專利名稱：內(nèi)部帶有用于調(diào)節(jié)氣流的鼓風(fēng)機(jī)以及壓敏閥的金屬－空氣電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)電池通常被用作電力源。電池中帶有一負(fù)電極和一正電極。負(fù)電極含有可被氧化的活性材料；正電極含有或消耗可被還原的活性材料。負(fù)電極的活性材料能將正電極的活性材料還原。在某些實(shí)施例中，為了防止正電極活性材料與負(fù)電極活性材料直接發(fā)生反應(yīng)，利用一種隔離物使負(fù)電極與正電極之間實(shí)現(xiàn)相互電絕緣。
當(dāng)電池被用作裝置中的電力源時(shí)，與電極進(jìn)行電接觸，由此使電子流經(jīng)用電裝置，并允許兩活性材料分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，以便于產(chǎn)生出電能。一種電解質(zhì)—例如是氫氧化鉀與兩電極接觸，其含有能穿過隔離物在兩電極之間流動(dòng)的離子，從而可使整個(gè)電池在放電過程中保持電荷的平衡。
在金屬-空氣電化學(xué)電池中，氧氣在正電極(陰極)上被還原，金屬在負(fù)電極(陽極)上被氧化。輸送到陰極處的氧氣是由電池外部的環(huán)境大氣經(jīng)電池筒殼上的一個(gè)或多個(gè)空氣孔輸入的。
為了延長電池的工作壽命，希望能在電池不使用時(shí)使陰極與空氣隔絕開(例如為了減輕碳化作用)，但在使用時(shí)將陰極暴露在空氣中。在使用過程中，希望能向陰極提供均勻而充足的空氣量—例如為了使活性材料均勻地放電和/或獲得相對較高的放電電壓線型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)電池系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)例如是具有金屬-空氣電池的系統(tǒng)。當(dāng)這種系統(tǒng)被應(yīng)用在電子裝置中時(shí)，其能根據(jù)裝置的功率需求對空氣很好地進(jìn)行管理。一般情況下，當(dāng)裝置工作時(shí)，系統(tǒng)將其中的電池暴露向空氣，當(dāng)裝置關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)限制電池的空氣流量，由此可延長電池的使用壽命。在一些實(shí)施方式中，為了調(diào)節(jié)空氣流量，系統(tǒng)包括一鼓風(fēng)機(jī)和機(jī)構(gòu)，其中的機(jī)構(gòu)例如是閥，其對壓力的差異是敏感的。
在一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于提供了一種電化學(xué)電池系統(tǒng)，其包括一殼體；位于殼體中的金屬-空氣電池；一鼓風(fēng)機(jī)，其與金屬-空氣電池保持流體連通；以及一壓敏閥，其與鼓風(fēng)機(jī)保持流體連通，并能對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)。閥與鼓風(fēng)機(jī)能對金屬-空氣電池的空氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
實(shí)施方式可包括下列的一個(gè)或多個(gè)特征。系統(tǒng)包括多個(gè)壓敏閥。殼體包括一開孔。殼體包括一個(gè)第二壓敏閥，其在所述開孔的橫向上延伸。系統(tǒng)還包括一細(xì)長的中空構(gòu)件，其沿殼體延伸，該構(gòu)件形成了一條與金屬-空氣電池保持流體連通的通道。系統(tǒng)還包括一第二壓敏閥，其在由構(gòu)件形成的開孔的橫向上延伸。鼓風(fēng)機(jī)(例如是風(fēng)扇)位于殼體中。系統(tǒng)還包括多個(gè)位于殼體中的金屬-空氣電池。電池可包括一種材料，該材料一第一部分的透氣性與一第二部分的透氣性不同。殼體可以是圓筒形或棱柱形。
壓敏閥可包括一固定部分和一對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)的可動(dòng)部分，可動(dòng)部分能相對于固定部分產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，從而在二者之間形成可變的間隙。壓敏閥可包括兩個(gè)能對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)的可動(dòng)部分，這兩個(gè)可動(dòng)部分之間可形成可變的間隙。壓敏閥可包括一個(gè)能在第一方向以及與第一方向相反的第二方向上運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部分。壓敏閥可包括一個(gè)只能在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部分。壓敏閥可以是不允許水和/或二氧化碳透過的。壓敏閥可包括聚合物和/或金屬。
在通入到殼體中的空氣流路上，鼓風(fēng)機(jī)可位于壓敏閥的上游和/或下游。
在另一方面，本發(fā)明的特征在于提供了一種金屬-空氣電池，其包括一陰極；一鼓風(fēng)機(jī)，其與陰極保持流體連通；以及一壓敏閥，其與鼓風(fēng)機(jī)保持流體連通，并對其作出響應(yīng)，壓敏閥和鼓風(fēng)機(jī)能對流向陰極的空氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
實(shí)施方式可包括下列的一個(gè)或多個(gè)特征。電池包括多個(gè)壓敏閥。鼓風(fēng)機(jī)(例如是風(fēng)扇)在通向殼體的空氣流路中可位于壓敏閥的上游和/或下游。電池還包括一殼體，陰極、鼓風(fēng)機(jī)、以及壓敏閥位于該殼體中。
壓敏閥可包括一固定部分和一能對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)的可動(dòng)部分，可動(dòng)部分能相對于固定部分進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而在二者之間形成可變的間隙。壓敏閥可包括兩個(gè)能對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)的可動(dòng)部分，這兩個(gè)可動(dòng)部分之間能形成可變的間隙。壓敏閥可包括一個(gè)只能在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部分。壓敏閥可以是不允許水和/或二氧化碳透過的。壓敏閥可包括聚合物和/或金屬。
