TW201813178A - 使用以深共熔溶劑為主之電解質的鋅鹵化物電池 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於靜態或非流動式可再充電電化學電池單元或電池之非水性電解質，其中該電解質包含：包含鋅鹽之第一深共熔溶劑、包含一或多種四級銨鹽之第二深共熔溶劑及氫鍵供體。本發明之另一態樣亦提供一種採用本發明之該非水性電解質之非流動式可再充電電化學電池單元。

Description

使用以深共熔溶劑為主之電解質的鋅鹵化物電池
本發明係關於改善電化學電池單元中之電流流動及能量儲存。更特定言之，本發明係關於將電流分佈在以深共熔溶劑為主之電解質電化學電池單元內之陽極電流收集器與陰極電流收集器之間。
用於峰值負載均衡及可再生能量儲存應用之傳統能量儲存技術包括鋰離子電池、鉛-酸電池及鎳-鐵電池。除了使用有毒及/或環境有害材料以外，此等傳統技術存在之缺點包括高製造成本、使用壽命及安全性降低或效率及能量密度降低中之一或多者。 近年來，開發了鋅鹵化物電池作為傳統能量儲存技術之替代方案。此等鋅鹵化物電池使用水性電解質，諸如溴化鋅及氯化鋅電解質。溴化鋅及氯化鋅水性電解質亦具有缺點。舉例而言，由於元素鹵化物在水中的溶解性極差，故溴化鋅電池需要錯合劑以防止形成有毒及腐蝕性溴化物蒸氣。此等錯合劑降低溴化鋅電池之能量密度、使用壽命及效率。相比之下，已知尚無用於防止氯化鋅電池中形成有害氯化物氣體的錯合劑，且因此氯化鋅電池需要加壓以防止有害氯化物氣體逸出。由於所需之加壓，故氯化鋅電池從未成功地商品化。
相關申請案之交叉引用 本臺灣專利申請案主張2016年5月17日申請之美國臨時申請案第62/337,414號及2016年6月9日申請之美國臨時申請案第62/347,680號的權益。此等文件皆以引用之方式併入本文中。 在以下描述中，給出許多特定細節以提供對實施例之透徹理解。實施例可在一或多個特定細節不存在之情況下，或在其他方法、組分、材料等存在之情況下實施。在其他實例中，未詳細展示或描述熟知結構、材料或操作，以避免使實施例之態樣變得不清晰。 通篇本說明書中提及「一個實施例」、「一實施例(an embodiment)」或「實施例(embodiments)」意謂結合實施例描述之具體特徵、結構或特性包括於至少一個實施例中。因此，在通篇本說明書之各處出現的片語「在一個實施例中」或「在一實施例中」未必皆指同一實施例。此外，在一或多個實施例中，具體特徵、結構或特性可以任何適合方式組合。 除非另外指示，否則當揭示或主張任何類型之範圍時，意欲個別地揭示或主張該範圍可合理涵蓋之各可能數值，包括其中所涵蓋之任何子範圍。此外，當揭示或主張值範圍時，申請人意欲個別地反映該範圍可合理涵蓋之各可能數值，申請人亦意欲反映且與其可互換之範圍之揭示內容，從而揭示其中所涵蓋之任何及所有子範圍以及子範圍之組合。因此，若出於任何原因，申請人選擇主張了不完整的揭示內容，例如考慮申請人在本申請案申請時未察覺之參考物，則申請人有權排斥或排除任何個別數值或範圍，包括群組內的任何子範圍或子範圍之組合。 出於滿足37 C.F.R. § 1.72之要求之目的及37 C.F.R. § 1.72(b)中陳述之目的，提供了本發明之摘要，「以使美國專利及商標局(United States Patent and Trademark Office)及公眾能自粗略檢查中大體快速確定技術揭示內容之性質及要點」。因此，本發明之摘要不意欲用於說明申請專利範圍之範疇或限制本文中所揭示主題之範疇。此外，本文中可採用之任何標題亦不意欲用於說明申請專利範圍之範疇或限制本文中所揭示主題之範疇。 I.定義 如本文中所用，術語「陽極」係指(正)電流藉以流入極化電裝置中之電極。在電池或嘉凡尼電池單元(galvanic cell)中，陽極為在電池或電池單元放電期間電子從其中流出之負電極。陽極亦為在電池或電池單元放電期間進行化學氧化之電極。然而，在二次或可再充電電池單元中，陽極為在電池或電池單元充電期間進行化學還原之電極。陽極由導電或半導電材料形成，例如金屬、金屬氧化物、金屬合金、金屬複合物、半導體、石墨或其類似物。在本發明之可再充電非流動式鋅鹵化物電化學電池單元及電池中，陽極包含鋅。 如本文中所用，「陰極」為(正)電流從其中流出極化電裝置之電極。在電池或嘉凡尼電池單元中，陰極為在電池或電池單元放電期間電子流動到其中之正電極。陰極亦為在電池或電池單元放電期間進行化學還原之電極。然而，在二次或可再充電電池單元中，陰極為在電池單元或電池充電期間進行化學氧化之電極。在本發明之可再充電非流動式鋅鹵化物電化學電池單元及電池中，陰極為鹵素或混合之鹵素物種。 如本文中所用，「水性電解質溶液」係一般由水及已失去或獲得電子之離子、原子或分子製成之溶液，且係導電的。「水性溴化鋅電解質」包含水、至少一種鋅物種及至少一種溴物種。 如本文中所用，「非水性電解質溶液」為包含離子但不使用水作為溶劑之電解質溶液。電解質一般由以深共熔溶劑為主之電解質之混合物形成。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於20 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於15 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於10 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於5 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於3 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於2 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於1 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於0.5 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於0.1 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於0.05 wt%之水。在一些實施例中，非水性電解質溶液包含小於0.01 wt%之水。 如本文中所用，術語「雙極電極」係指雙極陰極-陽極電極或電極總成。在一些態樣中，雙極電極包含兩個表面，藉由導電材料連接之陰極表面及陽極表面。 如本文中所用，「溴物種」係指溴(Br2 )、溴離子(Br- )、溴化物陰離子及/或溴化物鹽。術語亦涵蓋所謂的「溴熔融鹽」，諸如可在溴化銨鹽與Br2 之間形成之多溴化物液相。 如本文中所用，術語「碳黑」包括藉由石油產品不完全燃燒產生之任何材料。碳黑包含高表面積/體積比。碳黑包括(但不限於)乙炔黑、槽法碳黑、爐黑、燈黑及熱碳黑或其組合。 如本文中所用，術語「分隔件」可指任何高表面積材料，其包括玻璃纖維材料、聚合物材料(例如PVDF)、碳材料(包括(但不限於)織造或非織造碳纖布、碳氈、碳紙、碳糊漿)，及其組合。在一些實施例中，分隔件可包含能夠防止陰極餅(cookie)阻塞陰極籠之複數個孔洞中之一或多者之任何導電材料。 如本文中所用，術語「碳材料」可指任何高表面積含碳材料或含碳化合物，其包括(但不限於)碳黑、碳粒子、碳奈米粒子、織造或非織造碳纖布、碳氈、碳紙、碳糊漿及其組合。 如本文中所用，術語「陰極籠」可指經組態以至少將陰極餅固定到陽極板之第一表面之任何製品。 如本文所定義，「陰極餅」為預先形成的含碳材料，其可包含碳黑或其他高表面積碳材料。陰極餅之特徵可在於其具有均一、無光澤及黑色之可見外觀，無閃爍或鬆散粒子。陰極餅可包含一或多種碳材料。 如本文中所用，術語「電化學電池單元」係指能夠藉由引入電能或電流促進化學反應之裝置。電化學電池單元包含兩個半電池單元，其中來自一個半電池單元之物種失去電子給其電極，而來自另一個半電池單元之第二物種從其電極獲得電子。 如本文中所使用，「乙二醇二甲醚」係指任何二醇醚。實例包括(但不限於)單乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚及四乙二醇二甲醚。 如本文中所用，「鈦材料」可包括(但不限於)鈦(處於任何氧化態)、TiN、TiC、TiC合金(諸如TiCx M(其中Cx 為烴且M為金屬))、鈦碳氫化物、非化學計量之鈦-碳化合物及其組合。 如本文中所用，「碳化鈦」可與「碳化鈦材料」互換使用且包括(但不限於)TiC、TiC合金(諸如TiCx M(其中Cx 為烴且M為金屬))、鈦碳氫化物、非化學計量之鈦-碳化合物、鋰穩定化之氧碳化鈦及其組合。 如本文中所用，術語「鋅物種」或「含鋅化合物」可指鋅金屬及/或Zn(II)鹽。 如本文中所用，術語「鋅金屬」係指元素鋅，通常亦稱為Zn(0)。 如本文中所用，術語「鋅鹽」係指鋅鹵化物、鋅鹵化物之混合物、其任何水合物及其任何組合。 如本文中所用，術語「四級銨鹽」係指包含四級氮原子之任何鹽。舉例而言，四級銨鹽包括鹵化銨(例如NH4 Br、NH4 Cl或其任何組合)、鹵化四烷基銨(例如溴化四甲基銨、氯化四甲基銨、溴化四乙基銨、氯化四乙基銨、經烷基取代之鹵化吡啶鎓、經烷基取代之鹵化嗎啉鎓、其組合或其類似物)、鹵化雜環銨(例如經烷基取代之鹵化吡咯啶鎓(例如鹵化N-甲基-N-乙基吡咯啶鎓或鹵化N-乙基-N-甲基吡咯啶鎓)、經烷基取代之鹵化吡啶鎓、經烷基取代之鹵化嗎啉鎓、具有至少一個四級氮原子之紫精、其組合或其類似物)或其任何組合。關於四級氮原子之取代基，鹵化四烷基銨可經對稱取代或不對稱取代。 如本文中所用，術語「紫精」係指4-4'-聯吡啶之任何聯吡啶鎓衍生物。 如本文中所用，術語「咪唑鎓」係指包含四級氮原子之任何鹽，其中四級氮原子為咪唑鎓部分之一部分。咪唑鎓之實例包括以下之鹵化物(例如氯化物或溴化物)：1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-癸基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-甲基-3-辛基咪唑鎓及1-甲基-3-己基咪唑鎓。 