[go: up one dir, main page]

RU2574165C2 - Systems of electric rechargeable metal-air batteries and methods - Google Patents

Systems of electric rechargeable metal-air batteries and methods Download PDF

Info

Publication number
RU2574165C2
RU2574165C2 RU2013107587/07A RU2013107587A RU2574165C2 RU 2574165 C2 RU2574165 C2 RU 2574165C2 RU 2013107587/07 A RU2013107587/07 A RU 2013107587/07A RU 2013107587 A RU2013107587 A RU 2013107587A RU 2574165 C2 RU2574165 C2 RU 2574165C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
electrolyte
electrode
metal
battery
Prior art date
Application number
RU2013107587/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013107587A (en
Inventor
Стивен АМЕНДОЛА
Луис ДЖОНСОН
Майкл БИНДЕР
Майкл КУНЦ
Филлип Дж. БЛЭК
Майкл ОСТЕР
Стефани ШАРП-ГОЛДМАН
Теся ХЦЮК
Риган ДЖОНСОН
Original Assignee
ИОС ЭНЕРДЖИ СТОРИДЖ ЭлЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US12/841,115 external-priority patent/US20120021303A1/en
Application filed by ИОС ЭНЕРДЖИ СТОРИДЖ ЭлЭлСи filed Critical ИОС ЭНЕРДЖИ СТОРИДЖ ЭлЭлСи
Publication of RU2013107587A publication Critical patent/RU2013107587A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2574165C2 publication Critical patent/RU2574165C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to the sphere of electrical engineering. Rechargeable metal-air cell of the battery includes metal (M) electrode (E) and air (A) electrode, as well as aqueous electrolyte separating M and A electrodes. In some embodiments M electrode contacts electrolyte directly without placement of a separator or porous membrane between A electrode and electrolyte. A unit of the battery cells comprises the first cell having the first ME, the first AE and electrolyte between them and the second cell having the second ME, the second AE and electrolyte between them At that the first ME of the first cell contacts the second AE of the second cell thus forming an air tunnel between them. The first ME may contact the second AE being pressed around the second AE thus forming centrode. Rechargeable metal-air cells of the battery may be electrically interconnected by centrodes connection. Subject matter of the invention includes also versions for energy storage.
EFFECT: attained stability of electric power in the mains and shift in power supply during periods of peak and non-peak loads.
23 cl, 23 dwg

Description

Предпосылки изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

[0001] При сочетании стареющей инфраструктуры электрических сетей и интеграции непостоянных источников генерации, которые обусловлены масштабными возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер, солнечная энергия и океанические волны, существует возрастающая и критическая потребность в разработке эффективных технологий хранения энергии для достижения устойчивости электроснабжения в сети и для сдвига подачи электроэнергии в периоды пиковой и непиковой нагрузки. Коммунальные предприятия ищут пути содействия подаче чистой энергии в сеть, предотвращения отключений электроэнергии и регулирования пиковых нагрузок экономически эффективным способом без добавления дополнительных генерирующих мощностей. Батареи считаются критическими элементами при расширении и внедрении в крупном масштабе возобновляемых источников энергии, таких как электростанции с использованием энергии ветра и солнца.[0001] With the combination of an aging electricity grid infrastructure and the integration of intermittent power generation due to large-scale renewable energy sources such as wind, solar energy and ocean waves, there is an increasing and critical need to develop efficient energy storage technologies to achieve sustainable power supply to the grid and to shift the supply of electricity during periods of peak and off-peak load. Utilities are looking for ways to facilitate the supply of clean energy to the grid, prevent power outages and regulate peak loads in a cost-effective way without adding additional generating capacity. Batteries are considered critical elements when expanding and introducing large-scale renewable energy sources, such as wind and solar power plants.

[0002] На данный момент не существует систем батарей, добившихся коммерческого успеха в данной области применения, по нескольким причинам. Одной из причин является то, что стоимость существующих систем батарей сейчас слишком высока. Как следствие, коммунальные предприятия в основном используют газовые турбины для покрытия при необходимости пиковой нагрузки. Тем не менее, они не настолько универсальны или применимы по сравнению с устройствами реального хранения энергии, такими как батареи. Циклический ресурс существующих батарей слишком мал, что делает реальные затраты за срок службы существенно большими по сравнению с начальной стоимостью. Кроме того, многие батареи (такие как натрий-серные батареи) работают при повышенных температурах, содержат опасные химические вещества, могут содержать воспламеняющиеся материалы или могут быть подвержены неконтролируемой реакции, такой как протекающие в батареях на основе лития. Вкратце, на данный момент не существует коммерческой технологии батарей, которая предлагала бы батареи крупногабаритного размера, с подходящими рабочими характеристиками и длительным ресурсом по числу циклов заряда-разряда (циклическим ресурсом) при коммерчески приемлемой стоимости и приемлемом для коммунальных предприятий сроке службы.[0002] There are currently no battery systems that have achieved commercial success in this application, for several reasons. One reason is that the cost of existing battery systems is now too high. As a result, utilities mainly use gas turbines to cover peak loads if necessary. However, they are not so versatile or applicable compared to real energy storage devices such as batteries. The cyclic life of existing batteries is too small, which makes the real costs for the service life significantly higher compared to the initial cost. In addition, many batteries (such as sodium sulfur batteries) operate at elevated temperatures, contain hazardous chemicals, may contain flammable materials, or may be subject to uncontrolled reactions, such as those occurring in lithium-based batteries. In short, there is currently no commercial battery technology that offers oversized batteries with suitable performance and long life in terms of the number of charge-discharge cycles (cyclic resource) at a commercially acceptable cost and a useful life for utilities.

[0003] Таким образом, существует потребность в улучшенных системах батарей. Дополнительно существует потребность в конфигурациях перезаряжаемых батарей, которые будут коммерчески приемлемы.[0003] Thus, there is a need for improved battery systems. Additionally, there is a need for rechargeable battery configurations that will be commercially acceptable.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

[0004] Для того чтобы преодолеть все эти проблемы, в соответствии с одним аспектом изобретения предусмотрены новые конструкция/химия электрически перезаряжаемой металло-воздушной системы. Конструкция металло-воздушного элемента включает значительное число новых и ранее неисследованных химических веществ, материалов, конструктивных и проектных изменений. Эти важные изменения и модификации будут более подробно описаны далее. В некоторых вариантах реализации этот металло-воздушный элемент может быть цинк-воздушным элементом. Независимое испытание третьей стороной на данный момент установило, что предложенный цинк-воздушный элемент может быть заряжен и разряжен более 200 раз без каких-либо свидетельств ухудшения воздушного катода, поэтому ожидается более длительный ресурс. Некоторые (или все) модификации, перечисленные в данном документе, могут быть скомбинированы для получения работы элемента с длительным циклическим ресурсом, что может сделать данную цинк-воздушную систему доступной и практичной.[0004] In order to overcome all these problems, in accordance with one aspect of the invention, a new design / chemistry of an electrically rechargeable metal-air system is provided. The design of the metal-air element includes a significant number of new and previously unexplored chemicals, materials, structural and design changes. These important changes and modifications will be described in more detail below. In some embodiments, the metal air element may be a zinc air element. An independent third-party test so far has determined that the proposed zinc-air cell can be charged and discharged more than 200 times without any evidence of deterioration of the air cathode, so a longer life is expected. Some (or all) of the modifications listed in this document can be combined to get the element working with a long cyclic resource, which can make this zinc-air system affordable and practical.

[0005] Один аспект изобретения направлен на перезаряжаемый металло-воздушный элемент батареи, включающий в себя металлический электрод; воздушный электрод; водный электролит между металлическим электродом и воздушным электродом, причем металлический электрод непосредственно контактирует с электролитом и никакого сепаратора между воздушным электродом и металлическим электродом не предусмотрено. В некоторых дополнительных вариантах реализации не предусмотрено никакого сепаратора между воздушным электродом и электролитом.[0005] One aspect of the invention is directed to a rechargeable metal-air battery cell including a metal electrode; air electrode; an aqueous electrolyte between the metal electrode and the air electrode, the metal electrode being in direct contact with the electrolyte and no separator between the air electrode and the metal electrode is provided. In some further embodiments, no separator is provided between the air electrode and the electrolyte.

[0006] Другой аспект изобретения направлен на систему перезаряжаемых металло-воздушных элементов батареи, включающую в себя металлический электрод; воздушный электрод; и водный раствор электролита, имеющий pH в интервале от примерно 3 до примерно 10, причем система элементов батареи способна на по меньшей мере 500 циклов разряда и перезаряда без физического ухудшения материалов или существенного ухудшения рабочих характеристик элемента батареи и системы.[0006] Another aspect of the invention is directed to a system of rechargeable metal-air battery cells, including a metal electrode; air electrode; and an aqueous electrolyte solution having a pH in the range of from about 3 to about 10, wherein the battery cell system is capable of at least 500 discharge and recharge cycles without physically degrading materials or substantially degrading the performance of the battery cell and system.

[0007] В соответствии с еще одним аспектом изобретения может быть предусмотрен узел элементов батареи. Узел элементов батареи может включать в себя первый элемент, включающий в себя металлический электрод, воздушный электрод и электролит между ними; и второй элемент, также имеющий металлический электрод, воздушный электрод и электролит между ними. Эти два элемента соединены таким образом, что металлический электрод элемента №1 контактирует с воздушным электродом элемента №2. Это позволяет образоваться воздушному пространству или туннелю между металлическим электродом элемента №1 и воздушным электродом элемента №2. В этой конфигурации металлический электрод и воздушный электрод параллельны друг другу и ориентированы горизонтально. В некоторых вариантах реализации металлический электрод и воздушный электрод могут быть выровнены практически вертикально.[0007] In accordance with another aspect of the invention, a battery cell assembly may be provided. The battery cell assembly may include a first cell including a metal electrode, an air electrode, and an electrolyte between them; and a second cell also having a metal electrode, an air electrode, and an electrolyte between them. These two elements are connected in such a way that the metal electrode of element No. 1 is in contact with the air electrode of element No. 2. This allows the formation of air space or a tunnel between the metal electrode of element No. 1 and the air electrode of element No. 2. In this configuration, the metal electrode and the air electrode are parallel to each other and are oriented horizontally. In some embodiments, the metal electrode and the air electrode can be aligned almost vertically.

[0008] Дополнительный аспект данного изобретения предусматривает систему хранения энергии, включающую в себя: узел подачи электролита с деталью управления потоком, выполненной с возможностью распределения электролита по мере необходимости к нижележащему элементу металло-воздушной батареи; и один или более элементов металло-воздушной батареи, включающих в себя по меньшей мере один проем, имеющий участок перелива, при этом деталь управления потоком позволяет излишнему или избыточному электролиту переливаться в каждый элемент, если объемы электролита значительно увеличиваются, или заполнять отдельные элементы электролитом, если объемы электролита в определенных элементах уменьшаются. В некоторых вариантах реализации детали управления потоком могут быть выровнены вертикально над участком перелива.[0008] An additional aspect of the present invention provides an energy storage system including: an electrolyte supply unit with a flow control part configured to distribute the electrolyte as necessary to an underlying metal-air battery element; and one or more elements of the metal-air battery, including at least one opening having an overflow section, the flow control part allowing the excess or excess electrolyte to be poured into each element if the electrolyte volumes increase significantly, or to fill individual elements with electrolyte, if the volumes of electrolyte in certain cells are reduced. In some embodiments, the flow control parts may be aligned vertically above the overflow site.

[0009] Другой аспект изобретения может предусматривать способ хранения энергии. Способ может включать в себя прием электролита в резервуаре подачи электролита; обеспечение возможности, если происходит переполнение в резервуаре подачи электролита, некоторому количеству электролита стекать из резервуара подачи электролита в нижележащий первый элемент металло-воздушной батареи; и обеспечение возможности, если происходит переполнение нижележащего элемента металло-воздушной батареи, некоторому количеству электролита стекать из нижележащего первого элемента металло-воздушной батареи во второй элемент металло-воздушной батареи или сборный резервуар. Этот эффект каскадного переливания электролита гарантирует, что уровни электролита во всех элементах являются полными (для поддержания хорошего электрического контакта) и приблизительно равны, и выравнивает объемы электролита даже при расширении, сжатии или испарении электролита.[0009] Another aspect of the invention may provide a method for storing energy. The method may include receiving electrolyte in an electrolyte supply tank; providing the possibility, if there is an overflow in the electrolyte supply tank, to drain a certain amount of electrolyte from the electrolyte supply tank into the underlying first element of the metal-air battery; and providing the possibility, if there is an overflow of the underlying element of the metal-air battery, to drain a certain amount of electrolyte from the underlying first element of the metal-air battery into the second element of the metal-air battery or collection tank. This cascade electrolyte transfusion effect ensures that the electrolyte levels in all cells are complete (to maintain good electrical contact) and approximately equal, and evens out the electrolyte volumes even when the electrolyte expands, contracts, or evaporates.

[0010] В соответствии с другими аспектами изобретения могут быть предусмотрены дополнительные способы. Способ хранения энергии может включать в себя обеспечение одного или более биполярных воздушных электродов с воздушным пространством между ними (которые можно называть «центродами»), более конкретно, с металлическим электродом первого элемента в контакте с воздушным электродом второго элемента, причем предусмотрен воздушный туннель между металлическим электродом и воздушным электродом; и обеспечение первой рамки, проходящей над упомянутыми одним или более центродами, и второй рамки, проходящей под упомянутыми одним или более центродами, причем первый элемент включает в себя пространство над металлическим электродом и закрытое первой рамкой для приема электролита, и второй элемент включает в себя пространство под воздушным электролитом и закрытое второй рамкой для приема электролита. В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрен центрод, как описано или проиллюстрировано здесь еще где-либо.[0010] In accordance with other aspects of the invention, additional methods may be provided. The energy storage method may include providing one or more bipolar air electrodes with an air space between them (which may be referred to as “centrodes”), more specifically, with a metal electrode of the first element in contact with the air electrode of the second element, an air tunnel provided between the metal electrode and air electrode; and providing a first frame passing above said one or more centrodes and a second frame passing below said one or more centrodes, the first element including a space above the metal electrode and closed by the first frame for receiving electrolyte, and the second element includes a space under air electrolyte and closed by a second frame for receiving electrolyte. In some embodiments, a centrode may be provided, as described or illustrated elsewhere.

[0011] Система хранения энергии коммунального масштаба, предусмотренная в соответствии с одним аспектом изобретения, может включать в себя множество вертикально уложенных металло-воздушных элементов, включающих в себя по меньшей мере одну рамку, причем между отдельными элементами предусмотрены один или более воздушных туннелей; систему управления потоком электролита, выполненную с возможностью распределения электролита к одному или более элементам или стопкам элементов; и воздухопроточный узел, выполненный с возможностью обеспечения потока воздуха через упомянутые один или более воздушных туннелей. В некоторых вариантах реализации система управления электролитом может быть интегрирована в одну или более рамок.[0011] A utility-scale energy storage system provided in accordance with one aspect of the invention may include a plurality of vertically stacked metal-air elements including at least one frame, wherein one or more air tunnels are provided between the individual elements; an electrolyte flow control system configured to distribute electrolyte to one or more cells or stacks of cells; and an air flow assembly configured to provide air flow through said one or more air tunnels. In some embodiments, the electrolyte control system may be integrated into one or more frames.

[0012] Другие цели и преимущества изобретения будут в дальнейшем оценены и поняты при рассмотрении совместно с последующим описанием и приложенными чертежами. Хотя последующее описание может содержать особые подробности, описывающие конкретные варианты реализации изобретения, это следует истолковывать не как ограничения объема изобретения, а как приведение примера потенциальных или предпочтительных вариантов реализации. Для каждого аспекта изобретения возможны множественные вариации в соответствии с тем, что здесь предложено, которые известны обычным специалистам в данной области техники. В рамках объема изобретения может быть проделано множество изменений и модификаций без отступления от его сути.[0012] Other objects and advantages of the invention will be further appreciated and understood when considered in conjunction with the following description and the attached drawings. Although the following description may contain specific details describing specific embodiments of the invention, this should not be construed as limiting the scope of the invention, but as giving an example of potential or preferred embodiments. For each aspect of the invention, multiple variations are possible in accordance with what is proposed herein, which are known to those of ordinary skill in the art. Within the scope of the invention, many changes and modifications can be made without departing from its essence.

Включение по ссылкеInclusion by reference

[0013] Все публикации, патенты и заявки на патент, упомянутые в данном описании, включены сюда по ссылке в той же степени, как если бы каждая отдельная публикация, патент или заявка на патент были специально и отдельно указаны как включенные по ссылке.[0013] All publications, patents, and patent applications mentioned in this description are incorporated herein by reference to the same extent as if each individual publication, patent, or patent application were expressly and individually indicated to be incorporated by reference.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

[0014] Новые признаки изобретения изложены в подробностях в приложенной формуле изобретения. Лучшее понимание признаков и преимуществ данного изобретения будет достигнуто при обращении к нижеследующему подробному описанию, в котором изложены пояснительные варианты реализации, в которых используются принципы изобретения, и к приложенным чертежам, на которых:[0014] New features of the invention are set forth in detail in the attached claims. A better understanding of the features and advantages of this invention will be achieved by referring to the following detailed description, which sets forth explanatory embodiments in which the principles of the invention are used, and to the attached drawings, in which:

[0015] ФИГ. 1 изображает перезаряжаемые металло-воздушные элементы, расположенные в горизонтальной ориентации в соответствии с вариантом реализации изобретения.FIG. 1 shows rechargeable metal-air elements arranged in a horizontal orientation in accordance with an embodiment of the invention.

[0016] ФИГ. 2 изображает пример отдельных элементов, которые могут быть уложены друг поверх друга.FIG. 2 shows an example of individual elements that can be stacked on top of each other.

[0017] ФИГ. 3 изображает изометрическое сечение единичного элемента в соответствии с вариантом реализации изобретения.FIG. 3 is an isometric sectional view of a unit cell in accordance with an embodiment of the invention.

[0018] ФИГ. 4А изображает систему для поддержания практически постоянного и одинакового уровня электролита внутри структуры расположенных горизонтально элементов, которые могут иметь общий проем заполнения электролитом и рециркуляционный резервуар в соответствии с вариантом реализации изобретения.FIG. 4A depicts a system for maintaining a substantially constant and uniform electrolyte level within a structure of horizontally located cells that may have a common electrolyte filling opening and a recirculation tank in accordance with an embodiment of the invention.

[0019] ФИГ. 4В изображает дополнительную систему для поддержания уровней электролита внутри множества элементов, с расположенными бок о бок элементами, имеющими общие проемы заполнения, и отдельным резервуаром или устройством зарядки для замены отработанного электролита на заряженный электролит (с металлическим цинком или взвесью цинка) в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.FIG. 4B shows an additional system for maintaining electrolyte levels within a plurality of cells, with side-by-side cells having common filling openings, and a separate reservoir or charging device for replacing spent electrolyte with a charged electrolyte (with metallic zinc or zinc suspension) in accordance with another embodiment implementation of the invention.

[0020] ФИГ. 5 изображает пример конфигурации стопки (блока) батареи.FIG. 5 depicts an example configuration of a stack (block) of battery.

[0021] ФИГ. 6 изображает пример проема централизованного управления электролитом для системы хранения энергии, который делает возможным заполнение каждого элемента и каскадное стекание или переливание в другие элементы в соответствии с вариантом реализации изобретения.FIG. 6 depicts an example of a centralized electrolyte control opening for an energy storage system that makes it possible to fill each cell and cascade to or pour into other cells in accordance with an embodiment of the invention.

[0022] ФИГ. 7 изображает дополнительный вид конфигурации стопки батареи с соединениями металлический электрод - воздушный электрод вертикально, а также с горизонтальным резервированием для обхода поврежденного элемента.FIG. 7 depicts an additional configuration view of a stack of batteries with metal electrode-air electrode connections vertically, as well as with horizontal redundancy to bypass a damaged element.

[0023] ФИГ. 8А изображает пример применения модуля батареи в изолированном грузовом контейнере и HVAC-машине с отдельной стопкой лотков с верхним резервуаром и нижним сливом, являющимися частью системы рециркуляции электролита в соответствии с вариантом реализации изобретения.FIG. 8A shows an example of the use of a battery module in an insulated freight container and an HVAC machine with a separate stack of trays with an upper tank and a lower drain, which are part of an electrolyte recirculation system in accordance with an embodiment of the invention.

[0024] ФИГ. 8В изображает отдельные лотки элементов внизу модулей батареи с трубками, которые являются частью системы рециркуляции на дне контейнера в соответствии с вариантом реализации изобретения.FIG. 8B shows separate cell trays at the bottom of the battery modules with tubes that are part of a recirculation system at the bottom of the container in accordance with an embodiment of the invention.

[0025] ФИГ. 8С изображает некоторое число модулей батареи, собранных в систему батареи с рециркуляционными резервуарами и инвертерами или другим оборудованием регулирования мощности.FIG. 8C shows a number of battery modules assembled in a battery system with recirculation tanks and inverters or other power control equipment.

[0026] ФИГ. 8D изображает вид сверху системы батареи, включающей в себя множество модулей батареи внутри контейнера.FIG. 8D is a plan view of a battery system including a plurality of battery modules within a container.

[0027] ФИГ. 8Е предоставляет пример воздухопроточного узла.FIG. 8E provides an example of an air flow assembly.

[0028] ФИГ. 8F предоставляет дополнительный вид воздухопроточного узла.FIG. 8F provides an additional view of the airflow assembly.

[0029] ФИГ. 8G предоставляет альтернативный пример воздухопроточного узла.FIG. 8G provides an alternative example of an air flow assembly.

[0030] ФИГ. 8H предоставляет пример системы батареи внутри контейнера.FIG. 8H provides an example of a battery system inside a container.

[0031] ФИГ. 9А предоставляет вид снизу узла рамок элементов или лотка с электрическими соединениями в конце каждого ряда, которые горизонтально соединены.FIG. 9A provides a bottom view of an element frame assembly or tray with electrical connections at the end of each row that are horizontally connected.

[0032] ФИГ. 9В изображает вид узла рамок элементов или лотка и один или более центродов.FIG. 9B is a view of an assembly of element frames or a tray and one or more centrodes.

[0033] ФИГ. 10 предоставляет вид сверху четырех элементов в горизонтальном узле, расположенных так, чтобы пользоваться общим проемом заполнения и выхода, который может называться «четверкой».FIG. 10 provides a top view of four elements in a horizontal assembly arranged to use a common fill and exit opening, which may be referred to as a “four”.

[0034] ФИГ. 11А изображает вид сверху системы хранения энергии с общим заполнительным и переливным проемом среди элементов в соответствии с вариантом реализации изобретения.FIG. 11A is a plan view of an energy storage system with a common filling and overflow opening among elements in accordance with an embodiment of the invention.

[0035] ФИГ. 11В изображает вид сбоку или сечение системы хранения энергии с ФИГ. 11А, расположенной под углом, чтобы удалять или выпускать газ с помощью силы тяжести, с расположенным сверху резервуаром подачи воды за счет силы тяжести.FIG. 11B is a side view or sectional view of an energy storage system of FIG. 11A, located at an angle to remove or discharge gas using gravity, with an upstream water supply tank due to gravity.

[0036] ФИГ. 12 предоставляет схему трехэлектродной конструкции для электрически перезаряжаемого металло-воздушного элемента.FIG. 12 provides a three-electrode structure diagram for an electrically rechargeable metal-air element.

[0037] ФИГ. 13 изображает пример напряжения элемента в зависимости от времени испытания в соответствии с вариантом реализации изобретения.FIG. 13 depicts an example of cell voltage versus test time in accordance with an embodiment of the invention.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0038] Хотя здесь показаны и описаны предпочтительные варианты реализации, специалисту в данной области техники будет очевидно, что такие варианты реализации приведены только в качестве примера. Специалистам в данной области техники теперь придут на ум бесчисленные вариации, изменения и замены без выхода за рамки изобретения. Следует понимать, что при практическом осуществлении изобретения могут быть использованы различные альтернативы описанным здесь вариантам реализации изобретения.[0038] Although preferred embodiments are shown and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that such embodiments are provided by way of example only. Countless variations, changes, and replacements will come to mind for those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It should be understood that in the practice of the invention, various alternatives to the embodiments described herein may be used.

[0039] Изобретение предоставляет электрически перезаряжаемые системы металло-воздушных батарей и способы. Различные аспекты описанного здесь изобретения могут быть применены к любому из изложенных далее конкретных применений или для любых других типов систем батарей. Изобретение может быть применено в качестве самостоятельных (автономных) системы или способа, или же в качестве части сети/коммунальной системы или системы или способа хранения возобновляемой энергии. Следует понимать, что различные аспекты изобретения могут быть уяснены по отдельности, совместно или в сочетании друг с другом.[0039] The invention provides electrically rechargeable metal-air battery systems and methods. Various aspects of the invention described herein may be applied to any of the specific applications set forth below or to any other types of battery systems. The invention can be applied as an independent (autonomous) system or method, or as part of a network / utility system or system or method for storing renewable energy. It should be understood that various aspects of the invention can be understood individually, together or in combination with each other.

Металло-воздушная батареяMetal air battery

[0040] Металло-воздушные батареи потенциально имеют очень высокие значения плотности энергии при низкой стоимости. Системы металло-воздушных батарей используют атмосферный кислород в качестве своего катодного реагента, отсюда и слово «воздушные» в их названии. Металло-воздушные батареи являются уникальными источниками энергии, в которых один из реагентов - кислород - не храниться внутри самой батареи. Вместо этого газообразный кислород, который составляет примерно 20 процентов окружающего воздуха, может быть по мере необходимости взят из неограниченного источника, представляющего собой окружающий воздух, и впущен в элемент, где он восстанавливается каталитическими поверхностями внутри воздушного электрода. Газообразный кислород может являться, по сути, неисчерпаемым катодным реагентом. Так как газообразный кислород не должен помещаться внутрь элемента, общий вес, объем или размер элемента могут быть относительно маленькими, а значения плотности энергии (значения емкостей элементов в ампер-часах в расчете на данный вес элемента) могут быть большими. Например, значения веса и объема могут быть меньше по сравнению со значениями веса элементов батарей других конструкций, и плотности энергии могут быть выше плотностей энергии у батарей других конструкций. Другим преимуществом является малый объем и вес, сокращенные за счет воздушных электродов, что может привести к более высоким удельным характеристикам системы (А·ч/кг и А·ч/л) по сравнению с другими электрохимическими источниками энергии.[0040] Metal-air batteries potentially have very high energy density values at low cost. Metal-air battery systems use atmospheric oxygen as their cathode reagent, hence the word “air” in their name. Metal-air batteries are unique sources of energy in which one of the reagents - oxygen - is not stored inside the battery itself. Instead, gaseous oxygen, which makes up about 20 percent of the surrounding air, can be taken from an unlimited source of ambient air as needed and let into the cell where it is reduced by the catalytic surfaces inside the air electrode. Gaseous oxygen can be essentially an inexhaustible cathode reagent. Since gaseous oxygen should not be placed inside the element, the total weight, volume or size of the element can be relatively small, and the energy density values (capacitance values of the elements in ampere hours per given element weight) can be large. For example, the weight and volume values may be less than the weight values of battery cells of other designs, and energy densities may be higher than the energy densities of batteries of other designs. Another advantage is the small volume and weight, reduced due to air electrodes, which can lead to higher specific characteristics of the system (A · h / kg and A · h / l) in comparison with other electrochemical energy sources.

[0041] Системы металло-воздушных батарей могут генерировать электричество путем объединения реакции окисления реакционноспособного металлического электрода, который в процессе разряда элемента может действовать в качестве анода, с реакцией восстановления кислорода на катоде, содержащем подходящие катализаторы восстановления кислорода. Генерируемые свободные электроны с цинкового анода могут перемещаться к воздушному электроду, действующему в качестве катода, через внешнюю нагрузку.[0041] Metal-air battery systems can generate electricity by combining the oxidation reaction of a reactive metal electrode, which during the discharge of the cell can act as an anode, with an oxygen reduction reaction at a cathode containing suitable oxygen reduction catalysts. The generated free electrons from the zinc anode can move to the air electrode, acting as a cathode, through an external load.

[0042] Тем не менее, ключевым недостатком батарей металло-воздушного типа может являться то, что они обычно не были электрически перезаряжаемыми для большого числа циклов разряда и заряда. Цикл разряда-заряда определяется здесь как один полный электрический разряд с последующим полным электрическим зарядом. В некоторых вариантах реализации полный электрический разряд может длиться примерно 6 часов, при том, что последующий полный заряд может также длиться примерно 6 часов. Этот 12 часовой полный цикл разряда и заряда (с возможностью более кратковременного заряда и разряда для стабилизации или регулирования работы сети) может быть характерным и ожидаемым для типичного одного полного дня резервной эксплуатации на электрической сети. Электрическая перезаряжаемость может быть необходима или крайне желаема для любой батареи, которую собираются использовать в сети. Традиционные металло-воздушные батареи большого масштаба либо совершенно не могут электрически перезаряжаться, либо могут циклироваться лишь менее чем нескольких сотен циклов разряда-заряда. Более того, традиционные большие системы металло-воздушных батарей коммерчески не легкодоступны. Для того чтобы быть практичной для коммунальных применений, электрически перезаряжаемая батарея предпочтительно должна предоставлять от по меньшей мере 3500 до 10000 высокопроизводительных циклов разряда и заряда при хорошей общей эффективности. Это будет соответствовать приблизительно 10-30 годам службы.[0042] However, a key disadvantage of metal-air type batteries may be that they were usually not electrically rechargeable for a large number of discharge and charge cycles. The discharge-charge cycle is defined here as one full electric discharge followed by a full electric charge. In some embodiments, a full electrical discharge can last about 6 hours, while a subsequent full charge can also last about 6 hours. This 12 hour full cycle of discharge and charge (with the possibility of a shorter charge and discharge to stabilize or regulate the operation of the network) can be typical and expected for a typical one full day of backup operation on the electric network. Electrical rechargeability may be necessary or highly desirable for any battery that they intend to use on the network. Traditional large-scale metal-air batteries either cannot completely recharge electrically, or they can only cycle in less than a few hundred discharge-charge cycles. Moreover, traditional large metal-air battery systems are not commercially available. In order to be practical for utility applications, an electrically rechargeable battery should preferably provide at least 3,500 to 10,000 high-performance discharge and charge cycles with good overall efficiency. This will correspond to approximately 10-30 years of service.

[0043] Внутри батареи металло-воздушного типа электропроводный электролит, соединяющий металлический электрод и воздушный электрод, является обычно жидким раствором (в некоторых вариантах реализации - на водной основе, водным), содержащим растворенные соли. Металло-воздушные батареи можно считать сочетающими в себе желаемые свойства как топливных элементов, так и батарей: металл (например, цинк) является топливом, скорости реакции могут регулироваться путем изменения потока воздуха, а окисленный металл/электролитная паста могут быть заменены свежим металлом или пастой. Огромным преимуществом металло-воздушных элементов с точки зрения безопасности является тот факт, что они по своей природе защищены от короткого замыкания. Так как металло-воздушные элементы ограничены количеством кислорода, который они могут непрерывно забирать и использовать из окружающего воздуха, они, в итоге, ограничены величиной тока, который они могут генерировать. Когда внутри элемента происходит короткое замыкание, в отличие от других химических составов батарей, металло-воздушный элемент просто не выдает неограниченный ток - способность выдавать ток имеет максимум, верхний предел. Это является важным соображением относительно безопасности. Системы металло-воздушных батарей могут включать, но не ограничиваясь этим, алюминий-воздушные, магний-воздушные, железо-воздушные, литий-воздушные, натрий-воздушные, титан-воздушные, бериллий-воздушные и цинк-воздушные.[0043] Inside a metal-air type battery, the conductive electrolyte connecting the metal electrode and the air electrode is usually a liquid solution (in some embodiments, water-based, aqueous) containing dissolved salts. Metal-air batteries can be considered to combine the desired properties of both fuel cells and batteries: metal (e.g. zinc) is fuel, reaction rates can be controlled by changing the air flow, and oxidized metal / electrolyte paste can be replaced with fresh metal or paste . A huge advantage of metal-air elements in terms of safety is the fact that they are inherently protected against short circuits. Since metal-air elements are limited by the amount of oxygen that they can continuously take and use from the surrounding air, they are ultimately limited by the amount of current that they can generate. When a short circuit occurs inside an element, unlike other chemical compositions of batteries, a metal-air element simply does not give unlimited current - the ability to give current has a maximum, an upper limit. This is an important safety consideration. Metal-air battery systems may include, but are not limited to, aluminum-air, magnesium-air, iron-air, lithium-air, sodium-air, titanium-air, beryllium-air, and zinc-air.

[0044] Цинк, в частности, имеет ряд преимуществ перед остальными металлами. Тем не менее, любой из вариантов реализации, обсуждаемых здесь где-либо еще, может также быть применен к любому типу системы металло-воздушной батареи, которая может включать или не включать цинк. Любые ссылки на цинк в качестве анода могут быть также использованы применительно к любому другому металлу, и наоборот. Любые ссылки на цинк-воздушные батареи могут быть также использованы применительно к любым другим металло-воздушным батареям, и наоборот.[0044] Zinc, in particular, has several advantages over other metals. However, any of the embodiments discussed elsewhere herein may also be applied to any type of metal-air battery system, which may or may not include zinc. Any references to zinc as an anode can also be used for any other metal, and vice versa. Any references to zinc-air batteries can also be used for any other metal-air batteries, and vice versa.

[0045] Цинк может являться преимущественным материалом, так как он имеет малый вес, нетоксичен, недорог, легкодоступен и имеет высокие скорости электрохимических реакций для покрытия в процессе электрохимического заряда. В связи с этим цинк-воздушные элементы использовались как первичные (на выброс) и перезаряжаемые (повторно используемые) элементы. Цинк-воздушные элементы могут заряжаться либо механически, либо электрически. В механически перезаряжаемых (дозаправляемых) элементах израсходованный цинк может быть физически удален из элемента/батареи и механически заменен свежим цинком. Отработавший цинк может быть отдельно переработан в другом месте обратно в металлический цинк. Такие механически перезаряжаемые батареи могут быть в некоторых вариантах реализации применены по назначению хранения энергии в сети.[0045] Zinc may be the preferred material since it is light in weight, non-toxic, inexpensive, readily available, and has high rates of electrochemical reactions for coating during an electrochemical charge. In this regard, zinc-air elements were used as primary (for emission) and rechargeable (reused) elements. Zinc-air cells can be charged either mechanically or electrically. In mechanically rechargeable (refuelable) cells, the spent zinc can be physically removed from the cell / battery and mechanically replaced with fresh zinc. Spent zinc can be separately recycled elsewhere back to zinc metal. Such mechanically rechargeable batteries may, in some embodiments, be used for the purpose of storing energy in the network.

[0046] В предпочтительных вариантах реализации могут применяться электрически перезаряжаемые элементы. В более практичных электрически перезаряжаемых элементах электричество от внешнего источника может быть использовано для генерации кислорода на воздушном электроде, в то время как металлический цинк может быть электрохимически переосажден (нанесен) обратно на металлический электрод, чтобы восстановить изначальный металлический электрод. Обе эти цинк-воздушные системы обычно используют щелочные водные электролиты на основе сильно едкого гидроксида калия, KOH.[0046] In preferred embodiments, electrically rechargeable cells can be used. In more practical electrically rechargeable cells, electricity from an external source can be used to generate oxygen on the air electrode, while zinc metal can be electrochemically reprecipitated (deposited) back on the metal electrode to restore the original metal electrode. Both of these zinc-air systems typically use alkaline aqueous electrolytes based on the highly corrosive potassium hydroxide, KOH.

[0047] В процессе нормальной работы элемента в процессе разряда элемента кислород из окружающего воздуха может быть восстановлен (получает электроны), в то время как реакционноспособный металл претерпевает окисление (теряет электроны). В цинк-воздушных элементах, содержащих щелочной электролит, например, в элементе могут протекать следующие упрощенные реакции:[0047] During the normal operation of the element during the discharge of the element, oxygen from the surrounding air can be reduced (receives electrons), while the reactive metal undergoes oxidation (loses electrons). In zinc-air cells containing an alkaline electrolyte, for example, the following simplified reactions can occur in a cell:

На аноде: 2Zn+4OH-→2ZnO+2H2O+4e- E0=1,25 ВAt the anode: 2Zn + 4OH - → 2ZnO + 2H 2 O + 4e - E 0 = 1.25 V

На катоде: O2 +2H2O+4e-→4OH- E0=0,40 ВAt the cathode: O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH - E 0 = 0.40 V

Суммарная реакция: 2ZnO+O2→ZnO E(НРЦ)=1,65 ВTotal reaction: 2ZnO + O 2 → ZnO E (NRC) = 1.65 V

[0048] В некоторых случаях реальными продуктами реакции на аноде являются не просто ZnO+H2O, а скорее Zn(OH)42-. Суммарная реакция на аноде может поэтому быть записана так:[0048] In some cases, the real reaction products at the anode are not just ZnO + H 2 O, but rather Zn (OH) 4 2- . The total reaction at the anode can therefore be written as follows:

2Zn+8OH-→2Zn(OH)42-+4e- 2Zn + 8OH - → 2Zn (OH) 4 2- + 4e -

[0049] Получаемый продукт окисления цинка, цинкат калия, может оставаться в растворе.[0049] The resulting zinc oxidation product, potassium zincate, may remain in solution.

[0050] Перезаряжаемые цинк-воздушные элементы, которые используют щелочные электролиты, могут иметь ряд технических проблем. Первой проблемой является то, что, когда воздух попадает в элемент, CO2, диоксид углерода (обычно присутствующий в окружающем воздухе) может также попадать внутрь и медленно реагировать с щелочным электролитом с образованием различных нерастворимых карбонатов. Эти нерастворимые карбонаты выпадают в осадок внутри пор воздушных электродов, а также в электролите. Этот образовавшийся осадок снижает электропроводность электролита, и, так как поры воздушного электрода заблокированы нерастворимым материалом, рабочие характеристики воздушного электрода существенно снижаются. Хотя для удаления (улавливания) CO2 из поступающего воздуха использовали системы поглощения диоксида углерода, дополнительный вес и сложность умаляют преимущества металло-воздушных систем, в которых используется щелочной электролит.[0050] Rechargeable zinc-air cells that use alkaline electrolytes can have a number of technical problems. The first problem is that when air enters the element, CO 2 , carbon dioxide (usually present in ambient air) can also get inside and slowly react with an alkaline electrolyte to form various insoluble carbonates. These insoluble carbonates precipitate inside the pores of the air electrodes, as well as in the electrolyte. This formed precipitate reduces the electrolyte conductivity, and since the pores of the air electrode are blocked by insoluble material, the performance of the air electrode is significantly reduced. Although carbon dioxide absorption systems were used to remove CO 2 from the incoming air, the added weight and complexity detract from the advantages of metal-air systems that use alkaline electrolyte.

