專利名稱：針對(duì)基架燃料電極的電池重置過(guò)程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電化學(xué)電池，并且更具體地涉及金屬-空氣電池。
背景技術(shù)：
使用金屬作為燃料的電化學(xué)電池是已知的。一種類型的電化學(xué)電池是金屬-空氣電池，其通常包括燃料陽(yáng)極、吸氣陰極以及電解質(zhì)，其中金屬燃料在燃料陽(yáng)極處被氧化，來(lái)自周?chē)諝庵械难鯕庠谖鼩怅帢O處被還原，并且電解質(zhì)用于支持經(jīng)氧化/經(jīng)還原離子的反應(yīng)。在諸如美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)12/385，489和12/901，410 (此二者均通過(guò)引用并入于此)中所公開(kāi)的某些金屬-空氣電池中，燃料陽(yáng)極包括多個(gè)基架式電極坯體。金屬燃料被還原并電沉積在電極坯體上。伴隨這種類型的設(shè)計(jì)的一個(gè)挑戰(zhàn)是確保生長(zhǎng)不會(huì)過(guò)早地將相鄰電極坯體短接在一起，從而縮減在坯體之間密集生長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。在此類基架式金屬-空氣電池中，吸氣陰極的制造誤差、缺陷以及磨損和撕裂可能導(dǎo)致當(dāng)電池處于電流產(chǎn)生模式中時(shí)電極坯體上燃料的某些區(qū)域未像其他區(qū)域那樣快地被氧化。當(dāng)繼而將這樣的電池置于充電模式中時(shí)，這些逐漸積聚的燃料區(qū)域可能造成在電極坯體之間電連接的過(guò)早形成，而這可能降低充電容量、總電池效率以及電池中儲(chǔ)存的能量。除了其他方面之外，本申請(qǐng)致力于提供一種從燃料陽(yáng)極消除金屬燃料區(qū)域、有效地將燃料電池的燃料陽(yáng)極重置到嶄新的可充電條件的有效和改進(jìn)的方式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于重置電化學(xué)電池的方法。電化學(xué)電池包括燃料電極、與燃料電極間隔開(kāi)的氧化劑電極、從包括(a)氧化劑電極和(b)與燃料電極和氧化劑電極間隔開(kāi)的第三電極的組中選取的充電電極以及與電極接觸的離子導(dǎo)電介質(zhì)。燃料電極和氧化劑電極被配置用于在放電期間將燃料電極處的金屬燃料氧化成可還原的燃料形類并且還原氧化劑電極處的氧化劑從而在它們之間產(chǎn)生放電電流以供施加至負(fù)載。燃料電極和充電電極被配置用于在充電期間通過(guò)在它們之間施加來(lái)自電源的充電電流來(lái)還原燃料的可還原形類以將燃料電沉積在燃料電極上并且氧化氧化劑的可氧化形類。該方法包括在燃料電極與至少一個(gè)其他前述電池電極之間施加重置電流，其中燃料電極充當(dāng)陽(yáng)極而該其他前述電極充當(dāng)陰極，從而使得燃料電極上的金屬燃料被氧化成可還原燃料形類。關(guān)于“其他前述電極”應(yīng)當(dāng)理解，如果充電電極為氧化劑電極，則該其他前述電極是氧化劑電極。然而，如果充電電極為第三電極，則該其他前述電極可以是氧化劑電極或者第三電極。該方法還可以包括撤除重置電流以中止重置過(guò)程。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括電化學(xué)電池和控制器的電化學(xué)電池系統(tǒng)。 電化學(xué)電池包含具有一系列以間隔開(kāi)關(guān)系布置的可滲透電極坯體的燃料電極，用于接納經(jīng)電沉積的金屬燃料。電池還具有與燃料電極間隔開(kāi)的氧化劑電極，以及與燃料電極間隔開(kāi)的充電電極。充電電極從包括(a)氧化劑電極和(b)第三電極的組中選取。電池進(jìn)一步包含與電極相連的離子導(dǎo)電介質(zhì)。該電化學(xué)電池系統(tǒng)還可以具有被配置用于在燃料電極、氧化劑電極和充電電極之間提供電連接的電路。該系統(tǒng)還可以包含功率輸入電路和功率輸出電路。在電路上還可能有多個(gè)開(kāi)關(guān)，其被配置用于選擇性地?cái)嚅_(kāi)或閉合燃料電極、氧化劑電極、充電電極、功率輸入電路以及功率輸出電路之間的電連接。在電池系統(tǒng)中，電池被配置用于通過(guò)氧化燃料電極的電極坯體上的金屬燃料并且還原氧化劑電極處的氧化劑來(lái)產(chǎn)生放電電流。燃料電極的可滲透電極坯體的間隔關(guān)系可以使充電電流能夠被施加于充電電極與至少一個(gè)可滲透陽(yáng)極坯體之間，其中充電電極充當(dāng)陽(yáng)極，而該至少一個(gè)可滲透電極坯體充當(dāng)陰極。該配置可以使可還原燃料離子能夠從離子導(dǎo)電介質(zhì)中被還原并且電沉積為至少一個(gè)可滲透電極坯體上的可氧化形式的燃料，其中電沉積造成燃料在可滲透電極坯體間的生長(zhǎng)，從而使得經(jīng)電沉積的燃料在可滲透電極坯體之間建立電連接。電化學(xué)電池系統(tǒng)的控制器可以被配置用于響應(yīng)控制指令來(lái)控制電化學(xué)電池的多個(gè)開(kāi)關(guān)中每一個(gè)的斷開(kāi)狀態(tài)或者閉合狀態(tài)。控制器還可以被配置用于選擇性地?cái)嚅_(kāi)和/或閉合多個(gè)開(kāi)關(guān)，以向功率輸入電路以及在燃料電極與至少一個(gè)其他前述電極之間施加重置電流，其中燃料電極充當(dāng)陽(yáng)極而該其他前述電極充當(dāng)陰極，從而使得燃料電極上的金屬燃料被氧化成可還原的燃料形類。關(guān)于“其他前述電極”再次應(yīng)當(dāng)理解，如果充電電極為氧化劑電極，則該其他前述電極是氧化劑電極。然而，如果充電電極為第三電極，則該其他前述電極可以是氧化劑電極或者第三電極?？刂破鬟€可以被配置用于選擇性地?cái)嚅_(kāi)和/或閉合多個(gè)開(kāi)關(guān)以撤除重置電流， 從而中止重置過(guò)程。從下文的詳細(xì)描述、附圖以及隨附的權(quán)利要求中，本發(fā)明的其他方面將變得顯而易見(jiàn)。


現(xiàn)在將要參照隨附的示意性附圖，僅以舉例的方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，在附圖中對(duì)應(yīng)的參考符號(hào)指示對(duì)應(yīng)的部分，并且其中圖1圖示了包括2個(gè)電化學(xué)電池的電化學(xué)電池系統(tǒng)的剖視圖；圖2圖示了圖1的電化學(xué)電池系統(tǒng)的分解圖；圖3圖示了圖1的電化學(xué)電池中之一的電極夾；圖4圖示了圖3的電極夾夾持燃料電極，以及連接至該電極夾的多個(gè)隔片；圖5更詳細(xì)地圖示了圖4的隔片中之一；圖6更詳細(xì)地圖示了在圖5的隔片與圖3的電極夾之間的連接；圖7更詳細(xì)地圖示了部分地由圖3的電極夾限定的流態(tài)化區(qū)；圖8示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式在電化學(xué)電池與外部負(fù)載以及電源之間的電連接；圖9示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式在電化學(xué)電池與外部負(fù)載以及電源之間的電連接；圖10為在空氣陰極中具有缺陷的電化學(xué)電池的電極坯體的孤立示意圖，其示出了該電極坯體上在電池的初始放電前電沉積的燃料生長(zhǎng)；圖11示出了在放電期間圖10的金屬燃料的消耗；圖12示出了圖10和圖11的金屬燃料的持續(xù)消耗；圖13示出了在電化學(xué)電池的充電期間圖10-圖12的金屬燃料的生長(zhǎng)；圖14示出了圖13的金屬燃料的持續(xù)生長(zhǎng)；圖15示出了圖13和圖14的金屬燃料的持續(xù)生長(zhǎng)；圖16示出了在放電期間圖15的金屬燃料的消耗；圖17示出了處于實(shí)際耗竭狀態(tài)的圖16的電池；圖18示出了被配置要進(jìn)行重置的圖17的電池；圖19示出了包括與圖18的電池類似的電化學(xué)電池的電化學(xué)電池系統(tǒng)的孤立示意圖，該電化學(xué)電池系統(tǒng)還包括控制器；以及圖20示出了包括由充電/放電控制系統(tǒng)及維護(hù)子系統(tǒng)連接的多個(gè)電池模塊的電化學(xué)電池系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有2個(gè)電化學(xué)電池10的電化學(xué)電池系統(tǒng)100。如圖所示，每個(gè)電池10包括燃料電極12以及與燃料電極12間隔開(kāi)的氧化劑電極14。燃料電極12由電極夾16所支撐。如圖1中所示，電化學(xué)系統(tǒng)100還包括封蓋19用于在系統(tǒng)100的一面上覆蓋電化學(xué)電池10，而電極夾16中之一用于覆蓋系統(tǒng)100的相對(duì)一面。在一種實(shí)施方式中，如在下文中所進(jìn)一步詳細(xì)討論的那樣，燃料電極12是當(dāng)電池 10工作于放電(或發(fā)電)模式中時(shí)充當(dāng)陽(yáng)極的金屬燃料電極。在一種實(shí)施方式中，如在下文中所進(jìn)一步詳細(xì)討論的那樣，燃料電極12可以包括可滲透電極坯體12a，比如以任何能夠通過(guò)電沉積或者其他方式捕獲和留存來(lái)自電池10中循環(huán)的離子導(dǎo)電介質(zhì)的金屬燃料的粒子或離子的構(gòu)造制成的網(wǎng)屏。燃料可以是金屬，諸如鐵、鋅、鋁、鎂或者鋰。關(guān)于“金屬”，該術(shù)語(yǔ)的意思是涵蓋當(dāng)積聚于電極坯體上時(shí)為原子形式、分子(包括金屬氫化物)形式或者合金形式的所有在周期表上被視為金屬的元素，包括但不限于堿金屬、堿土金屬、鑭系元素、錒系元素以及過(guò)渡金屬。然而，本發(fā)明并不旨在限于任何特定燃料，并且可以使用其他燃料。燃料可以作為懸浮在離子導(dǎo)電介質(zhì)中的粒子而被提供給電池10。離子導(dǎo)電介質(zhì)可以是水溶液。合適介質(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。該介質(zhì)還可以使用非水溶劑或者離子液體。在本文所描述的非限制性實(shí)施方式中，該介質(zhì)為氫氧化鉀水溶液。如下文中所進(jìn)一步詳細(xì)討論的那樣，當(dāng)燃料電極12作為陽(yáng)極工作時(shí)燃料可在燃料電極12處被氧化，并且當(dāng)氧化劑電極14作為陰極工作時(shí)氧化劑(比如，氧)可在氧化劑電極14處被還原——當(dāng)電池10連接至負(fù)載并且電池10處于放電模式或發(fā)電模式中時(shí)是這種情況。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)中產(chǎn)生副產(chǎn)品沉淀物，例如，可還原燃料形類。例如，在燃料為鋅的實(shí)施方式中，可能產(chǎn)生作為副產(chǎn)品沉淀物/可還原燃料形類的氧化鋅。經(jīng)氧化的鋅或者其他金屬也可以通過(guò)以電解質(zhì)溶液進(jìn)行氧化或者在電解質(zhì)溶液中溶劑化而獲支持，而不形成沉淀物。在下文中所進(jìn)一步詳細(xì)討論的充電模式期間，副產(chǎn)品沉淀物(例如，氧化鋅)可以被可逆地還原并作為燃料(例如，鋅)沉積到燃料電極12 上，燃料電極12在充電期間充當(dāng)陰極。在充電期間，下文中所描述的氧化劑電極14或者單獨(dú)的充電電極70充當(dāng)陽(yáng)極。在下文中進(jìn)一步詳細(xì)討論在放電模式與充電模式之間的切換。電極夾16限定燃料電極12被容納于其中的腔18。電極夾16還限定電池10的入口 20和出口 22。入口 20被配置用于允許離子導(dǎo)電介質(zhì)進(jìn)入電池10以及/或者再循環(huán)穿過(guò)電池10。