如本文中所用，術語「吡啶鎓」係指包含四級氮原子之任何鹽，其中四級氮原子為吡啶鎓部分之一部分。吡啶鎓之實例包括以下之鹵化物(例如氯化物或溴化物)：1-乙基-2-甲基吡啶鎓、1-乙基-3-甲基吡啶鎓、1-乙基-4-甲基吡啶鎓、1-丁基-3-甲基吡啶鎓、1-丁基-3-甲基吡啶鎓、1-丁基-4-甲基吡啶鎓及1-己基吡啶鎓。 如本文中所用，術語「吡咯啶鎓」係指包含四級氮原子之任何鹽，其中四級氮原子為吡咯啶鎓部分之一部分。吡咯啶鎓之實例包括1-丁基-1-甲基吡咯啶鎓之鹵化物(例如氯化物或溴化物)。 如本文中所用，術語「嗎啉鎓」係指包含四級氮原子之任何鹽，其中四級氮原子為嗎啉鎓部分之一部分。嗎啉鎓之實例包括N-乙基-N-甲基嗎啉鎓之鹵化物(例如氯化物或溴化物)。 如本文中所用，術語「鏻」係指包含四級鏻原子之任何鹽。鏻之實例包括四乙基鏻之鹵化物(例如氯化物或溴化物)。 II.電化學電池單元 參考圖1及圖2，提供了一種可再充電電化學電池單元100，其中圖1展示電化學電池單元100之俯視圖，且圖2為沿圖1之線2-2截取之橫截面圖，其展示包含如下文所描述之第一電流收集器5a、第二電流收集器5b、碳材料2、陰極籠3及非水性電解質之電化學電池單元100。在一個態樣中，陰極籠3使碳材料2與第一電流收集器5a之第一表面51a保持電接通，該第一電流收集器5a之第一表面51a與第二電流收集器5b之第一表面51b相對。在另一態樣中，視情況選用之分隔件(例如碳氈或玻璃纖維片)可***位於第一電流收集器5a上之碳材料2之至少一部分與第二電流收集器5b之間。舉例而言，分隔件***碳材料2與陰極籠3之間。 第一電流收集器5a、碳材料2及陰極籠3形成第一雙極電極130a，而第二電流收集器5b形成第二雙極電極130b。非水性電解質及第一雙極電極130a及第二雙極電極130b經組態以在電化學電池單元充電期間將鋅金屬電鍍於第二電流收集器之第一表面51b上且產生鹵化物(例如溴化物或氯化物)或混合鹵化物(例如溴化物及氯化物之任何組合)物種。鹵化物或混合鹵化物物種中之至少一些可逆地隔離在第一雙極電極130a中或其周圍。相反，非水性電解質及第一雙極電極130a及第二雙極電極130b經組態以在電化電池單元放電期間氧化經電鍍之鋅金屬，從而產生Zn2 + 陽離子且將鹵化物或混合鹵化物物種還原成其相應之中性(例如分子)或陰離子物種(例如多鹵化物(X3 - 或Xn - (n≥3)，其中各X獨立地選自Br或Cl))。 在另一態樣中，第一電流收集器5a及第二電流收集器5b分別包含第一板及第二板，該第一板及第二板包含第一鈦材料及第二鈦材料。在一些實施例中，第一電流收集器5a及第二電流收集器5b包含相同的鈦材料。在其他實施例中，第一電流收集器5a及第二電流收集器5b包含不同的鈦材料。在某些實施例中，第一電流收集器5a、第二電流收集器或兩個電流收集器可包含塗有碳化鈦材料或氮化物之鈦板。在其他實施例中，第一電流收集器5a、第二電流收集器或兩個電流收集器可包含鈦板，該鈦板經碳熱浸漬以在鈦板上形成碳化鈦層。在一些實施例中，第一電流收集器5a、第二電流收集器或兩個電流收集器可包含塗有碳化鈦材料之石墨板或布。 在另一態樣中，提供了雙極電極130a。電極130a包括包含第一表面51a及第二表面52a之第一電流收集器5a。電極130a亦包括嵌套在陰極籠3內之碳材料2。陰極籠3使碳材料2與第一電流收集器5a之第一表面51a保持電接通。在一些實施例中，電極130a視情況包括***碳材料2與陰極籠3之間之分隔件(例如碳氈)。 碳材料2可包含任何以碳為主之導電材料，該以碳為主之導電材料在本發明之非水性電解質存在下基本上呈惰性。在一些實施例中，碳材料2包含碳黑。適合碳黑材料包括(但不限於)CabotVulcan® XC72R、Akzo-Nobel Ketjenblack EC600JD及導電爐法碳黑之其他無光澤黑色混合物。在一些實施例中，碳材料2亦可包括其他組分，包括(但不限於)PTFE黏合劑及去離子水。 在一些實施例中，碳材料2可呈一或多種陰極餅形式。在一些實施例中，陰極餅為帶圓角之薄矩形物體。在一些實施例中，陰極餅可包含單個碳黑固體塊。在其他實施例中，陰極餅可包含一至五個、一至三個或一至兩個碳黑固體塊。 在又一態樣中，可再充電電化學電池單元包括陰極籠3，該陰極籠3經組態以使碳材料2與第一電流收集器5a之第一表面51a保持電接通。陰極籠3可包含任何適合材料，其包括鈦或碳化鈦材料(例如經碳熱浸漬之鈦以在陰極籠上形成碳化鈦層)。在一些實施例中，陰極籠3包括複數個孔洞。 在一些實施例中，電極130a視情況包括***碳材料2與陰極籠3之間之分隔件1。在一些實施例中，分隔件包含第二碳材料，其包括(但不限於)碳纖布。在某些實施例中，碳纖布可為Zorflex® FM10 ACC 100%活化之織造碳纖布。在其他實施例中，分隔件1包含具有極大表面積(1000 m2 /g至2000 m2 /g)之碳纖布且呈現快速反應及吸附動力學。 在某些實施例中，陰極籠3經設定尺寸以套入位於電流收集器5a之第一表面51a上之凹陷部分中。在又其他實施例中，陰極籠3經組態以將視情況選用之分隔件及碳材料2至少部分地定位到電流收集器5a之第一表面51a之凹陷部分中。 參考圖2，電化學電池單元100被密封以防止電池單元之溢出或污染。在一個態樣中，電化學電池單元100包含容納電池單元之部件130之外殼102。外殼102包括經組態以將電池單元支撐在表面上之底端102a及安置於外殼之與第一端102a相反側之頂端102b。底端102a及頂端102b可各自包括大體上平行於x-y平面之平面部分，該x-y平面由界定電池單元寬度W1 之x軸及垂直於x軸且界定電池單元長度L1 之y軸界定，如圖1中所展示。 在一些態樣中，外殼102界定藉由外殼之頂端102b形成之接收區域200，該接收區域200經組態以接收且支撐電池單元100之部件，該電池單元100包括第一電流收集器5a、第二電流收集器5b、碳材料2、陰極籠3及電解質。在一些實施例中，接收區域200之體積係由以下界定：內表面202、自內表面202之周界延伸之對置內側壁204、對置外側壁206及各使各個內側壁204與各個外側壁206互連的一對中間表面208。內表面202及中間表面208各自基本上平行於x-y平面延伸，其中內表面202與外殼102之頂端102b相隔第一距離D1 且中間表面208與頂端102b相隔之第二距離D2 小於第一距離D1 。在一些實施例中，內表面202與中間表面208沿x-y平面不重疊。對置的內側壁204各自在基本上平行於z軸(例如垂直於x-y平面)之方向上從內表面202之周界延伸到各個中間表面208之內端。對置的外側壁206亦各自在基本上平行於z軸之方向上從各個中間表面208之外端延伸到外殼102之頂端102b，以便各中間表面208使各別的一個內側壁204與各別的一個外側壁206在距外殼102之頂端102b第二距離D2 處互連。 在一些實施例中，電化學電池單元100包含經組態以將部件封閉且密封在外殼102內之封蓋104。在一個態樣中，封蓋104藉由外殼102之頂端102b支撐以封閉藉由外殼102之頂端102b形成之接收區域200。封蓋104包含與外殼102之頂端102b密封接合之密封端104a及安置於封蓋104之與密封端104a相反側之外端104b。在一些態樣中，封蓋使用一或多個緊固件以可解除方式固定到外殼102。在一些實施例中，外殼102界定至少一個經組態以接收帶螺紋插件112之緊固位置，該帶螺紋插件112與螺栓114之相應螺紋配合以當螺栓擰緊時將封蓋104固定到外殼102。在其他實施例中，緊固位置包括與螺栓114之相應螺紋配合之一體成型螺紋。封蓋104包括穿過其形成之孔口113，當封蓋104置放在外殼102之頂端102b上時，孔口113各自與外殼102之相應緊固位置對齊。各螺栓114被相應孔口-緊固位置對112、113接收，從而當螺栓114與帶螺紋插件112之螺紋在緊固位置處匹配時以可解除方式將封蓋104固定到外殼102。在一些實施例中，如圖1中所展示，電化學電池單元100使用圍繞封蓋104及外殼102之外周定位的六個螺栓114，從而以可解除方式將封蓋104固定到外殼102。在一些態樣中，墊圈116***各螺栓114之頭部115與封蓋104之外表面104b之間以在擰緊螺栓114期間防止預負載損失。 在一個態樣中，密封環110***外殼102之頂端102b與封蓋104之密封端104a之間以提供封蓋104與外殼102之間的密封。在擰緊螺栓114期間，當封蓋104固定到外殼102時，封蓋104及外殼102可將密封環110壓緊在頂端102b與密封端104a之間。在一些實施例中，密封環110包含由有彈性材料(諸如橡膠及/或另一種熱塑性材料)形成之O形環。經組態以接收密封環110之通道111可藉由外殼102之頂端102b或封蓋104之密封端104a中之至少一者形成。在一些實施例中，如圖2中所展示，經組態以接收密封環110之環形通道111藉由外殼102之頂端102b形成。在其他實施例中，環形通道111藉由封蓋104之密封端104a形成。 參考圖2，在一些實施例中，接收在外殼102之接收區域200內之第一電流收集器5a包括第一表面51a及第二表面52a，該第二表面52a安置於第一電流收集器5a之對側上且與內側壁204相對。在一個組態中，第一電流收集器5a界定彎曲位置56a，藉此第一電流收集器5a彎曲基本上等於90度之角度以將電流收集器5a分段成垂直部分及基本上垂直於垂直部分之水平部分。第一電流收集器5a之垂直部分從接近於外殼102之內表面202之第一端54a基本上平行於內側壁204延伸到彎曲位置56a，所述彎曲位置接近於其中內側壁204與內端中間表面208相交之位置。第一電流收集器5a之水平部分基本上平行於外殼102之中間表面208在彎曲位置56a與接近於其中外側壁206與中間表面208之外端相交之位置之第二端58a之間延伸。在一些實施例中，第一電流收集器5a之水平部分擱置在外殼102之中間表面208上，使得中間表面208將第一電流收集器5a支撐在接收區域200內。 在一個態樣中，第一電流收集器5a之第一表面51a沿第一電流收集器5a之垂直部分與碳材料(例如陰極餅)2相對。在一些實施例中，第一表面51a與碳材料2處於相對接觸以在其間提供電接通。碳材料2基本上平行於第一電流收集器5a之垂直部分在接近於內表面202之第一端與接近於電流收集器5a之彎曲位置56a之第二端之間延伸。 