[0051] Кроме того, так как обычно используемые щелочные электролиты страдают из-за своей гигроскопичности (поглощения воды из воздуха) во влажных окружающих средах, излишняя вода может накапливаться в этих системах батарей, приводя к затоплению воздушного электрода водой. Так как воздух (кислород) не может легко диффундировать через воду, меньше кислорода поступает и восстанавливается на воздушном катоде. Это может привести к быстрой потере активных свойств воздушными катодами на щелочной основе.[0051] In addition, since commonly used alkaline electrolytes suffer from their hygroscopicity (absorption of water from air) in humid environments, excess water can accumulate in these battery systems, causing the air electrode to flood with water. Since air (oxygen) cannot easily diffuse through water, less oxygen enters and is reduced at the air cathode. This can lead to a rapid loss of active properties by alkaline-based air cathodes.

[0052] Другая проблема с традиционными цинк-воздушными элементами на щелочной основе заключается в том, что, хотя ионная проводимость и энергетические характеристики элемента улучшаются с увеличением концентрации OH-, также увеличивается растворимость образовавшихся соединений цинка. Это создает дилемму конструкции элемента. С одной стороны, более высокий pH желателен для улучшенной электропроводности электролита и хорошей емкости элемента. Платой за это является то, что более высокий pH электролита может привести к большей растворимости образовавшихся продуктов обмена цинка, что приводит к большим изменениям формы в процессе заряда элемента и, следовательно, к меньшему сроку службы. Другими словами, в типичной конструкции элемента можно выбрать либо хорошую емкость элемента при плохом сроке службы, либо хороший срок службы при плохой емкости элемента. Желаемое сочетание как хорошего срока службы, так и хорошей емкости элемента на данный момент недоступно в электрохимически перезаряжаемых металло-воздушных элементах.[0052] Another problem with conventional alkaline-based zinc-air cells is that, although the ionic conductivity and energy characteristics of the cell improve with increasing OH - concentration, the solubility of the resulting zinc compounds also increases. This creates an element design dilemma. On the one hand, a higher pH is desirable for improved electrolyte conductivity and good cell capacity. The price for this is that a higher pH of the electrolyte can lead to greater solubility of the formed zinc exchange products, which leads to large changes in shape during the charge of the cell and, therefore, to a shorter service life. In other words, in a typical cell design, you can choose either a good cell capacity with a poor service life or a good service life with a poor cell capacity. The desired combination of both a good service life and a good cell capacity is currently not available in electrochemically rechargeable metal-air cells.

[0053] Еще одна проблема типичных щелочных электролитов заключается в том, что в процессе электрической зарядки нанесенный цинк имеет тенденцию мигрировать и перераспределяться по цинковому электроду. После всего лишь нескольких циклов зарядки цинк может осаждаться с нежелательными морфологиями (например, в виде губчатых, ворсистых или волокнистых/дендритных отложений). Дендритное отложение представляет собой такое отложение, которое выступает из обычно гладкой поверхности цинка. Неравномерно нанесенные частицы цинка могут иметь большее электрическое сопротивление и хорошо не сцепляются механически друг с другом. Эти частицы цинка могут легко отколоться от металлических электродов, образуя изолированные отложения цинка. Все эти факторы вносят вклад в уменьшенную емкость батареи и уменьшенную отдачу мощности в традиционных цинк-воздушных батареях после непрерывных циклов разряда и заряда.[0053] Another problem with typical alkaline electrolytes is that, during electrical charging, the deposited zinc tends to migrate and redistribute across the zinc electrode. After just a few charging cycles, zinc can precipitate with undesirable morphologies (for example, in the form of spongy, fleecy or fibrous / dendritic deposits). A dendritic deposit is a deposit that protrudes from a generally smooth surface of zinc. Unevenly deposited zinc particles can have greater electrical resistance and do not mechanically adhere well to each other. These zinc particles can easily break away from metal electrodes, forming isolated deposits of zinc. All of these factors contribute to reduced battery capacity and reduced power output in traditional zinc-air batteries after continuous discharge and charge cycles.

Электролит батареиBattery electrolyte

[0054] В соответствии с аспектом изобретения может быть выбран электролит батареи, который может улучшить рабочие характеристики металло-воздушной батареи, такой как цинк-воздушная батарея. В некоторых вариантах реализации электролит батареи может быть водным электролитом на хлоридной основе. В некоторых вариантах реализации электролит батареи может иметь pH примерно 6. Электролит может иметь значение pH примерно 10 или менее, или любое другое значение pH, упомянутое здесь или меньшее. В альтернативных вариантах реализации электролит может иметь pH в интервалах 3-10, 4-9, 5-7, 5,5-6,5 или 5,75-6,25. В некоторых вариантах реализации электролит может иметь pH примерно 3, 4, 5, 5,25, 5,5, 5,75, 5,8, 5,9, 5,95, 6, 6,1, 6,2, 6,3, 6,5, 6,75, 7, 8, 9 или 10. В некоторых вариантах реализации электролит может быть щелочным. Значение pH может быть относительно pH нейтральным. В некоторых вариантах реализации практически не образуется карбонатов в результате присутствия CO2 в воздухе. Электролит может быть недендритным с малым поглощением или вообще без поглощения CO2.[0054] In accordance with an aspect of the invention, a battery electrolyte can be selected that can improve the performance of a metal-air battery, such as a zinc-air battery. In some embodiments, the battery electrolyte may be a chloride-based aqueous electrolyte. In some embodiments, the battery electrolyte may have a pH of about 6. The electrolyte may have a pH of about 10 or less, or any other pH value mentioned here or less. In alternative embodiments, the electrolyte may have a pH in the ranges of 3-10, 4-9, 5-7, 5.5-6.5, or 5.75-6.25. In some embodiments, the electrolyte may have a pH of about 3, 4, 5, 5.25, 5.5, 5.75, 5.8, 5.9, 5.95, 6, 6.1, 6.2, 6 , 3, 6.5, 6.75, 7, 8, 9, or 10. In some embodiments, the electrolyte may be alkaline. The pH may be relatively pH neutral. In some embodiments, virtually no carbonates are formed due to the presence of CO 2 in the air. The electrolyte may be non-dendritic with little or no CO 2 uptake.

[0055] Батарея, предусмотренная в соответствии с вариантом реализации изобретения, может использовать водный электролит на хлоридной основе. В связи с низким значением pH электролита диоксид углерода из воздуха не поглощается (или поглощается крайне низкий уровень диоксида углерода), а значит, нерастворимые карбонаты не образуются ни в электролите, ни на воздушном электроде. Кроме того, так как водные электролиты на хлоридной основе общеприняты в связанных с цинкованием отраслях промышленности для осаждения гладких и хорошо сцепленных осадков цинка, эффективности нанесения цинка (в процессе зарядки элемента) должны быть заметно улучшены.[0055] A battery provided in accordance with an embodiment of the invention may use a chloride-based aqueous electrolyte. Due to the low pH of the electrolyte, carbon dioxide is not absorbed from the air (or an extremely low level of carbon dioxide is absorbed), which means that insoluble carbonates are not formed either in the electrolyte or on the air electrode. In addition, since chloride-based aqueous electrolytes are generally accepted in galvanizing-related industries for the deposition of smooth and well-bonded zinc deposits, the efficiency of zinc deposition (during charging of the cell) should be significantly improved.

[0056] Предпочтительным в соответствии с вариантом реализации изобретения является электролит на хлоридной основе в цинк-воздушном элементе. Электролит может включать в себя смесь растворимых хлоридных солей в водном растворе. Растворимые хлоридные соли могут иметь катион, подходящий для получения растворимых хлоридных солей в водном растворе. Катионы подходящих хлоридных солей могут включать цинк, аммоний, натрий или любой другой катион, который может давать растворимые хлоридные соли в водном растворе. Проводящий электролит может быть смесью растворимых солей на основе сульфатов, нитратов, карбонатов, гексафторсиликатов, тетрафторборатов, метансульфонатов, перманганата, гексафторфосфатов, боратов или фосфатов, либо отдельно, либо смешанных вместе в водном растворе. Если используется смесь хлоридных электролитов, например, этот новый цинк-воздушный элемент может быть описан так:[0056] Preferred in accordance with an embodiment of the invention is a chloride-based electrolyte in a zinc air cell. The electrolyte may include a mixture of soluble chloride salts in an aqueous solution. Soluble chloride salts may have a cation suitable for preparing soluble chloride salts in an aqueous solution. Cations of suitable chloride salts may include zinc, ammonium, sodium, or any other cation that can produce soluble chloride salts in aqueous solution. The conductive electrolyte can be a mixture of soluble salts based on sulfates, nitrates, carbonates, hexafluorosilicates, tetrafluoroborates, methanesulfonates, permanganate, hexafluorophosphates, borates or phosphates, either separately or mixed together in an aqueous solution. If a mixture of chloride electrolytes is used, for example, this new zinc-air cell can be described as follows:

Zn/ZnCl2, NH4Cl, H2O/O2 (Углерод)Zn / ZnCl 2 , NH 4 Cl, H 2 O / O 2 (Carbon)

Здесь, читая слева направо, цинк может быть анодом. Он может быть отделен от электролита, содержащего ZnCl2 и NH4Cl и H2O. Основанный на углероде воздушный электрод является тем местом, где O2 восстанавливается в процессе разряда и генерируется в процессе заряда.Here, reading from left to right, zinc can be an anode. It can be separated from an electrolyte containing ZnCl 2 and NH 4 Cl and H 2 O. The carbon-based air electrode is the place where O 2 is restored during the discharge and generated during the charge.

[0057] В некоторых вариантах реализации могут быть использованы KOH или другие электролиты. Такая система может потребовать или использовать введение поглотителя (скруббера) CO2, так как электролит на основе гидроксида калия поглощает CO2. Любой электролит, известный в данной области техники, может быть использован в сочетании с вариантами реализации описанных здесь систем и способов.[0057] In some embodiments, KOH or other electrolytes can be used. Such a system may require the use or administration of the absorber (scrubber) CO 2, as an electrolyte based on potassium hydroxide absorbs CO 2. Any electrolyte known in the art can be used in combination with embodiments of the systems and methods described herein.

[0058] В некоторых вариантах реализации выделение кислорода может быть усилено путем зарядки элемента на малых плотностях тока. Такие плотности тока могут минимизировать или уменьшить выделение Cl2. Примеры таких плотностей тока могут включать от примерно 1 мА/см2 до примерно 100 мА/см2. Такие плотности тока могут быть примерно меньше, больше или между любыми из следующих плотностей тока: примерно 1 мА/см2, 5 мА/см2, 10 мА/см2, 20 мА/см2, 30 мА/см2, 40 мА/см2, 50 мА/см2, 60 мА/см2, 70 мА/см2, 80 мА/см2, 90 мА/см2 или 100 мА/см2. Выделение кислорода может быть также усилено путем регулирования pH электролита. Более того, выделение кислорода может быть усилено путем использования электрода или катализатора, имеющих низкое перенапряжение выделения кислорода.[0058] In some embodiments, oxygen evolution can be enhanced by charging the cell at low current densities. Such current densities can minimize or decrease the release of Cl 2 . Examples of such current densities may include from about 1 mA / cm 2 to about 100 mA / cm 2 . Such current densities can be approximately lower, greater, or between any of the following current densities: approximately 1 mA / cm 2 , 5 mA / cm 2 , 10 mA / cm 2 , 20 mA / cm 2 , 30 mA / cm 2 , 40 mA / cm 2 , 50 mA / cm 2 , 60 mA / cm 2 , 70 mA / cm 2 , 80 mA / cm 2 , 90 mA / cm 2 or 100 mA / cm 2 . Oxygen evolution can also be enhanced by adjusting the pH of the electrolyte. Moreover, oxygen evolution can be enhanced by using an electrode or catalyst having a low oxygen evolution overvoltage.

[0059] В некоторых вариантах реализации металлический электрод может быть сформирован из цинка, может являться нанесенным цинком или может включать цинк в любой другой форме, такой как сплав. В соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения электролит может включать в себя смесь примерно 15% хлорида цинка (ZnCl2) и примерно 15% хлорида аммония (NH4Cl2) в воде в массовых %. Электролит может альтернативно включать в себя смесь примерно 15% хлорида цинка и примерно 20% хлорида аммония в воде в массовых %. В некоторых вариантах реализации водный электролит может содержать варьирующиеся количества хлорида цинка и хлорида аммония или других солей или хлоридов, таких как LiCl. Например, электролит может содержать примерно 10%, 12%, 13%, 14%, 14,5%, 15%, 15,5%, 16%, 17%, 18% или 20% хлорида цинка или хлорида аммония. В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены примерно то же количество или сходные количества хлорида цинка и хлорида аммония. Другие материалы могут быть добавлены для буферизации электролита. Они могут включать цитрат аммония или другие совместимые буферы, такие как ацетат аммония, или гидроксид аммония в 1-2 масс. %. Пористый углеродный воздушный электрод (катод), содержащий катализаторы на основе Mn или Co, может способствовать реакции восстановления кислорода.[0059] In some embodiments, the metal electrode may be formed of zinc, may be deposited zinc, or may include zinc in any other form, such as an alloy. According to one embodiment of the invention, the electrolyte may include a mixture of about 15% zinc chloride (ZnCl 2 ) and about 15% ammonium chloride (NH 4 Cl 2 ) in water in mass%. The electrolyte may alternatively include a mixture of about 15% zinc chloride and about 20% ammonium chloride in water in mass%. In some embodiments, the aqueous electrolyte may contain varying amounts of zinc chloride and ammonium chloride or other salts or chlorides, such as LiCl. For example, an electrolyte may contain about 10%, 12%, 13%, 14%, 14.5%, 15%, 15.5%, 16%, 17%, 18% or 20% zinc chloride or ammonium chloride. In some embodiments, approximately the same amount or similar amounts of zinc chloride and ammonium chloride may be provided. Other materials may be added to buffer electrolyte. They may include ammonium citrate or other compatible buffers, such as ammonium acetate, or ammonium hydroxide in 1-2 mass. % A porous carbon air electrode (cathode) containing catalysts based on Mn or Co can contribute to the oxygen reduction reaction.

[0060] В процессе разряда элемента кислород из окружающего воздуха может поступать в элемент через пористый воздушный электрод и может претерпевать восстановление на специально предназначенных для этого местах катализатора в или на воздушном электроде. Воздушный электрод может быть электродом на основе углерода. В то же время, на металлическом электроде (который может быть цинком) цинк переходит в раствор в виде растворимых ионов цинка. В присутствии электролита на хлоридной основе хлорид цинка может быть отчасти растворим в водном электролите. При продолжении разряда элемента и создании большего количества ионов цинка, предел растворимости хлорида цинка может быть превышен. Это может вызвать выпадение в осадок части хлорида цинка. Способы решения проблемы выпадения в осадок в соответствии с вариантом реализации изобретения будут описаны более подробно далее. В процессе заряда элемента происходит обратная электрохимическая реакция. Газообразный кислород генерируется на воздушном электроде, в то время как металлический цинк может регенерироваться обратно на цинковом электроде (наносится на него).[0060] During the discharge of an element, oxygen from the ambient air can enter the element through a porous air electrode and can undergo reduction at specially designated catalyst sites in or on the air electrode. The air electrode may be a carbon based electrode. At the same time, on a metal electrode (which may be zinc), zinc goes into solution in the form of soluble zinc ions. In the presence of a chloride-based electrolyte, zinc chloride may be partially soluble in an aqueous electrolyte. With continued discharge of the element and the creation of more zinc ions, the solubility limit of zinc chloride can be exceeded. This may cause precipitation of part of the zinc chloride. Methods for solving the problem of precipitation in accordance with an embodiment of the invention will be described in more detail below. In the process of charge of an element, an inverse electrochemical reaction occurs. Oxygen gas is generated on the air electrode, while zinc metal can be regenerated back on the zinc electrode (deposited on it).

[0061] Упрощенные процессы разряда/заряда в хлоридном электролите, который может иметь pH примерно 6, могут быть описаны следующими реакциями:[0061] Simplified discharge / charge processes in a chloride electrolyte, which can have a pH of about 6, can be described by the following reactions:

В процессе разряда элементаIn the process of discharging an element

Реакция на катоде: 2H++ЅO2+2e-→H2OCathode reaction: 2H + + ЅO 2 + 2e - → H 2 O

Реакция на аноде: Zn→Zn2++2e- Reaction at the anode: Zn → Zn 2+ + 2e -

В процессе заряда элементаIn the process of charging an element

Реакция на катоде: H2O+2Cl- →2HCl+ЅO2+2e- Reaction at the cathode: H 2 O + 2Cl - → 2HCl + ЅO 2 + 2e -

Реакция на аноде: ZnCl2+2H+ +2e- →Zn+2HClReaction at the anode: ZnCl 2 + 2H + + 2e - → Zn + 2HCl

Соединения цинка, образующиеся в процессе разряда элемента в электролите на основе хлорида аммония, могут быть более точно описаны как Zn(NH3)2Cl2.Zinc compounds formed during the discharge of an element in an electrolyte based on ammonium chloride can be more accurately described as Zn (NH 3 ) 2 Cl 2 .

[0062] На воздушном электроде кислород, получаемый из окружающего воздуха, может поступать в элемент через проницаемую для воздуха, гидрофобную мембрану. В процессе зарядки элемента газообразный кислород может генерироваться путем электролиза воды на воздушном электроде.[0062] At the air electrode, oxygen obtained from the ambient air may enter the cell through an air-permeable hydrophobic membrane. During charging of the cell, gaseous oxygen can be generated by electrolysis of water on an air electrode.

[0063] Один из эффектов использования водных электролитов на хлоридной основе в технологиях перезаряжаемой цинк-воздушной батареи заключается в том, что в процессе зарядки элемента (при анодных потенциалах), возможно, может проходить нежелательная побочная реакция с выделением хлора:[0063] One of the effects of using aqueous chloride-based electrolytes in rechargeable zinc-air battery technologies is that an undesired side reaction with the release of chlorine may possibly occur during charging of the cell (at anode potentials):

(1) 2Cl- →Cl2(г)+2e- E0=1,36 В.(1) 2Cl - → Cl 2 (g) + 2e - E 0 = 1.36 V.

[0064] Генерация хлора может являться нежелательной реакцией в данной системе электролита, так как он может снизить общую эффективность зарядки элемента. Например, электрическая энергия может пойти на генерацию хлора вместо выделения кислорода. Таким образом, может быть желательно, чтобы система батареи была сконструирована таким образом, чтобы в процессе зарядки элемента анодные потенциалы способствовали выделению кислорода и минимизировали выделение хлора.[0064] Chlorine generation may be an undesirable reaction in a given electrolyte system, as it may reduce the overall charge efficiency of the cell. For example, electrical energy can be used to generate chlorine instead of oxygen. Thus, it may be desirable for the battery system to be designed such that during charging of the cell, the anode potentials contribute to the evolution of oxygen and minimize the release of chlorine.

(2) 2H2O→4H+ +O2(г)+4e- E0=1,23 В(2) 2H 2 O → 4H + + O 2 (g) + 4e - E 0 = 1.23 V

[0065] Хотя выделение кислорода (реакция 2) с его меньшим потенциалом окисления, как ожидается, преимущественно протекает потому, что оно термодинамически выгоднее по сравнению с выделением хлора (реакция 1), выделение хлора является гораздо более простой химической реакцией и имеет более низкое перенапряжение. Это означает, что в хлоридных средах нежелательное выделение хлора может, на самом деле, стать более вероятным, чем выделение кислорода.[0065] Although the evolution of oxygen (reaction 2) with its lower oxidation potential is expected to occur predominantly because it is thermodynamically more advantageous than the evolution of chlorine (reaction 1), the evolution of chlorine is a much simpler chemical reaction and has a lower overvoltage . This means that in chloride environments, undesired chlorine evolution may actually become more likely than oxygen evolution.

[0066] Генерируемый хлор может растворяться в воде с образованием гипохлористой кислоты, HClO. Ионы гипохлорита могут затем разлагаться на хлорид, несколько известных окисленных соединений хлора, или даже свободный растворенный газообразный хлор, в зависимости от условий. Даже хотя газообразный хлор сам по себе остается нетронутым, эта реакция может быть также нежелательна в нашем элементе, так как она снижает общую эффективность зарядки.[0066] The generated chlorine may dissolve in water to form hypochlorous acid, HClO. Hypochlorite ions can then decompose into chloride, several known oxidized chlorine compounds, or even free dissolved chlorine gas, depending on the conditions. Even though gaseous chlorine itself remains intact, this reaction may also be undesirable in our cell, since it reduces the overall charging efficiency.

[0067] Существует определенное число практических путей минимизации или уменьшения нежелательного выделения хлора (или гипохлорита) (или увеличения эффективности генерации кислорода). Так как выделение кислорода становится более выгодным в условиях малой плотности тока, одной из возможностей может являться уменьшение плотностей тока заряда для усиления выделения кислорода. В некоторых вариантах реализации желаемые плотности тока заряда могут быть от примерно 10 мА/см2 до примерно 200 мА/см2 и могут изменяться в зависимости от применения вплоть до максимального тока заряда или разряда, который выдержит батарея.[0067] There are a number of practical ways to minimize or reduce the unwanted release of chlorine (or hypochlorite) (or increase the efficiency of oxygen generation). Since oxygen evolution becomes more beneficial under conditions of low current density, one of the possibilities may be to reduce charge current densities to enhance oxygen evolution. In some embodiments, the desired charge current densities may be from about 10 mA / cm 2 to about 200 mA / cm 2 and may vary depending on the application up to the maximum charge or discharge current that the battery will withstand.

[0068] Другим подходом может являться регулирование pH электролита. При определенных значениях pH генерация кислорода может становится более выгодной, чем выделение хлора. Более высокий pH способствует преобладанию выделения O2 над выделением Cl2. pH электролита можно немного увеличить и забуферить добавлением гидроксида аммония, цитрата аммония. Выделение хлора становится более выгодным при pH менее 2. В то время как хлорид аммония действует в качестве pH буфера в данной системе, добавление водного гидроксида аммония увеличит pH электролита без негативного влияния на проводимость электролита или другие рабочие свойства.[0068] Another approach may be to control the pH of the electrolyte. At certain pH values, oxygen generation may become more beneficial than the evolution of chlorine. A higher pH favors the predominance of O 2 over Cl 2 . The pH of the electrolyte can be slightly increased and buffered by the addition of ammonium hydroxide, ammonium citrate. The release of chlorine becomes more advantageous at a pH of less than 2. While ammonium chloride acts as a pH buffer in this system, the addition of aqueous ammonium hydroxide will increase the pH of the electrolyte without negatively affecting the conductivity of the electrolyte or other working properties.

[0069] Другой подход может заключаться в использовании воздушных электродов или выбранных катализаторов в воздушном электроде, которые имеют высокие перенапряжения выделения хлора и очень низкие перенапряжения выделения кислорода. Таким образом, в процессе заряда элемента выделение кислорода становится более выгодным. Это может быть достигнуто либо путем модификации поверхностей электродов (что будет более подробно описано далее), либо путем добавления таких материалов, как MnO2, которые хорошо известны как имеющие низкие перенапряжения выделения кислорода. Аналогично, добавление различных солей электролита продемонстрировало минимизацию выделения хлора. Примеры таких солей или химических веществ могут включать хлорид кобальта, оксид иридия (IrO2) или растворимые соли Mn. Кроме того, существуют водорастворимые добавки, такие как мочевина, которые, как известно, реагируют с хлором (если он образуется) с выделением нетоксичных, легко отводящихся газов.[0069] Another approach may be to use air electrodes or selected catalysts in the air electrode that have high chlorine evolution overvoltages and very low oxygen evolution overvoltages. Thus, in the process of charging an element, oxygen evolution becomes more advantageous. This can be achieved either by modifying the surfaces of the electrodes (which will be described in more detail below) or by adding materials such as MnO 2 , which are well known as having low overvoltages of oxygen evolution. Similarly, the addition of various electrolyte salts has demonstrated a minimization of chlorine evolution. Examples of such salts or chemicals may include cobalt chloride, iridium oxide (IrO 2 ), or soluble Mn salts. In addition, there are water-soluble additives, such as urea, which are known to react with chlorine (if formed) to produce non-toxic, easily vented gases.

[0070] Следует, тем не менее, понимать, что применение щелочного электролита может быть использовано как часть раскрытой здесь системы, если диоксид углерода удаляется из воздуха. В этом случае все преимущества описанного здесь элемента все еще могут быть реализованы.[0070] However, it should be understood that the use of alkaline electrolyte can be used as part of the system disclosed herein if carbon dioxide is removed from the air. In this case, all the advantages of the element described here can still be realized.

Цинк-воздушный элемент с третьим электродомZinc-air element with a third electrode

[0071] Аспект изобретения может относиться к обратимой или перезаряжаемой батарее, такой как воздушно-цинковый элемент, имеющей цинковый электрод и катод на основе углерода для электрохимического восстановления газообразного кислорода. Этот тип катода может быть также известен как воздушный катод, так как химически восстанавливающийся кислород получают обычно из окружающего воздуха.[0071] An aspect of the invention may relate to a reversible or rechargeable battery, such as a zinc air cell, having a zinc electrode and a carbon based cathode for electrochemical reduction of gaseous oxygen. This type of cathode may also be known as an air cathode, since chemically reducing oxygen is usually obtained from ambient air.

[0072] В традиционных ограниченно электрически перезаряжаемых металло-воздушных элементах воздушные электроды, как предполагается, выполняют две противоположные функции (отсюда и иногда применяемое название «бифункциональный воздушный электрод»). Первой функцией является восстановление кислорода (в процессе разряда элемента); второй функцией является выделение газообразного кислорода (в процессе заряда элемента).[0072] In traditional limited electrically rechargeable metal-air cells, air electrodes are supposed to perform two opposite functions (hence the sometimes used name "bifunctional air electrode"). The first function is the reduction of oxygen (during the discharge of the element); the second function is the release of gaseous oxygen (in the process of charge of the element).

[0073] Так как бифункциональный воздушный электрод служит различным целям - восстановлению и окислению - существуют две основных проблемы у этих воздушных электродов. Во-первых, существует всего лишь несколько проводящих материалов, которые не будут быстро корродировать в водных электролитах при таких широких сдвигах приложенного электрического потенциала. Это делает выбор токоотвода воздушного электрода более сложным. Во-вторых, генерация пузырьков газообразного кислорода в процессе заряда элемента может вызывать давление и механические напряжения в пористой углеродной структуре, что ослабляет этот воздушный электрод.[0073] Since the bifunctional air electrode serves various purposes — reduction and oxidation — there are two main problems with these air electrodes. Firstly, there are only a few conductive materials that will not corrode quickly in aqueous electrolytes at such wide shifts of the applied electric potential. This makes the selection of the down conductor of the air electrode more difficult. Secondly, the generation of gaseous oxygen bubbles during the charge of the element can cause pressure and mechanical stresses in the porous carbon structure, which weakens this air electrode.

[0074] Один возможный подход заключается в том, чтобы не требовать, чтобы один и тот же пористый воздушный электрод осуществлял реакции как восстановления кислорода, так и генерации кислорода. Вместо этого в некоторых вариантах реализации вместо стандартного воздушного электрода может быть предусмотрен третий или вспомогательный электрод. Вспомогательный электрод может осуществлять исключительно зарядку элемента и связанную с ней генерацию кислорода. Таким образом, один воздушный электрод может быть предназначен исключительно для разряда элемента, тогда как второй, вспомогательный, воздушный электрод сконструирован и используется исключительно для заряда элемента. Этот вспомогательный электрод может быть либо расположен между нормально используемым воздушным электродом и металлическим электродом, либо расположен на обеих сторонах металлического электрода. Так как вспомогательный электрод будет обычно использоваться только в процессе перезарядки элемента и генерации кислорода, то он может быть оптимизирован для перезаряда (получения кислорода), в то время как традиционный воздушный электрод будет оптимизирован для разряда (восстановления кислорода).[0074] One possible approach is to not require the same porous air electrode to carry out both oxygen reduction and oxygen generation reactions. Instead, in some embodiments, a third or auxiliary electrode may be provided in place of the standard air electrode. The auxiliary electrode can exclusively charge the cell and the associated generation of oxygen. Thus, one air electrode can be designed solely to discharge the cell, while the second, auxiliary, air electrode is designed and used solely to charge the cell. This auxiliary electrode may either be located between the normally used air electrode and the metal electrode, or located on both sides of the metal electrode. Since the auxiliary electrode will usually be used only in the process of recharging the element and generating oxygen, it can be optimized for recharging (oxygen production), while the traditional air electrode will be optimized for discharge (oxygen reduction).

[0075] ФИГ. 12 изображает пример этой новой конфигурации электродов. ФИГ. 12 предоставляет схему трехэлектродной конструкции электрически перезаряжаемого цинк-воздушного элемента. Здесь традиционный пористый воздушный электрод (СС) и твердый цинковый электрод (АА) разделены жидким электролитом. Между электродом СС и электродом АА может быть расположен третий, вспомогательный электрод (ВВ), который используется только в процессе заряда элемента и электрически изолирован от электрода АА. В некоторых вариантах реализации вспомогательный электрод ВВ может быть электрически изолирован от электрода АА либо изолятором, либо зазором.FIG. 12 depicts an example of this new electrode configuration. FIG. 12 provides a three-electrode circuit diagram of an electrically rechargeable zinc-air cell. Here, the traditional porous air electrode (SS) and solid zinc electrode (AA) are separated by a liquid electrolyte. Between the SS electrode and the AA electrode, a third auxiliary electrode (BB) can be located, which is used only in the process of charging the cell and is electrically isolated from the AA electrode. In some embodiments, the auxiliary electrode BB may be electrically isolated from the electrode AA either by an insulator or a gap.

[0076] Электрод АА может быть стандартным пористым углеродным воздушным электродом или воздушным электродом любого другого типа. Электрод СС может быть цинковым металлическим электродом или любым другим металлическим электродом или анодом, как писано здесь где-либо еще. Третий электрод (ВВ), который может быть металлическим ситом, фольгой, сеткой или пеной, или же спрессованным или спеченным металлическим порошком, используется только в процессе зарядки элемента.[0076] The AA electrode may be a standard porous carbon air electrode or any other type of air electrode. The CC electrode may be a zinc metal electrode or any other metal electrode or anode, as described elsewhere herein. The third electrode (BB), which can be a metal sieve, foil, mesh or foam, or a pressed or sintered metal powder, is used only in the process of charging the cell.

[0077] В процессе разряда элемента подсоединены электроды АА и СС и генерируются электрические токи.[0077] During the discharge of the cell, the electrodes AA and CC are connected and electric currents are generated.

[0078] В процессе заряда элемента могут быть автоматически подсоединены электроды ВВ и СС с помощью электрического переключателя, и на эти электроды могут подаваться электрические токи из внешней цепи.[0078] In the process of charging the cell, the electrodes BB and CC can be automatically connected using an electric switch, and electric currents from an external circuit can be supplied to these electrodes.

[0079] За счет применения структуры со вспомогательным электродом может быть получен другой (возможно, более дешевый и более эффективный) зарядный электрод. В процессе разряда элемента подсоединенные через внешнюю цепь электроды СС и АА могут выдавать электрическую энергию. Ток может проходить в том же направлении, что и в традиционных элементах. Кислород из окружающего воздуха может быть электрохимически восстановлен электронами, генерируемыми на цинковом электроде.[0079] By using a structure with an auxiliary electrode, another (possibly cheaper and more efficient) charging electrode can be obtained. During the discharge of the cell, the electrodes CC and AA connected through an external circuit can produce electrical energy. Current can flow in the same direction as in traditional elements. Oxygen from ambient air can be electrochemically reduced by electrons generated at the zinc electrode.

[0080] Перед зарядкой элемента этот третий электрод (ВВ) может быть автоматически электрически включен в цепь элемента, а электрод АА отсоединен от металлического электрода (СС), такого как цинковый электрод. Теперь, в процессе заряда, электроды ВВ и АА электрически подсоединены и используются. Токоотводы могут быть выполнены имеющими увеличенные площади поверхности. Эти токоотводы могут быть в виде сетки, пористых пластин, проволок, сит, пены, спрессованного или спеченного порошка, полос или других подходящих открытых или обладающих большой площадью поверхности структур. Это может сделать возможным лучший контакт с электролитом для реакции генерации кислорода. Пористая природа этого электрода позволяет электролиту проходить через него, а также позволяет легко выходить генерируемому газообразному кислороду. Так как газообразный O2 генерируется на этом пористом вспомогательном электроде, углеродная сажа не будет становиться поврежденной.[0080] Before charging the cell, this third electrode (BB) can be automatically electrically connected to the cell circuit, and electrode AA is disconnected from a metal electrode (CC), such as a zinc electrode. Now, in the process of charging, the electrodes BB and AA are electrically connected and used. Down conductors can be made having increased surface areas. These down conductors may be in the form of a mesh, porous plates, wires, sieves, foam, pressed or sintered powder, strips or other suitable open or large surface area structures. This may allow better contact with the electrolyte for the oxygen generation reaction. The porous nature of this electrode allows the electrolyte to pass through it, and also allows the generated oxygen gas to exit easily. Since gaseous O 2 is generated at this porous auxiliary electrode, carbon black will not become damaged.

[0081] Этот вспомогательный, третий электрод может быть также сконструирован содержащим специальные катализаторы для усиления выделения O2 (катализаторы с низкими перенапряжениями выделения кислорода). Кроме того, этот третий электрод может быть затем защищен от обратных токов в процессе разряда путем применения переключательных диодов, которые допускают использование этого электрода только в процессе заряда элемента.[0081] This auxiliary, third electrode can also be designed containing special catalysts to enhance the release of O 2 (catalysts with low overvoltage oxygen evolution). In addition, this third electrode can then be protected against reverse currents during the discharge process by using switching diodes, which allow the use of this electrode only in the process of charging the cell.

[0082] После того, как элемент полностью заряжен, третий (зарядный) электрод может быть отсоединен от цепи элемента и могут быть обратно подсоединены стандартный металлический электрод и традиционный воздушный электрод.[0082] After the cell is fully charged, the third (charging) electrode may be disconnected from the cell circuit and a standard metal electrode and a conventional air electrode may be reconnected.

[0083] В процессе разряда могут быть подсоединены электроды АА и СС.[0083] During the discharge, electrodes AA and CC can be connected.

[0084] В процессе заряда могут быть подсоединены электроды ВВ и СС.[0084] During the charge, electrodes BB and CC can be connected.

[0085] Для обеспечения желаемых соединений в процессе заряда и разряда может быть использован любой механизм переключения или подсоединения/отсоединения, известный в данной области техники. Такие соединения могут осуществляться в ответ на команды, выдаваемые контроллером.[0085] Any switching or connecting / disconnecting mechanism known in the art can be used to provide the desired connections during the charge and discharge process. Such connections can be made in response to commands issued by the controller.

[0086] Воздушный электрод перезарядки может быть сделан:[0086] An air recharge electrode may be made:

1. большим по сравнению с воздушным электродом разряда, чтобы позволить более быструю перезарядку при меньших плотностях тока;1. Large compared to the air discharge electrode, to allow faster recharging at lower current densities;

2. меньшим по сравнению с воздушным электродом разряда, чтобы занимать меньше объема и не блокировать воздушный электрод.2. Smaller than the air discharge electrode, so as to occupy less volume and not block the air electrode.

Гидриды металлов в качестве анода батареиMetal hydrides as battery anode

[0087] В некоторых вариантах реализации изобретения гидрид титана, TiH2, может являться подходящим материалом металлического электрода/анода в батарее с горизонтальной конфигурацией.[0087] In some embodiments of the invention, titanium hydride, TiH 2 , may be a suitable metal electrode / anode material in a horizontal configuration battery.

[0088] В отличие от других металлических сплавов типа АВ-5 для хранения водорода, таких как LaNi5, порошок Ti и его гидрид могут быть дешевле и иметь большие плотности энергии. Кроме того, в отличие от других металлических электродов, которые растворяются, претерпевая окисление, TiH2 не растворяется после его окисления. TiH2 просто становится твердым, металлическим Ti.[0088] Unlike other metal alloys of the AB-5 type for storing hydrogen, such as LaNi 5 , Ti powder and its hydride can be cheaper and have higher energy densities. In addition, unlike other metal electrodes that dissolve, undergoing oxidation, TiH 2 does not dissolve after its oxidation. TiH 2 just becomes a solid, metallic Ti.

[0089] В качестве анода в ходе цикла разряда элемента TiH2 может высвобождать два протона и два электрона, образуя металлический Ti. В процессе заряда два протона и два электрона могут быть возвращены титану (Ti) и может снова образовываться TiH2. Реакции разряда/заряда могут быть следующими:[0089] As an anode, during the discharge cycle of an element, TiH 2 can release two protons and two electrons, forming a metallic Ti. During the charge process, two protons and two electrons can be returned to titanium (Ti) and TiH 2 can again be formed. Discharge / charge reactions may be as follows:

Разряд: TiH2=>Ti+2H+ +2e- Discharge: TiH 2 => Ti + 2H + + 2e -

Заряд: Ti+2H+ +2e- =>TiH2.Charge: Ti + 2H + + 2e - => TiH 2 .

[0090] Обычные гидриды металлов ухудшаются после многочисленных циклов разряда/заряда из-за вызываемых механических напряжений. Это может привести к растрескиванию и образованию порошков металла и гидрида металла меньшего размера. Эти порошки меньшего размера хорошо не сцепляются друг с другом, что приводит к сниженной электропроводности и плохой работе элемента. Тем не менее, в сочетании с данной предложенной конструкцией элемента с горизонтальной конфигурацией, как предусмотрено здесь далее, где металлические электроды расположены горизонтально, действие силы тяжести может помочь даже тонко диспергированному порошку Ti и TiH2 осесть обратно на расположенный ниже токоотвод. Даже если металлические электроды слегка наклонены, сила тяжести должна, тем не менее, заставить порошок Ti и TiH2 осесть обратно на токоотвод относительно ровным или однородным образом. Порошки TiH2 и Ti останутся в плотном контакте, и этот металлический электрод сможет продолжать претерпевать окисление и восстановление с хорошей эффективностью.[0090] Conventional metal hydrides deteriorate after numerous discharge / charge cycles due to induced stresses. This can lead to cracking and the formation of smaller metal powders and metal hydride. These smaller powders do not adhere well to each other, resulting in reduced electrical conductivity and poor cell performance. However, in conjunction with this proposed horizontal configuration of the cell, as provided hereinafter, where the metal electrodes are arranged horizontally, the action of gravity can help even finely dispersed Ti and TiH 2 powder settle back onto the down conductor located below. Even if the metal electrodes are slightly inclined, the force of gravity should nevertheless cause the Ti and TiH 2 powder to settle back onto the collector in a relatively even or uniform manner. TiH 2 and Ti powders will remain in intimate contact, and this metal electrode can continue to undergo oxidation and reduction with good efficiency.