入口 20可以經(jīng)由入口通道M連接至腔18，并且出口 22可以經(jīng)由出口通道沈連接至腔18。如圖3中所示，入口通道M和出口通道沈可以各自提供離子導(dǎo)電介質(zhì)可以通過(guò)其流動(dòng)的蜿蜒曲折路徑。由入口通道M所限定的蜿蜒路徑優(yōu)選地不包括介質(zhì)的流動(dòng)可能在其中變得停滯或者介質(zhì)中任何粒子可能在其中積聚的任何尖角。如在下文中所進(jìn)一步詳細(xì)討論的那樣，通道對(duì)、26的長(zhǎng)度可被設(shè)計(jì)成在流體串聯(lián)的電池之間提供增加的離子阻抗。對(duì)于每個(gè)電池10，可在電極夾16和/或封蓋19上的密封表面上酌情黏合可滲透密封構(gòu)件17，以至少封閉腔18中的燃料電極12。密封構(gòu)件17還覆蓋入口通道M和出口通道沈。密封構(gòu)件17為非導(dǎo)電性以及在電化學(xué)上是惰性的，并且優(yōu)選地被設(shè)計(jì)成在正交方向上(即，穿過(guò)其厚度)對(duì)離子導(dǎo)電介質(zhì)具有可滲透性，而不允許離子導(dǎo)電介質(zhì)的側(cè)向輸送。這使得離子導(dǎo)電介質(zhì)能夠滲透穿過(guò)密封構(gòu)件17從而使得與相對(duì)一面上的氧化劑電極 14的離子導(dǎo)電性能夠支持電化學(xué)反應(yīng)，而不從電池10側(cè)向地向外“芯吸”離子導(dǎo)電介質(zhì)。 密封構(gòu)件17的適宜材料的幾個(gè)非限制性示例有EPDM和TEFLON 。在圖示的實(shí)施方式中，腔18具有基本上與燃料電極12的形狀相匹配的大體為矩形或方形的橫截面。腔18的一面——具體而言，腔18與入口通道M相連的一面——包括多個(gè)流態(tài)化區(qū)觀，這些流態(tài)化區(qū)觀各自經(jīng)由包括多個(gè)腔入口 34的歧管連接至入口通道 24，從而當(dāng)離子導(dǎo)電介質(zhì)和沉淀物或者可還原燃料形類進(jìn)入腔18時(shí)，離子導(dǎo)電介質(zhì)和燃料進(jìn)入流態(tài)化區(qū)28。如圖7中更詳細(xì)示出的那樣，每個(gè)流態(tài)化區(qū)28部分地由兩個(gè)表面30、32 所限定，這兩個(gè)表面30、32相對(duì)于彼此成角度但不相互接觸以便相對(duì)于從入口 34穿過(guò)流態(tài)化區(qū)觀的中心延伸的軸限定發(fā)散表面。在所示的實(shí)施方式中，表面30、32基本上限定具有對(duì)入口 34開(kāi)放的開(kāi)放底部的“V”，如圖3中所示。雖然所示的實(shí)施方式將表面30、32示為相對(duì)較直，但是表面可以是彎曲的或者部分彎曲的，只要表面30、32從入口 34偏離即可。流態(tài)化區(qū)28被配置使得具有微粒的離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)由入口通道M流入腔18，微粒在離子導(dǎo)電介質(zhì)中被流態(tài)化，這允許了在離子導(dǎo)電介質(zhì)接觸燃料電極12時(shí)微粒更加均勻地分散在離子導(dǎo)電介質(zhì)中。如圖7中所示，這在電化學(xué)電池10以V形流態(tài)化區(qū)觀的開(kāi)放底部朝下而被定向時(shí)特別有利。這是因?yàn)橹亓?huì)趨向于導(dǎo)致微粒在入口通道M與出口通道沈之間的腔18的入口末端處累積。如下文所進(jìn)一步詳細(xì)討論的那樣，通過(guò)在離子導(dǎo)電介質(zhì)中流態(tài)化顆粒以及通過(guò)提供跨腔18的壓降，微粒將會(huì)更均勻地流過(guò)腔18，且伴隨大為減少的在腔18的入口末端處的累積或者沒(méi)有累積。這可以通過(guò)提供跨燃料電極12表面的微粒的更為均勻的分布而提高電池10的效率。如圖4中所示，各自相互以間隔關(guān)系跨燃料電極12延伸的多個(gè)隔片連接至電極夾16，從而使燃料電極12可以相對(duì)于電極夾16以及相對(duì)于氧化劑電極14固定就位。在一種實(shí)施方式中，如圖2中所示，燃料電極12可以包含多個(gè)可滲透電極坯體12a-12c，它們可以由成組的多個(gè)隔片40分隔開(kāi)，從而使得每組隔片40被定位于相鄰的電極坯體之間以便將電極坯體相互電隔離開(kāi)。如下文所更加詳細(xì)討論的那樣，在相鄰電極坯體之間的每組隔片40內(nèi)，隔片40以在其間創(chuàng)建所謂“流道” 42的方式定位成間隔關(guān)系。流道42是三維的，并且具有與隔片40的高度基本上相等的高度。在一種實(shí)施方式中，可以通過(guò)具有與流道對(duì)應(yīng)的切孔的單個(gè)框架來(lái)提供隔片。在一種實(shí)施方式中，流道可以包含泡沫結(jié)構(gòu)或者蜂巢式結(jié)構(gòu)，該泡沫結(jié)構(gòu)或者蜂巢式結(jié)構(gòu)被配置用于允許離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)其流過(guò)。在一種實(shí)施方式中，流道可以包括針狀物陣列，該針狀物陣列被配置用于擾亂離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)過(guò)流道的流動(dòng)。所示實(shí)施方式并不旨在以任何方式作出限制。隔片40是非導(dǎo)電性的并且在電化學(xué)上是惰性的，因此它們對(duì)于電池10中的電化學(xué)反應(yīng)是不活潑的。隔片40被優(yōu)選地設(shè)定尺寸從而使得當(dāng)它們連接至電極夾16時(shí)隔片40 被張緊，這允許隔片40擠壓在燃料電極12或者電極坯體12a-12c中之一上，以便保持燃料電極12或者其坯體相對(duì)于電極夾16成平坦關(guān)系。隔片40可以由諸如聚丙烯、聚乙烯、改性聚苯醚、含氟聚合物等允許隔片40張緊地與電極夾16相連的塑料材料制成。在圖5中所示的實(shí)施方式中，每個(gè)隔片具有細(xì)長(zhǎng)的中間部分44以及在每個(gè)末端處的具特定形狀的連接部分46。如圖6中所示，具特定形狀的連接部分46被配置成由電極夾16中具有基本上類似形狀的開(kāi)口 48所容納。在所示的實(shí)施方式中，具特定形狀的部分 46和開(kāi)口 48具有基本上呈三角形的形狀，但是所示的形狀并不旨在以任何方式作出限制。 基本上呈三角形的形狀提供了在隔片40的細(xì)長(zhǎng)部分44的相對(duì)兩側(cè)上被配置成與電極夾16 上的對(duì)應(yīng)表面52相接觸的表面50。由于表面50、52對(duì)于隔片40的細(xì)長(zhǎng)部分44的長(zhǎng)軸MA 成角度并且隔片40中的張力將沿著長(zhǎng)軸MA，因此與具有面積相同的圓形或者方形形狀的具特定形狀部分相比，張力所產(chǎn)生的力可以跨更大表面分布。一旦隔片40已經(jīng)經(jīng)由末端部分46連接至電極夾16，就會(huì)跨電極夾16的腔18限定出流道42。隔片40被配置成主要將一個(gè)流道4 與由隔片40中之一所分隔的相鄰流道 42b封閉開(kāi)來(lái)，從而使得離子導(dǎo)電介質(zhì)被引導(dǎo)而大體在基本上一個(gè)方向上流動(dòng)。具體而言， 離子導(dǎo)電介質(zhì)可以大體在從入口通道M到出口通道沈的、跨燃料電極12的燃料方向FD上流動(dòng)。在入口通道M與流態(tài)化區(qū)觀之間產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲航?，從而使得離子導(dǎo)電介質(zhì)即使在電池10被定向成使得流動(dòng)基本上朝上并且與重力相反時(shí)仍然可以流過(guò)腔18以及流向出口通道26。在一種實(shí)施方式中，離子導(dǎo)電介質(zhì)還可以在第二方向SD上滲透穿過(guò)燃料電極12 或者個(gè)別的可滲透電極坯體12a-12c并且進(jìn)入燃料電極12或者可滲透電極坯體12a_12c 的相對(duì)一面上的流道中。如圖8中所示，燃料電極12連接至外部負(fù)載L，從而使得隨著燃料在燃料電極12 處被氧化而由燃料放出的電子流向外部負(fù)載L。如通過(guò)引用并入于此的、提交于2009年4 月9日的美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)12/385，489中所詳述，外部負(fù)載L可以并聯(lián)地耦合至可滲透電極坯體12a-12c中的每一個(gè)。當(dāng)氧化劑電極14連接至外部負(fù)載L并且電池10工作于放電模式中時(shí)，氧化劑電極14充當(dāng)陰極。當(dāng)充當(dāng)陰極時(shí)，氧化劑電極14被配置用于接納來(lái)自外部負(fù)載L的電子以及還原接觸第二電極14的氧化劑。在一種實(shí)施方式中，氧化劑電極14包括吸氣電極并且氧化劑包括周?chē)諝庵械难?。氧化劑可以通過(guò)被動(dòng)式輸送系統(tǒng)傳送到氧化劑電極14。例如，當(dāng)周?chē)諝庵写嬖诘难踝鳛檠趸瘎r(shí)，簡(jiǎn)單地經(jīng)由電池中的開(kāi)口——比如通過(guò)封蓋19中的溝槽M以及被提供于電化學(xué)電池系統(tǒng)100的中心之中的電極夾16中的溝槽56所提供的開(kāi)口——將氧化劑電極14暴露于周?chē)諝猓赡芫妥阋栽试S氧向氧化劑電極14中的擴(kuò)散/滲透?？梢允褂闷渌线m的氧化劑，并且在此所描述的實(shí)施方式并不限于使用氧作為氧化劑?？梢宰们樵诜馍w19或者電極夾16與氧化劑電極14的邊緣之間安置邊緣襯墊15，以防止離子導(dǎo)電介質(zhì)在氧化劑電極14周?chē)孤恫⑦M(jìn)入用于空氣暴露的溝槽M、56的區(qū)域內(nèi)。在其他實(shí)施方式中，可以使用泵(比如鼓風(fēng)機(jī))來(lái)在壓力下將氧化劑傳送到氧化劑電極14。氧化劑源可是氧化劑的被容納的源。同樣地，當(dāng)氧化劑是來(lái)自環(huán)境空氣的氧時(shí)， 氧化劑源可以廣義地被視為通過(guò)其來(lái)允許空氣流向氧化劑電極14的傳送機(jī)制，無(wú)論其為被動(dòng)式或是主動(dòng)式(例如，泵、鼓風(fēng)機(jī)，等等)。因此，術(shù)語(yǔ)“氧化劑源”旨在同時(shí)涵蓋被容納的氧化劑以及/或者用于被動(dòng)地或主動(dòng)地將來(lái)自環(huán)境空氣的氧傳送至氧化劑電極14的布置。當(dāng)氧化劑電極14處的氧化劑被還原而燃料電極12處的燃料被氧化成氧化形式時(shí)產(chǎn)生可由外部負(fù)載L汲取的電。一旦燃料電極12處的燃料完全氧化或者氧化作用因燃料電極的鈍化而被抑止時(shí)，電池10的電潛能被耗竭(如下文所詳述)。在氧化劑電極14與負(fù)載L之間可以安置開(kāi)關(guān)60，從而可以根據(jù)需要將氧化劑電極14與負(fù)載L連接或者從負(fù)載L 斷開(kāi)。為了在放電模式期間以及在靜態(tài)(開(kāi)路)時(shí)段期間限制或者抑制析氫作用，可以添加鹽來(lái)阻礙這樣的反應(yīng)。可以使用錫鹽、鉛鹽、銅鹽、汞鹽、銦鹽、鉍鹽或者具有高氫超電勢(shì)的任何其他材料。此外，可以添加酒石酸鹽、磷酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、銨鹽或者其他析氫作用抑制添加劑。在一種實(shí)施方式中，可以使用金屬燃料合金(比如，Al/Mg)來(lái)抑制析氫作用。如圖8中所示，在電池10中的燃料已經(jīng)完全氧化后，或者每當(dāng)期望通過(guò)將經(jīng)氧化的燃料還原回燃料而再生電池10內(nèi)燃料時(shí)，可以通過(guò)使用適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)62將燃料電極12和氧化劑電極14從外部負(fù)載L解耦并且將其耦合至電源PS。