CN203225320U - 电化学电池*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电化学电池***，该***配置成利用流动通过多个电化学电池的离子导电液体。提供了一个或多个亲水过滤器用于将电池中的气体沿针对所述离子导电液体的流动路径排出，从而允许在充电或放电期间在所述离子导电液体中释放的气体排出到电池***的外部，同时约束电化学电池***的流动路径中的离子导电液体。

Description

电化学电池***

相关申请的交叉引用

本实用新型要求2011年11月4日递交的美国临时申请No.61/556,000的权益，其内容通过参考的方式整体并入本申请。 

技术领域

本实用新型总体上涉及电化学电池，并且更具体地涉及利用液体离子导电介质的电化学电池。 

背景技术

许多类型的电化学电池利用液体离子导电介质来支持电池内的电化学反应。例如，金属-空气电化学电池***可包括一个或多个电池，每个电池具有充当阳极的燃料电极和空气呼吸式氧化剂电极，在所述阳极处金属燃料被氧化，并且在所述空气呼吸式氧化剂电极处来自周围空气的氧被还原。在这样的电池中的液体离子导电介质可在电极之间传送已氧化的/已还原的离子。 

在某些电化学电池***中，在电池进行充电/放电过程中可能释放出各种气体。这种气体对于电池可能是有害的，并且可能损害或阻碍电池的性能。例如，在某些情况下，由于释放的气体增加了电池中有限区域内的压强，因此可能危害电池。在某些情况下，由于释放的潜在挥发性气体或各种气体的组合，因此可能危害电池(及其潜在地周边区域)。因此，某些电化学电池配置用于通过在其中包括排气孔来发散这种气体，从而使得气体可以逸入周围环境中。例如，通过引用将其全部内容并入于此的美国专利申请序列No.13/566,948公开了一种膜气体排气孔，其配置用于将气体从电化学电池中发散出去。其他电化学电池可以配置有减压阀，其通常是闭合的，然而当电池中的压 强超过阈值量时会打开。 

在其他的改进中，本实用新型还努力提供一种控制电池中气体的排放而不负面影响电池中液体电解质的流动和/或操作期间电池的性能的有效和改进方法。 

实用新型内容

根据一个实施方式，电化学电池***包括包含金属燃料的燃料电极和用于吸收并还原气体氧化剂的氧化剂电极。所述电化学电池***还包括腔，配置用于在其中包含一定量的离子导电液体，其中离子导电液体在燃料与氧化剂电极之间传导离子，并且其中氧化剂电极将离子导电液体与气体氧化剂分离。所述电化学电池***还包括过滤器，配置用于将电池中的气体与离子导电液体分离。该过滤器包括灯芯，其配置用于在其中吸收离子导电液体的一部分。该过滤器还包括总体上位于一定容量的离子导电液体之上的亲水性主体部分，其耦合至所述灯芯以用于从所述灯芯接收所述吸收的离子导电液体的部分。该亲水性主体部分在其中包含孔，以允许气体通过其渗透。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述灯芯与所述亲水主体部分一体成形。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述灯芯从所述亲水主体部分向所述一定容量的离子导电介质延伸。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述灯芯延伸进所述一定容量的离子导电介质。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述亲水主体部分在所述亲水主体部分的远离所述灯芯的一侧与所述亲水主体部分的靠近所述灯芯的一侧之间包括多个缠绕，其中所述吸收的离子导电液体的部分沿所述多个缠绕中的每个缠绕从所述灯芯引入，同时气体从所述亲水主体部分的靠近所述灯芯的一侧穿过所述多个缠绕中的每个缠绕中的所述孔至所述亲水主体部分的远离所述灯芯的一侧。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述多个缠绕中的每个缠 绕中的所述孔从所述亲水主体部分的靠近所述灯芯的一侧至所述亲水主体部分的远离所述灯芯的一侧逐渐变小。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述多个缠绕中的每个缠绕中的所述孔贯穿所述亲水主体部分近似为相同大小。 

根据本实用新型优选的实施方式，进一步包括基本上围绕所述主体部分从而形成过滤器通道的壳体。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述壳体的底部向所述一定容量的离子导电液体倾斜，使得所述通道中所述吸收的离子导电液体部分的超出量被引导至所述一定容量的离子导电液体。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述底部以大于0度但小于近似90度的角度朝向所述离子导电液体倾斜。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述底部以大于0度但小于近似45度的角度朝向所述离子导电液体倾斜。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述底部以大于0度但小于近似25度的角度朝向所述离子导电液体倾斜。 

根据本实用新型优选的实施方式，进一步包括在所述过滤器通道的远离所述一定容量的离子导电液体的一端的通道出口。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述通道出口包括排气孔，配置用于允许所述气体通过其渗透，而防止所述离子导电液体渗透。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述排气孔包括跨所述过滤器通道延伸的疏水膜。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述过滤器通道垂直定向使得所述通道中所述吸收的离子导电液部分的超出量可以直接落入所述一定容量的离子导电液体。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中所述过滤器主体与所述过滤器通道的所述顶部间隔放置。 

根据本实用新型优选的实施方式，其中至少一些所述气体被封装在离子导电液体的气泡中。 

本实用新型的其他方面将从下文的详细描述、附图和所附权利要求书变得容易理解。 

附图说明

现在将参考示意性附图，仅通过示例的方式描述本实用新型的实施方式，在附图中，对应的附图标记指示对应的部分，并且其中： 

图1描绘出具有浸入氧化剂还原电极的电化学电池的示意图； 

图2描绘出具有限定电化学电池的边界壁的氧化剂还原电极的电化学电池的示意图； 

图3描绘出根据实施方式的图1的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子导电介质在其中的对流流动； 

图4描绘出浸入的氧化剂还原电极的透视图，描绘出在其空气通道周围的离子导电介质的流动； 

图5描绘出根据另一个实施方式的图1的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子导电介质在其中的对流流动； 

图6描绘出根据另一个实施方式的图1的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子导电介质在其中的对流流动； 

图7描绘出根据另一个实施方式的图1的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子导电介质在其中的对流流动； 

图8描绘出具有图1的配置的双电池的示意图，其中两个电池浸入公共壳体中； 

图9描绘出根据实施方式的图2的配置的电化学电池的示意图，该电化学电池被配置用于离子导电介质在其中的对流流动； 

图10图示了配置用于浸入离子导电介质的电极模块的透视图，其包含配置用于从电化学电池内的气体中移除离子导电介质的过滤器； 

图11图示了容纳图10的电极模块和过滤器的电化学电池的简化透视图；以及 

图12图示了图11的电化学电池的侧截面图，图示了包含与其地 面部分成角度的过滤器的主体部分的过滤器腔，配置用于提升来自过滤器的过量离子导电介质的移动从而滴注回所述电池。 

具体实施方式

图1示出电化学电池100的示意截面图。如所示出的，电化学电池100的部件可至少部分地被包含在相关联的壳体110中。电池100利用包含在壳体110内并且被配置用以在壳体110中循环的液体离子导电介质以传导电池100内的离子。虽然有时离子导电介质在壳体110内(诸如在滞留区中)可以是大体上静止的，但是可以理解的是，电池100可被配置用以形成离子导电介质的对流流动。在某些实施方式中，离子导电介质的流动可以是由电池100中释放的气体的气泡生成的对流流动，诸如上文通过引用将其全文并入于此的美国专利申请13/532,374中所描述的。 

电化学电池100的各个部分可具有任何适当的结构或组成，包括但不限于由塑料、金属、树脂、或其组合形成。相应地，电池100可以任何方式装配，包括由多个元件形成、一体化地模制等。在各种实施方式中，电池100和/或壳体110可包括美国专利申请序列No.12/385,217、No.12/385,489、No.12/549,617、No.12/631,484、No.12/776,962、No.12/885,268、No.12/901,410、No.13/028,496、No.13/083,929、No.13/167,930、No.13/185,658、No.13/230,549、No.13/299,167、No.13/362,775、No.13/526,432、No.13/531,962、No.13/532,374、No.13/566,948和No.61/556,011中的一个或多个的元件或布置，所述美国专利申请中的每一个以其整体通过引用并入此处。 

随后的附图示出了电池100的对流流动，而图1示意性地描绘出其实施方式的各种其他部件和特征。相应地，被限定在电池100的壳体110内的是电池腔120，该电池腔120被配置用以容纳离子导电介质并且可以限定在其中的流动。电池100的燃料电极130可被支撑在电池腔120中从而被离子导电介质接触。在一个实施方式中，燃料电 极130是金属燃料电极，该金属燃料电极当电池100在如在下面进一步讨论的放电、或生电模式下操作时用作阳极。如所示出的，在一些实施方式中，燃料电极130可包括多个可渗透电极体130a-130e。虽然在示出的实施方式中使用了五个可渗透电极体130a-130e，但是在其他实施方式中，任何数目的可渗透电极体都是可能的。每个可渗透电极体130a-130e可包括以任何结构制成的筛，该结构能够通过电沉积或以其他方式从流经或以其他方式存在于电池腔120内的离子导电介质捕获和保留金属燃料的颗粒或离子。在一个实施方式中，电极体130a可以是端子电极体，被配置使得当充电时，金属燃料可大体上沿从电极体130a朝电极体130e所限定的方向在电极体130a-e上生长。虽然在示出的实施方式中，可渗透电极体130a-130e可具有不同的尺寸，使得可以使用如在上文中通过引用并入的美国专利申请序列No.13/167,930中所描述的阶梯支架配置，但是在其他实施方式中，可渗透电极体130a-130e可具有基本上相同的尺寸。 