[0091] Порошок Ti может также быть модифицирован обработкой с помощью любого из различных процессов обработки, предложенных здесь, чтобы сделать Ti более электропроводным.[0091] The Ti powder may also be modified by treatment using any of the various processing processes proposed herein to make Ti more electrically conductive.

[0092] Гидрид титана может работать в качестве стандартной батареи или в качестве титан-гидрид-воздушной батареи. Признаки или части обсуждения, относящиеся к титан-гидридным электродам, могут также применяться к цинк-воздушным батареям или другим металло-воздушным батареям, и наоборот.[0092] Titanium hydride can operate as a standard battery or as a titanium hydride-air battery. Signs or discussion portions related to titanium hydride electrodes may also apply to zinc-air batteries or other metal-air batteries, and vice versa.

Горизонтальная конфигурация/ориентация элементаHorizontal configuration / element orientation

[0093] В соответствии с другим аспектом изобретения система металло-воздушной батареи, такая как система цинк-воздушной батареи, может иметь горизонтальную конфигурацию элементов. ФИГ. 1 изображает перезаряжаемые цинк-воздушные элементы, расположенные с горизонтальной ориентацией в соответствии с вариантом реализации изобретения. Система батареи может включать пластмассовую рамку 100а, 100b, воздушный электрод 102а, 102b, металлический электрод 104а, электролит 106а, 106b и воздухопроточный туннель 108а, 108b. В некоторых вариантах реализации воздушный электрод 102а, 102b может включать гидрофобную мембрану 110, углерод и катализатор 112, растянутый титан 114, и проводящий углерод 116. Воздушный электрод может функционировать в качестве катода в процессе разряда элемента. Металлический электрод функционирует в качестве анода в процессе разряда элемента. Другими словами, воздушный электрод функционирует в качестве катода в процессе разряда элемента, а металлический электрод функционирует в качестве анода в процессе разряда элемента. В процессе заряда элемента пористый углеродный воздушный электрод теперь функционирует в качестве анода, в то время как металлический электрод теперь функционирует в качестве катода. В некоторых вариантах реализации система элемента металло-воздушной батареи может включать в себя металлический электрод, воздушный электрод и водный раствор электролита. В некоторых вариантах реализации электролит может иметь значение pH в интервале примерно от 3 до 10.[0093] In accordance with another aspect of the invention, a metal-air battery system, such as a zinc-air battery system, may have a horizontal cell configuration. FIG. 1 depicts rechargeable zinc-air cells arranged in a horizontal orientation in accordance with an embodiment of the invention. The battery system may include a plastic frame 100a, 100b, an air electrode 102a, 102b, a metal electrode 104a, an electrolyte 106a, 106b, and an air flow tunnel 108a, 108b. In some embodiments, the air electrode 102a, 102b may include a hydrophobic membrane 110, carbon and catalyst 112, stretched titanium 114, and conductive carbon 116. The air electrode may function as a cathode during the discharge of the cell. The metal electrode functions as an anode during the discharge of the cell. In other words, the air electrode functions as a cathode during the discharge of the cell, and the metal electrode functions as the anode in the discharge of the cell. In the process of charging the cell, the porous carbon air electrode now functions as an anode, while the metal electrode now functions as a cathode. In some embodiments, a metal-air battery cell system may include a metal electrode, an air electrode, and an aqueous electrolyte solution. In some embodiments, the electrolyte may have a pH in the range of about 3 to 10.

[0094] В некоторых примерах пластмассовая рамка может быть отформована из норила, полипропилена (ПП), полифениленоксида (ПФО), полистирола (ПС), плотно упакованного полистирола (ПУПС), акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС), полиэтилентерефталата (ПЭТ), сложного полиэфира (ПЭС), полиамидов (ПА), поливинилхлорида (ПВХ), полиуретанов (ПУ), поликарбоната (ПК), поливинилиденхлорида (ПВДХ), полиэтилена (ПЭ), поликарбоната/акрилонитрил-бутадиен-стирола (ПК/АБС) или из любого другого полимера или их сочетаний. В некоторых вариантах реализации пластмасса, используемая для формования рамки, может быть выбрана за ее способность выдерживать высокую температуру, т.е. вплоть до точки кипения электролита. В некоторых вариантах реализации пластмасса, используемая для формования рамки, может быть подвергнута литью под давлением. Пластмассовая рамка из отформованной литьем под давлением пластмассы, такой как, но не ограничиваясь этим, норил, может быть сконструирована удерживающей как твердый цинковый электрод (изображенный на дне элемента), так и воздушный электрод. Цинковый электрод на дне элемента может быть отделен от сетчатого токоотвода из растянутого металлического титана (заделанного с внутренней стороны пористого углеродного воздушного электрода) заданным расстоянием. Это разделяющее пространство между цинковым электродом (металлическим электродом/анодом) и сетчатым токоотводом из титана (воздушным электродом/катодом) заполняет электропроводный водный раствор хлоридного электролита.[0094] In some examples, the plastic frame may be molded from noril, polypropylene (PP), polyphenylene oxide (PFD), polystyrene (PS), tightly packed polystyrene (PUPs), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyethylene terephthalate (PET), polyester (PES), polyamides (PA), polyvinyl chloride (PVC), polyurethanes (PU), polycarbonate (PC), polyvinylidene chloride (PVDC), polyethylene (PE), polycarbonate / acrylonitrile butadiene styrene (PC / ABS) or from any other polymer or combinations thereof. In some embodiments, the plastic used to form the frame may be selected for its ability to withstand heat, i.e. up to the boiling point of the electrolyte. In some embodiments, the plastic used to form the frame may be injection molded. A plastic frame made of injection molded plastic, such as, but not limited to, noril, can be designed to hold both a solid zinc electrode (depicted at the bottom of the cell) and an air electrode. The zinc electrode at the bottom of the cell can be separated from the mesh down conductor of stretched metal titanium (embedded on the inside of the porous carbon air electrode) by a predetermined distance. This dividing space between the zinc electrode (metal electrode / anode) and the titanium wire collector (air electrode / cathode) fills the conductive aqueous solution of chloride electrolyte.

[0095] Рамка 100а может окружать элемент. Воздушный электрод 102а может быть предусмотрен в качестве верхнего слоя элемента. Металлический электрод 104а может быть предусмотрен в качестве промежуточной части элемента. Между металлическим электродом 104а первого элемента и воздушным электродом 102b второго элемента может быть предусмотрен воздухопроточный туннель 108b. Внутри элемента может быть предусмотрен электролит 106а. Электролит 106а может содержаться рамкой 100а и может поддерживаться слоем металлического электрода 104а. В альтернативных вариантах реализации положения воздушного электрода и металлического электрода могут поменяться, так что металлический электрод может быть предусмотрен в качестве верхнего слоя, а воздушный электрод может быть предусмотрен в качестве промежуточной части.[0095] The frame 100a may surround the element. An air electrode 102a may be provided as the top layer of the cell. A metal electrode 104a may be provided as an intermediate part of the cell. An airflow tunnel 108b may be provided between the metal electrode 104a of the first element and the air electrode 102b of the second element. An electrolyte 106a may be provided within the cell. Electrolyte 106a may be contained in frame 100a and may be supported by a layer of metal electrode 104a. In alternative embodiments, the positions of the air electrode and the metal electrode may change, so that the metal electrode may be provided as the top layer, and the air electrode may be provided as the intermediate part.

[0096] В некоторых вариантах реализации воздушный электрод может быть углеродным кислородным электродом-катодом или кислородным электродом на основе полимера, имеющим воздухопроницаемую гидрофобную каталитическую мембрану, устойчивый к коррозии металлический токоотвод, причем в процессе электрической зарядки при анодных потенциалах может быть выгодным выделение кислорода. Воздушные электроды могут также включать любые материалы, известные в данной области техники.[0096] In some embodiments, the air electrode may be a carbon oxygen cathode electrode or a polymer based oxygen electrode having an air-permeable hydrophobic catalytic membrane, a corrosion resistant metal collector, and oxygen evolution may be beneficial during electrical charging at anode potentials. Air electrodes may also include any materials known in the art.

[0097] В некоторых вариантах реализации может быть применена обработка низкотемпературной газоразрядной плазмой для заметного улучшения адгезии металлов к различным пластмассам. Было показано, что газоразрядная плазма улучшает адгезию осажденных из паровой фазы металлов к различным полимерным поверхностям. Путем обработки полимерных поверхностей различными газоразрядными плазмами перед нанесением конструкционных клеев может быть сформировано более прочное, более долговечное соединение. Примеры желательных газоразрядных плазм могут включать O2, смеси CF4/O2 или N2. Такая обработка, как ожидается, улучшит адгезию пластмассовой рамки к металлическому электроду. В одноэлементных или многоэлементных конструкциях может существовать ряд местоположений внутри стопок элементов, где пластмассовая поверхность адгезионно соединена с металлической поверхностью конструкционными клеями. Эта более длительная герметизация может привести к более длительному сроку службы элемента.[0097] In some embodiments, low-temperature gas-discharge plasma treatment can be applied to appreciably improve the adhesion of metals to various plastics. It has been shown that gas discharge plasma improves the adhesion of vapor deposited metals to various polymer surfaces. By treating the polymer surfaces with various gas-discharge plasmas before applying structural adhesives, a stronger, more durable joint can be formed. Examples of desired gas discharge plasmas may include O 2 , mixtures of CF 4 / O 2 or N 2 . Such processing is expected to improve the adhesion of the plastic frame to the metal electrode. In single-element or multi-element structures, there may be a number of locations within the stacks of elements where the plastic surface is adhesively bonded to the metal surface with structural adhesives. This longer sealing may result in longer component life.

[0098] Существует ряд особых преимуществ в том, чтобы иметь горизонтальную ориентацию электродов. Во-первых, горизонтальная конфигурация может позволить быстро и недорого собирать элементы из отформованных литьем под давлением пластмассовых контейнеров или рамок. Другое преимущество заключается в том, что нет необходимости в пористом сепараторе батареи. В большинстве батарей разделительные мембраны зачастую дорогие, и прокалывание этой мембраны также является основным типом выхода этих батарей из строя. Путем устранения потребности в пористом сепараторе батареи элементы могут стать более недорогими и надежными в производстве и эксплуатации. В некоторых вариантах реализации электролит внутри некоего конкретного элемента может непосредственно контактировать с металлическим электродом того же самого элемента. В некоторых вариантах реализации электролит может контактировать или не контактировать непосредственно с воздушным электродом элемента. Нет необходимости в обеспечении разделительного слоя между электролитом и металлическим электродом. В некоторых вариантах реализации разделение или разделительный слой могут отсутствовать между электролитом и металлическим электродом и/или воздушным электродом. Например, может быть предусмотрен перезаряжаемый элемент металло-воздушной батареи, который имеет металлический электрод, воздушный электрод и водный электролит между металлическим электродом и воздушным электродом, причем воздушный электрод может непосредственно контактировать с электролитом, и между воздушным электродом и электролитом не предусмотрен сепаратор.[0098] There are a number of particular advantages in having a horizontal orientation of the electrodes. Firstly, the horizontal configuration can quickly and inexpensively assemble items from injection molded plastic containers or frames. Another advantage is that there is no need for a porous battery separator. On most batteries, separation membranes are often expensive, and piercing this membrane is also the main type of battery failure. By eliminating the need for a porous battery separator, cells can become more inexpensive and reliable in production and operation. In some embodiments, the electrolyte within a particular cell may directly contact a metal electrode of the same cell. In some embodiments, the electrolyte may or may not be in direct contact with the cell’s air electrode. There is no need to provide a separation layer between the electrolyte and the metal electrode. In some embodiments, a separation or separation layer may be absent between the electrolyte and the metal electrode and / or the air electrode. For example, a rechargeable metal-air battery cell may be provided that has a metal electrode, an air electrode and an aqueous electrolyte between the metal electrode and the air electrode, the air electrode being in direct contact with the electrolyte, and no separator is provided between the air electrode and the electrolyte.

[0099] Исключение разделительной мембраны является ключевым фактором снижения стоимости батареи до приемлемых уровней и содействия продлению циклического ресурса батареи, так чтобы она стала пригодной для коммунального применения. При ориентации элементов так, чтобы металлический электрод находился в нижней части, сила тяжести не дает электроду из нанесенного металла контактировать (и создавать короткое замыкание) с расположенным выше воздушным электродом. В некоторых вариантах реализации металлический электрод может являться анодом из металлического цинка, и сила тяжести может не давать нанесенному цинку контактировать с расположенным выше воздушным электродом. Это способствует созданию крайне надежной батареи, так как нет выходящей из строя мембраны, и элемент основывается на силе тяжести как гарантии нормальной работы. Перезаряжаемая система металло-воздушной батареи может быть способна на большое число циклов разряда/перезаряда без физического ухудшения материалов или существенного ухудшения рабочих характеристик системы элементов батареи. В некоторый вариантах реализации система может быть способна на примерно 100 или более, 200 или более, 300 или более, 350 или более, 400 или более, 450 или более, 500 или более, 700 или более, 1000 или более, 1500 или более, 2000 или более, 3000 или более, 5000 или более, 10000 или более, или 20000 или более циклов разряда/перезаряда без существенного ухудшения.[0099] The exclusion of the separation membrane is a key factor in reducing battery costs to acceptable levels and helping to extend the battery’s cycle life so that it becomes suitable for utility use. When the elements are oriented so that the metal electrode is in the lower part, the force of gravity prevents the electrode from the deposited metal in contact (and create a short circuit) with the air electrode located above. In some embodiments, the metal electrode may be an anode of zinc metal, and gravity may prevent deposited zinc from contacting an upstream air electrode. This contributes to the creation of an extremely reliable battery, since there is no malfunctioning membrane, and the cell is based on gravity as a guarantee of normal operation. A rechargeable metal-air battery system can be capable of a large number of discharge / recharge cycles without physically degrading materials or significantly degrading the performance of the battery cell system. In some embodiments, the system may be capable of about 100 or more, 200 or more, 300 or more, 350 or more, 400 or more, 450 or more, 500 or more, 700 or more, 1000 or more, 1500 or more, 2,000 or more, 3,000 or more, 5,000 or more, 10,000 or more, or 20,000 or more discharge / recharge cycles without significant degradation.

[00100] В процессе работы элемента продукты реакции разряда могут, главным образом, представлять собой хлорид цинка. Когда растворимость хлорида цинка превышает его пределы растворимости (а так как он образуется в электролитах на хлоридной основе, присутствие хлорид-ионов приведет, в силу эффекта общего иона, к быстрому превышению пределов растворимости хлорида цинка), он выпадает в осадок. Горизонтальная конфигурация вместе с поддержкой силы тяжести должны помогать выпадающим в осадок частицам хлорида цинка осаждаться обратно на горизонтально расположенный ниже металлический цинковый электрод. Так как частицы хлорида цинка отлагаются на цинковом электроде/рядом с цинковым электродом, ионы цинка будут претерпевать значительно меньшую миграцию. Это означает, что в процессе заряда элемента, когда цинк отлагается обратно на металлический электрод, потери цинка в другие места элемента могут быть меньше. Это ведет к значительно улучшенным эффективностям циклирования цинка и улучшенной емкости элемента. Исключение мембранного сепаратора в перезаряжаемых элементах также означает, что потери на внутреннем сопротивлении внутри элементов могут быть минимизированы или уменьшены. Это ведет к более высоким рабочим потенциалам и меньшим потерям энергии на выделение тепла.[00100] During the operation of the cell, the products of the discharge reaction may mainly be zinc chloride. When the solubility of zinc chloride exceeds its solubility limits (and since it is formed in chloride-based electrolytes, the presence of chloride ions will, due to the effect of the common ion, quickly exceed the solubility limits of zinc chloride), it precipitates. The horizontal configuration, together with the support of gravity, should help the precipitated particles of zinc chloride to settle back on the horizontally lower metallic zinc electrode. Since zinc chloride particles are deposited on / near the zinc electrode, zinc ions will undergo significantly less migration. This means that during the charge of the element, when zinc is deposited back onto the metal electrode, zinc losses to other places in the element can be less. This leads to significantly improved zinc cycling efficiencies and improved cell capacity. The exclusion of a membrane separator in rechargeable cells also means that the loss of internal resistance inside the cells can be minimized or reduced. This leads to higher working potentials and lower energy losses for heat generation.

[00101] Горизонтальная геометрия может также позволить установить воспроизводимое фиксированное расстояние между цинковым электродом (анодом) и токоотводом воздушного электрода. Это помогает регулировать сопротивление электролита более воспроизводимо. В некоторых вариантах реализации элемент батареи может иметь рамку, которая удерживает металлический электрод и воздушный электрод на фиксированном расстоянии друг от друга. Фиксированное расстояние может задавать пространство, в котором может содержаться жидкий электролит. Во-вторых, при горизонтальных геометриях, где каждый отдельный потребляющий воздух электрод обращен вверх, многочисленные узлы цинк-воздушных элементов могут быть уложены друг поверх друга стопкой. Это не только увеличит плотности энергии (так как элементы теперь могут быть плотно упакованы друг с другом), но и позволяет сконструировать систему батареи с горизонтальными газоходными коллекторами, где воздух может прокачиваться через корпуса батареи между отдельными элементами для циркуляции воздуха/кислорода поверх каждого отдельного воздушного электрода.[00101] The horizontal geometry may also allow a reproducible fixed distance to be established between the zinc electrode (anode) and the collector of the air electrode. This helps regulate electrolyte resistance more reproducibly. In some embodiments, the battery cell may have a frame that holds the metal electrode and the air electrode at a fixed distance from each other. A fixed distance may define a space in which liquid electrolyte may be contained. Secondly, with horizontal geometries, where each individual air-consuming electrode is facing up, numerous nodes of zinc-air elements can be stacked on top of each other. This will not only increase energy densities (since the cells can now be tightly packed with each other), but also allows you to construct a battery system with horizontal gas manifolds, where air can be pumped through the battery housings between the individual cells to circulate air / oxygen over each individual air electrode.

[00102] ФИГ. 2 изображает пример отдельных элементов, которые могут быть уложены поверх друг друга. Элемент может включать пластмассовую рамку 200а, 200b, воздушный электрод 202а, 202b, металлический электрод 204а, 204b и электролит 206а, 206b. Электролит может содержаться пластмассовой рамкой и может поддерживаться металлическим электродом. В некоторых вариантах реализации воздушный электрод может быть предусмотрен над электролитом. Электролит может быть расположен между металлическим электродом и воздушным электродом. Между элементами могут быть предусмотрены один или более воздухопроточных туннелей 208а, 208b. Воздухопроточный туннель 208b может быть предусмотрен между металлическим электродом 204а и воздушным электродом 202b.FIG. 2 shows an example of individual elements that can be stacked on top of each other. The cell may include a plastic frame 200a, 200b, an air electrode 202a, 202b, a metal electrode 204a, 204b, and an electrolyte 206a, 206b. The electrolyte may be contained in a plastic frame and may be supported by a metal electrode. In some embodiments, an air electrode may be provided above the electrolyte. The electrolyte may be located between the metal electrode and the air electrode. Between the elements, one or more air flow tunnels 208a, 208b may be provided. An air flow tunnel 208b may be provided between the metal electrode 204a and the air electrode 202b.

[00103] Таким образом, два отдельных элемента могут быть отделены друг от друга горизонтальным воздушным проходом или туннелем (изображен не в масштабе). Эта горизонтальная конфигурация элемента может позволить закачивать воздух/кислород и осуществлять его циркуляцию между элементами к отдельным воздушным электродам. Протекание воздуха/кислорода к воздушным электродам может также позволить элементам сохранить свою подпитку кислородом даже при более высоких плотностях тока и дополнительно обеспечивает охлаждение элементов. Нет необходимости в непрерывном осуществлении циркуляции воздуха, и расходы воздуха могут регулироваться с помощью механизмов обратной связи. В некоторых вариантах реализации воздух может протекать в одном и том же направлении в каждом из воздухопроточных туннелей. Как альтернативный вариант, воздух внутри различных воздухопроточных туннелей может протекать в различных направлениях.[00103] Thus, two separate elements can be separated from each other by a horizontal air passage or tunnel (not shown to scale). This horizontal configuration of the cell can allow air / oxygen to be pumped and circulated between the cells to separate air electrodes. The flow of air / oxygen to the air electrodes can also allow cells to maintain their oxygen supply even at higher current densities and additionally provide cooling of the cells. There is no need for continuous air circulation, and air flow can be adjusted using feedback mechanisms. In some embodiments, air may flow in the same direction in each of the air flow tunnels. Alternatively, air inside various air flow tunnels can flow in different directions.

[00104] В одном примере могут быть использованы вентилятор (который может включать осевые вентиляторы, центробежные вентиляторы, поперечноточные вентиляторы), насос или любой другой механизм для создания потока воздуха. Один или более приводов могут являться частью механизма создания потока воздуха или могут сообщаться с механизмом создания потока воздуха. Примеры приводов могут включать, но не ограничивая этим, двигатели, соленоиды, линейные приводы, пневматические приводы, гидравлические приводы, электрические приводы, пьезоэлектрические приводы или магниты. Приводы могут заставлять воздух перемещаться в зависимости от сигнала, полученного от контроллера. Приводы могут были подсоединены или не подсоединены к источнику питания. В структуре элемента могут быть предусмотрены один или более датчиков. В некоторых вариантах реализации датчики могут являться датчиками температуры, датчиками напряжения, датчиками тока или датчиками pH. Эти датчики могут сообщаться с контроллером. На основании сигналов, полученных от датчиков, контроллер может посылать сигналы на механизмы создания потока воздуха, которые могут изменять и/или поддерживать поток воздуха между элементами.[00104] In one example, a fan (which may include axial fans, centrifugal fans, cross-flow fans), a pump, or any other mechanism to create an air stream may be used. One or more actuators may be part of an air flow generating mechanism or may be in communication with an air flow generating mechanism. Examples of actuators may include, but are not limited to, motors, solenoids, linear actuators, pneumatic actuators, hydraulic actuators, electric actuators, piezoelectric actuators or magnets. Actuators can cause air to move depending on the signal received from the controller. Actuators may or may not have been connected to a power source. One or more sensors may be provided in the structure of the element. In some embodiments, the sensors may be temperature sensors, voltage sensors, current sensors, or pH sensors. These sensors can communicate with the controller. Based on the signals received from the sensors, the controller can send signals to the mechanisms for creating air flow, which can change and / or maintain the air flow between the elements.

[00105] Как упомянуто ранее, существует ряд преимуществ горизонтальной геометрии металло-воздушных элементов.[00105] As mentioned previously, there are a number of advantages to the horizontal geometry of metal-air elements.

А. Горизонтальная геометрия может позволить реализовать фиксированное/регулируемое сопротивление электролита, что может требовать меньшего управления элементами.A. Horizontal geometry may allow for fixed / adjustable electrolyte resistance, which may require less control of the cells.

В. Горизонтальная геометрия может также обеспечить простоту физической сборки и укладывания стопкой множественных элементов.B. Horizontal geometry can also provide ease of physical assembly and stacking of multiple elements.

С. Сепаратор батареи может не понадобиться, так как сила тяжести может разделять материалы с различными плотностями.C. A battery separator may not be necessary since gravity can separate materials with different densities.

D. Выпавшему в осадок продукту разряда может помогать сила тяжести, как было упомянуто ранее, осаждаться в виде ровного или практически ровного слоя на металлическом электроде.D. The precipitated discharge product may be assisted by gravity, as mentioned earlier, deposited in the form of an even or practically even layer on a metal electrode.

Е. Горизонтальная конструкция может содействовать охлаждению элементов и также может обеспечить повышенную доставку кислорода, что может сделать возможными более высокие токи.E. The horizontal design can help cool the cells and can also provide increased oxygen delivery, which can make higher currents possible.

F. Сила тяжести может также содействовать протеканию электролита, что будет описано далее.F. Gravity may also contribute to the flow of electrolyte, as will be described later.

G. Сжатие может удерживать элементы на месте.G. Compression can hold elements in place.

[00106] Горизонтальная конструкция батареи не должна быть ограничена металл-воздушной батареей, такой как цинк-воздушная батарея. Горизонтальная конструкция батареи может быть также использована в других системах батарей, где образуется твердый или слабо растворимый продукт разряда. Они могут включать, но не ограничивая этим, свинцово-кислотные («затопленные» и клапанно-регулируемые свинцово-кислотные (VRLA)) батареи, никель-кадмиевые (NiCd) батареи, никель-металл-гидридные батареи, литий-ионные батареи, литий-ионные полимерные батареи или батареи с солевыми расплавами.[00106] The horizontal design of the battery should not be limited to a metal-air battery, such as a zinc-air battery. The horizontal battery design can also be used in other battery systems where a solid or poorly soluble discharge product is formed. These may include, but are not limited to, lead-acid ("flooded" and valve-regulated lead-acid (VRLA) batteries, nickel-cadmium (NiCd) batteries, nickel-metal hydride batteries, lithium-ion batteries, lithium -ionic polymer batteries or batteries with salt melts.

Конструкция центрода для взаимного подключения элементовCentrode design for interconnecting elements

[00107] В соответствии с аспектом изобретения могут быть предусмотрены системы и способы для недорогих, масштабируемых соединений между множественными элементами.[00107] In accordance with an aspect of the invention, systems and methods can be provided for inexpensive, scalable connections between multiple elements.

[00108] Взаимное подключение некоторого числа отдельных металло-воздушных элементов с последовательным электрическим соединением при сохранении горизонтальной геометрической конфигурации у одного или более элементов (или каждого элемента) может быть легко реализовано с помощью того, что можно называть «центродом». «Центрод» можно создать, взяв воздушный электрод одного элемента и обжать его вдоль двух сторон отдельной металлической деталью, которая может быть электрически подключена к металлическому электроду или сама может быть металлическим электродом в расположенном над ним элементе. Пространство между металлическим электродом (теперь расположенным сверху) и воздушным электродом (теперь расположенным снизу) может быть разделено тонким воздушным каналом 208а, 208b, который позволяет воздуху протекать поверх этих воздушных электродов. Это изображено на ФИГ. 2. Получившийся подузел центрода напоминает сечение шляпы, если смотреть по пути 108а, 108b воздуха (спереди назад), как изображено на ФИГ. 1. Металлический электрод и воздушный электрод могут быть выровнены (совмещены) практически вертикально и ориентированы горизонтально.[00108] Mutual connection of a number of individual metal-air elements with a series electrical connection while maintaining the horizontal geometric configuration of one or more elements (or each element) can be easily implemented using what can be called a "centrode". A “centrode” can be created by taking the air electrode of one element and squeezing it along two sides with a separate metal part, which can be electrically connected to the metal electrode or itself can be a metal electrode in the element located above it. The space between the metal electrode (now located above) and the air electrode (now located below) can be separated by a thin air channel 208a, 208b, which allows air to flow over these air electrodes. This is depicted in FIG. 2. The resulting centrode subassembly resembles a section of a hat when viewed along the air path 108a, 108b (front to back), as shown in FIG. 1. The metal electrode and the air electrode can be aligned (aligned) almost vertically and horizontally oriented.

[00109] ФИГ. 1 иллюстрирует то, как металлический электрод 104а первого элемента может быть обжат вокруг воздушного электрода 102b второго элемента, тем самым последовательно соединяя первый и второй элементы. Металлический электрод первого элемента и воздушный электрод второго элемента могут электрически соединяться любым другим способом. Например, либо металлический электрод, либо воздушный электрод могут быть обжаты друг на друга, припаяны друг к другу твердым припоем, приварены друг к другу, опрессовываны друг на друга, скреплены проводящим клеем, припаяны друг к другу мягким припоем или закреплены каким-либо иначе.FIG. 1 illustrates how a metal electrode 104a of a first element can be crimped around an air electrode 102b of a second element, thereby sequentially connecting the first and second elements. The metal electrode of the first element and the air electrode of the second element can be electrically connected in any other way. For example, either a metal electrode or an air electrode can be crimped onto each other, brazed to each other, welded to each other, crimped onto each other, fastened with conductive adhesive, brazed to each other with soft solder or otherwise fixed.

[00110] В некоторых вариантах реализации воздушный электрод и металлический электрод могут быть разделены фиксированным расстоянием, причем воздушный электрод может быть расположен над металлическим электродом. Фиксированное расстояние может быть одинаковым по площади воздушного электрода и металлического электрода. Как альтернативный вариант, фиксированное расстояние может быть переменным по площади воздушного электрода и металлического электрода. В некоторых вариантах реализации фиксированное расстояние может находиться в интервале, который может включать примерно 1 мм, 2 мм, 3 мм, 4 мм, 5 мм, 6 мм, 7 мм, 8 мм, 9 мм, 1 см, 1,5 см, 2 см, 3 см или более. Фиксированное расстояние между воздушным электродом и металлическим электродом может определять пространство, в котором может содержаться или быть предусмотрен электролит. Воздушный электрод и металлический электрод могут быть частью одного и того же металло-воздушного элемента.[00110] In some embodiments, the air electrode and the metal electrode may be separated by a fixed distance, the air electrode may be located above the metal electrode. The fixed distance may be the same in area of the air electrode and the metal electrode. Alternatively, the fixed distance may be variable over the area of the air electrode and the metal electrode. In some embodiments, the fixed distance may be in the range, which may include about 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 1 cm, 1.5 cm, 2 cm, 3 cm or more. The fixed distance between the air electrode and the metal electrode can determine the space in which the electrolyte can be contained or provided. The air electrode and the metal electrode may be part of the same metal-air element.

[00111] Любое число элементов может быть собрано, уложено и соединено для достижения какого угодно требуемого общего напряжения. Каждая пластмассовая рамка может являться общей частью, сконструированной подходящей по форме и требованиям к герметизации отдельных центродов. Каждый центрод может иметь уникальные верхнюю и нижнюю детали, отформованные в пластмассе. Отформованные в пластмассе детали могут быть одинаковыми от элемента к элементу, или могут различаться. Отформованные детали могут помогать укладыванию элементов стопкой и поддерживать центроды внутри элементов. Автоматизированный процесс собирает элементы модульным образом, по сути размещая множественные центроды между двумя соответствующими пластмассовыми рамками элементов. Этот процесс может повторяться непрерывно.[00111] Any number of elements can be assembled, stacked and connected to achieve any desired total voltage. Each plastic frame can be a common part designed to fit the shape and sealing requirements of individual centrodes. Each centrode may have unique upper and lower parts molded in plastic. Molded in plastic parts may be the same from element to element, or may vary. Molded parts can help stack the elements and support the centrodes inside the elements. The automated process assembles the elements in a modular fashion, essentially placing multiple centrodes between two corresponding plastic element frames. This process can be repeated continuously.

[00112] ФИГ. 3 изображает изометрический вид в сечении одиночного элемента в соответствии с вариантом реализации изобретения. Элемент может иметь рамку 300, металлический электрод 302 и воздушный электрод 304. Элемент может иметь желаемую форму или размер. Например, элемент может иметь прямоугольную форму, квадратную форму, круглую форму, треугольную форму, трапециевидную форму, пятиугольную форму, шестиугольную форму или восьмиугольную форму. Рамка может быть выполнена соответствующей формы с тем, чтобы окружать элемент.FIG. 3 is an isometric sectional view of a single element in accordance with an embodiment of the invention. The element may have a frame 300, a metal electrode 302, and an air electrode 304. The element may have a desired shape or size. For example, the element may have a rectangular shape, a square shape, a circular shape, a triangular shape, a trapezoidal shape, a pentagonal shape, a hexagonal shape, or an octagonal shape. The frame can be made of appropriate shape in order to surround the element.

[00113] В некоторых вариантах реализации рамка 300 может иметь вертикальную часть 312. Рамка может также иметь горизонтальную полку 306, которая может выступать внутрь элемента. Полка может выступать из вертикальной части в любом месте вдоль вертикальной части. В некоторых вариантах реализации полка может выступать внизу или рядом с низом вертикальной части, сверху или рядом с верхом вертикальной части, или же в центре или рядом с центром вертикальной части. Вертикальная часть и/или горизонтальная полка могут быть предусмотрены вдоль всего периметра элемента или могут быть предусмотрены вдоль одной, двух, трех, четырех или более сторон элемента. В некоторых вариантах реализации одна или более частей элемента могут включать или не включать часть рамки (например, вертикальную часть и/или полку рамки). В некоторых вариантах реализации поперечное сечение полки может быть сделано прямоугольным, трапециевидным, квадратным, каким-либо другим четырехугольным, треугольным или может иметь другую форму. В некоторых вариантах реализации верхняя поверхность полки может быть наклонена. В некоторых вариантах реализации верхняя поверхность полки может быть наклонена вниз в сторону центра элемента, или может быть наклонена вниз в сторону периметра элемента. Как альтернативный вариант, верхняя поверхность может быть плоской с горизонтальной ориентацией.[00113] In some embodiments, the frame 300 may have a vertical portion 312. The frame may also have a horizontal shelf 306 that may protrude inside the element. The shelf may protrude from the vertical part anywhere along the vertical part. In some embodiments, the shelf may protrude below or near the bottom of the vertical part, above or near the top of the vertical part, or in the center or near the center of the vertical part. A vertical portion and / or horizontal shelf may be provided along the entire perimeter of the element, or may be provided along one, two, three, four or more sides of the element. In some embodiments, one or more parts of the element may or may not include part of the frame (for example, the vertical part and / or shelf of the frame). In some embodiments, the cross section of the shelf may be made rectangular, trapezoidal, square, some other quadrangular, triangular, or may have a different shape. In some embodiments, the top surface of the shelf may be tilted. In some embodiments, the top surface of the shelf may be tilted down toward the center of the element, or may be tilted down toward the perimeter of the element. Alternatively, the top surface may be flat with a horizontal orientation.

[00114] В некоторых вариантах реализации металлический электрод 302 может быть предусмотрен ниже полки 306. В некоторый вариантах реализации металлический электрод может иметь горизонтальную ориентацию. Металлический электрод может контактировать с нижней стороной полки. В некоторых вариантах реализации металлический электрод может быть выполнен такой формы, чтобы контактировать с одной или более вертикальными сторонами 312 рамки. Как альтернативный вариант, металлический электрод может быть выполнен такой формы, чтобы он находился в непосредственной близости от вертикальной стороны, но не контактируя с вертикальной стороной. Металлический электрод может быть параллельным или практически параллельным вертикальной стороне на этом участке.[00114] In some embodiments, the metal electrode 302 may be provided below the shelf 306. In some embodiments, the metal electrode may have a horizontal orientation. The metal electrode may contact the underside of the shelf. In some embodiments, the metal electrode may be shaped to contact one or more vertical sides 312 of the frame. Alternatively, the metal electrode may be shaped so that it is in close proximity to the vertical side, but not in contact with the vertical side. The metal electrode may be parallel or substantially parallel to the vertical side in this portion.

[00115] В некоторых вариантах реализации рамка может иметь нижнюю деталь 314, предусмотренную на нижней части элемента. В некоторых вариантах реализации нижняя деталь может являться вдавливанием, канавкой, каналом, щелью или дыркой, которые могут быть предусмотрены внизу или рядом с низом рамки. Металлический электрод может быть выполнен такой формы, чтобы заходить внутрь нижней детали. Часть металлического электрода, заходящая внутрь нижней детали, может быть параллельна или практически параллельна поверхности металлического электрода, перекрывающей элемент (т.е. простирающейся на весь пролет ячейки). Часть металлического электрода, заходящая внутрь нижней детали, может быть перпендикулярна или практически перпендикулярна части металлического электрода, контактирующей с вертикальной стороной или находящейся в непосредственной близости от вертикальной стороны.[00115] In some embodiments, the frame may have a lower part 314 provided on the lower part of the element. In some embodiments, the lower part may be a dent, groove, channel, slot, or hole, which may be provided at the bottom or near the bottom of the frame. The metal electrode can be made in such a way as to go inside the lower part. The portion of the metal electrode that extends into the bottom of the part may be parallel or substantially parallel to the surface of the metal electrode overlapping the cell (i.e., extending over the entire span of the cell). The part of the metal electrode that extends into the bottom of the part can be perpendicular or almost perpendicular to the part of the metal electrode in contact with the vertical side or in close proximity to the vertical side.

[00116] В некоторых вариантах реализации воздушный электрод 304 может перекрывать элемент (т.е. простираться на весь пролет такой ячейки). Воздушный электрод может иметь практически плоскую конфигурацию. В некоторых вариантах реализации воздушный электрод может контактировать с нижней деталью 314 элемента. В некоторых вариантах реализации воздушный электрод может быть заходящим внутрь нижней детали элемента. В некоторых вариантах реализации часть металлического электрода 302 может электрически контактировать с воздушным электродом внутри нижней детали элемента. Например, часть металлического электрода может быть обжата вокруг воздушного электрода внутри нижней детали элемента. В предпочтительных вариантах реализации может быть обеспечен зазор между перекрывающей элемент частью воздушного электрода и перекрывающей элемент частью металлического электрода. В этом зазоре может быть обеспечен воздух. В некоторых вариантах реализации воздух может затекать внутрь этого зазора.[00116] In some embodiments, the air electrode 304 may overlap an element (ie, extend over the entire span of such a cell). The air electrode may have a substantially flat configuration. In some embodiments, the air electrode may be in contact with the bottom member 314 of the cell. In some embodiments, the air electrode may extend into the bottom of the cell. In some embodiments, a portion of the metal electrode 302 may electrically contact an air electrode within the bottom of the cell. For example, a portion of the metal electrode may be crimped around the air electrode inside the lower part of the element. In preferred embodiments, a gap may be provided between the element covering part of the air electrode and the element covering part of the metal electrode. Air can be provided in this gap. In some embodiments, air may flow into this gap.

