
然而，尽管这种金属-空气FCB系统给电能工业带来了难以置信的发展，但仍然存在着许多限制这种产生电能的系统的再充电性能的技术问题。在很大程度上，这些问题是由许多因素造成的，包括(i)阳极结构的形状/几何形状的变形；(ii)阳极结构的致密化；和(iii)阳极结构上形成树枝状晶，该树枝状晶穿过分隔器，接触空气电极，并最终使电池短路。总之，这种关于阳极的问题已经限制了现有技术的可再充电的FCB系统和装置的运行寿命。
至今，现有技术对这些问题的解决方案通常包括在放电和再充电操作过程中减小阳极结构的电流密度，以及其放电的深度。这些副作用已经严重限制了现有技术的金属-空气FCB系统的能量和功率密度特性。因此，在现有技术的金属-空气FCB系统和装置中，在实现高能量/功率密度和良好的充电特性之间存在有极为折衷现象。
而且，当使用现有技术时，已经不可能构造一种用于在再充电和放电操作期间以一种有效的方式运行的金属-空气FCB系统中的双功能空气电极。
现有技术的FCB系统的另一个问题是在系统的寿命期间阳极结构经历变形。当阳极在每一再循环/再充电操作中经历变形时，该系统的容量极大地下降，且经常发生短路问题。
一种试图解决阳极变形问题的方案是使用网状的海绵体锌阳极，以便增加锌的表面积(因此降低了其中的电流密度)。然而，降低了的电流密度降低了该FCB系统的能量密度。而且，使用网状的海绵体锌阳极不能防止阳极上的树枝状晶的生长。
其他人已经作出了限制在网状锌阳极构件上的树枝状晶生长的方案。一种方案包括在阳极构件的外部使用化学惰性涂层。虽然这降低了树枝状晶的生长，但阳极面积的损失降低了电池的容量。
现有技术试图减小阳极变形的方案包括使用循环电解液的泵。通过连续地搅动电池内的电解液，将会在溶液中产生更均匀的锌离子分布。在重复循环中电解液内的锌离子的均匀混合可以极大地降低阳极形状的变形。
美国专利第3663298号公开了一种减小阳极形状变形和树枝状晶生长的方法。根据这种现有的方案，用锌球和电解液填充圆形转动鼓的容积的2/3，在转动鼓的壁上形成空气电极。在放电和再充电操作中该鼓转动，且锌粒床连续不断地在电池内混合。因为这些颗粒自由地移动，所以新鲜的锌不断地且均匀地暴露于空气电极。通过在再充电操作中均匀地沉积锌，可以在更高的电流密度下实现更长的放电寿命。
美国专利第3663298号公开了使用可转动的电极改善金属-空气FCB系统的再充电特性。如所公开，这种技术能以高达100mA/cm2的速率给转动的电极重复再充电和放电。普通的锌电极在重复循环时通常不能承受超过20mA/cm2的再充电速率且没有树枝状晶短路造成的快速故障。该高再充电速率是可能的，因为颗粒床的不断移动在小球上形成平滑的、无树枝状晶的锌层。
虽然美国专利第3663298号的可转动电极的思想改进了普通的锌/空气FCB技术，但它需要使用效率低的双功能空气电极。
双功能空气电极具有非常低的循环次数，因为该电极必须用于充电和放电过程。双功能电极在用于放电时效率较低，因为它们必须同时为再充电而优化。此外，现有技术的双功能电极通常厚且重，减缓了降解过程。它们较大的重量和尺寸减小了系统的能量密度。在过去，有人已经使用多种不同的催化剂和不同的电极结构来制作具有改善的性能特性的双功能空气电极，但现有技术的可再充电的锌-空气FCB系统的寿命已经被明显限制了。
在Sony公司1996年出版的名称为“Fuel Cell and theirApplication”的出版物中(第160页)，公开了一种采用第三电极的可再充电的金属/空气FCB系统的设计。这种FCB系统包含夹在一个再充电空气电极和一个放电空气电极之间的锌阳极。这种现有技术接近所寻求的金属-空气FCB结构，不需要双功能空气电极。根据该方案，锌阳极将从一侧放电，而从相反侧再充电，同时使用为其各自不同功能进行优化设计的不同的放电和再充电电极。
虽然Sony的锌/空气电池是对双功能空气电极的改进，但锌阳极将仅从一侧放电，因此降低了电池的电力容量50％。而且，该锌阳极从它最少放电的一侧充电，这降低了该系统的效率。