在一些实施方式中，多个间隔体可以分离可渗透电极体130a-130e以便在燃料电极130中建立流道(flow lane)。虽然在一些实施方式中多个间隔体可以连接到壳体110使得燃料电极130可以相对于壳体110被保持在适当的位置，但是在其他实施方式中，间隔体被模制在可渗透电极体130a-130e之间，并且可能在燃料电极130和充电电极140之间，使得可渗透电极体130a-e(以及可能充电电极140)为组合的电极模块的一部分。在上文中以其整体通过引用并入的美国专利申请序列No.12/901,410(公布为美国专利申请公开No.2011/0086278)中描述了这样的配置。在各种实施方式中，间隔体可以是非导电且电化学惰性的，因此它们对于电池100中的电化学反应而言是不活泼的。在一些实施方式中，间隔体可以由适当的塑料材料制造，所述适当的塑料材料诸如聚丙烯、聚乙烯、聚酯、改性聚苯醚、ABS、含氟聚合物、环氧树脂等。燃料电极130中的流道可以是三维的，并且具有与间隔体的高度大致相等的高度。虽然大体上间隔体竖直地定向以便建立平行于产生气泡的充电电极的流道，但是在诸如但不限于如下所述 的燃料电极130的顶部被阻挡的其他实施方式中，间隔体可以被定向以便建立被定向成通过可渗透电极体130a-130e的流道。然而，应理解，间隔体和/或流道是可选的，并且在一些实施方式中可以省略。 

在诸如示出的电池100的一些实施方式中，充电电极140可以定位成与燃料电极130隔开、远离端子电极体130a(即，接近电极体130e)。在一些实施方式中，充电电极140可以是燃料电极130的一部分(例如包括作为可渗透电极体130b-130e中的一个或多个)。与燃料电极130一样，充电电极140可定位在电池腔120内，以便与离子导电介质相接触。在示出的实施方式中，充电电极140是类似于可渗透电极体130a-e的阶梯配置。然而，在其他实施方式中，当那些电极体130a-e为阶梯支架配置时或以其他方式变化尺寸时，充电电极140可至少延伸远至可渗透电极体130a-e中最长的一个。如下文更详细地描述的，充电电极140可被配置用以参与存在于液体离子导电介质中的可氧化的氧化剂种类的氧化，以便在电池100的充电期间促进已氧化的金属燃料种类的还原和燃料电极130上金属燃料的生长。相应地，在一些实施方式中，如下文更详细地描述的，由于在电化学电池100充电期间来自充电电极140的氧气的气泡冒出，充电电极140可被表征为氧析出电极。 

在图1中进一步示出了氧化剂还原电极150，其与燃料电极130和充电电极140隔开、远离端子电极体130a。如所示出的，氧化剂还原电极150可以密封或以其他方式装配到浸入到电池腔120中的离子导电介质中的氧化剂还原电极模块160中。至少一个空气通道165延伸进入氧化剂还原电极模块160中，以便向形成在氧化剂还原电极模块160的壳体和氧化剂还原电极150之间的空气空间170提供空气或任意其他氧化剂。可以理解的是，空气空间170中的空气或其他氧化剂向氧化剂还原电极150供应氧化剂。通过引用将其全部内容并入于此的美国专利申请13/531,962中描述了这样的配置的另外的细节。如所示出的，在包含独立充电电极140的实施方式中，充电电极140可定位在氧化剂还原电极150和燃料电极130之间。在缺少独立充电电 极140的电池100的实施方式中，在电池100的充电和放电期间均可以利用氧化剂还原电极150(即在充电期间作为阳极并且在放电期间作为阴极)。 

包括例如燃料电极130、其可渗透电极体130a-130e、充电电极140、和氧化剂还原电极150的电池100的部件可具有任何适当的结构或配置，所述结构或配置包括例如由镍或镍合金(包括镍钴、镍铁、镍铜(即Monel)、或超合金)、铜或铜合金、黄铜、青铜、碳、铂、银、银钯、或任何其他适当的金属或合金中的一种或多种构成。在一些实施方式中，电池100的一个或多个部件，诸如燃料电极130、独立充电电极140、和氧化剂还原电极150，可包括镀有更耐劣化的材料的高导电材料。例如，在一些实施方式中，电池的一个或多个部件可包括镀有镍的铜。如上所指出的，在一些实施方式中，燃料电极130可由可渗透金属筛(即，可渗透电极体130a-130e)形成，该可渗透金属筛可被配置以捕获、保留金属燃料以及为金属燃料提供生长平台。同样地，在一些实施方式中，独立充电电极140可具有与可渗透电极体130a-130e之一类似的配置。在其他实施方式中，充电电极140可具有另一配置，该配置可被配置用以建立与燃料电极130的电位差从而在电化学电池100的充电期间促进燃料在燃料电极上生长。如下面更详细地讨论的，充电电极140可被配置用以在充电过程期间析出气态氧的气泡，所述气态氧的气泡由于它们在离子导电介质中的浮性而可在电池100中向上上升，这可以驱动离子导电介质的对流流动。 

像燃料电极130和充电电极140一样，氧化剂还原电极150也可具有任何适当的结构或配置。例如，氧化剂还原电极150可以大体上被配置用以支持电化学电池100中的氧还原，以在电池100的放电期间建立与燃料电极130的电位差。在一个实施方式中，氧化剂还原电极150可包含具有可被表征为“活性材料”的网状物或涂层的活性层。该活性材料有利于与氧化还原相关联的电化学反应。相应地，在一个实施方式中，氧化剂还原电极150被放置在电池壳体110中，使得活性材料接触离子导电介质，从而允许离子传导到燃料电极130和/或从 燃料电极130传导。在一些实施方式中，活性材料可由被烧结成形成复合材料或以其他方式层叠在一起的催化剂颗粒或材料、导电基质和疏水材料的混合物形成。在各种实施方式中，活性材料可由一种或多种金属和/或其氧化物构成，诸如但不限于锰、银、镍、铂、镧、锶和钴。在一些实施方式中，活性材料可包括催化剂膜，所述催化剂膜在各种实施方式中可通过如下技术形成：所述技术包括但不限于热喷涂、等离子喷涂、电沉积、或任何其他颗粒涂覆方法。 

电耦合到活性材料的可以是电流收集器，其可被配置用以当电池100处于放电模式时从负载接收电子供氧化还原反应消耗。同样地，电流收集器可被配置用以当电池100处于充电模式时从活性材料处的氧化反应收集电子(即，如果氧化剂还原电极150充当充电电极)用于输送到电源PS，以参与活性材料处的电化学反应。电流收集器可具有任何适当的结构或配置，包括但不限于可以具有限定的线宽度、孔开口和厚度的金属筛。在各种实施方式中，电流收集器可由诸如但不限于上述那些用于活性层的金属或合金构成。 

另外被包括在氧化剂还原电极150中的可以是一个或多种疏水材料，其可以是大体上气体可渗透但液体不可渗透的任何材料，从而将离子导电介质包含在电池壳体110内，或以其他方式维持与氧化剂还原电极150相关联(即，在氧化剂还原电极模块160中)的气体空间。虽然疏水在某些语境下可被理解为“憎水”，但是应理解，如在此处所使用，疏水意味着它总体上对离子导电介质的不可渗透性，并且不一定仅对离子导电介质中的水的不可渗透。因此，疏水材料也可被视为“疏水”或“憎液体”的材料。因此，氧化剂还原电极150整体可以是液体不可渗透的但对气态氧化剂可渗透，使得气态氧化剂可以接触氧化剂还原电极150的活性材料，以便在电池100的放电期间发生的电化学反应过程中充当氧化剂。在各种实施方式中，疏水材料可具有有利于支撑其上的活性材料的任何适当的结构或配置，大体上对气态氧化剂可渗透，并且大体上对离子导电介质不可渗透。 

在一些实施方式中，一种或多种疏水材料充当活性材料和/或电流 收集器的支承材料。虽然在实施方式中疏水材料可以变化，但是在一些实施方式中，疏水材料可由含氟聚合物构成或包括含氟聚合物。作为一个例子，在各种实施方式中，疏水材料可包括聚四氟乙烯(也称为PTFE，或

