PL2792004T3

Electrically rechargeable, metal anode cell and battery systems and methods

Abstract

The invention provides for a fully electrically rechargeable metal anode battery systems and methods of achieving such systems. An electrically rechargeable metal anode cell may comprise a metal electrode, an air contacting electrode, and an aqueous electrolyte separating the metal electrode and the air contacting electrode. In some embodiments, the metal electrode may directly contact the liquid electrolyte and no separator or porous membrane is needed between the air contacting electrode and the electrolyte. Rechargeable metal anode cells may be electrically connected to one another through a centrode connection where a metal electrode of one cell and an air contacting electrode of a second cell are electrically connected. Air tunnels or pathways may be provided between individual metal anode cells arranged in a stack. In some embodiments, an electrolyte flow management system may also be provided to maintain liquid electrolyte at constant levels during charge and discharge cycles.

PL2792004T3, drawing sheet 1
Sheet 1 of 20

Term

6.2 yearsto projected expiry

Projected expiry 14 December 2032, counted from filing; an application has no term until it is granted.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Published
  4. Today
  5. Projected expiry

1 claim: 1 independent, 0 dependent

  1. 1
    Zastrzeżenia patentowe 1. Elektrycznie doładowywane ogniwo z anodą metalową obejmujące:elektrodę metalową (102, 202);elektrodę (104,204) kontaktującą się z powietrzem obejmującą co najmniej 4 6 jeden odbierak prądu mający odporną na korozję warstwę zewnętrzną zawierającą węglik tytanu, wewnętrzną warstwę przewodzącą zawierającą tytan, i przepuszczalną dla powietrza membranę hydrofobową;elektrolit wodny (106, 206) umiejscowiony między elektrodą metalową (102, 202) i elektrodą (104, 204) kontaktującą się z powietrzem;i w którym elektroda metalowa (102, 202) bezpośrednio kontaktuje się z elektrolitem wodnym (106, 206), i bez przewodzącego jonowo i izolującego elektrycznie materiału między elektrodą (104, 204) kontaktującą się z powietrzem i elektrolitem wodnym (106, 206), znamienne tym, że obudowa (100, 200) podpierająca elektrodę metalową (102, 202) i elektrodę kontaktującą się z powietrzem tak, że elektroda metalowa (102,202) i elektroda (104,204) kontaktująca się z powietrzem są umieszczone w stałej odległości od siebie określając przestrzeń, w której jest zawarty elektrolit wodny (106, 206), przy czym obudowa zawiera układ zarządzania elektrolitem integralnie wbudowany w obudowę (100, 200), gdzie układ zarządzania elektrolitem obejmuje: przyłącze odpływu lub napełniania(J);dziób przelewowy (L) skonfigurowany tak, że przechwytuje i utrzymuje elektrolit wodny (106, 206) w ogniwie, gdy elektrolit wodny (106, 206) przelewa się z górnego zbiornika (H) elektrolitu lub leżącego wyżej ogniwa pionowo umieszczonego na stosie na elektrodzie (104, 204) kontaktującej się z powietrzem ogniwa, w którym przelew elektrolitu wodnego (106, 206) w ogniwie przepływa przez dziób przelewowy (L) i do przyłącza odpływu lub napełniania (J), gdzie przyłącze odpływu lub napełniania (J) pozwala na kapanie przelewu elektrolitu wodnego (106, 206) do zbiornika przechwytującego elektrolit lub leżącego niżej ogniwa pionowo umieszczonego w stosie pod elektrodą metalową (102, 202) ogniwa. Ogniwo według zastrzeżenia 1, w którym elektroda kontaktująca się z powietrzem i elektroda metalowa są połączone w konfiguracji dwubiegunowej. Ogniwo według zastrzeżenia 1, w którym obudowa jest co najmniej częściowo uformowana z materiału polimerowego lub tworzywa sztucznego. Ogniwo według zastrzeżenia 1, w którym elektroda kontaktująca się z powietrzem znajduje się w położeniu poziomym i jest umieszczona powyżej elektrody metalowej. Ogniwo według zastrzeżenia 1, w którym elektrolit stanowi elektrolit na bazie roztworu wodnego chlorku o pH w zakresie 3 do 10. Ogniwo według zastrzeżenia 1, w którym elektrolit zawiera dodatek, który obejmuje jeden lub większą liczbę następujących soli chlorkowych o wysokim nadnapięciu wodoru: chlorku cyny, chlorku ołowiu, chlorku rtęci, chlorku kadmu, chlorku indu, lub chlorku bizmutu. Zespół baterii akumulatorowej obejmujący: pierwsze ogniwo mające pierwszą elektrodę metalową (102, 202), pierwszą elektrodę (104, 204) kontaktującą się z powietrzem obejmującą co najmniej jeden odbierak prądu mający odporną na korozję warstwę zewnętrzną zawierającą węglik tytanu, wewnętrzną warstwę przewodzącą zawierającą tytan, i przepuszczalną dla powietrza membranę hydrofobową, elektrolit (106, 206) między nimi, i pierwszą obudowę (100, 200) podtrzymującą pierwszą elektrodę metalową (102, 202) i pierwszą elektrodę (104, 204) kontaktującą się z