包括空氣電極的具有蒸氣返回的電化學(xué)電池中的水管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了用于管理一個或多個電化學(xué)電池中的水含量的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)包括用于接收與電化學(xué)電池相關(guān)聯(lián)的潮濕氣相的氣相導(dǎo)管、被連接至各電化學(xué)電池并且被配置用于從潮濕氣相提取水的干燥器單元、用于選擇性地加熱干燥器單元的加熱器和被連接至干燥器單元的二氧化碳(CO2)洗滌器。系統(tǒng)可以在干燥器單元處從離開各電化學(xué)電池的潮濕氣相捕獲水蒸氣或者借助加熱器的致動釋放干燥器單元中的水蒸氣，取決于操作的模式水蒸氣被輸送到電化學(xué)電池內(nèi)。CO2洗滌器也可以基于操作的模式用來捕獲水蒸氣。
【專利說明】
包括空氣電極的具有蒸氣返回的電化學(xué)電池中的水管理系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求2015年3月30日提交的臨時專利申請?zhí)?2/140,257的優(yōu)先權(quán)，并 且該申請通過引用全部合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明大體涉及電化學(xué)電池，并且更特別地涉及包括空氣呼吸陰極（air breathing cathode)并利用液體離子導(dǎo)電介質(zhì)的電化學(xué)電池。
【背景技術(shù)】
[0004] 很多類型的電化學(xué)電池都利用液體離子導(dǎo)電介質(zhì)來支持電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)。電 化學(xué)電池可以利用被聯(lián)接至包括任何合適的燃料在內(nèi)的燃料電極的空氣呼吸電極。例如， 金屬-空氣電化學(xué)電池系統(tǒng)可以包括多個電池，各具有用作陽極的燃料電極(在該處金屬燃 料被氧化)和空氣呼吸氧化劑還原電極(在該處來自環(huán)境空氣的氧被還原）。這樣的電池中 的液體離子導(dǎo)電介質(zhì)可以在電極之間將被氧化/還原的離子連通。
[0005] 在各種離子導(dǎo)電介質(zhì)中，蒸發(fā)、電解(例如，再充電時的水分解)或者來自離子導(dǎo)電 介質(zhì)的其他水分損失可能對電化學(xué)電池特別是針對要求水來操作的電池是有害的。例如， 離子導(dǎo)電介質(zhì)的鹽析可能會堵塞電化學(xué)電池的氧化劑電極，降低其性能或者在極端情況 中，導(dǎo)致完全的電池故障。這樣的鹽析或其他故障可能在例如氧化劑電極的空氣側(cè)或其一 部分過度地干燥時發(fā)生。另外，離子導(dǎo)電介質(zhì)中的水含量上的減少可能會降低介質(zhì)的溶解 能力、即它使溶質(zhì)溶解的能力，或者增加介質(zhì)中的溶質(zhì)的百分比濃度。
[0006] 已開發(fā)出用于管理電化學(xué)電池的系統(tǒng)。2014年2月10日提交的并且來自相同申請 人的美國專利公開號20140227615提供了蓄電池水管理系統(tǒng)的示例，特此通過引用將其全 部并入。
[0007] 該公開提供了一種水管理系統(tǒng)，以維持包括液體離子導(dǎo)電介質(zhì)的任何電化學(xué)電池 中的水含量而不需要栗、液體水儲蓄器和機械液位控制閥。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在該公開的一個方面中，提供有一種用于管理一個或多個電化學(xué)電池中的水含量 的系統(tǒng)。各電化學(xué)電池具有多個電極和液體離子導(dǎo)電介質(zhì)。系統(tǒng)包括:氣相導(dǎo)管，用于接收 與電化學(xué)電池相關(guān)聯(lián)的潮濕氣相;干燥器單元，被連接至各電化學(xué)電池并且被配置用于從 潮濕氣相提取水;加熱器，用于選擇性地加熱干燥器單元以將提取的水從干燥器單元選擇 性地釋放;和二氧化碳洗滌器，被連接至干燥器單元、被配置成吸收二氧化碳，其中，在水捕 獲模式期間，系統(tǒng)被配置成在干燥器單元處從離開各電化學(xué)電池的潮濕氣相捕獲水蒸氣。 在電池加濕模式期間，系統(tǒng)被配置成借助加熱器的致動使干燥器單元中的水蒸氣釋放，以 產(chǎn)生被輸送到各電化學(xué)電池內(nèi)的潮濕氣相。
[0009] 該公開的另一方面提供了一種用于管理一個或多個電化學(xué)電池中的水含量的方 法。電池中的每一個包括多個電極和液體離子導(dǎo)電介質(zhì)。方法包括:在干燥器單元中接收來 自一個或多個電化學(xué)電池的潮濕空氣;使用加熱器選擇性地加熱干燥器單元;使用被連接 至干燥器單元的二氧化碳洗滌器吸收來自潮濕空氣的二氧化碳;和使來自二氧化碳洗滌器 的潮濕空氣導(dǎo)向至離子導(dǎo)電介質(zhì)。
[0010]該公開的又另一方面提供了一種用于管理包括一個或多個電化學(xué)電池的系統(tǒng)中 的水含量的方法。電池中的每一個包括多個電極和液體離子導(dǎo)電介質(zhì)。系統(tǒng)還具有二氧化 碳洗滌器。方法包括:使來自外部大氣源的空氣輸入至二氧化碳洗滌器;使用二氧化碳洗滌 器吸收來自外部大氣空氣的二氧化碳;使來自二氧化碳洗滌器的輸出空氣導(dǎo)向至一個或多 個電化學(xué)電池的離子導(dǎo)電介質(zhì);和在干燥器單元中接收來自一個或多個電化學(xué)電池的潮濕 空氣。干燥器單元和二氧化碳洗滌器被配置成被選擇性連通地聯(lián)接。
[0011] 本發(fā)明的其他方面將從以下詳細(xì)描述、附圖和隨附權(quán)利要求中變得顯而易見。
【附圖說明】
[0012] 以下附圖以示例并且非限制的方式圖示出。為了簡潔和清楚起見，所給出的結(jié)構(gòu) 的每個特征并不總是在那個結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的每個圖中都標(biāo)出。一樣的附圖標(biāo)記并不一定指示出 一樣的結(jié)構(gòu)。而是，相同的附圖標(biāo)記可以用來指示出類似的特征或者具有類似功能的特征， 也可以是不一樣的附圖標(biāo)記。
[0013]圖1示意性地圖示出被配置成待聯(lián)接至水管理系統(tǒng)的具有浸沒式氧化劑還原電極 的電化學(xué)電池的實施例；
[0014]圖2示意性地圖示出被配置成待聯(lián)接至水管理系統(tǒng)的電化學(xué)電池的另一實施例；
[0015] 圖3是可以被聯(lián)接至諸如圖1和圖2中所圖示出的那些電化學(xué)電池的水管理系統(tǒng)的 實施例的圖；
[0016] 圖4是包括具有串聯(lián)連接的干燥器單元和C02洗滌器(Scrubber)的多個電化學(xué)電 池的水管理系統(tǒng)的實施例的圖；和
[0017] 圖5是包括具有并聯(lián)連接的干燥器單元和⑶2洗滌器的多個電化學(xué)電池的水管理 系統(tǒng)的實施例的圖。
【具體實施方式】
[0018] 除控制與電化學(xué)電池的空氣呼吸電極相關(guān)聯(lián)的濕度之外，該公開還努力地有助于 維持電化學(xué)電池中的期望的水含量。更特別地，本申請公開了用于通過空氣呼吸電極維持 電化學(xué)電池的水含量的系統(tǒng)和方法。
[0019] 下面詳細(xì)描述的蓄電池水管理系統(tǒng)是根據(jù)其中電化學(xué)電池包括空氣呼吸氧化劑 電極的實施例。根據(jù)這樣的實施例，水管理系統(tǒng)提供了維持電化學(xué)電池中的水含量和控制 與空氣呼吸電極相關(guān)聯(lián)的濕度的兩個功能。
[0020] 圖1圖示出電化學(xué)電池100的實施例的示意性截面圖。如圖所示，電化學(xué)電池100的 組成部件可以至少部分地被包含在相關(guān)聯(lián)的殼體110中。電池100利用被包含在殼體110內(nèi) 并且被配置成在其中循環(huán)以傳導(dǎo)電池100內(nèi)的離子的液體離子導(dǎo)電介質(zhì)。雖然有時離子導(dǎo) 電介質(zhì)可能在殼體110內(nèi)、諸如在停滯區(qū)中或者是其他數(shù)量的離子導(dǎo)電介質(zhì)大體是靜止不 動的，但可以領(lǐng)會的是電池100可以被配置成創(chuàng)建離子導(dǎo)電介質(zhì)的對流流動。在一些實施例 中，這樣的流動可以通過憑借電池內(nèi)的電化學(xué)過程、憑借起泡裝置(sparger)或憑借任何其 他氣泡生成過程所生成的受控方向的氣泡而生成。在一些實施例中，流動可以通過任何其 他流動發(fā)生器而生成，包括但不限于栗。在一些實施例中，局部加熱引起液體的對流。
[0021] 電化學(xué)電池100的各個部分可以是任何合適的結(jié)構(gòu)或組成的，包括但不限于由塑 料、金屬、樹脂或者其組合形成。于是，電池1〇〇可以以任何方式組裝，包括由多個元件形成、 一體模制成型等等。在各種實施例中，電池和/或殼體110可以包括來自美國專利號8,168， 337、8,309,259、8,491，763、8,492,052、8,659,268、8,877,391、8,895，197、8,906,563、8， 911，910、9，105,910、9，105,946、9，178,207、9,214,708、9,269,995、9,269,996和美國專利 申請公開號 20100316935、20110070506、20110250512、20120321969、20130115523 及 20130115525中的一個或多個的元件或布置，這些文獻中的每一個通過引用全部合并于此。
[0022] 雖然電化學(xué)電池100可以在實施例間有差異，但是圖1的圖示實施例在截面中示意 性地描繪了在殼體110內(nèi)的電池室120。離子導(dǎo)電介質(zhì)可以大體集結(jié)在電池室120內(nèi)，然而可 以在電池室120內(nèi)流動，或者可以流過電池室120(例如，從一個電化學(xué)電池100到另一電化 學(xué)電池100,或者從儲蓄器流到電化學(xué)電池100和從電化學(xué)電池100流入）。電池100的燃料電 極130可以被支撐在電池室120以便由離子導(dǎo)電介質(zhì)接觸。在實施例中，燃料電極130是當(dāng)電 池100在放電（即，電力生成)模式中操作時充當(dāng)陽極的金屬燃料電極，如下面進一步詳細(xì)地 討論的。如圖所示，在一些實施例，燃料電極130可以包括多個可滲透電極體130a至130e。盡 管在圖示實施例中使用了五個可滲透電極體130a至130e，但在其他實施例中任何數(shù)量都是 可能的。各可滲透電極體130a至130e可以包括由任何構(gòu)成所制成的絲網(wǎng)（screen)，所述構(gòu) 成能夠通過電沉積或以其他方式捕獲和保留來自流過或以其他方式存在于電池室120內(nèi)的 離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料的顆粒或離子。在實施例中，電極體130a可以是端子電極體，被配 置成使得當(dāng)充電時，金屬燃料大體可以在從電極體130a朝向電極體130e所限定出的方向上 生長在電極體130a至130e上。盡管在圖示實施例中，可滲透電極體130a至130e可以具有不 同尺寸使得可以使用臺階支架（scaffold)配置，如美國專利8，659，268所描述并且通過引 用合并于上文中的那樣，但是在其他實施例中可滲透電極體130a至130e可以具有大致相同 的尺寸。