Sony设计方案的另一个问题是阳极必须是多孔结构，从而使电解液可以从放电侧流至再充电侧，从而提供来自放电侧的溶液中的离子，以便再充电。
因此，在本领域中非常需要一种改进的利用可再充电的金属-空气FCB系统生产电力的方法和装置，其中该系统具有高能量密度、高功率密度和良好的可再充电性，同时克服了现有技术的缺点和缺陷。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种改进的可再充电的金属-空气FCB系统，该系统具有高能量密度、高功率密度和良好的可再充电性。
本发明的另一目的是提供一种金属-空气FCB系统，该系统具有在充电和放电操作中不经受任何显著的形状变形(即改变)的金属阳极，以确保更长的电池组寿命。
本发明的再一目的是提供这样一种金属-空气FCB系统，其中使在金属阳极上的树枝状晶形成得到控制。
本发明的又一目的是提供一种具有快速再充电能力的金属-空气FCB系统。
本发明的又一目的是提供一种金属-空气FCB系统，该系统具有提高的周转效率，以便使在这种系统中使用的阳极结构的充电。
本发明的又一目的是提供一种金属-空气FCB系统，其中阳极结构为盘状结构形式，在该盘状结构上支撑着金属燃料材料。
根据本发明的一个方面，提供了一种新颖的金属-空气FCB系统，其中可动阳极夹在两个固定不动的空气电极之间。该空气电极被分成使该阳极结构的再充电最大化的再充电空气电极部分，和用于使该阳极结构的放电最大化的放电空气电极部分。该阳极结构相对于该空气电极转动地移动或者线性移动；使阳极的各部分交替地暴露于空气电极的再充电和放电部分。电解液填充该空气电极和该可动的阳极结构之间的空间。
前述解决金属/空气可再充电性问题的方案仅在降低能量和功率密度的代价下提高了循环寿命。明显相反，本发明的可动阳极FCB系统提高了循环寿命和放电性能。可再充电性是由于下述原因而提高的。
本发明的再充电电极只是用于再充电操作，因此不需要使用双功能电极。空气电极只是用于再充电操作将不限制电池的使用寿命。电池的循环寿命将由阳极结构的寿命来限制。
在该FCB系统的每一电池内的电解液在再充电操作中被不断地搅动。这种搅动动作在溶液中产生了均匀的锌离子分布。这导致在锌阳极上产生均匀的覆层，这极大地降低了阳极形状的变形。
根据本发明，该FCB系统的阳极结构在再充电操作过程中不断移动，这大大地降低了树枝状晶的生长以及阳极形状的变形。这些现象的出现是由于锌表面上不均匀的电场分布。如果一个部位比另一个具有稍高的电场，那么这一部位将不断地吸引锌离子。然而，随着阳极的移动，峰值电场的点将改变位置，且移入和移出再充电区域，降低了局部积累的机会。如果仅运动不能阻止树枝状晶的生长，那么可以通过接附到空气电极支架上的固定不动的刮片机械去除。在阳极移过该刮片时，将削除或刮掉该树枝状晶。
本发明的再充电空气电极可以比放电空气电极大数倍。这将能够进行快速的再充电操作，同时仍使用较低的电流密度。在现有技术的固定电极FCB系统中，降低充电时间的唯一方法是增加充电电流密度。高充电电流密度显著降低了循环寿命和周转效率，其中周转效率定义为电池的功率输出和为其充电所需的功率的比值。降低的周转效率意味着给电池充电需要更少的电力。
在根据本发明的金属-空气FCB系统中，高能量密度是由于下述原因获得的。
本发明的可动阳极FCB系统的设计使电池的重量由金属阳极来支配。因此，该电池的能量密度具有接近金属阳极的能量密度的能力。
本发明的可动阳极FCB系统具有通过增加阳极的放电深度(DOD)而增加能量密度的能力。这意味着更大百分比的阳极可以放电。该可动阳极FCB系统可以增加DOD，因为它限制了钝化。如果在过短的时间内从阳极提取太多的电流，那么该阳极将钝化。如果阳极间歇地放电，那么可以充分降低钝化(换句话说，使阳极在放电之间休息可以消除钝化)。本发明的可动阳极FCB系统将精确地完成这一点。当每一阳极部分移离放电电极时，在它再放电之前有一段休息期。此外，由于可动阳极的独特的再充电能力，该阳极可以经受高DOD的放电，不会牺牲循环寿命，但大多数再充电电池必须限制它们的DOD，以确保合理的再循环能力。