powietrzem w ustalonej odległości od siebie dla określenia pierwszej przestrzeni, w której zawarty jest elektrolit, przy czym pierwsza obudowa (100, 200) obejmuje pierwszy dziób przelewowy (L) skonfigurowany tak, aby utrzymywał stały poziom elektrolitu (106, 206) w pierwszym ogniwie;drugie ogniwo mające drugą elektrodę metalową (102, 202), drugą elektrodę (104, 204) kontaktującą się z powietrzem obejmującą co najmniej jeden odbierak prądu mający odporną na korozję warstwę zewnętrzną zawierającą węglik tytanu, wewnętrzną warstwę przewodzącą zawierającą tytan, i przepuszczalną dla powietrza membranę hydrofobową, i drugą obudowę (100, 200) podtrzymującą drugą elektrodę metalową (102, 202) i drugą elektrodę kontaktująca się z powietrzem (104, 204) w ustalonej odległości od siebie dla określenia drugiej przestrzeni między nimi, przy czym druga obudowa (100, 200) obejmuje drugi dziób przelewowy (L) skonfigurowany tak, że przechwytuje przelew elektrolitu (106, 206) przepływający nad pierwszym dziobem przelewowym (L) i zawiera przechwycony elektrolit (106, 206) w drugiej przestrzeni, w którym elektroda metalowa (102, 202) pierwszego ogniwa kontaktuje się z elektrodą (104, 204) kontaktującą się z powietrzem drugiego ogniwa tak, że powstaje tunel powietrzny (108, 208) między elektrodą metalową (102, 202) pierwszego ogniwa i elektrodą (104, 204) kontaktującą się z powietrzem drugiego ogniwa, i w którym elektroda metalowa (102, 202) i elektroda (104, 204) kontaktująca się z powietrzem pierwszego i drugiego ogniwa są umieszczone w zasadniczo poziomej orientacji. Zespół akumulatora według zastrzeżenia 7, w którym elektroda metalowa pierwszego ogniwa kontaktuje się z elektrodą kontaktującą się z powietrzem drugiego ogniwa dzięki mechanicznemu sfałdowaniu wokół krawędzi elektrody kontaktującej się z powietrzem pierwszego ogniwa, tym samym tworząc centroidę. Zespół akumulatora według zastrzeżenia 7, w którym centroida zapewnia połączenie szeregowe między pierwszym ogniwem i drugim ogniwem. Zespół akumulatora według zastrzeżenia 7, w którym gaz przepływa w kierunku poziomym w tunelu powietrznym. Zespół akumulatora według zastrzeżenia 7, obejmujący ponadto: trzecie ogniwo mające elektrodę metalową, elektrodę kontaktującą się z powietrzem obejmującą co najmniej jeden odbierak prądu mający odporną na korozję warstwę zewnętrzną zawierającą węglik tytanu, wewnętrzną warstwę przewodzącą zawierającą tytan, i przepuszczalną dla powietrza membranę hydrofobową, i elektrolit między nimi;i czwarte ogniwo mające elektrodę metalową, elektrodę kontaktującą się z powietrzem obejmującą co najmniej jeden odbierak prądu mający odporną na korozję warstwę zewnętrzną zawierającą węglik tytanu, wewnętrzną warstwę przewodzącą zawierającą tytan, i przepuszczalną dla powietrza membranę hydrofobową, i elektrolit między nimi, w którym elektroda metalowa trzeciego ogniwa jest mechanicznie sfałdowana wokół krawędzi elektrody kontaktującej się z powietrzem czwartego ogniwa tak, że powstaje tunel powietrzny między elektrodą metalową trzeciego ogniwa i elektrodą kontaktującą się z powietrzem czwartego ogniwa, tworząc tym samym drugą centroidę, i w którym druga centroida znajduje się w kontakcie elektrycznym z pierwszą centroidą, tym samym zapewniając połączenie elektryczne między pierwszą centroidą i drugą centroidą. 12. Zespół akumulatora według zastrzeżenia 7, obejmujący ponadto półkę zbierającą ciekły elektrolit umieszczoną pod drugim ogniwem. 13. Zespół akumulatora według zastrzeżenia 7, obejmujący ponadto zespół grawitacyjnego dostarczania elektrolitu dostarczający elektrolit do pierwszego i drugiego ogniwa. 14. Zespół akumulatora według zastrzeżenia 13, w którym pierwsze i drugie ogniwo są zorientowane poziomo i nachylone do góry blisko zespołu dostarczania elektrolitu pod kątem 1 do 5 stopni od poziomu. Anoda 102a Katoda Szczegół A => Kaial prze pływu powietrza 208a Katoda· Anola 204a Elektrolit ··-·> 206a powietrza Elektrolit ,44206b FIG. 2 A. Hydrofobowa Membrana 110 B. Węgiel i Katalizator 112 C. Rozciągana siatka tytanowani D. Przewodzący węgiel 116 -200a Obudowa z tworzywa sztucznego -200b Obudowa z tworzywa sztucznego Kanat przepływu powietrza 108a 100a Obudowa < z Elektrolit 104a z tworzywa sztucznego Anoda Kanał przepływu powietrza 108b 102b lOOb Katoda Elektrolit 106b Obudowa z tworzywa sztucznego Anoda Katoda 202b 204b FIG. 1 FIG. 4B Biuezoeiezjd op Bdwod i n]i|0Jł>|9|9 ezoMopEfBz eiuezpiezjpi FIG. 5 FIG. 6 FIG. 7 FIG. 8A FIG. 8B CM oo CM FIG. 8E ROZMIESZCZENIE POJEMIKÓWI UKŁADU POWIETRZNEGO UWAGA;Długość pojemnika skrócono, a ścianki usunięto dla przejrzystości ε .o □Σ FIG. 8H >od O o r\l O O FIG. 11A FIG. 11B elektroda AA kontaktująca się z powietrzem Napięcie względem Czasu Testu 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 Czas Testu