[00117] В некоторых вариантах реализации на верхней части элемента может быть предусмотрена верхняя деталь. В некоторых вариантах реализации верхняя деталь может являться вдавливанием, канавкой, каналом, целью или дыркой, которые могут быть предусмотрены вверху или рядом с верхом рамки. В некоторых вариантах реализации верхняя деталь может являться зеркальным отражением нижней детали. В некоторых вариантах реализации верхняя деталь может вмещать металлический электрод и/или воздушный электрод над элементом. В некоторых вариантах реализации между нижней деталью первого элемента и верхней деталью второго элемента может быть расположен электрический контакт между металлическим электродом и воздушным электродом. В других вариантах реализации нет необходимости в обеспечении верхней детали. Кроме того, пластмассовый элемент (т.е. пластмассовая ячейка) может быть отлит(а) под давлением вокруг центрода или других электрических соединений.[00117] In some embodiments, an upper part may be provided on the upper part of the element. In some embodiments, the upper part may be a dent, groove, channel, target, or hole, which may be provided at the top or near the top of the frame. In some embodiments, the upper part may be a mirror image of the lower part. In some embodiments, the top piece can hold a metal electrode and / or an air electrode above the cell. In some embodiments, between the lower part of the first element and the upper part of the second element, electrical contact may be located between the metal electrode and the air electrode. In other embodiments, there is no need to provide a top piece. In addition, a plastic element (i.e., a plastic cell) may be molded (a) under pressure around a centrode or other electrical connections.

[00118] Могут быть предусмотрены другие конфигурации деталей рамки, металлических электродов и воздушных электродов. Например, металлический электрод может быть предусмотрен поверх полки. Воздушный электрод может быть предусмотрен поверх элемента. Положения металлических электродов и воздушных электродов можно поменять.[00118] Other configurations of frame parts, metal electrodes, and air electrodes may be provided. For example, a metal electrode may be provided over the shelf. An air electrode may be provided over the cell. The positions of metal electrodes and air electrodes can be changed.

[00119] В некоторых вариантах реализации рамка может включать дополнительные отформованные литьем детали, такие как порог 308. Рамка может также включать наклонную часть 310. В некоторых вариантах реализации порог может удерживать электролит. В некоторых вариантах реализации некоторое количество электролита может быть спущено наклонной частью 310 в элемент. Электролит может содержаться вертикальной частью 312 элемента и может поддерживаться перекрывающей элемент частью металлического электрода 302. В некоторых вариантах реализации порог может позволять части электролита протекать через часть порога рамки и вытекать под частью порога рамки. Это может предотвратить или уменьшить переливание электролита из элемента. В некоторых вариантах реализации электролит может обеспечиваться изнутри элемента или может обеспечиваться из источника над элементом, или может захватываться, удерживаться или подаваться в лопастную или расширительную камеру, выталкиваясь вверх или по диагонали вверх над элементом, так чтобы сила тяжести толкала электролит обратно вниз, когда в элементе есть место.[00119] In some embodiments, the frame may include further molded parts, such as threshold 308. The frame may also include an inclined portion 310. In some embodiments, the threshold may hold electrolyte. In some embodiments, some electrolyte may be deflated by the inclined portion 310 into the cell. The electrolyte may be contained in the vertical portion 312 of the cell and may be supported by a portion of the metal electrode 302 that overlaps the cell. In some embodiments, the threshold may allow a portion of the electrolyte to flow through a portion of the frame threshold and leak out below the frame threshold portion. This can prevent or reduce electrolyte transfusion from the cell. In some embodiments, the electrolyte may be provided from within the cell, or may be provided from a source above the cell, or may be captured, held, or supplied to a paddle or expansion chamber, pushed upward or diagonally upward over the cell, so that gravity pushes the electrolyte back down when the element has a place.

[00120] Дополнительное преимущество горизонтальной конфигурации заключается в том, что элементы могут быть спроектированы таким образом, чтобы управление электролитом стало существенно легче. В соответствии с вариантом реализации изобретения может быть предусмотрена система управления электролитом на основе силы тяжести. По мере разряда цинк-воздушных батарей полезный объем системы цинк-электролит может увеличиться. Если не будут предприняты ответные действия, при расширении электролита может увеличиться давление и жидкий электролит может проникнуть через нижнюю сторону воздушного электрода. Это может вызвать затопление воздушного электрода, а перепад давления из-за расширяющегося электролита может вызвать повреждение хрупкого воздушного электрода. В маленьких, закрытых батареях должно быть оставлено дополнительное пространство для расширения жидкости электролита. Тем не менее, этот дополнительный объем может снизить общую плотность энергии и может создать проблемы в системе, где много элементов являются последовательными, и все элементы должны поддерживать правильный уровень электролита. Это не позволяет подавать новый электролит в систему или проводить испытания электролита.[00120] An additional advantage of the horizontal configuration is that the cells can be designed so that electrolyte control becomes significantly easier. According to an embodiment of the invention, an electrolyte control system based on gravity may be provided. As the zinc-air batteries discharge, the useful capacity of the zinc-electrolyte system may increase. If no response is taken, pressure may increase as the electrolyte expands and liquid electrolyte can penetrate the underside of the air electrode. This can cause flooding of the air electrode, and a pressure drop due to the expanding electrolyte can cause damage to the fragile air electrode. In small, sealed batteries, additional space must be left for expansion of the electrolyte liquid. However, this additional volume can reduce the overall energy density and can create problems in a system where many cells are consistent and all cells must maintain the correct electrolyte level. This prevents the supply of new electrolyte to the system or the electrolyte testing.

[00121] В соответствии с аспектом изобретения эта проблема может быть решена при помощи четырех горизонтально выровненных смежных элементов, где все четыре элемента смыкаются углами в одном точке. Этот четырехэлементный узел может называться «четверкой». В точке, где сходятся все четыре элемента, элементы могут иметь общий заполнительный или переливной или рециркуляционный проем. Каждый элемент может быть сконструирован имеющим доступ к маленькому проему. Каждый проем может иметь маленький переливной порог L, который может быть немного наклонен над нижней поверхностью каждого воздушного электрода.[00121] In accordance with an aspect of the invention, this problem can be solved by four horizontally aligned adjacent elements, where all four elements are angled at one point. This four-element assembly can be called a “four”. At the point where all four elements converge, the elements may have a common filling or overflow or recirculation opening. Each element can be designed with access to a small opening. Each opening may have a small overflow threshold L, which may be slightly inclined above the lower surface of each air electrode.

[00122] ФИГ. 5 изображает пример четверки из четырех элементов, а ФИГ. 4А изображает стопку элементов в поперечном сечении внутри системы управления электролитом на основе силы тяжести. Система управления электролитом на основе силы тяжести может включать канал А спуска газа из резервуара или емкости B, который(ая) может быть в проточном сообщении с другим резервуаром или другой емкостью С. В некоторых вариантах реализации на резервуаре могут быть предусмотрены клапаны или входные или выходные проемы D, E. В некоторых вариантах реализации в проточном сообщении с основным резервуаром или основной емкостью C могут находиться дополнительные резервуары или емкости F. Может быть предусмотрено любое распределение резервуаров или емкостей. Они могут включать или не включать фильтры, которые могут задерживать нежелательные частицы. В некоторых вариантах реализации резервуары могут также предоставлять возможность обеспечения любых желаемых добавок. Так как электролит может циркулировать внутри системы управления электролитом, его можно при необходимости пополнять. В некоторых вариантах реализации за электролитом можно следить в процессе его циркуляции внутри системы, и при необходимости могут быть внесены модификации в электролит.[00122] FIG. 5 depicts an example of a four of four elements, and FIG. 4A shows a stack of cells in cross section within an electrolyte control system based on gravity. The gravity-based electrolyte control system may include a gas discharge channel A from the tank or tank B, which may be in fluid communication with another tank or other tank C. In some embodiments, valves may be provided on the tank either inlet or outlet openings D, E. In some embodiments, additional reservoirs or reservoirs F may be in fluid communication with the main reservoir or main reservoir C. Any distribution of reservoirs may be provided. Do tanks. They may or may not include filters that may trap unwanted particles. In some embodiments, the tanks may also provide the ability to provide any desired additives. Since the electrolyte can circulate inside the electrolyte control system, it can be replenished if necessary. In some embodiments, the electrolyte can be monitored during its circulation inside the system, and if necessary, modifications to the electrolyte can be made.

[00123] Проход G подачи текучей среды может подавать электролит в систему батареи. Проход V возврата текучей среды может возвращать электролит в систему батареи. Проход текучей среды может включать трубку, трубу, канал или любой другой узел, который может транспортировать текучую среду. Электролит может подаваться в верхний резервуар H электролита. Могут быть предусмотрены один или более стоков или проем J заполнения. Когда электролит переполняет K резервуар, он может стекать вниз в нижележащий элемент и может задерживаться переливным порогом L.[00123] The fluid passage G may supply electrolyte to the battery system. The fluid return passage V may return electrolyte to the battery system. The fluid passage may include a tube, pipe, conduit, or any other assembly that can transport the fluid. The electrolyte may be supplied to the upper electrolyte tank H. One or more drains or an opening J may be provided. When the electrolyte overflows the K tank, it can drain down to the underlying cell and can be delayed by the overflow threshold L.

[00124] Переливной порог L может гарантировать постоянный уровень жидкого электролита, который всегда находится в контакте со всеми точками поверхности нижней стороны воздушного электрода T. Электролит P может быть обеспечен внутри элемента. В процессе разряда элемента при расширении электролита этот порог может позволить излишнему электролиту сливаться. Все это может быть реализовано без оказания какого-либо гидростатического давления на воздушный электрод. Другими словами, эти уникальные проемы могут сделать возможным расширение электролита и выпуск газов при сохранении надлежащих (и автоматически регулируемых) уровней электролита. Это балансирование (выравнивание) уровня электролита может также способствовать поддержанию равномерных электрических характеристик. Эти проемы (расположенные в общем центре каждой «четверки» из четырех смежных элементов) могут выстраиваться вертикально в линию с другими проемами, расположенными ниже, создавая последовательность вертикально ориентированных сборных патрубков, которые могут распределять любой перелившийся электролит из всех частей уложенных стопкой элементов внутри небольшого сливного поддона U в нижней части стопки элементов. Эти проемы могут включать призматическую часть M, которая может разбивать электролит на крошечные капли N.[00124] An overflow threshold L can guarantee a constant level of liquid electrolyte that is always in contact with all points of the surface of the lower side of the air electrode T. Electrolyte P can be provided inside the cell. During the discharge of the cell during expansion of the electrolyte, this threshold may allow the excess electrolyte to merge. All this can be realized without exerting any hydrostatic pressure on the air electrode. In other words, these unique openings can make it possible to expand the electrolyte and release gases while maintaining proper (and automatically adjustable) electrolyte levels. This balancing of the electrolyte level can also help to maintain uniform electrical characteristics. These openings (located in the common center of each “four” of four adjacent elements) can line up vertically with other openings below, creating a sequence of vertically oriented prefabricated nozzles that can distribute any overflowing electrolyte from all parts of the stacked elements inside a small drain pallet U at the bottom of the stack of items. These openings may include the prismatic part M, which can break the electrolyte into tiny drops of N.

[00125] Элементы могут включать воздушный электрод T и металлический электрод R, которые могут быть соединены в одной или более точках соединения S. Между воздушным электродом и металлическим электродом может быть обеспечен воздушный туннель O. В некоторых вариантах реализации воздушный электрод и металлический электрод могут образовывать центрод. Рамка Q может быть предназначена для элемента, четверки или групп элементов или четверок. Рамки могут укладываться стопкой внутри системы батареи.[00125] Elements may include an air electrode T and a metal electrode R, which may be connected at one or more connection points S. An air tunnel O may be provided between the air electrode and the metal electrode. In some embodiments, the air electrode and the metal electrode may form centrode. Frame Q may be for an element, four, or groups of elements or fours. Frames can be stacked inside the battery system.

[00126] Внутри верхнего резервуара H электролита или сливного поддона U могут быть предусмотрены один или более клапанов или проемов I. Проем может позволить вводить добавки в электролит и/или сливать определенное количество электролита. Другой проем может обеспечивать возможность отвода газов. В некоторых вариантах реализации проемы могут обеспечить доступ для снятия измерений. Проемы могут иметь другие назначения.[00126] One or more valves or openings I may be provided inside the upper electrolyte tank H or the drain pan U. The opening may allow additives to be introduced into the electrolyte and / or to drain a certain amount of electrolyte. Another opening may provide the possibility of exhaust gases. In some embodiments, the openings may provide access for taking measurements. The openings may have other purposes.

[00127] В процессе заряда элемента, при уменьшении объемов электролита в каждом элементе, эти же самые проемы заполнения могут быть использованы для добавления жидкого электролита обратно в каждый элемент «четверки». Для заполнения верхней «четверки» в процессе заряда элемента может быть запущен сливной насос. Электролит, переполняющий эту самую верхнюю четверку, попадает в сточную трубку и просто заполняет горизонтальную «четверку», расположенную ниже нее. Автоматическое заполнение четверок электролитом может происходить быстро до тех пор, пока все четверки в вертикальной стопке не будут перезаполнены (или заполнены доверху) электролитом. Эти заполнительные/переливные проемы могут быть предназначены служить другой функции. Призматический выступ (M), расположенный под каждым переливным порогом (4-L), может помогать разбивать любой жидкий электролит на маленькие капли (N) до того, как они упадут на четверку. Это обладает эффектом прерывания любой электропроводной цепи, которая могла бы иначе быть создана непрерывным потоком проводящей жидкости между отдельными элементами. Непрерываемый поток проводящего электролита мог бы вызвать серьезное электрическое короткое замыкание под высоким напряжением, создаваемым многочисленными элементами, последовательно уложенными друг на друга.[00127] In the process of charging the cell, while reducing the volume of electrolyte in each cell, these same filling openings can be used to add liquid electrolyte back to each cell of the "four". To fill the upper "four" in the process of charging the element can be run drain pump. The electrolyte overflowing this very top four enters the sewer and simply fills the horizontal “four” below it. Automatic filling of the fours with electrolyte can occur quickly until all fours in the vertical stack are refilled (or filled to the top) with electrolyte. These fill / overflow openings may be designed to serve a different function. A prismatic protrusion (M), located under each overflow threshold (4-L), can help break any liquid electrolyte into small droplets (N) before they drop to the four. This has the effect of interrupting any conductive circuit that might otherwise be created by a continuous flow of conductive fluid between the individual elements. An uninterrupted flow of conductive electrolyte could cause a serious electrical short circuit at high voltage, created by numerous cells stacked one on top of the other.

[00128] В вертикально ориентированных элементах, которые используют традиционные конфигурации типа пластин и рамок, жидкостные мостики между элементами могут быть источником потери энергии и других конструктивных проблем. Горизонтальная конфигурация, предусмотренная в соответствии с вариантами реализации изобретения, с описанным заполнительным/переливным проемом может минимизировать или уменьшить данные проблемы с помощью легко собираемой, формованной литьем под давлением, пластмассовой детали.[00128] In vertically oriented elements that use traditional configurations such as plates and frames, fluid bridges between the elements can be a source of energy loss and other structural problems. The horizontal configuration provided in accordance with embodiments of the invention with the filling / overflow opening described can minimize or reduce these problems with an easily assembled, injection molded plastic part.

[00129] Легкость сборки, модульность и масштабируемость данной конструкции также сразу очевидны по сравнению со сложностями, связанными со сборкой традиционных батарей (смотри ФИГ. 5).[00129] The ease of assembly, modularity, and scalability of this design are also immediately apparent compared to the difficulties associated with assembling traditional batteries (see FIG. 5).

[00130] ФИГ. 4В изображает дополнительную систему для поддержания постоянного уровня электролита внутри множества уложенных стопкой элементов в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Система управления электролитом батареи с перетоком под действием силы тяжести может включать две отдельные системы. Первая система может включать станцию переливания с устройством перезарядки электролита. Вторая система может включать металло-воздушную батарею с перетоком под действием силы тяжести, такую как цинк-воздушная батарея с перетоком под действием силы тяжести.FIG. 4B depicts an additional system for maintaining a constant electrolyte level within a plurality of stacked cells in accordance with another embodiment of the invention. The battery electrolyte control system with overflow by gravity may include two separate systems. The first system may include a transfusion station with an electrolyte recharge device. The second system may include a metal-air battery with overflow by gravity, such as a zinc-air battery with overflow by gravity.

[00131] В соответствии с вариантом реализации изобретения могут быть предусмотрены устройство зарядки электролита и насос переливания. Устройство зарядки может быть электрически соединено с зарядной вилкой, которая, в свою очередь, может быть подключена к источнику питания, такому как электросеть/коммунальная сеть. Может быть предусмотрен выпрямитель для преобразования электроэнергии переменного тока от источника питания в постоянный ток для заряда батареи. Система переливания с устройством зарядки электролита может быть использована для существующих заправочных (топливных) станций, применения в быту и на флоте. Она может быть встроена в ранее существовавшие структуры. Насос переливания может включать один или более проводящих электролит деталей A, B, которые могут быть трубкой, трубой, каналом или другим проходом текучей среды для передачи водного электролита. Первая проводящая электролит деталь может быть подводом А электролита. Вторая проводящая электролит деталь может быть отводом B электролита. Электролит может проходить от устройства зарядки электролита и насоса переливания в подводе электролита и может проходить к устройству зарядки электролита и насосу переливания в отводе электролита. В некоторых вариантах реализации могут быть использованы насос, клапан, разность давлений или какой-либо другой механизм для того, чтобы заставить течь электролит. В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены клапан, переключатель или запирающий механизм, которые могут остановить и/или запустить поток электролита.[00131] According to an embodiment of the invention, an electrolyte charging device and a transfusion pump may be provided. The charging device can be electrically connected to a charging plug, which, in turn, can be connected to a power source, such as a mains / utility network. A rectifier may be provided to convert AC power from the power source to DC to charge the battery. A transfusion system with an electrolyte charging device can be used for existing gas stations (fuel), domestic and navy applications. It can be embedded in pre-existing structures. The transfusion pump may include one or more electrolyte-conducting parts A, B, which may be a tube, pipe, conduit or other fluid passage for transferring the aqueous electrolyte. The first electrolyte conductive part may be an electrolyte supply A. The second electrolyte conductive member may be an electrolyte outlet B. The electrolyte can pass from the electrolyte charging device and the transfusion pump in the electrolyte supply and can pass to the electrolyte charging device and the transfusion pump in the electrolyte drain. In some embodiments, a pump, valve, differential pressure, or some other mechanism may be used to cause the electrolyte to flow. In some embodiments, a valve, switch, or locking mechanism may be provided that can stop and / or start electrolyte flow.

[00132] Металло-воздушная батарея с потоком электролита под содействием силы тяжести может включать трубу А подачи перезаряженного электролита, трубу В возврата использованного электролита, регулирующий клапан С, электронный контроллер D, насос E, линию F подачи в резервуар хранения электролита, линию G подачи в верхние коллекторы, верхние клапаны H1, H2 регулирования подачи, верхние регуляторы I1, I2 потока электролита, проемы J-1, J-2, J-3, резервуар K хранения и линию L возврата электролита из резервуара хранения. В некоторых вариантах реализации, в конструкции с потоком под содействием силы тяжести, сила тяжести может проталкивать электролит через элементы без потребности в насосе для проталкивания электролита через элементы. В конструкции с переливанием-потоком электролита под действием силы тяжести, агент растекания не требуется.[00132] A gravity-supported metal-air battery may include a recharged electrolyte supply pipe A, used electrolyte return pipe B, control valve C, electronic controller D, pump E, an electrolyte storage tank supply line F, a supply line G to the upper collectors, the upper valves H1, H2 for regulating the supply, the upper regulators I1, I2 for the electrolyte flow, the openings J-1, J-2, J-3, the storage tank K and the electrolyte return line L from the storage tank. In some embodiments, in a flow design assisted by gravity, gravity can push the electrolyte through the cells without the need for a pump to push the electrolyte through the cells. In an electrolyte transfusion-flow design by gravity, a spreading agent is not required.

[00133] Труба А подачи электролита может обеспечивать электролитом металло-воздушную батарею с потоком под действием силы тяжести. Регулирующий клапан С может определять, когда электролит должен подаваться в металло-воздушную батарею и сколько электролита/с каким расходом необходимо предоставить батарее. Регулирующий клапан может управляться электронным контроллером D, который может выдавать команды регулирующему клапану. Эти команды могут определять, насколько большой поток электролита допускается регулирующим клапаном. Команды могут выдаваться контроллером автоматически. Контроллер может иметь или не иметь связи с внешним процессором, который может выдавать команды контроллеру. В некоторых вариантах реализации контроллер может иметь пользовательский интерфейс или может иметь связь с внешним устройством, которое может иметь пользовательский интерфейс. В некоторых вариантах реализации пользователь может иметь возможность связываться с пользовательским интерфейсом и может выдавать команды контроллеру, что может влиять на команды, выдаваемые регулирующему клапану.[00133] The electrolyte supply pipe A may provide an electrolyte to a metal-air battery with flow by gravity. The control valve C can determine when the electrolyte should be supplied to the metal-air battery and how much electrolyte / at what flow rate the battery needs to be provided. The control valve can be controlled by an electronic controller D, which can issue commands to the control valve. These commands can determine how much electrolyte flow is allowed by the control valve. Commands can be issued by the controller automatically. The controller may or may not have an external processor that can issue commands to the controller. In some embodiments, the controller may have a user interface, or may communicate with an external device, which may have a user interface. In some embodiments, the user may be able to communicate with the user interface and may issue instructions to the controller, which may affect the commands issued to the control valve.

[00134] В некоторых вариантах реализации металло-воздушная батарея может иметь насос E, который может способствовать протеканию и циркуляции электролита. В некоторых вариантах реализации насос может быть предусмотрен в резервуаре K хранения металло-воздушной батареи. Линия L возврата электролита из резервуара хранения может поставлять электролит из резервуара К хранения к регулирующему клапану С. Линия возврата электролита из резервуара хранения может быть соединена с насосом. Насос может вынуждать электролит течь через линию возврата электролита к регулирующему клапану. Электронный контроллер может выдавать команды регулирующему клапану, который может определять, может ли возвращаться электролит, и/или тот расход, с которым может возвращаться электролит.[00134] In some embodiments, the metal-air battery may have a pump E, which can facilitate the flow and circulation of the electrolyte. In some embodiments, a pump may be provided in the metal-air battery storage tank K. The electrolyte return line L from the storage tank can supply electrolyte from the storage tank K to the control valve C. The electrolyte return line from the storage tank can be connected to a pump. The pump may cause electrolyte to flow through the electrolyte return line to the control valve. The electronic controller may issue commands to the control valve, which may determine whether the electrolyte may return and / or the flow rate with which the electrolyte may return.

[00135] Может быть предусмотрена линия F подачи в резервуар хранения. Электролит может проходить от регулирующего клапана С к резервуару К хранения. Может быть предусмотрена линия G подачи к верхним коллекторам. Электролит может проходить от регулирующего клапана к верхним коллекторам. В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрен один коллектор. В других вариантах реализации может быть предусмотрено множество верхних коллекторов. Верхние коллекторы могут проточно сообщаться или не сообщаться друг с другом. В некоторых вариантах реализации электролит, поставляемый через линию G подачи, может регулироваться одним или более верхними клапанами H1, H2 регулирования подачи. В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрен регулирующий клапан для каждого верхнего коллектора. Регулирующий клапан может регулировать поток электролита в каждый верхний коллектор. Электронный контроллер D может иметь связь с верхними клапанами регулирования подачи. Электронный контроллер может выдавать команды верхним клапанам регулирования подачи. В некоторых вариантах реализации выдаваемые электронным контроллером команды могут передаваться через проводное соединение, или могут передаваться беспроводным образом.[00135] A supply line F to the storage tank may be provided. Electrolyte may pass from control valve C to storage tank K. A feed line G to the upper manifolds may be provided. Electrolyte can pass from the control valve to the upper collectors. In some embodiments, a single collector may be provided. In other embodiments, a plurality of upper collectors may be provided. The upper manifolds may or may not communicate with each other. In some embodiments, the electrolyte delivered through the supply line G may be controlled by one or more upper supply control valves H1, H2. In some embodiments, a control valve may be provided for each upper manifold. A control valve can regulate the flow of electrolyte into each upper collector. The electronic controller D may be in communication with the upper flow control valves. The electronic controller can issue commands to the upper flow control valves. In some embodiments, the commands issued by the electronic controller may be transmitted via a wired connection, or may be transmitted wirelessly.

[00136] В некоторых вариантах реализации верхние регуляторы I1, I2 потока электролита могут регулировать поток электролита из верхнего коллектора в расположенные ниже элементы. Регуляторы потока могут разбивать электролит на капли. Регуляторы потока могут регулировать расход текучей среды, передаваемой из верхнего коллектора в нижележащие элементы.[00136] In some embodiments, the upper electrolyte flow controllers I1, I2 can control the electrolyte flow from the upper collector to downstream cells. Flow controllers can break electrolyte into droplets. Flow controllers can control the flow rate of fluid transferred from the upper manifold to the underlying elements.

[00137] В некоторых вариантах реализации верхний коллектор и/или резервуар К хранения могут иметь проемы J-1, J-2, J-3. В некоторых вариантах применения проемы могут сообщаться с электронным контроллером D. В некоторых вариантах реализации проемы могут предоставлять доступ для проведения одного или более измерений. Результаты измерений могут передаваться на электронный контроллер, который может выдавать команды другим частям системы управления электролитом. Например, на основе измерений электронный контроллер может отрегулировать расход электролита, отрегулировать температуру электролита, отрегулировать pH электролита или отрегулировать состав электролита.[00137] In some embodiments, the top collector and / or storage tank K may have openings J-1, J-2, J-3. In some embodiments, the openings may communicate with the electronic controller D. In some embodiments, the openings may provide access for one or more measurements. The measurement results can be transmitted to an electronic controller, which can issue commands to other parts of the electrolyte control system. For example, based on measurements, an electronic controller can adjust the electrolyte flow rate, adjust the electrolyte temperature, adjust the pH of the electrolyte, or adjust the composition of the electrolyte.

[00138] Внутри системы батареи может быть предусмотрено электрическое соединение. Например, одно электрическое соединение может быть предусмотрено на (+) стороне батареи, а другое электрическое соединение может быть предусмотрено на (-) стороне батареи и может быть соединено со второй зарядной вилкой. Зарядная вилка 2 может быть вставлена в настенную розетку, такую как электросеть/коммунальная сеть. Может быть предусмотрен выпрямитель переменного тока в постоянный ток, который может преобразовывать переменный ток из электросети/коммунальной сети в постоянный ток для заряда батарей. Может быть предусмотрен или не предусмотрен инвертор, который может преобразовывать постоянный ток от батарей в переменный ток при разряде батарей.[00138] An electrical connection may be provided within the battery system. For example, one electrical connection may be provided on the (+) side of the battery, and another electrical connection may be provided on the (-) side of the battery and may be connected to a second charging plug. Charging plug 2 can be plugged into a wall outlet such as a power outlet / utility. An AC to DC rectifier may be provided that can convert alternating current from the mains / utility network to direct current to charge the batteries. An inverter may or may not be provided that can convert direct current from batteries to alternating current when the batteries are discharged.

[00139] В некоторых вариантах реализации можно контролировать напряжение системы батареи. В некоторых вариантах реализации можно контролировать напряжение всей системы, или же можно отдельно контролировать напряжение каждого модуля. Когда напряжение неожиданно падает, это может указывать на проблему с одним или более элементами. В некоторых вариантах реализации система может увеличивать расход электролита при падении напряжения.[00139] In some embodiments, the voltage of the battery system can be monitored. In some embodiments, the voltage of the entire system can be controlled, or the voltage of each module can be separately controlled. When the voltage suddenly drops, this may indicate a problem with one or more elements. In some embodiments, the system may increase electrolyte consumption when the voltage drops.

[00140] В некоторых вариантах реализации можно контролировать одну или более характеристик батареи и/или электролита в одной точке. Например, можно измерять pH электролита, температуру электролита, состав электролита в одной точке, такой как резервуар хранения. Изобретение может включать упрощенную систему контроля, которая может определять, нуждается ли система в регулировке, без потребности в дорогих и сложных системах датчиков.[00140] In some embodiments, one or more characteristics of the battery and / or electrolyte can be monitored at one point. For example, you can measure the pH of the electrolyte, the temperature of the electrolyte, the composition of the electrolyte at one point, such as a storage tank. The invention may include a simplified monitoring system that can determine if the system needs adjustment without the need for expensive and complex sensor systems.

Добавки для улучшения качества цинкового покрытия и образования нерастворимых соединений цинкаAdditives to improve the quality of the zinc coating and the formation of insoluble zinc compounds

[00141] Потери на внутреннем сопротивлении (ВС) могут сохраняться низкими путем нанесения цинкового покрытия хорошего качества в процессе каждого цикла перезаряда. Ключевым фактором долговечности этого элемента является то, что нет необходимости поддерживать какую-либо определенную форму электрода. В отличие от многих химических систем, таких как свинцово-кислотная, в которых циклирование действительно повреждает электрод, в данной батарее каждый раз может наноситься свежее покрытие из цинка. Система батареи может включать добавки, которые могут улучшить отложение цинка на металлический электрод. С ключевыми добавками, такими как полиэтиленгликоль различного молекулярного веса и/или тиомочевина, свежее, гладкое, высокопроводящее цинковое покрытие может быть нанесено в ходе каждого цикла перезарядки элемента. Этот слой цинка может затем претерпевать окисление до растворенных ионов цинка в процессе следующего разряда элемента. Так как во время нанесения не требуется какой-либо конкретной физической формы и так как сила тяжести помогает удерживать отложенный цинк на месте, вероятность отказа металлического электрода (довольно частого в других системах батарей) теперь может быть минимизирована или уменьшена как причины выхода из строя. Это помогает добиться с очень длительного циклического ресурса батареи.[00141] Losses on the internal resistance (BC) can be kept low by applying a good quality zinc coating during each recharge cycle. A key factor in the durability of this element is that it is not necessary to maintain any particular shape of the electrode. Unlike many chemical systems, such as lead acid, in which cycling does damage the electrode, a fresh zinc coating can be applied to this battery every time. The battery system may include additives that can improve the deposition of zinc on the metal electrode. With key additives such as polyethylene glycol of various molecular weights and / or thiourea, a fresh, smooth, highly conductive zinc coating can be applied during each recharge cycle of the cell. This zinc layer can then undergo oxidation to dissolved zinc ions during the next discharge of the element. Since no specific physical form is required during application and since gravity helps to keep deposited zinc in place, the probability of a metal electrode failure (quite common in other battery systems) can now be minimized or reduced as a cause of failure. This helps to achieve a very long cyclic battery life.

[00142] Другой вариант реализации может включать другие добавки, которые могут заставить образующиеся ионы цинка (в процессе окисления на металлическом электроде во время разряда элемента) оставаться вблизи металлического электрода, так чтобы они легко восстанавливались (без излишней миграции) в процессе заряда элемента. Таким образом, будет полезно иметь электролит с водорастворимыми добавками, который (при контакте с образовавшимися на металлическом электроде ионами Zn2+) может образовывать нерастворимые соединения цинка, которые могут выпадать в осадок на дно горизонтально ориентированных элементов. Нерастворимые соединения цинка могут оставаться вблизи цинкового электрода и могут быть более доступны для восстановления в процессе перезаряда. Система батареи может включать добавку, которая может регулировать желаемое выпадение о осадок. Такие добавки могут включать любое из нижеследующих растворимых в воде соединений. Примеры растворимых в воде соединений, которые образуют нерастворимые соединения цинка, включают: бензоаты, карбонаты, иодаты и стеараты.[00142] Another implementation option may include other additives that can cause the generated zinc ions (during oxidation on the metal electrode during discharge of the cell) to remain close to the metal electrode so that they are easily restored (without undue migration) during cell charge. Thus, it will be useful to have an electrolyte with water-soluble additives, which (when in contact with Zn 2+ ions formed on the metal electrode) can form insoluble zinc compounds that can precipitate on the bottom of horizontally oriented cells. Insoluble zinc compounds may remain near the zinc electrode and may be more readily recoverable during recharging. The battery system may include an additive that can control the desired precipitation. Such additives may include any of the following water soluble compounds. Examples of water-soluble compounds that form insoluble zinc compounds include: benzoates, carbonates, iodates and stearates.

[00143] В некоторых вариантах реализации добавки, имеющие любые из описанных здесь свойств, могут включать мочевину, тиомочевину, полиэтиленгликоль, бензоаты, карбонаты, иодаты, стеараты, растворимые в воде поверхностно-активные вещества-катализаторы, или алоэ вера, по отдельности или в сочетании. В некоторых вариантах реализации добавление экстракта алоэ вера может снизить коррозию цинка.[00143] In some embodiments, additives having any of the properties described herein may include urea, thiourea, polyethylene glycol, benzoates, carbonates, iodates, stearates, water soluble surfactant catalysts, or aloe vera, individually or in combination. In some embodiments, the addition of aloe vera extract can reduce zinc corrosion.

Растворимые катализаторы в качестве добавки к электролиту для улучшения образования кислорода в процессе перезарядаSoluble catalysts as an additive to electrolyte to improve oxygen production during recharging

[00144] В дополнение к твердым катализаторам, включенным в сам воздушный электрод, могут быть добавлены другие материалы, такие как растворимые в воде соли марганца, для улучшения рабочих характеристик элемента в процессе перезаряда. Так как в процессе перезаряда элемента генерируется кислород, также полезно позволить пузырькам воздуха уходить легко. Это может быть осуществлено путем добавления поверхностно-активных веществ, которые действуют как противовспениватели (такие как Simethicone (симетикон) или Dowex) для разбивания генерируемых пузырьков. Система батареи может включать добавку, которая предотвращает вспенивание и делает возможным выпуск газа. Добавки могут включать один или более из следующего: симетикон, Dowex, алоэ вера или другие поверхностно-активные вещества.[00144] In addition to the solid catalysts incorporated in the air electrode itself, other materials, such as water soluble manganese salts, may be added to improve the performance of the cell during the recharging process. Since oxygen is generated during the process of recharging the cell, it is also useful to allow air bubbles to escape easily. This can be done by adding surfactants that act as anti-foaming agents (such as Simethicone (simethicone) or Dowex) to break the generated bubbles. The battery system may include an additive that prevents foaming and enables the release of gas. Supplements may include one or more of the following: simethicone, Dowex, aloe vera, or other surfactants.

[00145] Воздушный электрод может быть также установлен под небольшим углом к параллели, чтобы помогать сформировавшимся пузырькам воздуха покидать четверку через общий проем заполнения рядом с переливным порогом. В некоторых вариантах реализации растянутый титан может быть также расположен со слегка отрицательной выпуклостью или выштампованным по периметру каналом выпуска газа с тем, чтобы можно было гарантировать, что большая часть площади поверхности воздушного электрода взаимодействует с электролитом. Любые воздушные пузырьки или газы могут легко выходить через общие проемы заполнения. Эти конфигурации будут также решать проблемы допусков по плоскостности и смягчать проблемы регулирования уровней.[00145] The air electrode can also be installed at a slight angle to the parallel to help the formed air bubbles leave the four through a common filling opening near the overflow threshold. In some embodiments, the stretched titanium may also be positioned with a slightly negative bulge or a gas discharge channel stamped along the perimeter so that it can be guaranteed that most of the surface area of the air electrode interacts with the electrolyte. Any air bubbles or gases can easily escape through common filling openings. These configurations will also solve flatness tolerance problems and mitigate level control problems.

Мочевина в качестве добавки к электролиту для исключения образования хлораUrea as an additive to electrolyte to eliminate chlorine formation

[00146] Система батареи может включать добавку, которая предотвращает выделение хлора и/или гипохлорита в процессе перезаряда. Мочевина может быть добавлена к водному электролиту батареи для регулирования генерации хлора. Мочевина и хлор могут реагировать с образованием хлоридов и «мягких» газообразных продуктов (например, N2, CO2 и H2). Если какой-то свободный хлор и образуется в электролите в процессе зарядки элемента, он может легко реагировать с растворимой мочевиной с образованием дополнительного хлорида (который уже является компонентом электролита). Генерируемые в результате реакции хлора с мочевиной газы не опасны и могут быть безопасно удалены. Если мочевина добавляется в электролит и не пополняется, то по мере зарядки элементов (и если генерируется газообразный хлор) мочевина может реагировать с образовавшимся хлором, обедняться и стать неспособной удалить сколько-либо газообразного хлора, генерируемого в ходе последовательных циклов зарядки.[00146] The battery system may include an additive that prevents the release of chlorine and / or hypochlorite during the recharging process. Urea can be added to the battery’s aqueous electrolyte to control the generation of chlorine. Urea and chlorine can react with the formation of chlorides and “soft” gaseous products (for example, N 2 , CO 2 and H 2 ). If some free chlorine forms in the electrolyte during charging of the cell, it can easily react with soluble urea to form additional chloride (which is already an electrolyte component). The gases generated by the reaction of chlorine with urea are not dangerous and can be safely removed. If urea is added to the electrolyte and is not replenished, then, as the cells charge (and if chlorine gas is generated), the urea may react with the chlorine formed, deplete and become unable to remove any chlorine gas generated during successive charging cycles.

[00147] В конструкции элемента, предусмотренной в соответствии с вариантом реализации изобретения, электролиты могут периодически проверяться и, в случае превышения предварительно заданных уровней хлора, по необходимости может быть добавлена дополнительная мочевина. В некоторых вариантах реализации электролиты могут проверяться вручную. В других вариантах реализации могут быть предусмотрены один или более датчиков для автоматической проверки уровней хлора и, в случае необходимости, добавления дополнительной мочевины для реакции с хлором и его удаления. В некоторых вариантах реализации мочевина может добавляться вручную при необходимости. В других вариантах реализации мочевина может добавляться автоматически, когда уровни хлора выше предварительно заданного уровня. В некоторых вариантах реализации предварительно заданный уровень может находиться в интервале 5% мочевины по весу, но обычно он будет равен нескольким миллионным долям мочевины.[00147] In the cell design provided in accordance with an embodiment of the invention, electrolytes can be checked periodically and, if predetermined chlorine levels are exceeded, additional urea can be added if necessary. In some embodiments, electrolytes can be checked manually. In other embodiments, one or more sensors may be provided to automatically check chlorine levels and, if necessary, add additional urea to react with and remove chlorine. In some embodiments, urea may be added manually if necessary. In other embodiments, urea may be added automatically when chlorine levels are above a predetermined level. In some embodiments, a predetermined level may be in the range of 5% urea by weight, but it will usually be equal to several millionths of urea.