本发明的FCB系统中的放电空气电极只是用于执行放电操作，因此不需要使用双功能空气电极。这意味着该放电电极可以专为放电过程而优化。
可取的是，在本发明的金属-空气FCB系统的每一电池中的电解液在放电操作中被不断搅动。通过搅动电解液，可以增加其容量，这意味着需要更少的电解液，这样转化了更高的能量密度。
从下面结合附图对本发明的详细描述中，本发明的其他目的、优点和新特征将变得明显。
为了更充分地理解本发明的目的，在下面将结合附图给出本发明的实施例的最佳实施方式，其中图1是本发明的阳极盘的顶视图；图2是本发明的阳极盘的侧视图；图3是本发明的空气电极盘的顶视图；
图4是本发明的空气电极盘的侧视图；图5是本发明的阳极转动的电池的侧视图；图6是构成本发明的燃料电池组的多个阳极转动的电池的透视图；图7是本发明的阳极板的侧视图；图8是本发明的阳极板的顶视图；以及图9是本发明的线性阳极电池的侧视图。
具体实施例方式
现在参照附图，将详细描述实现本发明的最佳实施方式，其中在附图中相同的元件将标为相同的参考标记。
如图1和2所示，在本发明的金属-空气FCB系统中的第一部件包含一阳极盘构件11，该构件具有金属比如镍或其他在碱性溶液中耐腐蚀的导电材料制成的收集电流的阳极基板12。该收集电流的阳极基板12具有一层阳极材料13，该阳极材料可以是沉积在收集电流的阳极基板12上的金属比如锌。该阳极盘11具有可以绕其转动的轴15。圆盘的转动可以通过齿轮16，以及如图5所示的马达17，接合阳极盘11上的齿14或者通过马达17驱动转动齿轮16的轴47，接合如图6所示的阳极盘11上的齿14而实现。
如图3和4所示，在本发明的金属-空气FCB系统中的第二部件是空气电极盘21，该电极盘的直径稍大于阳极盘11。空气电极盘21被分成放电空气电极部分23和再充电空气电极部分24。放电空气电极部分23可以是不同的尺寸且可以位于空气电极盘21的不同位置，以便根据所用阳极空气电极和电解液的类型使用于放电的设计的速率的利用最大化。再充电电极部分24可以是不同尺寸和几何形状，且可以位于空气电极盘21的不同位置，以便根据所用阳极空气电极和电解液的类型使用于放电的设计的速率的利用最大化。例如，电解部分24可以在盘21周围径向布置，它们可以在盘21周围同心地布置，或者是任何其他的与本发明的原理一致的布置方案。
如果在FCB系统中使用多于一组的再充电空气电极23，如图4所示，那么阳极盘11可以同时在两个或多个不同的部分上再充电。类似地，如果在FCB系统中使用多于一组的放电空气电极24，如图4所示，那么阳极盘11可以同时在阳极盘11的两个或多个不同的部分上放电。
空气电极盘21可以具有轴槽22，用于将在两个空气电极盘21之间的阳极盘11的轴15插入，使得如图5所示当夹在两空气电极盘21之间时，阳极盘11可以在其轴15上转动。空气电极盘21上的轴槽22使阳极盘11可以通过将旧阳极盘11滑出并插入新阳极盘11而不时地更换。
在另一实施例中，阳极盘11可以永久地固定在空气电极盘21之间，所以将不需要轴槽22。
图5示出了一种根据本发明的完整的二级燃料电池组(FCB)电池40。它具有阳极材料13、放电电极部分23、电解液35和用于将电池40内产生的电流导向负载的导线37和38。电池40还一个具有再充电空气电极部分24和用于向电池供应电流而为阳极材料13再充电的导线37和39。在空气电极盘21之间连接的马达17及相关的驱动齿轮16接合阳极盘11上的齿轮齿14，以便转动在该两个空气电极盘21之间的阳极盘11。在空气电极盘21之间延伸的密封件30在周边处与空气电极盘21的壁形成一容器，用于容纳该燃料电池组完成电池电路所需的电解液35。该密封件30可以在顶部设有孔56，以用于向电池添加电解液35，该电池由阳极材料13和空气电极盘21形成，以便去除和更换阳极盘11。在本发明的另一实施例中，密封件30不覆盖电池40的顶部，使马达和齿轮暴露出来，并易于接近用以添加电解液，然而电池40必须竖立，且承受电解液35的溢出。