在一些態樣中，陰極籠3使碳材料2與第一電流收集器5a之第一表面51a保持電接通。在一些實施例中，陰極籠3經形成以包括從袋狀部分131延伸之凸緣部分133。袋狀部分131可包括經化學蝕刻之表面。在所展示之實例中，凸緣部分133基本上平行於外殼102之中間表面208延伸且包括鄰近於且接觸第一電流收集器5a之水平部分之表面，使得第一電流收集器5a之水平部分***凸緣部分133與外殼102之中間表面208之間。寬度W2 界定袋狀部分131沿遠離第一電流收集器5a之方向從凸緣部分133延伸之深度。 在一些實施例中，第一雙極電極130a藉由陰極籠3、碳材料2及第一電流收集器5a形成。在一些態樣中，碳材料2與包含陽極板之第一電流收集器5a之第一表面51a處於電接通且可用作陰極電極。為了組裝雙極電極130a，袋狀部分131可接收碳材料2，使得碳材料2平坦抵靠袋狀部分131之經化學蝕刻表面。在一些實施例中，碳材料2包括置放成平坦抵靠袋狀部分131之經化學蝕刻表面的陰極餅，使得凸緣部分133完全包圍陰極餅2而無重疊，同時覆蓋藉由袋狀部分131形成之經化學蝕刻之孔洞。另外地或替代性地，陰極籠3可經佈置以在袋狀部分131與陰極餅2之間或在凸緣部分133與陰極餅2之間不提供重疊。因此，陰極餅2可完全被凸緣部分133包圍，同時藉由陰極籠3之袋狀部分131形成之經化學蝕刻之孔洞完全被陰極餅2覆蓋。視情況，分隔件可***碳材料3與陰極籠之袋狀部分131之經化學蝕刻表面之間。 在一些實施例中，陰極籠3由平金屬片形成，該平金屬片安裝在成型機中以按壓袋狀部分131且形成以相對於待經化學蝕刻之表面基本上90度之角度彎曲之凸緣部分133。隨後，袋狀部分131可進行化學蝕刻製程以形成複數個孔洞，所述空洞穿過經化學蝕刻之表面而形成。化學蝕刻製程為減材製造製程，其消除待移除之固體材料用於形成複數個孔洞。在化學蝕刻製程之第一步驟期間，陰極籠3開始作為扁平金屬片使用剪切力加以切割以實現所需之尺寸。接下來，可清洗金屬片且在熱軋層壓機中用乾膜焊料掩模塗佈，並且接著在暗環境中冷卻。接著可在曝露金屬片的真空曝露單元內施加保護膜。在一些實例中，曝露量值可使用步進指示器量測，且當實現所需的曝露量值時測定曝露量。隨後，金屬片經由顯影機操作以移除保護膜，同時將顯影機中之解析清潔劑施加至金屬片以移除不必要的未曝露抗蝕劑。接著可將金屬片置放在爐架中且在預定溫度下烘烤預定時段。舉例而言，烘烤溫度可為約250℉，歷時約60分鐘。烘烤週期後，各金屬片經空氣冷卻，且化學蝕刻裝置根據所需蝕刻區域之規格(例如界定化學蝕刻表面之區域)加以程式化，且經烘烤及冷卻之金屬片經由化學蝕刻裝置操作以移除不必要的材料且藉此形成孔洞。 繼續參考圖2，在一些實施例中，接收在外殼102之接收區域200內之第二電流收集器5b包括第一表面51b及第二表面52b，該第二表面52b安置於第二電流收集器5b之對側上且與內側壁204(與第二電流收集器5b相對)相對。在一個組態中，第二電流收集器5b界定彎曲位置56b，藉此第二電流收集器5b彎曲基本上等於90度之角度以將電流收集器5b分段成垂直部分及基本上垂直於垂直部分之水平部分。第二電流收集器5b之垂直部分基本上平行於內側壁204從接近於外殼之內表面202之第一端54b延伸到彎曲位置56b，所述彎曲位置接近於其中內側壁204與內端中間表面208相交之位置。第二電流收集器5b之水平部分基本上平行於外殼102之中間表面208、在彎曲位置56b與接近於其中外側壁206與中間表面208之外端相交位置之第二端58b之間延伸。在一些實施例中，第二電流收集器5b之水平部分擱置在外殼102之中間表面208上，使得中間表面208將第二電流收集器5b支撐在接收區域200內。 在一些態樣中，陰極籠3之袋狀部分131之經化學蝕刻表面沿第二電流收集器5b之垂直部分與第一表面51b相對。在一些實施例中，外殼102之接收區域200界定寬度W3 ，其將第二電流收集器5b之對置第一表面51b與陰極籠3之經化學蝕刻表面分隔開來。 在一些實施例中，第二電流收集器5b包含形成用作陽極電極(在電池單元放電期間)之第二雙極電極130b之板且寬度W3 界定第二雙極電極130b與第一雙極電極130a之間的分隔距離以提供非水性電解質安置在其間之空間。在一些實施例中，寬度W3 經選擇以提供電極130a、130b之間的最小距離，從而在電化學電池單元之充電及放電循環期間促進化學反應。 在一些組態中，一系列狹槽254a、254b、254c形成於外殼102之位於接收區域內之內表面202中。各狹槽254a、254b、254c可界定寬度W4 ，該寬度W4 經組態以接納且保留第一電流收集器5a、第二電流收集器5b及陰極籠2之一之相應末端部分。舉例而言，第一電流收集器5a之第一端54a可***狹槽254a中，第二電流收集器5b之第一端54b可***狹槽254b中，且陰極籠3之末端可***狹槽254c中。 在一個態樣中，端子構件118a、118b在基本上平行於z軸之方向上延伸穿過封蓋104且與陰極籠3之各個凸緣部分133及第二電流收集器5b之水平部分電接觸。在一些實施例中，第一端子構件118a電耦接到陰極籠3之凸緣部分133以提供第一雙極電極130a之第一電端子，且第二端子構件118b電耦接到第二電流收集器5b之水平部分以提供第二雙極電極130b之第二電端子。端子構件118a、118b提供電流可藉以進入及離開電池單元之方式，使得位於各個電極130a、130b之各端子能夠從電化學電池單元100中收集電流及將電流分佈到電化學電池單元100。 在一些實施例中，如圖1及圖2中所展示，第一端子構件118a及第二端子構件118b包含由導電材料形成之帶螺紋螺柱。在一些組態中，帶螺紋螺柱118a、118b由鈦形成。帶螺紋螺柱118a、118b可延伸穿過孔口，所述孔口貫穿封蓋104而形成。在一些實施例中，帶螺紋螺柱118a、118b與貫穿封蓋104所形成之孔口之相應螺紋配合接合且以此提供緊密流體密封以防止電池單元之洩漏或污染。在一些態樣中，鎖緊螺母120與各螺柱118a、118b之螺紋配合，從而以可解除方式固定螺柱118a、118b與雙極電極130a、130b電接觸。 在其他實施例中，導電線可用於替代螺柱118a、118b以與陰極籠3之凸緣部分133及第二電流收集器5b之水平部分中之各別者電接觸。導電線可由鈦形成且可提供雙極電極130a、130b之第一端子及第二端子，使得電流可進入及離開電池單元，使得電極130a、130b之各端子能夠從電化學電池單元100中收集電流及將電流分佈到電化學電池單元100。 在一個態樣中，電化學電池單元100進一步包含可在打開位置與關閉位置之間操作之閥門108。在打開位置中，閥門108准許電池單元100內之氣體釋放通過貫穿封蓋104所形成之排氣口。當處於關閉位置時，閥門108關閉貫穿封蓋104所形成之排氣口。在一些實施方案中，閥門108包含傘形止回閥及相關聯之傘形載體106，當電池單元之接收區域200內之壓力在預定壓力範圍內時，該傘形止回閥及相關聯之傘形載體106可操作以從關閉位置移動到打開位置。舉例而言，傘形閥門108經組態以當壓力達到預定壓力範圍時移動到打開位置，從而釋放電池單元內在反應期間產生的蒸氣。在一些情況下，本發明之非水性電解質對於鹵化物物種及混合鹵化物物種具有高溶合作用，藉此當傘形閥門108處於打開位置時防止形成有害及腐蝕性鹵化物蒸氣以及從電池單元釋放有害及腐蝕性鹵化物蒸氣。 在一些實施方案中，電化學電池單元100經組態用作測試電池單元以比較在電池單元100之充電及/或放電期間使用的不同電解質之電化學效能。封蓋104以可解除方式固定到外殼102以封閉由外殼界定之接收區域200，且藉此密封外殼內之部件，從而防止電池單元之洩漏或污染。當螺栓114被擰緊時，在密封環110壓緊在封蓋104之密封表面104a與外殼之頂端102b之間時，封蓋104可固定到外殼102且可形成密封部分。 在其他實施例中，藉由從外殼102中移除封蓋104，測試電池單元100允許快速接取經密封電池單元之接收區域內之部件。舉例而言，可從外殼104之接收區域200中移除第一電流收集器5a或第二電流收集器5b中之一個或兩個以分析電池單元內之電解質效能。在一些態樣中，從電池單元中移除共同形成雙極電極130a(例如，當電池單元放電時，陰極)之第一電流收集器5a、碳材料2及陰極籠3以分析以深共熔溶劑為主之非水性電解質之效能。 在另一態樣中，從電池單元中移除對應於第二雙極電極130b(例如，當電池單元放電時，陽極)之第二電流收集器5b以基於在第二電流收集器5b之第一表面51b上所電鍍之鋅金屬沈積物圖案來分析電池單元內之電解質反應效能。 圖3A及3B展示在圖2之電化學電池單元之接收區域200內***陰極籠3與第一電流收集器5a之間之碳材料2之俯視圖300a及側視圖300b。俯視圖300a展示界定沿基本上平行於x軸之方向延伸之寬度W5 之碳材料2。碳材料2之寬度W5 略微小於對應於陰極籠3之袋狀部分131深度之寬度W4 ，使得袋狀部分131封閉碳材料2以便使碳材料2與第一電流收集器5a之第一表面51a保持電接通。側視圖300b展示碳材料2，該碳材料界定沿基本上平行於y軸之方向上延伸的長度L2 及沿基本上平行於z軸之方向上延伸的高度H3 。碳材料2之長度L2 小於由電池單元100之外殼102/封蓋104界定之長度L1 。碳材料2之高度H3 可近似地等於由與碳材料2之表面相對的陰極籠3之經化學蝕刻表面界定之高度及由第一電流收集器5a之垂直部分界定之位於第一端54a與彎曲位置56a之間之高度，如圖2中所展示。 III.非水性電解質 本發明之另一態樣提供了一種包含深共熔溶劑之非水性電解質，該深共熔溶劑選自a)鋅鹵化物或鋅鹵化物水合物鹽；b)一或多種四級銨鹽；及c)氫鍵供體。 A.深共熔溶劑1 - 鋅鹽 在一些實施例中，非水性電解質包含選自ZnCl2 、ZnBr2 、ZnBrCl、其水合物(例如單水合物、二水合物、三水合物或四水合物)或其任何組合之深共熔溶劑。舉例而言，非水性電解質包含選自ZnCl2 、ZnBr2 、ZnBrCl、ZnCl2 •4H2 O、ZnBr2 •4H2 O或其任何組合之深共熔溶劑。在其他實例中，非水性電解質包含選自ZnCl2 或ZnCl2 •4H2 O之深共熔溶劑。