[00148] В некоторых вариантах реализации система батареи может включать добавку, которая может предотвратить выделение водорода в процессе зарядки. Добавка может включать хлоридные соли с высоким перенапряжением выделения водорода, такие как хлорид олова, хлорид свинца, хлорид ртути, хлорид кадмия или хлорид висмута.[00148] In some embodiments, the battery system may include an additive that can prevent hydrogen evolution during charging. The additive may include chloride salts with a high overvoltage of hydrogen evolution, such as tin chloride, lead chloride, mercury chloride, cadmium chloride or bismuth chloride.

Быстрая перезарядка взвесью цинк/электролитQuick recharge with zinc / electrolyte suspension

[00149] При горизонтальной конструкции элемента может быть предусмотрена система, где элементы могут быстро перезаряжаться (например, для долгосрочных мобильных вариантов применения). Частицы хлорида цинка, образовавшиеся в процессе разряда, могут быстро удаляться из элементов путем отсасывания этой взвеси в резервуар или эластичный баллон для отходов. Этот использованный жидкий электролит может быть заменен свежими гранулами цинка во взвеси электролита, которая может быть закачана обратно в горизонтальный элемент. Твердые частицы электролита могут оседать на дне элемента (металлическом электроде). Эта механическая перезарядка (перезаправка), как ожидается, занимает всего несколько минут.[00149] With the horizontal design of the cell, a system can be provided where the cells can be quickly recharged (for example, for long-term mobile applications). Zinc chloride particles formed during the discharge process can be quickly removed from the elements by suctioning this suspension into a tank or flexible waste container. This used liquid electrolyte can be replaced with fresh zinc granules in suspension of the electrolyte, which can be pumped back into the horizontal cell. Solid electrolyte particles can settle on the bottom of the cell (metal electrode). This mechanical recharge (refill) is expected to take only a few minutes.

[00150] В некоторых вариантах реализации, как изображено на ФИГ. 4В, один или более горизонтальных элементов могут находиться внутри корпуса или могут составлять часть корпуса батареи. Корпус может быть соединен с резервуаром. В некоторых вариантах реализации использованный жидкий электролит может быть возвращен в резервуар. Жидкий электролит может быть возвращен через трубку, трубу, канал, трубопровод возврата или любое другое приспособление для проточного сообщения. В некоторых вариантах реализации резервуар может подавать жидкий электролит в корпус. Электролит может подаваться через трубку, трубу, канал, трубопровод подачи или любое другое приспособление для проточного сообщения. В некоторых вариантах реализации тот же самый резервуар может принимать использованный жидкий электролит и предоставлять свежий жидкий электролит. Жидкий электролит может циркулировать внутри системы. В некоторых вариантах реализации резервуар может иметь один или более процессов обработки, которые могут обрабатывать использованный жидкий электролит до того, как он будет подан обратно в корпус. Например, свежие гранулы цинка могут добавляться в электролит. В других вариантах реализации различные резервуары могут использоваться для приема использованного жидкого электролита и обеспечения свежего жидкого электролита. Свежий электролит может поступать в систему, а использованный электролит может удаляться из системы.[00150] In some embodiments, as depicted in FIG. 4B, one or more horizontal elements may be located inside the housing or may form part of the battery housing. The housing can be connected to the tank. In some embodiments, the used liquid electrolyte may be returned to the reservoir. Liquid electrolyte can be returned through a tube, pipe, channel, return pipe or any other device for flow communication. In some embodiments, the reservoir may supply liquid electrolyte to the housing. The electrolyte can be supplied through a tube, pipe, channel, feed pipe or any other device for flow communication. In some embodiments, the same tank may receive used liquid electrolyte and provide fresh liquid electrolyte. Liquid electrolyte can circulate inside the system. In some embodiments, the reservoir may have one or more processing processes that can process the used liquid electrolyte before it is fed back into the housing. For example, fresh zinc granules may be added to the electrolyte. In other embodiments, various tanks may be used to receive used liquid electrolyte and provide fresh liquid electrolyte. Fresh electrolyte can enter the system, and used electrolyte can be removed from the system.

[00151] Частицы хлорида цинка из использованного элемента могут быть регенерированы локально или на каком-либо местном производстве (аналоге очистительного завода или резервуарного парка) с помощью хорошо известных электрохимических технологий. Такая модификация преобразует данную систему из того, что обычно представляют как батарею, во что-то более близкое к элементу проточного типа или цинк-воздушному топливному элементу. Тем не менее, все вышеперечисленные преимущества будут также доступны и может совершаться более длительный цикл разряда по сравнению с циклом разряда, который был бы доступен только с тем количеством цинка, которое может быть помещено в каждый элемент, без циркуляции внешнего цинка. Другой метод перезаправки может быть описан как переливание электролита, где отработавший электролит может быть заменен свежим электролитом для быстрой, традиционной перезаправки, аналогично традиционным насосным станциям.[00151] Particles of zinc chloride from the used element can be regenerated locally or at any local production facility (analogous to a refinery or tank farm) using well-known electrochemical technologies. Such a modification transforms this system from what is usually presented as a battery into something closer to a flow type element or a zinc-air fuel cell. However, all of the above advantages will also be available and a longer discharge cycle can be performed compared to a discharge cycle that would be available only with the amount of zinc that can be placed in each element without circulating external zinc. Another refueling method can be described as electrolyte transfusion, where the spent electrolyte can be replaced with fresh electrolyte for quick, traditional refueling, similar to traditional pumping stations.

Корпус и сборка металло-воздушной батареиHousing and assembly of the metal-air battery

[00152] Как было описано ранее, система металло-воздушной батареи может включать корпус батареи. Этот корпус может иметь любое число конфигураций, которые могут содержать один или более закрытых отдельных элементов. В некоторых вариантах реализации сам элемент может составлять часть корпуса. Например, элементы могут быть уложены таким образом, чтобы рамки элементов могли формировать часть корпуса. В некоторых вариантах реализации корпус может быть непроницаем для текучих сред. Например, корпус может быть непроницаемым для жидкостей и/или воздухонепроницаемым. В некоторых вариантах реализации корпус может включать один или более механизмов продувания.[00152] As described previously, the metal-air battery system may include a battery case. This housing may have any number of configurations, which may contain one or more closed individual elements. In some embodiments, the element itself may form part of the housing. For example, the elements can be stacked so that the frames of the elements can form part of the housing. In some embodiments, the housing may be fluid tight. For example, the housing may be liquid tight and / or airtight. In some embodiments, the housing may include one or more purge mechanisms.

А. Пластмассовый корпус с «четверкой» из четырех объединенных элементов и системой проемов заполнения/вывода электролитаA. Plastic housing with a “four” of four combined elements and an electrolyte filling / outlet opening system

[00153] Компоновка и конструкция пластмассовой рамки элемента могут быть оптимизированы или улучшены для эффективного использования пространства, прочности, формуемости и минимизации или снижения потерь на внутреннем сопротивлении в связи со сниженным межэлементным сопротивлением.[00153] The layout and design of the plastic frame of the element can be optimized or improved to effectively use space, strength, formability and minimize or reduce losses in internal resistance due to reduced inter-element resistance.

[00154] Конструкция рамки элемента в соответствии с вариантом реализации изобретения может вмещать общую систему централизованного управления электролитом, которую могут разделять между собой четыре отдельно обрамленных, горизонтально ориентированных элемента. В других вариантах реализации общую систему централизованного управления электролитом может разделять между собой любое число элементов, включая, но не ограничивая этим, один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять, одиннадцать, двенадцать, тринадцать, четырнадцать, пятнадцать, шестнадцать, семнадцать, восемнадцать, девятнадцать, двадцать или более элементов. Эта конструкция может сделать возможным оптимальное «централизованное» размещение в пространстве, физическую укладываемость друг на друга и электрическую подключаемость системы коллекторов.[00154] The frame design of the cell in accordance with an embodiment of the invention can accommodate a common centralized electrolyte control system that can be shared between four separately framed, horizontally oriented cells. In other embodiments, a common centralized electrolyte control system can share any number of elements, including, but not limited to, one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve, thirteen, fourteen, fifteen, sixteen, seventeen, eighteen, nineteen, twenty or more elements. This design can make possible optimal “centralized” placement in space, physical stackability and electrical connectivity of the collector system.

[00155] ФИГ. 5 изображает пример конфигурации стопки батареи системы хранения энергии. Внешние стенки пластмассовых рамок 500а, 500b, 500c, 500d могут образовывать стенку корпуса 502. В некоторых вариантах реализации четыре элемента 504а, 504b, 504с, 504d могут образовывать четверку 504 с общей системой 506 централизованного управления электролитом.FIG. 5 shows an example configuration of a stack of batteries of an energy storage system. The outer walls of the plastic frames 500a, 500b, 500c, 500d can form a wall of the housing 502. In some embodiments, four cells 504a, 504b, 504c, 504d can form a quadruple 504 with a common centralized electrolyte control system 506.

[00156] Любое число элементов может быть уложено друг поверх друга. Например, друг поверх друга могут быть уложены четыре элемента 504c, 504e, 504f, 504g. В некоторых вариантах реализации один или более, два или более, три или более, четыре или более, пять или более, шесть или более, семь или более, восемь или более, девять или более, десять или более, двенадцать или более, пятнадцать или более, двадцать или более, тридцать или более, или пятьдесят или более элементов могут быть уложены друг поверх друга. Для каждого элемента могут быть предусмотрены один или более путей 508а, 508b, 508с, 508d прохождения потока воздуха. Множество вертикально уложенных элементов может быть выбрано для достижения желаемого напряжения. Если вертикально уложенные элементы соединены последовательно, число вертикально уложенных элементов может соответствовать увеличенному уровню напряжения. Как описано здесь где-либо еще, центрод может использоваться для создания последовательного соединения между элементами.[00156] Any number of elements may be stacked on top of each other. For example, four elements 504c, 504e, 504f, 504g can be stacked on top of each other. In some embodiments, one or more, two or more, three or more, four or more, five or more, six or more, seven or more, eight or more, nine or more, ten or more, twelve or more, fifteen or more, twenty or more, thirty or more, or fifty or more elements may be stacked on top of each other. For each element, one or more air flow paths 508a, 508b, 508c, 508d may be provided. Many vertically stacked elements can be selected to achieve the desired voltage. If vertically stacked elements are connected in series, the number of vertically stacked elements may correspond to an increased voltage level. As described elsewhere herein, a centrode can be used to create a series connection between elements.

[00157] Может быть предусмотрено любое число смежных друг с другом четверок или стопок четверок. Например, первая четверка 504 может быть смежной со второй четверкой 510. В системе хранения энергии могут быть предусмотрены один или более рядов четверок и/или один или более столбцов четверок. В некоторых вариантах реализации система хранения энергии может включать массив i×j четверок, где i, j являются целыми числами, большими или равными 1, включая, но не ограничивая этим, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 или более. В других вариантах реализации элементы или четверки могут иметь ступенчатые конфигурации (с шахматным расположением), концентрические конфигурации или быть расположенными относительно друг друга любым образом. Могут быть предусмотрены или не предусмотрены зазоры между смежными элементами или четверками. Как альтернативный вариант, смежные элементы и/или четверки могут быть электрически соединены друг с другом. В некоторых вариантах реализации один или более элементов, или одна или более четверок могут разделять общую рамку со смежным элементом или смежной четверкой. В некоторых вариантах реализации каждый элемент или каждая четверка может иметь свою собственную рамку, которая может контактировать или не контактировать с рамкой смежного элемента или смежной четверки.[00157] Any number of contiguous quads or stacks of quads may be provided. For example, the first four 504 may be adjacent to the second four 510. In the energy storage system, one or more rows of fours and / or one or more columns of fours may be provided. In some embodiments, the energy storage system may include an i × j quadruple array, where i, j are integers greater than or equal to 1, including, but not limited to, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 , 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 or more. In other embodiments, elements or quadruples may have step configurations (staggered), concentric configurations, or be positioned relative to each other in any way. Clearances between adjacent elements or quadruples may or may not be provided. Alternatively, adjacent elements and / or fours can be electrically connected to each other. In some embodiments, one or more elements, or one or more fours, may share a common frame with an adjacent element or adjacent four. In some embodiments, each element or each four may have its own frame, which may or may not be in contact with the frame of an adjacent element or adjacent four.

[00158] Как обсуждалось ранее, любое число элементов может разделять между собой общую систему централизованного управления электролитом. Четыре четырехугольных элемента могут разделять между собой общую систему централизованного управления электролитом, формируя четверку. В других примерах шесть треугольных элементов могут разделять между собой общую систему централизованного управления электролитом, или три шестиугольных элемента могут разделять между собой общую систему централизованного управления электролитом. Может быть использовано любое сочетание форм элементов, причем углы одного или более элементов могут разделять между собой общую систему централизованного управления электролитом. Любая ссылка на четверки может быть применена к другим числам или конфигурациям элементов, которые могут разделять между собой общую систему централизованного управления электролитом. Могут быть предусмотрены горизонтальные и/или вертикальные поперечные проводящие соединения. За счет этого может быть обеспечено резервирование соединения.[00158] As discussed previously, any number of cells can share a common centralized electrolyte control system. Four quadrangular elements can share a common system of centralized electrolyte control, forming a four. In other examples, six triangular cells can share a common centralized electrolyte control system, or three hexagonal cells can share a common centralized electrolyte control system. Any combination of the shapes of the cells may be used, with the corners of one or more cells sharing a common centralized electrolyte control system. Any reference to fours can be applied to other numbers or configurations of cells that can share a common centralized electrolyte control system. Horizontal and / or vertical transverse conductive connections may be provided. Due to this, redundancy of the connection can be provided.

B. Уникальная конструкция системы коллекторов и управляемого силой тяжести стеканияB. Unique collector system design and gravity-controlled runoff

[00159] ФИГ. 6 изображает пример системы централизованного управления электролитом для системы хранения энергии в соответствии с вариантом реализации изобретения. Множество элементов 600а, 600b, 600с могут разделять между собой общую систему управления электролитом. Система управления электролитом может включать порог 602а, 602b, 602c для каждого элемента. Порог может содействовать содержанию жидкого электролита внутри элемента. Система управления электролитом может также включать в себя одну или более наклонных или вертикальных частей 604а, 604b, 604c. Наклонные или вертикальные части могут направлять электролит для прохождения в элементы. В некоторых вариантах реализации сочетание порога и наклонной или вертикальной части может задерживать электролит, предоставляемый сверху относительно элемента. В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены один или более удерживающих выступов 606а, 606b, 606с. Система централизованного управления электролитом может также включать в себя призматический выступ 608а, 608b, 608с, который позволяет переливающемуся электролиту стекать в нижележащие элементы и/или в нижележащий резервуар сбора электролита.FIG. 6 depicts an example of a centralized electrolyte control system for an energy storage system in accordance with an embodiment of the invention. A plurality of cells 600a, 600b, 600c may share a common electrolyte control system. The electrolyte control system may include a threshold 602a, 602b, 602c for each cell. The threshold may contribute to the content of liquid electrolyte inside the cell. The electrolyte control system may also include one or more inclined or vertical parts 604a, 604b, 604c. Inclined or vertical parts may direct the electrolyte to pass into cells. In some embodiments, the combination of a threshold and an inclined or vertical portion may delay the electrolyte provided from above relative to the cell. In some embodiments, one or more holding protrusions 606a, 606b, 606c may be provided. The centralized electrolyte control system may also include a prismatic protrusion 608a, 608b, 608c, which allows the irrigated electrolyte to drain into the underlying cells and / or into the underlying electrolyte collection tank.

[00160] В одном примере жидкий электролит может быть задержан переливным порогом 602а первого элемента 600а. Жидкий электролит может проходить вниз по наклонной или вертикальной части 604а и содержаться внутри элемента. Если жидкий электролит переполняет первый элемент, он может перелиться через переливной порог и попасть на призматический выступ 608а. Он может протекать по призматическому выступу и задерживаться порогом 602d или наклонной или вертикальной частью 604d второго элемента 600d ниже первого элемента. Электролит может захватываться вторым элементом и содержаться в нем. Если второй элемент переполнен или переливается, текучий электролит может протекать по призматическому выступу 608d второго элемента и захватываться третьим элементом 600е, или же может продолжить стекать вниз.[00160] In one example, the liquid electrolyte may be delayed by an overflow threshold 602a of the first cell 600a. The liquid electrolyte may pass down an inclined or vertical portion 604a and be contained within the cell. If the liquid electrolyte overflows the first cell, it can overflow through the overflow threshold and fall onto the prismatic protrusion 608a. It may flow along the prismatic protrusion and be held by a threshold 602d or the inclined or vertical portion 604d of the second element 600d below the first element. The electrolyte can be captured by the second element and contained in it. If the second cell is overflowed or overflowing, the flowing electrolyte may flow along the prismatic protrusion 608d of the second cell and be captured by the third cell 600e, or it may continue to flow down.

[00161] При изначальном заполнении системы батареи электролитом элементы наверху могут быть заполнены первыми, а затем электролит может переливаться в нижележащие элементы или четверки, который может затем переливаться в нижележащие далее элементы и четверки, сколько бы слоев вертикальных элементов не было предусмотрено. В итоге, все элементы при вертикальной конфигурации стопки могут быть заполнены электролитом, а лишний электролит может быть задержан донным лотком резервуара под элементами.[00161] When initially filling the battery system with electrolyte, the cells at the top can be filled first, and then the electrolyte can be poured into the underlying cells or fours, which can then be poured into the underlying cells and fours, no matter how many layers of vertical cells are provided. As a result, all elements with a vertical stack configuration can be filled with electrolyte, and excess electrolyte can be detained by the bottom tray of the tank under the elements.

[00162] Любые детали системы управления электролитом могут быть встроены в рамку элемента или могут быть отдельными или отделимыми от рамки элемента. В некоторых вариантах реализации детали могут быть отлиты под давлением.[00162] Any details of the electrolyte control system may be integrated into the cell frame or may be separate or separable from the cell frame. In some embodiments, the parts may be injection molded.

[00163] Система управления электролитом может непрерывно управлять уровнями жидкого электролита в каждой четырехэлементной «четверке», чтобы гарантировать постоянный и равномерный электрический контакт с нижней частью каждого воздушного электрода. В элементах должно быть обеспечено достаточно электролита для того, чтобы электролиты могли контактировать с нижней частью (например, 610а) воздушного электрода. В некоторых вариантах реализации нижняя часть может быть металлическим электродом/анодом. В других вариантах реализации в элементе может обеспечиваться или не обеспечиваться достаточно электролита для гарантии того, что электролит контактирует с донной частью 612а нависающего воздушного электрода. Донная часть воздушного электрода может являться катодом в процессе разряда.[00163] The electrolyte control system can continuously control liquid electrolyte levels in each four-cell “four” to ensure constant and uniform electrical contact with the bottom of each air electrode. Enough electrolyte must be provided in the cells so that the electrolytes can come into contact with the bottom (e.g., 610a) of the air electrode. In some embodiments, the bottom may be a metal electrode / anode. In other embodiments, sufficient electrolyte may or may not be provided in the cell to ensure that the electrolyte contacts the bottom portion 612a of the overhanging air electrode. The bottom of the air electrode may be a cathode during discharge.

[00164] ФИГ. 3 предоставляет дополнительный вид элемента, имеющего систему управления электролитом в углу.FIG. 3 provides an additional view of an element having an electrolyte control system in a corner.

[00165] В предпочтительных вариантах реализации призматический выступ или порог может быть выполнен с возможностью разрывать какой-либо потенциальный мостик проводящей жидкости, протекающей между элементами. Призматический выступ может разбивать жидкий электролит на капельки маленького размера. Призматический выступ может регулировать скорость потока любого переливающегося электролита.[00165] In preferred embodiments, the prismatic protrusion or threshold may be configured to rupture any potential bridge of the conductive fluid flowing between the elements. The prismatic protrusion can break the liquid electrolyte into small droplets. The prismatic protrusion can control the flow rate of any iridescent electrolyte.

[00166] Система управления электролитом может быть полезной для того, чтобы сделать возможным эффективное переливание электролита и управление им. Переливающийся электролит может быть задержан расположенными ниже элементами или может протекать вниз до тех пор, пока он не будет задержан расположенным ниже резервуаром.[00166] An electrolyte control system may be useful in order to enable efficient electrolyte transfusion and control. Overflowing electrolyte can be delayed by the downstream cells or can flow down until it is held back by the downstream tank.

[00167] Система управления электролитом может также позволить безопасно отводить нежелательные генерируемые газы. В некоторых вариантах реализации газы могут отводиться через пути, образованные призматическими частями, либо верх, либо вниз.[00167] The electrolyte control system may also allow for safe removal of unwanted generated gases. In some embodiments, gases may be vented through paths formed by prismatic portions, either up or down.

[00168] Преимущественно, система управления электролитом может пополнять элементы жидким электролитом с помощью системы управляемого силой тяжести стекания. Элементы могут быть пополнены за счет перетекания из нависающих элементов, или из источника электролита. Например, как изображено на ФИГ. 4А, электролит может подаваться в верхний удерживающий резервуар. Электролит может подаваться любым другим образом.[00168] Advantageously, the electrolyte control system can replenish the cells with liquid electrolyte using a system controlled by the gravity of the runoff. Cells can be replenished by overflowing from overhanging cells, or from an electrolyte source. For example, as shown in FIG. 4A, electrolyte may be supplied to the upper holding tank. The electrolyte may be supplied in any other way.

[00169] Как предусмотрено в вариантах реализации изобретения, переливание, которому способствует сила тяжести, и общий проем перезаполнения для каждого элемента могут быть обобщены и использоваться в любых других устройствах хранения энергии, где уровни жидкого электролита могут меняться в процессе разряда и заряда. Такие системы управления жидкостью не должны быть ограничены металло-воздушными элементами, такими как цинк-воздушные элементы. Другие типы элементов хранения энергии могут использовать аналогичные системы управления жидкостью. Уровень жидкого электролита может автоматически регулироваться так, чтобы он только касался нижней части каждого отдельного воздушного электрода.[00169] As provided in embodiments of the invention, transfusion facilitated by gravity and a common overflow opening for each cell can be generalized and used in any other energy storage devices where liquid electrolyte levels can change during discharge and charge. Such fluid control systems should not be limited to metal-air elements such as zinc-air elements. Other types of energy storage elements may use similar fluid control systems. The liquid electrolyte level can be automatically adjusted so that it only touches the bottom of each individual air electrode.

[00170] Дополнительная модификация данной конструкции подразумевает изготовление каждого элемента с углубленной полостью, расположенной на одной стороне. Она может функционировать в качестве резервуара жидкости, где избыточные объемы электролита могут при необходимости безопасно храниться. Когда объемы электролита уменьшаются, избыточная жидкость, хранящаяся в этой полости, может автоматически стекать за счет силы тяжести и использоваться для перезаполнения элемента, тем самым гарантируя, что все части обращенной к электролиту стороны (донной части) воздушного электрода остаются в контакте с жидким электролитом.[00170] An additional modification of this design involves the manufacture of each element with a recessed cavity located on one side. It can function as a fluid reservoir where excess volumes of electrolyte can be stored safely if necessary. When the electrolyte volumes decrease, the excess liquid stored in this cavity can automatically drain due to gravity and be used to refill the cell, thereby ensuring that all parts of the side (bottom) of the air electrode facing the electrolyte remain in contact with the liquid electrolyte.

С. Конструкция со сжатием для обеспечения надежностиC. Compression design for reliability

[00171] ФИГ. 5 предоставляет вид конфигурации стопки батареи. Как было описано ранее, в некоторых вариантах реализации внешние поверхности рамок элементов могут образовывать корпус. В некоторых вариантах реализации все важные герметизирующие поверхности могут находиться под действием вертикальной сжимающей нагрузки для дополнительной долговременной надежности герметизации. Например, сжимающая нагрузка может быть приложена к стопке элементов, которые могут распределять сжимающую нагрузку по рамкам. Это заставляет рамки прижиматься друг к другу и реализовывать герметизацию. Сжимающая нагрузка может быть обеспечена в направлении, которое соответствует сжатию стопки элементов друг с другом. Сжимающая нагрузка может быть обеспечена в направлении, перпендикулярном плоскости, образованной металлическим электродом или воздушным электродом элемента. В некоторых вариантах реализации сжимающая нагрузка может быть обеспечена в вертикальном направлении.FIG. 5 provides a view of a configuration of a stack of batteries. As described previously, in some embodiments, the outer surfaces of the element frames may form a housing. In some embodiments, all important sealing surfaces may be subject to a vertical compressive load for additional long-term sealing reliability. For example, a compressive load may be applied to a stack of elements that can distribute the compressive load across the frames. This makes the frames snuggle together and seal. A compressive load can be provided in a direction that corresponds to the compression of the stack of elements with each other. A compressive load may be provided in a direction perpendicular to the plane formed by the metal electrode or the air electrode of the element. In some embodiments, a compressive load may be provided in the vertical direction.

[00172] Узлы центродов могут быть проложены между соответствующими пластмассовыми рамками с образованием последовательности (серии) отдельных герметизированных элементов. Как обсуждалось ранее, центроды могут быть сформированы, когда металлический электрод одного элемента электрически соединен с воздушным электродом другого элемента. В одном варианте реализации это электрическое соединение может быть сформировано, когда металлический электрод обжат вокруг воздушного электрода. Это может сделать возможным последовательное соединение между элементами. В некоторых вариантах реализации между элементами может быть приложена сжимающая сила. Сжимающая сила может быть приложена к соединению между металлическим электродом и воздушным электродом. Приложение силы, которая сводит металлический электрод и воздушный электрод друг с другом, может улучшить электрическое соединение между металлическим электродом и воздушным электродом. В некоторых вариантах реализации точка контакта металлического электрода и воздушного электрода может быть зажата между пластмассовыми рамками, и сжимающая нагрузка может обеспечить сжимающую силу между рамками и контактами. Может быть сформировано непроницаемое для текучей среды уплотнение, которое может не давать электролиту перетекать из одного элемента в другой через контакт рамки с центродом. Это уплотнение может быть реализовано или поддерживаться клеем.[00172] The centrode assemblies may be sandwiched between the respective plastic frames to form a series of individual sealed elements. As previously discussed, centrodes can be formed when the metal electrode of one element is electrically connected to the air electrode of another element. In one embodiment, this electrical connection may be formed when the metal electrode is crimped around the air electrode. This may make it possible to connect in series between the elements. In some embodiments, a compressive force may be applied between the elements. A compressive force may be applied to the connection between the metal electrode and the air electrode. The application of a force that brings the metal electrode and the air electrode together can improve the electrical connection between the metal electrode and the air electrode. In some embodiments, the contact point of the metal electrode and the air electrode may be sandwiched between the plastic frames, and a compressive load may provide a compressive force between the frames and the contacts. A fluid tight seal may be formed that may prevent the electrolyte from flowing from one cell to another through the contact of the frame with the centrode. This seal may be realized or supported by glue.

[00173] Внешние стенки и внутренние перегородки (которые могут образовывать рамки элементов) могут быть конструктивными элементами, предназначенными должным образом вмещать и уплотнять внутреннее рабочее пространство каждого элемента и прилагать сжимающие нагрузки в важных местах стыка элементов и на герметизирующих поверхностях. Это обеспечивает легко собираемую, обладающую надежной конструкцией и преимущественную структурную систему, когда отдельные элементы вертикально уложены друг на друга. ФИГ. 1 и ФИГ. 2 изображают, как отдельные элементы могут быть вертикально уложены друг на друга. В некоторых вариантах реализации стопка может быть нагружена сжимающей силой, которая может быть приложена к рамкам и/или соединениям между металлическими электродами и воздушными электродами.[00173] The outer walls and internal partitions (which can form the frames of the elements) can be structural elements designed to properly accommodate and seal the inner working space of each element and apply compressive loads at important junctions of the elements and on the sealing surfaces. This provides an easy-to-assemble, robust construction and advantageous structural system when individual elements are vertically stacked on top of each other. FIG. 1 and FIG. 2 depict how individual elements can be stacked vertically on top of each other. In some embodiments, the stack may be loaded with compressive force, which may be applied to the frames and / or joints between the metal electrodes and the air electrodes.

D. Подузел металлического электрода, воздушного электродаD. Subassembly of the metal electrode, air electrode

[00174] ФИГ. 1 изображает соединение между металлическим электродом и воздушным электродом. В некоторых вариантах реализации при способе штамповочной сборки металлический электрод обжимают вокруг воздушного электрода, образуя сечение в форме шляпы для прохождения через нее воздуха. В некоторых вариантах реализации металлический электрод может быть обжат вокруг воздушного электрода так, чтобы часть металлического электрода контактировала с краем на первой стороне воздушного электрода и краем на второй стороне воздушного электрода. В некоторых вариантах реализации воздушный электрод может быть обжат вокруг металлического электрода так, чтобы часть воздушного электрода контактировала с краем на первой стороне металлического электрода и краем на второй стороне металлического электрода. Металлический электрод и воздушный электрод могут быть обжаты вместе любым образом так, чтобы они сгибались или складывались друг на друга с различными конфигурациями. В некоторых вариантах реализации их обжимают или иным образом скрепляют вместе так, чтобы они контактировали друг с другом без необходимости в каких-либо сгибах или складках. Могут быть использованы и другие способы формирования электрического соединения, как указано ранее.FIG. 1 shows a connection between a metal electrode and an air electrode. In some embodiments, with the stamping assembly method, the metal electrode is crimped around the air electrode to form a section in the shape of a hat for air to pass through it. In some embodiments, the metal electrode may be crimped around the air electrode so that part of the metal electrode contacts the edge on the first side of the air electrode and the edge on the second side of the air electrode. In some embodiments, the air electrode may be crimped around the metal electrode so that part of the air electrode contacts the edge on the first side of the metal electrode and the edge on the second side of the metal electrode. The metal electrode and the air electrode can be crimped together in any way so that they are bent or folded onto each other with different configurations. In some embodiments, they are crimped or otherwise fastened together so that they are in contact with each other without the need for any folds or creases. Other methods of forming an electrical connection may be used, as previously indicated.

[00175] Узел металлического-воздушного электродов может использовать различные материалы, которые обжимаются с образованием электропроводящего соединения вдоль обеих сторон пути прохождения воздуха. В некоторых вариантах реализации примеры материалов для металлического электрода могут включать цинк (такой как порошкообразная амальгама цинка) или ртуть. Примеры материалов для воздушного электрода могут включать углерод, тефлон или марганец.[00175] The metal-air electrode assembly may use various materials that are crimped to form an electrically conductive connection along both sides of the air path. In some embodiments, examples of materials for the metal electrode may include zinc (such as powdered zinc amalgam) or mercury. Examples of materials for an air electrode may include carbon, teflon, or manganese.

[00176] Может быть предусмотрен узел металлического-воздушного электродов, где металлический электрод обеспечивает герметичный пол для ванны электролита над ним, в то время как воздушный электрод образует герметичную крышку для ванны электролита под ней. Например, как изображено на ФИГ. 1, металлический электрод 104а может образовывать пол для ванны 106а электролита. Воздушный электролит 102а может образовывать крышку для ванный электролита. Металлический электрод и/или воздушный электрод могут быть герметизированы.[00176] A metal-air electrode assembly may be provided where the metal electrode provides a sealed floor for the electrolyte bath above it, while the air electrode forms a sealed cover for the electrolyte bath underneath. For example, as shown in FIG. 1, the metal electrode 104a may form a floor for the electrolyte bath 106a. Air electrolyte 102a may form a lid for the bath electrolyte. The metal electrode and / or air electrode may be sealed.

[00177] Центрод, образованный металлическим электродом и воздушным электродом, может иметь любые размеры. Один или более из размеров (например, длина или ширина) могут составлять примерно ј дюйма, Ѕ дюйма, 1 дюйм, 2 дюйма, 3 дюйма, 4 дюйма, 5 дюймов, 6 дюймов, 7 дюймов, 8 дюймов, 9 дюймов, 10 дюймов, 11 дюймов, 12 дюймов или более.[00177] A centrode formed by a metal electrode and an air electrode may be of any size. One or more of the dimensions (e.g., length or width) may be about ј inch, Ѕ inch, 1 inch, 2 inch, 3 inch, 4 inch, 5 inch, 6 inch, 7 inch, 8 inch, 9 inch, 10 inch 11 inches, 12 inches or more.

Е. Конструкция поперечных проводящих соединений между элементамиE. Design of transverse conductive joints between elements

[00178] ФИГ. 7 изображает дополнительный вид конфигурации стопки батареи с соединениями металлический электрод - воздушный электрод. Может быть предусмотрена конфигурация узла металлический электрод - воздушный электрод, где соседние обжатые (отбортованные) кромки или другие выступающие части центродов перекрываются или соприкасаются, создавая повторяющуюся, модульную и горизонтально и вертикально электрически подсоединенную последовательную конфигурацию.FIG. 7 depicts an additional configuration view of a stack of battery with metal electrode-air electrode connections. A configuration may be provided for the metal electrode - air electrode assembly, where adjacent crimped (flanged) edges or other protruding parts of the centrodes overlap or touch, creating a repeating, modular and horizontally and vertically electrically connected series configuration.

[00179] Первый элемент может включать детали 700а, 700с рамки и может иметь металлический электрод 702а. Металлический электрод может быть обжат вокруг воздушного электрода 704b нижележащего элемента. В некоторых вариантах реализации металлический электрод соседнего элемента 702с может быть обжат вокруг воздушного электрода лежащего ниже него элемента 704d. В некоторых вариантах реализации электрическое соединение, сформированное металлическим электродом 702а и воздушным электродом 704b, может быть электрически связано с электрическим соединением, сформированным металлическим электродом 704с и воздушным электродом 704d. Например, один из металлических электродов 702с может контактировать с другим металлическим электродом 702а. Как альтернативный вариант, электрическое соединение между соседними элементами может быть сформировано любым сочетанием металлических электродов и/или воздушных электродов, контактирующих друг с другом. В некоторых вариантах реализации электрические соединения между вышележащими и нижележащими элементами и смежными элементами (например, соединения между 702с, 704d, 702а, 704b) могут быть обеспечены между рамками (например, 700с, 700d).[00179] The first element may include frame parts 700a, 700c and may have a metal electrode 702a. The metal electrode may be crimped around the air electrode 704b of the underlying element. In some embodiments, the metal electrode of the adjacent member 702c may be crimped around the air electrode of the member 704d below it. In some embodiments, the electrical connection formed by the metal electrode 702a and the air electrode 704b may be electrically connected to the electrical connection formed by the metal electrode 704c and the air electrode 704d. For example, one of the metal electrodes 702c may be in contact with another metal electrode 702a. Alternatively, an electrical connection between adjacent elements may be formed by any combination of metal electrodes and / or air electrodes in contact with each other. In some embodiments, electrical connections between the upstream and downstream elements and adjacent elements (e.g., connections between 702c, 704d, 702a, 704b) can be provided between the frames (e.g., 700c, 700d).

[00180] ФИГ. 7 изображает пример того, как металлические электроды и воздушные электроды могут устанавливать электрические соединения путем обжатия и обертывания. Тем не менее, любое сочетание контактов между металлическими электродами и воздушными электродами, обернутыми друг вокруг друга или контактирующими друг с другом, может быть использовано в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Положения металлических электродов и воздушных электродов можно поменять на обратные в альтернативных вариантах реализации изобретения, и любое обсуждение, относящееся к положениям металлических электродов, может применяться к положениям воздушных электродов, и наоборот.[00180] FIG. 7 depicts an example of how metal electrodes and air electrodes can make electrical connections by crimping and wrapping. However, any combination of contacts between metal electrodes and air electrodes wrapped around each other or in contact with each other can be used in accordance with various embodiments of the invention. The positions of the metal electrodes and air electrodes can be reversed in alternative embodiments of the invention, and any discussion regarding the positions of the metal electrodes can be applied to the positions of the air electrodes, and vice versa.

[00181] Перекрывающиеся или каким-либо другим образом совместимые обжатые кромки делают возможным последовательное или последовательно-параллельное электрическое соединение для обеспечения надежности, простоты и гибкости системы. Например, одним из преимуществ такой системы может являться то, что нужно меньше проводов и точек соединений, так как каждый ряд в рамке элемента может быть электрически соединен последовательно через перекрывающиеся обжатые кромки.[00181] Overlapping or otherwise compatible crimped edges allow a series or parallel-parallel electrical connection to ensure reliability, simplicity and flexibility of the system. For example, one of the advantages of such a system can be that fewer wires and connection points are needed, since each row in the element frame can be electrically connected in series through overlapping crimped edges.

[00182] ФИГ. 9А предоставляет вид снизу узла рамок элементов с электрическими соединениями. Один или более элементов 900а, 900b, 900с, 900d могут образовывать четверку с общей системой 902 управления электролитом. Дно элемента может быть образовано из металлического электрода. Могут быть предусмотрены один или более компонентов 904а, 904b, 904с, 904d, 906а, 906b рамки, разделяющих элементы. В некоторых вариантах реализации для смежных элементов могут быть обеспечены электрические соединения между элементами. Например, электрические соединения могут быть обеспечены между двумя или более элементами внутри ряда, к примеру, между первым элементом 900а и вторым элементом 900b. Электрическое соединение может быть обеспечено рядом с рамкой 904а между элементами. Электрические соединения могут быть обеспечены между двумя или более элементами внутри столбца, к примеру, между первым элементом 900а и вторым элементом 900с. Электрическое соединение может быть обеспечено рядом с рамкой 906а между элементами. Электрические соединения могут быть обеспечены для любого сочетания смежных элементов в ряду или столбце.FIG. 9A provides a bottom view of an assembly of element frames with electrical connections. One or more of the cells 900a, 900b, 900c, 900d may form a four with a common electrolyte control system 902. The bottom of the cell may be formed of a metal electrode. One or more components 904a, 904b, 904c, 904d, 906a, 906b of the frame separating the elements may be provided. In some embodiments, electrical connections between the elements may be provided for adjacent elements. For example, electrical connections can be made between two or more elements within a row, for example, between a first element 900a and a second element 900b. An electrical connection may be provided adjacent to the frame 904a between the elements. Electrical connections can be made between two or more elements within the column, for example, between the first element 900a and the second element 900c. An electrical connection may be provided adjacent to the frame 906a between the elements. Electrical connections can be provided for any combination of adjacent elements in a row or column.