在再一方面中，本發(fā)明的特征在于提供了一種對流向金屬-空氣電池的空氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，該方法包括步驟啟動(dòng)一個(gè)與金屬-空氣電池保持流體連通的鼓風(fēng)機(jī)；以及，響應(yīng)于由鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的作用力，開啟一壓敏閥，以對電池的空氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
實(shí)施方式可包括下列的一個(gè)或多個(gè)特征。鼓風(fēng)機(jī)響應(yīng)于電流需求量而被啟動(dòng)。所述方法還包括操作停止鼓風(fēng)機(jī)的工作而將壓敏閥置于關(guān)閉狀態(tài)。所述方法還包括步驟停止鼓風(fēng)機(jī)的工作而使壓敏閥處于休息狀態(tài)。所述方法還包括步驟使空氣流經(jīng)一條與金屬-空氣電池保持流體連通的細(xì)長通道。
開啟壓敏閥的步驟可包括操作使壓敏閥的一可動(dòng)部分相對于一固定部分偏轉(zhuǎn)和/或使兩個(gè)可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)而在二者之間形成一個(gè)間隙。
實(shí)施方式可具有下列的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。用于調(diào)節(jié)空氣流量的機(jī)構(gòu)相對較為緊湊。結(jié)果就是，可在電池系統(tǒng)中容納更多的活性材料，由此可提高電池系統(tǒng)的容量。系統(tǒng)提供了一種簡單而有效的系統(tǒng)，其用于對流向金屬-空氣電池的空氣流量進(jìn)行管理。系統(tǒng)可被制為多種形狀，以適合于多種不同的裝置，且系統(tǒng)能低成本地制出。該系統(tǒng)的操作是很簡單的。在某些實(shí)施方式中，系統(tǒng)的工作狀況對使用者而言是透明可見的。
從下文對優(yōu)選實(shí)施方式的描述以及后附的權(quán)利要求能清楚地領(lǐng)會(huì)到本發(fā)明的其它方面、特征、以及優(yōu)點(diǎn)。


圖1表示了電化學(xué)電池系統(tǒng)的一種實(shí)施方式；圖2A和圖2B分別表示了縫隙閥的一種實(shí)施方式在處于關(guān)閉狀態(tài)和開啟狀態(tài)時(shí)的情形；圖3A和圖3B分別表示了縫隙瓣片閥的一種實(shí)施方式在處于關(guān)閉狀態(tài)和開啟狀態(tài)時(shí)的情形；圖4A表示了瓣片閥的一種實(shí)施方式，圖4B是沿圖4A中的4B-4B線對瓣片閥所作的剖面圖，圖4C表示了圖4A所示瓣片閥處于開啟狀態(tài)時(shí)的情形；圖5A、5B、5C表示了閥板的一些實(shí)施方式；圖6表示了根據(jù)一種實(shí)施方式的電化學(xué)電池系統(tǒng)的一部分；圖7中的軸測圖表示了電化學(xué)電池系統(tǒng)的一種實(shí)施方式；圖8是圖7所示電化學(xué)電池系統(tǒng)的分解視圖；圖9中的軸測圖表示了電化學(xué)電池系統(tǒng)的一種實(shí)施方式；圖10表示了電化學(xué)電池系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，圖中表示的是模型化的幾何形狀；圖11是圖10所示模型化幾何形狀的示意圖；圖12中的圖線表示了壓力降(atm)與流量(cc/s)之間的關(guān)系；圖13中的圖線表示了壓力降(atm)與流量(cc/s)之間的關(guān)系；圖14中的圖線表達(dá)的是壓力降(atm)與流量(cc/s)之間的關(guān)系；圖15中的圖線表示了閥厚度(微米)與閥開啟寬度(微米)之間的關(guān)系；圖16中的圖線表示了壓力降(mbar)與閥開度(微米)之間的關(guān)系；圖17表示了電化學(xué)電池系統(tǒng)的一種實(shí)施方式；圖18中的圖線表示了氧氣分壓與軸向距離之間的關(guān)系；以及圖19中的圖線表示了屏障層厚度或孔隙度因數(shù)與軸向距離之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，一電化學(xué)電池系統(tǒng)20包括一殼體22，殼體上帶有空氣出入孔28和29；以及一電化學(xué)電池24，此處，該電池是一金屬-空氣電池，其被設(shè)計(jì)成放置在殼體的內(nèi)部。殼體22和電池24圍成了一個(gè)風(fēng)室23，該風(fēng)室環(huán)繞著電池。系統(tǒng)20采用常規(guī)的尺寸設(shè)計(jì)，以便于能裝入到電子裝置的電池倉中，其中的電子裝置例如是電訊設(shè)備。例如，殼體22的尺寸可以與一種或多種普通的電池一例如AA型電池類似，系統(tǒng)20包括接線端26，其被設(shè)計(jì)成與電子裝置上的對應(yīng)接線端相接觸。
通常情況下，系統(tǒng)20被設(shè)計(jì)成能在使用過程中向電池24提供均勻而充足的空氣氣流。當(dāng)不使用時(shí)，系統(tǒng)20減輕電池24在空氣中的暴露度、或者停止將電池暴露向空氣，由此可延長電池的使用壽命。如圖1所示，系統(tǒng)20還包括一第一閥板30，其具有一個(gè)或多個(gè)壓敏閥33；一鼓風(fēng)機(jī)32；以及一第二閥板34，其具有一個(gè)或多個(gè)壓敏閥35。閥板30和34、以及鼓風(fēng)機(jī)32(例如是風(fēng)扇)被用來調(diào)節(jié)流入到殼體22中和從殼體中流出的空氣流量。更具體來講，閥板30和34分別包括一個(gè)或多個(gè)壓敏閥33和35，這些壓敏閥可對由鼓風(fēng)機(jī)32所產(chǎn)生的作用力(例如吹力或抽吸力)作出響應(yīng)。閥板33和35可根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)32是否被啟動(dòng)而開啟和關(guān)閉，從而能對流向電池24的氣流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