電源PS被配置用于通過(guò)在燃料電極12與氧化劑電極14之間施加電流從而使得燃料的可還原形類被還原并電沉積到可滲透電極坯體上并且在氧化劑電極14處發(fā)生相應(yīng)的氧化反應(yīng)來(lái)對(duì)電池10進(jìn)行充電，其中氧化反應(yīng)通常是對(duì)可氧化形類進(jìn)行氧化以析出當(dāng)做廢氣從電池10排出的氧。如在提交于2009年4月9日并且通過(guò)引用并入于此的美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)12/385，489中所詳述，作為選擇，可以將可滲透電極坯體中的僅一個(gè)(比如12a)連接至電源PS，從而使得燃料還原到該可滲透電極坯體上并且一個(gè)接一個(gè)地逐漸生長(zhǎng)到其他可滲透電極坯體12b-12c 并且生長(zhǎng)于其上。開(kāi)關(guān)62可以控制電池10于何時(shí)在放電模式中工作以及于何時(shí)在充電模式中工作。附加開(kāi)關(guān)64可以隔離可滲透電極坯體中的每一個(gè)，從而使得一個(gè)、一些或者所有可滲透電極坯體連接至電池10的其余部分或者從其斷開(kāi)?？梢蕴峁┤魏芜m當(dāng)?shù)目刂茩C(jī)制來(lái)控制開(kāi)關(guān)60、62、64在斷開(kāi)與閉合位置之間的動(dòng)作。例如，可以使用向斷開(kāi)位置偏置的繼電器開(kāi)關(guān)，其具有與電源耦合的電感線圈，其在充電開(kāi)始時(shí)造成開(kāi)關(guān)的閉合。此外，可以使用允許對(duì)可滲透電極坯體12a_12c的個(gè)別連接的更復(fù)雜的開(kāi)關(guān)來(lái)提供到負(fù)載以及到彼此的連接以及從負(fù)載以及從彼此斷開(kāi)。圖9示出了在其中提供第三電極70而非氧化劑電極14來(lái)充當(dāng)充電電極的實(shí)施方式。如圖2中所示，第三電極70可以安置在燃料電極12與氧化劑電極14之間，并且在第三電極70與氧化劑電極14之間安置有隔片72和密封構(gòu)件17。隔片72是非導(dǎo)電性的并且具有開(kāi)口，離子導(dǎo)電介質(zhì)可通過(guò)該開(kāi)口流動(dòng)。在以上關(guān)于圖8描述的實(shí)施方式中，氧化劑電極14如上所述在發(fā)電/放電期間充當(dāng)陰極，而在充電期間充當(dāng)陽(yáng)極。在圖9中，負(fù)載被并聯(lián)地耦合至燃料電極12的可滲透電極坯體12a-12c中的每一個(gè)，并且在充電期間還耦合至第三電極70。在電流產(chǎn)生中，燃料電極12上的燃料被氧化，從而產(chǎn)生電子，電子被傳導(dǎo)用以為驅(qū)動(dòng)負(fù)載L并且繼而被傳導(dǎo)至氧化劑電極14用于氧化劑的還原(如上文中所詳述)。還有可能在本發(fā)明的任何實(shí)施方式中同時(shí)向燃料電極12的所有電極坯體而不是僅向其中之一施加陰極電勢(shì)，以產(chǎn)生一個(gè)坯體接一個(gè)坯體的逐漸生長(zhǎng)。發(fā)源
于一個(gè)端子的逐漸生長(zhǎng)是有利的，這是因?yàn)槠涮峁└蟮拿芏?。具體而言，先前連接的電極坯體中的生長(zhǎng)隨著每個(gè)后續(xù)坯體通過(guò)逐漸生長(zhǎng)被連接而持續(xù)進(jìn)行。在所有的電極坯體經(jīng)受同一電勢(shì)的情況下，直到在充電電極(圖8的實(shí)施方式中的氧化劑電極14以及圖9的實(shí)施方式中的第三電極70)與其附近的電極坯體之間發(fā)生短路時(shí)生長(zhǎng)才會(huì)發(fā)生。因此，有可能以這種方式得到更快但密度較低的生長(zhǎng)，這可能適合于某些充電需求。圖8和圖9中所示的實(shí)施方式不應(yīng)被認(rèn)為是以任何方式作出限制，并且被提供作為如何可以將電池10配置成可充電式的非限制性示例。通過(guò)引用整體并入于此的、提交于 2010年9月17日的美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)12/885，268描述了在電池中具有充電/放電模式切換的可充電式電化學(xué)電池系統(tǒng)的實(shí)施方式。此外，還可以伴隨多個(gè)具有動(dòng)態(tài)變化的析氧(即，充電)電極/燃料電極(比如， 在通過(guò)引用而全文并入于此的美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)13/230,549中所描述的漸進(jìn)式電極)的電化學(xué)電池來(lái)使用上述開(kāi)關(guān)的任何實(shí)施方式(例如，用以支持充電模式以及放電模式)。舉例而言，如美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)13/230，549中所描述，每個(gè)電池10還可以具有其自己的多個(gè)關(guān)聯(lián)于電極坯體的開(kāi)關(guān)用以支持逐漸的燃料生長(zhǎng)。例如在一種實(shí)施方式中，在充電期間，每個(gè)電池10的充電電極可以耦合至隨后的電池10的燃料電極12。在一種實(shí)施方式中，在充電期間，燃料電極12的第一電極坯體12a 可以具有陰極電勢(shì)，而其余的電極坯體以及/或者單獨(dú)的充電電極可以具有陽(yáng)極電勢(shì)。在此類實(shí)施方式中，在燃料電極12的逐漸燃料生長(zhǎng)期間，燃料可以在具有陰極電勢(shì)的第一電極坯體1 上生長(zhǎng)并造成與具有陽(yáng)極電勢(shì)的相鄰電極坯體12b的短路。相鄰電極坯體12b 繼而可以從陽(yáng)極電勢(shì)源斷開(kāi)，從而使相鄰電極坯體12b通過(guò)電連接也具有陰極電勢(shì)。該過(guò)程可以針對(duì)其余的電極坯體持續(xù)進(jìn)行，直到?jīng)]有可能進(jìn)行進(jìn)一步的生長(zhǎng)(即，陰極電勢(shì)已經(jīng)短接到最后一個(gè)具有陽(yáng)極電勢(shì)的電極坯體或者單獨(dú)的充電電極)。可以提供多個(gè)開(kāi)關(guān)用來(lái)將電極坯體連接至彼此以及/或者連接至陰極電勢(shì)或陽(yáng)極電勢(shì)的源，或者從其斷開(kāi)。因此在此類具有逐漸燃料生長(zhǎng)的實(shí)施方式中，充電電極可以是與燃料電極12分離的充電電極或者可以至少是燃料電極12的具有陽(yáng)極電勢(shì)的相鄰電極坯體，上至所有其他電極坯體。 換言之，充電電極可以是單獨(dú)的充電電極、位于與具有陰極電勢(shì)的至少一個(gè)電極坯體相鄰之處的具有陽(yáng)極電勢(shì)的電極坯體以及/或者位于與具有陰極電勢(shì)的至少一個(gè)電極坯體相鄰之處的具有陽(yáng)極電勢(shì)的一組電極坯體。因此，充電電極——當(dāng)以本申請(qǐng)的更廣泛方面使用該術(shù)語(yǔ)時(shí)——并不需要一定是僅起到陽(yáng)極充電作用的靜態(tài)或?qū)Ｓ秒姌O(盡管可以如此)，并且其有時(shí)可以是燃料電極內(nèi)被施加以陽(yáng)極電勢(shì)的一個(gè)或多個(gè)坯體。因此，使用術(shù)語(yǔ)“動(dòng)態(tài)”來(lái)指出在充電期間充當(dāng)充電電極并且接收陽(yáng)極電勢(shì)的一個(gè)或多個(gè)物理元件可以改變這一事實(shí)。在放電期間，電池10的氧化劑電極14可以操作地連接至后續(xù)電池10的燃料電極 12，并且燃料將會(huì)通過(guò)電極坯體消耗(其中電極坯體之間的電連接通過(guò)燃料生長(zhǎng))。如美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)12/885，268中所述，如果電池10工作不正常或者出于其他原因，可以使用旁路開(kāi)關(guān)特征旁路該電池10。并且，在某些實(shí)施方式中，可以將電池設(shè)計(jì)成“雙電池”。該術(shù)語(yǔ)指的是在燃料電極的相對(duì)兩面上的成對(duì)的空氣電極。在放電期間，空氣電極處于大致相同的陰極電勢(shì)并且燃料電極處于陽(yáng)極電勢(shì)。通常，可以在空氣電極與燃料電極之間離子導(dǎo)電介質(zhì)中安設(shè)成對(duì)的專用充電電極。在充電期間，充電電極處于大致相同的陽(yáng)極電勢(shì)，而燃料電極處于陰極電勢(shì) (備選地，如上所述，充電電極可以動(dòng)態(tài)地充電)。因此，空氣電極可以共享公共端子，而燃料電極具有其自己的端子，并且充電電極也可以共享公共端子。就此而言，在電化學(xué)上講， 此類雙電池可被視為單個(gè)電池(雖然在雙電池內(nèi)，電池的諸如雙向燃料生長(zhǎng)之類的某些方面可能使雙電池針對(duì)某種目的而被認(rèn)為是2個(gè)電池；然而，在針對(duì)模式放電和連接管理的更高層次上，這些方面的相關(guān)性不大并且雙電池可以被視為單個(gè)電池)。在一種實(shí)施方式中，成對(duì)的空氣電極可以對(duì)應(yīng)于氧化劑電極14，燃料電極可以對(duì)應(yīng)于燃料電極12，而成對(duì)的充電電極可以對(duì)應(yīng)于第三電極70。參照?qǐng)D4，在離子導(dǎo)電介質(zhì)已經(jīng)穿過(guò)燃料電極12后，該介質(zhì)可以流入與電極夾16 的腔18的出口 36和出口 22相連的出口通道沈中。出口 22可以在其中介質(zhì)在電池10中再循環(huán)的實(shí)施方式中連接至入口 20，或者如下文中所更具體討論的那樣，當(dāng)多個(gè)電池10流體地串聯(lián)連接時(shí)連接至相鄰電池的入口。在一種實(shí)施方式中，出口 22可以連接至容器，以便收集已在電池10中被使用的介質(zhì)。圖1和圖2中所示的電池10可以流體地串聯(lián)連接。在提交于2009年12月4日并通過(guò)引用而全文并入于此的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/631，484中提供了串聯(lián)連接的電池的實(shí)施方式的詳情。第一電池10的出口 22可以流體地連接至第二電池10的入口 20，并且第二電池10的出口 22可以連接至第三電池的入口 20，并依此類推。盡管圖1和圖2的實(shí)施方式圖示了 2個(gè)電池10，但是可以向所示的電池堆疊和流體連接附加的電池。由于上文描述并于圖3和圖4中圖示的由入口通道M和出口通道沈所創(chuàng)建的蜿蜒曲折的路徑，介質(zhì)經(jīng)由通道M、26的流動(dòng)通路的長(zhǎng)度大于每個(gè)電池10中燃料電極12與氧化劑電極14之間的距離。這在成對(duì)的流體連接的電池之間創(chuàng)建了比個(gè)別電池10內(nèi)的離子阻抗更大的離子阻抗。如提交于2009年12月4日的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/631，484中所討論，這樣可以減少或者最小化電池堆100的內(nèi)部離子阻抗損耗。在工作中，已在其上沉積有金屬燃料的燃料電極12連接至負(fù)載L并且氧化劑電極 14連接至負(fù)載L。離子導(dǎo)電介質(zhì)在正壓下進(jìn)入入口 20并且流經(jīng)入口通道對(duì)、腔18的入口 34，并進(jìn)入流道42的流態(tài)化區(qū)觀。離子導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)由隔片40的細(xì)長(zhǎng)中間部分22所限定的流道42中的可滲透電極坯體12a-12c。