在其他實例中，非水性電解質包含選自ZnBr2 或ZnBr2 •4H2 O之深共熔溶劑。 B.深共熔溶劑2 - 四級銨鹽 在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包括式I之一或多種鹽 式 I 其中為飽和、部分不飽和或完全不飽和的； X1 、X2 、X3 、X4 及X5 各自獨立地選自碳、氧及氮，條件是X1 、X2 、X3 、X4 及X5 中至少一者為氮； 各R獨立地為氫、烷基、環烷基、芳基、芳基烷基、雜環烷基或雜芳基，其中各R獨立地且視情況經以下取代：鹵基、-CN、-NO2 、-Q2 、-OQ2 、-S(O)z Q2 、-S(O)Z N(Q2 )2 、-N(Q2 )2 、-C(O)OQ2 、-C(O)Q2 、-C(O)N(Q2 )2 、-C(O)N(Q2 )(OQ2 )、-N(Q2 )C(O)Q2 、-N(Q2 )C(O)N(Q2 )2 、-N(Q2 )C(O)OQ2 或-N(Q2 )S(O)z Q2 ； 各Q2 獨立地為氫、烷基、環烷基、芳基、芳基烷基、雜環烷基或雜芳基，各自視情況經1至3個Q3 取代基取代； 各Q3 獨立地為鹵基、側氧基、CN、NO2 、CF3 、OCF3 、OH、-S(O)z (C1 - 6 烷基)、-N(C1 - 6 烷基)2 、-COO(C1 - 6 烷基)、-C(O)(C1 - 6 烷基)、-O(C1 - 6 烷基)或視情況經1至3個選自以下之取代基取代之C1 - 6 烷基：鹵基、側氧基、-CN、-NO2 、-CF3 、-OCF3 、-OH、-SH、-S(O)z H、-NH2 或-COOH； m為0、1、2、3、4或5； n為0、1或2； z為0、1或2；且 Y為陰離子。 在一個實施例中，X1 、X2 、X3 、X4 及X5 中之一者或兩者為氮，且其他為碳。在另一實施例中，X1 、X2 、X3 、X4 及X5 之一為氮，且其他為碳。在另一其他實施例中，X1 、X2 、X3 、X4 及X5 中之兩者為氮，且其他為碳。在再一實施例中，選自吡啶、嘧啶、吡嗪、哌嗪、哌啶、嗎啉、1,3-氧氮雜環己烷、1,2-氧氮雜環己烷、吡咯啶、吡咯、吡唑、咪唑、噁唑、異噁唑、1,2,3-噁二唑、1,3,4-噁二唑、1,2,3-***、1,2,4-***、1,2,3,4-噁***、1,2,3,5-噁***、1,2,4,5-噁***及四唑。 在一個實施例中，選自吡啶、嘧啶、吡嗪、哌嗪、哌啶、嗎啉、1,3-氧氮雜環己烷及1,2-氧氮雜環己烷。在一個實施例中，選自吡啶、嘧啶及吡嗪。在另一實施例中，為吡啶。 在一個實施例中，選自哌啶、嗎啉、1,3-氧氮雜環己烷及1,2-氧氮雜環己烷。在另一實施例中，選自哌啶及嗎啉。在一個實施例中，為哌啶。在一個實施例中，為嗎啉。 在一個實施例中，選自吡咯啶、吡咯、吡唑、咪唑、噁唑、異噁唑、1,2,3-噁二唑、1,3,4-噁二唑、1,2,3-***、1,2,4-***、1,2,3,4-噁***、1,2,3,5-噁***、1,2,4,5-噁***及四唑。在另一個實施例中，選自吡咯、吡唑及咪唑。在一個實施例中，為吡咯。在一個實施例中，為吡唑。在一個實施例中，為咪唑。在一個實施例中，為吡咯啶。 在一個實施例中，n為1。在另一個實施例中，n為0。 在一個實施例中，各R獨立地為烷基或環烷基，其中各R獨立地且視情況經以下取代：鹵基、-CN、-NO2 、-OQ2 、-S(O)z Q2 、-S(O)z N(Q2 )2 、-N(Q2 )2 、-C(O)OQ2 、-C(O)Q2 、-C(O)N(Q2 )2 、-C(O)N(Q2 )(OQ2 )、-N(Q2 )C(O)Q2 、-N(Q2 )C(O)N(Q2 )2 、-N(Q2 )C(O)OQ2 、-N(Q2 )S(O)z Q2 ，或視情況經1至3個Q3 取代基取代之雜環烷基或烷基。在另一個實施例中，各R獨立地為烷基或環烷基，其中各R獨立地且視情況經以下取代：鹵基、雜環烷基、-CN、-NO2 、-OQ2 、-N(Q2 )2 、-C(O)OQ2 、-C(O)Q2 或-C(O)N(Q2 )2 。在另一實施例中，各R為獨立地且視情況經以下取代之烷基：鹵基、雜環烷基、-CN、-NO2 、-OQ2 、-N(Q2 )2 、-C(O)OQ2 、-C(O)Q2 或-C(O)N(Q2 )2 。在再一實施例中，各R為獨立地且視情況經以下取代之烷基：鹵基、雜環烷基、-CN、-NO2 、-N(Q2 )2 或-C(O)N(Q2 )2 。在又一實施例中，各R為獨立地且視情況經鹵基或雜環烷基取代之烷基。 在另一個實施例中，各R為經雜環烷基取代之烷基。在另一實施例中，R為經吡咯啶取代之烷基。在另一實施例中，R為經雜環烷基取代之丙基。在另一實施例中，R為經吡咯啶取代之丙基。 在一個實施例中，各R為未經取代之烷基。舉例而言，R為未經取代之直鏈或支鏈C1 - 20 烷基。在另一個實施例中，R選自甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、庚基、2-乙基己基、辛基、壬基、癸基、十二烷基及十六烷基。在一個實施例中，R選自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基及十六烷基。在一個實施例中，R為甲基。在一個實施例中，R為乙基。在一個實施例中，R為丙基。在一個實施例中，R為丁基。在一個實施例中，R為戊基。在一個實施例中，R為己基。在一個實施例中，R為庚基。在一個實施例中，R為辛基。在一個實施例中，R為十二烷基。在一個實施例中，R為壬基。在一個實施例中，R為癸基。在一個實施例中，R為十二烷基。在一個實施例中，R為十六烷基。 在一個實施例中，Y為選自以下之陰離子：氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、砷酸根、磷酸根、亞砷酸根、磷酸氫根、磷酸二氫根、硫酸根、硝酸根、硫酸氫根、亞硝酸根、硫代硫酸根、亞硫酸根、過氯酸根、碘酸根、氯酸根、溴酸根、亞氯酸根、次氯酸根、氯酸根、過氯酸根、次溴酸根、亞溴酸根、溴酸根、過溴酸根、碳酸根、鉻酸根、碳酸氫根(hydrogen carbonate/bicarbonate)、重鉻酸根、乙酸根、甲酸根、氰離子、醯胺、氰酸根、過氧根、硫代氰酸根、草酸根、氫氧根及過錳酸根。在另一實施例中，Y為選自以下之一價陰離子：氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、磷酸二氫根、硝酸根、過氯酸根、次氯酸根、碳酸氫根、乙酸根、甲酸根、氰離子及氫氧根。在另一其他實施例中，Y為選自磷酸氫根、硫酸根及碳酸根之二價陰離子。在再一實施例中，Y選自氟離子、氯離子、溴離子及碘離子。在一個實施例中，Y為氯離子。在一個實施例中，Y為溴離子。在一個實施例中，Y為碘離子。 在一些實施例中，一或多種四級銨鹽為式Ia、式Ib、式Ic、式Id或式Ie之鹽 其中 各R、R'及R"獨立地為氫、烷基、環烷基、芳基、芳基烷基、雜環烷基或雜芳基，其中各R、R'及R"獨立地且視情況經以下取代：鹵基、-CN、-NO2 、-OQ2 、-S(O)z Q2 、-S(O)z N(Q2 )2 、-N(Q2 )2 、-C(O)OQ2 、-C(O)Q2 、-C(O)N(Q2 )2 、-C(O)N(Q2 )(OQ2 )、-N(Q2 )C(O)Q2 、-N(Q2 )C(O)N(Q2 )2 、-N(Q2 )C(O)OQ2 、-N(Q2 )S(O)z Q2 ，或視情況經1至3個Q3 取代基取代之雜環烷基或烷基； 各Q2 獨立地為氫、烷基、環烷基、芳基、芳基烷基、雜環烷基或雜芳基，各自視情況經1至3個Q3 取代基取代； 各Q3 獨立地為鹵基、側氧基、CN、NO2 、CF3 、OCF3 、OH、-S(O)z (C1 - 6 烷基)、-N(C1 - 6 烷基)2 、-COO(C1 - 6 烷基)、-C(O)(C1 - 6 烷基)、-O(C1 - 6 烷基)或視情況經1至3個選自以下之取代基取代之C1 - 6 烷基：鹵基、側氧基、-CN、-NO2 、-CF3 、-OCF3 、-OH、-SH、-S(O)z H、-NH2 或-COOH； z為0、1或2；且 Y為陰離子。 在式Ia至Ie之一些實施例中，各R、R'及R"獨立地為烷基或環烷基，其中各R、R'及R"獨立地且視情況經以下取代：鹵基、-CN、-NO2 、-OQ2 、-S(O)z Q2 、-S(O)z N(Q2 )2 、-N(Q2 )2 、-C(O)OQ2 、-C(O)Q2 、-C(O)N(Q2 )2 、-C(O)N(Q2 )(OQ2 )、-N(Q2 )C(O)Q2 、-N(Q2 )C(O)N(Q2 )2 、-N(Q2 )C(O)OQ2 、-N(Q2 )S(O)z Q2 或視情況經1至3個Q3 取代基取代之雜環烷基或烷基。在另一個實施例中，各R、R'及R"獨立地為烷基或環烷基，其中各R、R'及R"獨立地且視情況經以下取代：鹵基、雜環烷基、-CN、-NO2 、-OQ2 、-N(Q2 )2 、-C(O)OQ2 、-C(O)Q2 或-C(O)N(Q2 )2 。在另一實施例中，各R、R'及R"獨立地為烷基，其獨立地且視情況經以下取代：鹵基、雜環烷基、-CN、-NO2 、-OQ2 、-N(Q2 )2 、-C(O)OQ2 、-C(O)Q2 或-C(O)N(Q2 )2 。在再一實施例中，各R、R'及R"獨立地為烷基，其獨立地且視情況經以下取代：鹵基、雜環烷基、-CN、-NO2 、-N(Q2 )2 或-C(O)N(Q2 )2 。 在一個實施例中，各R、R'及R"獨立地為未經取代之烷基。在另一個實施例中，各R、R'及R"獨立地選自甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、庚基、2-乙基己基、辛基、壬基、癸基、十二烷基及十六烷基。在一個實施例中，各R、R'及R"獨立地選自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基及十六烷基。 在式Ia至Ie之一些實施例中，Y選自氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、砷酸根、磷酸根、亞砷酸根、磷酸氫根、磷酸二氫根、硫酸根、硝酸根、硫酸氫根、亞硝酸根、硫代硫酸根、亞硫酸根、過氯酸根、碘酸根、氯酸根、溴酸根、亞氯酸根、次氯酸根、次溴酸根、碳酸根、鉻酸根、碳酸氫根、重鉻酸根、乙酸根、甲酸根、氰離子、醯胺、氰酸根、過氧根、硫代氰酸根、乙二酸根、氫氧根及過錳酸根。