例如，在使用過程中，鼓風(fēng)機(jī)32被啟動(dòng)—例如利用電池24發(fā)出的電能和殼體22中的殘余氧氣使鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。鼓風(fēng)機(jī)32在被啟動(dòng)后能在壓敏閥33和35的相對兩側(cè)之間形成壓差。具體來講，鼓風(fēng)機(jī)32將空氣從開孔28吸入，從而向壓敏閥33施加一個(gè)推力，以將壓敏閥開啟?？諝饬鹘?jīng)壓敏閥33和風(fēng)室23，同時(shí)接觸到電池24，以便于使電池的陰極發(fā)生反應(yīng)，因而，系統(tǒng)20可發(fā)出電能。鼓風(fēng)機(jī)32還吹頂著壓敏閥35，以使其開啟，從而可將空氣從開孔29吹出。由鼓風(fēng)機(jī)助動(dòng)的空氣對流將使得系統(tǒng)20具有相對較高的速度—例如相對于空氣擴(kuò)散的情況。當(dāng)系統(tǒng)20不再使用時(shí)，停止鼓風(fēng)機(jī)32的工作。由于壓敏閥33和35不存在壓差，壓敏閥將關(guān)閉，從而減少或停止流向電池24的氣流，由此可減緩電池的衰退—例如由于碳化作用。結(jié)果就是，可增加電池24的有效壽命。在一些實(shí)施方式中，氣流被完全關(guān)斷，此情況下，理論上的電池有效壽命將達(dá)到無限。
壓敏閥33和壓敏閥35可以是相同類型的閥(下文將對此進(jìn)行描述)，或者，它們也可以是不同類型的閥。為便于描述，下文將只對壓敏閥33進(jìn)行描述，但所描述的內(nèi)容也同樣適用于壓敏閥35。一種常用類型的壓敏閥是由薄的彈性膜片構(gòu)成的，該膜片被部分地設(shè)置在一支撐體—例如閥板30上。在膜片上制有一個(gè)孔口—例如一縫隙?？卓谀芨鶕?jù)作用在膜片上的作用力或膜片兩側(cè)的壓差而閉合或開啟。
參見圖2A和圖2B，在某些實(shí)施方式中，壓敏閥33包括制在閥板30上的一縫隙閥36。閥板30例如可用具有足夠厚度和/或剛性的塑料或金屬制成，從而成為非柔順性的。縫隙閥36包括兩片用柔順性材料制成的可動(dòng)翼片或部分38，兩翼片可根據(jù)閥上作用力的方向而在第一方向(箭頭A)或相反的第二方向(箭頭B)上一起偏轉(zhuǎn)。在一休息狀態(tài)(見圖2A)中—例如當(dāng)閥36不受作用力或作用力不足的情況下，兩可動(dòng)部分38閉合而形成一個(gè)密封部40。密封部40可以是不透氣的，以阻止空氣流經(jīng)壓敏閥36，或者該密封部可被制成降低流經(jīng)壓敏閥的空氣流量，以允許特定量的空氣流過，從而可維持一定水平的待機(jī)功率。例如，在停息狀態(tài)，兩可動(dòng)部分38可形成一個(gè)間隙，該間隙小于壓敏閥36厚度(T)的約1％。如果鼓風(fēng)機(jī)32向壓敏閥36施加了足夠強(qiáng)的作用力(見圖2B)，則可動(dòng)部分38將偏轉(zhuǎn)(沿箭頭A或B)而在所述部分之間形成一間隙39，從而可允許空氣流經(jīng)壓敏閥(箭頭C方向)。當(dāng)作用力不再足以使可動(dòng)部分38偏轉(zhuǎn)時(shí)一例如當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)32停止工作時(shí)，可動(dòng)部分將恢復(fù)到休息狀態(tài)，由此可阻斷或減少流經(jīng)壓敏閥36的氣流。
參見圖3A和圖3B，在另外一些實(shí)施方式中，壓敏閥33可包括一個(gè)制在閥板30上的縫隙瓣片閥42?？p隙瓣片閥42包括一固定部分44和一可動(dòng)的翼片或部分46，可動(dòng)翼片是用柔順材料制成的，其可在一個(gè)方向(箭頭D)上偏轉(zhuǎn)。固定部分44可用非柔順性的材料制成，和/或利用剛性的支撐物來加強(qiáng)該固定部分，其中，非柔順性的材料例如是硬質(zhì)聚合物或金屬。如圖所示，固定部分44可以與閥板30制成一體。在停息狀態(tài)(見圖3A)時(shí)，如果壓敏閥42上不存在作用力或作用力不足，則固定部分44和可動(dòng)部分46將形成一密封部48，其基本上等同于上述的密封部40。在某些實(shí)施方式中，密封部48被制成相對于垂直于壓敏閥42的平面的軸線具有約30-70°的角度(α)。如果向縫隙瓣片閥42施加足夠的作用力，可動(dòng)部分46將(沿箭頭D方向)偏轉(zhuǎn)，從而在固定部分44與可動(dòng)部分46之間形成一個(gè)間隙50，這樣，空氣可(沿箭頭F方向)流經(jīng)壓敏閥42。當(dāng)不再施加足夠強(qiáng)的作用力時(shí)，可動(dòng)部分46恢復(fù)到其休息狀態(tài)，由此可阻斷或減少流經(jīng)壓敏閥42的氣流。
對于給定的作用力(或壓差)，縫隙瓣片閥42所形成的間隙要大于縫隙閥36的間隙。在縫隙瓣片閥42中，只有一個(gè)翼片部分是可動(dòng)的，而在縫隙閥36中卻有兩個(gè)翼片可動(dòng)。另外，縫隙瓣片閥42的間隙50可隨著壓差的變化線性地增大，但在某些情況中，縫隙閥36中間隙39尺寸卻會(huì)隨著閥上所受作用力的增大而短暫地減小(隨著構(gòu)件的偏轉(zhuǎn)，可動(dòng)構(gòu)件38的逆游“拐角”會(huì)暫時(shí)性地減小間隙39的尺寸)。此外，相比于縫隙閥36，縫隙瓣片閥42更易于制造。
壓敏閥33還可采用其它的實(shí)施方式。一般來講，壓敏閥33可以是能響應(yīng)于閥上所受壓差或作用力調(diào)節(jié)閥的空氣通流量的任何機(jī)構(gòu)。例如，參見圖4A-4C，一個(gè)類似于狗洞門的瓣片閥52是通過在一種柔順性材料上切割出合適的構(gòu)型而制成的。這樣，瓣片閥52就能根據(jù)所施加的作用力而開啟(見圖4C)或關(guān)閉(見圖4B)。在于＿＿日提交的、發(fā)明名稱為“電極屏障物”的第＿＿號專利申請(代理人參考注冊號為第M-4923)中就介紹了壓敏閥的其它實(shí)施方式及其制造方法，該專利申請被結(jié)合到本申請中作為參考內(nèi)容。
壓敏閥33可用任何柔順性材料制成，優(yōu)選地采用那些不會(huì)發(fā)生或很少發(fā)生永久性變形的材料。在某些實(shí)施方式中，該材料的透氣性較差，例如，氧氣和/或二氧化碳無法擴(kuò)散透過該材料。但是，在某些情況下，材料可具有預(yù)定的孔隙度，以允許預(yù)定量的空氣擴(kuò)散透過—例如為了維持一定的待機(jī)輸出。所述材料可以是聚合物或金屬，例如可以是鋁等金屬的薄箔。所用材料的實(shí)例包括乳膠、橡膠、聚丙烯、或聚乙烯。材料的厚度在約10微米到約250微米的范圍內(nèi)。例如，厚度可大于或等于10、50、100、150或200微米，和/或小于或等于250、200、150、100、或50微米。對于給定的厚度，材料的剛性和閥開啟所需的功將取決于材料的楊氏模量。在某些實(shí)施方式中，材料的楊氏模量在約1MPa到10MPa的范圍內(nèi)。例如，材料的楊氏模量可大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8或9MPa，和/或小于或等于10、9、8、7、6、5、4、3或2MPa?？赏ㄟ^將一層柔順性材料連接(例如采用粘接劑)到閥板上、并用激光對材料層執(zhí)行切割來制出壓敏閥33。