)，其在一些实施方式中可以是热机械膨胀的(也称为ePTFE，或)。在其他实施方式中，疏水材料可包括氟化乙丙烯(也被称为FEP)，或任何其他含氟聚合物。在一些实施方式中，疏水材料可具有诸如但不限于小于1微米的量级的微孔尺寸的微孔尺寸，或在更特别的例子中，可以是大约50纳米至200纳米的量级。可以理解的是，在一些实施方式中，疏水材料氧化剂可以遍及氧化剂还原电极150的厚度具有限的抗张强度。相应地，在一些实施方式中，疏水材料可通过诸如通过引用将其全部内容并入于此的美国临时专利申请61/556,011中所公开的氧化剂可渗透加强层来加强。 

在电池100中使用的燃料可以是诸如铁、锌、铝、镁、或锂的金属。术语金属意味着包括被视为周期表上的金属的所有的元素，包括但不限于当在电极体上被收集时为原子、分子(包括金属氢化物)、或合金形式的碱金属、碱土金属、镧系元素、锕系元素、和过渡金属。然而，本实用新型并不旨在限制于任何特定燃料，并且可以使用其他燃料。燃料可以作为悬浮在离子导电介质中的颗粒提供给电池100。 

离子导电介质可以是水溶液。适当的介质的例子包括包含硫酸，磷酸、三氟甲磺酸、硝酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钠、硝酸钾、或氯化锂的水溶液。在一些实施方式中，离子导电介质是氢氧化钾水溶液。在一个实施方式中，离子导电介质可包括电解质。例如，可以使用常规液体电解质溶液，或可以使用室温离子液体，如先前在上文中通过引用并入的美国专利申请No.12/776,962和No.13/526,432中所提及的。在一些实施方式中，添加剂可被添加到离子导电介质中，包括但不限于增强金属燃料在燃料电极130上的电沉积工艺的添加剂，诸如先前在上文中通过引用并入的美国专利申请No.13/028,496中所描述的。例如，这样的添加剂可以减少燃料颗粒的松散的枝状生长，从而减少这样的燃料颗粒与燃料电极130分离的可能性。 

在电池100的操作中，当燃料电极130作为阳极操作时，燃料可在燃料电极130处被氧化，并且当氧化剂还原电极150作为阴极操作时，诸如氧、Cl₂、或任何其他适当的氧化剂之类的氧化剂可在氧化剂还原电极150处被还原，这如在下面进一步详细讨论的当电池100连接到负载并且电池100处于放电或生电模式时的情形。在放电模式期间发生的反应可在离子导电介质中产生例如可还原燃料种类的副产品沉淀物。例如，在燃料是锌的实施方式中，氧化锌可作为副产品沉淀物/可还原燃料种类被产生。已氧化的锌或其他金属也可通过被电解质溶液氧化或使在电解质溶液中成为溶剂化物而被支持，而不形成沉淀物(例如锌酸盐可以是留在燃料中的溶解的可还原燃料种类)。在如在下面进一步详细讨论的，在再充电模式期间，例如氧化锌或锌酸盐离子的可还原燃料种类可被可逆地还原并且作为例如锌的燃料沉积到用作阴极的燃料电极130的至少一部分上。同时，氧化剂还原电极150或独立充电电极140，和/或燃料电极130的另一部分用作阳极，并且氧化离子导电介质中的可氧化氧种类(例如，OH^-离子)以析出气态氧。在一个实施方式中，可氧化的氧种类可以是在电池100放电期间在电池100中生成的还原后的氧化剂种类。 

虽然在一些实施方式中氧化剂可通过被动***被输送至氧化剂还原电极150，该被动***足以允许例如氧气从空气扩散或渗透到氧化剂还原电极150中，在其他实施方式中，可利用用于将氧化剂带到氧化剂还原电极的不同的氧化剂源或机制。例如，在一个实施方式中，诸如气泵AP的泵可用来将氧化剂在压力下输送到氧化剂还原电极150。气泵AP可具有任何适当的结构或配置，包括但不限于作为风扇或其他被配置用以产生恒定或脉冲的空气或其他氧化剂的流的空气移动装置。氧化剂源可以是包含氧化剂的源。在一个实施方式中，可从诸如在先前在上文中通过引用并入的美国专利申请12/549,617中所公开的电化学电池模块100回收氧。同样地，当氧化剂是来自周围空气的氧时，氧化剂源可被广义地视为输送机制，无论它是被动还是主动的(例如，泵、鼓风机等)，空气被允许通过该输送机制流向氧化 剂还原电极150。因此，术语“氧化剂源”旨在包括包含在内的氧化剂和/或用于被动地或主动地将来自周围空气的氧输送到氧化剂还原电极150的布置。 

在各种实施方式中，可渗透电极体130a-e、独立充电电极140、和氧化剂还原电极150可以通过开关***连接，该开关***可被配置用以将电池100连接到电源PS、负载、或串联的其他电池100。在放电期间，燃料电极130连接到负载，并且作为阳极操作使得当燃料在燃料电极130处被氧化时，由金属燃料放出的电子流向外部负载。氧化剂还原电极150在放电期间用作阴极，并且被配置用以从外部负载接收电子并且将接触氧化剂还原电极150的氧化剂(具体是在电池100周围的空气中的氧、供给至电池100的氧、或从电池100回收的氧)还原。 

不同实施方式的开关***的操作可以不同，并且在一些实施方式中，操作可以类似于如在上文中通过引用并入的美国专利申请序列No.13/299,167中描述的那些。作为另一示例，在一个实施方式中，外部负载可耦合到如在上文中通过引用并入的美国专利申请序列No.12/385,489中详细描述的并联的可渗透电极体130a-130e中的一些。在其他实施方式中，外部负载可以仅耦合到端子可渗透电极体130，远离氧化剂还原电极150，使得燃料消耗可在可渗透电极体130a-130e中的每一个之间串联地发生。在一些实施方式中，电池100可被配置用于如先前在上文中通过引用并入的2010年9月17日提交的美国专利申请序列No.12/885,268中所描述的充电/放电模式切换。 

在一些实施方式中，电极体130a-130e、氧化剂还原电极150和/或充电电极140中的一个或多个可通过开关***或任何其他回路互连，以便选择性地方便电池100的充电和放电的控制。与开关***相关联的开关可受到控制器的控制，该控制器可具有任何适当的结构和配置，包括但不限于在一些实施方式中大体上符合在上文中通过引用并入的美国申请序列No.13/083,929、13/230,549和13/299,167中所公开的那些。在各种实施方式中，开关***的开关的控制可基于用户选 择、传感器读数、或通过任何其他输入来确定。在一些实施方式中，控制器也可起到管理负载和电源PS以及多个电池100之间的连通性的作用。在一些实施方式中，控制器可包括适当的逻辑或电路，所述逻辑或电路用于响应于检测到达到预定阈值的电压(诸如下降到预定阈值之下)，启动与每个电池100相关联的旁路开关。 

虽然在图1的示出的实施方式中电池壳体被配置成使得氧化剂还原电极150连同氧化剂还原电极模块160浸入到电池腔120中，但是可以理解的是，在各种实施方式中，电池100的其他配置或布置也是可能的。例如，在图2中，展示了电池100(具体地，电池100*)的另一个实施方式，其中氧化剂还原电极150*限定电池腔120的边界壁，并且被密封到壳体110*的一部分以便防止离子导电介质在其间渗漏。然而这样的配置通常不是优选的，由于氧化剂还原电极150*的失效将导致离子导电介质从电池100*泄漏出来的担忧。但是在一些这种实施方式中，在下面更详细地描述的电池腔120中的离子导电介质的对流流动可以在向上并且远离氧化剂还原电极150*方向上，跨越燃料电极130的顶部。 

如上所指出的，在电池100(或电池100*或其变形)的操作期间，氧气泡可在充电期间在氧析出电极处形成。在图1示出的实施方式中，例如氧析出电极是充电电极140，但是在一些实施方式中，它可以是燃料电极130和/或氧化剂还原电极150的一部分。因此，此处任何提及的氧析出电极适用于这些实施方式中的任一个，并且示出的实施方式中提及的充电电极140类似地可以应用于所有类型的氧析出电极。可以理解的是，在充电期间在充电电极140的表面产生氧气泡的浮性可被利用以使电池100的离子导电介质循环。如下文更详细地描述的，虽然气泡本身产生升力，但是如果气泡尺寸是足够小的尺寸，那么它们可以拖曳大量的离子导电介质随同它们开始在电池100中流动离子导电介质。可以理解的是，离子导电介质的流动也可以被在充电电极140处产生的气泡之外的其他流动产生机制辅助，所述其他流动产生机制包括但不限于如下文更详细地描述的另外的气体起泡器。 