離子導(dǎo)電介質(zhì)還可以滲透穿過(guò)燃料電極12的可滲透電極坯體12a-12c。離子導(dǎo)電介質(zhì)同時(shí)接觸燃料電極12和氧化劑電極14，從而允許燃料氧化并向負(fù)載L傳導(dǎo)電子，與此同時(shí)經(jīng)由負(fù)載L傳導(dǎo)至氧化劑電極14的電子而在氧化劑電極14處還原氧化劑。在離子導(dǎo)電介質(zhì)已穿過(guò)流道42后，介質(zhì)經(jīng)由腔18的出口 36流出腔18、流經(jīng)出口通道24，并流出電池10的出口 22。當(dāng)電池10的潛能已經(jīng)耗竭或者當(dāng)出于其他原因而期望對(duì)電池10進(jìn)行充電時(shí)，將燃料電極12連接至電源PS的負(fù)端子，并且將充電電極(圖8中所示實(shí)施方式中的氧化劑電極14以及圖9中所示實(shí)施方式中的第三電極70)連接至電源PS的正端子。在充電中或充電模式中，燃料電極12成為陰極而充電電極14、70成為陽(yáng)極。通過(guò)向燃料電極12提供電子，燃料離子可以以上文關(guān)于放電模式所描述的方式相同的方式在離子導(dǎo)電介質(zhì)循環(huán)經(jīng)過(guò)電池10的同時(shí)還原成燃料并且重新沉積到可滲透電極坯體上。流道42提供離子導(dǎo)電介質(zhì)跨燃料電極12的方向性及分布。流態(tài)化區(qū)觀攪動(dòng)離子導(dǎo)電介質(zhì)內(nèi)在電池10的放電模式中形成的微粒和沉淀物并且阻止微粒在腔的底部從介質(zhì)中沉淀下來(lái)，這允許了微粒隨離子導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)燃料電極12。流道42還可以防止微粒沉淀和/或覆蓋電極。當(dāng)電池10處于充電模式中時(shí)，跨越燃料電極12的微粒的改善的分布允許還原的燃料更為均勻地沉積到燃料電極12，而這提高了燃料電極12上燃料的密度，并且增大了電池10的容量及能量密度，從而提高電池10的循環(huán)壽命。此外，憑借具有控制放電期間的沉積物或反應(yīng)副產(chǎn)品的分布的能力，可以防止副產(chǎn)品在燃料電極12上的早期鈍化/ 沉積。鈍化可以包括燃料被氧化物所覆蓋的區(qū)域，這阻止其中的燃料在放電期間的消耗以及/或者在充電期間在其上的進(jìn)一步燃料生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致不受期望的較低燃料利用率和較低循環(huán)壽命。應(yīng)當(dāng)明白，在此所描繪的電化學(xué)電池系統(tǒng)100僅僅是示例性的，并且在其他實(shí)施方式中電化學(xué)電池10或者電化學(xué)電池系統(tǒng)100的功能或者組件可能會(huì)有所不同。例如， 在多種實(shí)施方式中，離子導(dǎo)電介質(zhì)可以流經(jīng)多個(gè)電池10，或者可以在單個(gè)電池10內(nèi)循環(huán)。 在某些實(shí)施方式中，離子導(dǎo)電介質(zhì)可能一般不在電池10中流動(dòng)。應(yīng)當(dāng)明白，電化學(xué)電池系統(tǒng)100的各部分，例如但不限于其中的一個(gè)或多個(gè)電池10以及/或者其組成部分在各實(shí)施方式間可能會(huì)有所不同。例如，每個(gè)電化學(xué)電池10的各個(gè)部分或者電化學(xué)電池系統(tǒng)100 的其他組件可以有任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)或構(gòu)成，包括但不限于由塑料、金屬、樹(shù)脂或者其組合所形成。因此每個(gè)電池10可以以任何方式裝配，包括但不限于由被整體塑模成型的多個(gè)元件等所形成。在各種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)電池10以及/或者其一個(gè)或多個(gè)殼體可以包括來(lái)自美國(guó)專利7, 722，988以及/或者美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)12/385，217、12/385，489、 12/549，617、12/631，484、12/776，962、12/885，268、13/028，496、13/083，929、13/167，930、 13/185，658、13/230，549和61/414，579中的一個(gè)或多個(gè)的元件或布置，這些文獻(xiàn)中的每一個(gè)都通過(guò)引用整體并入于此。就此而言，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于對(duì)上述在放電模式中產(chǎn)生并在充電期間可逆地還原并電沉積成燃料的反應(yīng)副產(chǎn)品的管理。相反，本發(fā)明的實(shí)施方式可以用于可還原燃料形類不同于反應(yīng)副產(chǎn)品并且被單獨(dú)供應(yīng)的情況。在其中至少存在氧化劑電極和基架式燃料電極的、包括所描述類型在內(nèi)的某些金屬-空氣電池中，氧化劑電極中的瑕疵可能會(huì)降低電池效率。圖10-圖16示出了電池10的孤立示意圖，其以夸張的格式圖示了遍及電極坯體12a-12c的堆疊的生長(zhǎng)形態(tài)以便更好地理解此類瑕疵的效應(yīng)。與圖9類似，圖10-圖16示出了在其中提供第三電極70而非氧化齊U電極14來(lái)充當(dāng)充電電極的實(shí)施方式。如在圖2的實(shí)施方式中所圖示過(guò)的那樣，圖10-圖 16中的實(shí)施方式中所見(jiàn)的第三電極70被安置在燃料電極12與氧化劑電極14之間。第三電極70可以具有安置在第三電極70與氧化劑電極14之間的隔片72和密封構(gòu)件17。在圖 10-圖16中還可看到氧化劑電極14上的瑕疵110。以下對(duì)圖10-圖16的詳細(xì)描述演示了瑕疵110在電池10的放電及充電期間的不良效應(yīng)。在圖10中，電池10處于充電模式中，其中燃料電極12和第三電極70連接至電源。 在這種配置中，燃料電極12成為陰極，而充電電極70成為陽(yáng)極。通過(guò)向燃料電極12提供電子，在離子導(dǎo)電介質(zhì)循環(huán)經(jīng)過(guò)電池10的同時(shí)，燃料離子可以還原成燃料并且電沉積到可滲透電極坯體上作為燃料生長(zhǎng)120。在電極坯體Ua-C的基架式配置的所示實(shí)施方式中，當(dāng)燃料電極12最初連接至電源時(shí)，僅有電極坯體12a電連接至電源。因此僅電極坯體1 初始地具有對(duì)其施加的陰極電勢(shì)。在充電期間，隨著燃料離子還原成沉積在可滲透電極坯體1 上的燃料作為燃料生長(zhǎng)120，最終會(huì)如上文所述與可滲透電極坯體12b形成電連接，從而在電極坯體12b上產(chǎn)生陰極電勢(shì)。圖10中所見(jiàn)的燃料生長(zhǎng)120例示了在其初始充電或者在任何對(duì)放電模式的啟動(dòng)之前的完全重置(如下文討論)后的電池10。在所看到的充電階段，燃料生長(zhǎng)120已經(jīng)通過(guò)密集生長(zhǎng)，電連接到電極坯體1 和12b。燃料生長(zhǎng) 120開(kāi)始在電極坯體12b上積累，然而卻尚未充分積累至與電極坯體12c形成電連接?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖11和圖12，電池10處于放電或發(fā)電模式中。如上文所述，當(dāng)電池10 連接至負(fù)載時(shí)，燃料可在燃料電極12處被氧化而氧化劑(即，氧)可在氧化劑電極14處被還原，其中燃料電極12作為陽(yáng)極工作而氧化劑電極14作為陰極工作。由于氧化劑電極14 的瑕疵110，燃料生長(zhǎng)120的氧化可能不會(huì)如假想的理想電池10那樣是大體均勻的。相反， 如圖11中所示，瑕疵110可以造成欠氧化區(qū)130，在其中燃料生長(zhǎng)120未以與周?chē)鷧^(qū)域相同的程度氧化到離子導(dǎo)電介質(zhì)之中。在某些情況下，電極坯體Ih-C上欠氧化區(qū)130的位置可能對(duì)應(yīng)于氧化劑電極14上瑕疵110的位置。某些欠氧化區(qū)130可能即使在燃料的氧化已經(jīng)導(dǎo)致在電極坯體Ih-C之間不再存在電連接后仍然殘留在電極坯體12a_c上。這種情況的示例可見(jiàn)于圖12中，其中欠氧化區(qū) 130即使在電極坯體12b不再電連接至電極坯體1 的情況下仍然殘留在電極坯體12b上。 在所示的實(shí)施方式中，由于在電極坯體1 與電極坯體12b之間不存在電連接，因此在電極坯體12b上的欠氧化區(qū)130中沒(méi)有金屬燃料的進(jìn)一步氧化。所示實(shí)施方式的無(wú)連接電極坯體12b上這種殘余的欠氧化區(qū)130的一個(gè)效應(yīng)可能是電池10的被降低的容量，這是由欠氧化區(qū)130中未利用的燃料潛能所造成的。依賴于諸如瑕疵110的性質(zhì)等因素或者由于諸如鈍化等其他原因，某些欠氧化區(qū)130可能即使在電極坯體(即，電極坯體12b)保持與負(fù)載相連時(shí)仍然未被氧化和參與發(fā)電。例如，鈍化可能造成某些或所有欠氧化區(qū)130被氧化物所覆蓋，從而即使在電極坯體保持與負(fù)載相連時(shí)仍然阻止進(jìn)一步的氧化。再一次，燃料的此類鈍化還可能發(fā)生在不關(guān)聯(lián)于瑕疵110的電極坯體Ih-C的其他區(qū)域上，從而產(chǎn)生可能無(wú)法氧化和參與發(fā)電的局部區(qū)域或者更寬廣的區(qū)域，并且可能阻止在后續(xù)充電中在其上的燃料生長(zhǎng)。圖13-16示出，當(dāng)電池10在欠氧化區(qū)130存在于電極坯體lh-c的情況下被置于充電模式中時(shí)，此類欠氧化區(qū)130還可以降低電池10的容量。例如，圖13示出了電池10 從圖12的發(fā)電模式返回到充電模式，其中燃料電極12和第三電極70重連接至電源。如圖所示，燃料生長(zhǎng)120逐漸積聚在電極坯體1 上并且大體遵循其輪廓，包括積聚在其上已有的、諸如欠氧化區(qū)130等未被消耗的燃料生長(zhǎng)120上。雖然在圖13中以夸張形式示出， 但可以看出，可能在電極坯體lh-b之間任何其他位置之前在欠氧化區(qū)130處在電極坯體 lh-b之間形成電連接。一旦該電連接形成，并且向電極坯體12b施加陰極電勢(shì)，則燃料生長(zhǎng)120在電極坯體12b上積累。在某些實(shí)施方式中，一旦該電連接形成，在先前電極坯體 (例如電極坯體12a)上的燃料生長(zhǎng)可能由于新連接的坯體上生長(zhǎng)的開(kāi)始而被減少，從而阻止遍及可滲透電極坯體lh-b的堆疊的密集生長(zhǎng)，因而降低總體容量和電池效率。如在從圖13到圖14的轉(zhuǎn)變中可見(jiàn)，電極坯體12b上的燃料生長(zhǎng)120可以大體遵循電極坯體12b的表面的輪廓——包括在圖11和圖12中所見(jiàn)的從電池10的先前放電起殘留在電極坯體12b上的欠氧化區(qū)130上亦如此。燃料生長(zhǎng)120包括在電極坯體12b上的欠氧化區(qū)130上的持續(xù)積累最終可能形成與電極坯體12c的電連接。再一次，該電連接可能在電極坯體12b與電極坯體12c之間任何其他位置之前在欠氧化區(qū)130中出現(xiàn)。由于圖10中所見(jiàn)的電池10的初始充電未在電極坯體12c上積累燃料生長(zhǎng)120，因此在電極坯體12c上不存在從利用帶有瑕疵110的氧化劑電極14的初始放電中殘留的欠氧化區(qū)130。因此，如圖15中所見(jiàn)——其中電池10的充電已經(jīng)進(jìn)展到使得在電極坯體12c 上首次出現(xiàn)燃料生長(zhǎng)120——那里的燃料生長(zhǎng)120可以再次是大體均勻的。