可按照多種格局來布置壓敏閥。圖5A-5C表示了壓敏閥33在閥板30上布置格局的一些實(shí)例。閥板30可帶有一個(gè)或多個(gè)壓敏閥33，例如可帶有兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)、或更多個(gè)壓敏閥。壓敏閥33可以為通常的直線形(圖5A)或曲線形(見圖5B和圖5C)。壓敏閥33的布置可以是對稱的或非對稱的。也可按照組合的形式使用壓敏閥33。例如，一閥板上可帶有一個(gè)或多個(gè)縫隙閥、一個(gè)或多個(gè)縫隙瓣片閥、一個(gè)或多個(gè)瓣片閥、和/或一個(gè)或多個(gè)不同類型的壓敏機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)20可總共包括一個(gè)或多個(gè)閥板—例如可包括兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)或更多個(gè)閥板。
為了調(diào)節(jié)空氣流量，壓敏閥33可被設(shè)置在系統(tǒng)20中的任何位置。在某些實(shí)施方式中，殼體22的一側(cè)上具有一些空氣出入孔，一個(gè)或多個(gè)壓敏閥33沿橫向延伸而遮住這些出入孔。殼體22上可帶有放氣孔，壓敏閥33可橫向延伸而遮住這些放氣孔。在第6232007號美國專利中介紹了放氣孔以及這些放氣孔的布置方案，該專利被結(jié)合到本申請中作為參考。壓敏閥33可被制成橫罩著開孔28和/或29，且設(shè)置有或不設(shè)置閥板30和/或34。
鼓風(fēng)機(jī)32被設(shè)計(jì)成向壓敏閥33和35施加作用力，并能在風(fēng)室23中形成預(yù)先選定的壓降和流量。鼓風(fēng)機(jī)32與一控制電路(圖中未示出)進(jìn)行接口連接?？刂齐娐繁辉O(shè)計(jì)成根據(jù)預(yù)先選定的工作模式對鼓風(fēng)機(jī)32實(shí)施控制。例如，在某些實(shí)施方式中，控制電路可被設(shè)計(jì)成當(dāng)其檢測到使用該電池系統(tǒng)的電子裝置請求一定的電壓或電流(例如一閾值電流)時(shí)，則啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)32。如果測得電壓或電流的改變超過了一個(gè)預(yù)定值—例如閾值電流，則控制電路可停止鼓風(fēng)機(jī)32的工作。在于＿＿日提交的、名稱為“電化學(xué)電池系統(tǒng)”的U.S.S.N＿＿號[備案號為08935-261001/M-4986]申請中描述了控制電路的一種實(shí)例，該申請被結(jié)合到本文中作為參考內(nèi)容?？刹捎每勺兊娘L(fēng)扇轉(zhuǎn)速—例如為了應(yīng)對可變的電流需求。例如，控制電路可包括一類比晶體管，而不是電阻器。鼓風(fēng)機(jī)的一種實(shí)例是采用DC電機(jī)風(fēng)扇，可從中國溫州的Kot’lJinLong機(jī)械工廠購買該風(fēng)扇。
在U.S.S.N＿＿號[備案號為08935-261001/M-4986]申請中描述了電池24多種不同的實(shí)施方式及其制造方法。其它的電池制造方法例如公開在與本申請屬于同一受讓人的U.S.S.N.10/060701號申請(申請日為2002年1月30日)中，該申請的全部內(nèi)容都被結(jié)合到本申請中作為參考。在于1999年8月13日提交的U.S.S.N.09/374277、于1999年8月13日提交的U.S.S.N.09/374278、于1999年10月13日提交的U.S.S.N.09/416799、于1999年10月26日提交的U.S.S.N.09/427371、以及于2000年1月31日提交的U.S.S.N.09/494586號申請中介紹了其它的金屬-空氣電池及其制造方法，所有這些申請的內(nèi)容都被結(jié)合到本申請中作為參考。
在一些實(shí)施方式中，例如可以用金屬或塑料制成殼體22，例如可通過模制或擠型工藝來制造殼體。在一些實(shí)施方式中，殼體22的側(cè)面上具有一個(gè)或多個(gè)開孔。這些開孔允許空氣進(jìn)入到殼體22中，以便于使電池24維持一定的待機(jī)電流。這些開孔還允許不參加反應(yīng)的氣體—例如氮?dú)鈴臍んw22中排出。作為替代方案或另外的方案，系統(tǒng)20可只包括一塊閥板，以使得電池24可通過開孔28或29暴露給空氣。作為替代方案或另外的方案，壓敏閥33和/或35可以如上文所述的那樣在處于停息狀態(tài)時(shí)并非是氣密的。
在一種工作模式下，當(dāng)系統(tǒng)20—具體而言是控制電路檢測到使用該系統(tǒng)的裝置發(fā)出預(yù)定的閾值電流請求時(shí)，就向電池24輸送空氣。當(dāng)控制電路檢測到閾值電流時(shí)，控制電路啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)32—例如利用待機(jī)電流啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，其中，待機(jī)電流是利用剩余空氣、和/或從壓敏閥33和35流入的空氣、和/或其它開孔流入的空氣而發(fā)出的。由鼓風(fēng)機(jī)33產(chǎn)生的作用力將空氣從開孔28抽入或吸入，并將壓敏閥33的可動(dòng)部件偏轉(zhuǎn)到殼體22的內(nèi)部，從而開啟壓敏閥33?？諝饬魅氲綒んw22內(nèi)部，并與金屬-空氣電池24相接觸，以使其陰極發(fā)生反應(yīng)?？諝膺€流向壓敏閥35，并使壓敏閥35的可動(dòng)部件向外偏轉(zhuǎn)，由此允許空氣經(jīng)壓敏閥35和開孔29從殼體22中排出。
在鼓風(fēng)機(jī)32工作的過程中，壓敏閥33和/或35可保持恒定的開啟或部分開啟。在某些工作模式中，壓敏閥33和/或35在工作過程中循環(huán)地開啟和關(guān)閉(或部分地開啟和部分地關(guān)閉)，這樣的操作例如是根據(jù)所需的電流和/或鼓風(fēng)機(jī)32所施加的作用力而執(zhí)行的。