因此，在一些实施方式中，在壳体110中可在其中包括流转向器，所述流转向器包括但不限于挡壁、挡板、和/或穿孔的通道，其可被利用来控制因气泡的上浮力所产生的离子导电介质的流动的大小和方向，并且在电池100中建立对流。在一些实施方式中，流转向器可被一体化地模制到电池壳体110，或可完全由电池壳体110的形状(诸如由其壁的内表面)限定。在其他实施方式中，流转向器可以是安装到或以其他方式连结到壳体110中的独立体。在一个实施方式中，燃料电极130、充电电极140、和/或氧化剂还原电极150、或与之相关联的体中的部分可被成形为或以其他方式定位成充当流转向器。在图3中示意性地示出了被配置用于产生对流的电化学电池100a的一个实施方式(大体上以粗箭头指示)。如所示出的，电化学电池100a具有燃料电极130、充电电极140、和氧化剂还原电极150。可以理解的是，在示出的实施方式中，氧化剂还原电极150被配置为浸入到电化学电池100a的电池腔120中，并且具有随之与空气空间170(为了强调离子导电介质的流动，该气体空间在示出的实施方式中省略)关联的氧化剂还原电极模块160。 

在示出的图3的实施方式中，在氧析出充电电极140处产生的氧气泡由于它们的浮性向上升到壳体110a的顶部180。虽然诸如燃料电极130、充电电极140、和氧化剂还原电极150的体可以影响方向和速率，但是可以理解的是，流转向器也可以引导和导引因气泡的移动而产生的离子导电介质的流动。这种移动将大体上被约束在燃料电极130和氧化剂还原电极150之间的充电电极140的周围。在诸如电池100a的一个实施方式中，在充电电极140和燃料电极130的垂直正上方的区域可以相对未阻挡以使氧气泡朝顶部180向上流动。如所示出的，在一些实施方式中，氧气泡的移动最初可能受到燃料电极130和氧化剂还原电极150的束缚。然而，随着氧气泡流过燃料电极130和氧化剂还原电极150，它们随后可被允许越过浸入的氧化剂还原电极150(和在图3中未示出的氧化剂还原电极模块160)向外流动到壳体110a的侧面190。如从图4可以理解的是，允许空气流入到空气空间 170中的空气通道165被配置用以不完全地挡住离子导电介质，使得离子导电介质的流动和最初挟带其中的气泡可以大体上在空气通道165周围和/或之间经过，并且可以如由描绘的箭头大体上所示的向下流到氧化剂还原电极模块160的后面。 

在电池100a的实施方式中，提供挡壁200用以防止气泡朝侧面190和远离侧面190膨胀。一旦气泡离开氧化剂还原电极150、充电电极140和/或燃料电极130，挡壁200就可以朝顶部180延伸，使得离子导电介质被导引至电池腔120的排气区域210中。如所示出的，排气区域210可以是电池壳体110a的受侧面190和对流挡板220约束的区域，其具有伸长部分230，该伸长部分230在电池腔120中延伸大体上平行于气泡从充电电极140向上的流动，并且从顶部180朝电池壳体110a的底部240导引离子导电介质。排气区域210因为其竖直定向也可被称为排气柱。在一些实施方式中，对流挡板220可以至少部分地由浸入离子导电介质中的氧化剂还原电极模块160的一部分形成。可以理解的是，排气区域210大体上与电池100的电极分离，使得挟带于离子导电介质的流动中的气泡可以聚结在一起和/或与通过其的离子导电介质的流动分离，使得气泡在排气区域210中朝顶部180上升，而离子导电介质的流动继续流经排气区域210。特别地，当离子导电介质在排气区域210上偏转时，更多氧气泡从充电电极140升起远离排气区域210，浮力较小的离子导电介质自由地与气泡分离，并且开始朝电池壳体110a的底部230下降。另外，如下文更详细地描述的，较大体积(即气泡尺寸)的气泡产生较小的粘滞拖曳力。因此，因为气泡在最初产生时较小，所以它们拖曳的流体比排气区域210中的通过聚结较小的气泡形成的较大的气泡更多。气泡尺寸上的这种差别，以及随后在流体拖曳上的差别，可被理解为建立产生离子导电介质的流动的对流流动的流体运动方向。进一步，可以理解的是，挟带于离子导电介质的流动中的任何颗粒或其他材料也可与排气区域210中的流分离，并且取决于颗粒的浮性，可以沉淀在排气区域210的底部处，或可以漂浮在排气区域210的顶部处。 

如所示出的，对流挡板220可具有底部部分250，该底部部分250导引向下流动的离子导电介质跨过底部240到燃料电极130的与充电电极140相反的一侧，该侧接近可渗透电极体130a并且靠近与电池壳体110a的远离侧面190的侧面260。在一些实施方式中，电池腔120的该区域可被表征为如所示的前电极区域265。因此，对流循环可通过离子导电介质在被从充电电极140上升的氧气泡再一次提升之前经过渗透电极体130a-130e来完成。因为氧气泡升高使充电电极140(或其他氧析出电极)旁边的区域中的液体离子导电介质升高，所以它还在那个区域和前电极区域265之间产生负压降或负压差，这辅助离子导电介质的流动通过燃料电极130。类似地，从排气区域210到部分250下面的前电极区域265的方向上的流动还由排气区210中的液体所施加的正向下压力以及气泡提升流动在前电极区域265上引起的负压力而得到促进。 

通过可渗透电极体130a-e的这样的离子导电介质的流动可具有许多益处，所述益处包括但不限于去除可能附着到可渗透电极体的氧气泡或氢气泡，该氧气泡或氢气泡在电池100a的充电期间可能干扰燃料电极130上的燃料生长以及具有其他影响。燃料电极130处的氢析出(通过H⁺到H₂的还原)是有问题的，不仅因为它汲取可能用于金属还原和镀敷的寄生电流，而且其气泡的存在还可能占据燃料生长可能发生的空间，并且气泡本身可能干扰金属生长并减小其密度。因此，强制地驱动经过燃料电极130的一个或多个体的流动能够有利地减少这些问题。 

如图3中进一步所示，在一些实施方式中，第二挡壁267可在侧面260和燃料电极130之间延伸，并且可以配置成通过防止处于前电极区域265中的对流循环部分中的离子导电介质高于燃料电极130来防止离子导电介质偏离对流循环。在其他实施方式中，其他挡壁或挡板可被利用以导引离子导电介质通过燃料电极130的流动，从而维持对流回路。因此，对流回路迫使流向上经过氧化剂还原电极150，向下通过排气区域210，进入到前电极区域265中，并且通过燃料电极 130。 

图5中示出的是电化学电池100的另一个实施方式(具体地，电化学电池100b)。如所示出的，电化学电池100b具有相关联的被配置用以在其中形成离子导电介质的对流循环的壳体110b。可以理解的是，壳体110b可以大体上类似于壳体110a，例如其中包含由对流挡板220的伸长部分230和壳体110b的侧面190形成的排气区域210。另外，对流挡板220也包含底部部分250，该底部部分250连同电池壳体110b的底部240引导离子导电介质的流动到前电极区域265中，并且从前电极区域265到燃料电极130的与充电电极140相反的一侧。然而，与电池100a不同，电池100b具有阳极壁270，该阳极壁270被配置用以防止离子导电介质的对流流动随同来自充电电极140的气泡上升而不用至少部分地经过燃料电极130的可渗透电极体130a-130e中的每一个。可以理解的是，在一些这样的实施方式中，当气泡从充电电极140朝壳体110b的顶部180上升时，它们可能受到更窄的孔隙的约束，这可能影响离子导电介质的对流流速。如所示出的，在诸如所示出的一些实施方式中，其中燃料电极130具有阶梯支架配置，阳极壁270可倾斜或以其他方式成形为匹配燃料电极130的阶梯形状。虽然在一些实施方式中离子导电介质可以被阻挡上升到燃料电极130在前电极区域265侧的高度以上，如在电池100a中的情况，但是在一些实施方式中，诸如电池100b的实施方式中，这样的约束可能不被实施。 

图6描绘出电池100的另一个实施方式(以电池100c表示)。电化学电池100c具有也在其中形成离子导电介质的对流循环的相关联的壳体110c。同上，壳体110c可以大体上类似于壳体110a或壳体110b。例如，在壳体110c中包含由对流挡板220的伸长部分230和壳体110c的侧面190形成的排气区域210。对流挡板220也包含底部部分250，该底部部分250连同电池壳体110c的底部240将离子导电介质的流引导至前电极区域265中，离子导电介质的流动能够从该前电极区域265至少部分地被汲取通过燃料电极130。在一些实施方 式中，电池100的一个或多个区域，诸如底部部分250和/或电池壳体110的底部240，可包括或具有与之相关联的被配置用以使燃料的已经与燃料电极130分离的枝状颗粒氧化的收集盘电极，如在上文中以其整体通过引用并入的美国专利申请序列No.13/185,658中所描述的。与电池100a一样，挡壁200大体上防止气泡从充电电极140上升并且防止与气泡一同流动的离子导电介质向外转向壳体110c的侧面260。相反地，挡壁200，可能与顶壁180结合，朝侧面190和排气区域210导引气泡和离子导电介质的流动。然而，与先前的电池110a和电池110b不同，在电池110c中包括散布器280，该散布器280被配置用以将接近电池壳体110c的侧面260的离子导电介质的流动大体上垂直地(即，与燃料电极130本身成直角)导引至燃料电极130中，这与以上实施方式的大体上倾斜流动不同。可以理解的是，散布器280在不同实施方式中可以变化，并且因此可在其中具有定向在侧面260和燃料电极130之间的任何数目的孔隙290。还可以理解的是，在一些实施方式中，散布器280可被配置成通过诸如改变一个或多个孔隙290的角度而建立向燃料电极130的一个或多个特定角度的流动。同上，虽然在一些实施方式中离子导电介质可被阻挡上升到燃料电极130的高度以上，但在其他实施方式中，诸如示出的电池100c的实施方式，这样的约束可能不实施。 