[0023]在一些實施例中，多個間隔件可以將可滲透電極體130a至130e分離以便在燃料電 極130中創(chuàng)建流道。盡管在一些實施例中多個間隔件可以被連接至殼體110使得燃料電極 130可以相對于殼體110被保持在適當(dāng)位置，但在其他實施例中間隔件可以模制成型在可滲 透電極體130a至130e之間并且潛在地在燃料電極130與充電電極140之間，使得可滲透電極 體130a至130e (和潛在的充電電極140)是組合的電極模塊的一部分。這樣的配置被描述在 通過引用被全部合并于上文的美國專利8,492,052中。在各種實施例中，間隔件可以是非導(dǎo) 電的并且是電化學(xué)惰性的，因此它們相對于電池100中的電化學(xué)反應(yīng)是非活性的。在一些實 施例中，間隔件可以由合適的塑料材料制成，諸如聚丙烯、聚乙烯、聚酯、改性聚苯醚、ABS、 含氟聚合物、環(huán)氧樹脂等等。燃料電極130中的流道可以是三維的，并且具有大致等于間隔 件的高度的高度。盡管通常間隔件將被豎直地定向以便創(chuàng)建平行于生成氣泡的充電電極的 流道，但在諸如但不限于如下面描述的當(dāng)燃料電極130的頂部被阻塞時等的其他實施例中， 間隔件可以被定向為使得創(chuàng)建定向通過可滲透電極體130a至130e的流道。然而，應(yīng)該領(lǐng)會 的是，間隔件和/或流道是可選擇的，并且在一些實施例中可以省略。
[0024] 在電池100的一些實施例中，諸如圖示出的，充電電極140可以遠(yuǎn)離端子電極體 130a(即，接近電極體130e)與燃料電極130間隔開地定位。在一些實施例中，充電電極140可 以是燃料電極130的一部分(包括例如是可滲透電極體130b至130e中的一個或多個）。如與 燃料電極130-樣，充電電極140可以被定位在電池室120內(nèi)，以便與離子導(dǎo)電介質(zhì)接觸。在 圖示實施例中，充電電極140處于與可滲透電極體130a至130e類似的臺階配置中。然而在其 他實施例中，當(dāng)這些電極體130a至130e處于臺階支架配置或者以其他方式在尺寸上有差異 時，充電電極140可以延伸至少遠(yuǎn)到可滲透電極體130a至130e中的最長的。如下面更詳細(xì)地 描述的，充電電極140可以被配置成參與存在于液體離子導(dǎo)電介質(zhì)中的可氧化的氧化劑種 屬的氧化，以便在電池100的充電期間促進被氧化的金屬燃料種屬的還原和金屬燃料在燃 料電極130上的生長。于是，在一些實施例中，充電電極140可以被表征為析氧電極，歸因于 在電化學(xué)電池1 〇〇的充電期間來自充電電極140的氧氣的氣泡溢出，如下面更詳細(xì)地描述 的。
[0025] 圖1中進一步示出的是氧化劑還原電極150,其遠(yuǎn)離端子電極體130a、與燃料電極 130和充電電極140間隔開。如圖所示，氧化劑還原電極150可以被密封或者以其他方式組裝 到浸沒在電池室120中的離子導(dǎo)電介質(zhì)145中的氧化劑還原電極模塊160內(nèi)。用165代表的連 通通道延伸到氧化劑還原電極模塊160內(nèi)，以便將空氣或另一其他氧化劑提供至形成在氧 化劑還原電極模塊160的殼體與氧化劑還原電極150之間的空氣空間170，并且以提供出口。 可以領(lǐng)會的是，空氣空間170中的空氣或其他氧化劑將氧化劑供給至氧化劑還原電極150。 于是，氧化劑還原電極150具有面對著離子導(dǎo)電介質(zhì)145的一個表面和面對著氣態(tài)氧化劑接 收空間170的相反表面。這樣的配置的附加細(xì)節(jié)被描述在題為"用于電化學(xué)電池系統(tǒng)的可浸 沒的氣態(tài)氧化劑陰極"并通過引用合并于上文的美國申請?zhí)?0130115523中。可以領(lǐng)會的 是，連通通道165可以包括管狀或類似配置，其可以有助于在允許離子導(dǎo)電介質(zhì)越過氧化劑 還原電極模塊160的狀態(tài)下將氧化劑供給至氧化劑還原電極150(例如，至通道165的任一 側(cè))。
[0026] 盡管圖1中未圖示出，但在諸如圖3至圖5中所示等的一些實施例中，連通通道165 可以包括分別延伸到空氣空間170內(nèi)和從空氣空間延伸出來的單獨的空氣通道入口和空氣 通道出口，允許了通道165形成通過空氣空間170的空氣流動路徑的一部分?？諝饬鲃勇窂?在下面更詳細(xì)地描述。雖然在一些實施例中空氣入口和空氣出口可以共享穿過離子導(dǎo)電介 質(zhì)延伸到氧化劑還原電極模塊160內(nèi)的共用的殼體，但在其他實施例中連通通道165可以包 括穿過離子導(dǎo)電介質(zhì)延伸到氧化劑還原電極模塊160內(nèi)的一對間隔的空氣路徑。
[0027] 如圖所示，在包含單獨的充電電極140的實施例中，單獨的充電電極140可以被定 位在氧化劑還原電極150與燃料電極130之間。在缺乏單獨的充電電極140的電池100的實施 例中，氧化劑還原電極150可以在電池100的充電和放電兩者期間都被利用（即，在充電期間 作為陽極并且在放電期間作為陰極）。
[0028]電池100的組成部件，包括例如燃料電極130、其可滲透電極體130a至130e、單獨的 充電電極140和氧化劑還原電極150,可以是任何合適的構(gòu)造或配置的，包括例如由鎳或鎳 合金(包括鎳-鈷、鎳-鐵、鎳-銅（即蒙乃爾）或超合金）、銅或銅合金、黃銅、青銅、碳、鉑、銀、 銀-鈀或任何其它合適的金屬或合金中的一個或多個構(gòu)成。在一些實施例中，電池100的一 個或多個組成部件，諸如燃料電極130、單獨的充電電極140和氧化劑還原電極150等，可以 包括鍍有更耐降解的材料的高導(dǎo)電材料。例如，在一些實施例中，電池的一個或多個組成部 件可以包括鍍有鎳、錫、銀、金或任何其他化學(xué)上兼容的材料的銅。如上面所提到的，在一些 實施例中燃料電極130可以由可滲透金屬絲網(wǎng)（即，可滲透電極體130a至130e)形成，其可被 配置成捕獲、保持并提供用于金屬燃料的生長平臺。同樣，在一些實施例中單獨的充電電極 140可以是與可滲透電極體130a至130e中的一個類似的配置的。在其他實施例中，充電電極 140可以是可被配置成創(chuàng)建與燃料電極130的電位差以便鼓勵在電化學(xué)電池100的充電期間 在燃料電極上的燃料生長的另一配置。如下面更詳細(xì)地討論的，充電電極140可以被配置成 在充電過程期間發(fā)出氣態(tài)氧的氣泡，這些氣泡可以歸因于它們在離子導(dǎo)電介質(zhì)中的浮力而 在電池100中向上升高，這可以驅(qū)動離子導(dǎo)電介質(zhì)的對流流動。
[0029]與燃料電極130和充電電極140-樣，氧化劑還原電極150也可以是任何適當(dāng)?shù)臉?gòu) 造或配置的。例如，氧化劑還原電極150通?？梢员慌渲贸商峁╇娀瘜W(xué)電池100中的氧還原， 以在電池100的放電期間創(chuàng)建與燃料電極130的電位差。在實施例中，氧化劑還原電極150可 以包含具有可被表征為有助于電化學(xué)反應(yīng)的"活性材料"的網(wǎng)目（mesh)或涂層的活性層。于 是，在實施例中，氧化劑還原電極150被以如下方式定位在電池殼體110中使得:活性材料接 觸離子導(dǎo)電介質(zhì)使得離子可以從中穿過被引導(dǎo)至燃料電極130和/或被從燃料電極傳導(dǎo)。在 一些實施例中，活性材料可以通過催化劑顆?；虿牧稀?dǎo)電基質(zhì)和疏水性材料的混合物被 燒結(jié)以形成復(fù)合材料或以其他方式層疊到一起而形成。在各種實施例中，活性材料可以由 一個或多個金屬構(gòu)成，諸如但不限于上面列出的那些。在一些實施例中，活性材料可以包括 催化劑膜，其在各種實施例中可以通過包括但不限于熱噴涂、等離子體噴涂、電沉積或任何 其他顆粒涂覆方法的技術(shù)來形成。
[0030]被電聯(lián)接至活性材料的可以是集流體(current collector)，其可以被配置成當(dāng) 電池100處于放電模式時通過氧化劑還原反應(yīng)從用于消耗的負(fù)載接收電子。同樣，集流體可 以被配置成從活性材料處的氧化反應(yīng)收集電子（即，如果氧化劑還原電極150用作充電電極 的話）用于傳遞至功率供給PS，以當(dāng)電池100處于充電模式時參與活性材料處的電化學(xué)反 應(yīng)。集流體可以是任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造或配置的，包括但不限于可以在其中具有間隙的金屬絲 網(wǎng)。在各種實施例中集流體可以由諸如但不限于在上面針對活性層所描述的那些金屬或合 金構(gòu)成。
[0031] 被另外地包括在氧化劑還原電極150中的可以是一個或多個疏水性材料，其可以 是通?？蓾B透氣體但不可滲透液體的任何材料，以便包含電池殼體110內(nèi)的離子導(dǎo)電介質(zhì)， 或者以其他方式維持與氧化劑還原電極150相關(guān)聯(lián)(即，在氧化劑還原電極模塊160中）的空 氣空間。盡管疏水性可以在一些情況下被理解為"厭水的"，但應(yīng)該領(lǐng)會的是，如這里使用 的，疏水性暗示著它抵抗作為整體的離子導(dǎo)電介質(zhì)的滲透或排斥作為整體的離子導(dǎo)電介 質(zhì)，并且并不一定只是離子導(dǎo)電介質(zhì)中的水。這樣，疏水性材料也可以被視為疏液體性 (hy grophob i c)或"厭液體的"材料。氧化劑還原電極150作為整體因此可以是不可滲透液體 的，但對氣態(tài)氧化劑是可滲透的，使得氣態(tài)氧化劑可以接觸氧化劑還原電極150的活性材 料，以便在電池100的放電期間所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)過程中用作氧化劑。在各種實施例中， 疏水性材料可以是有助于支持其上活性材料的任何合適的構(gòu)造或配置的，通常對氣態(tài)氧化 劑是可滲透的，并且通常對離子導(dǎo)電介質(zhì)是不可滲透的。