然而，如圖16 所演示，一旦電池10被置回發(fā)電模式，新的欠氧化區(qū)130可能由于瑕疵110而開(kāi)始在電極坯體12c上形成?？偫ǘ?，基架電極坯體12c上的欠氧化區(qū)130導(dǎo)致不均勻的電場(chǎng)及電流分布， 這可能造成燃料電極12的非均勻沉積和低劣的可循環(huán)性。并且，在導(dǎo)電的基架電極坯體 12c(即從鎳或銅形成)上燃料(即，鋅)沉積的超電勢(shì)高于在存在于欠氧化區(qū)中燃料上的燃料沉積的超電勢(shì)，這可能進(jìn)一步造成非均勻燃料生長(zhǎng)130，而這可能降低充電容量并導(dǎo)致燃料電極12的低劣的可循環(huán)性?？梢酝ㄟ^(guò)想象具有3mm厚漆層的板，并且圍繞代表欠氧化區(qū)130的區(qū)域畫(huà)圓來(lái)使伴隨欠氧化區(qū)的非均勻生長(zhǎng)形象化。在“放電”期間，所有3mm的漆被從圓周?chē)膮^(qū)域中移除(這類比于燃料被從電極坯體氧化掉)，但在圓形的“欠氧化”區(qū)中僅有2mm的漆被移除， 剩下Imm的漆“沉積”在“欠氧化”區(qū)中。在充電期間，隨著漆以均勻的方式被重新涂敷(這類比于燃料被沉積在電極坯體上)，圓內(nèi)的“欠氧化”區(qū)將達(dá)到3mm的厚度，而周?chē)鷧^(qū)域?qū)?huì)僅具有2mm的漆厚度。使用這種類比，可以明白欠氧化區(qū)130如何能夠更快地填補(bǔ)相鄰電極坯體Ih-C之間的間隙而剩下較少的燃料(或者類比中的漆)沉積在它周?chē)?。?dāng)然，這種類比是夸張的，并且在現(xiàn)實(shí)中缺陷可能導(dǎo)致相差很小百分率的欠氧化——但是經(jīng)過(guò)若干次循環(huán)之后，這很小的百分率可能會(huì)加劇并產(chǎn)生相同的問(wèn)題。本發(fā)明的一個(gè)方面是一種強(qiáng)制對(duì)原本會(huì)殘留在欠氧化區(qū)130中的未氧化金屬燃料進(jìn)行氧化從而將電池10置于重置模式以執(zhí)行重置過(guò)程的方法。欠氧化區(qū)130可能由非均勻燃料生長(zhǎng)、被鈍化的燃料或者由于任何其他原因而造成。金屬燃料的此類強(qiáng)制氧化可以消除欠氧化區(qū)130，從而防止在燃料電極12中任何其他位置形成電連接之前在欠氧化區(qū) 130中形成電極坯體12a-c之間過(guò)早的電連接。通過(guò)防止此類過(guò)早的電連接，可以憑借允許基架式電極坯體Ua-c之間的密集燃料生長(zhǎng)120來(lái)提高電池10的效率。金屬燃料的強(qiáng)制氧化還可以或者備選地可以消除被鈍化的燃料沉積，從而將電極坯體Ih-C恢復(fù)到零充電狀態(tài)。通過(guò)在對(duì)應(yīng)于過(guò)鈍區(qū)的電勢(shì)條件及電流條件下的重置過(guò)程，金屬燃料的被鈍化區(qū)域的此類強(qiáng)制氧化可以消除欠氧化區(qū)130。因此，可以防止在燃料電極12中其他位置形成電連接之前在欠氧化區(qū)130中形成電極坯體lh-c之間過(guò)早的電連接。通過(guò)防止此類過(guò)早的電連接，可以憑借允許在基架式電極坯體lh-c之間的緊密燃料生長(zhǎng)120來(lái)提高電池10的效率和充電容量。在某些實(shí)施方式中，可能期望金屬燃料的強(qiáng)制氧化作為例行的或者預(yù)防性的維護(hù)程序。在一種實(shí)施方式中，可以利用金屬燃料的強(qiáng)制氧化以便將電池10置于過(guò)鈍狀態(tài)中， 從而降低某些金屬燃料發(fā)生鈍化的潛在可能性。例如，隨著電極坯體12a_c上的金屬燃料被耗竭，電壓將會(huì)開(kāi)始下降，并且穿過(guò)電池10的電流將會(huì)開(kāi)始急劇上升。在鋅-空氣電池中，可以使用外部負(fù)載或者電阻器電路在SOOmV或者SOOmV以上的電勢(shì)上對(duì)鋅進(jìn)行氧化而不發(fā)生鈍化。通過(guò)在這些條件下持續(xù)地耗盡電池10，電池10可以進(jìn)入鈍化狀態(tài)，其中燃料的鈍化變得更有可能。如下文中所進(jìn)一步詳細(xì)討論，通過(guò)在此時(shí)施加小電流以強(qiáng)制剩余燃料的氧化，電池10可以處于過(guò)鈍狀態(tài)中，在其中金屬燃料表面上的氧化物可以是多孔的并且氧化物之下的金屬燃料可以持續(xù)氧化。在電池10的工作期間，將進(jìn)行關(guān)于電池10的重置是否有益于電池10的充電容量作出判斷。在某些實(shí)施方式中，重置過(guò)程可以重復(fù)多次?？梢曰谌魏芜m當(dāng)?shù)目紤]來(lái)作出執(zhí)行重置過(guò)程的決定。例如，在一種實(shí)施方式中，可以使用任何設(shè)定時(shí)間間隔的流逝來(lái)觸發(fā)重置過(guò)程。在一種實(shí)施方式中，可以采用隨機(jī)化的時(shí)間間隔。在某些實(shí)施方式中，可以基于從電池10已知處于高效狀態(tài)(比如，在電池的第一次放電之前)起或者從重置過(guò)程的上次重復(fù)起的時(shí)間間隔的流逝來(lái)作出對(duì)電池10進(jìn)行重置的決定。例如，在某些實(shí)施方式中可以每放電500小時(shí)或者在第50次充電-放電循環(huán)后對(duì)電池10進(jìn)行重置。在某些實(shí)施方式中， 重置過(guò)程的持續(xù)時(shí)間的范圍可以從10分鐘到1小時(shí)。本發(fā)明并不旨在限于重置過(guò)程的該持續(xù)時(shí)間或者在對(duì)電池10的重置之間的該間隔?？梢杂脕?lái)確定是否應(yīng)當(dāng)在電化學(xué)電池10上開(kāi)始重置過(guò)程的另一考慮可以包括對(duì)電化學(xué)電池10的充電容量的測(cè)量。例如，如果向電化學(xué)電池10貼附了傳感器以測(cè)量電池 10的充電容量，則可以將所感測(cè)到的當(dāng)前充電容量與在先前時(shí)刻——優(yōu)選地在當(dāng)已知在電極坯體Ih-C上不存在欠氧化區(qū)130的時(shí)刻(比如，在電池10的第一次放電之前，或者緊接著上次重置過(guò)程之后)所取得的值進(jìn)行比較。如果，例如當(dāng)前充電容量小于先前充電容量超過(guò)閾值量，則可以確定應(yīng)當(dāng)開(kāi)始重置過(guò)程。作為另一非限制性示例，還可以使用用以在電池10的電量耗竭時(shí)檢測(cè)未氧化金屬燃料的存在的傳感器來(lái)確定是否需要重置過(guò)程。再一次，盡管在電量耗竭狀態(tài)，仍可以將未氧化金屬燃料的閾值量確定為在電池10中所能容許的。在一種實(shí)施方式中，如果所檢測(cè)的或者所計(jì)算的電池10的充電容量降低至額定充電容量的50-80%，則可以確定應(yīng)當(dāng)開(kāi)始重置過(guò)程。在另一實(shí)施方式中，如果上次循環(huán)中的充電容量低于在所有電極坯體都相互電連接之前的目標(biāo)值從而潛在地指示出電沉積的燃料的非均勻生長(zhǎng)130，則可以開(kāi)始重置過(guò)程。 電極坯體之間的電連接可以由電阻或電壓測(cè)量電路來(lái)檢測(cè)。重置過(guò)程還可以在包含串聯(lián)連接的電池的堆疊中的電池的充電容量低于該堆疊的平均充電容量時(shí)開(kāi)始。重置可以通過(guò)包括用以在重置過(guò)程期間將電池連接至電源或者從其斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)的電路，在個(gè)別電池或者電池陣列上執(zhí)行。在又一實(shí)施方式中，可以在電池放電的任何給定部分或者其完全放電之后施加重置電流。在某些實(shí)施方式中，可以基于電池10的電壓或電流測(cè)量來(lái)作出關(guān)于開(kāi)始重置過(guò)程的決定。此類測(cè)量在重置過(guò)程是例行維護(hù)操作時(shí)可能是有用的，用以防止燃料充分耗竭而使電池被置于鈍化狀態(tài)之中，或者此類測(cè)量可以出于任何其他原因而獲使用。例如，在一種實(shí)施方式中，一旦電池的電壓降低到閾值量，則可以確定需要開(kāi)始重置過(guò)程。在一種實(shí)施方式中，當(dāng)電池10在負(fù)載下正在供應(yīng)大約在0.7與IV之間的電壓時(shí)，可以開(kāi)始重置過(guò)程。 類似地，如果電流開(kāi)始在電池10上增大，則也可能期望進(jìn)行重置過(guò)程。在一種實(shí)施方式中， 如果通過(guò)電池10的電流被測(cè)量為處于大約10-75mA/cm2之間，則將期望進(jìn)行重置過(guò)程。如果確定要在電化學(xué)電池10上開(kāi)始重置過(guò)程，則該方法可以繼續(xù)。在某些實(shí)施方式中，該方法可以包括讓離子導(dǎo)電介質(zhì)流經(jīng)(或者持續(xù)流經(jīng))電池10，包括在各種實(shí)施方式中流經(jīng)入口 34并進(jìn)入流道42，或者進(jìn)入流態(tài)化區(qū)觀。該方法還可以包括在燃料電極12 與氧化劑電極14之間施加來(lái)自電源的重置電流，從而使得燃料電極12充當(dāng)陽(yáng)極而氧化劑電極14充當(dāng)陰極。在此類實(shí)施方式中，在氧化劑電極14處還原出氧，而任何剩余的燃料在燃料電極12處被氧化。在另一實(shí)施方式中，該方法可以包括在燃料電極12與第三電極 70 ( S卩，充電電極)之間施加來(lái)自電源的重置電流。在此類實(shí)施方式中，在第三電極70處還原出水，而任何剩余的燃料在燃料電極12處被氧化。在其中第三電極具有低析氫電勢(shì)的實(shí)施方式中，水還原和析氫反應(yīng)優(yōu)選地在燃料還原/沉積反應(yīng)中發(fā)生。無(wú)論哪種實(shí)施方式，均可以通過(guò)將電勢(shì)保持在過(guò)鈍狀態(tài)中而清除任何被其氧化物所鈍化的燃料。重置電流的施加可以是使得金屬燃料生長(zhǎng)120——特別是電極坯體Ih-C上的欠氧化區(qū)130——被氧化成可還原燃料形類，比如可還原燃料離子。重置電流的量可以是能夠驅(qū)動(dòng)可以氧化電極坯體lh-c上的金屬燃料的電化學(xué)反應(yīng)的任何適當(dāng)量。在一種實(shí)施方式中，在總電極區(qū)域上取平均的重置電流可以例如在金屬燃料為鋅并且氧化劑來(lái)自氧化劑電極14處與空氣的還原反應(yīng)或者來(lái)自第三電極70處與水的還原反應(yīng)時(shí)，對(duì)應(yīng)于從大約大于 OmA/cm2 到 10mA/cm2，并且優(yōu)選地在 l_2mA/cm2。根據(jù)電池10的配置，可以向燃料電極12的一個(gè)、一些或者所有電極坯體Ua-C施加電流。例如，圖17圖示了已在放電模式中從圖16中所見(jiàn)的部分放電情況進(jìn)展為幾乎完全放電情況的電池10，其中欠氧化區(qū)130不再提供足夠的功率輸出來(lái)為負(fù)載供電。由于如圖所示，電極坯體12b和電極坯體12c不再電連接至電極坯體12a，因此重置過(guò)程在對(duì)這些電極坯體12b-c上的欠氧化區(qū)130的氧化可能無(wú)效。在一種實(shí)施方式中，為了確保電池10 中的此類配置會(huì)氧化后續(xù)電極坯體Ih-C上的金屬燃料，重置過(guò)程可以包括外部地連接電池10的燃料電極坯體，從而在施加重置電流以對(duì)金屬燃料進(jìn)行氧化之前在電極坯體12a-c 之間形成電連接。在一種實(shí)施方式中，電池10可以包括在電極坯體Ih-C之間選擇性地閉合的電連接，從而可以在每個(gè)、某些或者所有電極坯體Ua-c上對(duì)欠氧化區(qū)130進(jìn)行氧化。如在圖18的非限制性實(shí)施方式中所見(jiàn)，可以利用開(kāi)關(guān)64來(lái)選擇性地在斷開(kāi)的電連接與閉合的電連接之間移動(dòng)，從而允許或者阻止向電極坯體12a_c中的每一個(gè)施加重置電流。