图7示出电池100(即，电池100d)的另一个实施方式，该电池100包含被配置用于离子导电介质的对流循环的相关联的壳体110d。如所示出的，壳体110d大体上被配置成使得离子导电介质的对流循环向上经过燃料电极130的长度。例如，在示出的实施方式中，离子导电介质被配置用以大体上平行于可渗透电极体130a-e并且在可渗透电极体130a-e之间竖直地流动，而不是如先前实施方式中那样定向到并且通过可渗透电极体130a-e中的每一个。如所示出的，在一个实施方式中，挡壁200可以大体上从顶部180朝底部240延伸，并且可大体上平行于电池100d的电极的定向。虽然在一些实施方式中挡壁200可以延伸远至底部240，并且可以替换侧面260或者作为侧面260， 但是在其他实施方式中，挡壁200可与侧面260隔开，使得离子导电介质的供应保留在它们之间的空间中。如在示出的实施方式中所示，使得离子导电介质的对流流动沿着可渗透电极体130a-e经过，对流挡板220可能缺少在先前实施方式中发现的底部部分250。在其他实施方式中，对流挡板220可包含底部部分250，然而，在底部部分250中可在其中包含一个或多个孔隙从而接收对流流动。 

如图8中所描绘的，可以理解的是，在一些实施方式中，多个电池可以一起被安装在公共壳体110’中。基于从每个电池产生的气泡的相互作用，这样的组件可以有利于期望的流动方向，并且通过减少其中的离散部分的数量还可以降低生产成本。在图8的组件中包含两个电池，并且因此该组件可被称为双电池300。可以理解的是，两个电池(单独的电池300a和300b)限定双电池300，附加电池也可被包括在其他实施方式中(即形成三电池、四电池等)。虽然在一些实施方式中每个电池300a和300b可包含其自己的相关联的(即彼此隔开的)燃料电极130，但是在诸如所示的其他实施方式中，双电池300包含用于电池300a和300b两者的公共燃料电极130’。具体而言，公共燃料电极130’由分别与电池300a和300b相关联的一对氧化剂还原电极150a和150b共享。如所示出的，在示出的公共燃料电极130’中包含多个阶梯支架配置的可渗透电极体130a′-130e’，其中电极体130c’定位在中心处，并且可与电池300a或电池300b相关联。因此，可以理解的是，可渗透电极体130a’和130b’大体上可被视为与电池300a相关联，而可渗透电极体130d’和130e’大体上可被视为与电池300b相关联。然而，在一些实施方式中，整个公共燃料电极130’可被理解为连同氧化剂还原电极150a和氧化剂还原电极150b两者参与电化学反应。 

在示出的实施方式中与每个电池300a和300b相关联的是充电电极140a和140b。虽然在示出的实施方式中充电电极140a和140b与公共燃料电极130’隔开，但是可以理解的是，在一些实施方式中，充电电极140a和140b可包括公共燃料电极130’的一部分，如上所述。 如所示出的，专用充电电极140a和140b大体上可定位在公共燃料电极130’与氧化剂还原电极150a和150b之间。如可根据以上实施方式可理解的，在充电期间形成的气泡从它们在充电电极140a和140b上析出的地方上升到壳体110’的顶部，并且发展离子导电介质的流动。可以理解的是，充电电极140a和140b的隔开布置可以大体上驱使气泡以及流彼此远离，越过与每个氧化剂还原电极150a和150b相关联的对置的氧化剂还原电极模块160a和160b。具体地，当气泡从充电电极140a和140b中的每一个上升到壳体110’的顶部180’时，足够的气泡可以靠近顶部180’聚集使得对另外的气泡和流动行进的阻力最小的路径是越过氧化剂还原电极模块160a和160b中的每一个的顶部。 

如所示出的，两个独立的流动部分随后可在氧化剂还原电极模块160a和壳体110’的接近氧化剂还原电极模块160a的侧面190a之间，以及在氧化剂还原电极模块160b和壳体110’的接近氧化剂还原电极模块160b的侧面190b之间发生。类似于以上实施方式，氧化剂还原电极模块160a-160b和侧面190a-190b之间的这些区域可被表征为相关联的排气区域210a和210b，由此气泡可与离子导电介质分离，上升回到顶部180’，而更密集的离子导电介质在流内继续下降。因此，可以理解的是，在一些情况下，从独立充电电极(即，充电电极140a和140b)产生的另外的气泡集可被视为流转向器。 

如上所指出的，在一些实施方式中，对流挡板220可包括氧化剂还原电极模块160的至少一部分。在示出的实施方式中描绘了这样的实施方式，其中对流挡板220a形成为带有氧化剂还原电极模块160a，而对流挡板220b形成为带有氧化剂还原电极模块160b。因此，氧化剂还原电极模块160a和160b的(远离氧化剂还原电极150a和150b的)后壁因此形成伸长部分230(具体为伸长部分230a和伸长部分230b)。相应地，在示出的实施方式中，排气区域210a形成在侧面190a和氧化剂还原电极模块160a的伸长部分230a之间，而排气区域210b形成在侧面190b和氧化剂还原电极模块160b的伸长部分230b 之间。如上所指出的，在一些实施方式中，也可以存在另外的流转向器。例如在示出的实施方式中所示的是另外的流转向器310a和310b，其被配置用以使离子导电介质的流动在排气区域210a和210b的底部处倾斜，使得来自每一侧的流动大体上朝双电池300的中心被导引。因此，可以理解的是，流动可以大体上朝公共燃料电极130’的中心被导引，或被导引至双电池300的电池300a和300b中的每一个的相应的燃料电极。 

虽然在图8中未示出，但是在一些实施方式中，诸如以上实施方式中所描述的那些的另外的流转向器或其他流改变体，可在双电池300中实现。例如，在一些实施方式中，类似于上述底部部分250的底部部分可被实现为与氧化剂还原电极模块160a和160b中的每一个相关联。这样的底部部分可以防止对流直接在氧化剂还原电极160a和160b周围循环(即，以由充电电极140a和140b产生的气泡开始，在氧化剂还原电极160a和160b周围，并且返回到充电电极140a和140b)，而不用至少部分地被导引至公共燃料电极130’中。可以理解的是，不管怎样，通过拖曳与在充电电极140a和140b处的气泡形成相邻的离子导电介质，对流流动将汲取离子导电介质通过公共燃料电极130’，然而这样的底部部分在一些实施方式中可能增加离子导电介质通过公共燃料电极130’的移动。 

同样地，在一些实施方式中，类似于散布器280的散布器可安装在双电池300中。可以理解的是，散布器可以大体上安装在公共燃料电极130’的下面，并且可以对准离子导电介质的流动以相对于公共燃料电极130’沿任何期望的一个或多个方向流动。另外，在一些实施方式中，类似于阳极壁270的壁或其他引流体，例如可大体上安装在公共燃料电极130’的上方，用以在气泡上升到充电电极140a和140b之上后导引离子导电介质的对流流动以及产生流动的气泡的流动。可以理解的是，在双电池300的实施方式中，在上述实施方式中，以及在其他这样的实施方式中，各种挡壁和/或其它流转向器可耦合到壳体(诸如壳体110’)、氧化剂还原电极模块160a-b、公共燃料电极130’ (或其他燃料电极130)等。 

可以理解的是，建立受约束经过燃料电极130的离子导电介质的对流流动的电池100的其他配置也是可能的。例如，具有形成壳体110*的边界壁的氧化剂还原电极150*的电池100*的各种实施方式，也可被配置用以产生对流流动。例如，如图9中所示的是具有壳体110a*的电池100a*。类似于上述电池100a-d的实施方式，壳体110a*包括顶部180、底部240、和侧面260。如所示出的，还存在类似于侧面190的侧面190*，但是被配置用以在其中容纳氧化剂还原电极150*，使得氧化剂还原电极150*可以从电池100a*周围的空气吸收氧。此外，还存在排气区域210，但是从电池100的以上变形重新定位，因为离子导电介质将不越过氧化剂还原电极150*流动，而这是由于它将处于以上实施方式的浸入的氧化剂还原电极150中。 