[0032] 在一些實施例中，疏水性材料或多個材料用作用于活性材料和/或集流體的背襯 材料。盡管疏水性材料可以在實施例間有差異，但在一些實施例中疏水性材料可以由含氟 聚合物構(gòu)成或者以其他方式包括含氟聚合物。作為示例，在各種實施例中，疏水性材料可以 包括聚四氟乙烯（也稱作ptfe，或Teflon? )，其可以在一些實施例中是可熱機械膨脹的 (也稱作ePTFE，或Gore-Tex?)。在其他實施例中，疏水性材料可以包括氟化乙烯丙烯共 聚物(也稱作FEP)、含氟聚合物或者任何其他的疏水性粘合劑(例如聚丙烯和/或聚乙烯）。 在一些實施例中，疏水性材料可以具有細(xì)孔隙尺寸，諸如但不限于在小于1微米的數(shù)量級上 的疏水性材料，或者在更特別的示例中，可以是在近似50納米至200納米的數(shù)量級上。可以 領(lǐng)會的是，在一些實施例中，疏水性材料可以通過氧化劑還原電極150的厚度具有有限的拉 伸強度。于是，在一些實施例中疏水性材料可以用氧化劑可滲透的加強層來加強，諸如題為 "用于氧化劑電極的外部PTFE層加強"的通過引用合并于上文的美國專利申請公開號 20130115525中所公開的。
[0033] 在實施例中，電池100中所使用的燃料可以是金屬，諸如鐵、鋅、鋁、鎂、錳、鎘、鉛、 鍺、鈉或鋰。關(guān)于金屬，該術(shù)語意味著涵蓋被視作周期表上的金屬或半金屬的所有元素，包 括但不限于堿金屬、堿土金屬、鑭系元素、錒系元素、過渡后和過渡金屬，或者是在原子、分 子(包括金屬氫化物）中，或者是當(dāng)收集在電極體上時的合金形式。然而，本發(fā)明不意在限于 任何特定燃料，并且可以使用其他的。在實施例中，燃料可以作為懸置在離子導(dǎo)電介質(zhì)中的 顆粒被提供至電池100。
[0034] 離子導(dǎo)電介質(zhì)可以是水溶液。合適的介質(zhì)的示例包括包含硫酸、磷酸、三氟甲磺 酸、硝酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鈉、硝酸鉀或氯化鋰的水溶液。在實施例中，離子導(dǎo)電介 質(zhì)可以包括有機溶劑，諸如例如碳酸亞乙酯（ethylene carbonate)、碳酸二甲酯或其它適 當(dāng)?shù)挠袡C溶劑。在一些實施例中，離子導(dǎo)電介質(zhì)是氫氧化鉀水溶液。在實施例中，離子導(dǎo)電 介質(zhì)可以包括電解質(zhì)。例如，可以使用傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)溶液，或者可以使用室溫離子液 體，如通過引用全部合并于上文的美國專利8，895，197中所提及的。在一些實施例中，添加 劑可以被添加至離子導(dǎo)電介質(zhì)，包括但不限于增強金屬燃料在燃料電極130上的電沉積過 程的添加劑，諸如通過引用全部合并于上文的美國專利8,877,391和美國專利申請公開號 20120321969中所描述的。這樣的添加劑可以減少燃料顆粒的松散枝晶生長，并因此可以降 低例如這樣的燃料顆粒從燃料電極130上分離的可能性。在一些實施例中，離子導(dǎo)電介質(zhì)可 以包括任何合適的分離件或離子交換膜，諸如'969公開中所公開的。
[0035] 操作相對濕度范圍例如除環(huán)境空氣和電池的溫度之外可以取決于特別的離子導(dǎo) 電介質(zhì)?？梢灶I(lǐng)會的是，含水鹽電解質(zhì)、例如氫氧化鉀可以被表征為吸濕性的。例如，對于包 括含水Κ0Η電解質(zhì)的電池，小于大約50%的相對濕度可以導(dǎo)致通過氧化劑還原電極或空氣 電極的水損失。大于80% (或大于大約80%)的環(huán)境相對濕度可以導(dǎo)致通過氧化劑還原電極 或空氣電極的進入電池內(nèi)的水?dāng)z取。通過陰極的水釋放可以在50攝氏度至80攝氏度的空氣 溫度范圍中在大于大約50%的相對濕度時發(fā)生（對于陰極/氧化物還原模塊160)。從50% (含)到80% (含)或在中間范圍的相對濕度可以被表征為中性。例如，在70%相對濕度進入 電池內(nèi)時，在50攝氏度時可能損失250毫升的水，并且在25攝氏度時僅損失15毫升(這在具 有8升總?cè)莘e的電池中被視為可忽略不計）。應(yīng)該領(lǐng)會的是，范圍也可以取決于離子導(dǎo)電介 質(zhì)及其吸濕性/疏液體性特征和/或可選地取決于離子導(dǎo)電介質(zhì)及其吸濕性/疏液體性特征 而改變。
[0036] 在電池100的操作中，當(dāng)燃料電極130作為陽極操作時燃料可以在燃料電極130處 被氧化，并且當(dāng)氧化劑還原電極150作為陰極操作時，氧化劑、諸如氧氣(0 2)、C12或任何其他 適當(dāng)?shù)难趸瘎┛梢栽谘趸瘎┻€原電極150處被還原，這是當(dāng)電池100被連接至負(fù)載并且電池 100處于放電或電力生成模式時，如下面進一步詳細(xì)地討論的。在放電模式期間發(fā)生的反應(yīng) 可以在離子導(dǎo)電介質(zhì)中生成副產(chǎn)品沉淀、例如可還原的燃料種屬。例如，在燃料是鋅的實施 例中，氧化鋅可以作為副產(chǎn)品沉淀/可還原的燃料種屬而生成。被氧化的鋅或其他金屬也可 以通過被用電解質(zhì)溶液氧化或者被溶解在電解質(zhì)溶液中來支持，而不形成沉淀(例如，鋅酸 鹽可以是留在燃料中的溶解的可還原燃料種屬）。在下面進一步詳細(xì)討論的再充電模式期 間，可還原的燃料種屬、例如氧化鋅或鋅酸鹽離子可以被可逆地還原并且作為燃料、例如鋅 被沉積到充當(dāng)陰極的燃料電極130的至少一部分上。同時，氧化劑還原電極150或者單獨的 充電電極140、和/或燃料電極130的另一部分充當(dāng)陽極，并且使離子導(dǎo)電介質(zhì)中的可氧化的 氧種屬(例如，0?Γ離子)氧化以發(fā)出氣態(tài)氧。在實施例中，可氧化的氧種屬可以是電池100中 的在其放電期間所創(chuàng)建的被還原的氧化劑種屬。
[0037] 盡管在一些實施例中氧化劑可以通過可充分地允許例如來自空氣的氧氣擴散或 滲透到氧化劑還原電極150內(nèi)的被動系統(tǒng)被傳遞至氧化劑還原電極150,但在其他實施例中 可以利用用于將氧化劑帶至氧化劑還原電極的不同的氧化劑的源或機制。例如，在實施例 中，諸如空氣栗ΑΡ等的栗可以被用于在壓力下將氧化劑傳遞至氧化劑還原電極150?？諝饫?ΑΡ可以是任何合適的構(gòu)造或配置的，包括但不限于被配置成產(chǎn)生空氣或其他氧化劑的恒定 或脈沖流動的風(fēng)扇或其他空氣移動裝置。氧化劑源可以是裝在容器中的氧化劑的源。在實 施例中，氧氣可以被從電化學(xué)電池模塊100回收，諸如通過引用全部合并于上文的美國專利 8,491，763中所公開的。同樣，當(dāng)氧化劑是來自環(huán)境空氣的氧氣時，氧化劑源可以被寬泛地 視作傳遞機制，無論他是被動的還是主動的（例如，栗、鼓風(fēng)機等），通過該機制空氣被準(zhǔn)許 流動至氧化劑還原電極150。因此，術(shù)語"氧化劑源"意在涵蓋裝在容器中的氧化劑和/或用 于被動或主動地將氧氣從環(huán)境空氣傳遞至氧化劑還原電極150的布置兩者。
[0038] 在各種實施例中，可滲透電極體130a至130e、單獨的充電電極140和氧化劑還原電 極150可以通過開關(guān)系統(tǒng)連接，開關(guān)系統(tǒng)可以被配置成將電池100串聯(lián)地連接至功率供給 PS、負(fù)載或其他電池100。在放電期間，燃料電極130被連接至負(fù)載，并且作為陽極操作使得 當(dāng)燃料在燃料電極130處被氧化時由金屬燃料所放出的電子流動至外部負(fù)載。氧化劑還原 電極150在放電期間充當(dāng)陰極，并且被配置成從外部負(fù)載接收電子并且使接觸到氧化劑還 原電極150的氧化劑、具體為電池100周圍的空氣中的氧、被給送至電池100內(nèi)的氧或者從電 池100回收的氧還原。
[0039] 開關(guān)系統(tǒng)的操作可以在實施例間有差異，并且在一些實施例中操作可以類似于通 過引用合并于上文的'910專利中所描述的那些。作為另一示例，在實施例中，外部負(fù)載可以 被并聯(lián)地聯(lián)接至可滲透電極體130a至130e中的一些，如通過引用合并于上文的'259專利中 詳細(xì)描述的那樣。在其他實施例中，外部負(fù)載可以遠(yuǎn)離氧化劑還原電極150僅被聯(lián)接至端子 可滲透電極體130a，使得燃料消耗可以與可滲透電極體130a至130e中的每一個之間串聯(lián)地 發(fā)生。在一些實施例中，電池100可以被配置用于充電/放電模式開關(guān)，如2010年9月17日提 交的先前通過引用合并于上文的' 197專利中那樣。
[0040] 在一些實施例中，電極體130a至130e、氧化劑還原電極150和/或充電電極140中的 一些或多個可以通過開關(guān)系統(tǒng)或任何其他電路互連，以便選擇性地有助于電池100的充電 和放電的控制。與開關(guān)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的開關(guān)可以由控制器控制，控制器可以是任何合適的構(gòu) 造和配置的，包括但不限于在一些實施例中大體符合所合并的'910和'207專利及'512公開 中所公開的那些。在各種實施例中，開關(guān)系統(tǒng)的開關(guān)的控制可以基于用戶選擇、傳感器讀數(shù) 或通過任何其他輸入來確定。在一些實施例中，控制器也可以起到管理負(fù)載和功率供給PS 與多個電池100之間的連接的功能。在一些實施例中，控制器可以包括用于響應(yīng)于檢測到達 預(yù)定閾值(諸如低于預(yù)定閾值的下降）的電壓來致動與各電池100相關(guān)聯(lián)的旁通開關(guān)的適當(dāng) 的邏輯或電路。
[0041 ]如圖1中圖示出的，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以被填充至電池室120內(nèi)的液位L。如下面更詳 細(xì)地描述的，離子導(dǎo)電介質(zhì)的液位L可以被以不同模式、例如水?dāng)z取模式或者加濕(或除濕） 模式進行更改。如圖1所示，水管理系統(tǒng)WMS可以被聯(lián)接至氧化劑還原電極模塊160并且可以 被配置成管理空氣空間170內(nèi)的濕度水平，以及重新捕獲濕度作為水，將水導(dǎo)向至干燥器單 元122和/或⑶2洗滌器190,這可以重新補足電池室120中的離子導(dǎo)電介質(zhì)。水管理系統(tǒng)WMS 是本公開的特征，并且在下面更詳細(xì)地描述。
[0042]盡管在圖1的圖示實施例中電池殼體110被配置成使得氧化劑還原電極150與氧化 劑還原電極模塊160-起被浸沒到電池室120內(nèi)，但可以領(lǐng)會的是在各種實施例中，電池100 的其他配置或布置也是可能的。例如，在圖2中，呈現(xiàn)出電池100 (具體地，電池100*)的另一 實施例，其中氧化劑還原電極150*限定了用于電池室120的邊界壁，并且被密封至殼體110* 的一部分以便防止其間的離子導(dǎo)電介質(zhì)的泄漏（seepage)。盡管這樣的配置具有氧化劑還 原電極150*的故障將導(dǎo)致離子導(dǎo)電介質(zhì)從電池100*中泄漏出來的擔(dān)憂，但在一些這樣的實 施例中電池室120中的離子導(dǎo)電介質(zhì)的流動可以是橫跨燃料電極130的頂部在從氧化劑還 原電極150*向上并遠(yuǎn)離氧化劑還原電極150*的方向上。不管具有氧化劑還原電極150*的邊 界壁配置的電化學(xué)電池100*的下側(cè)如何，可以領(lǐng)會的是電化學(xué)電池100*的這樣的配置可以 存在，并且可以被改造以接合水管理系統(tǒng)WMS。