马达17可以以不同的速度驱动，以使再充电或放电速率最大。马达17可选择地位于电池40的外侧。
为增加该金属-空气FCB系统的电力，可以将许多电池40连接在一起。这样可以从该系统获得高压。
在图6中，示出了许多在公共驱动轴47上连接在一起的电池40。或者图5中单独的马达可以单独地驱动每一电池40内的每一阳极盘11。
如图6所示，为了空气管理的目的，放电空气电极部分23和再充电空气电极部分24可以同步(即可控制地同步)。流至放电电极部分23的空气或从再充电空气电极部分流出的空气将以这种方式受益于同步。
在图6中，驱动轴47将通过接触驱动齿轮16和导电的阳极基板12上的轮齿14而从阳极盘11来回导电。导线37将驱动轴47连接于控制器50。导线38将电池40的放电空气电极部分23连接于控制器50。导线39将电池40的再充电空气电极部分24连接于控制器50。控制器50在图6中控制马达17的速度，或者，如果使用图5的电池则控制器50控制多个马达17的速度。
在图5所示的阳极盘11的另一实施例中，阳极基板12可以通过轴15连接于空气电极盘21上的电触点34，在此导线36将阳极盘11连接于控制器50。
在下面给出的WIPO公开文本名称为“Metal-Air Fuel CellBattery System Employing Metal-Fuel Tape”的WO99/18627；名称为“Metal-Air Fuel Cell Battery Systems Employing Metal-FuelCards”的WO99/18628；以及名称为“Metal-Air Fuel Cell BatterySystems Employing Moving Anode And Cathode Structures”的WO99/18620中，申请人给出了各种安排储存在燃料电池组中的电荷量以及充电和放电的速率测量的方法和系统，其中在此全部引用包含上述文本，好象在此完全给出。根据这些WIPO公开文本的教导，控制器50可以利用各种传感器测量电流和其他参数，了解阳极盘11上储存的电荷的可用性，以及电荷储存在盘的什么部分上。然后控制器将控制阳极盘11的放电和再充电，以优化电池40的性能，给负载提供电力或给电池再充电。
如图5所示，止回阀5可以用在电池40的顶部，如果在电池内氧气含量增加了电池的压力，则排出在再充电过程中产生的氧气。
电解液再充填口56可以位于电池40的顶部，以更换从电池40溢出、泄露或其他方式流失的电解液。
或者，电池40在顶部没有密封，以便于更换阳极盘11或添加电解液时易于接近。
上述的阳极转动装置的运行具有许多超出现有技术的优点。
空气电极盘21具有单独的放电空气电极部分23和再充电空气电极部分24。由于不使用双功能的空气电极，所以再充电空气电极24和放电空气电极23可以针对阳极盘11上的阳极材料13的最有效地放电或再充电而优化。采用双向马达17，阳极盘可以前后转动，以便在阳极盘11上的最有效区域工作，使得在放电时阳极盘11将转动到储存最多电荷的位置，或者当再充电时阳极盘将转动到储存最少电荷的位置。采用马达速度控制器52，马达17可以以最佳的速度转动阳极盘11而为阳极盘11充电或放电。
放电空气电极23和再充电空气电极24的表面区域可以变化而改变充电放电比。例如空气电极的充电表面积与放电表面积的比值为10比1，那么再充电可能比放电要快10倍。如果使用这种阳极转动的燃料电池组给交通工具提供电力，那么较快的充电时间将非常重要。
根据为使阳极材料13放电所选择的放电空气电极23的类型，阳极材料13的放电速率将变化。许多因素影响燃料电池组的电池的放电速率，它们包括，但不限于所用的电解液、放电空气电极23和阳极材料13之间的间隔、以及阳极材料13在放电空气电极23之前经过的速率。例如在锌-空气电池组电池领域，已经组合使用多种类型的阳极和空气电极。某些空气电极在再充电时比放电时更好。如果最好的放电空气电极23放在与阳极盘11上的阳极材料13相对的空气电极盘21上，且使用特定的电解液35，那么该系统的放电参数可以针对空气电极盘21和阳极盘11之间的间隔以及所用的阳极材料13和放电空气电极23的类型而最大化。