如在示出的实施方式中所示，电池100a*被配置成使得在充电电极140处析出的氧气泡朝顶部180上升，由此在氧化剂还原电极150*上方的侧面190使充氧的流动朝侧面260偏转。对流挡板220*被示出为进一步约束对流。例如，在一些实施方式中，对流挡板220*包括大体上从靠近燃料电极130延伸的挡壁320，使得气泡被防止朝燃料电极130回流。对流挡板220*的顶部330可被提供成与顶部180相配合以重新导引充氧的离子导电介质朝向排气区域210远离燃料电极130，排气区域210在示出的实施方式中是被束缚在壳体110a*的侧面260和对流挡板220*的伸长部分340之间。如在以上实施方式中，离子导电介质被允许与排气区域210中的气泡隔开，朝壳体110a*的底部240下降。如进一步所示，一旦到达底部240，离子导电介质就可被导引通过燃料电极130，完成对流循环。在示出的实施方式中，挡壁350进一步被提供用以沿底部240向上朝端子电极体130a导引离子导电介质的流动，因而它可以经过可渗透电极体130a-130e以完成对流循环。在其他实施方式中，除电池100a*中的那些之外或可替代地，可以利用其他挡壁，从而重新导引流跨越可渗透电极体130a-e中的每一个，类似于电池100d的实施方式。在一些实施方式中，散 布器可被提供成使离子导电介质的流动成角度进入燃料电极130中，类似于电池100c的实施方式。在一些实施方式中，可利用阳极壁来限制燃料电极130处的流动并且使得用于从充电电极140放出的氧气泡的通道变窄。 

可以理解的是，在各种实施方式中，仅仅基于气泡的浮性以及由电池100的各种壁、阻挡构件、和挡板对它们施加的限制，充氧的离子导电介质可具有向上上升和向外膨胀或“开花”的趋势。相应地，各种壳体110的顶部180可具有任何适当的结构或配置，并且在一些实施方式中可以完全省略(即，使得离子导电介质露出)。然而，这样的实施方式可能不是优选的，因为将离子导电介质完全包含在电池100内可以防止当电池100移动时离子导电介质溅出，或防止污染物进入到电池100中。在其他实施方式中，可在电池100中提供诸如但不限于美国专利申请序列No.13/566,948中所公开的排气孔，该排气孔可以接收靠近电池腔120的顶部180或在电池腔120的顶部180处的气态氧。在一些实施方式中，排气孔可以是气体可渗透液体不可渗透膜，被配置用以防止离子导电介质的穿过其的损耗，但是允许气泡中的氧从电池逃选。在排气孔是液体不可渗透的情况下，在一些实施方式中，排气孔可被定位成至少部分地接触离子导电介质。在一些实施方式中，靠近顶部180或在顶部180处的离子导电介质的水位上方的区域可被穿孔或以其他方式配置，使得气体可从电池100离开。 

虽然大体上电池100中的充电电极140或其他氧析出电极在电池100的充电期间通过产生气态氧来驱动对流循环，但是可以理解的是，在一些实施方式中，当电池处于放电模式时或当电池待机时，可能期望离子导电介质在电池内流动。在一些这样的实施方式中，包括但不限于图9中所示的电池100a*，在电池100中可在其中包含被配置用以使气体起泡通过电池100的气体起泡器，所述气体起泡器包括但不限于气泵AP。气体起泡器也被称为起泡装置(sparger)。虽然在一些实施方式中同一气泵AP可以被用来输送氧化剂到氧化剂还原电极150，然而在其他实施方式中，气泵AP可与被用来输送氧化剂到氧化 剂还原电极150的气泵分离。虽然气体可以是来自电池周围的空气，但是在各种实施方式中，可使来自任何适当的气体源的其他气体或气体的组合起泡通过电池。由气泵AP所产生的气泡可具有任何适当的尺寸或形状以便移动离子导电介质，包括在一些实施方式中大体上类似于在电池的充电期间在充电电极140处析出的空气气泡。在一些实施方式中，气泵AP可耦合到一个或多个微管，以便产生具有足够小的尺寸的气泡来拖曳离子导电介质。在其他实施方式中，气泵AP可具有任何其他适当的配置，包括但不限于离心泵、鼠笼型泵、轴式风机、或存储的压缩气体。如所示出的，在一些实施方式中，气泵AP可被定向成使得允许所产生的气泡流经氧化剂还原电极150、充电电极140、和/或燃料电极130和/或在它们之间流动。虽然在示出的实施方式中接近侧面190*的电极的位置有利于将气泵AP安装在其下，但是在其他实施方式中，气泵AP可位于在电池100中的或与电池100相关联的其他地方，而一个或多个管或其他通道被提供以通道输送空气或其他气体到电池100上适当的位置，在该适当位置处可使空气或其他气体起泡到离子导电介质中。 

如上文所指出的，本实用新型的主题是电化学电池的配置，如上文所述的那些实施方式，有利于对电池中气体的排放的控制而通常还不负面影响电池中离子导电介质的流动和/或操作期间电池的性能。容易理解，在充电和/或放电期间，可能会释放气体作为电化学反应的副产品。例如，在某些实施方式中，在电池100充电期间发生的电化学反应可以是氧化还原(redox)反应。在金属燃料是锌的实施方式中，离子导电介质可以包含待被镀于燃料电极130上作为锌燃料的可还原锌离子。在一个这种实施方式中，在燃料电极130(还原端)发生还原反应，并且可以符合ZnO+H₂O+2e^-→Zn+2OH^-。对应的氧化反应发生在充电电极(即，充电电极140)，并且可以符合2OH^-→2e^-+1/2O₂+H₂O。充电电极140由此可以被理解为在电池100中产生氧气，并且因此可以被表征为氧析出电极。在某些实施方式中，诸如如上文所述包含开关***的那些实施方式中，电池100中氧释放的局部位置 可以基于开关***的配置取决于电极体130b-e中的哪些电极体与端子电极体130a相关联，并且哪些电极体与独立的充电电极140相关联而改变。可以理解，在某些实施方式中，可以利用不同的金属燃料，并且因此可能发生其他反应，其中还可能在电池100中释放氧或其他气体。 

在某些实施方式中，还可能在电池100中(即，在壳体110中)释放氢。例如，在利用收集盘的电池100的实施方式中，诸如美国专利申请序列No.13/185,658中所述，其通过上述引用并入于此，该收集盘可以按策略放置用于接收已与燃料电极130分离的锌的颗粒。例如，这种收集盘可以被放置用于接触从燃料电极130断开并且逆着离子导电介质的流动下落的燃料生长的枝状物或其他元件。在某些实施方式中，收集盘可以包括配置用于在该收集盘本地氧化燃料颗粒的催化剂，使得分离的燃料颗粒不会堵塞或者以其他方式妨碍电池性能，或者离子导电介质的流动。在金属燃料是锌的实施方式中，氧化反应可以对应于反应式Zn→Zn²⁺+2e^-。该锌离子可以按照对应于Zn²⁺+4(OH^-)→Zn(OH)₄ ^2-的方式与在离子导电介质中从电池中的其他电化学过程中找到的氢氧化物离子键合。该Zn(OH)₄ ^2-继而可以流到离子导电介质中，并且在将来电池100的充电期间被自由还原成燃料电极130处的锌燃料。然而，来自锌颗粒的氧化的自由电子可以与离子导电介质中来自电池100中其他电化学反应的氢离子组合，使得H⁺+2e^-→H₂，从而在电池100中释放氢气。虽然上述氢气通常比释放的氧的量要小得多，但是可以理解通常是不期望电池100中出现氢的。 

无论电化学电池中出现的一种或多种气体的类型或源，可以理解如下文更加详细描述的排气孔或其他空隙可以促进消除上述气体。例如，图10描绘出配置用于浸入一定量的离子导电介质用于形成配置上类似于图1示意性图示的电池100的电池的可浸入电极模块360。如图10所示，可浸入电极模块360在其中包含可浸入氧化剂还原电极模块160，该可浸入氧化剂还原电极模块160具有由其延伸的氧化剂通道165(分别为氧化剂通道165a和氧化剂通道165b)。虽然在 所示透视图中被遮盖，但是可浸入电极模块360在某些实施方式中可以在某些实施方式中耦合至燃料电极130，从而在与氧化剂还原电极150间隔的位置支撑燃料电极130，该氧化剂还原电极150本身在氧化剂还原电极模块160中被支撑。这种配置在美国专利申请13/531,962中更详细地进行了描述，其通过引用将其全部内容并入于此。如图10所示，可浸入电极模块360的盖部分370可以配置用于啮合包含离子导电介质的壳体，如下面更加详细所述，使得大体上包围离子导电介质同时将氧化还原模块160(以及潜在地燃料电极130)浸入离子导电介质，如下面更加详细所述。 