[0043]如圖2所示，在實施例中，電化學(xué)電池100*的這樣的改造可以包括用外部空氣室 190包圍氧化劑還原電極150*的空氣面對側(cè)。雖然在圖示實施例中，外部空氣室190被密封 至電池殼體110*，但在其他實施例中外部空氣室190可以被密封至氧化劑還原電極150*，或 者可以被大體配置成大體包圍電化學(xué)電池100*。其他配置也是可能的?？梢赃M一步領(lǐng)會的 是，雖然外部空氣室190在一些實施例中可以被密封至電化學(xué)電池100*的一部分，但在其他 實施例中外部空氣室190可以更簡單地抵靠電化學(xué)電池100*，或者更松地被固定至電化學(xué) 電池100*。在圖示實施例中，外部空氣室190在氧化劑還原電極150*與外部空氣室190之間 形成了空氣空間170。與從圖1的氧化劑還原電極模塊160延伸的實施例類似地，連通通道 165可以從外部空氣室190延伸，以便在空氣空間170與水管理系統(tǒng)WMS之間形成用于空氣流 動的路徑。
[0044]圖3示意性地圖示出用于管理諸如圖1和圖2中所圖示出的那些的一個或多個電化 學(xué)電池中的水含量的水管理系統(tǒng)(WMS) 102的實施例。圖3還大體圖示出電化學(xué)電池100的代 表。如圖所示，電池殼體110限定了包含一定量離子導(dǎo)電介質(zhì)145(例如，被填充至液位L)的 電池室120。燃料電極130和單獨的充電電極140(圖3中未示出140,但它可以在實施例中被 設(shè)置在燃料電極130與氧化劑還原電極模塊160之間，如現(xiàn)有的描述所理解的那樣)被浸沒 在離子導(dǎo)電介質(zhì)中。氧化劑還原電極150也被浸沒在離子導(dǎo)電介質(zhì)145中、被密封至氧化劑 還原電極模塊160以在其中維持空氣空間（170)。如圖3所示，連通通道包括連接穿過氣態(tài)氧 化劑接收空間170的氣態(tài)氧化劑入口 112和氣態(tài)氧化劑出口 114,由此允許氣體的進入和離 開氣態(tài)氧化劑接收空間170的輸送。這樣，包括氧化劑的空氣的流動可以從外部源(例如，環(huán) 境空氣，或者裝在容器中的氧化劑源)接收，并且在經(jīng)由離開出口 114而流出氣態(tài)氧化劑接 收空間170之前可以通過入口 112被給送到空氣空間/氣態(tài)氧化劑接收空間170內(nèi)，如下面更 詳細(xì)地討論的。氧化劑還原電極150被配置成借助氧化劑面對側(cè)吸收氣態(tài)氧化劑并且在電 化學(xué)電池100的放電模式期間使氣態(tài)氧化劑還原。雖然入口和出口在圖3的示意圖中被示出 為相對于氧化劑還原電極150被不同地間隔開，但可以領(lǐng)會的是這樣的圖示可以被簡化為 圖示出流動的移動，并且在一些實施例中入口 112和出口 114可以在與氧化劑還原電極150 的平面平行的平面中彼此對齊。
[0045] 圖3的水管理系統(tǒng)102可以從其中的空氣的流動方面進行討論。如圖所示，空氣入 口 142可以從電化學(xué)電池100和水管理系統(tǒng)102的外側(cè)接收空氣。雖然在一些實施例中如這 里所描述的，空氣可以來自水管理系統(tǒng)102外部大氣中的環(huán)境空氣，但可設(shè)想的是在一些實 施例中空氣可以來自裝在容器中的氧化劑源(例如，純氧氣或氧氣混合物的罐）。在一些實 施例中，諸如其中空氣來自周圍大氣的所圖示出的，空氣入口 142可以包括被配置成從空氣 中去除顆?；蚱渌廴疚锏目諝膺^濾器或者其他過濾結(jié)構(gòu)。然而這樣的過濾器是可選擇 的，并且可以在一些實施例中不存在。來自空氣入口 142的入口空氣可以經(jīng)過下面更詳細(xì)地 描述的可選擇性地關(guān)閉的閥146。在實施例中，閥146可以定位在入口 112之前在空氣流動路 徑中的任何地方。另外，閥146可以是任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造或配置的，并且在一些實施例中可以 包括止回閥或簧片閥(reed valve)。閥146的一些實施例的操作(例如，當(dāng)它被選擇性地打 開和關(guān)閉時)在下面更詳細(xì)地進行討論。如圖所示，水管理系統(tǒng)102可以包括風(fēng)扇132或其他 空氣流動發(fā)生器，被定位成生成從空氣入口 142到與氧化劑還原電極150相關(guān)聯(lián)的連通通道 的入口 112的空氣的流動。在實施例中，閥146可以在空氣流動路徑中設(shè)置在風(fēng)扇132之前。
[0046] 盡管疏液體性涂層或其他機制可以試圖防止離子導(dǎo)電介質(zhì)滲透離子還原電極 150,但可以領(lǐng)會的是來自離子導(dǎo)電介質(zhì)的水(例如，水蒸氣)仍然可以慢慢地通過氧化劑還 原電極150,增加了空氣空間170中的空氣的濕度。不是由任何特別的理論界定的，而是水可 以通過空氣電極蒸發(fā)，電解質(zhì)鹽可以被沉淀到電極內(nèi)由此驅(qū)動電極的潤濕和/或泄漏，并且 滲透力可以引起水從氧化劑還原電極150的離子導(dǎo)電介質(zhì)接觸側(cè)滲透至氧化劑還原電極的 空氣側(cè)。這些現(xiàn)象可以在當(dāng)空氣空間中的相對濕度低（即，近似10%)時更常見地發(fā)生。 [0047]盡管經(jīng)由入口 112進入空間170內(nèi)的空氣流動的相對濕度可以在如先前所描述的 一些實施例中有差異，但通過氣態(tài)氧化劑入口 112被輸送到氣態(tài)氧化劑接收空間170內(nèi)的潮 濕氣相的相對濕度可以基于所使用的電解質(zhì)、（其中的）環(huán)境空氣的溫度、相對濕度和/或電 池溫度而有差異。此外，在橫穿空氣空間170并且由于其中的水分含量而濕度上增加之后， 空氣流動可以經(jīng)由出口 114離開氧化劑還原電極模塊160。再次，超過出口 114的空氣流動的 相對濕度可以有差異，離開空氣空間170的相對濕度也是，并且可以基于變化的條件(諸如 上面提到的那些)而更改。可以領(lǐng)會的是，諸如風(fēng)扇132等的風(fēng)扇可以進一步幫助將氣體從 氣態(tài)氧化劑出口 114輸送出來。
[0048] 離開空氣通道出口 114的潮濕空氣可以通過可選擇性地關(guān)閉的閥148，經(jīng)由空氣出 口 144作為排氣進入大氣內(nèi)或者經(jīng)由出口路徑179進入干燥器單元122,下面更詳細(xì)地描述。 在實施例中，閥148可以位于超過出口 114在空氣流動路徑中的任何地方，并且在一些實施 例中閥148可以位于干燥器單元122內(nèi)。另外，閥148可以是任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造或配置的，并且 在一些實施例中可以包括止回閥或簧片閥，并且可以簡單地配置成防止不期望的回流。閥 148的一些實施例的操作(例如，當(dāng)它被選擇性地打開和關(guān)閉時)在下面更詳細(xì)地進行討論。 可以領(lǐng)會的是，圖示實施例的閥148僅僅是示例性的，并且在其他實施例中可以利用將出口 114選擇性地聯(lián)接至干燥器單元122或者空氣出口 144的多個閥和路徑。
[0049] 干燥器單元122也可以是任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造或配置的，并且被配置成從通過了閥148 并經(jīng)由出口路徑179進入了單元內(nèi)的潮濕空氣選擇性地捕獲和釋放水。在一些實施例中，干 燥器單元122包括被連通至氣態(tài)氧化劑入口 112和氣態(tài)氧化劑出口 114的在其中具有干燥劑 材料的室。雖然在實施例中干燥器單元122包括硅膠，但其他吸濕性物質(zhì)可以被可選地利用 以吸收來自潮濕空氣的水。例如，在一些實施例中干燥器單元122可以包括硅膠、活性炭、氧 化鋁、硫酸鈣、氯化鈣、蒙脫粘土和/或分子篩中的一個或多個?？梢粤硗獾鼗蚩蛇x地利用具 有放熱水吸收和吸熱水脫附性質(zhì)的其他構(gòu)造或配置。另外地，可以可選地利用用于隔離來 自干燥器中的空氣的濕度的其他機制。作為一個非限制性示例，干燥器單元可以包括被成 形為使來自其中的空氣的水冷凝并隔離的太陽能蒸餾(solar sti 11)。還有，在一些實施例 中，可以采用被動或主動冷卻的冷凝單元。例如，主動冷卻可以通過珀耳帖/熱電元件來實 現(xiàn)。在干燥器單元122被配置成在干燥劑中吸收并存儲來自潮濕空氣的水的實施例中，可以 領(lǐng)會的是水可以通加熱干燥劑被選擇性地釋放。這樣，在圖示實施例中，干燥器單元122包 括加熱器124,其可以被選擇性地激活以借助加熱干燥器單元122來加熱干燥劑以將提取的 水從干燥器單元122選擇性地釋放。雖然圖3的示意圖未示出被加熱和釋放的水/蒸汽如何 可以流出干燥器單元122,但可以領(lǐng)會的是，可允許水進入外流路徑155的多種配置在實施 例間都是可能的。例如，干燥器單元122可以被成形具有通向外流路徑155的帶角度的壁或 基部。作為另一示例，加熱器124可以被配置成對水進行充分地加熱以使水變成蒸汽，并且 將蒸汽導(dǎo)向至外流路徑155。
[0050] 如圖3所示，可選擇性地關(guān)閉的閥146可以經(jīng)由內(nèi)流路徑（inf low path) 177被連接 至干燥器單元122。閥146可以被配置成將內(nèi)流路徑177選擇性地連接至干燥器單元122或空 氣入口 142(以接收來自外側(cè)的空氣）、至電化學(xué)電池100的入口 112。在實施例中，閥146可以 位于在入口 112之前的在空氣流動路徑中的任何地方。另外，閥146可以是任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造 或配置的，并且在一些實施例中可以包括止回閥或簧片閥，并且可以被簡單地配置成防止 不期望的回流。閥146的一些實施例的操作(例如，當(dāng)它被選擇性地打開和關(guān)閉時)在下面更 詳細(xì)地進行討論?？梢灶I(lǐng)會的是，圖示實施例的閥146僅僅是示例性的，并且在其他實施例 中可以利用將干燥器單元122選擇性地聯(lián)接至空氣入口 142或者內(nèi)流路徑177的多個閥和路 徑。
[0051 ]可以領(lǐng)會的是，電化學(xué)電池 100的操作可以修改水管理系統(tǒng)102的操作。具體地，水 管理系統(tǒng)102可以在當(dāng)電化學(xué)電池100處于放電模式時與在當(dāng)電化學(xué)電池100處于再充電模 式時相比不同地操作。例如，在電化學(xué)電池100被配置用于放電時的實施例中，可以在燃料 電極130與氧化劑電極150之間形成電位差，使得燃料電極130上的金屬燃料被氧化，而氧化 劑(例如，空氣入口 142中所接收的空氣中的氧氣)在氧化劑還原電極150處被還原。當(dāng)電化 學(xué)電池100處于再充電模式時，氧離子可以被氧化以將氣態(tài)氧發(fā)出至單獨的充電電極140 和/或燃料電極130的一部分，而燃料離子可以至少在燃料電極130的另一部分處被還原成 在燃料電極130的至少該另一部分上的鍍層金屬燃料?？蛇x地，水管理系統(tǒng)102可以被配置 成以不管電化學(xué)電池100的操作模式如何的模式來操作。