在另一實施例中，Y為選自以下之一價陰離子：氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、磷酸二氫根、硝酸根、過氯酸根、次氯酸根、碳酸氫根、乙酸根、甲酸根、氰離子及氫氧根。在另一其他實施例中，Y選自二價陰離子，該二價陰離子選自磷酸氫根、硫酸根及碳酸根。在再一實施例中，Y選自氟離子、氯離子、溴離子及碘離子。在一個實施例中，Y為氯離子。在一個實施例中，Y為溴離子。在一個實施例中，Y為碘離子。 在式Ia至Ie之一些實施例中，k為0或1。在另一實施例中，k為0。在另一其他實施例中，k為1。 在式Ia之一些實施例中，各R及R'獨立地選自甲基、乙基、丁基及己基。在另一實施例中，k為1；R'選自乙基、丁基及己基；且R為甲基。在另一其他實施例中，k為0且R'選自乙基、丁基及己基。 在一個實施例中，式Ia之鹽選自溴化1-乙基-3-甲基吡啶鎓、溴化1-乙基-2-甲基吡啶鎓、溴化1-丁基-3-甲基吡啶鎓、溴化1-丁基-4-甲基吡啶鎓及溴化1-己基吡啶鎓。 在式Ib之一些實施例中，各R、R'及R"獨立地選自甲基及丙基。 在一個實施例中，式Ib之鹽為溴化1-甲基-1-丙基哌啶鎓。 在式Ic之一些實施例中，各R、R'及R"獨立地選自甲基、乙基及丁基。在另一實施例中，k為0。 在一個實施例中，式Ic之鹽選自溴化N-甲基-N-乙基嗎啉鎓及溴化N-甲基-N-丁基嗎啉鎓。 在式Id之一些實施例中，各R、R'及R"獨立地選自甲基、乙基、丁基、己基、辛基及癸基。在另一實施例中，k為1且R為甲基。 在一個實施例中，式Id之鹽選自溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、溴化1-癸基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓、溴化1-甲基-3-辛基咪唑鎓及溴化1-甲基-3-己基咪唑鎓。 在式Ie之一些實施例中，各R、R'及R"獨立地選自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基及己基。在另一個實施例中，k為0且各R'及R"獨立地為視情況經雜環烷基或鹵基取代之烷基。在另一實施例中，k為0且各R'及R"獨立地選自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、2-氯乙基或3-(N-甲基吡咯啶鎓)丙基。 在一個實施例中，式Ie之鹽選自溴化N-甲基-N-乙基吡咯啶鎓、溴化N-乙基-N-丙基吡咯啶鎓、溴化N-丙基-N-丁基吡咯啶鎓、溴化N-甲基-N-丁基吡咯啶鎓、溴化N-乙基-N-(2-氯乙基)吡咯啶鎓、溴化N-甲基-N-己基吡咯啶鎓、溴化N-甲基-N-戊基吡咯啶鎓、溴化N-乙基-N-戊基吡咯啶鎓、溴化N-乙基-N-丁基吡咯啶鎓、溴化N-丁基-N-戊基吡咯啶鎓、溴化N-甲基-N-丙基吡咯啶鎓、二溴化三亞甲基-雙(N-甲基吡咯啶鎓)及溴化N-丙基-N-戊基吡咯啶鎓。 在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包括具有化學式之鹽，其中R1 、R2 、R3 及R4 各自獨立地為氫或烷基，且Y為如本文中所定義之陰離子。在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包含鹵化銨(例如NH4 Br、NH4 Cl或其任何組合)；鹵化四烷基銨(例如溴化四甲基銨、氯化四甲基銨、氯化三乙基甲基銨、溴化四乙基銨、氯化四乙基銨、其組合或其類似物)；鹵化雜環銨(例如鹵化N-甲基-N-乙基吡咯啶鎓、鹵化N-乙基-N-甲基吡咯啶鎓、其組合或其類似物)；或其任何組合。在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包括至少一種選自由以下組成之群的鹽：氯化銨、溴化銨、溴化四乙基銨、溴化三甲基丙基銨、溴化N-甲基-N-乙基嗎啉鎓、溴化N-乙基-N-甲基嗎啉鎓、溴化N-甲基-N-丁基嗎啉鎓、溴化N-甲基-N-乙基吡咯啶鎓、溴化N,N,N-三乙基-N-丙基銨、溴化N-乙基-N-丙基吡咯啶鎓、溴化N-丙基-N-丁基吡咯啶鎓、溴化N-甲基-N-丁基吡咯啶鎓、溴化N-乙基-N-(2-氯乙基)吡咯啶鎓、溴化N-甲基-N-己基吡咯啶鎓、溴化N-甲基-N-戊基吡咯啶鎓、溴化N-乙基-N-戊基吡咯啶鎓、溴化N-乙基-N-丁基吡咯啶鎓、二溴化三亞甲基-雙(N-甲基吡咯啶鎓)、溴化N-丁基-N-戊基吡咯啶鎓、溴化N-甲基-N-丙基吡咯啶鎓、溴化N-丙基-N-戊基吡咯啶鎓及其任何組合。且在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包括至少一種選自溴化N-甲基-N-乙基嗎啉鎓之鹽。在一些實例中，一或多種四級銨鹽包括至少一種選自溴化四乙基銨、溴化三甲基丙基銨或其任何組合之鹽。 在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包括至少一種選自銨、咪唑鎓、吡咯啶鎓、吡啶鎓、鏻、嗎啉鎓或其任何組合之鹵化物(例如氯化物或溴化物)之鹽。 在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包括至少一種選自由以下組成之群的鹽：溴化四乙基銨(TEA)、溴化N-乙基-N-甲基嗎啉鎓(MEM)、溴化三甲基丙基銨、溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-1-甲基吡咯啶鎓、溴化1-乙基-3-甲基吡啶鎓、溴化1-乙基-3-甲基吡啶鎓、溴化1-乙基-2-甲基吡啶鎓、溴化1-甲基-1-丙基哌啶鎓、溴化十二烷基三甲基銨、溴化1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、溴化1-癸基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓、溴化1-甲基-3-辛基咪唑鎓、溴化1-甲基-3-己基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基吡啶鎓、溴化1-丁基-4-甲基吡啶鎓、溴化1-己基吡啶鎓、氯化三乙基甲基銨、溴化四乙基鏻、溴化1-甲基-1-丙基吡咯啶鎓、溴化己基三甲基銨及溴化十六烷基三乙基銨。 在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包括至少一種選自以下之鹽：溴化1-乙基-3-甲基吡啶鎓、溴化1-乙基-2-甲基吡啶鎓、溴化1-丁基-3-甲基吡啶鎓或溴化1-丁基-1-甲基吡咯啶鎓。舉例而言，非水性電解質包含約1 wt%至約5 wt%(例如約1.5 wt%至約4 wt%)之溴化1-乙基-3-甲基吡啶鎓、溴化1-乙基-2-甲基吡啶鎓、溴化1-丁基-3-甲基吡啶鎓、溴化N-乙基-N-甲基嗎啉鎓或溴化1-丁基-1-甲基吡咯啶鎓。 在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包括至少一種選自以下之鹽：溴化1-乙基-4-甲基吡啶鎓、溴化1-乙基-2-甲基吡啶鎓、溴化三乙基甲基銨、氯化三乙基甲基銨、二溴化1,1'-二(十八烷基)-4-4'-聯吡啶鎓或溴化1-乙基-4-甲基吡啶鎓。 在一些實例中，一或多種四級銨鹽包括至少一種選自溴化十六烷基三乙基銨(CTAB)、溴化癸基三乙基銨或溴化十二烷基三乙基銨之鹽。 在其他實施例中，非水性電解質包含比率為4:1至25:1之包含鋅鹽之第一深共熔溶劑與包含一或多種四級銨鹽之第二深共熔溶劑。舉例而言，非水性電解質包含總鋅鹽與總四級銨鹽比率為4:1至25:1的總量之鋅鹽及總量之一或多種四級銨鹽。在另一個實例中，非水性電解質包含總鋅鹽與總四級銨鹽比率為6:1至12:1之鋅鹽及一或多種四級銨鹽。在一些實例中，非水性電解質包含總鋅鹽比總四級銨鹽比率為6:1之鋅鹽及一或多種四級銨鹽。在一些實例中，非水性電解質包含總鋅鹽與總四級銨鹽比率為9:1之鋅鹽及一或多種四級銨鹽。且在一些實例中，非水性電解質包含總鋅鹽比總四級銨鹽為某一比率之鋅鹽及一或多種四級銨鹽。 在其他實例中，非水性電解質包含ZnCl2 •4H2 O與溴化四乙基銨比率為4:1至25:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。在一些實例中，非水性電解質包含ZnCl2 •4H2 O與溴化四乙基銨比率為6:1至12:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。在一些實例中，非水性電解質包含ZnCl2 •4H2 O與溴化四乙基銨比率為6:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。在一些實例中，非水性電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為9:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。且在一些實例中，非水性電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為12:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。 在一些實施例中，一或多種四級銨鹽包括溴化甲基三乙基銨及溴化十二烷基三乙基銨。舉例而言，一或多種四級銨鹽包括約98.75 wt%之溴化甲基三乙基銨及約1.25 wt%之溴化十二烷基三乙基銨。在一些實例中，非水電解質包含9:1:1比率之ZnCl2 、一或多種四級銨鹽及乙酸，其中一或多種四級銨鹽包含約90 wt%至約98.75 wt%(例如約98.75 wt%)之溴化甲基三乙基銨及約10 wt%至約1.25 wt%(例如約1.25 wt%)之溴化十二烷基三乙基銨。 在一個實施例中，電解質進一步包含一或多種四級銨鹽。