[00183] В некоторых вариантах реализации электрические соединения между смежными элементами не предусмотрены. В некоторых вариантах реализации электрические соединения могут быть предусмотрены только между вышележащими и нижележащими элементами, образующими стопку.[00183] In some embodiments, electrical connections between adjacent elements are not provided. In some embodiments, electrical connections may be provided only between the overlying and underlying elements forming a stack.

[00184] ФИГ. 9В изображает вид узла рамки и одного или более центродов. Рамка 880 может предназначаться для одного или более одиночных элементов или четверок, или же множества одиночных элементов или четверок. Один или более центродов 882а, 882b могут быть сформированы из металлического электрода 884 и воздушного электрода 886. Центрод может иметь такую форму, чтобы помещаться внутри рамки. В некоторых вариантах реализации рамка может лежать на центродах так, что боковая часть рамки образует стенку элемента, а металлический электрод центрода образует пол элемента. Множество смежных центродов, например, 882а, 882b могут быть электрически соединены друг с другом. Например, центрод может иметь точку 888, где металлический электрод и воздушный электрод контактируют друг с другом. Точка контакта первого элемента может контактировать с точкой контакта второго элемента. В некоторых вариантах реализации центрод может быть сформирован так, чтобы обеспечивался воздушный туннель 890 между металлическим электродом и воздушным электродом.FIG. 9B is a view of a frame assembly and one or more centrodes. Frame 880 may be for one or more single elements or quadruples, or a plurality of single elements or quadruples. One or more centrodes 882a, 882b may be formed from a metal electrode 884 and an air electrode 886. The centrode may be shaped to fit inside the frame. In some embodiments, the frame may lie on the centrodes so that the side of the frame forms the wall of the element, and the metal electrode of the centrode forms the floor of the element. Many adjacent centrodes, for example, 882a, 882b can be electrically connected to each other. For example, the centrode may have a point 888 where the metal electrode and the air electrode are in contact with each other. The contact point of the first element may be in contact with the contact point of the second element. In some embodiments, a centrode may be formed such that an air tunnel 890 is provided between the metal electrode and the air electrode.

[00185] Рамка 880 может включать узел 892 распределения электролита, который может быть выполнен встроенным в рамку. Узел распределения электролита может включать отверстие 894, которое может позволить электролиту стекать к нижележащим элементам. Узел распределения электролита может включать переливной порог 896, который может определять, когда электролит будет переливаться в отверстие. В некоторых вариантах реализации высота переливного порога может обеспечивать запас на случай, когда элементы или вся система батареи наклонена. Даже если вся система батареи наклонена, если переливной порог достаточно высок, то внутри элементов до переливания останется достаточно электролита.[00185] The frame 880 may include an electrolyte distribution unit 892, which may be integral to the frame. The electrolyte distribution assembly may include an opening 894, which may allow the electrolyte to drain to the underlying cells. The electrolyte distribution assembly may include an overflow threshold 896 that can determine when the electrolyte will overflow into the hole. In some embodiments, the height of the overflow threshold may provide a margin in case the cells or the entire battery system are tilted. Even if the entire battery system is tilted, if the overflow threshold is high enough, enough electrolyte will remain inside the cells before the transfusion.

[00186] Рамка может также включать в себя полку 898, которая может выступать из рамки. Металлический электрод 884 может контактировать с полкой. В некоторых вариантах реализации между металлическим электродом и полкой может быть образовано непроницаемое для текучей среды уплотнение. Контакт между металлическим электродом и воздушным электродом 888 может контактировать с нижней частью рамки 881. Нижняя часть рамки может лежать поверх точки контакта. Непроницаемое для текучей среды соединение может быть сформировано или не сформировано. Нижняя часть 883 рамки может лежать поверх точки контакта, сформированной между смежными центродами.[00186] The frame may also include a shelf 898, which may protrude from the frame. The metal electrode 884 may be in contact with the shelf. In some embodiments, a fluid tight seal may be formed between the metal electrode and the shelf. The contact between the metal electrode and the air electrode 888 may contact the lower part of the frame 881. The lower part of the frame may lie over the contact point. The fluid impervious compound may or may not be formed. The lower portion 883 of the frame may lie over a contact point formed between adjacent centrodes.

F. Укладываемая стопкой конфигурация и модульная сборкаF. Stackable configuration and modular assembly

[00187] ФИГ. 5 изображает конструкцию, которая использует один компонент пластмассовой рамки, который, по сути, заключает множество центродов между двумя общими рамками в сэндвич-структуре. Это может преимущественно обеспечить упрощенную конструкцию. Например, как изображено, может быть предусмотрена рамка, образующая сетчатый рисунок, который может охватывать множество элементов. Рамки с сетчатым рисунком могут укладываться друг поверх друга стопкой. В некоторых вариантах реализации рамки с сетчатым рисунком могут быть сформированы из единой цельной детали. Как альтернативный вариант, рамки с сетчатым рисунком могут быть сформированы из множественных деталей, которые могут быть соединены друг с другом. Множественные детали могут быть или не быть отсоединяемыми. Центроды 512а, 512b могут быть предусмотрены между рамками 514а, 514b, 514с.FIG. 5 depicts a structure that uses one component of a plastic frame, which essentially encloses a plurality of centrodes between two common frames in a sandwich structure. This can advantageously provide a simplified design. For example, as shown, a frame may be provided that forms a mesh pattern that may span multiple elements. Mesh frames can be stacked on top of each other. In some embodiments, mesh frames may be formed from a single integral part. Alternatively, mesh frames can be formed from multiple parts that can be connected to each other. Multiple parts may or may not be detachable. Centrodes 512a, 512b may be provided between the frames 514a, 514b, 514c.

[00188] Конструкция рамки может включать систему управления водой. Система управления водой может быть предусмотрена на ФИГ. 4, которая может изображать впуски воды, приподнятые переливные проемы и призматические кромки для стекания каплями, как было описано ранее. Система управления водой может быть использована для гарантирования желаемого уровня электролита внутри одного или более элементов.[00188] The frame design may include a water management system. A water management system may be provided in FIG. 4, which may depict water inlets, raised overflow openings, and prismatic drip edges as previously described. A water control system can be used to guarantee the desired electrolyte level within one or more cells.

[00189] При укладывании стопкой конструкция пластмассовой рамки может формировать последовательность вертикальный труб или трубок, которые делают возможным перелив воды, пополнение электролита за счет стекания каплями и вывод газов. Как ранее обсуждалось со ссылкой на ФИГ. 4 и ФИГ. 6, может быть предусмотрена система управления электролитом. Когда рамки укладывают стопкой друг на друга, система управления электролитом может быть предусмотрена для стопок элементов.[00189] When stacked, the construction of the plastic frame can form a sequence of vertical tubes or tubes that make it possible to overfill water, replenish the electrolyte by dripping and dropping gases. As previously discussed with reference to FIG. 4 and FIG. 6, an electrolyte control system may be provided. When the frames are stacked on top of each other, an electrolyte control system may be provided for stacks of cells.

[00190] Укладываемая стопкой конфигурация узлов рамок может быть и модульной, и эффективной. Пластмассовые детали могут соответствовать форме сопряжения металлического электрода ниже и воздушного электрода выше элемента под ним, что может сделать возможной модульную конфигурацию с меньшим числом частей. ФИГ. 1 и ФИГ. 2 предоставляют пример стопки элементов с деталями в рамках, которые могут быть отформованы соответствующими соединению металлического электрода и воздушного электрода. В зависимости от формы соединения металлического электрода и воздушного электрода рамки могут выполнены такой формы, чтобы соответствовать форме соединения. В некоторых вариантах реализации на пластмассовой рамке могут быть предусмотрены одно или более ребер, канавок, каналов, выступов или отверстий для дополнения имеющей соответствующую форму детали соединения металлический электрод - воздушный электрод. В некоторых вариантах реализации дополняющая форма может удерживать рамку от горизонтального сдвига в одном или более направлениях. Любые детали могут быть единым целым с элементом или быть отделимыми от элемента. В некоторых вариантах реализации детали рамки могут быть отформованы под давлением.[00190] The stackable configuration of the frame assemblies can be both modular and efficient. Plastic parts may conform to the conjugation form of the metal electrode below and the air electrode above the element below it, which may allow a modular configuration with fewer parts. FIG. 1 and FIG. 2 provide an example of a stack of elements with parts within a framework that can be molded to fit the connection of the metal electrode and the air electrode. Depending on the shape of the connection between the metal electrode and the air electrode, the frames may be shaped to match the shape of the connection. In some embodiments, one or more ribs, grooves, channels, protrusions, or holes may be provided on the plastic frame to complement the corresponding metal-to-air electrode connection shape. In some embodiments, the complementary shape may hold the frame from horizontal displacement in one or more directions. Any details can be integrated with the element or be separable from the element. In some embodiments, the frame parts may be molded under pressure.

G. Модульная установка и конфигурации для примененияG. Modular installation and configurations for application

[00191] Конфигурации с множественными батареями могут быть достигнуты путем масштабирования конструкции рамки в сторону увеличения или уменьшения. Например, конструкция рамки может включать рамку единственного элемента, рамку четверки элементов или множественных четверок в единой рамке. Конструкция рамки для каждой группировки (например, единственный элемент, четверки элементов, множественные четверки) может быть сформирована из единой цельной детали. Как альтернативный вариант, конструкция рамки может включать множество частей.[00191] Configurations with multiple batteries can be achieved by scaling the frame design up or down. For example, a frame design may include a single element frame, a four element frame, or multiple fours in a single frame. The frame design for each grouping (for example, a single element, quadruples of elements, multiple quadruples) can be formed from a single integral part. Alternatively, the frame design may include many parts.

[00192] В некоторых вариантах реализации множество рамок могут быть также предусмотрены смежными друг с другом. Например, множественные одноэлементные рамки, четверочно-элементные рамки или многочетверочные рамки могут быть предусмотрены смежными друг с другом. Рамки, предусмотренные смежными друг с другом, могут быть или не быть соединены друг с другом с использованием соединителя. В некоторых вариантах реализации может быть обеспечена сила для удержания рамок прилегающими друг к другу.[00192] In some embodiments, a plurality of frames may also be provided adjacent to each other. For example, multiple singleton frames, four-element frames, or multi-quadruple frames may be provided adjacent to each other. Frames provided adjacent to each other may or may not be connected to each other using a connector. In some embodiments, a force may be provided to hold the frames adjacent to each other.

[00193] Рамки могут укладываться стопкой до достижения любой желаемой высоты, в зависимости от требований по мощности и хранению (аккумулированию). Любое число рамок может быть уложено стопкой друг поверх друга. Например, одна или более, две или более, три или более, четыре или более, пять или более, шесть или более, семь или более, восемь или более, девять или более, десять или более, двенадцать или более, пятнадцать или более, двадцать или более, тридцать или более, шестьдесят или более, девяносто или более, 120 или более, или 150 или более рамок могут быть уложены стопкой друг поверх друга. В некоторых вариантах реализации каждая рамка может составлять примерно ⅛ дюйма, ј дюйма, Ѕ дюйма, ѕ дюйма, 1 дюйм, 1,25 дюйма, 1,5 дюйма, 2 дюйма, 2,5 дюйма, 3 дюйма, 4 дюйма, 5 дюймов, 6 дюймов, 8 дюймов, 10 дюймов или 12 дюймов в высоту. В некоторых вариантах реализации общая высота стопки рамок может быть порядка примерно 1 или более дюймов, 3 или более дюймов, шести или более дюймов, 1 или более футов, 2 или более футов, 3 или более футов, 5 или более футов, 10 или более футов, или 20 или более футов.[00193] Frames can be stacked until any desired height is reached, depending on power and storage (storage) requirements. Any number of frames can be stacked on top of each other. For example, one or more, two or more, three or more, four or more, five or more, six or more, seven or more, eight or more, nine or more, ten or more, twelve or more, fifteen or more, twenty or more, thirty or more, sixty or more, ninety or more, 120 or more, or 150 or more frames may be stacked on top of each other. In some embodiments, each frame may be about ⅛ inch, ј inch, Ѕ inch, дюйма inch, 1 inch, 1.25 inch, 1.5 inch, 2 inch, 2.5 inch, 3 inch, 4 inch, 5 inch 6 inches, 8 inches, 10 inches or 12 inches tall. In some embodiments, the overall stack height of the frames may be of the order of about 1 or more inches, 3 or more inches, six or more inches, 1 or more feet, 2 or more feet, 3 or more feet, 5 or more feet, 10 or more feet, or 20 or more feet.

[00194] Стопки отдельных рамок могут быть ориентированы в различных направлениях для оптимизации циркуляции воздуха. Например, внутри элементов могут быть предусмотрены воздушные туннели. В некоторых вариантах реализации воздушные туннели могут быть предусмотрены между элементами. Например, непрерывный воздушный туннель может быть сформирован между смежными элементами. Воздушные туннели могут быть предусмотрены для столбцов элементов и/или для рядов элементов. В некоторых вариантах реализации воздушные туннели могут быть параллельными друг другу. В других вариантах реализации один или более воздушных туннелей могут быть перпендикулярными друг другу. В некоторых вариантах реализации воздушные туннели могут быть сформированы по прямой линии, или же в других вариантах реализации воздушные туннели могут иметь изгибы или закругления. В некоторых вариантах реализации, когда элементы могут быть слегка наклонены, воздушные туннели могут быть ориентированы практически горизонтально, но иметь небольшой подъем и спад для согласования с наклоном элементов. Воздух может проходить в одинаковом направлении в случае параллельных воздушных туннелей или может проходить в противоположных направлениях. В некоторых вариантах реализации воздушный туннель может быть ограничен одним уровнем. В других вариантах реализации могут быть предусмотрены проходы, которые могут позволять обеспечивать воздушный туннель на многих уровнях стопок. Может быть применено любое сочетание этих конфигураций.[00194] Stacks of individual frames can be oriented in different directions to optimize air circulation. For example, air tunnels may be provided within the elements. In some embodiments, air tunnels may be provided between the elements. For example, a continuous air tunnel may be formed between adjacent elements. Air tunnels may be provided for columns of elements and / or for rows of elements. In some embodiments, the air tunnels may be parallel to each other. In other embodiments, one or more air tunnels may be perpendicular to each other. In some embodiments, the air tunnels may be formed in a straight line, or in other embodiments, the air tunnels may have bends or curves. In some implementations, when the elements can be slightly inclined, the air tunnels can be oriented almost horizontally, but have a slight rise and fall to match the inclination of the elements. Air can flow in the same direction in the case of parallel air tunnels or can flow in opposite directions. In some embodiments, the air tunnel may be limited to one level. In other embodiments, aisles may be provided that may allow for an air tunnel at many levels of stacks. Any combination of these configurations can be applied.

[00195] Стопка или серия стопок может быть применена в различных конфигурациях и установлена в различных корпусах. Например, могут меняться высоты стопок. Аналогично, число элементов, предусмотренных на каждом уровне стопки, может меняться. В некоторых вариантах реализации размеры или формы отдельных элементов могут быть одинаковыми, в то время как в других вариантах реализации размеры или формы отдельных элементов могут меняться. Размеры корпуса могут меняться в зависимости от размера стопок. Например, вся система хранения энергии может иметь один или более размеров (например, высоту, ширину, длину) порядка дюймов, футов, десятков футов или сотен футов. Каждый размер может быть в пределах того же порядка величины, или же может быть в пределах варьирующихся порядков величины.[00195] A stack or series of stacks can be applied in various configurations and installed in various cases. For example, stack heights may vary. Similarly, the number of elements provided at each level of the stack may vary. In some embodiments, the sizes or shapes of the individual elements may be the same, while in other embodiments, the sizes or shapes of the individual elements may vary. The dimensions of the case may vary depending on the size of the stacks. For example, an entire energy storage system may have one or more sizes (eg, height, width, length) of the order of inches, feet, tens of feet, or hundreds of feet. Each size can be within the same order of magnitude, or it can be within varying orders of magnitude.

[00196] Стопка или серия стопок может быть сконфигурирована в качестве системы топливных элементов посредством замены или пополнения электролита и упаковки упомянутых вспомогательных систем. Например, система цинк-воздушных топливных элементов может включать добавление металлического цинка и удаление оксида цинка. Как указано ранее, гранулы цинка могут быть добавлены в электролит. Оксид цинка или хлорид цинка может быть удален в резервуар для отходов.[00196] A stack or series of stacks can be configured as a fuel cell system by replacing or replenishing an electrolyte and packaging said auxiliary systems. For example, a zinc-air fuel cell system may include the addition of zinc metal and the removal of zinc oxide. As indicated previously, zinc granules can be added to the electrolyte. Zinc oxide or zinc chloride can be removed to a waste tank.

H. Применение в изолированном грузовом контейнере и HVAC-машинеH. Use in an insulated freight container and HVAC machine

[00197] ФИГ. 8А изображает пример применения в изолированном грузовом контейнере и HVAC-машине для блока батареи в соответствии с вариантом реализации изобретения. Множество модулей 800а, 800b, 800с могут быть предусмотрены внутри корпуса 802. Каждый модуль может иметь верхний лоток 804, одну или более стопок элементов (которые могут включать один или более уровней/слоев одиночных элементов, четверок элементов и/или любого числа элементов) 806, и нижний лоток или поддон 808. Смотри также ФИГ. 8H, и каждая стопка элементов могла бы иметь коллектор, посредством которого электролит может посылаться к или прерываться на данной стопке или секции стопки. Аналогично, электрические соединения к определенным стопкам могут быть отделены и отсоединены.FIG. 8A shows an example application in an insulated freight container and an HVAC machine for a battery pack in accordance with an embodiment of the invention. A plurality of modules 800a, 800b, 800c may be provided within the housing 802. Each module may have an upper tray 804, one or more stacks of elements (which may include one or more levels / layers of single elements, fours of elements, and / or any number of elements) 806 , and a lower tray or pallet 808. See also FIG. 8H, and each stack of cells could have a collector through which electrolyte can be sent to or interrupted on a given stack or section of the stack. Similarly, electrical connections to specific stacks can be separated and disconnected.

[00198] В одном примере могут быть предусмотрены 16 модулей 800а, 800b, 800c из 960 четверок элементов. Могут быть предусмотрены два ряда, каждый из которых имеет по восемь модулей. В различных вариантах реализации изобретения может быть предусмотрено любое число модулей, включая, но не ограничивая этим, один или более, два или более, три или более, четыре или более, пять или более, шесть или более, семь или более, восемь или более, девять или более, десять или более, двенадцать или более, пятнадцать или более, двадцать или более, тридцать или более, пятьдесят или более, или сто или более модулей. В некоторых вариантах реализации модули могут быть расположены в один или более рядов и/или в один или более столбцов. В некоторых вариантах реализации модули могут быть расположены в виде массива. Корпус 802 может быть выполнен такой формы, чтобы вмещать модули. В некоторых вариантах реализации корпус может быть примерно 40, 45, 50 или 52 фута в длину.[00198] In one example, 16 modules 800a, 800b, 800c of 960 element quadruples may be provided. Two rows can be provided, each of which has eight modules. In various embodiments of the invention, any number of modules may be provided, including but not limited to one or more, two or more, three or more, four or more, five or more, six or more, seven or more, eight or more , nine or more, ten or more, twelve or more, fifteen or more, twenty or more, thirty or more, fifty or more, or one hundred or more modules. In some embodiments, the modules may be arranged in one or more rows and / or in one or more columns. In some embodiments, the modules may be arranged in an array. Housing 802 may be configured to accommodate modules. In some embodiments, the hull may be about 40, 45, 50, or 52 feet long.

[00199] Модуль может иметь любые размеры. В некоторых вариантах реализации модуль может быть примерно 50 дюймов на 44 дюйма. В одном примере модуль может содержать 80 или 120 или более стопок из 15 или более или менее четверок элементов. Тем не менее, модуль может быть образован из любого числа уровней/слоев в стопках, включая, но не ограничивая этим, 1 или более слоев, 2 или более слоев, 3 или более слоев, 5 или более слоев, 10 или более слоев, 20 или более слоев, 30 или более слоев, 40 или более слоев, 50 или более слоев, 60 или более слоев, 70 или более слоев, 80 или более слоев, 90 или более слоев, 100 или более слоев, 120 или более слоев, 150 или более слоев, или 200 или более слоев. Каждый слой стопки может включать любое число одиночных элементов или четверок элементов. Например, каждый уровень/слой стопки может включать 1 или более, 2 или более, 3 или более, 4 или более, 5 или более, 6 или более, 7 или более, 8 или более, 9 или более, 10 или более, 12 или более, 14 или более, 16 или более, 20 или более, 25 или более, 30 или более, 36 или более, 40 или более, 50 или более, или 60 или более одиночных элементов или четверок элементов в расчете на уровень/слой.[00199] The module may be of any size. In some embodiments, the module may be approximately 50 inches by 44 inches. In one example, a module may comprise 80 or 120 or more stacks of 15 or more or less than four elements. However, the module can be formed from any number of levels / layers in stacks, including, but not limited to, 1 or more layers, 2 or more layers, 3 or more layers, 5 or more layers, 10 or more layers, 20 or more layers, 30 or more layers, 40 or more layers, 50 or more layers, 60 or more layers, 70 or more layers, 80 or more layers, 90 or more layers, 100 or more layers, 120 or more layers, 150 or more layers, or 200 or more layers. Each stack layer can include any number of single elements or four elements. For example, each level / layer of the stack may include 1 or more, 2 or more, 3 or more, 4 or more, 5 or more, 6 or more, 7 or more, 8 or more, 9 or more, 10 or more, 12 or more, 14 or more, 16 or more, 20 or more, 25 or more, 30 or more, 36 or more, 40 or more, 50 or more, or 60 or more single elements or four elements per level / layer .

[00200] В некоторых вариантах реализации модуль может включать верхний лоток 804. Верхний лоток может быть выполнен с возможностью принимать электролит. В некоторых вариантах реализации верхний лоток может быть выполнен с возможностью распределять электролит в один или более элементов. Верхний лоток может сообщаться по текучей среде с системами управления электролитом элементов. В некоторых вариантах реализации верхний лоток может сообщаться по текучей среде с одним или более элементами. Верхний лоток может включать один или более выступов. Один или более выступов могут обеспечивать конструктивную опору для крышки над лотком. Верхний лоток может включать один или более каналов или желобов. В некоторых вариантах реализации верхний лоток может включать одно или более отверстий или проходов, обеспечивающих сообщение по текучей среде с нижележащими слоями.[00200] In some embodiments, the module may include an upper tray 804. The upper tray may be configured to receive electrolyte. In some embodiments, the top tray may be configured to distribute electrolyte into one or more cells. The upper tray may be in fluid communication with cell electrolyte control systems. In some embodiments, the top tray may be in fluid communication with one or more elements. The upper tray may include one or more protrusions. One or more protrusions may provide structural support for the lid above the tray. The upper tray may include one or more channels or grooves. In some embodiments, the upper tray may include one or more openings or passages that allow fluid communication with the underlying layers.

[00201] Модуль может также включать нижний лоток или поддон 808. В некоторых вариантах реализации нижний лоток или поддон может собирать электролит, который может переливаться из расположенных над ним стопок. Нижний лоток или поддон может содержать собранный электролит или может передавать его куда-то еще.[00201] The module may also include a bottom tray or tray 808. In some embodiments, the bottom tray or tray may collect electrolyte that can spill from stacks above it. The bottom tray or tray may contain collected electrolyte or may transfer it elsewhere.

[00202] Модульная конструкция может быть создана, чтобы подходить к различным грузовым контейнерам стандарта МОС (Международной организации по стандартизации, ISO) оптимальным образом. В некоторых вариантах реализации корпус может быть грузовым контейнером МОС. Корпус может иметь длину примерно 20 футов (6,1 м), 40 футов (12,2 м), 45 футов (13,7 м), 48 футов (14,6 м) и 53 фута (16,2 м). Контейнер МОС может также иметь ширину примерно 8 футов. В некоторых вариантах реализации контейнер может иметь высоту примерно 9 футов 6 дюймов (2,9 м) или 4 фута 3 дюйма (1,3 м), или 8 футов 6 дюймов (2,6 м). Модульная конструкция может быть также создана подходящей к другим контейнерам различных стандартов, таким как контейнеры для воздушных перевозок. Модульная конструкция может обеспечить гибкость системе хранения энергии, чтобы она могла подходить к уже существующим контейнерам или структуре.[00202] The modular design can be designed to fit various freight containers of the standard ISO (International Organization for Standardization, ISO) in an optimal way. In some embodiments, the housing may be a MOS freight container. The hull may be approximately 20 feet (6.1 m), 40 feet (12.2 m), 45 feet (13.7 m), 48 feet (14.6 m) and 53 feet (16.2 m) long. The MOS container may also have a width of about 8 feet. In some embodiments, the container may have a height of about 9 feet 6 inches (2.9 m) or 4 feet 3 inches (1.3 m), or 8 feet 6 inches (2.6 m). The modular design can also be made suitable for other containers of various standards, such as containers for air transportation. The modular design can provide flexibility to the energy storage system so that it can fit into existing containers or structure.

[00203] Модульная конструкция может пользоваться преимуществом существующего холодильного оборудования и оборудования для кондиционирования воздуха, присоединенного к изолированным контейнерам, в качестве завершенного решения по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха (HVAC).[00203] The modular design can take advantage of existing refrigeration and air conditioning equipment connected to insulated containers as a complete heating, ventilation and air conditioning (HVAC) solution.

[00204] Традиционное охлаждение может быть реализовано путем правильного расположения охлаждающих вентиляторов снаружи замкнутого пространства.[00204] Conventional cooling can be implemented by properly positioning cooling fans outside an enclosed space.

[00205] В некоторых вариантах реализации система батареи может включать один или более модулей батарей, одну или более систем управления электролитом и один или более узлов охлаждения воздуха. В некоторых вариантах реализации модуль батареи может включать верхний лоток, нижний лоток и одну или более стопок элементов. В некоторых вариантах реализации стопка элементов может включать один или более слоев или уровней элементов. В некоторых вариантах реализации один или более уровней или слоев элементов могут включать одиночный элемент, четверку элементов, множество элементов или множество четверок элементов. Например, слой может быть выполнен из массива m×n элементов или массива m×n четверок, где m и/или n могут быть выбраны из любых целых чисел, больших или равных 1, включая, но не ограничивая этим, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 или более. Каждый модуль может включать в себя одну или более частей системы управления электролитом. В некоторых вариантах реализации каждая четверка может разделять общую одну или более частей системы управления электролитом.[00205] In some embodiments, a battery system may include one or more battery modules, one or more electrolyte control systems, and one or more air cooling units. In some embodiments, the battery module may include an upper tray, a lower tray, and one or more stacks of cells. In some embodiments, the stack of elements may include one or more layers or levels of elements. In some embodiments, one or more levels or layers of elements may include a single element, four elements, many elements, or many four elements. For example, a layer can be made of an array of m × n elements or an array of m × n fours, where m and / or n can be selected from any integers greater than or equal to 1, including, but not limited to, 1, 2, 3 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 or more. Each module may include one or more parts of an electrolyte control system. In some embodiments, each four may share a common one or more parts of an electrolyte control system.

[00206] В некоторых вариантах реализации модуль может быть модулем на 50 кВт/300 кВт·ч. В других вариантах реализации модуль может иметь любые другие показатели мощности/энергии. Например, модуль может обеспечивать 10 кВт или более, 20 кВт или более, 30 кВт или более, 50 кВт или более, 70 кВт или более, 100 кВт или более, 200 кВт или более, 300 кВт или более, 500 кВт или более, 750 кВт или более, 1 МВт или более, 2 МВт или более, 3 МВт или более, 5 МВт или более, 10 МВт или более, 20 МВт или более, 50 МВт или более, 100 МВт или более, 200 МВт или более, 500 МВт или более, или 1000 МВт или более. Модуль может также обеспечивать 50 кВт·ч или более, 100 кВт·ч или более, 200 кВт·ч или более, 250 кВт·ч или более, 300 кВт·ч или более, 350 кВт·ч или более, 400 кВт·ч или более, 500 кВт·ч или более, 700 кВт·ч или более, 1 МВт·ч или более, 1,5 МВт·ч или более, 2 МВт·ч или более, 3 МВт·ч или более, 5 МВт·ч или более, 10 МВт·ч или более, 20 МВт·ч или более, 50 МВт·ч или более, 100 МВт·ч или более, 200 МВт·ч или более, 500 МВт·ч или более, 1000 МВт·ч или более, 2000 МВт·ч или более, или 5000 МВт·ч или более.[00206] In some embodiments, the module may be a 50 kW / 300 kW · h module. In other embodiments, the module may have any other power / energy metrics. For example, a module may provide 10 kW or more, 20 kW or more, 30 kW or more, 50 kW or more, 70 kW or more, 100 kW or more, 200 kW or more, 300 kW or more, 500 kW or more, 750 kW or more, 1 MW or more, 2 MW or more, 3 MW or more, 5 MW or more, 10 MW or more, 20 MW or more, 50 MW or more, 100 MW or more, 200 MW or more, 500 MW or more, or 1000 MW or more. The module can also provide 50 kWh or more, 100 kWh or more, 200 kWh or more, 250 kWh or more, 300 kWh or more, 350 kWh or more, 400 kWh or more, 500 kWh or more, 700 kWh or more, 1 MWh or more, 1.5 MWh or more, 2 MWh or more, 3 MWh or more, 5 MW h or more, 10 MWh or more, 20 MWh or more, 50 MWh or more, 100 MWh or more, 200 MWh or more, 500 MWh or more, 1000 MWh or more, 2000 MWh or more, or 5000 MWh or more.

[00207] ФИГ. 8В изображает нижние части модулей батареи в соответствии с вариантом реализации изобретения. Нижние части могут включать одну или более стопок 820, которые могут включать один или более слоев/уровней 836 элементов. Модуль батареи может включать основание 824 блока батареи под слоями элементов. Основание блока может поддерживать блок под нижним резервуаром 822. Нижний резервуар может быть выполнен с возможностью содержания электролита, который может стекать из стопок. Основание блока может быть выполнен с возможностью предотвращать контактирование электролита с низом стопок, таким как воздушный электрод в низу стопки. В других вариантах реализации основание блока может позволять электролиту контактировать с низом стопки, но может обеспечивать поддержку для того, чтобы удерживать основание блока нависающим над частями нижнего резервуара.FIG. 8B depicts the lower parts of battery modules in accordance with an embodiment of the invention. The lower parts may include one or more stacks 820, which may include one or more layers / levels of 836 elements. The battery module may include a base 824 of the battery pack under the layers of cells. The base of the block may support the block underneath the lower reservoir 822. The lower reservoir may be configured to contain electrolyte that can drain from the stacks. The base of the unit may be configured to prevent contact of the electrolyte with the bottom of the stacks, such as an air electrode at the bottom of the stack. In other embodiments, the base of the block may allow the electrolyte to contact the bottom of the stack, but may provide support to hold the base of the block overhanging parts of the lower reservoir.

[00208] В некоторых вариантах реализации нижний резервуар хранения электролита, который может быть термоформованным, может принимать переливающийся электролит и способствовать циркуляции электролита внутри системы батареи. Например, нижний резервуар может направлять электролит в резервуар проверки и затем в верхний резервуар, который может распределять электролит по одной или более стопкам. Нижний резервуар может быть проточно соединен с одной или более деталями 826 распределения текучей среды, которые могут включать трубки, каналы или любые другие проходы для распределения текучей среды, известные в данной области техники.[00208] In some embodiments, a lower electrolyte storage tank, which can be thermoformed, can receive an iridescent electrolyte and promote electrolyte circulation within the battery system. For example, the lower reservoir may direct electrolyte to the verification reservoir and then to the upper reservoir, which can distribute the electrolyte into one or more stacks. The lower reservoir may be fluidly connected to one or more fluid distribution parts 826, which may include tubes, channels, or any other fluid distribution passages known in the art.

[00209] Стопка 820 внутри модуля батареи может включать в себя один или более слоев или уровней 836. Уровень или слой может включать рамку 830. Рамка может быть отформована литьем под давлением или сформирована каким-либо другим методом. В некоторых вариантах реализации отдельная сформированная как единое целое рамка может быть предусмотрена на каждый слой или уровень. В других вариантах реализации множественные рамки или отделяемые части рамок могут быть предусмотрены на каждый слой или уровень. В некоторых вариантах реализации рамка может включать в себя часть системы 832 управления электролитом. Система управления электролитом может быть сформирована заодно внутри рамки. Когда слои рамок укладывают стопкой вертикально, части системы управления электролитом могут становиться вертикально совмещенными и позволять электролиту распределяться к элементам 834 внутри слоев.[00209] The stack 820 inside the battery module may include one or more layers or levels 836. The level or layer may include a frame 830. The frame may be injection molded or otherwise formed. In some embodiments, a separate frame formed as a single unit may be provided for each layer or level. In other embodiments, multiple frames or detachable portions of the frames may be provided for each layer or level. In some embodiments, the frame may include part of an electrolyte control system 832. An electrolyte control system may be formed integrally within the frame. When the layers of the frames are stacked vertically, parts of the electrolyte control system can become vertically aligned and allow the electrolyte to be distributed to cells 834 within the layers.

[00210] Элемент 834 может быть образован окруженным рамкой 830 и опирающимся на электрод 828. В предпочтительных вариантах реализации поверхность электрода, образующая донную часть элемента, может являться металлическим электродом. Электролит может протекать в элемент и поддерживаться электродом, а также удерживаться рамкой. Любой перелив электролита может стекать в систему 832 управления электролитом и может распределяться в нижележащий элемент, или же может стекать вплоть до нижнего резервуара 822.[00210] The element 834 may be formed by a surrounded frame 830 and supported by an electrode 828. In preferred embodiments, the electrode surface forming the bottom of the element may be a metal electrode. The electrolyte can flow into the cell and supported by the electrode, as well as held by the frame. Any electrolyte overflow can drain into the electrolyte control system 832 and can be distributed to the underlying cell, or it can drain down to the lower reservoir 822.

[00211] ФИГ. 8С изображает множество модулей батареи в системе батареи. В некоторых вариантах реализации система батареи может включать корпус, который может включать дно 840 или основание, или одну или более стенок 842 или оболочек. Как указано ранее, в некоторых вариантах реализации корпус может являться стандартным контейнером, таким как транспортировочный контейнер.FIG. 8C shows a plurality of battery modules in a battery system. In some embodiments, the battery system may include a housing, which may include a bottom 840 or a base, or one or more walls 842 or shells. As indicated previously, in some embodiments, the housing may be a standard container, such as a shipping container.

[00212] Система батареи может включать в себя систему управления электролитом. В некоторых вариантах реализации система управления электролитом может включать один или более резервуаров 844а, 844b, которые могут способствовать циркуляции электролита внутри системы или запасанию или подаче воды для гарантирования постоянного состава смеси электролита, когда происходит испарение. Эти резервуары могут либо способствовать фильтрованию электролита внутри системы, либо способствовать обеспечению добавок к электролиту внутри системы. В некоторых вариантах реализации в системе электролита могут быть использованы один или более насосов, клапанов или перепадов давлений, таких как источник положительного давления или источник отрицательного давления, тем самым содействуя циркуляции электролита. В некоторых вариантах реализации резервуар может иметь вход в систему и/или выход из системы. Вход и/или выход могут быть использованы для удаления отходов или отфильтрованного материала, обеспечения добавок, отвода газов или излишней текучей среды, или обеспечения свежей текучей среды в систему. В некоторых вариантах реализации внутри системы батареи могут быть предусмотрены одна или более проводящих электролит деталей 846. Проводящая электролит деталь может являться трубкой, каналом или любым другим узлом, способными транспортировать текучую среду из резервуара в верхние резервуары стопок непосредственно или через коллектор. Проводящие электролит детали могут переносить электролит из резервуара 844а, 844b к одному или более модулей 850. В некоторых вариантах реализации электролит может быть перенесен в верхний лоток или резервуар модуля. В некоторых вариантах реализации проводящие электролит детали могут быть использованы для переноса электролита из модуля в резервуар 844а, 844b. Проводящая электролит деталь может переносить электролит из нижнего лотка или резервуара модуля в резервуар 844а, 844b.[00212] The battery system may include an electrolyte control system. In some embodiments, the electrolyte control system may include one or more reservoirs 844a, 844b, which can facilitate circulation of the electrolyte within the system or the storage or supply of water to ensure a constant electrolyte mixture when evaporation occurs. These tanks can either help filter the electrolyte inside the system, or help provide additives to the electrolyte inside the system. In some embodiments, one or more pumps, valves, or differential pressures, such as a positive pressure source or negative pressure source, may be used in the electrolyte system, thereby promoting electrolyte circulation. In some embodiments, the reservoir may have system entry and / or exit. The inlet and / or outlet may be used to remove waste or filtered material, provide additives, vent gases or excessive fluid, or provide fresh fluid to the system. In some embodiments, one or more electrolyte-conducting parts 846 may be provided within the battery system. The electrolyte-conducting part may be a tube, channel, or any other assembly capable of transporting fluid from the reservoir to the upper reservoirs of the stacks directly or through a collector. Electrolyte-conducting parts may transfer electrolyte from reservoir 844a, 844b to one or more modules 850. In some embodiments, the electrolyte may be transferred to an upper tray or module reservoir. In some embodiments, electrolyte-conducting parts may be used to transfer electrolyte from the module to reservoir 844a, 844b. The electrolyte-conducting part may transfer electrolyte from the bottom tray or module reservoir to the reservoir 844a, 844b.

[00213] Система батареи может включать воздухопроточный узел. Воздухопроточный узел может заставить воздух циркулировать внутри системы батареи. В некоторых вариантах реализации воздухопроточный узел может заставить воздух проходить внутри модулей. В некоторых вариантах реализации воздухопроточный узел может заставить воздух проходить в воздушные туннели между элементами. В некоторых вариантах реализации один или более воздушных туннелей может быть предусмотрены между каждым слоем стопки. В некоторых вариантах реализации воздушные проточные туннели могут быть ориентированы горизонтально. В некоторых вариантах реализации воздушные проточные туннели могут быть ориентированы практически горизонтально и/или могут иметь небольшой наклон (например, от 1 до 5 градусов). Воздухопроточный узел может включать в себя вентилятор, насос, перепад давлений, такой как источник положительного давления или источник отрицательного давления, или любой другой узел, который может заставить воздух перемещаться. В некоторых вариантах реализации воздухопроточный узел может заставить воздух проходить внутри туннелей одного или более модулей. В некоторых вариантах реализации воздух может проходить между туннелями различных модулей. Элементы могут быть сконфигурированы таким образом, что воздушные туннели могут быть сформированы непрерывно между смежными элементами и/или смежными модулями. В других вариантах реализации могут иметь место разрывы в туннеле между элементами и/или между модулями.[00213] The battery system may include an air flow assembly. An air flow assembly can cause air to circulate inside the battery system. In some embodiments, an air flow assembly may cause air to flow inside the modules. In some embodiments, an air flow assembly may cause air to pass into the air tunnels between the elements. In some embodiments, one or more air tunnels may be provided between each layer of the stack. In some embodiments, the air flow tunnels may be oriented horizontally. In some embodiments, the air flow tunnels may be oriented almost horizontally and / or may have a slight slope (for example, from 1 to 5 degrees). The air flow assembly may include a fan, a pump, a differential pressure such as a positive pressure source or negative pressure source, or any other assembly that can cause air to move. In some embodiments, an air flow assembly may cause air to flow inside the tunnels of one or more modules. In some embodiments, air may pass between tunnels of various modules. Elements can be configured so that air tunnels can be formed continuously between adjacent elements and / or adjacent modules. In other embodiments, gaps may occur in the tunnel between the elements and / or between the modules.