[0052]用于操作電化學(xué)電池的模式和條件的附加示例在下面參照所公開的實施例以及 其他操作場景進一步地進行描述。
[0053]在實施例中，水管理系統(tǒng)102處于電池加濕模式。加熱器124被致動（或被打開）以 通過來自干燥劑材料的水的吸熱脫附將水分提供至正被輸入到電化學(xué)電池100內(nèi)的空氣。 干燥器單元122通過外側(cè)或大氣入口 175接收輸入環(huán)境空氣，使得它將水蒸氣釋放到輸入空 氣內(nèi)，并且該潮濕空氣通過對入口 112是打開的（并且對經(jīng)由空氣入口 142的環(huán)境空氣的接 收是關(guān)閉的）閥146行進通過內(nèi)流路徑177。這樣，系統(tǒng)102被配置成釋放干燥器單元122中的 水蒸氣(借助加熱器124的致動）以產(chǎn)生通過氣態(tài)氧化劑入口 112被輸送到電池100的氣態(tài)氧 化劑接收空間170內(nèi)的潮濕氣相，由此電化學(xué)電池100的水含量通過將具有受控濕度的氣相 經(jīng)由氣態(tài)氧化劑接收空間170提供至氧化劑還原電極150來管理。在實施例中，當(dāng)濕氣被轉(zhuǎn) 移到通過空氣空間170的空氣流動內(nèi)時，閥148可以是打開的使得離開空氣通道出口 114的 空氣流動可以經(jīng)由通向空氣出口 144的路徑被打開至大氣。風(fēng)扇132可以可選擇地使用以使 空氣的流動移動。
[0054]以上所描述的加濕模式可以在電化學(xué)電池100的放電模式、電池充電或再充電模 式、電池空閑模式或它們的組合期間同時發(fā)生。
[0055] 可選地，系統(tǒng)102可以被配置成在水捕獲模式期間在干燥器單元122處從通過氣態(tài) 氧化劑出口 114離開電化學(xué)電池100的潮濕氣相捕獲水蒸氣。例如，在這樣的模式中，環(huán)境空 氣可以通過對大氣是打開的（并且對從干燥器單元122的空氣的接收是關(guān)閉的）閥146被接 收。當(dāng)空氣被導(dǎo)向到入口 122內(nèi)并且流動通過空氣空間170時，閥148可以是打開的（對大氣 封閉）使得離開空氣通道出口 114的空氣流動可以進入干燥器單元122。在一些實施例中，可 以領(lǐng)會的是，外流路徑155對空氣出口是打開的，使得當(dāng)從干燥器單元122中的潮濕空氣吸 收濕氣時，經(jīng)過干燥的空氣可以排放至大氣。干燥器單元122可以因此吸收否則會通過氧化 劑還原電極150逸出至大氣的最初來自離子導(dǎo)電介質(zhì)的水分，引起了蒸發(fā)，并因此引起了離 子導(dǎo)電介質(zhì)的增加的濃度。離開電化學(xué)電池1 〇〇的潮濕排氣由干燥器單元122中的干燥劑介 質(zhì)捕獲以保持系統(tǒng)中的濕度(與隨時間推移會使離子導(dǎo)電介質(zhì)中的水含量下降的經(jīng)由外流 路徑155直接排氣至環(huán)境空氣相反）。風(fēng)扇132可以可選擇地使用以使空氣的流動從中移動 通過。系統(tǒng)102因此仍然使來自電化學(xué)電池100的排放蒸汽在干燥器單元122中的水蒸氣(單 元122攝取水分)釋放。
[0056] 在實施例中，系統(tǒng)102被配置成如上面所提到的與電池放電期間同時地在干燥器 單元122處捕獲水蒸氣。
[0057]在實施例中，例如當(dāng)電化學(xué)電池100是空閑或關(guān)著的并且處于再充電模式時，加熱 器122和風(fēng)扇132可以兩者都是開著的以使水移動到電池內(nèi)。閥146可以是打開的并且加熱 器124可以將干燥器單元122加熱以從那里釋放水。于是，在通過加熱器124進行加熱期間， 選擇器閥148可以對干燥器單元122是關(guān)閉的并且對大氣(和空氣出口 144)是打開的。這樣， 被加熱的水可以被導(dǎo)向通過入口 112，冷凝在離子導(dǎo)電介質(zhì)的表面上，或者以其他方式與離 子導(dǎo)電介質(zhì)重新組合。干燥器單元120中所吸收的水分可以被釋放回到電池100的離子導(dǎo)電 介質(zhì)內(nèi)，并且可以在此被檢測到時使加熱器124去激活。
[0058]在實施例中，閥146可以對空氣入口 112是關(guān)閉的（當(dāng)氧化劑還原電極150可以是空 閑時），并且打開以使來自空氣入口 142的環(huán)境空氣導(dǎo)向通過內(nèi)流路徑177并進入干燥器單 元122內(nèi)，使得干燥器單元122捕獲其中的水蒸氣。加熱器124可以可選擇地加熱干燥器單元 122以從那里釋放水，并且經(jīng)由外流路徑155排氣至大氣。可以領(lǐng)會的是，通過關(guān)閉閥146,來 自干燥器單元122的水可以被防止釋放(例如，作為蒸汽)至空氣入口 112。
[0059] 于是，與傳統(tǒng)的蓄電池供水系統(tǒng)相反，液體水不是被直接供給回到電池內(nèi)，而是經(jīng) 由接觸空氣電極的潮濕氣相被添加至電化學(xué)電池100。
[0060] 在一些實施例中，多個電化學(xué)電池可以共享共用的水管理系統(tǒng)?？梢灶I(lǐng)會的是，這 樣的水管理系統(tǒng)可以被配置成以便確保與之相關(guān)聯(lián)的電化學(xué)電池中的每一個都維持其中 的離子導(dǎo)電介質(zhì)的期望的量。還可以領(lǐng)會的是可以在其他實施例中利用附加的電化學(xué)電池 100。此外，可以在其他實施例中另外地或可選地利用其他電化學(xué)電池（例如，電化學(xué)電池 100*) 〇
[0061] 另外，可設(shè)想的是，在一些實施例中所公開的系統(tǒng)可以包括二氧化碳(C02)洗滌 器。在實施例中，二氧化碳洗滌器是繼干燥器單元之后并且在電池的氣態(tài)氧化劑入口之前 設(shè)置。如下面參照圖4和圖5的示例性實施例所圖示和描述的，二氧化碳(C02)洗滌器被設(shè)計 成在被輸入(例如，經(jīng)由內(nèi)流路徑）到干燥器單元和/或空氣入口內(nèi)的空氣被導(dǎo)向至電池的 入口之前使用二氧化碳洗滌器介質(zhì)或多個介質(zhì)從該空氣中吸收二氧化碳(C02)。在實施例 中，二氧化碳洗滌器與干燥器單元串聯(lián)并且在氣態(tài)氧化劑入口之前設(shè)置(參見圖4)。在實施 例中，二氧化碳洗滌器與干燥器單元并聯(lián)并且在氣態(tài)氧化劑入口之前設(shè)置(參見圖5)。 [0062]當(dāng)例如來自包含大約400ppmC02的常規(guī)空氣的二氧化碳(C02)與電解質(zhì)接觸時，結(jié) 果是碳酸鹽的形成。電解質(zhì)中的碳酸鹽的形成和存在可以使電池的電壓減小，并最終引起 低循環(huán)壽命和/或故障。例如，C0 2可以與氫氧化鉀(Κ0Η)電解質(zhì)反應(yīng)以根據(jù)等式1形成碳酸 鉀，
[0063] 2K0H+C02 = K2CO3+H2O (1)
[0064] 碳酸鹽、例如K2C03會在堿性電解質(zhì)中逐漸積聚，降低了Κ0Η的電導(dǎo)率和堿度，由此 導(dǎo)致差的電池極化特性。此外，碳酸鹽會在空氣電極孔隙中沉積碳酸鹽晶體，由此阻塞了氧 輸送，并引起泄漏和縮短空氣電極的壽命期。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以領(lǐng)會的是，在電池 的氣態(tài)氧化劑入口（例如，112)之前設(shè)置C02洗滌器的一些優(yōu)點包括較大的電池電壓、較長 的電池循環(huán)壽命和較大的效率。
[0065] 在實施例中，圖4或圖5的二氧化碳洗滌器利用了從以下物質(zhì)構(gòu)成的組中選擇出的 二氧化碳洗滌器介質(zhì)或材料:蘇打石灰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、和氫氧化鋰、過氧化鋰、氧化 鈣、碳酸鈣、蛇紋巖、硅酸鎂、氫氧化鎂、橄欖石、分子篩、胺和單乙醇胺和/或它們的衍生物 和/或組合。
[0066] 二氧化碳(C02)洗滌器中的C02洗滌器介質(zhì)可以被選擇成具有較大的⑶2捕獲效率 與較高的水含量。于是，將二氧化碳(C02)洗滌器與干燥器單元集成允許了 C02捕獲介質(zhì)的 效率上的增加以及C02捕獲介質(zhì)的"預(yù)潤濕"（pre-wetting)(即，在電池放電之前）的選項兩 者，使得被給送到放電電化學(xué)電池(100)內(nèi)的空氣蒸汽具有低C02濃度和高濕度兩者。
[0067]現(xiàn)在參見示例性圖示，圖4是依照一個實施例的包括具有串聯(lián)連接的干燥器單元 220和C02洗滌器240的多個電化學(xué)電池202a、202b和202c的水管理系統(tǒng)200的圖。圖4中圖示 出的電池的數(shù)量僅是示例性的并且不意在限制性的。應(yīng)該理解的是，電化學(xué)電池202a、202b 和202c中的每一個包括諸如參照圖1和圖2等先前在上面所提到的特征。例如，各電化學(xué)電 池202a至202c可以包括離子導(dǎo)電介質(zhì)145和具有面對離子導(dǎo)電介質(zhì)145的一個表面和面對 氣態(tài)氧化劑接收空間170的相反表面的氧化劑接收電極150。各電池202a、202b、202c可以進 一步包括分別用于接收包括氧化劑的空氣的氣態(tài)氧化劑入口 210a、210b和210c及分別連接 穿過氣態(tài)氧化劑接收空間170的氣態(tài)氧化劑出口 212a、212b和212c，由此允許了氣體的進入 和離開氣態(tài)氧化劑接收空間170的輸送。氧化劑被允許經(jīng)由氣態(tài)氧化劑入口 210a、210b和 210c進入氣態(tài)氧化劑接收空間170并經(jīng)由氣態(tài)氧化劑出口 212a、212b和212c離開氣態(tài)氧化 劑接收空間。與各電池202a至202c相關(guān)聯(lián)的氧化劑還原電極150被配置成借助氧化劑面對 側(cè)吸收氣態(tài)氧化劑并且例如在電化學(xué)電池的放電模式期間減少氣態(tài)氧化劑。
[0068]在圖4的水管理系統(tǒng)200中，環(huán)境空氣借助諸如入口通道202等的輸入和閥224從大 氣進入干燥器單元220。可選擇地，風(fēng)扇204可以設(shè)置以將空氣拉入或推入干燥器單元220。 空氣經(jīng)由輸入通道206被從干燥器單元220導(dǎo)向至與干燥器單元220串聯(lián)連接的⑶2洗滌器 240。從C02洗滌器240,空氣經(jīng)由電池202a、202b和202c中的每一個的入口 210a、210b和210c 被輸出。盡管經(jīng)由入口 210a、210b和210c進入空間170內(nèi)的空氣流動的相對濕度可以有差 異，但在一些實施例中，通過氣態(tài)氧化劑入口 210a、210b和210c被輸送到氣態(tài)氧化劑接收空 間170內(nèi)的潮濕氣相的相對濕度大于50%。