在另一個實施例中，一或多種四級銨鹽具有式(R")4 N+ A- ，其中各R"獨立地為C1 - 15 分支或未分支烴鏈；且各A+ 為具有單個電荷之金屬陽離子。 在另一實施例中，一或多種四級銨鹽選自溴化四乙基銨、溴化三乙基甲基銨及溴化十二烷基三甲基銨。在再一實施例中，四級銨鹽為溴化四乙基銨。 在一個實施例中，電解質包含ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。 在另一個實施例中，電解質包含ZnCl2 •4H2 O與溴化四乙基銨比率為4:1至25:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。 在另一個實施例中，電解質包含以ZnCl2 •4H2 O與溴化四乙基銨比率為6:1至12:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。 在另一實施例中，電解質包含ZnCl2 •4H2 O與溴化四乙基銨比率為6:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。 在另一其他實施例中，電解質包含ZnCl2 •4H2 O與溴化四乙基銨比率為9:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。 在另一個實施例中，電解質包含ZnCl2 •4H2 O與溴化四乙基銨比率為12:1之ZnCl2 •4H2 O及溴化四乙基銨。 在一個實施例中，一或多種四級銨鹽為溴化三乙基甲基銨及溴化十二烷基三甲基銨。 在一個實施例中，電解質包含1:4至1:2(例如1:3)比率之ZnCl2 •4H2 O及ZnBr2 •4H2 O。在一些實例中，按電解質之重量計，電解質進一步包含具有約1.0 wt%至約5 wt%濃度之氫鍵供體(例如乙酸)。且在一些實例中，電解質進一步包含一或多種四級銨鹽(例如至少兩種鹽，例如氯化三乙基甲基銨及溴化十二烷基三甲基銨)，其中按電解質之重量計，一或多種四級銨鹽之總濃度為約5 wt%至約10 wt%(例如約6 wt%至約8 wt%)。 在一個實施例中，按電解質之重量計，電解質包含約80 wt%至約87 wt%之ZnCl2 •1H2 O。在一些實例中，按電解質之重量計，電解質進一步包含具有約1.0 wt%至約5 wt%濃度之氫鍵供體(例如乙酸)。且在一些實例中，電解質進一步包含一或多種四級銨鹽(例如至少兩種鹽，例如氯化三乙基甲基銨及溴化十二烷基三甲基銨)，其中按電解質之重量計，一或多種四級銨鹽之總濃度為約7 wt%至約12 wt%(例如約8.5 wt%至約10 wt%)。 C.氫鍵供體 本發明之非水性電解質包含一或多種氫鍵供體。如本文中所用，氫鍵供體為包括氫原子之任何分子或化合物，該氫原子鍵結到高負電性原子(例如O、F、Br、Cl、I、S或其類似者)或多原子陰離子物種(例如SO4 2 - 或其類似者)或與其靜電配位。氫鍵供體之實例包括布朗斯特-洛瑞酸(Bronsted-Lowry acid)。 在一個實例中，氫鍵供體選自羧酸。舉例而言，氫鍵供體選自乙酸、草酸、乙醛酸、乙醇酸、丙酸、丙烯酸、丙炔酸、丙二酸、羥丙二酸、中草酸、二羥基丙二酸、丙酮酸、乳酸、羥基丙酸、縮水甘油酸、丁酸、異丁酸、丁二酸、乙醯乙酸、草醯乙酸、蘋果酸、酒石酸、戊酸、異戊酸、戊二酸、α-酮基戊二酸、己酸、己二酸、檸檬酸、異檸檬酸、庚酸、庚二酸、羊脂酸、鄰苯二甲酸、壬酸、肉桂酸、癸酸、癸二酸、月桂酸、苯六甲酸、十三烷酸、十四烷酸、十五烷酸、棕櫚酸、十七烷酸、硬脂酸、十九烷酸、花生酸、萮樹酸、二十三烷酸、二十四烷酸、二十五烷酸、蠟酸或其任何組合。在其他實例中，非水性電解質包含選自以下之氫鍵供體：脲、甲基脲、乙醯胺、咪唑、丙三醇、乙二醇、1,4-丁二醇、乙酸、草酸、甲酸、丁酸、己酸、丙酸、麩胺酸、胺基酸(例如甘胺酸或其類似物)、苯六甲酸、苯酚、鄰甲酚、二甲苯酚、木糖醇、山梨醇(例如D-山梨醇)、異山梨醇(例如D-異山梨糖醇)、果糖(例如D-果糖)或葡萄糖(例如D葡萄糖)。在另一實施例中，氫鍵供體為乙酸。 D.視情況選用之界面活性劑 在一些實施例中，非水性電解質進一步包含視情況選用之界面活性劑。且在一些實施例中，界面活性劑選自具有式R-SO4 - M+ 、R-PO4 - M+ 、R-SO3 - M+ 、R-CO2 - M+ 、R' -NH3 + A- 、(R' )2 -NH2 + A- 或(R' )3 -NH+ A- 之化合物，及聚乙二醇(PEG)衍生物，其中各M+ 為具有單個電荷之金屬陽離子；各A+ 為具有單個電荷之金屬陽離子；且R及R'各自獨立地為C7 - 20 分支或未分支烴鏈，其中一或多個亞甲基視情況且獨立地被-O-替換。 在另一實施例中，界面活性劑選自月桂基硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇衍生物、膽鹼衍生物、一級烷基銨鹽、二級烷基銨鹽、三級烷基銨鹽及四級烷基銨鹽。 IV.實例實例 1 ： 深共熔溶劑 ZnCl2 •4H2 O 與 TEABr 比在非水性電解質中 之 比率的最佳化 在電化學電池單元之充電及放電循環期間，使用由ZnCl2 •4H2 O及TEABr深共熔溶劑之混合物形成之非水性電解質溶液量測電化學效能參數。使用可再充電鋅鹵化物非流動式電化學電池單元，如圖1-3中所繪示，比較不同莫耳比之ZnCl2 •4H2 O與TEABr之非水性電解質溶液之電化學效能參數。使具有給定莫耳比之ZnCl2 •4H2 O與TEABr之非水性電解質溶液***電池單元100之接收區域內之雙極電極130a、130b之間，且將封蓋104固定到外殼102以密封電池單元100。在使用給定莫耳比之ZnCl2 •4H2 O及TEABr量測電化學效能參數之後，藉由擰鬆螺栓114使封蓋104從外殼102中移除以移除電解質並引入具有不同莫耳比之ZnCl2 •4H2 O與TEABr之新的非水性電解質。針對5種單獨非水性電解質中的ZnCl2 •4H2 O與TEABr莫耳比4:1、6:1、9:1、12:1及25:1，重複此方法。比較電化學效能參數可允許確定ZnCl2 •4H2 O與TEABr莫耳比之最佳範圍，用於在峰值降低功率下實現離子電導率增加。圖4提供使用鋅金屬相對電極及飽和甘汞參比電極，對具有由四水合氯化鋅(ZnCl2 •4H2 O)及溴化四乙基銨(TEABr)深共熔溶劑之混合物形成之深共熔溶劑之玻璃態碳電極執行之塔菲爾斜率(Tafel slopes)。TEABr與ZnCl2 :4H2 O之莫耳比在1:6與1:12之間時，發現指示離子電導率增加的峰值降低功率存在最佳點。實例 2 ： 氫鍵供體對電解質效能之影響 比較不同等莫耳量之氫鍵供體(添加到ZnCl2 •4H2 O與TEABr深共熔溶劑混合物中之使用量之TEABr中)之非水性電解質之電化學效能參數。電化學效能參數之比較表明，添加氫鍵供體提高鹵化物在系統中之活性，增加氧化還原電對之電位，提高峰值降低功率且增加在低過電位處之斜率以指示電荷轉移電阻的降低。圖5提供了對具有深共熔溶劑之玻璃態碳電極執行之塔菲爾斜率，該深共熔溶劑係使用與圖4中所述相同的成份形成。在此狀況下，氫鍵供體(乙酸，CH3 COOH)以等莫耳量添加到所用量之TEABr中。添加氫鍵供體提高鹵化物在系統中之活性，增加氧化還原電對之電位，提高峰值降低功率且增加低過電位處之斜率，其指示電荷轉移電阻的降低。實例 3 ： 水性電解質對非水性電解質。 在對使用由ZnCl2 •4H2 O與TEABr深共熔溶劑之混合物形成之非水性電解質溶液及具有TEABr錯合劑之水性溴化鋅(ZnBr2 )電解質溶液之電化學電池單元進行充電及放電循環期間，量測且比較電化學效能參數。使具有TEABr錯合劑之水性ZnBr2 電解質溶液***電池單元100之接收區域內之雙極電極130a、130b之間，且將封蓋104固定到外殼102以密封電池單元100。在對使用具有TEABr錯合劑之水性ZnBr2 電解質溶液之電池單元進行循環伏安測試期間，量測電化學效能參數，諸如電解電位。其後，藉由擰鬆螺栓114使封蓋104從外殼102中移除以用具有ZnCl2 •4H2 O及TEABr深共熔溶劑之非水性電解質溶液替代具有TEABr錯合劑之水性ZnBr2 電解質溶液。在藉由將封蓋104固定到外殼102而再次密封電池單元之後，在對使用非水性電解質溶液之電池單元進行循環伏安測試期間，量測電化學效能參數，諸如電解電位。比較非水性電解質溶液及水性電解質溶液之電化學效能參數。電化學效能參數的比較顯示出，以深共熔溶劑為主之電解質(例如由ZnCl2 •4H2 O及TEABr之混合物形成)呈現的電解電位大幅度高於具有TEABr錯合劑之水性ZnBr2 電解質溶液。圖6展示具有溴化四乙基銨錯合劑之以ZnBr2 為主之水性電解質(左)及以四水合氯化鋅與溴化四乙基銨為主之深共熔溶劑之電解質(右)之循環伏安測試。圖6展示以深共熔溶劑為主之電解質呈現的電解電位大幅度高於水性電解質。水性電解質電池單元在低至1.85 V (對Zn)之電位處開始電解，而非水性電池單元僅在高於2.3 V之電位處開始產氣。實例 4A ： 二元四級鹽深共熔溶劑。 本研究係關於基於兩種溶劑之混合物之電解質，該兩種溶劑使用相同的氫鍵供體及金屬氯化物水合物類型及濃度，但具有不同的四級銨鹽。已知離子液體之混合物(所謂的「複鹽離子液體」)具有與習知離子液體不同的物理特性，包括顯著增加的電導率。 合併深共熔溶劑混合物，以莫耳濃度計，該等混合物含有9份ZnCl2 •4H2 O、1份四級銨鹽、1份乙酸，其中四級銨鹽包含溴化三乙基甲基銨或溴化十二烷基三甲基銨。此兩種鹽係根據其與氯錯合之能力(如藉由對各種不同四級銨鹽之廣泛測試所確定)及根據其互補特性(相比於以溴化四乙基銨為主之電解質)而選擇，溴化三乙基甲基銨電解質展示較高的峰值降低電流，但展示極不良的電導率，而溴化十二烷基三甲基銨電解質展示不良的峰值降低電流，但展示稍微較高的電導率。以此兩種四級銨鹽為主之溶劑之混合物的峰值降低電流密度及最小降低電流密度如下在圖7中展示。 如圖7中所展示，相比於非混合溶劑，具有不同四級銨鹽之兩種電解質之混合物在總電導率方面產生實質性改良(如根據最小降低電流之變化所展示)，特別是在少量添加而非零添加以十二烷基三甲基銨為主之溶劑的情況下。在此等濃度下，峰值降低電流密度亦實質性改良。實例 5 ： 其他的深共熔電解質 其他的深共熔電解質調配如下： 電解質DES-1： 22.64 wt% ZnBr2 •4H2 O + 67.83 wt% ZnCl2 *4H2 O + 6.688 wt%氯化三乙基甲基銨 + 2.677 wt%乙酸 + 0.16 wt%溴化十二烷基三甲基銨。所有wt%皆以電解質之重量計。 電解質DES-5： 86.68% ZnCl2*1H2O + 9.35%氯化三乙基甲基銨 + 0.224%溴化十二烷基三甲基銨 + 3.74%乙酸 所有wt%皆以電解質之重量計。 其他實施例 顯然，以上僅關於本發明之較佳實施例且在不背離本發明之精神及範疇下可進行諸多變更及潤飾，本發明之精神及範疇由以下申請專利範圍及其等效物限定。