[00214] В некоторых вариантах реализации система батареи может также включать в себя один или более блоков 848 инвертора. Блок инвертора может преобразовывать электроэнергию постоянного тока в переменный ток.[00214] In some embodiments, the battery system may also include one or more inverter units 848. The inverter unit can convert direct current electricity to alternating current.

[00215] ФИГ. 8D изображает вид сверху системы батареи, включающей множество модулей батареи. Как описано ранее, может быть предусмотрен корпус для системы батареи. Корпус может включать дно 860 и/или оболочку или дверь 862, которые могут иметь стенки или потолок. Могут быть предусмотрены один или более резервуаров 864 или проводящих электролит деталей 866, таких как труба. Проводящая электролит деталь может проточно соединять резервуар с одним или более модулями 870. В некоторых вариантах реализации каждый модуль может быть непосредственно проточно соединен с резервуаром посредством проводящей электролит детали. В некоторых других вариантах реализации один или более модулей могут быть не напрямую соединены с резервуаром через другие модули. В некоторых вариантах реализации проводящая электролит деталь может быть соединена с одним или более модулями на верху модуля. Проводящая электролит деталь может быть выполнена с возможностью подавать электролит в верхний лоток одного или более модулей.[00215] FIG. 8D is a plan view of a battery system including a plurality of battery modules. As described previously, a housing may be provided for the battery system. The housing may include a bottom 860 and / or a shell or door 862, which may have walls or a ceiling. One or more reservoirs 864 or electrolyte-conducting parts 866, such as a pipe, may be provided. An electrolyte-conducting part may fluidically connect the reservoir to one or more modules 870. In some embodiments, each module may be directly flow-connected to the reservoir via an electrolyte-conducting part. In some other embodiments, one or more of the modules may not be directly connected to the reservoir through other modules. In some embodiments, the electrolyte-conducting part may be connected to one or more modules at the top of the module. The electrolyte-conducting part may be configured to supply electrolyte to the upper tray of one or more modules.

[00216] Любое число модулей 870 может быть предусмотрено внутри системы батареи. Например, внутри системы батареи могут быть предусмотрены один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять, одиннадцать, двенадцать, тринадцать, четырнадцать, пятнадцать, шестнадцать, семнадцать, восемнадцать, девятнадцать, двадцать, двадцать один, двадцать два, двадцать три, двадцать четыре, двадцать пять, двадцать шесть, двадцать семь, двадцать восемь, двадцать девять, тридцать или более модулей. В некоторых вариантах реализации система батареи может являться контейнером 6-часового хранения энергии мощностью 1 МВт. В других вариантах реализации система батареи может быть системой мощностью 100 кВт, 200 кВт, 300 кВт, 500 кВт, 700 кВт, 1 МВт, 2 МВт, 3 МВт, 5 МВт, 7 МВт, 10 МВт, 15 МВт, 20 МВт, 30 МВт или более. В некоторых вариантах реализации система батареи может быть системой с длительностью хранения 1 час, 2 часа, 3 часа, 4 часа, 5 часов, 6 часов, 7 часов, 8 часов, 9 часов, 10 часов, 11 часов, 12 часов, 13 часов, 14 часов, 15 часов или более.[00216] Any number of modules 870 may be provided within the battery system. For example, one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve, thirteen, fourteen, fifteen, sixteen, seventeen, eighteen, nineteen, twenty, twenty one can be provided within a battery system , twenty two, twenty three, twenty four, twenty five, twenty six, twenty seven, twenty eight, twenty nine, thirty or more modules. In some embodiments, the battery system may be a 1 MW 6-hour energy storage container. In other embodiments, the battery system may be a system with a capacity of 100 kW, 200 kW, 300 kW, 500 kW, 700 kW, 1 MW, 2 MW, 3 MW, 5 MW, 7 MW, 10 MW, 15 MW, 20 MW, 30 MW or more. In some embodiments, the battery system may be a system with a storage duration of 1 hour, 2 hours, 3 hours, 4 hours, 5 hours, 6 hours, 7 hours, 8 hours, 9 hours, 10 hours, 11 hours, 12 hours, 13 hours , 14 hours, 15 hours or more.

[00217] В некоторых вариантах реализации, для стандартного модуля, может быть применима одна или более из следующих характеристик: система может иметь параметры, такие как 500 кВт - 2 МВт, 2-12 МВт·ч, и предполагается, что система будет иметь низкую стоимость. Такие параметры приводятся только в качестве примера и не ограничивают изобретения.[00217] In some embodiments, for a standard module, one or more of the following characteristics may be applicable: the system may have parameters such as 500 kW - 2 MW, 2-12 MW · h, and it is assumed that the system will have a low cost. Such parameters are given only as an example and do not limit the invention.

[00218] Модули могут иметь любую конфигурацию внутри системы батареи. Например, могут быть предусмотрены один или более рядов и/или столбцов модулей. В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрен массив модулей. Например, могут быть предусмотрены два ряда по 12 модулей в каждом.[00218] The modules may be of any configuration within the battery system. For example, one or more rows and / or columns of modules may be provided. In some embodiments, an array of modules may be provided. For example, two rows of 12 modules each may be provided.

[00219] В некоторых вариантах реализации проводящая электролит деталь может быть трубой, которая может проходить над каждым модулем. В некоторых вариантах реализации труба может проточно сообщаться с каждым модулем на верху модуля. Труба может переносить электролит в верхний лоток каждого модуля. В некоторых вариантах реализации труба может проходить в виде прямой трубы над первым рядом модулей, затем может изгибаться и разворачиваться и проходить в виде прямой трубы над вторым рядом модулей. Как альтернативный вариант, труба может иметь любую другую изогнутую или зигзагообразную конфигурацию.[00219] In some embodiments, the electrolyte-conducting part may be a pipe that can extend over each module. In some embodiments, the pipe may be in fluid communication with each module on top of the module. The pipe can carry electrolyte into the top tray of each module. In some embodiments, the pipe may extend in the form of a straight pipe above the first row of modules, then it may bend and turn and pass in the form of a straight pipe above the second row of modules. Alternatively, the pipe may have any other curved or zigzag configuration.

[00220] В некоторых вариантах реализации система батареи может также включать в себя один или более блоков 868 инвертеров. Блок инвертеров может преобразовывать электроэнергию постоянного тока в переменный ток.[00220] In some embodiments, a battery system may also include one or more inverter units 868. The inverter unit can convert direct current electricity to alternating current.

[00221] ФИГ. 8Е изображает пример системы батареи, включающей воздухопроточный узел. Узел батареи может иметь контейнер с передним концом и задним концом. В некоторых вариантах реализации контейнер может быть термически изолирован и/или электрически изолирован. В некоторых вариантах реализации контейнер может быть стандартным контейнером, таким как описанный ранее, или рефрижераторным контейнером. В некоторых вариантах реализации контейнер может быть примерно 40 футов в длину.FIG. 8E depicts an example battery system including an air flow assembly. The battery assembly may have a container with a front end and a rear end. In some embodiments, the container may be thermally insulated and / or electrically insulated. In some embodiments, the container may be a standard container, such as described previously, or a refrigerated container. In some embodiments, the container may be approximately 40 feet in length.

[00222] Один или более модулей могут содержаться внутри контейнера. В некоторых вариантах реализации внутри контейнера может быть предусмотрено вплоть до 36 модулей. Модули могут быть выложены в контейнере таким образом, чтобы были предусмотрены два ряда модулей, причем каждый из рядов имеет по 12 модулей. Таким образом, система батареи может иметь структуру, в которой 12 моделей в глубину и 2 модуля в ширину. В некоторых вариантах реализации на каждый модуль могут быть предусмотрены 1800 четверок элементов. Модуль может иметь 120 элементов в высоту (например, имея 120 слоев или уровней) и может иметь 15 четверок элементов на каждый слой или уровень. В некоторых вариантах реализации система батареи может иметь в сумме примерно 50000 четверок элементов.[00222] One or more modules may be contained within a container. In some embodiments, up to 36 modules may be provided within the container. Modules can be laid out in a container so that two rows of modules are provided, each row having 12 modules. Thus, a battery system can have a structure in which 12 models are deep and 2 modules are wide. In some embodiments, 1800 quadruples of elements may be provided for each module. A module can have 120 elements in height (for example, having 120 layers or levels) and can have 15 four elements for each layer or level. In some embodiments, a battery system may have a total of approximately 50,000 quartet cells.

[00223] ФИГ. 8Е предоставляет пример воздухопроточного узла. Воздухопроточный узел может быть предусмотрен внутри контейнера. Дно контейнера А может включать т-образные балки (тавровый профиль), желоба, каналы, выступы, ребра или другие формы. В некоторых рефрижераторных контейнерах может быть предусмотрен нижний воздухопроточный коллектор В или же может быть использован т-образный профиль пола. В некоторых вариантах реализации воздух в нижнем коллекторе может проходить сбоку. В некоторых вариантах реализации воздух может проходить к центральному проходу С воздухопроточного узла. В некоторых вариантах реализации воздух может подниматься в центральном проходе. Один или более воздушных туннелей D могут быть предусмотрены для одного или более модулей. Воздушный туннель может иметь горизонтальную ориентацию. Воздушные туннели могут быть предусмотрены как часть центродов элементов. Воздух может проходить из центрального прохода в один или более воздушных туннелей, которые канализируют воздух сбоку между элементами.FIG. 8E provides an example of an air flow assembly. An air flow assembly may be provided inside the container. The bottom of container A may include t-beams (T-profiles), gutters, channels, protrusions, ribs, or other shapes. In some refrigerated containers, a lower air flow manifold B may be provided or a t-shaped floor profile may be used. In some embodiments, air in the lower manifold may extend laterally. In some embodiments, air may pass to a central passage C of the airflow assembly. In some embodiments, air may rise in a central passage. One or more air tunnels D may be provided for one or more modules. The air tunnel may have a horizontal orientation. Air tunnels may be provided as part of the element centrodes. Air can flow from the central passage into one or more air tunnels that channel the air to the side between the elements.

[00224] Из воздушного туннеля D воздух может проходить сбоку в периферийный проход E. Могут быть предусмотрены один или более периферийных проходов. В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены два периферийных прохода E, F. Воздух может подниматься вдоль периферийных проходов. Периферийный проход может быть предусмотрен между модулем К и стенкой I контейнера. В некоторых вариантах реализации с вентилятором(ами) или системой циркуляции или выдува воздуха может быть предусмотрен верхний воздушный коллектор H с обшивкой G верхнего воздушного коллектора. Верхний воздушный коллектор может принимать воздух из периферийных проходов. В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрено блокирующее устройство J для предотвращения подъема воздуха из центрального прохода непосредственно в верхний воздушный коллектор. Оно может вынуждать некоторое количество воздуха проходить в воздушные туннели. В альтернативных вариантах реализации некоторое количество воздуха может подниматься из центрального прохода в верхний коллектор. В некоторых вариантах реализации воздух может проходить продольно вдоль верхнего воздушного коллектора. Например, воздух может проходить со стороны контейнера с зоной размещения вспомогательного оборудования к другому концу контейнера.[00224] From the air tunnel D, air can pass laterally into the peripheral passage E. One or more peripheral passages can be provided. In some embodiments, two peripheral passages E, F may be provided. Air may rise along the peripheral passages. A peripheral passage may be provided between the module K and the wall I of the container. In some embodiments with a fan (s) or air circulation or blowing system, an upper air manifold H with a skin G of the upper air manifold may be provided. The upper air manifold may receive air from peripheral passages. In some embodiments, a blocking device J may be provided to prevent air from rising from the central passage directly into the upper air manifold. It can cause some air to pass through the air tunnels. In alternative embodiments, a certain amount of air may rise from the central passage to the upper manifold. In some embodiments, air may extend longitudinally along the upper air manifold. For example, air may pass from the side of the container with the accessory area to the other end of the container.

[00225] ФИГ. 8F предоставляет дополнительный вид воздухопроточного узла. Воздухопроточный узел может быть предусмотрен внутри контейнера. Дно контейнера А может включать т-образные балки, желоба, каналы, выступы, ребра или другие формы. Воздух может проходить вдоль пространств, обеспеченных на дне между поверхностными деталями дна. Может быть предусмотрен нижний воздушный проход или туннель В. В некоторых вариантах реализации воздух может проходить в нижнем проходе может проходить вбок. В некоторых вариантах реализации воздух может проходить к центральному проходу С воздухопроточного узла. В некоторых вариантах реализации воздух может подниматься в центральном проходе. Один или более воздушных туннелей D могут быть предусмотрены для одного или более модулей. Воздушный туннель может иметь горизонтальную ориентацию. Воздушные туннели могут быть предусмотрены как часть центродов элементов. Воздух может проходить из центрального прохода в один или более воздушных туннелей, которые канализируют воздух сбоку между элементами.FIG. 8F provides an additional view of the airflow assembly. An air flow assembly may be provided inside the container. The bottom of container A may include t-beams, gutters, channels, protrusions, ribs, or other shapes. Air may pass along spaces provided at the bottom between the surface details of the bottom. A lower air passage or tunnel B may be provided. In some embodiments, air may pass in the lower passage and may extend laterally. In some embodiments, air may pass to a central passage C of the airflow assembly. In some embodiments, air may rise in a central passage. One or more air tunnels D may be provided for one or more modules. The air tunnel may have a horizontal orientation. Air tunnels may be provided as part of the element centrodes. Air can flow from the central passage into one or more air tunnels that channel the air to the side between the elements.

[00226] Из воздушного туннеля D воздух может проходить вбок в периферийный проход E. Могут быть предусмотрены один или более периферийных проходов. В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены два периферийных прохода. Воздух может подниматься вдоль периферийных проходов. Периферийный проход может быть предусмотрен между модулем и стенкой I контейнера. В некоторых вариантах реализации верхний воздушный коллектор J может быть снабжен обшивкой верхнего воздушного коллектора. Верхний воздушный коллектор может принимать воздух из периферийных проходов. В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрено блокирующее устройство H для предотвращения подъема воздуха из центрального прохода непосредственно в верхний воздушный коллектор. Оно может вынуждать некоторое количество воздуха проходить в воздушные туннели. В альтернативных вариантах реализации некоторое количество воздуха может подниматься из центрального прохода в верхний коллектор. В некоторых вариантах реализации воздух может проходить продольно вдоль верхнего воздушного коллектора. Например, воздух может проходить со стороны контейнера с зоной размещения вспомогательного оборудования к другому концу контейнера.[00226] From the air tunnel D, air can flow sideways into the peripheral passage E. One or more peripheral passages can be provided. In some embodiments, two peripheral passages may be provided. Air may rise along peripheral passages. A peripheral passage may be provided between the module and the wall I of the container. In some embodiments, the upper air manifold J may be provided with a skin for the upper air manifold. The upper air manifold may receive air from peripheral passages. In some embodiments, a blocking device H may be provided to prevent air from rising from the central passage directly into the upper air manifold. It can cause some air to pass through the air tunnels. In alternative embodiments, a certain amount of air may rise from the central passage to the upper manifold. In some embodiments, air may extend longitudinally along the upper air manifold. For example, air may pass from the side of the container with the accessory area to the other end of the container.

[00227] Может быть предусмотрен верхний резервуар G подачи электролита как часть модуля. Может быть также предусмотрен нижний резервуар T приема электролита как часть модуля. В некоторых вариантах реализации контейнер I может лежать на поверхности K.[00227] An upper electrolyte supply tank G may be provided as part of the module. A lower electrolyte receiving tank T may also be provided as part of the module. In some embodiments, container I may lie on surface K.

[00228] В некоторых вариантах реализации подаваемый воздух может быть воздухом, подаваемым через дно и нижний коллектор. Подаваемый воздух может затем подниматься через центральный проход и проходить через воздушные туннели. Отводимый воздух может проходить прямо через периферийные проходы и протекать через верхний коллектор. В альтернативных вариантах реализации изобретения воздух может проходить в других направлениях (например, может подаваться из верхнего коллектора и может проходить через воздушные туннели в противоположных направлениях).[00228] In some embodiments, the supplied air may be air supplied through the bottom and bottom of the manifold. The supplied air can then rise through the central passage and pass through the air tunnels. The exhaust air can pass directly through the peripheral passages and flow through the upper manifold. In alternative embodiments of the invention, air may flow in other directions (for example, may be supplied from the upper manifold and may pass through air tunnels in opposite directions).

[00229] ФИГ. 8G изображает альтернативный пример конфигурации потоков воздуха. В некоторых вариантах реализации воздух может проходить продольно вдоль контейнера и не должен расщепляться вбок. Воздух может циркулировать или не циркулировать обратно продольно вдоль контейнера.[00229] FIG. 8G depicts an alternative example of a configuration of air flows. In some embodiments, the air may extend longitudinally along the container and should not split sideways. Air may or may not circulate back longitudinally along the container.

[00230] В некоторых вариантах реализации модули могут быть помещены на дно контейнера. В некоторых вариантах реализации дно контейнера может иметь т-образные балки настила. В некоторых вариантах реализации дно может иметь один или более желобов, каналов, канавок, выступов или ребер, которые могут поддерживать модули, при этом обеспечивая пространство под модулями. В некоторых вариантах реализации воздух может проходить внутри пространства под модулями. Это может помочь при регулировке температуры.[00230] In some embodiments, the modules may be placed on the bottom of the container. In some embodiments, the bottom of the container may have t-shaped floor beams. In some embodiments, the bottom may have one or more grooves, channels, grooves, protrusions, or ribs that can support the modules while providing space under the modules. In some embodiments, air may pass inside the space under the modules. This may help when adjusting the temperature.

[00231] В некоторых вариантах реализации предусмотрена зона размещения вспомогательного оборудования внутри контейнера и рядом с модулями. Например, модули могут быть расположены внутри контейнера так, чтобы обеспечить зону размещения вспомогательного оборудования площадью 6 на 7 футов. В некоторых вариантах реализации пользователь может иметь возможность доступа к зоне размещения вспомогательного оборудования. Пользователь может иметь возможность войти в контейнер в зону размещения вспомогательного оборудования. В некоторых вариантах реализации зона размещения вспомогательного оборудования может быть расположена в заднем конце контейнера.[00231] In some embodiments, an auxiliary equipment placement area is provided within the container and adjacent to the modules. For example, modules may be located inside the container to provide a 6 by 7 foot area for auxiliary equipment. In some embodiments, a user may be able to access an area of auxiliary equipment. The user may be able to enter the container into the area of the auxiliary equipment. In some embodiments, the accessory placement area may be located at the rear end of the container.

[00232] В некоторых вариантах реализации внутри контейнера может быть предусмотрена воздухораспределительная камера (пленум). Воздухораспределительная камера может выступать от стены контейнера на переднем конце. Воздухораспределительная камера может быть изогнута и может встречаться с модулем примерно на полпути вверх. В некоторых вариантах реализации подача воздуха может быть обеспечена в одной части воздухораспределительной камеры, а забор воздуха может быть обеспечен в другой части воздухораспределительной камеры. Например, подача воздуха может быть обеспечена с нижней стороны воздухораспределительной камеры, а забор воздуха может быть обеспечен в верхней части воздухораспределительной камеры, или наоборот. В некоторых вариантах реализации подача воздуха может включать холодный, обработанный воздух. Подача воздуха может происходить в первом горизонтальном направлении через модули, предусмотренные на стороне подачи воздухораспределительной камеры. Например, если подача воздуха предусмотрена с нижней стороны воздухораспределительной камеры, воздух может проходить в первом направлении горизонтально через нижнюю половину модулей. Воздух может проходить через один или более воздушных туннелей модулей.[00232] In some embodiments, an air distribution chamber (plenum) may be provided within the container. The air distribution chamber may protrude from the container wall at the front end. The air distribution chamber may be bent and may meet the module about halfway up. In some embodiments, air may be provided in one part of the air distribution chamber, and air intake may be provided in another part of the air distribution chamber. For example, air may be provided from the lower side of the air distribution chamber, and air intake may be provided at the upper part of the air distribution chamber, or vice versa. In some embodiments, the air supply may include cold, treated air. The air supply can occur in the first horizontal direction through the modules provided on the supply side of the air distribution chamber. For example, if an air supply is provided from the bottom of the air distribution chamber, air can flow horizontally through the lower half of the modules in the first direction. Air may pass through one or more module air tunnels.

[00233] Когда воздух попадает в зону размещения вспомогательного оборудования на другом конце контейнера, воздух может переместиться в другую часть модулей. Например, воздух может подниматься к верху модулей и проходить во втором направлении обратно к верхней части воздухораспределительной камеры. В некоторых вариантах реализации второе направление может быть горизонтальным и/или может быть противоположно первому направлению. Воздух может доходить до обратного воздухозаборника в верхней части воздухораспределительной камеры. Воздухораспределительная камера может быть предусмотрена на переднем конце контейнера. Как альтернативный вариант, воздух не обязательно должен циркулировать обратно и может быть принят заборником на стороне зоны размещения вспомогательного оборудования контейнера. Сторона зоны размещения дополнительного оборудования контейнера может обеспечивать или не обеспечивать вторую подачу воздуха, который может проходить обратно к первой подаче воздуха. На переднем конце контейнера может быть также предусмотрен блок переноса. Блок переноса может принимать забор воздуха и может охлаждать его, может изменять и/или поддерживать температуру воздуха, может фильтровать воздух и/или может изменять или поддерживать состав воздуха.[00233] When air enters the accessory area at the other end of the container, air can move to another part of the modules. For example, air can rise to the top of the modules and pass in a second direction back to the top of the air distribution chamber. In some embodiments, the second direction may be horizontal and / or may be opposite to the first direction. Air may reach the return air intake at the top of the air distribution chamber. An air distribution chamber may be provided at the front end of the container. Alternatively, the air does not have to be circulated back and can be taken in by the intake on the side of the container access area. The side of the container accessory area may or may not provide a second air supply, which may flow back to the first air supply. A transfer unit may also be provided at the front end of the container. The transfer unit may receive an air intake and may cool it, may change and / or maintain the temperature of the air, may filter the air and / or may change or maintain the composition of the air.

Конфигурации баланса установкиInstallation Balance Configurations

A. Системы циркуляции и обработки электролитаA. Circulation and electrolyte treatment systems

[00234] Как описано ранее и изображено на ФИГ. 4А, может быть предусмотрена система циркуляции и обработки электролита, состоящая из нескольких компонентов. В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрена отдельная балансировка установки (система управления электролитом/воздухом и водой). Система циркуляции и обработки электролита может включать одно или более из следующего:[00234] As described previously and shown in FIG. 4A, an electrolyte circulation and processing system consisting of several components may be provided. In some embodiments, a separate plant balancing (electrolyte / air and water control system) may be provided. An electrolyte circulation and processing system may include one or more of the following:

[00235] Устройство для деионизации и фильтрации подаваемой воды до впуска в систему.[00235] A device for deionizing and filtering the feed water before it enters the system.

[00236] Химический резервуар для введения и смешивания различных солей и других химических веществ с деионизированной водой. Это может образовывать по меньшей мере часть электролита.[00236] A chemical reservoir for introducing and mixing various salts and other chemicals with deionized water. This may form at least a portion of the electrolyte.

[00237] Резервуар или серию резервуаров, которые измеряют и обрабатывают электролит батареи.[00237] A reservoir or series of reservoirs that measure and process battery electrolyte.

[00238] Насос или серию насосов, который(ая) распределяет электролит по всей системе батареи.[00238] A pump or series of pumps that distributes electrolyte throughout an entire battery system.

[00239] Различные датчики, которые измеряют и контролируют общий объем, плотность, температуру, уровни pH электролита и другие параметры работы системы.[00239] Various sensors that measure and monitor total volume, density, temperature, electrolyte pH levels, and other system operation parameters.

[00240] Линии подачи и возврата, которые распределяют жидкий электролит к и из батареи.[00240] Supply and return lines that distribute liquid electrolyte to and from the battery.

[00241] Различные датчики и клапаны для регулирования потока жидкого электролита и регулирования электрических соединений с блока управления.[00241] Various sensors and valves for regulating the flow of liquid electrolyte and regulating electrical connections from the control unit.

[00242] ФИГ. 8H предоставляет пример системы батареи внутри контейнера. Один или более резервуаров (например, резервуар обработки/содержания, резервуар электролита) могут быть предусмотрены и могут быть соединены с одним или более модулями посредством проточных соединителей и клапанов. Например, электролит может обеспечиваться через коллектор, а затем индивидуально разделяться в отдельные проточные соединители, которые перемещают электролит к каждому из модулей внутри системы. Например, каждый верхний резервуар модуля внутри системы может быть в проточном сообщении с коллектором и может получать из него текучую среду. В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены один или более пользовательских интерфейсов.[00242] FIG. 8H provides an example of a battery system inside a container. One or more reservoirs (e.g., treatment / containment reservoir, electrolyte reservoir) may be provided and may be connected to one or more modules via flow connectors and valves. For example, the electrolyte can be provided through a collector, and then individually separated into separate flow-through connectors that move the electrolyte to each of the modules within the system. For example, each upper module reservoir inside the system can be in fluid communication with the collector and can receive fluid from it. In some embodiments, one or more user interfaces may be provided.

[00243] В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрена воздухонепроницаемая перегородка между модулями и остальной частью контейнера. Например, может быть предусмотрена зона обслуживания или размещения вспомогательного оборудования, к которой может иметь доступ оператор или другой пользователь. Например, может быть предусмотрен проход обслуживания, куда может войти оператор или другой пользователь. В некоторых вариантах реализации зона обслуживания или размещения вспомогательного оборудования может включать резервуары, пользовательский интерфейс или электронные органы управления. В одном примере воздухонепроницаемая перегородка может отделять зону обслуживания или размещения вспомогательного оборудования от модулей.[00243] In some embodiments, an airtight partition between the modules and the rest of the container may be provided. For example, a service or placement area for auxiliary equipment may be provided, which may be accessed by an operator or other user. For example, a service passage may be provided where an operator or other user may enter. In some embodiments, the service or placement area of auxiliary equipment may include tanks, a user interface, or electronic controls. In one example, an airtight partition may separate the service or placement area of auxiliary equipment from the modules.

B. Системы циркуляции и кондиционирования воздухаB. Circulation and air conditioning systems

[00244] ФИГ. 8А изображает пример применения в изолированном грузовом контейнере и HVAC-машине в соответствии с вариантом реализации изобретения. Система хранения энергии может включать в себя систему циркуляции и кондиционирования воздуха, состоящую из нескольких компонентов. ФИГ. 8Е предоставляет пример системы циркуляции воздуха.FIG. 8A shows an example application in an insulated freight container and an HVAC machine according to an embodiment of the invention. An energy storage system may include a circulation and air conditioning system consisting of several components. FIG. 8E provides an example of an air circulation system.

[00245] Может быть предусмотрена последовательность воздухораспределительных проточных камер для регулирования и равномерного распределения потока воздуха между элементами. Принудительное воздушное охлаждение может быть более эффективным, чем конвекция, особенно при сочетании с хорошими внутренними теплоотводами и конструкцией закрытого пространства в стиле воздухораспределительной камеры. Нагретый воздух может быть удален из закрытых пространств оборудования с помощью вентиляторов или воздуходувок, которые могут также втягивать голее холодных воздух в закрытое пространство через отдушины. В зависимости от требований к охлаждению, малые или большие объемы воздуха могут перемещаться через закрытое пространство.[00245] A sequence of air distribution flow chambers may be provided to control and evenly distribute the air flow between the elements. Forced air cooling can be more efficient than convection, especially when combined with good internal heat sinks and an enclosed space design in the style of an air distribution chamber. Heated air can be removed from enclosed spaces with fans or blowers, which can also draw cooler air into enclosed spaces through vents. Depending on cooling requirements, small or large volumes of air can move through an enclosed space.

[00246] В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены один или более датчиков температуры. На основании температуры, обнаруженной датчиком температуры, параметры работы вентиляторов или воздуходувок могут изменяться и/или поддерживаться для регулирования расхода воздуха. Может быть предусмотрена система вентиляторов, которая проталкивает воздух через батарею.[00246] In some embodiments, one or more temperature sensors may be provided. Based on the temperature detected by the temperature sensor, the operation parameters of the fans or blowers can be varied and / or maintained to control air flow. A fan system may be provided that pushes air through the battery.

[00247] Система может включать в себя систему подпитки и фильтрации свежего воздуха для введения кислорода, при этом отфильтровывающую нежелательные загрязнения. В некоторых вариантах реализации может быть желательно иметь более высокое содержание кислорода по сравнению с окружающим воздухом.[00247] The system may include a fresh air recharge and filtration system for introducing oxygen, while filtering out unwanted contaminants. In some embodiments, it may be desirable to have a higher oxygen content than ambient air.

[00248] Может быть предусмотрена HVAC-система, которая измеряет и регулирует температуру воздуха внутри корпуса батареи.[00248] An HVAC system may be provided that measures and controls the temperature of the air inside the battery case.

[00249] Система может также включать в себя систему регулирования влажности, которая увлажняет или осушает воздух внутри корпуса батареи. Могут быть предусмотрены один или более датчиков влажности. Система регулирования влажности может изменять и/или поддерживать влажность воздуха на основании результатов измерений от датчиков влажности.[00249] The system may also include a humidity control system that humidifies or dehydrates the air inside the battery case. One or more humidity sensors may be provided. A humidity control system can change and / or maintain air humidity based on measurements from humidity sensors.

[00250] В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрена серия датчиков, которые связываются с различными другими системами.[00250] In some embodiments, a series of sensors may be provided that communicate with various other systems.

С. Возможности электрического подключения и управлениеC. Electrical connectivity and control

[00251] Может быть предусмотрена электрическая система, которая способствует протеканию электроэнергии внутри батареи и распределяет электроэнергию между батареей и электрической сетью или другим источником питания. В некоторых вариантах реализации электрическая система может определять, обеспечивать ли переток электроэнергии между батареей и электрической сетью или другим источником или потребителем электроэнергии. Электрическая система может определять направление и/или величину потока мощности между батареей и источником или потребителем электроэнергии.[00251] An electrical system may be provided that facilitates the flow of electricity within the battery and distributes electricity between the battery and the electrical network or other power source. In some embodiments, the electrical system may determine whether to provide power flow between the battery and the electrical network or another source or consumer of electricity. The electrical system may determine the direction and / or magnitude of the power flow between the battery and the source or consumer of electricity.

D. Системы измерений и регулированияD. Measurement and regulation systems

[00252] Централизованная система измерений может быть составлена из различных датчиков, которые связаны с компьютеризованной системой управления. В некоторых вариантах реализации компьютеризованная система управления может включать в себя один или более процессоров или запоминающих устройств. Компьютеризованная система управления может собирать результаты измерений, полученные от различных датчиков. Компьютеризованная система управления может осуществлять одно или более вычислений на основании этих результатов измерений. Могут быть реализованы любые алгоритм, вычисление или другие этапы с использованием материальных машиночитаемых (считываемых компьютером) носителей, которые могут включать в себя код, логику, команды для выполнения таких этапов. Такие машиночитаемые носители могут храниться в запоминающем устройстве. Один или более процессоров могут иметь доступ к такому запоминающему устройству и выполнять в нем этапы.[00252] A centralized measurement system may be composed of various sensors that are associated with a computerized control system. In some embodiments, a computerized control system may include one or more processors or memory devices. A computerized control system can collect measurement results from various sensors. A computerized control system may perform one or more calculations based on these measurement results. Any algorithm, calculation, or other steps can be implemented using tangible computer-readable (computer-readable) media, which may include code, logic, instructions for performing such steps. Such computer-readable media may be stored in a storage device. One or more processors may access and perform steps in such a storage device.

[00253] Компьютеризованная система управления может быть связана с различными другими механическими системами. В некоторых вариантах реализации компьютеризованная система управления может давать команды одной или более механическим системам на выполнение некоего действия. Например, компьютеризованная система управления может давать команды насосу перекачивать больший объем электролита в верхний лоток. Компьютеризованная система управления может давать команды одному или более клапанов, которые могут повлиять на распределение электролита между множеством модулей. В другом примере компьютеризованная система может заставить вентилятор дуть с меньшей скоростью. В некоторых вариантах реализации компьютеризованная система управления может выдавать одну или более команд на основании результатов измерений, полученных от одного или более датчиков. Любые команды могут быть предоставлены контроллером с посредством проводного или беспроводного соединения.[00253] A computerized control system may be associated with various other mechanical systems. In some embodiments, a computerized control system may instruct one or more mechanical systems to perform an action. For example, a computerized control system may instruct the pump to pump a larger volume of electrolyte into the upper tray. A computerized control system may command one or more valves that may affect the distribution of electrolyte between multiple modules. In another example, a computerized system may cause a fan to blow at a lower speed. In some embodiments, a computerized control system may issue one or more commands based on measurements received from one or more sensors. Any commands can be provided by the controller via a wired or wireless connection.

[00254] Компьютеризованная система управления может быть связана с телефонной и/или сотовой сетями связи. В некоторых вариантах реализации компьютеризованная система управления может включать устройство обработки, такое как компьютер. Любое обсуждение устройства обработки или любого специального типа устройства обработки может включать, но не ограничивая этим, персональный компьютер, компьютер-сервер или портативный компьютер; персональные цифровые помощники (ПЦП), такие как устройство на платформе Palm или устройство на платформе Windows; телефоны, такие как сотовые телефоны или переносные телефоны с определением местонахождения (таким как GPS); роуминговое устройство, такое как соединенное с сетью роуминговое устройство; беспроводное устройство, такое как беспроводное устройство электронной почты или другое устройство, способное связываться беспроводным образом с компьютерной сетью; или любой другой тип сетевого устройства, способного связываться по сети и осуществлять электронные транзакции. В некоторых вариантах реализации компьютеризованная система управления может включать в себя множественные устройства. В некоторых случаях компьютеризованная система управления может включать в себя архитектуру клиент-сервер. В некоторых вариантах реализации устройства обработки могут быть специально запрограммированы на выполнение одного или более этапов или расчетов, или выполнение любого алгоритма. Компьютеризованная система управления может обмениваться информацией по любой сети, включая, но не ограничивая этим, сети сотовой связи, другие телефонные сети, локальные сети (LAN), или глобальную сеть (такую как Интернет). Любые передачи информации могут обеспечиваться через проводное соединение и/или беспроводное соединение.[00254] A computerized control system may be connected to telephone and / or cellular communication networks. In some embodiments, a computerized control system may include a processing device, such as a computer. Any discussion of a processing device or any special type of processing device may include, but is not limited to, a personal computer, a server computer, or a laptop computer; personal digital assistants (PCs), such as a Palm-based device or a Windows-based device; Phones, such as cell phones or handheld location phones (such as GPS); a roaming device, such as a roaming device connected to a network; a wireless device, such as a wireless email device or other device capable of communicating wirelessly with a computer network; or any other type of network device that can communicate over the network and carry out electronic transactions. In some embodiments, a computerized control system may include multiple devices. In some cases, a computerized control system may include a client-server architecture. In some embodiments, the processing devices may be specifically programmed to perform one or more steps or calculations, or to execute any algorithm. The computerized control system can exchange information over any network, including but not limited to cellular networks, other telephone networks, local area networks (LANs), or a wide area network (such as the Internet). Any transmission of information may be provided through a wired connection and / or wireless connection.

[00255] В некоторых вариантах реализации пользователь может взаимодействовать с компьютеризованной системой управления. Пользователь может быть удаленным (т.е. находиться на расстоянии) от компьютеризованной системы управления и может обмениваться информацией с компьютеризованной системой управления по сети. Как альтернативный вариант, пользователь может быть локально подсоединен к пользовательскому интерфейсу компьютеризованной системы управления.[00255] In some embodiments, a user may interact with a computerized control system. The user can be remote (i.e., be at a distance) from the computerized control system and can exchange information with the computerized control system over the network. Alternatively, the user can be locally connected to the user interface of a computerized control system.

Е. Конфигурации места установки и размещенияE. Installation and placement configurations

[00256] Обычно модульные батареи и их системы не ограничены в размере, объеме или масштабе. Обычные промышленные шкафы, контейнеры, здания и другие конструкции могут быть выполнены с возможностью вмещения батареи и ее систем.[00256] Typically, modular batteries and their systems are not limited in size, volume or scale. Conventional industrial cabinets, containers, buildings and other structures can be configured to accommodate the battery and its systems.

[00257] Батарея и ее вспомогательные системы могут быть предназначены для мобильных и стационарных конфигураций. Например, батарея и ее вспомогательные системы могут быть предусмотрены в зданиях, транспортировочных контейнерах, на суднах и автомобилях, например.[00257] The battery and its auxiliary systems can be designed for mobile and stationary configurations. For example, a battery and its auxiliary systems may be provided in buildings, shipping containers, ships and cars, for example.

Конфигурация с топливными элементамиFuel Cell Configuration

[00258] В соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения система хранения энергии, описанная здесь где-либо еще, может быть использована в конфигурации с топливными элементами. В конфигурации с топливными элементами каждый элемент может быть снабжен впускным и выпускным клапанами подачи и отвода для передачи или переливания электролита. В некоторых вариантах реализации можно применять систему перемещения электролита батареи с потоком под действием силы тяжести. Например, впуск для подачи может быть предусмотрен выше элемента, а выпуск для отвода может быть предусмотрен ниже элемента. В других вариантах реализации группы элементов (такие как четверки или слои) могут быть снабжены впуском для подачи и выпуском для отвода.[00258] In accordance with some embodiments of the invention, the energy storage system described elsewhere here may be used in a fuel cell configuration. In a configuration with fuel cells, each cell can be equipped with inlet and outlet valves for supply and discharge for transfer or transfusion of electrolyte. In some embodiments, a battery electrolyte displacement system may be used with flow by gravity. For example, a supply inlet may be provided above the element, and a discharge outlet may be provided below the element. In other embodiments, groups of elements (such as quadruples or layers) may be provided with an inlet for supply and an outlet for outlet.