[0069] 在實施例中，風(fēng)扇230a、230b和230c(分別）與系統(tǒng)200中的各電池202a、202b和 202c相關(guān)聯(lián)。各風(fēng)扇230a、230b和230c當(dāng)被激活時誘發(fā)或創(chuàng)建具有氧化劑的空氣的通過氣 態(tài)氧化劑入口 210a、210b和210c進入氣態(tài)氧化劑接收空間170內(nèi)的流動，由此有助于獨立地 對各電池的水含量的管理。在橫穿各電池202a、202b和202c中的空氣空間170并且由于其中 的水分含量而在濕度上增加（或者當(dāng)期望降低電解質(zhì)水平時、例如當(dāng)空氣呼吸電池在潮濕 區(qū)域中操作時去除水含量)之后，空氣流動可以經(jīng)由出口 212a、212b和212c離開與各電池 202a、202b和202c相關(guān)聯(lián)的氧化劑還原電極模塊160。再次，超過出口 212a、212b和212c的空 氣流動的相對濕度可以例如取決于操作的模式而有差異。在一些實施例中，離開空氣空間 170的相對濕度可以大于輸入;在其他實施例中，離開空氣空間170的相對濕度可以小于輸 入的空氣的濕度?？梢灶I(lǐng)會的是，風(fēng)扇230a、230b和230c可以進一步幫助將氣體從氣態(tài)氧化 劑出口 212a、212b和212c輸送出來。可選地，在其他實施例中，用于整個電池塊或系統(tǒng)的風(fēng) 扇可以被設(shè)置用于將氣體輸送到氣態(tài)氧化劑入口 210a、210b和210c內(nèi)（和從氣態(tài)氧化劑出 口 212a、212b 和 212c 輸送出來）。
[0070] 離開空氣通道出口 212a、212b和212c的潮濕空氣可以通過可選擇性地關(guān)閉的閥 218,例如經(jīng)由空氣出口216作為排氣進入大氣內(nèi)或者經(jīng)由出口路徑214進入干燥器單元220 內(nèi)。在實施例中，輸出空氣流動可以在通過空氣出口 216被排氣之前在水管理系統(tǒng)200的離 開空氣歧管(未示出）處重新組合。
[0071] 在干燥器單元220被配置成在干燥劑中吸收和存儲來自潮濕空氣的水的實施例 中，可以領(lǐng)會的是水可以選擇性地通過加熱干燥劑來釋放。這樣，在圖示實施例中，干燥器 單元220具有與之相關(guān)聯(lián)的加熱器225,其可以被選擇性地激活以借助加熱干燥器單元220 來加熱干燥器以將提取的水從干燥器單元200選擇性地釋放。
[0072]在實施例中，干燥劑單元被旁通在輸入上，但從離開電池的潮濕氣相攝取水分。這 可以在環(huán)境空氣的相對濕度小于大約50%并且電解質(zhì)水平高時進行，使得水被從電池（多 個)去除。接著參見圖4,環(huán)境空氣經(jīng)由入口通道202輸入、經(jīng)由輸入通道207和閥224進入C02 洗滌器240內(nèi)。從⑶2洗滌器240,空氣經(jīng)由電池202a、202b和202c中的每一個的入口 210a、 210b和210c被輸出。風(fēng)扇230a、230b和230c可以誘發(fā)或創(chuàng)建具有氧化劑的空氣的通過氣態(tài) 氧化劑入口 210a、210b和210c進入氣態(tài)氧化劑接收空間170內(nèi)的流動，由此有助于獨立地對 各電池的水含量的管理。在橫穿各電池202a、202b和202c中的空氣空間170并且由于其中的 水分含量而在濕度上增加之后，空氣流動可以經(jīng)由出口 212a、212b和212c離開與各電池 202a、202b和202c相關(guān)聯(lián)的氧化劑還原電極模塊160?？梢灶I(lǐng)會的是，風(fēng)扇230a、230b和230c 可以進一步幫助將氣體從氣態(tài)氧化劑出口 212a、212b和212c輸送出來?？諝饪梢员粚?dǎo)向至 干燥器單元220。在一個實施例中，空氣可以經(jīng)由出口216被從干燥器單元220排氣。
[0073]在另一實施例中，空氣可以以其潮濕氣相作為輸入經(jīng)由輸入通道206被輸送到C02 洗滌器240內(nèi)、例如用于水的攝取。在這樣的情況中，可以理解的是，電池可能不是以放電模 式操作，因為潮濕相將與進入電池內(nèi)的入口空氣混合，這可以降低進入電池內(nèi)的總體氧氣。 [0074]在圖4中的水管理系統(tǒng)200的圖示實施例中，單獨的流動路徑從C02洗滌器240延 伸，這并不意味著限制性的。也就是，C02洗滌器240可以包括將空氣導(dǎo)向至空氣歧管（未示 出）的一個輸出，該空氣歧管接著將空氣重新導(dǎo)向至電池202a、202b和202c的入口 210a、 210b和210c。
[0075]可以領(lǐng)會的是，在其他實施例中可以利用將通向或來自干燥器單元220、⑶2洗滌 器240的入口和出口及路徑、和/或空氣出口 216、222選擇性地聯(lián)接的多個閥和路徑。
[0076]圖5是依照另一實施例的包括具有并聯(lián)連接的干燥器單元320和⑶2洗滌器240的 多個電化學(xué)電池302a和302b的水管理系統(tǒng)300的圖。圖5中圖示出的電池的數(shù)量僅是示例性 的并且不意在限制性的。例如，各電化學(xué)電池302a、302b可以包括離子導(dǎo)電介質(zhì)145和具有 面對離子導(dǎo)電介質(zhì)145的一個表面和面對氣態(tài)氧化劑接收空間170的相反表面的氧化劑還 原電極150。各電池302a、302b可以進一步包括分別用于接收包括氧化劑的空氣的氣態(tài)氧化 劑入口 310a、310b和分別連接穿過氣態(tài)氧化劑接收空間170的氣態(tài)氧化劑出口 312a、312b， 由此允許了氣體的進入和離開氣態(tài)氧化劑接收空間170的輸送。與各電池302a、302b相關(guān)聯(lián) 的氧化劑還原電極150被配置成借助氧化劑面對側(cè)吸收氣態(tài)氧化劑并且例如在電化學(xué)電池 的放電模式期間減少氣態(tài)氧化劑。
[0077]在圖5的水管理系統(tǒng)300中，二氧化碳洗滌器340與干燥器單元320并聯(lián)并且在電池 302a、302b的氣態(tài)氧化劑入口 310a、310b之前設(shè)置。環(huán)境空氣經(jīng)由諸如入口通道330等的輸 入進入系統(tǒng)300?？蛇x擇地，風(fēng)扇332可以被設(shè)置以將空氣拉入或推入干燥器單元320內(nèi)或者 C02洗滌器340內(nèi)。例如，三通閥VI可以被設(shè)置以將環(huán)境空氣從入口通道330導(dǎo)向至干燥器單 元或者⑶2洗滌器340,或兩者?？諝獗粡母稍锲鲉卧?20或C02洗滌器340導(dǎo)向至電池302a、 302b中的每一個的入口 310a、310b。三通閥V2可以被設(shè)置并控制成允許來自干燥器單元320 的潮濕氣相空氣被輸入到入口 310a、310b內(nèi)以及經(jīng)由打開的導(dǎo)管被輸入到二氧化碳洗滌器 340內(nèi)。通過釋放干燥器單元320中的水蒸氣(借助下面提到的加熱器322的激活）以產(chǎn)生連 通至二氧化碳洗滌器340的潮濕氣相，產(chǎn)生了二氧化碳洗滌器340的"預(yù)潤濕"。在實施例中， 潮濕氣相經(jīng)由打開的導(dǎo)管(打開的閥V2)被從干燥器單元320連通至二氧化碳洗滌器340。 [0078]在圖5中示出的實施例中，液體水儲蓄器360可以可選擇地被設(shè)置作為水管理系統(tǒng) 300的一部分。液體水儲蓄器360可以被連接至⑶2洗滌器340和干燥器單元320。在實施例 中，液體水儲蓄器360被配置成收集離開干燥器單元320的水用于(通過滴落或以其他方式） 傳遞至二氧化碳洗滌器340。例如，該過程可以在系統(tǒng)空閑或充電期間進行。在隨后的放電 時，空氣被導(dǎo)向至C02洗滌器(通過閥VI)，在那里相對濕度歸因于在C02洗滌器介質(zhì)上吸收/ 吸附的水的蒸發(fā)而增加，由此將空氣加濕?？諝饨又ㄟ^閥V 2被導(dǎo)向到電池入口 310 a和 310b內(nèi)。這允許了入口空氣在放電期間被加濕而不用運行加熱器322(這會減少系統(tǒng)輸出功 率）。還有，它允許干燥器320在放電期間從離開電池的空氣吸收水分。
[0079] 盡管經(jīng)由入口 310a進入空間170內(nèi)的空氣流動的相對濕度可以有差異，但在一些 示例中，通過氣態(tài)氧化劑入口 310a、310b被輸送到氣態(tài)氧化劑接收空間170內(nèi)的潮濕氣相的 相對濕度大于50 %。
[0080]在實施例中，風(fēng)扇330a、330b(分別）與系統(tǒng)300中的各電池302a、302b相關(guān)聯(lián)。各風(fēng) 扇330a、330b當(dāng)被激活時誘發(fā)或創(chuàng)建具有氧化劑的空氣的通過氣態(tài)氧化劑入口 310a、310b 進入氣態(tài)氧化劑接收空間170內(nèi)的空氣的流動，由此有助于獨立地對各電池的水含量的管 理。在橫穿各電池302a、302b中的空氣空間170并且由于其中的水分含量而濕度上增加之 后，空氣流動可以經(jīng)由出口 312a、312b離開與各電池302a、302b相關(guān)聯(lián)的氧化劑還原電極模 塊160。盡管超過出口 312a、312b的空氣流動的相對濕度可以有差異，但在一些實施例中，離 開空氣空間170的相對濕度可以是近似70%。當(dāng)然，如先前所提到的，在橫穿空氣空間170并 且由于其中的水分含量而在濕度上增加之后，空氣流動可以經(jīng)由出口離開氧化劑還原電極 模塊。再次，超過出口 312a、312b的空氣流動的相對濕度可以有差異，離開空氣空間170的相 對濕度也是，并且可以基于變化的條件(諸如上面提到的那些)而更改?？梢灶I(lǐng)會的是，風(fēng)扇 330a、330b可以進一步幫助將氣體從氣態(tài)氧化劑出口 312a、312b輸送出來?？蛇x地，在另一 實施例中，用于整個電池塊或系統(tǒng)的風(fēng)扇可以被設(shè)置用于將氣體輸送到氣態(tài)氧化劑入口 310a、310b內(nèi)（和從氣態(tài)氧化劑312a、312b輸送出來）。
[00811 離開空氣通道出口 312a、312b的潮濕空氣的剩余部分可以通過可選擇性地關(guān)閉的 閥V3經(jīng)由空氣出口 344作為排氣進入大氣內(nèi)或者經(jīng)由出口路徑379進入干燥器單元320內(nèi)， 在下面更詳細(xì)地描述。在實施例中，閥V3可以位于超過出口312a、312b的在空氣流動路徑中 的任何地方，并且在一些實施例中閥V3可以位于干燥器單元320內(nèi)。另外，閥V3可以是任何 適當(dāng)?shù)臉?gòu)造或配置的，并且在一些實施例中可以包括止回閥或簧片閥，并且可以簡單地配 置成防止不期望的回流。閥V3的一些實施例的操作(例如，當(dāng)它被選擇性地打開和關(guān)閉時） 在下面更詳細(xì)地討論?？梢灶I(lǐng)會的是，圖示實施例的閥V3僅僅是示例性的，并且在其他實施 例中可以利用將出口 312a、312b選擇性地聯(lián)接至干燥器單元320或者空氣出口 344的多個閥 和路徑。