當(dāng)控制電路檢測到電流小于閾值電流時(shí)—例如當(dāng)裝置關(guān)閉時(shí)，控制電路停止鼓風(fēng)機(jī)32的工作。鼓風(fēng)機(jī)32停止將空氣抽吸和吹送過系統(tǒng)20，作用在壓敏閥33和35上的作用力減小。結(jié)果就是，壓敏閥33和35恢復(fù)到其休息狀態(tài)，由此停止和/或減小了流經(jīng)系統(tǒng)20的空氣流量。這樣可減輕對電池24的碳化作用，從而延長了電池的工作壽命。
參見圖6，在其它實(shí)施方式中，鼓風(fēng)機(jī)32位于第一閥板30的上游。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)32工作時(shí)，其向壓敏閥33施加一個(gè)作用力—例如推頂力，從而使閥的可動(dòng)部件偏轉(zhuǎn)到殼體22中。
參見圖17，在某些情況中，電池系統(tǒng)200包括閥板30和34，兩閥板構(gòu)成了系統(tǒng)的端部。如圖所示，閥板30和34上帶有接線端26，此情況下，無需另外設(shè)置任何開孔—例如開孔28和29。
在某些實(shí)施方式中，系統(tǒng)20可包括多個(gè)電池—例如具有兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)、或更多個(gè)電池。圖7和圖8表示了一種系統(tǒng)100，其具有一殼體22、兩個(gè)電池24、一鼓風(fēng)機(jī)32、一控制電路102、以及一擴(kuò)散通道或管體104。可按照上述的形式布置壓敏閥。例如，壓敏閥可被布置成橫罩著擴(kuò)散管104，靠近鼓風(fēng)機(jī)32(位于其上游或下游)，并橫罩著殼體22上的空氣出入孔(圖中未示出)和/或殼體的端部。圖9表示了一種系統(tǒng)106，其具有一殼體22、四個(gè)電池24、以及擴(kuò)散通道108。可按照上述的內(nèi)容制出壓敏閥。在U.S.S.N號申請[備案號為第08935-26001/M-4986]對系統(tǒng)100和106作了詳細(xì)的描述。在于1999年9月21日提交的、名稱為“用于金屬-空氣電池的空氣管理系統(tǒng)”的其它的U.S.S.N 09/400020號申請中描述了具有擴(kuò)散通道或擴(kuò)散管的其它電池系統(tǒng)，該申請被結(jié)合到本申請中作為參考。
在其它實(shí)施方式中，可使用其它類型的電化學(xué)電池—例如空氣輔助電池(air-assisted cell)。例如在第6372370號美國專利中就介紹了空氣輔助電池，該專利的全部內(nèi)容被結(jié)合到本申請中作為參考。還可使用其它類型的金屬-空氣電池—例如鎂-空氣電池或鋁-空氣電池。
電池24也可采用其它的構(gòu)造。例如，電池24也可以是棱柱形的。在與本申請屬于同一受讓人的U.S.S.N.10/060701號申請(申請日為2002年1月30日)中就公開了棱柱形電池和殼體的一些實(shí)例，該申請的名稱為“電池及電池系統(tǒng)”，其全部內(nèi)容都被結(jié)合到本申請中作為參考。
本文所述的壓敏閥和/或鼓風(fēng)機(jī)可被用在普通的金屬-空氣電池中。例如，壓敏閥可在金屬-空氣電池筒殼上空氣出入孔的橫向上延伸。在第6232007號美國專利中描述了金屬-空氣電池。
在其它一些實(shí)施方式中，電池24包括一屏障層(例如聚四氟乙烯—PTFE層)，該屏障層具有一個(gè)或多個(gè)部分，這些部分相對于屏障層上的其它部分經(jīng)過了改造，以便于調(diào)節(jié)氧氣和水等材料流過屏障層時(shí)的流速。例如，屏障層上更靠近入口(例如壓敏閥33)的部分(即擴(kuò)散路線較短的部分)的通流阻力要高于屏障層上離入口較遠(yuǎn)部分(即擴(kuò)散路線較長的部分)的阻力，以便于改善(例如增大)氧氣通流的均勻性和/或改善(例如降低)水的遷移性。對于選定的材料，屏障層上的一些部分與其它部分相比具有不同的質(zhì)量轉(zhuǎn)移阻力或滲透性。屏障層的一些部分可具有不同于其它部分的孔隙度。屏障層的一些部分可具有不同于其它部分的表觀密度。在一些實(shí)施方式中，屏障層上包圍著電池的一個(gè)或多個(gè)部分是非均勻性的。
在一些實(shí)施方式中，電池24包括一吸水層，其包裹纏繞在陰極的外面，例如用于吸收從電池中泄漏出的電解質(zhì)等材料。該吸水層例如可以是Whatman紙或Pelon(一種未經(jīng)壓光處理的聚酰胺無紡布，其由馬薩諸塞州Lowell地方的Freudenberg Nonwoven TechnicalProduct Division出品)。類似于上述的屏障層，可對該吸水層進(jìn)行改造。
可采用多種方法來改變(例如增大或減小)屏障層和/或吸水層的特性，其中的特性例如是某種材料(例如水和/或氧氣)透過該結(jié)構(gòu)層的質(zhì)量轉(zhuǎn)移阻力。在某些實(shí)施方式中，屏障層的功效是機(jī)械性的。在另外一些實(shí)施方式中，屏障層的厚度被改變了。在U.S.S.N.10/060701號申請和第6232007號美國專利中描述了改造屏障層的其它方法。
下列的實(shí)例是示例性的，并非是為了進(jìn)行限定。
實(shí)例1如下的實(shí)例介紹了一種用于設(shè)計(jì)電化學(xué)電池系統(tǒng)的方法，此處，該電池系統(tǒng)具有一AA型圓柱電池、一鼓風(fēng)機(jī)、以及一個(gè)或多個(gè)壓敏閥。
圖10表示了一種電池系統(tǒng)150，其幾何形狀被表示為一個(gè)模型152，圖11中示意性地表示了該幾何模型。如圖所示，d是風(fēng)室的深度(cm)；W1是入口閥的開口寬度(cm)；Wo是出口閥的開度(cm)；t是閥的厚度(cm)；F是流量(cc/s)。所采用電池的長度為5.0cm，電池的直徑為1.4cm。壓敏閥被模型化為具有圖5B所示結(jié)構(gòu)的縫隙閥。系統(tǒng)被代入到Femlab中(可從馬薩諸塞州伯靈頓市的Comsol公司購得)進(jìn)行計(jì)算，并針對上述幾何模型從入口到出口求解Navier Stoke公式。下表中列出了為設(shè)計(jì)參數(shù)所選擇的最大—最小范圍。
表1

出口寬度/入口寬度的比值通常為1，如果出口和入口具有不同的條件，則該數(shù)值會(huì)小一些。
