具有高能量效率模式的金属空气电化学电池

摘要

本发明涉及具有高能量效率模式的金属-空气电化学电池。

主权项

一种用于存储来自功率源的电能并且向负载提供电能的金属‑空气电化学电池，其特征在于，包括：多个电极，所述多个电极包括包含金属燃料的燃料电极和用于暴露于氧源的空气电极，其中，所述多个电极中除了所述燃料电极和所述空气电极之外的电极包括可逆金属，所述可逆金属能够可逆氧化到它的可还原类物质并且还原到它的可氧化类物质，并且其中，所述多个电极中除了所述燃料电极之外的电极是具有析氧功能的析氧电极；其中，包括所述可逆金属的电极和所述析氧电极是同一个电极，所述同一个电极是与所述燃料电极和所述空气电极分隔的三重功能电极；用于在所述多个电极之间传导离子的离子传导介质；控制器，其被配置为能够在以下状态之间对所述电池进行切换：(i)再充电状态，将所述功率源耦合到所述燃料电极和所述三重功能电极以便应用它们之间的电势差，使得所述再充电状态包括在所述燃料电极上的所述金属燃料的可还原类物质的还原，和(a)最初的高能量再充电状态，在所述高能量再充电状态中，如果出现所述可逆金属的所述可氧化类物质，则在所述三重功能电极的氧化由所述可逆金属的所述可氧化类物质到它的可还原类物质的氧化来主导，其中所述三重功能电极的电势是用于氧气析出的阴极电势，并且(b)随后的标准再充电状态，在所述标准再充电状态中，在所述三重功能电极处的氧化由来自所述离子传导介质的氧气的析出来主导；(ii)标准放电状态，其中，所述燃料电极和所述空气电极被耦合到所述负载，使得所述燃料电极处的所述金属燃料的氧化和所述空气电极处的来自所述氧源的氧气的还原生成用于输出电流的电势差；以及(iii)高能量效率放电状态，其中，所述燃料电极和所述三重功能电极被耦合到所述负载，使得所述燃料电极处的所述金属燃料的氧化以及如果出现所述可逆金属的可还原类物质则使得所述可逆金属的所述可还原类物质到它的可氧化类物质的还原生成用于输出电流的电势差，其中，所述三重功能电极的电势是用于在所述空气电极处的氧还原的阳极电势；其中，所述高能量效率放电状态和再充电状态的能量效率大于所述标准放电状态和再充电状态的能量效率，每个能量效率的比值是q_outV_out/q_inV_in。