[0082]在干燥器單元320被配置成在干燥劑中吸收并存儲來自潮濕空氣的水的實施例 中，可以領(lǐng)會的是水可以通過加熱干燥劑被選擇性地釋放。這樣，在圖示實施例中，干燥器 單元320具有與之相關(guān)聯(lián)的加熱器322,其可以被選擇性地激活以借助加熱干燥器單元320 來加熱干燥劑以將提取的水從干燥器單元320選擇性地釋放。例如，加熱器322可以被配置 成對干燥劑材料進行充分地加熱以使吸收的水變成蒸汽，并且將蒸汽導(dǎo)向至外流路徑335， 由此繞過(bypass)將水分?jǐn)z取到干燥劑單元320內(nèi)的電池302a、302b。在實施例中，離開干 燥器單元320的潮濕氣相的一小部分被導(dǎo)向至加濕電池302。
[0083]可以領(lǐng)會的是，例如可允許二氧化碳洗滌器340的"預(yù)潤濕"的多種配置在實施例 間都是可能的。在實施例中，潮濕氣相經(jīng)由打開的導(dǎo)管、例如經(jīng)由打開的閥V2被從干燥器單 元320連通至二氧化碳洗滌器340。在另一實施例中，潮濕氣相經(jīng)由液體水儲蓄器360被連通 至二氧化碳洗滌器340。液體水儲蓄器360被配置成收集離開干燥器單元320的水(例如，通 過借助來自加熱器322的加熱的蒸汽;通過滴落或以其他方式)用于傳遞至二氧化碳洗滌器 340 〇
[0084]可以領(lǐng)會的是，電化學(xué)電池302a、302b的操作可以修改水管理系統(tǒng)300的操作。具 體地，水管理系統(tǒng)300可以在當(dāng)電化學(xué)電池302a、302b處于放電模式時與當(dāng)電化學(xué)電池 302a、302b處于再充電模式時相比不同地操作?？蛇x地，水管理系統(tǒng)300可以被配置成以不 管電化學(xué)電池302a、302b的操作模式如何的模式操作。
[0085]在實施例中，水管理系統(tǒng)300處于電池加濕模式。加熱器322被致動（或被打開）以 加濕被輸入到電化學(xué)電池100內(nèi)的空氣以使水移動到電池內(nèi)。更具體地，干燥器單元133通 過入口通道330(和風(fēng)扇332)接收輸入空氣，由于閥VI對干燥器單元320被打開并且對C02洗 滌器340封閉。于是，水蒸氣被釋放到空氣內(nèi)，并且該潮濕氣相空氣通過打開的V2被連通至 電池302a、302b的入口 310a、310b。在一些實施例中，該潮濕氣相空氣通過V2被連通至電池 302a、302b的入口 310a、310b以及經(jīng)由打開的導(dǎo)管被連通至二氧化碳洗滌器340。這樣，系統(tǒng) 300被配置成釋放干燥器單元320中的水蒸氣(借助加熱器322的致動）以產(chǎn)生通過氣態(tài)氧化 劑入口 310a、310b被輸送到電池302a、302b的氣態(tài)氧化劑接收空間170內(nèi)的潮濕氣相，由此 電化學(xué)電池302a、302b的水含量通過將潮濕氣相經(jīng)由氣態(tài)氧化劑接收空間170供給至氧化 劑還原電極150來管理。在實施例中，風(fēng)扇330a、330b可以可選擇地使用以使空氣的流動移 動到電池302a、302b內(nèi)。
[0086]以上描述的加濕模式可以在電化學(xué)電池302a、302b的放電模式、電池充電或再充 電模式、電池空閑模式或它們的組合期間同時發(fā)生。在實施例中，洗滌器加濕模式在當(dāng)外部 電網(wǎng)功率可得到時發(fā)生。
[0087]可選地，系統(tǒng)300可以被配置成在水捕獲模式中在干燥器單元320處從通過氣態(tài)氧 化劑出口 312a、312b離開電化學(xué)電池302a、302b、100的潮濕氣相空氣捕獲水蒸氣，由此捕獲 離開電化學(xué)電池302的水蒸氣。環(huán)境空氣通過入口通道330被從大氣接收并且被導(dǎo)向至C02 洗滌器340(并且對干燥器單元320是關(guān)閉的）。當(dāng)空氣被從洗滌器340導(dǎo)向到入口 310a、310b 內(nèi)并且流動通過空氣空間170時，閥V3可以是打開的（對大氣或出口 344封閉）使得離開空氣 通道出口 312a、312b的空氣流動可以進入干燥器單元320。在一些實施例中，可以領(lǐng)會的是 外流路徑355對空氣出口是打開的，使得當(dāng)從干燥器單元320中的潮濕空氣吸收濕氣時，經(jīng) 過干燥的空氣可以排放至大氣。干燥器單元320因此可以吸收否則會通過氧化劑還原電極 150逸出至大氣的最初來自離子導(dǎo)電介質(zhì)的水分，引起了蒸發(fā)，并因此引起了離子導(dǎo)電介質(zhì) 的增加的濃度。離開電化學(xué)電池302a、302b的潮濕排氣由干燥器單元320中的干燥劑介質(zhì)捕 獲以保持系統(tǒng)中的濕度(與隨時間推移會使離子導(dǎo)電介質(zhì)中的水含量下降的經(jīng)由排氣355 直接排氣至環(huán)境空氣相反）。風(fēng)扇330a、330b可以可選擇地使用以使空氣的流動從中移動通 過。系統(tǒng)300因此仍然使來自電化學(xué)電池302a、302b的排放蒸汽在干燥器單元320中的水蒸 氣(單元320攝取水分)釋放。
[0088]此外，在實施例中，系統(tǒng)300也被配置成釋放干燥器單元320中的水蒸氣(借助加熱 器322的致動）以產(chǎn)生被連通至二氧化碳洗滌器340的潮濕氣相，由此"預(yù)潤濕"二氧化碳洗 滌器340。
[0089] 在另一實施例中，在電池放電模式期間，系統(tǒng)300被配置成將環(huán)境氧化劑輸送通過 二氧化碳洗滌器340至電化學(xué)電池 302a、302b的氣態(tài)氧化劑入口310a、310b，由此有助于氣 態(tài)氧化劑的濕度和二氧化碳濃度的管理。
[0090] 在實施例中，系統(tǒng)300被配置成如上面提到的在電池放電模式期間同時地在干燥 器單元320處捕獲水蒸氣（電網(wǎng)關(guān)）。
[0091] 再次，應(yīng)該領(lǐng)會的是，處于如參照圖3至圖5所描述的以上模式中的任何一個的電 化學(xué)電池的操作可以被選擇以修改相關(guān)聯(lián)的水管理系統(tǒng)的操作。水管理系統(tǒng)可以在當(dāng)電化 學(xué)電池處于放電模式時與當(dāng)處于再充電模式時相比不同地操作。可以在如這里所公開的電 化學(xué)電池中利用的操作的示例性模式被總結(jié)在下面的圖表中：
[0092] 沒有C02洗滌器時(例如，參見圖3)
[0094] 具有C02洗滌器時(例如，參見圖4和/或圖5)
[0095]
[0096] 在一些實施例中，電化學(xué)電池的充電可以被配置成使風(fēng)扇脫開，而在其他實施例 中風(fēng)扇可以保持接合以使潮濕空氣循環(huán)。在一些實施例中，風(fēng)扇的操作可以是脈沖的或者 以其他方式呈間歇性，而在其他實施例中風(fēng)扇可以連續(xù)地操作。此外，風(fēng)扇的操作可以通過 與電化學(xué)電池相關(guān)聯(lián)的定時電路、控制邏輯(或者與之相關(guān)聯(lián)的人工控制器)和/或通過與 水管理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的傳感器來控制。在其他實施例中其他配置也是可能的。
[0097] 可以領(lǐng)會的是，在其他實施例中可以利用將通向或來自干燥器單元320、⑶2洗滌 器340的入口和出口及路徑、和/或空氣出口 355或入口選擇性地聯(lián)接的多個閥和路徑。還 有，盡管在實施例中的每一個中沒有圖示性地示出，但空氣歧管可以設(shè)置在水管理系統(tǒng)中、 例如用于通向/來自電化學(xué)電池(多個)的輸入和/或排氣空氣。
[0098]水管理系統(tǒng)的自矯平（self-leveling)特征可以參照圖1中圖示出的電化學(xué)電池 100來領(lǐng)會。如圖所示，提供了在電化學(xué)電池100中的離子導(dǎo)電介質(zhì)的液位L。可以領(lǐng)會的是， 在一些實施例中，電化學(xué)電池100可以在其中包含被配置成查明離子導(dǎo)電介質(zhì)的液位的液 位傳感器。控制可以基于液位傳感器、環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度、離開電池的相對濕度或它 們的組合。液位傳感器可以是任何構(gòu)造或配置的，包括但不限于浮力/浮球傳感器、光學(xué)傳 感器、熱傳感器、電導(dǎo)率傳感器等等。在實施例中，當(dāng)離子導(dǎo)電介質(zhì)下降低于針對電化學(xué)電 池中的一個或多個的期望液位或預(yù)定下限時，系統(tǒng)進入并以除濕模式操作。也就是，加熱器 124可以被激活以從干燥器單元122釋放水。在其他實施例中，重新填充可以是基于定時器 電路或類似的控制機制自動的。在一些實施例中，與干燥器單元122相關(guān)聯(lián)的傳感器可以確 定何時激活加熱器124。例如，液位傳感器可以被聯(lián)接至加熱器124,并且激活加熱器以從干 燥器單元122釋放捕獲的水。作為一個非限制性示例，如果傳感器確定干燥劑完全飽和，然 而干燥器單元122內(nèi)的濕度水平升高（指示出附加的水不能在干燥劑中被吸收），則加熱器 124可以使水蒸發(fā)以試圖重新補足電池室。當(dāng)液位L大于預(yù)定上限時，系統(tǒng)進入水捕獲模式。 其他配置也是可能的，并且可以在實施例間有差異。
[0099] 這里所描述的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和配置是示例性的，并且可以在實施例間有差異。在一些 實施例中，閥是被動的，不需要用于操作的外部控制。在一些實施例中，可以采用具有致動 的外部部件的主動閥。例如，這里所利用的閥可以是任何適當(dāng)?shù)呐渲玫模ǖ幌抻谌?閥、簧片閥、雙金屬扣止回閥（bimetal snap check valve)、等等。閥可以通過任何適當(dāng)?shù)?源來激活，包括但不限于伺服系統(tǒng)、電子控制器、熱（例如，來自加熱器，例如元件124)或壓 力(例如，來自通過風(fēng)扇、例如元件132生成的空氣流動，或來自與被加熱的水蒸氣相關(guān)聯(lián)的 壓力）。另外，歧管、管道、軟管、連接或其他空氣/水流動路徑可以是任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造或配置 的，包括但不限于金屬、塑料和/或橡膠。電化學(xué)電池(例如，電化學(xué)電池100)或水管理系統(tǒng) (例如，水管理系統(tǒng)330)的其他組成部件可以類似地是有差異的構(gòu)造或配置的。