采用上述的數(shù)值范圍，利用小面居中的中心復(fù)合設(shè)計(jì)算法(SmallFace-Centered Central Composite Design算法，該算法存在于StatEase Design Expert中)，模擬出一個(gè)設(shè)計(jì)矩陣。求解獲得入口、出口、以及出口與入口之間風(fēng)室的壓降。計(jì)算結(jié)果被用來推導(dǎo)下列的關(guān)系式dP1=1020t0.649F0.968W12.67---(1)]]>dP0=889t0.827FW02.81---(2)]]>dPPl=1130F1.03d3.27---(3)]]>dPSystem=dP1+dP0+dPPl---(4)]]>其中，dPl是經(jīng)過入口的壓降，dPo是經(jīng)過出口的壓降，dPPl是經(jīng)過風(fēng)室的壓力降。dPSystem是系統(tǒng)總的壓力降?；谟赡Ｐ偷玫降捻憫?yīng)參數(shù)，利用多變量回歸算法推導(dǎo)出上述的關(guān)系式。
圖12表示了流量和風(fēng)室深度對壓降的影響。閥的寬度為10微米，厚度為100微米。風(fēng)室的壓降只是風(fēng)室深度和流量的函數(shù)。dPPl隨著流量的增加而增大，且隨著風(fēng)室深度的增大而減小。
圖13表示了對于相同的壓敏閥流量和閥開口寬度對入口壓降和出口壓降的影響。閥的厚度為100微米。入口和出口的壓降只是閥開口寬度、閥厚度以及流量的函數(shù)，dPl或dPo隨流量的增大而增大，隨開口寬度的增大而減小。
圖14表示了對于相同的壓敏閥流量和閥厚度對入口壓降和出口壓降的影響。閥的開口寬度為10微米。入口和出口的壓降只是閥開口寬度、閥厚度以及流量的函數(shù)，dPl或dPo隨流量的增大而增大，隨開口寬度的減小而減小。
利用上述的觀測結(jié)果，可采用下列的步驟來為鼓風(fēng)機(jī)和縫隙閥設(shè)計(jì)參數(shù)。一般來講，基于預(yù)期的電流而選定空氣流量。然后，對于選定的流量，利用公式1-4描繪出閥厚度、開口寬度以及壓降之間的關(guān)系曲線。選擇一個(gè)閥厚度值，并根據(jù)公式1-4描繪出開口寬度與壓降之間的變化規(guī)律。針對多種不同的制閥材料，確定出開口寬度與壓降之間的變化規(guī)律，并找出這些規(guī)律曲線與前一曲線的交點(diǎn)。系統(tǒng)壓降應(yīng)當(dāng)是閥壓降的兩倍。選擇一個(gè)能實(shí)現(xiàn)合適壓降和流量的鼓風(fēng)機(jī)。
更具體來講，首先確定出維持工作電流密度I(mA/cm2)所需的最小氧氣平均分壓(PO2)。％O2＝100+54.17-27.69*ln(I)。確定出系統(tǒng)通常將會(huì)遇到的電池電流，例如Icell＝0.5A。選擇系統(tǒng)所需的空氣流量(F)F=ξIcellRTnFpO2[1-%O2/100]---(5)]]>式中，F(xiàn)(法拉第常數(shù))＝96487C/equiv；N(總的電子數(shù))＝2.5；R(氣體常數(shù))＝82.06atm-cc/mol-K；對于大于0.5A的電流，ξ(化學(xué)計(jì)量系數(shù))約等于1.0-4.0；pO2(大氣條件下)＝0.21atm。d為定值，例如在0.5-1.5mm之間。
對于選定的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立入口和出口處的壓降狀況(見圖15)。所示計(jì)算結(jié)果針對的是Icell＝0.5A和d＝1.0m情況(在圖15中，t和W1的單位是微米，而不是cm)。選擇一可行的閥厚度—例如100微米。
入口/出口壓降和Wl的壓降被表示在圖16中。按照公式1-2，維持空氣流量所需的壓降隨閥開口寬度的增大而降低。但是，使一種特定膜片保持開啟所需的壓降則隨著開口寬度的增大而增大。這兩條曲線利用它們之間的交點(diǎn)確定出了入口或出口的壓降。因而，由于不同的縫隙閥具有不同的交點(diǎn)(如圖16所示)，所以縫隙閥的設(shè)計(jì)形式就確定了壓降?？p隙閥的響應(yīng)曲線取決于閥板的設(shè)計(jì)形式以及閥材料的楊氏模量。對于更為嚴(yán)格的材料選擇方法，可利用針對不同設(shè)計(jì)和材料而開發(fā)的FEA軟件(例如ANSYS)來形成響應(yīng)曲線。
然后，選擇能提供合適壓降和流量的鼓風(fēng)機(jī)。系統(tǒng)的總壓降可由公式4求得，鼓風(fēng)機(jī)可提供該壓降。由于公式4表達(dá)了入口或出口寬度的壓降(如上所述，是由縫隙閥決定的)與系統(tǒng)壓降(該壓降是由鼓風(fēng)機(jī)提供的)之間的關(guān)系，所以應(yīng)當(dāng)一起來選擇鼓風(fēng)機(jī)和縫隙閥。響應(yīng)性較差的縫隙閥一般需要更為強(qiáng)勁的鼓風(fēng)機(jī)，這樣的鼓風(fēng)機(jī)可形成更大的壓降，由此使壓敏閥充分地張開，其開度足以維持空氣流量。功率較低的鼓風(fēng)機(jī)一般需要響應(yīng)性更好的縫隙閥，以便于將其開啟到足以維持空氣流量的開度上。
實(shí)例2在一圓筒形的系統(tǒng)中，空氣從一端進(jìn)入，并與處于軸向上的電池表面發(fā)生反應(yīng)，在軸向上，氧氣分壓存在一個(gè)梯度變化。出現(xiàn)該梯度的原因在于氧氣的遷移存在阻力。該遷移阻力與風(fēng)室的面積和電池上屏障層(例如Whatman紙或Teflon屏障層)的孔隙度成反比，并與風(fēng)室的長度和屏障層的厚度成正比。對于給定的電流密度，進(jìn)氣口處的氧氣分壓最高，排氣口處的氧氣分壓最低。氧氣分壓在軸向上的梯度還是系統(tǒng)所要應(yīng)對的用電電流密度的函數(shù)。氧氣分壓存在梯度的結(jié)果就是陰極電流密度也存在梯度。陰極上的反應(yīng)電流密度與氧氣的濃度(或與之等效的氧氣分壓)成正比。在軸向上變化的反應(yīng)電流會(huì)對鋅的利用率造成不利影響。隨著時(shí)間的延續(xù)，靠近入口處的電池部分會(huì)逐漸缺乏可用的鋅，從而越來越少的鋅參與到供應(yīng)用電電流的反應(yīng)中。最終的結(jié)果是，鋅的電勢很早地下降到截止電壓以下，由該電池供電的裝置停止工作。
為了消除氧氣在軸向上的梯度以及由此引發(fā)的電流密度梯度(即使它們變得均勻)，可改變氧氣向陰極表面遷移的阻力?？赏ㄟ^沿軸向改變陰極上屏障層(即Whatman紙或Teflon屏障層)的厚度和/或孔隙度，來改變氧氣的遷移阻力。
下面將介紹一個(gè)通常的實(shí)例。例如，對于一定的用電電流密度，通過基于圖18中的數(shù)據(jù)集1形成模擬模型(利用FEMLAB軟件)，可計(jì)算出某種系統(tǒng)中氧氣在軸向上的梯度分布，其中，在該系統(tǒng)中，空氣從一端進(jìn)入，并從另一端排出。然后，其中一個(gè)設(shè)計(jì)目的就是通過減小氧氣分壓的變化(例如將變化減到最小)來提高(例如增加到最大)鋅的利用率?？赏ㄟ^改變屏障層厚度和/或屏障層孔隙度來實(shí)現(xiàn)這一目的。事實(shí)上，風(fēng)室深度的變化是與此類似的，但其效果與屏障層厚度相反，此處將不作描述。