2‧‧‧碳材料
3‧‧‧陰極籠
5a‧‧‧第一電流收集器
5b‧‧‧第二電流收集器
51a‧‧‧第一電流收集器5a之第一表面
51b‧‧‧第二電流收集器5b之第一表面
52a‧‧‧第一電流收集器5a之第二表面
52b‧‧‧第二電流收集器5b之第二表面
54a‧‧‧第一電流收集器5a之第一端
54b‧‧‧第二電流收集器5b之第一端
56a‧‧‧彎曲位置
56b‧‧‧彎曲位置
58a‧‧‧第一電流收集器5a之第一端
58b‧‧‧第二電流收集器5b之第二端
100‧‧‧電化學電池單元
102‧‧‧外殼
102a‧‧‧外殼之底端
102b‧‧‧外殼之頂端
104‧‧‧封蓋
104a‧‧‧封蓋之密封端
104b‧‧‧封蓋之外端/外表面
106‧‧‧傘形載體
108‧‧‧閥門
110‧‧‧密封環
111‧‧‧通道
112‧‧‧帶螺紋插件
113‧‧‧孔口
114‧‧‧螺栓
115‧‧‧螺栓之頭部
116‧‧‧墊圈
118‧‧‧端子構件
118a‧‧‧第一端子構件
118b‧‧‧第二端子構件
120‧‧‧鎖緊螺母
130a‧‧‧第一雙極電極
130b‧‧‧第二雙極電極
131‧‧‧袋狀部分
133‧‧‧凸緣部分
200‧‧‧接收區域
202‧‧‧內表面
204‧‧‧內側壁
206‧‧‧外側壁
208‧‧‧中間表面
254a‧‧‧狹槽
254b‧‧‧狹槽
254c‧‧‧狹槽
300a‧‧‧碳材料2之俯視圖
300b‧‧‧碳材料2之側視圖
D1‧‧‧第一距離
D2‧‧‧第二距離
H1‧‧‧高度
H2‧‧‧高度
H3‧‧‧高度
L1‧‧‧長度
L2‧‧‧長度
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
W3‧‧‧寬度
W4‧‧‧寬度
W5‧‧‧寬度
當參考附圖閱讀以下詳細說明時，將更佳地理解本發明之此等及其他特徵、態樣及優勢。 圖1為根據本發明一個態樣之可再充電非流動式鋅鹵化物電化學電池單元之俯視圖。 圖2為沿圖1之線2-2截取之圖1之可再充電非流動式鋅鹵化物電化學電池單元之橫截面圖。 圖3A為圖2之碳材料之俯視圖。 圖3B為圖2之碳材料之側視圖。 圖4為如實例1中所述之根據本發明態樣之可再充電非流動式鋅鹵化物電化學電池單元之塔菲爾(Tafel)斜率圖。 圖5為如實例2中所述之根據本發明態樣之可再充電非流動式鋅鹵化物電化學電池單元之塔菲爾斜率圖。 圖6為根據實例3之可再充電非流動式鋅鹵化物電化學電池單元之循環伏安法曲線圖，其採用(1)具有溴化四乙基銨錯合劑之以ZnBr2 為主之水性電解質(左)及(2)由深共熔溶劑四水合氯化鋅及溴化四乙基銨調配之非水性電解質(右)。 圖7為根據實例4之由深共熔電解質溶液調配之非水性電解質之電流密度圖，其中四級銨鹽包含溴化三乙基甲基銨及溴化十二烷基三甲基銨之不同混合物。 該等圖以實例方式提供且不意欲限制本發明之範疇。

Claims (67)

  1. 一種用於非流動式可再充電鋅鹵化物電化學電池單元中之非水性電解質，該非水性電解質包含 a) 深共熔溶劑，該深共熔溶劑選自 i ZnCl2 、ZnBr2 、其水合物鹽或其任何組合；及 ii 一或多種四級銨鹽；及 b) 氫鍵供體，該氫鍵供體選自脲、甲基脲、乙醯胺、咪唑、丙三醇、乙二醇、乙酸、草酸、苯六甲酸、羥丙二酸、酒石酸、丙酸、丙二酸、乳酸、乙醯乙酸、丁二酸、苯酚、鄰甲酚、二甲苯酚、木糖醇、山梨醇、異山梨醇、果糖、葡萄糖或其任何組合。
  2. 如請求項1之電解質，其進一步包含界面活性劑。
  3. 如請求項2之電解質，其中該界面活性劑選自具有式R-SO4 - M+ 、R-PO4 - M+ 、R-SO3 - M+ 、R-CO2 - M+ 、R' -NH3 + A- 、(R' )2 -NH2 + A- 或(R' )3 -NH+ A- 之化合物，及聚乙二醇(PEG)衍生物，其中 各M+ 為具有單個電荷之金屬陽離子； 各A- 為具有單個電荷之陰離子；且 R及R'各自獨立地為C1 - 20 分支或未分支烴鏈，其中一或多個亞甲基視情況且獨立地被-O-替換。
  4. 如請求項3之電解質，其中該界面活性劑為鈉、鈣或鉀之烷基硫酸鹽、磷酸鹽、磺酸鹽或羧酸鹽或其任何組合。
  5. 如請求項3之電解質，其中該界面活性劑選自月桂基硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇衍生物、膽鹼衍生物、一級烷基銨鹽、二級烷基銨鹽、三級烷基銨鹽或其任何組合。
  6. 如請求項1至5中任一項之電解質，其中該深共熔溶劑選自 a) ZnBr2 、ZnCl2 、ZnCl2 •4H2 O、ZnBr2 •4H2 O或其任何組合；及 b) 一或多種四級銨鹽。
  7. 如請求項1至6中任一項之電解質，其中該一或多種四級銨鹽各自獨立地具有式(R")4 N+ A- ，其中 各R"獨立地為C1 - 15 分支或未分支烴鏈；且 各A- 為具有單個電荷之陰離子。
  8. 如請求項1至6中任一項之電解質，其中該一或多種四級銨鹽選自鹵化四烷基銨、鹵化雜環銨、鹵化烷基吡啶鎓、鹵化烷基咪唑鎓、鹵化烷基吡咯啶鎓或其任何組合。
  9. 如請求項8之電解質，其中該一或多種四級銨鹽選自以下之溴化物或氯化物：四乙基銨、三甲基丙基銨、十二烷基三甲基銨、N-甲基-N-乙基嗎啉鎓、N-乙基-N-甲基嗎啉鎓、N-甲基-N-丁基嗎啉鎓、N-甲基-N-乙基吡咯啶鎓、N,N,N-三乙基-N-丙基銨、N-乙基-N-丙基吡咯啶鎓、N-丙基-N-丁基吡咯啶鎓、N-甲基-N-丁基吡咯啶鎓、N-乙基-N-(2-氯乙基)吡咯啶鎓、N-甲基-N-己基吡咯啶鎓、N-甲基-N-戊基吡咯啶鎓、N-乙基-N-戊基吡咯啶鎓、N-乙基-N-丁基吡咯啶鎓、三亞甲基-雙(N-甲基吡咯啶鎓)、N-丁基-N-戊基吡咯啶鎓、N-甲基-N-丙基吡咯啶鎓、N-丙基-N-戊基吡咯啶鎓或其任何組合。
  10. 如請求項9之電解質，其中該一或多種四級銨鹽選自溴化四乙基銨、溴化三乙基甲基銨、溴化十二烷基三甲基銨或其任何組合。
  11. 如請求項10之電解質，其中該四級銨鹽為溴化四乙基銨。
  12. 如請求項1至11中任一項之電解質，其中該深共熔溶劑為ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  13. 如請求項1至12中任一項之電解質，其中該電解質包含4:1至25:1比率之ZnCl2 •H2 O與該一或多種四級銨鹽聚集體。
  14. 如請求項1至13中任一項之電解質，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為4:1至25:1之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  15. 如請求項1至14中任一項之電解質，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為6:1至12:1之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  16. 如請求項1至15中任一項之電解質，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為6:1比之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  17. 如請求項1至15中任一項之電解質，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為9:1之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  18. 如請求項1至15中任一項之電解質，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為12:1之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  19. 如請求項1至15中任一項之電解質，其中該一或多種四級銨鹽為溴化三乙基甲基銨及溴化十二烷基三甲基銨。
  20. 一種可再充電電化學電池單元，其包含： a)被接收區域接收之雙極電極，該雙極電極包含第一電流收集器； b)第二電流收集器； c)被該接收區域接收之多孔碳材料； d)被該接收區域接收之非水性電解質；及 e)界定該接收區域之外殼，該接收區域藉由該外殼之頂端形成，該外殼含有該第二電流收集器、該多孔碳陰極及該非水性電解質。
  21. 如請求項20之可再充電電化學電池單元，其中該電解質係由以深共熔溶劑為主之電解質之混合物形成。
  22. 如請求項20或請求項21之可再充電電化學電池單元，其中該電解質包含ZnBr2 或ZnCl2 。
  23. 如請求項20至22中任一項之可再充電電化學電池單元，其中該電解質包含ZnCl2 •4H2 O。
  24. 如請求項20至23中任一項之可再充電電化學電池單元，其中電解質進一步包含選自具有式R-SO4 - M+ 、R-PO4 - M+ 、R-SO3 - M+ 、R-CO2 - M+ 、R' -NH3 + A- 、(R' )2 -NH2 + A- 或(R' )3 -NH+ A- 之化合物之界面活性劑及聚乙二醇(PEG)衍生物，其中 各M+ 為具有單個電荷之金屬陽離子； 各A- 為具有單個電荷之陰離子；且 R及R'各自獨立地為C1 - 20 分支或未分支烴鏈，其中一或多個亞甲基視情況且獨立地被-O-替換。