[0100] 還有，盡管一個示例性實施例提到了作為燃料的鋅的使用（以生成氧化鋅），但依 照實施例，所公開的系統(tǒng)可以與任何類型的蓄電池電池(任何類型的堿性蓄電池和/或使用 氧化劑電極/陰極的蓄電池)一起使用以管理水。例如，各種類型的電化學(xué)電池、包括但不限 于金屬-空氣、Ni-Zn、Ni-Cd、鉛-酸、Ag-Zn和/或Ni-MH蓄電池可以如先前所描述地利用所公 開的系統(tǒng)來捕獲和釋放水蒸氣。取決于蓄電池的類型，氣體的輸送可以通過氧化劑還原電 極或通過另一類型的空氣可滲透膜(例如，多孔含氟聚合物、多孔金屬、多孔陶瓷等）。
[0101] 前述圖示實施例只是用于說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能原理而提供的并且不意在限 制性。例如，本發(fā)明可以使用不同的燃料、不同的氧化劑、不同的電解質(zhì)和/或不同的整體結(jié) 構(gòu)配置或材料來實踐。因此，本發(fā)明意在涵蓋在前面隨附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有 修改、替換、更改和等同物。
【主權(quán)項】
1. 一種用于管理一個或多個電化學(xué)電池中的水含量的系統(tǒng)，各電化學(xué)電池包括多個電 極和液體離子導(dǎo)電介質(zhì)，所述系統(tǒng)包括： 氣相導(dǎo)管，用于接收與所述電化學(xué)電池相關(guān)聯(lián)的潮濕氣相； 干燥器單元，被連接至各電化學(xué)電池并且被配置用于從所述潮濕氣相提取水； 加熱器，用于選擇性地加熱所述干燥器單元以將提取的水從所述干燥器單元選擇性地 釋放;和 二氧化碳洗滌器，被連接至所述干燥器單元、被配置成吸收二氧化碳， 其中，在水捕獲模式期間，所述系統(tǒng)被配置成在所述干燥器單元處從離開電化學(xué)電池 的潮濕氣相捕獲水蒸氣;并且其中，在電池加濕模式期間，所述系統(tǒng)被配置成借助加熱器的 致動使干燥器單元中的水蒸氣釋放，以產(chǎn)生被輸送到所述電化學(xué)電池內(nèi)的潮濕氣相。2. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電化學(xué)電池包括燃料電極、氣態(tài)氧化劑接收空間、 和具有面對所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的一個表面和面對所述氣態(tài)氧化劑接收空間的相反表面的 氧化劑還原電極，氣態(tài)氧化劑入口和氣態(tài)氧化劑出口連接穿過所述氣態(tài)氧化劑接收空間， 由此允許氣體的進入和離開所述氣態(tài)氧化劑接收空間的輸送。3. 權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述二氧化碳洗滌器繼所述干燥器單元之后并且在所 述氣態(tài)氧化劑入口之前設(shè)置。4. 權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述二氧化碳洗滌器與所述干燥器單元并聯(lián)并且在所 述氣態(tài)氧化劑入口之前設(shè)置。5. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述水捕獲模式與電池放電模式同時發(fā)生。6. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述加濕模式與電池充電模式、電池空閑模式、電池放 電模式或者它們的組合同時地發(fā)生。7. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括用于將氧化劑的流動輸送通過各電化學(xué)電池的 風(fēng)扇。8. 權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括與各電化學(xué)電池相關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇，用于創(chuàng)建進入氣 態(tài)氧化劑接收空間內(nèi)的氧化劑的流動，由此有助于獨立地對各電池的水含量的管理。9. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括與各電化學(xué)電池相關(guān)聯(lián)的液位傳感器，所述液位 傳感器感測所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的液位使得當(dāng)所述液位低于預(yù)定下限時，所述電化學(xué)電池進 入除濕模式。10. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括與各電化學(xué)電池相關(guān)聯(lián)的液位傳感器，所述液 位傳感器感測所述離子導(dǎo)電介質(zhì)的液位使得當(dāng)所述液位大于預(yù)定上限時，所述電化學(xué)電池 進入所述水捕獲模式。11. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括與電化學(xué)電池相關(guān)聯(lián)的液位傳感器，其中所述 液位傳感器被聯(lián)接至所述加熱器，并且激活所述加熱器以將捕獲的水從所述干燥器單元釋 放。12. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中通過氣態(tài)氧化劑入口被輸送到氣態(tài)氧化劑接收空間內(nèi) 的所述潮濕氣相的相對濕度大于50%。13. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在洗滌器加濕模式期間，所述系統(tǒng)被配置成將干燥器 單元中的水蒸氣釋放，以產(chǎn)生被連通至所述二氧化碳洗滌器的潮濕氣相，由此預(yù)潤濕所述 二氧化碳洗滌器。14. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在電池放電模式期間，所述系統(tǒng)被配置成將環(huán)境氧化 劑輸送通過二氧化碳洗滌器至各電化學(xué)電池，由此有助于所述氣態(tài)氧化劑的濕度和二氧化 碳濃度的管理。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述潮濕氣相經(jīng)由打開的導(dǎo)管被從所述干燥器 單元連通至所述二氧化碳洗滌器。16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述潮濕氣相經(jīng)由液體水儲蓄器被連通至所述 二氧化碳洗滌器，所述液體水儲蓄器被配置成收集離開干燥器單元的水，用于傳遞至所述 二氧化碳洗滌器。17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中離開所述干燥器單元的潮濕氣相的一部分被導(dǎo) 向以加濕各電化學(xué)電池。18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述洗滌器加濕模式在電池空閑模式期間發(fā)生。19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述洗滌器加濕模式在當(dāng)外部電網(wǎng)功率可用時 發(fā)生。20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中離開電化學(xué)電池的潮濕氣相被導(dǎo)向至干燥器單 元，由此捕獲離開電化學(xué)電池的水蒸氣。21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述二氧化碳洗滌器包括從以下材料構(gòu)成的組中 選擇的材料:蘇打石灰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、和氫氧化鋰、過氧化鋰、氧化鈣、碳酸鈣、蛇紋 巖、硅酸鎂、氫氧化鎂、橄欖石、分子篩、胺和單乙醇胺、衍生物及其組合。22. -種用于管理一個或多個電化學(xué)電池中的水含量的方法，各電化學(xué)電池包括多個 電極和液體離子導(dǎo)電介質(zhì)，所述方法包括： 在干燥器單元中接收來自所述一個或多個電化學(xué)電池的潮濕空氣； 使用加熱器選擇性地加熱所述干燥器單元； 使用被連接至所述干燥器單元的二氧化碳洗滌器吸收來自所述潮濕空氣的二氧化碳； 和 使來自所述二氧化碳洗滌器的所述潮濕空氣導(dǎo)向至所述離子導(dǎo)電介質(zhì)。23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述一個或多個電化學(xué)電池具有與之相關(guān)聯(lián)的 風(fēng)扇，并且其中所述方法進一步包括： 使用所述風(fēng)扇用于使氧化劑的流動通過各電化學(xué)電池。24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進一步包括： 使用液體水儲蓄器選擇性地收集離開所述干燥器單元的水，和 借助所述液體水儲蓄器選擇性地將水傳遞至所述二氧化碳洗滌器。25. -種用于管理包括一個或多個電化學(xué)電池的系統(tǒng)中的水含量的方法，各電化學(xué)電 池包括多個電極和液體離子導(dǎo)電介質(zhì)，所述系統(tǒng)進一步包括二氧化碳洗滌器，所述方法包 括： 使來自外部大氣源的空氣輸入至所述二氧化碳洗滌器； 使用所述二氧化碳洗滌器吸收來自所述外部大氣空氣的二氧化碳； 使來自所述二氧化碳洗滌器的輸出空氣導(dǎo)向至所述一個或多個電化學(xué)電池的所述離 子導(dǎo)電介質(zhì);和 在干燥器單元中接收來自所述一個或多個電化學(xué)電池的潮濕空氣， 其中所述干燥器單元和所述二氧化碳洗滌器被配置成被選擇性連通地聯(lián)接。26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述一個或多個電化學(xué)電池具有與之相關(guān)聯(lián)的 風(fēng)扇，并且其中所述方法進一步包括： 使用所述風(fēng)扇用于將氧化劑的流動輸送通過各電化學(xué)電池。27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進一步包括： 使來自所述干燥器單元的潮濕空氣選擇性地輸入至所述二氧化碳洗滌器和所述一個 或多個電化學(xué)電池的所述離子導(dǎo)電介質(zhì)。28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進一步包括： 使用液體水儲蓄器選擇性地收集離開所述干燥器單元的水，和 借助所述液體水儲蓄器將水選擇性地傳遞至所述二氧化碳洗滌器。
【文檔編號】H01M8/04276GK106025311SQ201610193287
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】R·克里施南, J·海耶斯, G·弗里森, S·芬克
【申請人】流體公司