開(kāi)關(guān)64可以是任何適當(dāng)?shù)男问?。此外，如上文所述，可以提供任何適當(dāng)?shù)目刂茩C(jī)制來(lái)控制開(kāi)關(guān)64在斷開(kāi)及閉合位置之間的動(dòng)作。例如，如圖19中所示，電化學(xué)電池10可以是電化學(xué)電池系統(tǒng)140的一部分，該電化學(xué)電池系統(tǒng)140還可以包括控制器150。如下文所進(jìn)一步詳細(xì)討論，在某些實(shí)施方式中，在電化學(xué)系統(tǒng)140中可以有多個(gè)電池10。控制器150可以是任何適當(dāng)?shù)念愋突蚺渲?，包括但不限于處理器、?jì)算機(jī)、電子電路，等等?？刂破?50 可被配置成具有嵌入的控制指令。在一種實(shí)施方式中，控制器150可以包括輸入，用于接收控制指令。在一種實(shí)施方式中，控制器150可被配置成響應(yīng)于控制指令而選擇性地控制多個(gè)開(kāi)關(guān)64中每一個(gè)的斷開(kāi)狀態(tài)或閉合狀態(tài)。例如，根據(jù)控制指令，多個(gè)開(kāi)關(guān)64的配置可以將電化學(xué)電池系統(tǒng)140置于充電模式、放電模式或者重置模式之中。在一種實(shí)施方式中，控制器150還可以對(duì)多個(gè)開(kāi)關(guān)64中的某些開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，從而控制與功率輸入電路(在圖19 中示為“電源”)以及功率輸出電路(圖19中示為“負(fù)載”)的連接。此類配置在改變電化學(xué)電池系統(tǒng)140的模式時(shí)可能是有用的，從而無(wú)需手動(dòng)地?cái)嚅_(kāi)和重連此類電連接?？刂破?50的處理器可以被包含在或者可以不被包含在電化學(xué)電池系統(tǒng)140內(nèi)， 該處理器可被配置用于基于任何適當(dāng)?shù)目紤]而實(shí)現(xiàn)重置過(guò)程。在一種實(shí)施方式中，控制器 150可被配置成首先確定是否需要針對(duì)電化學(xué)電池10進(jìn)行重置過(guò)程。此類確定可以基于若干種條件，包括但不限于電池的充電容量、經(jīng)過(guò)某一時(shí)間間隔或者經(jīng)過(guò)若干個(gè)充電和/或放電循環(huán)。例如，確定是否需要重置過(guò)程可以包括感測(cè)電池的當(dāng)前充電容量，以及將當(dāng)前充電容量與初始充電容量、先前充電容量或者閾值充電容量進(jìn)行比較。如果當(dāng)前充電容量比初始充電容量、先前充電容量或者閾值充電容量小一定的閾值量，則控制器150可被配置成確定需要重置過(guò)程，并且實(shí)現(xiàn)該過(guò)程。作為另一示例，確定是否需要重置過(guò)程可以包括確定從電池10上次被放電或者上次被重置起是否已經(jīng)經(jīng)過(guò)了預(yù)定量的時(shí)間。在一種實(shí)施方式中，預(yù)定量的時(shí)間可以包含隨機(jī)化的時(shí)間間隔。作為另一示例，確定是否需要重置過(guò)程可以包括確定從電化學(xué)電池最初被充電或者上次被重置起是否已發(fā)生了預(yù)定數(shù)目的充電和/或放電。在一種實(shí)施方式中，預(yù)定數(shù)目的充電和/或放電可以是隨機(jī)化的。最終，可以確定重置過(guò)程已完成，并且可以從燃料電池10撤除重置電流以中止重置過(guò)程。對(duì)于中止重置過(guò)程的確定可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)氖侄蝸?lái)實(shí)現(xiàn)。在具有擁有控制器150 的電化學(xué)電池系統(tǒng)140的實(shí)施方式中，可以通過(guò)控制器150作出對(duì)于中止重置過(guò)程的確定。 此類確定可以根據(jù)任何適當(dāng)?shù)目紤]來(lái)作出。例如，在一種實(shí)施方式中，可以使用經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔，比如已知足以完成對(duì)電池10中金屬燃料的除閾值量以外的所有氧化的時(shí)間間隔，來(lái)確定重置過(guò)程的完成。在一種實(shí)施方式中，可以使用沒(méi)有檢測(cè)到金屬燃料高于閾值來(lái)發(fā)出電池10已被重置的信號(hào)。在一種實(shí)施方式中，還可以使用對(duì)離子導(dǎo)電介質(zhì)中可還原燃料形類的超過(guò)閾值的量的檢測(cè)。在一種實(shí)施方式中，還可以使用對(duì)電池10的充電容量的測(cè)量。 在一個(gè)非限制性示例中，可以在重置過(guò)程開(kāi)始之后以設(shè)定的時(shí)間間隔來(lái)進(jìn)行充電容量的測(cè)量，并且可以將其與在重置過(guò)程開(kāi)始之前所取的測(cè)量(優(yōu)選地包括當(dāng)已知電池10以理想的充電容量工作時(shí)所取的測(cè)量)進(jìn)行比較。如上文所述，在某些實(shí)施方式中可將多個(gè)電池10裝配到電化學(xué)電池系統(tǒng)140中。 如圖20中所示，在一種實(shí)施方式中電化學(xué)電池系統(tǒng)140包含由充電/放電控制系統(tǒng)170連接起來(lái)的N個(gè)模塊160。每個(gè)模塊160可以包含一個(gè)或多個(gè)電池10。充電/放電控制系統(tǒng) 170可以包括通往和來(lái)自電源(當(dāng)電池系統(tǒng)140處于充電模式中時(shí))以及負(fù)載(當(dāng)電池系統(tǒng)140處于放電模式中時(shí))的連接。在一種實(shí)施方式中，充電/放電控制系統(tǒng)170可以包括控制器150和關(guān)聯(lián)于每個(gè)模塊160的開(kāi)關(guān)64。在一種實(shí)施方式中，每個(gè)電池10可以具有其自己所關(guān)聯(lián)的開(kāi)關(guān)64，并且可以具有其自己的控制器150，該控制器150可由充電/放電控制系統(tǒng)170內(nèi)的主控制器加以控制。在一種實(shí)施方式中，充電/放電控制系統(tǒng)170可以將每個(gè)模塊160與一個(gè)或多個(gè)控制線180連接起來(lái)，該控制線180可以與關(guān)聯(lián)于每個(gè)電池或模塊的控制器150進(jìn)行通信，或者可以直接與針對(duì)每個(gè)電池或模塊的開(kāi)關(guān)64進(jìn)行通信。 如圖所示，每個(gè)模塊160可以通過(guò)模塊端子190電連接至充電/放電控制系統(tǒng)170。如圖20中所圖示的實(shí)施方式所示，電化學(xué)電池系統(tǒng)140還可以包含維護(hù)子系統(tǒng) 200。在一種實(shí)施方式中，維護(hù)子系統(tǒng)200可以通過(guò)維護(hù)端子210電連接至模塊160。在一種實(shí)施方式中，維護(hù)子系統(tǒng)200可以通過(guò)維護(hù)總線220連接至充電/放電控制系統(tǒng)170，該維護(hù)總線220例如可以將維護(hù)子系統(tǒng)200內(nèi)的控制器150連接至充電/放電控制系統(tǒng)170 內(nèi)的控制器。在一種實(shí)施方式中，維護(hù)子系統(tǒng)200可以直接連接至每個(gè)模塊160內(nèi)的控制器150或開(kāi)關(guān)64，或者可以通過(guò)維護(hù)總線220、充電/放電控制系統(tǒng)170以及控制線180連接至每個(gè)模塊160內(nèi)的控制器150或開(kāi)關(guān)64。在一種實(shí)施方式中，維護(hù)子系統(tǒng)200可以包含其自己的控制器150。在一種實(shí)施方式中，可以在電池10、模塊160、充電/放電控制系統(tǒng)170、維護(hù)子系統(tǒng)200或者電化學(xué)電池系統(tǒng)140的任何其他部分中的一個(gè)或多個(gè)中提供傳感器。傳感器可以被配置成與控制器150進(jìn)行通信，以便提供可以確定如何對(duì)開(kāi)關(guān)64，其關(guān)聯(lián)于模塊16、充電/放電控制系統(tǒng)170以及/或者維護(hù)子系統(tǒng)200進(jìn)行控制的信息。在一種實(shí)施方式中， 傳感器可以基于電流、電壓、燃料生長(zhǎng)狀況、充電容量測(cè)量或者電池10、模塊160和/或電化學(xué)電池系統(tǒng)140的狀況或健康的任何其他征象來(lái)提供信息。在一種實(shí)施方式中，充電/放電控制系統(tǒng)170和/或維護(hù)子系統(tǒng)200可以被配置成選擇性地隔離模塊160中的一個(gè)或多個(gè)電池10，或者隔離一個(gè)或多個(gè)模塊160，以便對(duì)電池10和/或模塊160執(zhí)行維護(hù)。在一種實(shí)施方式中，開(kāi)關(guān)64可以包括一個(gè)或多個(gè)旁路開(kāi)關(guān)來(lái)隔離一個(gè)或多個(gè)電池10和/或一個(gè)或多個(gè)模塊160。在各種實(shí)施方式中，維護(hù)子系統(tǒng)200和/或充電/放電控制系統(tǒng)170可以被配置用于隔離每個(gè)模塊160內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池10，或者隔離電化學(xué)電池系統(tǒng)140內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)模塊160。作為示例，在所示的實(shí)施方式中，如果例如通過(guò)測(cè)量第2模塊160上的電壓降或者電流尖刺而確定期望在第2模塊160上進(jìn)行重置過(guò)程，則充電/放電控制系統(tǒng)170可以電氣地切斷與關(guān)聯(lián)于第2模塊160的模塊端子190相關(guān)聯(lián)的開(kāi)關(guān)64，從而使得僅第1以及第 3至第N模塊160在充電期間連接至電源160或者在放電期間連接至負(fù)載。在一種實(shí)施方式中，第2模塊160繼而可以通過(guò)維護(hù)端子210連接至維護(hù)子系統(tǒng)200。在一種實(shí)施方式中，繼而可以向第2模塊160提供重置電流，以強(qiáng)制第2模塊160上任何剩余金屬燃料(例如，包括鈍化沉積物，或者欠氧化區(qū)130)的氧化。在一種實(shí)施方式中，可以由電源經(jīng)由充電 /放電控制系統(tǒng)170、維護(hù)總線220以及維護(hù)子系統(tǒng)200通過(guò)維護(hù)端子210提供重置電流。 在一種實(shí)施方式中，與維護(hù)子系統(tǒng)200關(guān)聯(lián)的單獨(dú)電源可以提供重置電流。在其中例如要向第2模塊160施加重置電流的實(shí)施方式中，可以從其他模塊160(即，第1以及第3-第N 模塊160)所產(chǎn)生的電流中汲取或者引出重置電流。在此類實(shí)施方式中，可以通過(guò)維護(hù)子系統(tǒng)200以及通過(guò)針對(duì)重置電流所要施加到的模塊160的維護(hù)端子210，從針對(duì)其他模塊160 的維護(hù)端子210提供由其他模塊160所提供的重置電流。在其他此類實(shí)施方式中，可以由其他模塊160通過(guò)充電/放電控制系統(tǒng)170、維護(hù)總線220和維護(hù)子系統(tǒng)200從模塊端子 190提供重置電流。