  25. 如請求項20至24中任一項之可再充電電化學電池單元，其中該界面活性劑選自月桂基硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇衍生物、膽鹼衍生物、一級烷基銨鹽、二級烷基銨鹽、三級烷基銨鹽及四級烷基銨鹽。
  26. 如請求項20至25中任一項之可再充電電化學電池單元，其進一步包含氫鍵供體，該氫鍵供體選自脲、甲基脲、乙醯胺、咪唑、丙三醇、乙二醇、1,4-丁二醇、乙酸、草酸、苯六甲酸、苯酚、鄰甲酚、二甲苯酚、木糖醇、D-山梨醇、D-異山梨醇、D-果糖或D-葡萄糖。
  27. 如請求項26之可再充電電化學電池單元，其中該氫鍵供體為乙酸。
  28. 如請求項20至27中任一項之可再充電電化學電池單元，其進一步包含一或多種四級銨鹽，其中各四級銨鹽獨立地具有式(R")4 N+ A- ，其中 各R"獨立地為C1 - 15 分支或未分支烴鏈；且 各A- 為具有單個電荷之陰離子。
  29. 如請求項28之可再充電電化學電池單元，其中該一或多種四級銨鹽選自溴化四乙基銨、溴化三乙基甲基銨及溴化十二烷基三甲基銨。
  30. 如請求項29之可再充電電化學電池單元，其中該四級銨鹽為溴化四乙基銨。
  31. 如請求項20至30中任一項之可再充電電化學電池單元，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  32. 如請求項20至31中任一項之可再充電電化學電池單元，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為4:1至25:1之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  33. 如請求項20至32中任一項之可再充電電化學電池單元，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為6:1至12:1之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  34. 如請求項20至33中任一項之可再充電電化學電池單元，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為6:1之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  35. 如請求項20至33中任一項之可再充電電化學電池單元，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為9:1之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  36. 如請求項20至33中任一項之可再充電電化學電池單元，其中該電解質包含ZnCl2 •H2 O與溴化四乙基銨比率為12:1之ZnCl2 •H2 O及溴化四乙基銨。
  37. 如請求項20至33中任一項之可再充電電化學電池單元，其中該一或多種四級銨鹽為溴化三乙基甲基銨及溴化十二烷基三甲基銨。
  38. 如請求項20至37中任一項之可再充電電化學電池單元，其進一步包含： 封蓋，該封蓋以可解除方式固定到該外殼且經組態以封閉且密封該接收區域； 陰極籠，該陰極籠被該接收區域接收且經組態以使該多孔碳材料與該第一電流收集器之第一表面保持電接通； 該第二電流收集器進一步包含面向該陰極籠之第一表面； 且 其中該第一雙極電極及該第一電流收集器及該第二電流收集器經組態以促進基本上可逆的電化學反應。
  39. 如請求項38之電化學電池單元，其中該第一電流收集器及該第二電流收集器經組態以促進鹵化物離子在該電化學電池單元之該碳材料處或附近轉化為多鹵化物相，且在對該電化學電池單元充電時在該第二電流收集器之該第二表面上形成鋅金屬層。
  40. 如請求項38或39中任一項之電化學電池單元，其中該封蓋藉由該外殼之該頂端支撐。
  41. 如請求項38至40中任一項之電化學電池單元，其中使用一或多個緊固構件將該封蓋固定到該外殼，該緊固構件延伸穿過該外殼且與安置於該外殼之一或多個緊固位置處之相應螺紋連接。
  42. 如請求項38至41中任一項之電化學電池單元，其進一步包含安置於該外殼與該封蓋之間之密封環，該密封環經組態以當該封蓋固定到該外殼時提供在該外殼與該封蓋之間之密封。
  43. 如請求項20至42中任一項之電化學電池單元，其中該接收區域包含由以下界定之體積： 內表面，該內表面沿基本上平行於該外殼之該頂端之第一方向延伸且與該外殼之該頂端相隔第一距離； 一對中間表面，該對中間表面沿基本上平行於該外殼之頂端之該第一方向延伸且與該外殼之該頂端相隔小於該第一距離之第二距離，該對中間表面及該內表面沿該第一方向不發生重疊； 相對的內側壁，該相對的內側壁各自沿基本上垂直於該第一方向之第二方向從該內表面之周界延伸到該等中間表面中之每一者之內端；及 相對的外側壁，該相對的外側壁各自沿基本上垂直於該第一方向之該第二方向從該等中間表面中之每一者之外端延伸到該外殼之該頂端，其中各中間表面使該等內側壁中之各別者與該等外側壁中之各別者在距該外殼之該頂端的該第二距離處互連。
  44. 如請求項43之電化學電池單元，其中該第一電流收集器包含第二表面，該第二表面安置於與該第一表面相對的該第一電流收集器一側上且與該內側壁中之各別者相對。
  45. 如請求項38至44中任一項之電化學電池單元，其中該第一電流收集器界定彎曲位置，且其中該第一電流收集器彎曲之角度基本上等於90度以將該第一電流收集器分段成垂直部分及水平部分。
  46. 如請求項43至45中任一項之電化學電池單元，其中該第一電流收集器之該垂直部分基本上平行於該各個內側壁從接近於該外殼之該內表面之第一端延伸到該彎曲位置，該彎曲位置接近於其中該內側壁及該各個中間表面相交之位置，且其中該第一電流收集器之該水平部分在該彎曲位置與第二端之間基本上平行於該各個中間表面延伸，該第二端接近於其中該外側壁及該各個中間表面相交之位置。
  47. 如請求項43至46中任一項之電化學電池單元，其中與該第一電流收集器之該第二表面相對的該外殼之該各個中間表面經組態以當該第一電流收集器之該水平部分擱置在該各個中間表面上時支撐該接收區域內之該第一電流收集器。
  48. 如請求項43至47中任一項之電化學電池單元，其中該陰極籠包含可操作以接收該碳材料之袋狀部分及沿基本上平行於該等中間表面之該第一方向從該袋狀部分延伸之凸緣部分，該凸緣部分包含鄰近於且接觸該第一電流收集器之該水平部分之表面，該第一電流收集器之該水平部分***該凸緣部分與該外殼之該各個中間表面之間。
  49. 如請求項48之電化學電池單元，其進一步包含端子構件，該端子構件延伸穿過該封蓋且與被該接收區域接收之該陰極籠之該凸緣部分電接觸，該端子構件提供該第一雙極電極之電端子以允許電流進入及離開該電化學電池單元。
  50. 如請求項43至49中任一項之電化學電池單元，其中該第二電流收集器包含第二表面，該第二表面安置於與該第一表面相對的該第二電流收集器之一側上且與該等內側壁中之各別者相對。
  51. 如請求項20至50中任一項之電化學電池單元，其中該第二電流收集器界定彎曲位置，在該彎曲位置處該第二電流收集器彎曲之角度基本上等於90度以將該第二電流收集器分段成垂直部分及基本上垂直於該垂直部分之水平部分。
  52. 如請求項51之電化學電池單元，其中該第二電流收集器之該垂直部分基本上平行於該各個內側壁從接近於該外殼之該內表面之第一端延伸到該彎曲位置，該彎曲位置接近於其中該各個內側壁及該各個中間表面相交之位置，且其中該第二電流收集器之該水平部分基本上平行於該中間表面在該彎曲位置與接近於其中該各個外側壁及該各個中間表面相交位置之第二端之間延伸。
  53. 如請求項20至52中任一項之電化學電池單元，其中與該第二電流收集器之該第二表面相對的該外殼之該各個中間表面經組態以當該第二電流收集器之該水平部分擱置在該各個中間表面上時支撐該接收區域內之該第二電流收集器。
  54. 如請求項51至53中任一項之電化學電池單元，其進一步包含端子構件，該端子構件延伸穿過該封蓋且與該第二電流收集器之該水平部分電接觸，該端子構件提供該第二雙極電極之電端子以允許電流進入及離開該電化學電池單元。
  55. 如請求項43至54中任一項之電化學電池單元，其進一步包含該外殼之該內表面中所形成之一系列狹槽，各狹槽經組態以在該接收區域內接納且保留該第一電流收集器、該第二電流收集器及該陰極籠中之各別者。
  56. 如請求項38至55中任一項之電化學電池單元，其進一步包含可在打開位置及關閉位置之間操作之閥門，當該閥門處於該打開位置時，該閥門准許該電化學電池單元內之蒸氣釋放通過貫穿該封蓋所形成之排氣口。
  57. 如請求項56之電化學電池單元，其中該閥門包含傘形閥門，當該電化學電池單元內之壓力在預定壓力範圍內時，該傘形閥門可操作以從該關閉位置移動到該打開位置。
  58. 如請求項38至57中任一項之電化學電池單元，其中該第一電流收集器由第一鈦材料形成且該第二電流收集器由第二鈦材料形成。
  59. 如請求項58之電化學電池單元，其中該第一鈦材料與該第二鈦材料相同。
  60. 如請求項58之電化學電池單元，其中該第一鈦材料與該第二鈦材料不同。
  61. 如請求項38至60中任一項之電化學電池單元，其中該第一電流收集器及該第二電流收集器進一步包含含有碳化鈦之塗層。
  62. 如請求項20至61中任一項之電化學電池單元，其中該碳材料包含碳黑材料。
  63. 如請求項20至62中任一項之電化學電池單元，其中該碳材料包含陰極餅，該陰極餅包含一至五個碳黑固體塊。
  64. 如請求項38至63中任一項之電化學電池單元，其中該陰極籠包含複數個孔洞。
  65. 如請求項38至64中任一項之電化學電池單元，其進一步包含分隔件，該分隔件***該第一雙極電極之至少一部分與該第二雙極電極之間。
  66. 如請求項65之電化學電池單元，其中該分隔件安置於該陰極籠與該碳材料之間。
  67. 如請求項65或請求項66之電化學電池單元，其中該分隔件包含碳纖布。
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