對于給定的幾何形狀和用電密度，氧氣的梯度與屏障層中陰極表面垂直，并作為軸向坐標(biāo)的函數(shù)，可用Fick第一定律表達(dá)該梯度。Fick第一定律闡述的這樣的原理在陰極上的任何位置點(diǎn)y上，作為軸向坐標(biāo)z的函數(shù)的電流密度j都與氧氣濃度在垂直于陰極表面的方向上的梯度相關(guān)。該關(guān)系式可被表示為ΔuΔy(z)=-Vnj(z)nFXDϵ1.5]]>在上面的公式中，u是氧氣濃度，其被表示為環(huán)境氧氣的分?jǐn)?shù)，y是垂直于陰極表面的坐標(biāo)，z是軸向坐標(biāo)，Vn是空氣的摩爾體積，X是大氣環(huán)境中氧氣的摩爾份數(shù)，D是大氣擴(kuò)散系數(shù)，ε是膜片的孔隙度。一個(gè)設(shè)計(jì)目的是通過使函數(shù)j(z)均勻而提高陽極金屬的利用率。為了使j(z)在z方向上不發(fā)生變化，優(yōu)選地是，使Δu成為隨z變化的均勻函數(shù)。從上述的公式可看出，通過使位于左側(cè)分式的分母中的y相對于計(jì)算出的梯度成比例地線性地增加、或者使位于右側(cè)分式的分母中的ε1.5成比例地減小，就能實(shí)現(xiàn)上述的目的。
在圖19中表示了可使圖18展示的分壓梯度(數(shù)據(jù)集1)變得均勻的、對應(yīng)的屏障厚度函數(shù)和屏障孔隙度函數(shù)。通過為數(shù)據(jù)集1擬合一個(gè)函數(shù)，并通過積分運(yùn)算求得一個(gè)平均值，就能計(jì)算出屏障層厚度變化的泛函性。然后，通過用該濃度平均值去除數(shù)據(jù)集1的擬合函數(shù)，而獲得圖19所示的厚度因數(shù)。然后，將初始模擬運(yùn)算中所用的厚度(從該厚度值得到了數(shù)據(jù)集1)與厚度函數(shù)進(jìn)行相乘。如果所得到的屏障層厚度變量被用在系統(tǒng)中，則就能獲得圖18中數(shù)據(jù)集2所示的氧氣平均分壓。利用該平均值、并將所獲得的泛函性提高到冪0.667，就能獲得孔隙度的泛函性。將初始設(shè)定的孔隙度與屏障孔隙度因數(shù)進(jìn)行相乘，也能生成數(shù)據(jù)集2，其中，當(dāng)初始孔隙度與屏障孔隙度因數(shù)相乘時(shí)，其被用來生成數(shù)據(jù)集1。所獲得的均勻分壓將使得陽極具有很好的利用率。
一般來講，優(yōu)選地是采用厚度或孔隙度可變的連續(xù)薄膜。但是，如果制造這種具有連續(xù)孔隙度的屏障層在經(jīng)濟(jì)上是不可行的，則優(yōu)選地是采用功效逐級變化的屏障層。作為舉例，如果采用厚度逐級變化的屏障層，而不是采用原先的均勻厚度屏障層，則能獲得很高的陽極利用率。制造厚度逐級變化的屏障層的成本較低。獲得這種階梯變化功效的一種方式是通過選用單層厚度為0.25δ的屏障層，其中，δ為初始厚度。然后，通過包裹10、6、4和2個(gè)單層，可獲得2.5、1.5、1和0.5倍的厚度。
本文中提到的所有公開文件和專利都被同等程度地結(jié)合到本申請中作為參考，就如同具體指出每一文件和專利、并它們結(jié)合到本申請中作為參考一樣。
在權(quán)利要求書中限定了其它的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)電池系統(tǒng)，其包括一殼體；一位于殼體中的金屬-空氣電池；一鼓風(fēng)機(jī)，其與金屬-空氣電池流體連通；以及一壓敏閥，其與鼓風(fēng)機(jī)流體連通，并能對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)，壓敏閥與鼓風(fēng)機(jī)能對流向金屬-空氣電池的氣流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于壓敏閥包括一固定部分和一對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)的可動(dòng)部分，可動(dòng)部分能相對于固定部分產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，從而在所述部分之間形成可變的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于壓敏閥包括兩個(gè)能對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)的可動(dòng)部分，這兩個(gè)可動(dòng)部分之間可形成可變的間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于壓敏閥包括一個(gè)能在第一方向以及與第一方向相反的第二方向上運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于壓敏閥包括一個(gè)只能在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括多個(gè)壓敏閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于壓敏閥是不允許水和二氧化碳透過的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于壓敏閥包括聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于壓敏閥包括金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于在通入到殼體中的空氣流路上，鼓風(fēng)機(jī)位于壓敏閥的上游。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于在通入到殼體中的空氣流路上，鼓風(fēng)機(jī)位于壓敏閥的下游。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于殼體包括一開孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于殼體包括一第二壓敏閥，其在所述開孔的橫向上延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括一細(xì)長的中空構(gòu)件，其沿殼體延伸，該構(gòu)件形成了一條與金屬-空氣電池流體連通的通道。