在所示实施方式中，盖360耦合至氧化剂通道165a-b，从而将氧化剂通道165a-b耦合至相关联的氧化剂通道端子380(分别为与氧化剂通道165a相关联的氧化剂通道端子380a，以及与氧化剂通道165b相关联的氧化剂通道端子380b)。在所示实施方式，中间氧化剂通道延伸通过盖370使得将氧化剂通道端子380b定位于接近氧化剂通道端子380a，尽管在氧化剂还原电极模块160上氧化剂通道165a与氧化剂通道165b之间存在更大的空间。容易理解，在一个实施方式中，扭曲的内部氧化剂通道可以延伸通过氧化剂还原电极模块160，从而形成氧化剂流从氧化剂端子380a进入氧化剂通道165a，通过氧化剂电极模块160，从氧化剂通道165b出来，以及从氧化剂端子380b出来的路径。然而，容易理解，在其他实施方式中，氧化剂流可以反向。通过将氧化剂通道165a-b耦合并密封至盖360，通常可以防止离子导电介质渗入氧化剂通道165a-b，从而填充在氧化剂还原电极模块160与氧化剂还原电极150之间形成的空间170。 

在所示实施方式中，过滤器390安装至盖部分370并从其延伸，其配置用于促进离子导电介质的气体的分离，从而使得允许对来自电池的气体排放。如所示，过滤器390可以包含灯芯400，其配置用于吸收离子导电介质的一部分。在某些实施方式中，灯芯400足够长以便当盖370位于离子导电介质上方时向离子导电介质延伸或延伸进入离子导电介质。容易理解，包含灯芯400的过滤器390的部分通常可 以包括气体可渗透、液体吸收材料，使得可以汲取少量离子导电介质进入盖部分370。这种材料的示例包括但不限于聚丙烯、聚乙烯、ABS和Noryl(即，修改的聚苯醚)。在各种实施方式中，过滤器材料可以成毡形(即，灵活性)或者可以烧结形成刚性多孔块。同样，在某些实施方式中，过滤器材料可以包括多孔金属泡沫，包括但不限于包括诸如钢、不锈钢、青铜和铜之类的金属，并且可以在某些实施方式中涂有诸如镍及其合金之类的金属层。可以理解，过滤器390的材料可以在各种实施方式中被描述为亲水性、吸收剂、液体可渗透和/或亲湿性，其中所述各项可以互换地用于指示离子导电介质被引入过滤器390，如下面所述。例如，图11中示出了可浸入电极模块360的简化透视图，该可浸入电极模块360安装至填充有离子导电介质至水位L的壳体410。可以理解，可浸入电极模块360的电极与离子导电介质的组合形成电池420。如图所示，盖370啮合壳体410的边缘，使得可浸入电极模块360的可浸入部分浸入水位L下面的离子导电介质。因此灯芯400还具有浸入离子导电介质水位L下面的较低部分400a，以及上升到离子导电介质水位L上面的较高部分400b。由于灯芯400是液体吸收的，因此离子导电介质的一部分可以汲取到灯芯400，进入过滤器390的主体部分430。 

图12描绘出电池420的截面图，其中可浸入电极模块360安装至壳体410，可浸入电极模块360被切割使得安装至盖370的过滤器390的主体部分430可见。具体地，在所示实施方式中，盖370包含过滤器腔，其中安装了过滤器390的主体部分430。如图所示，在某些实施方式中，主体部分430可以包括更多的气体可渗透液体吸收材料，扭曲地缠绕使得大体上填充过滤器腔440的一部分，如下面更详细所述。可以理解，电化学电池中的气体(离子导电介质夹带的气泡形式或是已上升到壳体410中离子导电介质的水位L之上)可以进入过滤器腔(随同由灯芯400汲取的离子导电介质)，并且可以通过主体部分430并且从位于过滤器430的过滤器腔440的对置端的气体出口450排放出去，如大体上由箭头所示。 

可以理解，通过包含吸收性材料，过滤器390通常可以由离子导电介质润湿，同时允许气体从中渗透通过。在一个实施方式中，过滤器390的吸收性材料可以包括多孔、褶状的聚合物网。如图所示，灯芯400的底部部分400a挂在电池中液体水位下面用于允许过滤器390由离子导电介质润湿。按照其润湿形式，通常防止过滤器390具体为主体部分430变干，这可以利用离子导电介质中的溶质或其他颗粒对过滤器加盐并将其阻塞。 

如图12所示，过滤器腔440的基底460可以远离气体出口450地向下朝向壳体410中的离子导电介质倾斜。这种倾斜角度可以在各实施方式中变化。可以理解，基底460的角度可以大于0度(水平)，但小于90度(垂直)。在某些实施方式中，该角度可以小于近似45度。在某些更具体的实施方式中，该角度可以小于近似25度。可以理解，在这种实施方式中，重力可以防止额外的离子导电介质从过滤器主体430向上移至气体出口450。反而，过量的离子导电介质在重力作用下被引导回落至壳体410限制的一定量的离子导电介质中。 

可以理解，在某些实施方式中，过滤器腔440可以缺少基底460，并且作为替代可以是垂直定向的。在这种实施方式中，任意过量的离子导电介质将会直接回落至一定容量的离子导电介质，或者可以向下滴入过滤器腔440的侧面。另外，在某些实施方式中，过滤器主体430的层可以被水平放置(即平行于离子导电介质的水位L)或是其他任意适当的布置。在某些实施方式中，过滤器主体430可以与气体出口450间隔，从而防止离子导电介质处于与电池420的外部邻近的吸收位置。在某些这种实施方式中，过滤器390可以通过任意适当的机制保持在过滤器腔440中，适当的机制包括但不限于胶合或密封至过滤器腔440的大体垂直侧，并且部分置于配置用于保持过滤器主体430在一定容量离子导电介质之上的突出架或支架上。 

在某些实施方式中，气体出口450还可以起到液体入口的作用。在某些这种实施方式中，附加的离子导电介质(或者水、或任意其他适当的液体)可以灌入或者释放至气体出口450，使得其可以穿越过 滤器腔440，并且进入壳体410。在某些实施方式中，液体管理***可以提供在电池420中，并且可以确定水位L的高度。例如，如果水位L下降一定量或者下降至一定水位，液体管理***可以配置用于将更多的离子导电介质释放至电池420，诸如通过过滤器腔440。在一个实施方式中，液体管理***可以包括水位传感器，其配置用于确定离子导电介质的水位L。在各实施方式中，这种水位传感器可以配置用于确定离子导电介质的高度L，或者可以配置用于确定电池中离子导电介质的水位L的顶部与盖370的底部之间空气间隙G的高度。在某些实施方式中，水位传感器可以配置用于防止灯芯400完全处于空气间隙G中(即，较低部分400a全部在水位L之上)。 

在各实施方式中，气体出口450可以包含阀门、制止器或者配置用于选择性地关闭过滤器腔440的其他适当主体，或者与上述阀门、制止器或者配置用于选择性地关闭过滤器腔440的其他适当主体相关联，使得电池420可以密封关闭，这当电池420被运输、存储等时可以是有益的。另外，气体出口450可以以快速断开的方式终止和/或具有O型环密封，从而促进过滤器腔440至水管理***、气体重获***、气体再循环***或促进液体添加入电池420和/或从中移除气体的任意其他这种***的连接。另外，在某些实施方式中，气体出口450可以包括气体可渗透液体不可渗透的膜，其可以保持电池420大体上密封以防离子导电介质不期望的损失，但是可以大体上不直接暴露于由过滤器主体430诱捕并过滤出的离子导电介质。这种配置不会导致疏水膜漫长地暴露于离子导电介质，而这会使得在离子导电介质变干时盐堵塞疏水膜。 

可以理解，离子导电介质的薄雾或其他气泡(即，微气泡)可以出现在空气间隙G中(即，水位L之上)。因此，在某些实施方式中，过滤器390可以至少部分接触薄雾，并且可以被薄雾中的离子导电介质润湿。灯芯400的长度可以是任意适当的尺寸。在某些实施方式中，灯芯400可以相对地短或者完全不存在，由此不会延伸进一定量的离子导电介质中。因此，在某些这种实施方式中，主体部分430 中的亲水材料可以被薄雾中的离子导电介质润湿，而不需要通过延伸进一定容量的离子导电介质的灯芯400的一部分来汲取。因此，在某些实施方式中，灯芯400可以被认为是放置用于暴露于空气间隔G中薄雾的过滤器主体430的一部分，由此过滤器390可以接收由此通过的离子导电介质的薄雾从而保持过滤器主体430湿润。在其他实施方式中，灯芯400可以大体上延伸通过空间间隙G朝向一定容量的离子导电介质，而不需要浸入到离子导电介质中，从而通过暴露于空气间隙G中的薄雾来将离子导电介质吸收至过滤器主体430。 