对于再充电来说相类似，如果最好的再充电空气电极24放在与阳极盘11上的阳极材料13相对的空气电极盘21上，且使用特定的电解液35，那么该系统的再充电参数可以针对空气电极盘21和阳极盘11之间的间隔以及所用的阳极材料13和再充电空气电极24的类型而最大化。
单独最大化的空气电极比现有技术系统的双功能空气电极能起更好的作用。用于再充电的单独最大化的空气电极通过限制电池的形状改变、致密化和树枝状晶问题，将会增加电池的使用寿命。
减小阳极形状变形、致密化和树枝状晶问题的一个原因是再充电过程在更低电流密度下在更大的表面积上进行，所以阳极材料13以更低的速率施加，且不在任一位置快速地积累。而且，因为阳极转动，电解液35受到转动的阳极盘11的运动搅动，所以阳极材料被更均匀地施加。
因为阳极离子不断地被吸引到阳极上的一个点上，所以树枝状晶生长。因为阳极是移动的，所以该点将改变位置，从而减少了局部积累的机会。如果阳极的运动不能完全阻止树枝状晶的生长，那么可以在再充电空气电极部分24的边缘将一刮片28连接到空气电极盘21上，以刮去树枝状晶。
该转动阳极是可以缩放的，阳极盘11和空气电极盘21的直径可以增加或减小，以配合用户的设计需要。例如，小型交通工具比如摩托车将比轿车或卡车具有更小直径的转动阳极。
通过转动两空气电极盘21之间的阳极盘11，因为限制了钝化，所以阳极盘11的放电深度(DOD)增加。如果在过短的时间内从阳极提取太大的电流，那么阳极将钝化。如果阳极间歇地放电，那么可以充分降低钝化(换句话说，使阳极在放电之间休息可以消除钝化)。可动阳极的FCB将精确地完成这一点。当每一阳极部分移离放电电极时，在它再放电之前有一段休息期。此外，由于可动阳极的独特的再充电能力，该阳极可以满足高DOD的放电，而不会牺牲循环寿命，但大多数再充电电池必须限制它们的DOD，以确保合理的再循环能力。
在本发明的第二实施例中，如图7、8和9所示，代替在两空气电极盘21之间转动，阳极材料113在两空气电极板121之间线性移动，如图9所示。
如图7和8所示，阳极板111具有阳极基板112，其上有阳极材料113。
图9示出了两个空气电极板121，每一板具有放电空气电极部分123和再充电空气电极部分124。导线138和139将控制器150分别连接于放电空气电极123和再充电空气电极124。导线137将控制器150通过连接于阳极板挂钩115的连接臂连接于阳极板111。导轮120跨于阳极板111的轮轨部分114之上，以保持阳极板111在导轮120之间移动。连接臂126连接于曲轴130，以便在电解液135中相对于空气电极板的放电空气电极部分123和再充电空气电极部分124前后移动阳极板111，如上所述对阳极材料113充电和放电。放电空气电极部分123可以与再充电空气电极部分124相对，如图9所示，或者与相同的空气电极部分相对。转动曲轴130的马达117或其他装置由控制器150控制。导线140将该控制器连接于马达117。
已经详细描述了本发明的上述各方面，但应当理解，对于本领域的普通技术人员来说，在得益于本发明的公开内容下将易于作出对所述实施例的改进。所有这些改进和变化应当认为是在由所附的权利要求限定的本发明的主旨和范围内。
权利要求
1.一种可动阳极燃料电池组，其包括两个空气电极，每一空气电极具有至少一个再充电空气电极部分和至少一个放电空气电极部分；金属阳极，该阳极具有基板，在基板的两侧有金属阳极材料，该基板邻近所述两空气电极且在所述两空气电极之间设置，并相对于空气电极移动；用于接触空气电极和阳极材料而形成电池的电解液；用于使阳极材料相对于给所述阳极材料再充电的再充电空气电极部分运动，且使阳极材料相对于使所述阳极材料放电的放电空气电极部分运动的装置。
2.如权利要求1所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于，连接于使阳极运动的装置以便控制阳极运动的速度和方向的控制器。