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括一第二壓敏閥，其在由構(gòu)件形成的開孔的橫向上延伸。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于鼓風(fēng)機(jī)包括一風(fēng)扇。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于鼓風(fēng)機(jī)位于殼體中。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括多個(gè)位于殼體中的金屬-空氣電池。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于殼體是圓筒形的。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于殼體是棱柱形的。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于電池包括一種材料，該材料的第一部分的透氣性與它的第二部分的透氣性不同。
22.一種金屬-空氣電池，其包括一陰極；一鼓風(fēng)機(jī)，其與陰極流體連通；以及一壓敏閥，其與鼓風(fēng)機(jī)流體連通，并對其作出響應(yīng)，壓敏閥和鼓風(fēng)機(jī)能對流向陰極的氣流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于壓敏閥包括一固定部分和一對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)的可動(dòng)部分，可動(dòng)部分能相對于固定部分運(yùn)動(dòng)，從而在所述部分之間形成可變的間隙。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于壓敏閥包括兩個(gè)能對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)的可動(dòng)部分，這兩個(gè)可動(dòng)部分之間可形成可變的間隙。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于壓敏閥包括一個(gè)只能在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于系統(tǒng)包括多個(gè)壓敏閥。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于壓敏閥不允許水和/或二氧化碳透過。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于壓敏閥包括聚合物。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于壓敏閥包括金屬。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于在通向陰極的空氣流路上，鼓風(fēng)機(jī)位于壓敏閥的上游。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于在通向陰極的空氣流路上，鼓風(fēng)機(jī)位于壓敏閥的下游。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于鼓風(fēng)機(jī)包括一風(fēng)扇。
33.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池，其特征在于還包括一殼體，陰極、鼓風(fēng)機(jī)、以及壓敏閥位于該殼體中。
34.一種對流向金屬-空氣電池的氣流進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，該方法包括步驟啟動(dòng)一個(gè)與金屬-空氣電池流體連通的鼓風(fēng)機(jī)；以及響應(yīng)于由鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的作用力而開啟一壓敏閥以對流向電池的氣流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于鼓風(fēng)機(jī)響應(yīng)于電流需求量而被啟動(dòng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于還包括步驟停止鼓風(fēng)機(jī)的工作而將壓敏閥置于關(guān)閉狀態(tài)。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于還包括步驟停止鼓風(fēng)機(jī)的工作而使壓敏閥處于休息狀態(tài)。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于開啟壓敏閥的步驟包括使壓敏閥的一可動(dòng)部分相對于一固定部分偏轉(zhuǎn)。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于開啟壓敏閥的步驟包括使兩個(gè)可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)而在所述部分之間形成一個(gè)間隙。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于還包括步驟使空氣流經(jīng)一條與金屬-空氣電池流體連通的細(xì)長通道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電化學(xué)電池或電池系統(tǒng)，其包括一鼓風(fēng)機(jī)，該鼓風(fēng)機(jī)例如是一風(fēng)扇(32)；以及一個(gè)或多個(gè)壓敏機(jī)構(gòu)(35)，其例如是縫隙閥，該壓敏機(jī)構(gòu)允許空氣進(jìn)入到電池或電池系統(tǒng)中、或從電池或電池系統(tǒng)中排出。所述壓敏機(jī)構(gòu)能對鼓風(fēng)機(jī)作出響應(yīng)，由此來調(diào)節(jié)流向電化學(xué)電池(例如是金屬－空氣電池)的空氣流量。
文檔編號H01M6/00GK1679205SQ03821081
公開日2005年10月5日 申請日期2003年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者S·莫圖帕利, J·奧尼爾 申請人:吉萊特公司