在某些實(shí)施方式中，電化學(xué)電池系統(tǒng)140可以包含一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器以及/或者一個(gè)或多個(gè)電流調(diào)節(jié)器。此類電壓調(diào)節(jié)器或電流調(diào)節(jié)器可以是每個(gè)電池10、每個(gè)模塊 160、充電/放電控制系統(tǒng)170或者維護(hù)子系統(tǒng)200的部分。在一種實(shí)施方式中，電壓調(diào)節(jié)器和/或電流調(diào)節(jié)器可以被配置用于轉(zhuǎn)換來(lái)自電源或者來(lái)自其他模塊160的功率，以便提供如上所述的重置電流。在一種實(shí)施方式中，電流調(diào)節(jié)器可以被配置成使得重置電流為OmA/ cm2以上到大約lOmA/cm2。重置電流的方向使得燃料電極被電化學(xué)地氧化。在一種實(shí)施方式中，電壓調(diào)節(jié)器可以被配置成使得重置電流對(duì)應(yīng)于在大約-IV以上和大約IV以下的重置電壓(在氧化劑電極14的Vc與燃料電極12的電壓Va之間的差值Vc-Va)。在一種實(shí)施方式中，可以在跨電池10和/或模塊160測(cè)量的電壓低于大約0. 5V/cell時(shí)，向電池10和 /或模塊160施加重置電流。在一種實(shí)施方式中，一旦跨電池10和/或模塊160的電壓降至-0. 5V/cell (或者根據(jù)材料而定的其他閾值電壓)以下，對(duì)重置電流的調(diào)節(jié)可以切換成基于電壓。此類在閾值電壓處的切換對(duì)于保持電壓從而使得電池10和/或模塊160中金屬燃料的氧化維持在過(guò)鈍狀態(tài)而言是有用的。在某些實(shí)施方式中，可以在設(shè)定的持續(xù)時(shí)間中施加重置電流。在某些實(shí)施方式中，可以監(jiān)控由電池10和/或模塊160所供應(yīng)的電流， 并且一旦由電池10和/或模塊160所供應(yīng)的電流下降至閾值量以下從而指示出金屬燃料已被消耗，就可以中止重置電流。在某些實(shí)施方式中，可以在重置過(guò)程之前例如通過(guò)使用包含可變負(fù)載的電子電路在受控的電壓或電流條件下對(duì)電池10中燃料進(jìn)行氧化，以消除燃料電極12上存在的大多數(shù)燃料。電壓或電流可被選擇使得燃料的鈍化不會(huì)發(fā)生。例如，可以以大約IV的固定電勢(shì)對(duì)電池10進(jìn)行放電。執(zhí)行重置過(guò)程的轉(zhuǎn)變可以基于針對(duì)電流的下限閾值(例如，流經(jīng)負(fù)載的大約0. 2A)來(lái)觸發(fā)。在具有恒定電壓的實(shí)施方式中，放電電壓的范圍可以大約從0. 7V到 1. IV(氧化劑電極14與燃料電極12的電壓之間的差值)，并且針對(duì)向重置過(guò)程的轉(zhuǎn)變的電流限制的范圍可以從大約0. 25mA/cm2到大約5mA/cm2。在恒定電流的情況下，放電電流的范圍可以從大約0. 25mA/cm2到大約5mA/cm2，而針對(duì)向重置過(guò)程的轉(zhuǎn)變的電壓限制的范圍可以從大約0.65V到1. IV。可選地在一種實(shí)施方式中，如先前所述，所有的燃料電極坯體 12a-c均可以通過(guò)開(kāi)關(guān)而外部地連接。在本文中提及“電極”時(shí)應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)設(shè)備的工作模式，某些實(shí)施方式中的各個(gè)結(jié)構(gòu)可以以不同的方式充當(dāng)一個(gè)或多個(gè)電極。例如，在其中氧化劑電極發(fā)揮雙重功能充當(dāng)充電電極的某些實(shí)施方式中，同一電極結(jié)構(gòu)在放電期間充當(dāng)氧化劑電極而在充電期間充當(dāng)充電電極。類似地，在其中充電電極為動(dòng)態(tài)變化電極的實(shí)施方式中，燃料電極的所有坯體在放電期間充當(dāng)燃料電極；但是在充電期間一個(gè)或多個(gè)坯體通過(guò)接納經(jīng)電沉積的燃料而充當(dāng)燃料電極并且一個(gè)或多個(gè)其他坯體充當(dāng)充電電極從而析出氧化劑(例如，氧)，并且燃料電極隨著經(jīng)電沉積的生長(zhǎng)連接至更多的坯體而生長(zhǎng)。因此，所提及的“電極”明確定義為獨(dú)立的電極結(jié)構(gòu)或者能夠發(fā)揮多種電極功能的結(jié)構(gòu)在電池的不同工作模式期間可以扮演的功能角色(并且出于該原因，同一多功能結(jié)構(gòu)可被認(rèn)為滿足多個(gè)電極)。前文所圖示的實(shí)施方式完全是為了示例說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及功能原理而提供的， 并且并不旨在作出限制。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)以及/或者不同的總體結(jié)構(gòu)配置或材料來(lái)實(shí)踐。因此，本發(fā)明旨在涵蓋以下所附權(quán)利要求的精神及范圍內(nèi)的所有修改、替換、變更和等同。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)電化學(xué)電池進(jìn)行重置的方法，該電化學(xué)電池包括燃料電極，其包括以間隔開(kāi)關(guān)系布置的一系列可滲透電極坯體，用于接納經(jīng)電沉積的金屬燃料；與所述燃料電極間隔開(kāi)的氧化劑電極； 充電電極；與所述電極接觸的離子導(dǎo)電介質(zhì)；所述燃料電極和所述氧化劑電極被配置成，在放電期間，在所述燃料電極處氧化所述金屬燃料以及在所述氧化劑電極處還原氧化劑，從而在其間產(chǎn)生放電電流以供施加到負(fù)載；并且所述燃料電極和所述充電電極被配置成，在充電期間，通過(guò)在其間施加來(lái)自電源的充電電流來(lái)還原所述燃料的可還原形類以將所述燃料電沉積在所述燃料電極上以及氧化所述氧化劑的可氧化形類； 所述方法包括在所述燃料電極與所述電池的至少一個(gè)其他前述電極之間施加重置電流，其中所述燃料電極充當(dāng)陽(yáng)極并且所述其他前述電極充當(dāng)陰極，從而使得所述燃料電極上的所述金屬燃料被氧化成所述可還原燃料形類；以及撤除所述重置電流以中止所述重置過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述燃料電極與所述其他前述電極之間的所述重置電流提供大致能夠氧化所述燃料電極上的金屬燃料以及還原所述其他前述電極處的氧化劑的電勢(shì)差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述方法重復(fù)多次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在施加來(lái)自所述電源的所述重置電流之前，確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行重置過(guò)程。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行所述重置過(guò)程包括感測(cè)所述電化學(xué)電池的當(dāng)前充電容量；將所述當(dāng)前充電容量與初始充電容量進(jìn)行比較；以及如果所述當(dāng)前充電容量小于初始充電容量超過(guò)閾值量，則確定需要重置過(guò)程。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定是否需要所述重置過(guò)程包括確定從所述電化學(xué)電池上次被放電起或者從所述電化學(xué)電池上次被重置起是否已經(jīng)經(jīng)過(guò)了預(yù)定時(shí)間量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述經(jīng)過(guò)的預(yù)定時(shí)間量包含隨機(jī)化的時(shí)間間隔。
8 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行所述重置過(guò)程包括感測(cè)所述可滲透電極坯體之間的當(dāng)前電壓； 將所述當(dāng)前電壓與初始電壓進(jìn)行比較；以及如果所述當(dāng)前電壓小于所述初始電壓超過(guò)閾值量，則確定需要重置過(guò)程。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行所述重置過(guò)程包括感測(cè)所述可滲透電極坯體之間的當(dāng)前電阻；將當(dāng)前電阻與初始電阻進(jìn)行比較；以及如果所述當(dāng)前電阻小于所述初始電阻超過(guò)閾值量，則確定需要重置過(guò)程。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行所述重置過(guò)程包括確定所述電池是否正在進(jìn)入鈍化狀態(tài)，在所述鈍化狀態(tài)中所述金屬燃料具有增大的鈍化可能性；以及如果所述電池正在進(jìn)入所述鈍化狀態(tài)，則施加所述重置電流，其中所述重置電流對(duì)應(yīng)于對(duì)在過(guò)鈍狀態(tài)中的所述金屬燃料進(jìn)行氧化，在其中所述金屬燃料具有減小的鈍化可能性。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括，在施加所述重置電流之前，控制所述當(dāng)前電壓和/或所述放電電流，以消耗閾值量的所述燃料而不進(jìn)入所述鈍化狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述重置電流為大約0mA/cm2以上到10mA/cm2。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述重置電流對(duì)應(yīng)于-IV以上到IV的重置電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述充電電極從包括(a)所述氧化劑電極、(b) 與所述氧化劑電極間隔開(kāi)的第三電極以及(c)所述燃料電極的一部分的組中選取。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述充電電極在充電期間是動(dòng)態(tài)變化的電極， 其包括至少一些所述可滲透電極坯體。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述充電電極是所述氧化劑電極，并且所述其他前述電極因此也是所述氧化劑電極，并且其中所述其他前述電極還原氧。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述充電電極是所述第三電極，并且所述其他前述電極是所述氧化劑電極，并且其中所述其他前述電極還原氧。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述充電電極是所述第三電極，并且所述其他前述電極也是所述第三電極，并且其中所述其他前述電極還原所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中的水。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述充電電極是所述第三電極，并且所述其他前述電極也是所述第三電極，并且其中所述其他前述電極還原溶解在所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中的氧。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電化學(xué)電池還包括電極夾，該電極夾包括 用于容納所述燃料電極的腔；多個(gè)入口，其在所述腔的一面上連接至所述腔并且被配置用于向所述腔供應(yīng)所述離子導(dǎo)電介質(zhì)；以及多個(gè)出口，其在所述腔的相對(duì)一面上連接至所述腔并且被配置用于允許所述離子導(dǎo)電介質(zhì)流出所述腔。