3.如权利要求1所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于所述再充电空气电极区域具有比所述放电空气电极区域更大的面积，使得阳极的再充电更快于放电，且在更低的电流密度下进行。
4.如权利要求1所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于连接于所述空气电极的刮片，该刮片接近所述再充电空气电极部分，用于接触所述阳极，使得当阳极相对于刮片移动时阳极盘上的树枝状晶将被刮片从阳极上刮去。
5.如权利要求1所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于其包括用于更换所述金属阳极以便用新的金属阳极对燃料电池组进行机械地再充填的装置。
6.如权利要求5所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于所述空气电极具有轴槽，所述金属阳极具有轴，使该轴接合入所述轴槽内，以便取出和更换金属阳极。
7.如权利要求1所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于所述阳极材料相对于所述空气电极转动。
8.如权利要求1所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于所述阳极材料相对于所述空气电极线性运动。
9.如权利要求1所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于多个可动阳极燃料电池同时工作，将它们的组合的电力输出输送到负载。
10.如权利要求9所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于一马达驱动连接于燃料电池中的所有阳极的公共驱动轴，使该驱动轴同时移动所有阳极。
11.如权利要求9所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于每一阳极燃料电池具有独立于其他阳极地驱动该电极的单独的马达。
12.如权利要求11所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于控制器控制每一马达，使每一电池中的每一阳极的速度和方向得到控制，以使该燃料电池组的效率最大化。
13.如权利要求9所述的可动阳极燃料电池组，其特征在于所述多个电池彼此相邻，且每一电池的再充电和放电空气电极相对于相邻的电池是同步的，以便空气管理。
14.一种可动阳极燃料电池组(FCB)系统，其包括两个空气电极，每一所述电极具有至少一个再充电空气电极部分和至少一个放电空气电极部分；金属阳极，该阳极具有基板，在基板的设有金属阳极材料，该阳极邻近所述两空气电极且在所述两空气电极之间设置，并相对于空气电极移动；用于接触所述空气电极和所述金属阳极材料而形成电池的电解液；以及用于使阳极材料相对于给所述阳极材料再充电的所述再充电空气电极部分运动，且使所述阳极材料相对于使所述阳极材料放电的所述放电空气电极部分运动的第一机构。
15.如权利要求14所述的可动阳极FCB系统，其特征在于连接于使阳极运动的装置以便控制阳极运动的速度和方向的控制器。
16.如权利要求14所述的可动阳极FCB系统，其特征在于所述再充电空气电极区域具有比所述放电空气电极区域更大的面积，使阳极的再充电更快于放电且在更低的电流密度下进行。
17.如权利要求14所述的可动阳极FCB系统，其特征在于连接于所述空气电极的刮片，该刮片接近所述再充电空气电极部分，用于接触所述阳极，使得当阳极相对于刮片移动时阳极盘上的树枝状晶将被刮片从阳极上刮去。
18.如权利要求14所述的可动阳极FCB系统，其特征在于其还包括用于更换所述金属阳极以便用新的金属阳极对燃料电池组进行机械再充填的第二机构。
19.如权利要求18所述的可动阳极FCB系统，其特征在于所述空气电极具有轴槽，所述金属阳极具有轴，使该轴接合于轴槽内，以便取出和更换金属阳极。