在操作中，可以理解由于灯芯400的浸入部分和/或空间间隙G中离子导电介质的薄雾保持滤器主体430湿润，气体可以通过其开口端进入过滤器通道440，通过该过滤器通道440灯芯400伸出，并且通过该过滤器通道440离开电池420的气体进入。在这种实施方式中，气体可以传输通过过滤器390，使得多孔过滤器介质移除离子导电介质。可以理解，过滤器主体430中每个扭曲缠绕(或者褶)可以产生多个过滤器层，分别为所示实施方式的过滤器层430a-k。虽然在所示实施方式中存在十一个过滤器主体430的层，但是任意其他适当数目的层都是可以的。另外，过滤器层430a-k的孔大小在各实施方式中可以是相同大小或不同大小。在某些实施方式中，过滤器层430a-k的孔径大小可以相比于靠近灯芯400在靠近气体出口450处逐渐变小，或者可以相比于靠近灯芯400在靠近气体出口450处逐渐变大。具体地，在一个实施方式中，过滤器层430a的孔大小可以大于过滤器层430b的孔大小，并且依此类推至过滤器层430k。在这种实施方式中，气体气泡可以被诱捕在孔中并且被激励打破，使得气体可以前进通过过滤器层430a-k同时离子导电介质被吸收至滤器主体430，或者凝结在过滤器腔440的基底460，从而滴回至壳体410中的离子导电介质。可以理解，在某些实施方式中，可能会出现逆反，并且孔大小可以相比于靠近灯芯400在靠近气体出口450处更大，其可以过滤或者保持尘垢远离电池420的离子导电介质或其余部件，而不会堵塞过滤器390。另外在某些实施方式中，孔大小可以相比于远离过滤器腔440的基底 460在靠近基底460处更大。在这种实施方式中，较大的孔大小可以促进过量的离子导电介质更容易沿基底460流回至壳体410中的离子导电介质。在其他实施方式中，孔大小可以相比于远离过滤器腔440的基底460在靠近基底460处更小。 

可以理解，促进其对气体不渗透的过滤器390的孔大小可以是适当大小从而诱捕可能在空间间隙G中出现的离子导电介质的薄雾或其他气泡/微气泡。例如，在一个实施方式中，薄雾大小可以近似在10-50微米之间。在这种实施方式中，过滤器390的孔通常可以在1-100微米之间。在某些实施方式中，孔大小可以从靠近过滤器层430a的近似1-25μm到靠近过滤器层430k的近似25-100μm的范围内变化，从而使得逐渐地诱捕更多的薄雾，并且将气体与其离子导电介质分离。 

虽然在所示实施方式中，过滤器层430a-k由单个折叠的气体可渗透液体吸收材料形成，但在其他实施方式中，过滤器主体430可以由多个材料构成。例如，在一个实施方式中，气体可渗透但疏水材料(即，对气体可渗透但抗离子导电介质渗透)可以位于亲水/吸收材料的某些层之间。在一个这种实施方式中，吸收材料可以接触每个疏水层并沿每个疏水层缠绕，使得虽然气体可以渗透通过整个滤器主体430，但疏水层从亲水材料接收与离子导电介质的充分接触使得不会变干，并且被来自离子导电介质的盐堵塞。 

可以理解，除了过滤器390还可以使用用于限制或抑制不期望气体的其他机制。例如，为了限制或抑制在某些情况下可能在放电模式期间或沉寂(开电路)时间段期间发生的在燃料电极130的氢释放，可以加入盐用于减缓氢释放反应。可以使用锡、铅、铜、汞、铟、铋或具有高氢超电势的任意其他材料的盐。另外，可以添加酒石酸盐、磷酸盐、柠檬酸、琥珀酸、铵或其他氢释放抑制添加剂的盐。在一个实施方式中，金属燃料合金(诸如，Al/Mg)可以用于抑制氢释放。另外，其他添加剂还可以或者备选地被添加至离子导电介质，包括但不限于增强金属燃料在燃料电极130上的电沉积过程的添加剂，如美 国专利申请13/028,496中所述，通过引用将其全部内容并入于此。这种添加剂可以减少燃料颗粒的松散的枝状生长，从而减少这种燃料颗粒与燃料电极130分离的可能性，这例如可以减少在配置用于接收这种颗粒的收集盘的氢释放。 

电池100的实施方式不应当被认为是以任何方式进行限制而是提供作为电池100如何可以被充电或放电的非限制示例。通过引入将其全部内容并入于此的2010年9月17日提交的美国专利申请序列No.12/885,268描述了在电池中具有充电/放电模式切换的可再充电电化学电池的实施方式。如上文所述，电池组件中多个电池100之间的流体连接可以变化。2009年12月4日提交的美国专利申请序列No.12/631,484提供了串联连接的电池的实施方式的附加细节，通过引入将其全部内容并入于此。虽然上文所述的某些电池组件其中含有两个电池，从而产生双电池，但是本实用新型可以实践有附加电池堆叠并流体连接至电池组件的所示电池，从而产生三电池、四电池等。另外，如上文所示，在某些实施方式中，离子导电介质可以在电池100中大体上是静止的，而现在可能是流动的。在本实用新型中可以使用备选和附加机制来增加流体连接的电池之间的离子阻抗，诸如美国专利申请No.12/631,484中所述，通过引用将其全部内容并入于此。 

仅仅为了说明本实用新型结构和功能原理而提供前文所示的实施方式且不旨在进行限制。例如，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来实施本实用新型。作为非限制性示例，在某些实施方式中，电池100的配置可以与美国专利申请12/385,217或12/776,962中公开的配置类似，其中每个专利申请通过引用并入于此。因此，本实用新型意图包括在随后权利要求的精神和范围内的全部修改、替换、改变和等效物。 

Claims (18)

1.一种电化学电池***，包括： 

燃料电极，包括金属燃料； 

氧化剂电极，用于吸收并还原气态氧化剂； 

腔，配置用于在其中包含一定容量的离子导电液体，其中所述离子导电液体在所述燃料电极与所述氧化剂电极之间传导离子，并且所述氧化剂电极将所述离子导电液体与所述气态氧化剂分离；以及 

过滤器，配置用于将所述电池中的气体与所述离子导电液体分离，所述过滤器包括： 

灯芯，配置用于在其中吸收所述离子导电液体的一部分；以及 

亲水主体部分，总体上位于所述一定容量的离子导电液体之上，耦合至所述灯芯以用于从所述灯芯接收所述吸收的离子导电液体的部分； 

其中所述亲水主体部分在其中包含孔以用于允许所述气体通过其渗透。 

2.根据权利要求1所述的电化学电池***，其中所述灯芯与所述亲水主体部分一体成形。 

3.根据权利要求1所述的电化学电池***，其中所述灯芯从所述亲水主体部分向所述一定容量的离子导电介质延伸。 

4.根据权利要求3所述的电化学电池***，其中所述灯芯延伸进所述一定容量的离子导电介质。 

5.根据权利要求1所述的电化学电池***，其中所述亲水主体部分在所述亲水主体部分的远离所述灯芯的一侧与所述亲水主体部分的靠近所述灯芯的一侧之间包括多个缠绕，其中所述吸收的离子导电液体的部分沿所述多个缠绕中的每个缠绕从所述灯芯引入，同时气体从所述亲水主体部分的靠近所述灯芯的一侧穿过所述多个缠绕中的每个缠绕中的所述孔至所述亲水主体部分的远离所述灯芯的一侧。 

6.根据权利要求5所述的电化学电池***，其中所述多个缠绕中的每个缠绕中的所述孔从所述亲水主体部分的靠近所述灯芯的一侧至所述亲水主体部分的远离所述灯芯的一侧逐渐变小。 

7.根据权利要求5所述的电化学电池***，其中所述多个缠绕中的每个缠绕中的所述孔贯穿所述亲水主体部分近似为相同大小。 

8.根据权利要求1所述的电化学电池***，进一步包括基本上围绕所述主体部分从而形成过滤器通道的壳体。 

9.根据权利要求8所述的电化学电池***，其中所述壳体的底部向所述一定容量的离子导电液体倾斜，使得所述通道中所述吸收的离子导电液体部分的超出量被引导至所述一定容量的离子导电液体。 

10.根据权利要求9所述的电化学电池***，其中所述底部以大于0度但小于近似90度的角度朝向所述离子导电液体倾斜。 

11.根据权利要求10所述的电化学电池***，其中所述底部以大于0度但小于近似45度的角度朝向所述离子导电液体倾斜。 

12.根据权利要求11所述的电化学电池***，其中所述底部以大于0度但小于近似25度的角度朝向所述离子导电液体倾斜。 

13.根据权利要求8所述的电化学电池***，进一步包括在所述过滤器通道的远离所述一定容量的离子导电液体的一端的通道出口。 

14.根据权利要求13所述的电化学电池***，其中所述通道出口包括排气孔，配置用于允许所述气体通过其渗透，而防止所述离子导电液体渗透。 

15.根据权利要求14所述的电化学电池***，其中所述排气孔包括跨所述过滤器通道延伸的疏水膜。 

16.根据权利要求8所述的电化学电池***，其中所述过滤器通道垂直定向使得所述通道中所述吸收的离子导电液部分的超出量可以直接落入所述一定容量的离子导电液体。 

17.根据权利要求16所述的电化学电池***，其中所述过滤器主体与所述过滤器通道的所述顶部间隔放置。 

18.根据权利要求1所述的电化学电池***，其中至少一些所述 气体被封装在离子导电液体的气泡中。 

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