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述電化學(xué)電池還包括多個(gè)隔片，所述多個(gè)隔片以相互間隔開(kāi)的關(guān)系跨所述燃料電極和所述腔延伸，以在所述腔中限定多個(gè)流道，其中所述多個(gè)入口中之一和所述多個(gè)出口中之一與每個(gè)流道相關(guān)聯(lián)，從而使得所述離子導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)由所述相關(guān)聯(lián)的入口流入每個(gè)流道，流過(guò)所述燃料電極，并經(jīng)由所述相關(guān)聯(lián)的出口流出所述流道。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括在施加來(lái)自所述電源的所述重置電流之前讓所述離子導(dǎo)電介質(zhì)流經(jīng)所述入口并流入所述流道。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電化學(xué)電池還包括這樣的電極夾該電極夾包括用于容納所述燃料電極的腔，以及所述離子導(dǎo)電介質(zhì)通過(guò)其流入所述腔的通路，其中所述腔包括多個(gè)流態(tài)化區(qū)，每個(gè)流態(tài)化區(qū)至少部分地由所述通路與所述腔相連之處的發(fā)散表面所限定，所述流態(tài)化區(qū)被配置用于隨著所述離子導(dǎo)電介質(zhì)流入所述腔而將所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中的沉淀物流態(tài)化。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括在施加來(lái)自所述電源的所述重置電流之前讓所述離子導(dǎo)電介質(zhì)流入所述流態(tài)化區(qū)。
25.一種電化學(xué)電池系統(tǒng)，包括 電化學(xué)電池，其包括燃料電極，其包括以間隔開(kāi)關(guān)系布置的一系列可滲透電極坯體，用于接納經(jīng)電沉積的金屬燃料；與所述燃料電極間隔開(kāi)的氧化劑電極； 充電電極；與所述電極相通的離子導(dǎo)電介質(zhì)；被配置用于在所述電極、功率輸入電路和功率輸出電路之間提供電連接的電路； 所述電路中的多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)被配置用于選擇性地?cái)嚅_(kāi)或者閉合在所述電極、所述功率輸入電路和所述功率輸出電路之間的所述電連接；其中所述電池被配置用于通過(guò)氧化所述燃料電極的所述電極坯體上的所述金屬燃料以及還原所述氧化劑電極處的氧化劑來(lái)產(chǎn)生放電電流；并且其中所述燃料電極的所述可滲透電極坯體的所述間隔開(kāi)關(guān)系使得在所述充電電極與至少一個(gè)所述可滲透電極坯體之間可以施加充電電流，其中所述充電電極充當(dāng)陽(yáng)極而所述至少一個(gè)可滲透電極坯體充當(dāng)陰極，從而使得可還原燃料離子被從所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中還原并且電沉積成所述至少一個(gè)可滲透電極坯體上的可氧化形式的燃料，其中所述電沉積導(dǎo)致所述燃料在所述可滲透電極坯體之間的生長(zhǎng)，從而使得所沉積的燃料在所述可滲透電極坯體之間建立電連接；以及控制器，其被配置用于控制所述電化學(xué)電池的所述多個(gè)開(kāi)關(guān)中每一個(gè)的斷開(kāi)狀態(tài)或閉合狀態(tài)，其中所述控制器還被配置用于通過(guò)下列方式開(kāi)始重置過(guò)程，所述方式為選擇性地操作所述多個(gè)開(kāi)關(guān)以向所述功率輸入電路以及在所述燃料電極與至少一個(gè)其他前述電極之間施加來(lái)自電源的重置電流，其中所述燃料電極充當(dāng)陽(yáng)極而所述其他前述電極充當(dāng)陰極，從而使得所述燃料電極上的所述金屬燃料被氧化成可還原的燃料形類；以及選擇性地操作所述多個(gè)開(kāi)關(guān)以撤除所述重置電流從而中止所述重置過(guò)程。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述控制器被配置用于在施加來(lái)自所述電源的重置電流之前確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行所述重置過(guò)程。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行所述重置過(guò)程包括感測(cè)所述電化學(xué)電池的當(dāng)前充電容量；將所述當(dāng)前充電容量與初始充電容量進(jìn)行比較；以及如果所述當(dāng)前充電容量小于初始充電容量超過(guò)閾值量，則確定需要重置過(guò)程。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中確定是否需要所述重置過(guò)程包括確定從所述電化學(xué)電池上次被放電起或者從所述電化學(xué)電池上次被重置起是否已經(jīng)經(jīng)過(guò)了預(yù)定時(shí)間量。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述經(jīng)過(guò)的預(yù)定時(shí)間量包含隨機(jī)化的時(shí)間間隔。
30.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中確定是否需要所述重置過(guò)程包括確定從所述電化學(xué)電池最初被充電或者上次被重置起是否已經(jīng)發(fā)生了預(yù)定數(shù)目的放電和充電循環(huán)。
31.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中確定是否需要所述重置過(guò)程包括確定從所述電化學(xué)電池最初被充電或者上次被重置起是否已經(jīng)發(fā)生了隨機(jī)數(shù)目的放電和充電循環(huán)。
32.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行所述重置過(guò)程包括感測(cè)所述可滲透電極坯體之間的當(dāng)前電壓； 將所述當(dāng)前電壓與初始電壓進(jìn)行比較；以及如果所述當(dāng)前電壓小于所述初始電壓超過(guò)閾值量，則確定需要重置過(guò)程。
33.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行所述重置過(guò)程包括感測(cè)所述可滲透電極坯體之間的當(dāng)前電阻； 將當(dāng)前電阻與初始電阻進(jìn)行比較；以及如果所述當(dāng)前電阻小于所述初始電阻超過(guò)閾值量，則確定需要重置過(guò)程。
34.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中確定是否需要針對(duì)所述電化學(xué)電池執(zhí)行所述重置過(guò)程包括確定所述電池是否正在進(jìn)入鈍化狀態(tài)，在所述鈍化狀態(tài)中所述金屬燃料具有增大的鈍化可能性；以及如果所述電池正在進(jìn)入所述鈍化狀態(tài)，則施加所述重置電流，其中所述重置電流對(duì)應(yīng)于在過(guò)鈍狀態(tài)中對(duì)所述金屬燃料進(jìn)行氧化，在所述過(guò)鈍狀態(tài)中所述金屬燃料具有減小的鈍化可能性。
35.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述重置電流為大約0mA/cm2以上至Ij 10mA/cm2o
36.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述重置電流對(duì)應(yīng)于-IV以上到IV的重置電壓。
37.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述充電電極從包括(a)所述氧化劑電極、(b)與所述氧化劑電極間隔開(kāi)的第三電極以及(c)所述燃料電極的一部分的組中選取。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述充電電極在充電期間是動(dòng)態(tài)變化的電極，其包括至少一些所述可滲透電極坯體。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述充電電極是所述氧化劑電極， 并且所述其他前述電極因此也是所述氧化劑電極，并且其中所述其他前述電極還原氧。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述充電電極是所述第三電極，并且所述其他前述電極是所述氧化劑電極，并且其中所述其他前述電極還原氧。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述充電電極是所述第三電極，并且所述其他前述電極也是所述第三電極，并且其中所述其他前述電極還原所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中的水。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述充電電極是所述第三電極，并且所述其他前述電極也是所述第三電極，并且其中所述其他前述電極還原溶解在所述離子導(dǎo)電介質(zhì)中的氧。
43.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，還包括多個(gè)所述電化學(xué)電池以及其間的第二多個(gè)開(kāi)關(guān)，其中所述控制器還被配置用于選擇性地?cái)嚅_(kāi)和/或閉合所述第二多個(gè)開(kāi)關(guān)，以向所述多個(gè)電化學(xué)電池中的一個(gè)或多個(gè)的所述功率輸入電路施加來(lái)自所述電源的所述重置電流。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述控制器還被配置用于確定是否需要針對(duì)所述多個(gè)電化學(xué)電池中的每一個(gè)執(zhí)行所述重置過(guò)程，以及如果需要針對(duì)所述多個(gè)電化學(xué)電池中的至少一些執(zhí)行所述重置過(guò)程，針對(duì)所述多個(gè)電化學(xué)電池中的所述至少一些開(kāi)始所述重置過(guò)程。
全文摘要
電化學(xué)電池包括燃料電極，該燃料電極被配置用于在連接至負(fù)載時(shí)作為陽(yáng)極工作以氧化燃料。該電池還包括氧化劑電極，該氧化劑電極被配置用于在連接至負(fù)載時(shí)作為陰極工作以還原氧。燃料電極包括多個(gè)基架式電極坯體。本發(fā)明涉及一種電化學(xué)電池系統(tǒng)以及一種通過(guò)向電池施加充電(即，電壓或電流)以驅(qū)動(dòng)燃料的氧化來(lái)重置電化學(xué)電池的方法，其中燃料電極作為陽(yáng)極工作而第二電池作為陰極工作，從而消除可能造成電極坯體過(guò)早短接的燃料的不均勻分布，以增大容量、所儲(chǔ)存的能量以及電池效率。
文檔編號(hào)H01M10/44GK102456934SQ20111032718
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者C·A·弗里森, R·克里施南, S·普茲黑弗, T·特林布爾 申請(qǐng)人:流體公司