20.如权利要求14所述的可动阳极FCB系统，其特征在于所述阳极材料相对于所述空气电极转动。
21.如权利要求14所述的可动阳极FCB系统，其特征在于所述阳极材料相对于所述空气电极线性运动。
22.如权利要求14所述的可动阳极FCB系统，其特征在于多个可动阳极燃料电池同时工作，使它们的组合的电力输出输送到负载。
23.如权利要求22所述的可动阳极FCB系统，其特征在于一马达驱动连接于燃料电池中的所有阳极的公共驱动轴，使该驱动轴同时移动所有阳极。
24.如权利要求22所述的可动阳极FCB系统，其特征在于每一阳极燃料电池具有独立于其他阳极地驱动该电极的独立的马达。
25.如权利要求24所述的可动阳极FCB系统，其特征在于控制器控制每一马达，使每一电池中的每一阳极的速度和方向得到控制，以使该燃料电池组的效率最大化。
26.如权利要求22所述的可动阳极FCB系统，其特征在于所述多个电池彼此相邻，且每一电池的再充电和放电空气电极相对于相邻的电池是同步的，以便空气管理。
27.一种可再充电的金属-空气燃料电池组(FCB)系统，其包括两个空气电极，每一电极具有至少一个再充电空气电极部分和至少一个放电空气电极部分；金属阳极，该阳极具有沉积在导电基板的两侧的阳极材料，且该阳极被夹置在两空气电极之间，在所述阳极材料和所述再充电部分和放电部分之间设有电解液。
28.如权利要求27所述的可再充电的金属-空气FCB系统，其特征在于每一所述空气电极的所述再充电部分针对最佳的再充电操作而设计，而所述空气电极的所述放电部分针对最佳的放电操作而设计。
29.如权利要求27所述的可再充电的金属-空气FCB系统，其特征在于所述再充电空气电极区域大于所述放电空气电极区域，以便加快再充电时间。
30.如权利要求27所述的可再充电的金属-空气FCB系统，其特征在于所述再充电空气电极在较低的电流密度下工作，从而防止阳极致密化、阳极形状改变和树枝状晶生长。
31.如权利要求27所述的可再充电的金属-空气FCB系统，其特征在于在所述可动阳极的两侧上的所述阳极材料的所述放电过程增加了放电深度，且增加了所述FCB系统的容量。
32.如权利要求27所述的可再充电的金属-空气FCB系统，其特征在于所述可动阳极的运动确保所述阳极材料间歇地放电，以减轻钝化，且进一步增加所述阳极材料的放电深度。
33.如权利要求27所述的可再充电的金属-空气FCB系统，其特征在于所述可动阳极的运动有助于确保再充电操作过程中的均匀再镀覆。
34.如权利要求27所述的可再充电的金属-空气FCB系统，其特征在于所述阳极的运动搅动电解液，确保金属离子的均匀分布。
35.如权利要求27所述的可再充电的金属-空气FCB系统，其特征在于所述可动阳极为转动的阳极盘的形式。
36.如权利要求27所述的可再充电的金属-空气FCB系统，其特征在于所述可动阳极为线性运动的并夹置在所述两空气电极之间的阳极形式。
全文摘要
一种金属－空气燃料电池组(FCB)系统,其具有电解液和可动阳极,该阳极具有沉积在导电基板的两侧上的阳极材料,且可以是转动阳极盘或者是线性可动阳极,夹置在两空气电极之间,两个空气电极的每一个都具有至少一个再充电部分和至少一个放电部分。空气电极的再充电部分针对最佳的再充电操作而设计,而空气电极的放电部分针对最佳的放电操作而设计,从而使燃料电池组发挥其最大能力。再充电空气电极区域大于放电空气电极区域,以便加快充电时间。再充电空气电极在较低的电流密度下工作,从而防止阳极致密化、阳极形状改变和树枝状晶生长。在可动阳极的两侧上的阳极材料的放电过程增加了放电深度,以及电池组的容量。可动阳极的运动有助于确保再充电操作过程中的均匀再镀覆。阳极的运动搅动电解液,确保金属离子的均匀分布。结果,本发明提供了一种具有高能量密度、高功率输出和良好的可再充电特性的金属－空气FCB系统。
文档编号H01M12/06GK1350707SQ00807625
公开日2002年5月22日 申请日期2000年3月15日 优先权日1999年3月15日
发明者W·F·莫里斯, T·蔡 申请人:雷维奥公司