[发明专利]电化学电池系统的可浸入气态氧化剂阴极

说明书

该申请要求于2011年11月4日提交的美国临时专利申请No.61/555,952的优先权，因此通过参考将其整体结合在此。

技术领域

本发明通常涉及一种电化学电池系统，并且更具体地涉及一种利用气态氧化剂还原电极以及诸如电解质的液体离子导电介质的电化学电池系统。

背景技术

许多类型的电化学电池利用离子导电介质以支持电池内的电化学反应。例如，金属空气电化学电池系统可以包括一个或多个电池，其每一个具有用作在其处金属燃料被氧化的阳极的燃料电极以及在其处来自环境空气的氧气被还原的空气呼吸阴极。这种电池还可以包括诸如液体电解质溶液的离子导电介质以使氧化/还原离子在电极之间传送。例如，参见通过参考而整体结合在此的美国专利公开No.2009/0284229。在包括多个电化学电池的一些电化学电池系统中，多个电池共用离子导电介质。例如，液体电解质溶液可以串行地从一个电池流到另一个，诸如在通过参考而整体结合在此的美国专利申请12/631,484中所描述的。在其他电化学电池系统中，离子导电介质可以为多个电池共用，但是可以部分并行地流动。在还有其他电化学电池系统中，离子导电介质可以根本不流动，反而可以是停滞的，或者仅仅在电极之间的限制区域之内摇动。

不管离子导电介质的任何运动，在利用空气电极的传统系统中，空气电极限定了用于限制电化学电池系统之内的离子导电介质的边界壁。这就是说空气电极典型地被密封到外壳的外部，这形成了离子导电介质不透屏障。然而，这种传统系统的缺点在于如果空气电极与外壳之间的密封失效，或者如果在空气电极本身中形成了泄漏，则液体离子导电介质不再被限制在电化学电池之内，这可能导致电池完全失效、需要更换离子导电介质、对电化学电池周围的环境有害等等。此外，在大多数设计中，更换空气电极是困难的任务，因为必须排干离子导电介质以便可除去用过的气态氧化剂还原电极。因此可以意识到使空气电极与在其中形成空气空间的外壳一起浸入到离子导电介质中可防止这种完全失效，并且可使空气电极的更换简单化。例如，在通过参考而整体结合在此的美国专利5,011,747中示出了传统可浸入空气电极的示例。

发明内容

根据实施例，一种被配置成浸入到电化学电池的离子导电介质中的氧化剂还原电极模块包括外壳，该外壳被配置成限定其中的气态氧化剂接收空间。氧化剂还原电极模块还包括具有氧化剂面向侧和离子导电介质面向侧的氧化剂还原电极。将氧化剂还原电极安装到所述外壳以便氧化剂还原电极限定用于气态氧化剂接收空间的边界壁，其中氧化剂面向侧向内面向气态氧化剂接收空间并且离子导电介质面向侧面向外部以暴露于离子导电介质。氧化剂还原电极模块还包括通过延伸穿过气态氧化剂接收空间的气态氧化剂通道而耦合的气态氧化剂入口和气态氧化剂出口。氧化剂还原电极模块进一步包括位于气态氧化剂接收空间之内的一个或多个支撑件，该一个或多个支撑件被配置成防止当氧化剂还原电极浸入到离子导电介质中时氧化剂还原电极变形到气态氧化剂接收空间之中，并且将气态氧化剂在气态氧化剂通道之内的流动从气态氧化剂入口引导到气态氧化剂出口。另外，可使氧化剂通过气态氧化剂入口进入到气态氧化剂接收空间中，以便氧化剂还原电极被配置成通过氧化剂面向侧吸收气态氧化剂并且在电化学电池放电期间使气态氧化剂还原。