[00259] Конфигурация с топливными элементами может предусматривать механизмы, которые удаляют обедненный электролит и добавляют свежий электролит посредством удаленного и подходящего проема перемещения или переливания.[00259] A fuel cell configuration may include mechanisms that remove depleted electrolyte and add fresh electrolyte through a remote and suitable transfer or transfusion opening.

Адаптация на рынке и сценарии адаптацииMarket adaptation and adaptation scenarios

[00260] Система хранения энергии, которая может включать в себя обсуждавшиеся здесь где-либо еще варианты реализации, может быть преимущественно использована с генераторами экологически чистой энергии. Примеры генераторов экологически чистой энергии могут включать ветровые электростанции, солнечные электростанции или приливно-отливные электростанции. Система хранения энергии может быть также использована с традиционными генераторами энергии, такими как работающие на ископаемом топливе парогенераторы или ядерные генераторы. В некоторых вариантах реализации система хранения энергии может хранить (аккумулировать) энергию от генератора. В других вариантах реализации может быть возможным дополнять или сдвигать энергию, вырабатываемую генератором.[00260] An energy storage system, which may include the implementation options discussed here elsewhere, can be advantageously used with clean energy generators. Examples of clean energy generators may include wind farms, solar power plants or tidal power plants. An energy storage system can also be used with conventional energy generators, such as fossil fuel fired steam generators or nuclear generators. In some embodiments, an energy storage system may store (accumulate) energy from a generator. In other embodiments, it may be possible to supplement or shift the energy generated by the generator.

[00261] Система хранения энергии может быть использована в распределении энергии. Например, она может быть использована с региональными электроэнергетическими компаниями энергосистемы общего пользования, локальными электроэнергетическими компаниями энергосистемы общего пользования (электрическими коммунальными предприятиями), удаленным хранением или мобильным хранением.[00261] An energy storage system may be used in energy distribution. For example, it can be used with regional utility companies for public utilities, local utility companies for utility utilities (electric utilities), remote storage, or mobile storage.

[00262] Система хранения энергии может также иметь применения в хранении энергии, управлении энергией и резервном питании. Например, хранение энергии может быть использовано для правительственных и военных областей применения, коммерческих и промышленных областей применения, общественных и ведомственных областей применения, жилых и частных областей применения (топливный элемент или батарея). В некоторых вариантах реализации излишняя энергия может запасаться в системе хранения энергии и затем использоваться при необходимости. Система хранения энергии может быть энергоемкой, чтобы располагаться на загородных подстанциях или в городских подвальных помещениях.[00262] The energy storage system may also have applications in energy storage, energy management, and backup power. For example, energy storage can be used for government and military applications, commercial and industrial applications, public and departmental applications, residential and private applications (fuel cell or battery). In some embodiments, excess energy may be stored in the energy storage system and then used if necessary. An energy storage system can be energy-intensive to be located in suburban substations or in urban basements.

[00263] Для системы хранения энергии могут быть предусмотрены применения на транспорте. Например, система хранения энергии может быть использована для питания локомотива и поезда. Система хранения энергии может быть также использована для грузовых перевозок (по суше или по воде). Система хранения энергии может быть также использована для массовых перевозок на общественном транспорте и бизнеса. Например, система хранения энергии может быть предусмотрена в виде топливного элемента или батареи на средствах общественного транспорта или иных транспортных средствах для массовых перевозок. Аналогично, система хранения энергии может иметь применения в автомобильной отрасли и может быть предусмотрена в виде топливного элемента или батареи для механического транспортного средства (автомобиля). Предпочтительно, система хранения энергии на транспортном средстве может быть перезаряжаемой.[00263] Transport applications may be provided for an energy storage system. For example, an energy storage system can be used to power a locomotive and train. An energy storage system can also be used for freight transport (land or water). An energy storage system can also be used for mass transportation by public transport and business. For example, an energy storage system may be provided as a fuel cell or battery on public transport vehicles or other mass transportation vehicles. Similarly, an energy storage system can be used in the automotive industry and can be provided as a fuel cell or battery for a motor vehicle (automobile). Preferably, the vehicle energy storage system may be rechargeable.

Конструкция элементов в виде сплющенной четырехсторонней пирамиды компенсирует изменение объемов электролитовThe design of the elements in the form of a flattened four-sided pyramid compensates for the change in the volume of electrolytes

[00264] В перезаряжаемых цинк-воздушных элементах объемы электролита обычно не остаются постоянными. В процессе разряда элемента, по мере преобразования металлического цинка (с относительно высокой плотностью) в соединения цинка меньшей плотности, объемы электролита могут увеличиться. В процессе заряда элемента протекает обратная реакция, и объемы электролита могут уменьшиться. Объемы электролита могут также уменьшится из-за испарения воды.[00264] In rechargeable zinc-air cells, electrolyte volumes usually do not remain constant. During the discharge of an element, as zinc metal (with a relatively high density) is converted to lower density zinc compounds, the volumes of electrolyte may increase. During the charge of the cell, a reverse reaction occurs, and the volume of electrolyte may decrease. Electrolyte volumes may also decrease due to evaporation of water.

[00265] Эти изменения объемов электролита могут оказывать неблагоприятное влияние на рабочие характеристики элемента. Если объемы электролита станут слишком малыми, может иметь место недостаточный проводящий электролит между металлическим электродом и воздушным электродом. Это может вызвать увеличение сопротивления элемента, что, в свою очередь, может неблагоприятно повлиять на рабочие характеристики элемента. Аналогично, если объемы электролита увеличатся слишком сильно, излишний электролит может быть вынужден попадать в поры воздушного электрода. Электролит, проникающийся в и затапливающий поры воздушного электрода, не дает газообразному кислороду легко диффундировать (и электрохимически восстанавливаться) внутри пор. Кроме того, увеличенный объем электролита оказывает давление на воздушный электрод и может привести к механическому повреждению электрода. Это приводит к ухудшению рабочих характеристик элемента.[00265] These changes in electrolyte volumes can adversely affect cell performance. If the electrolyte volumes become too small, there may be insufficient conductive electrolyte between the metal electrode and the air electrode. This can cause an increase in the resistance of the element, which, in turn, can adversely affect the performance of the element. Similarly, if electrolyte volumes increase too much, excess electrolyte may be forced to enter the pores of the air electrode. The electrolyte penetrating into and flooding the pores of the air electrode does not allow gaseous oxygen to easily diffuse (and electrochemically recover) inside the pores. In addition, the increased volume of electrolyte exerts pressure on the air electrode and can lead to mechanical damage to the electrode. This leads to poor performance of the element.

[00266] Регулирование этих постоянно изменяющихся объемов электролита в работающем полном блоке батареи может быть реализовано за счет наличия механизма обратной связи, который может автоматически компенсировать изменения объемов электролита. Когда элементам нужен дополнительный электролит (например, в процессе зарядки элементов, когда уровни электролита уменьшаются), электролиту может быть предоставлена возможность медленно стекать из резервуара в отдельные элементы. В процессе разряда элементов, по мере увеличения объемов электролита, излишний электролит внутри элементов может быть отведен через переливной проем в резервуар для хранения.[00266] The regulation of these constantly changing volumes of electrolyte in a working full battery pack can be implemented by the presence of a feedback mechanism that can automatically compensate for changes in electrolyte volumes. When cells need additional electrolyte (for example, during cell charging, when electrolyte levels decrease), the electrolyte may be allowed to slowly drain from the reservoir into individual cells. During the discharge of cells, as the electrolyte volume increases, excess electrolyte inside the cells can be diverted through the overflow opening into the storage tank.

[00267] Ранее описанные варианты реализации могут включать четырехэлементную, горизонтальную конструкцию, которая включает в себя проем заполнения и проем вывода, расположенные в месте соединения, где встречаются все четыре горизонтально расположенные элементы. Этот полый проем заполнения/вывода может позволить электролиту стекать в и вытекать из отдельных элементов по мере необходимости. Так как некоторое число этих четырехэлементных узлов уложены стопкой друг поверх друга, проем заполнения/вывода верхнего четырехэлементного узла может быть расположен точно над нижним четырехэлементным узлом. Таким образом, некоторое число уложенных вертикальной стопкой четырехэлементных узлов могут разделять между собой общий проем заполнения/вывода, который соединен с общим резервуаром.[00267] The previously described embodiments may include a four-element, horizontal structure, which includes a filling opening and an output opening located at the junction where all four horizontally located elements meet. This hollow fill / outlet opening may allow electrolyte to flow in and out of the individual cells as needed. Since a number of these four-element assemblies are stacked on top of each other, the fill / output opening of the upper four-element assembly can be located exactly above the lower four-element assembly. Thus, a certain number of four-element assemblies stacked in a vertical stack can share a common filling / output opening, which is connected to a common tank.

[00268] Может быть предусмотрена другая горизонтальная четырехэлементная конструкция в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Горизонтальная конструкция может включать сборку четырехэлементного узла таким образом, чтобы каждый элемент в этом узле имел небольшой уклон (был наклонен) вверх (только с одной стороны) к проему заполнения/вывода. Это может физически компенсировать выделение газа, позволяя газу более свободно перемещаться к выходу.[00268] Another horizontal four-element structure may be provided in accordance with another embodiment of the invention. The horizontal design may include assembling a four-element assembly in such a way that each element in this assembly has a slight bias (was tilted) upward (only on one side) to the filling / output opening. This can physically compensate for the evolution of gas, allowing the gas to move more freely toward the outlet.

[00269] ФИГ. 10 изображает вид сверху (глядя вниз) четырех элементов (Элемент 1, Элемент 2, Элемент 3, Элемент 4) в горизонтальном узле. Элементы могут быть расположены таким образом, чтобы они разделяли между собой общий проем заполнения и вывода (обозначенный как O). Угол каждого отдельного элемента немного наклонен вверх к О. Таким образом, расположенный дальше всего от О угол каждого отдельного элемента может быть наклонен вниз.[00269] FIG. 10 depicts a top view (looking down) of four elements (Element 1, Element 2, Element 3, Element 4) in a horizontal node. Elements can be arranged so that they share a common opening of filling and output (denoted by O). The angle of each individual element is slightly inclined upward to O. Thus, the angle of each individual element located farthest from O can be inclined downward.

[00270] Другой способ визуализации данной конструкции заключался бы в том, чтобы представить четыре отдельных элемента, расположенных в виде четырехсторонней пирамиды (вершина пирамиды была бы той точкой, где все четыре элемента встречаются), но вместо резкого наклона вверх как в обычной пирамиде, эта пирамида была бы приплюснута, пока углы наклона не стали бы равными всего лишь 1-5 градусам относительно горизонтали. Угол наклона каждого отдельного элемента в четырехэлементном узле может иметь любое значение, включая, но не ограничивая этим, 0,25 градуса или менее, 0,5 градуса или менее, 0,75 градуса или менее, 1 градус или менее, 2 градуса или менее, 3 градуса или менее, 4 градуса или менее, 5 градусов или менее, 6 градусов или менее, 7 градусов или менее, или 10 градусов или менее. Предпочтительно, каждый элемент может быть наклонен под одинаковым углом, в то время как в других вариантах реализации отдельные элементы могут быть наклонены под различными углами. Эта конструкция сплющенной, четырехсторонней пирамиды предназначена способствовать управлению электролитом и выделению газа в ходе циклов разряда/заряда.[00270] Another way to visualize this design would be to represent four separate elements arranged in a four-sided pyramid (the top of the pyramid would be the point where all four elements meet), but instead of sharply tilting upwards as in a regular pyramid, this the pyramid would be flattened until the tilt angles were only 1-5 degrees relative to the horizontal. The tilt angle of each individual element in a four-element assembly can have any value, including, but not limited to, 0.25 degrees or less, 0.5 degrees or less, 0.75 degrees or less, 1 degree or less, 2 degrees or less , 3 degrees or less, 4 degrees or less, 5 degrees or less, 6 degrees or less, 7 degrees or less, or 10 degrees or less. Preferably, each element may be inclined at the same angle, while in other embodiments, individual elements may be inclined at different angles. This flattened, four-sided pyramid design is designed to facilitate electrolyte control and gas evolution during discharge / charge cycles.

[00271] Это изображено на виде сбоку по ФИГ. 11В. Здесь каждый из элементов 1150а, 1150b, 1150с в узле стопки может быть немного наклонен вверх относительно горизонтали ближе к проему заполнения. В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрен наклон примерно 1,5 градуса. Верхний водяной резервуар 1152 может иметь одну или более трубок 1154 отвода. Трубки отвода могут позволять регулируемому количеству электролита стекать из верхнего водяного резервуара в расположенные ниже элементы. В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены трубки отвода с внутренним диаметром ѕ дюйма.[00271] This is shown in side view in FIG. 11B. Here, each of the elements 1150a, 1150b, 1150c in the stack assembly may be slightly inclined upward relative to the horizontal, closer to the filling opening. In some embodiments, a slope of about 1.5 degrees may be provided. The upper water tank 1152 may have one or more drain pipes 1154. Drain tubes can allow an adjustable amount of electrolyte to drain from the upper water tank to the downstream cells. In some embodiments, tap tubes with an internal diameter of ѕ inch may be provided.

[00272] Конструкция может включать одну или более распорок 1156 внутри коллектора 1158. Этот коллектор может обеспечивать зазор между верхним водяным резервуаром и нижележащими элементами. В некоторых вариантах реализации распорка может помогать сохранить зазор между верхним водяным резервуаром и отдельными элементами. В некоторых вариантах реализации распорка может обеспечивать опору между элементами и верхним водяным резервуаром.[00272] The design may include one or more spacers 1156 inside the manifold 1158. This manifold may provide a clearance between the upper water reservoir and the underlying elements. In some embodiments, the spacer may help maintain a clearance between the upper water tank and the individual elements. In some embodiments, the spacer may provide support between the elements and the upper water reservoir.

[00273] Одна или более деталей 1166 регулирования потока могут регулировать скорость потока электролита, поступающего из верхнего водяного резервуара в нижележащие элементы. В некоторых вариантах реализации деталь регулирования потока может выступать или может быть вертикально выровнена. Деталь регулирования потока может разбивать электролит на маленькие капли. В некоторых вариантах реализации деталь регулирования потока может не давать сформироваться электрическому мостику между электролитом в верхнем водяном резервуаре и электролитом в любом отдельном нижележащем элементе. Капля с детали регулирования потока может быть «поймана» нижележащим элементом. В некоторых вариантах реализации нижележащие элементы могут иметь проем с участком перелива. Детали регулирования потока могут быть вертикально выровнены над участком перелива. Проемы вертикально выровненных элементов могут быть также вертикально выровнены. В некоторых вариантах реализации капля может падать в ванну 1160 электролита элемента. Электролит из верхнего элемента может стекать в нижележащий элемент. В некоторых вариантах реализации каждый элемент может иметь свою деталь 1164 регулирования потока элемента, которая может также регулировать поток электролита, поступающий в нижележащие элементы. Деталь регулирования потока элемента может разбивать электролит на капли и предотвращать образование электрического мостика между электролитом в этом элементе и электролитом в нижележащем элементе. В некоторых вариантах реализации детали регулирования потока могут быть в практически вертикальном совмещении с деталями регулирования потока расположенных выше и/или ниже элементов. Как альтернативный вариант, они могут иметь ступенчатое или какое-либо другое совмещение (выравнивание). Между элементами могут быть предусмотрены один или более воздуховодов 1162.[00273] One or more flow control parts 1166 may control the flow rate of electrolyte from the upper water reservoir to the underlying cells. In some embodiments, the flow control part may protrude or may be vertically aligned. The flow control part may break the electrolyte into small droplets. In some embodiments, the flow control part may prevent an electrical bridge from forming between the electrolyte in the upper water reservoir and the electrolyte in any separate underlying cell. A drop from the flow control part may be “caught” by the underlying element. In some embodiments, the underlying elements may have an opening with an overflow area. Details of the flow control can be vertically aligned over the overflow site. The openings of vertically aligned elements can also be vertically aligned. In some embodiments, a drop may fall into the cell electrolyte bath 1160. The electrolyte from the upper cell can drain into the underlying cell. In some embodiments, each cell can have its own cell flow control part 1164, which can also control the flow of electrolyte entering the underlying cells. The cell flow control part can break the electrolyte into droplets and prevent the formation of an electrical bridge between the electrolyte in this cell and the electrolyte in the underlying cell. In some embodiments, the flow control parts may be in substantially vertical alignment with the flow control parts located above and / or below the elements. As an alternative, they can have a stepwise or some other combination (alignment). Between the elements, one or more ducts 1162 may be provided.

[00274] Как ранее обсуждалось, отдельные элементы могут быть наклонены таким образом, что принимающая электролит часть элемента может быть наклонена вверх. Электролит может течь из принимающей электролит части элемента к другому концу элемента.[00274] As previously discussed, the individual cells can be tilted so that the electrolyte-receiving portion of the cell can be tilted up. The electrolyte may flow from the electrolyte-receiving portion of the cell to the other end of the cell.

[00275] Слегка наклоненная ориентация элементов имеет ряд заметных преимуществ, когда элементы собираются в стопку. Первое преимущество заключается в том, что все еще поддерживается постоянное и воспроизводимое сопротивление элемента между металлическим электродом и воздушным электродом. Это помогает держать сопротивление электролита под жестким контролем.[00275] The slightly inclined orientation of the elements has a number of notable advantages when the elements are stacked. The first advantage is that the constant and reproducible resistance of the element between the metal electrode and the air electrode is still maintained. This helps keep electrolyte resistance under tight control.

[00276] Второе преимущество состоит в управлении образованием пузырьков газа. В ходе циклов заряда элемента, по мере восстановления воды, обязательно генерируются пузырьки газообразного кислорода. Данная наклоненная конструкция электрода может позволить этим генерируемым пузырькам газа легко перемещаться в направлении верхней части электрода - рядом с углом электрода, где они затем могут быть безопасно отведены. То, что пузырьки газа легко перемещаются к одной стороне, исключает потенциальную проблему увеличения сопротивления электролита из-за захваченных пузырьков газа в электролите. Наклоненная конструкция может быть расположена под небольшим углом, чтобы позволить газу выходить и способствовать стеканию взвеси в проточной конфигурации батареи.[00276] A second advantage is the control of gas bubble formation. During the charge cycles of the element, as water is restored, gaseous oxygen bubbles are necessarily generated. This inclined electrode design can allow these generated gas bubbles to move easily towards the top of the electrode — close to the angle of the electrode, where they can then be safely retracted. The fact that gas bubbles move easily to one side eliminates the potential problem of increasing electrolyte resistance due to trapped gas bubbles in the electrolyte. The tilted structure can be positioned at a slight angle to allow gas to escape and facilitate the flow of suspended solids in the flow-through configuration of the battery.

[00277] Третье преимущество заключается в том, что в ходе циклов заряда (когда электролит добавляется из резервуара в каждый отдельный элемент) наклоненная конструкция элемента позволяет добавляемому электролиту легко попадать внутрь и заполнять каждый отдельный элемент.[00277] A third advantage is that during charge cycles (when electrolyte is added from the reservoir to each individual cell), the tilted design of the cell allows the added electrolyte to easily enter and fill each individual cell.

[00278] Угол наклона у каждого элемента не должен быть большим. Ясно, что если бы углы наклона отдельных элементов были слишком крутыми, добавляемый электролит стекал бы в низ элемента и затоплял нижнюю часть воздушных электродов.[00278] The angle of each element should not be large. It is clear that if the tilt angles of the individual cells were too steep, the added electrolyte would drain to the bottom of the cell and flood the bottom of the air electrodes.

[00279] Предпочтительный угол наклона может находиться в интервале только 1-5 градусов относительно горизонтали. Он может быть достаточно маленьким, так что электролит практически не будет собираться в низу каждого элемента, но и любые генерируемые пузырьки газа отводятся и поднимаются к верхнему отверстию узла и могут легко выходить.[00279] The preferred angle of inclination may be in the range of only 1-5 degrees relative to the horizontal. It can be small enough so that the electrolyte will practically not collect at the bottom of each element, but any generated gas bubbles are diverted and rise to the top opening of the assembly and can easily exit.

[00280] ФИГ. 11А изображает пример вида сверху системы хранения энергии в соответствии с вариантом реализации изобретения. В некоторых вариантах реализации система хранения энергии может функционировать как проточный элемент. Как альтернативный вариант, она не обязательно должна функционировать как проточный элемент. Верхний водяной резервуар может иметь дно 1100. Может быть предусмотрена трубка 1102 отвода, позволяющая электролиту стекать в один или более расположенных ниже элементов. В некоторых вариантах реализации могут быть предусмотрены одна или более деталей 1104 регулирования потока для регулирования скорости потока электролита, проходящего в нижележащие элементы. В некоторых вариантах реализации деталь регулирования потока может разбивать электролит на капли. В некоторых вариантах реализации деталь регулирования потока может быть предусмотрена у каждого нижележащего элемента. Например, если четыре горизонтально ориентированные элемента (образующие четверку) разделяют между собой общую систему управления электролитом, то могут быть предусмотрены четыре детали регулирования потока. Каждая деталь регулирования потока может выдаваться над соответствующим ей элементом. Может быть предусмотрено любое число деталей регулирования потока, которое может соответствовать или не соответствовать числу нижележащих элементов в слое непосредственно снизу. Например, могут быть предусмотрены одна, две, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять или более деталей регулирования потока.[00280] FIG. 11A depicts an example of a top view of an energy storage system in accordance with an embodiment of the invention. In some embodiments, the energy storage system may function as a flow element. As an alternative, it does not have to function as a flow element. The upper water tank may have a bottom 1100. A drain pipe 1102 may be provided to allow the electrolyte to drain into one or more lower cells. In some embodiments, one or more flow control parts 1104 may be provided to control the flow rate of the electrolyte passing into the underlying cells. In some embodiments, the flow control part may break the electrolyte into droplets. In some embodiments, a flow control part may be provided for each underlying element. For example, if four horizontally oriented cells (forming a four) share a common electrolyte control system, then four flow control details may be provided. Each detail of the flow control can be projected above its corresponding element. Any number of flow control parts may be provided, which may or may not correspond to the number of underlying elements in the layer immediately below. For example, one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more flow control parts may be provided.

[00281] Четверка элементов может также иметь центральную часть, которая может быть наклонена вниз в направлении элемента. Какой-либо электролит, который может стекать на центральную часть, может течь вниз в нижележащий элемент. В некоторых вариантах реализации центральная часть может быть отформована литьем под давлением.[00281] The four elements may also have a central portion that can be tilted down in the direction of the element. Any electrolyte that can drain to the central part can flow down into the underlying cell. In some embodiments, the central portion may be injection molded.

[00282] Один или более признаков, характеристик, компонентов, материалов или этапов, известных в данной области техники, могут быть включены в изобретение, и наоборот. Смотри, например, патент США № 4168349, патент США № 4463067, патент США № 5126218, патент США № 7582385, патент США № 7314685, патент США № 5716726, патент США № 4842963, патент США № 4038458, патент США № 5242763, патент США № 5306579, патент США № 6235418, патентную публикацию США № 2006/0141340, патентную публикацию США № 2008/0096061, PCT публикацию № WO 2007/144357, которые включены сюда по ссылке в полном объеме.[00282] One or more features, characteristics, components, materials or steps known in the art may be included in the invention, and vice versa. See, for example, US patent No. 4168349, US patent No. 4463067, US patent No. 5126218, US patent No. 7582385, US patent No. 7314685, US patent No. 5716726, US patent No. 4842963, US patent No. 4038458, US patent No. 5242763, patent US No. 5306579, US patent No. 6235418, US patent publication No. 2006/0141340, US patent publication No. 2008/0096061, PCT publication No. WO 2007/144357, which are incorporated herein by reference in full.

[00283] Пример[00283] Example

[00284] В одном примере мог быть предусмотрен испытываемый элемент. ФИГ. 13 изображает пример зависимости напряжения элемента от времени испытания в соответствии с вариантом реализации изобретения. Было предусмотрено время испытания 350000 секунд для демонстрации того, что система работает.[00284] In one example, a test item could be provided. FIG. 13 depicts an example of a cell voltage versus test time in accordance with an embodiment of the invention. A test time of 350,000 seconds was provided to demonstrate that the system was working.

[00285] Стабильный интервал напряжения стал результатом раннего испытываемого элемента. В ранней версии элемента не было никакого физического ухудшения (деградации). Например, как изображено на ФИГ. 13, напряжение оставалось относительно стабильным в течение 350000 секунд. По большей части, напряжение циклически колебалось между 0,9 и 2,1 вольта.[00285] The stable voltage range was the result of an early test element. In the early version of the element, there was no physical deterioration (degradation). For example, as shown in FIG. 13, the voltage remained relatively stable for 350,000 seconds. For the most part, the voltage cyclically fluctuated between 0.9 and 2.1 volts.

[00286] Следует понимать из вышеизложенного, что, хотя были проиллюстрированы и описаны конкретные реализации, в них могут быть проделаны и предположены различные модификации. Также не предполагается, что изобретение ограничено приведенными в описании конкретными примерами. Хотя изобретение было описано со ссылкой на вышеуказанное описание, описания и иллюстрации предпочтительных вариантов реализации здесь не должны истолковываться в ограничительном смысле. Более того, следует понимать, что все аспекты изобретения не ограничены приведенными здесь конкретными изображениями, конфигурациями или относительными пропорциями, которые зависят от множества разнообразных условий и переменных параметров. Специалисту в данной области техники будут очевидны различные модификации в виде и подробностях вариантов реализации изобретения. Поэтому предполагается, что изобретение должно также охватывать любые такие модификации, изменения и эквиваленты.[00286] It should be understood from the foregoing that, although specific implementations have been illustrated and described, various modifications can be made and anticipated in them. It is also not intended that the invention be limited by the specific examples given in the description. Although the invention has been described with reference to the above description, descriptions and illustrations of preferred embodiments are not to be construed in a limiting sense. Moreover, it should be understood that all aspects of the invention are not limited to the specific images, configurations, or relative proportions given herein, which depend on a wide variety of conditions and variable parameters. Various modifications in the form and details of embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention should also cover any such modifications, changes, and equivalents.

Claims (23)

1. Узел элементов батареи, содержащий:
первый элемент, имеющий первый металлический электрод, первый воздушный электрод и электролит между ними; и
второй элемент, имеющий второй металлический электрод, второй воздушный электрод и электролит между ними,
при этом первый металлический электрод первого элемента контактирует со вторым воздушным электродом второго элемента так, что образуется воздушный туннель между первым металлическим электродом и вторым воздушным электродом, и при этом первый металлический электрод и второй воздушный электрод выровнены вертикально и ориентированы горизонтально.
1. Battery cell assembly comprising:
a first element having a first metal electrode, a first air electrode and an electrolyte between them; and
a second element having a second metal electrode, a second air electrode and an electrolyte between them,
wherein the first metal electrode of the first element is in contact with the second air electrode of the second element so that an air tunnel is formed between the first metal electrode and the second air electrode, and the first metal electrode and the second air electrode are aligned vertically and horizontally oriented.
2. Узел элементов батареи по п. 1, при этом первый металлический электрод контактирует со вторым воздушным электродом, будучи обжатым вокруг второго воздушного электрода, тем самым образуя центрод.2. The battery cell assembly according to claim 1, wherein the first metal electrode is in contact with the second air electrode, being crimped around the second air electrode, thereby forming a centrode. 3. Узел элементов батареи по п. 2, при этом центрод обеспечивает последовательное соединение между первым элементом и вторым элементом.3. The battery cell assembly according to claim 2, wherein the centrode provides a serial connection between the first cell and the second cell. 4. Узел элементов батареи по п. 1, при этом первый элемент, второй элемент и один или более элементов вертикально уложены стопкой и ориентированы горизонтально.4. The battery cell assembly according to claim 1, wherein the first cell, the second cell and one or more cells are stacked vertically and oriented horizontally. 5. Узел элементов батареи по п. 1, при этом внутри воздушного туннеля газ протекает горизонтально.5. The battery cell assembly according to claim 1, wherein gas flows horizontally inside the air tunnel. 6. Узел элементов батареи по п. 3, дополнительно
содержащий:
третий элемент, имеющий третий металлический электрод, третий воздушный электрод и электролит между ними; и
четвертый элемент, имеющий четвертый металлический электрод, четвертый воздушный электрод и электролит между ними;
при этом третий металлический электрод третьего элемента обжат вокруг четвертого воздушного электрода четвертого элемента так, что образуется воздушный туннель между третьим металлическим электродом и четвертым воздушным электродом, тем самым образуя второй центрод, и
при этом второй центрод находится в электрическом контакте с центродом, обеспечивающим соединение между первым и вторым элементами.
6. The battery cell assembly according to claim 3, further
containing:
a third element having a third metal electrode, a third air electrode and an electrolyte between them; and
a fourth cell having a fourth metal electrode, a fourth air electrode and an electrolyte between them;
wherein the third metal electrode of the third element is crimped around the fourth air electrode of the fourth element so that an air tunnel is formed between the third metal electrode and the fourth air electrode, thereby forming a second centrode, and
wherein the second centrode is in electrical contact with the centrode, providing a connection between the first and second elements.
7. Система хранения энергии, содержащая:
узел подачи электролита с деталью регулирования потока, выполненной с возможностью распределения жидкого электролита к нижележащему металло-воздушному элементу батареи; и
множество металло-воздушных элементов батареи, содержащих по меньшей мере один проем заполнения или отвода, имеющий участок перелива,
при этом деталь регулирования потока выровнена вертикально над участком перелива, причем металло-воздушные элементы батареи вертикально выровнены и уложены стопкой друг поверх друга, и металло-воздушные элементы батареи выполнены с возможностью претерпевать одну или более электродных реакций, дополнительно включающих в себя по меньшей мере одно из: хлора, гипохлорита
или хлорида.
7. An energy storage system comprising:
an electrolyte supply unit with a flow control part configured to distribute liquid electrolyte to an underlying metal-air battery cell; and
a plurality of metal-air battery cells containing at least one filling or discharge opening having an overflow section,
wherein the flow control part is aligned vertically above the overflow area, wherein the metal-air battery cells are vertically aligned and stacked on top of each other, and the metal-air battery cells are configured to undergo one or more electrode reactions, further comprising at least one from: chlorine, hypochlorite
or chloride.
8. Перезаряжаемый металло-воздушный элемент батареи, содержащий:
металлический электрод;
воздушный электрод; и
водный электролит между металлическим электродом и воздушным электродом,
при этом металлический электрод непосредственно контактирует с электролитом, и между воздушным электродом и упомянутым металлическим электродом не предусмотрен сепаратор.
8. A rechargeable metal-air battery cell comprising:
metal electrode;
air electrode; and
an aqueous electrolyte between the metal electrode and the air electrode,
wherein the metal electrode is in direct contact with the electrolyte, and no separator is provided between the air electrode and said metal electrode.
9. Элемент батареи по п. 8, дополнительно содержащий рамку, поддерживающую металлический электрод и воздушный электрод на фиксированном расстоянии друг от друга.9. The battery cell according to claim 8, further comprising a frame supporting the metal electrode and the air electrode at a fixed distance from each other. 10. Элемент батареи по п. 8, при этом фиксированное расстояние между металлическим электродом и воздушным электродом определяет пространство, в котором содержится водный электролит.10. The battery cell according to claim 8, wherein a fixed distance between the metal electrode and the air electrode determines the space in which the aqueous electrolyte is contained. 11. Элемент батареи по п. 8, при этом металлический электрод является анодом на основе цинка.11. The battery cell according to claim 8, wherein the metal electrode is a zinc-based anode. 12. Элемент батареи по п. 8, при этом воздушный электрод является кислородным катодом на основе углерода или кислородным электродом на основе полимера, имеющим воздухопроницаемую гидрофобную мембрану; стойкий к коррозии металлический токоотвод; и при этом во время электрической зарядки при анодных потенциалах преобладает выделение кислорода.12. The battery cell according to claim 8, wherein the air electrode is a carbon based oxygen cathode or a polymer based oxygen electrode having a breathable hydrophobic membrane; corrosion resistant metal down conductor; and at the same time, during oxygen charging at anode potentials, oxygen evolution prevails. 13. Элемент батареи по п. 8, при этом рамка сформирована из пластмассы.13. The battery cell according to claim 8, wherein the frame is formed of plastic. 14. Элемент батареи по п. 8, при этом воздушный электрод предусмотрен над металлическим электродом.14. The battery cell according to claim 8, wherein the air electrode is provided above the metal electrode. 15. Элемент батареи по п. 8, при этом рамка включает в себя полку, которая выступает внутрь элемента и контактирует с металлическим электродом.15. The battery cell according to claim 8, wherein the frame includes a shelf that protrudes into the cell and contacts a metal electrode. 16. Элемент батареи по п. 8, дополнительно содержащий вспомогательный электрод между воздушным электродом и металлическим электродом или с двух сторон от металлического электрода, выполненный с возможностью зарядки элемента и связанной с этим генерации кислорода.16. The battery cell according to claim 8, further comprising an auxiliary electrode between the air electrode and the metal electrode or on both sides of the metal electrode, configured to charge the cell and the associated generation of oxygen. 17. Элемент батареи по п. 8, при этом воздушный электрод содержит марганец.17. The battery cell according to claim 8, wherein the air electrode contains manganese. 18. Элемент батареи по п. 8, при этом воздушный электрод содержит по меньшей мере одно из: диоксида марганца или растворимой соли марганца.18. The battery cell according to claim 8, wherein the air electrode comprises at least one of: manganese dioxide or a soluble manganese salt. 19. Элемент батареи по п. 8, при этом воздушный электрод содержит по меньшей мере одно из: кобальта или иридия.19. The battery cell according to claim 8, wherein the air electrode comprises at least one of cobalt or iridium. 20. Элемент батареи по п. 8, при этом воздушный электрод содержит по меньшей мере одно из: хлорида кобальта или оксида иридия.20. The battery cell according to claim 8, wherein the air electrode comprises at least one of: cobalt chloride or iridium oxide. 21. Элемент батареи по п. 8, при этом элемент батареи выполнен с возможностью претерпевать одну или более электродных реакций, дополнительно включающих в себя по меньшей мере одно из: мочевины или аммиака.21. The battery cell according to claim 8, wherein the battery cell is configured to undergo one or more electrode reactions, further including at least one of: urea or ammonia. 22. Элемент батареи по п. 8, при этом элемент батареи выполнен с возможностью претерпевать одну или более электродных реакций, дополнительно включающих в себя по меньшей мере одно из: хлора, гипохлорита или хлорида.22. The battery cell according to claim 8, wherein the battery cell is configured to undergo one or more electrode reactions, further including at least one of: chlorine, hypochlorite or chloride. 23. Способ хранения энергии, включающий в себя:
обеспечение одного или более центродов, имеющих металлический электрод первого элемента в контакте с воздушным электродом второго элемента, при этом обеспечивается воздушный туннель между металлическим электродом и воздушным электродом; и
обеспечение первой рамки, простирающейся над упомянутыми одним или более центродами, и второй рамки, простирающейся под упомянутыми одним или более центродами, при этом первый элемент включает в себя пространство над металлическим электродом и окружен первой рамкой для принятия электролита, и второй элемент включает в себя пространство под воздушным электродом и окружен второй рамкой для принятия электролита.
23. A method of storing energy, including:
providing one or more centrodes having a metal electrode of the first element in contact with the air electrode of the second element, while providing an air tunnel between the metal electrode and the air electrode; and
providing a first frame extending above said one or more centrodes and a second frame extending below said one or more centrodes, wherein the first cell includes a space above the metal electrode and is surrounded by a first frame for receiving electrolyte, and the second cell includes a space under the air electrode and is surrounded by a second frame for receiving electrolyte.
RU2013107587/07A 2010-07-21 2011-07-20 Systems of electric rechargeable metal-air batteries and methods RU2574165C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/841,115 2010-07-21
US12/841,115 US20120021303A1 (en) 2010-07-21 2010-07-21 Electrically rechargeable, metal-air battery systems and methods
PCT/US2011/044715 WO2012012558A2 (en) 2010-07-21 2011-07-20 Electrically rechargeable, metal-air battery systems and methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013107587A RU2013107587A (en) 2014-08-27
RU2574165C2 true RU2574165C2 (en) 2016-02-10

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795608C1 (en) * 2020-06-15 2023-05-05 тиссенкрупп нуцера АГ унд Ко. КГаА Method for control of electrochemical installation in closed loop depending on needs

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5716726A (en) * 1994-12-22 1998-02-10 Dreisbach Electromotive, Inc. Electrolyte starved metal-air battery
EP1027746B1 (en) * 1997-10-24 2002-05-08 Aer Energy Resources, Inc. Air distributors for metal-air cells
RU2236067C2 (en) * 1999-01-26 2004-09-10 Хай-Денсити Энерджи, Инк. Catalytic air cathode for air-metal battery
US20050208386A1 (en) * 2002-06-25 2005-09-22 Clarke Robert L Zinc air battery with acid electrolyte

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5716726A (en) * 1994-12-22 1998-02-10 Dreisbach Electromotive, Inc. Electrolyte starved metal-air battery
EP1027746B1 (en) * 1997-10-24 2002-05-08 Aer Energy Resources, Inc. Air distributors for metal-air cells
RU2236067C2 (en) * 1999-01-26 2004-09-10 Хай-Денсити Энерджи, Инк. Catalytic air cathode for air-metal battery
US20050208386A1 (en) * 2002-06-25 2005-09-22 Clarke Robert L Zinc air battery with acid electrolyte

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795608C1 (en) * 2020-06-15 2023-05-05 тиссенкрупп нуцера АГ унд Ко. КГаА Method for control of electrochemical installation in closed loop depending on needs

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5897006B2 (en) Electrically rechargeable metal-air battery system and method
EP2792004B1 (en) Electrically rechargeable, metal anode cell and battery systems and methods
US20250174770A1 (en) Device architectures for metal-air batteries
Leung et al. Progress in redox flow batteries, remaining challenges and their applications in energy storage
Smedley et al. A regenerative zinc–air fuel cell
US12068513B2 (en) Sealed redox battery
KR20230026284A (en) Redox battery
RU2574165C2 (en) Systems of electric rechargeable metal-air batteries and methods
US20240191031A1 (en) Method for preparing polybenzimidazole-based separator, polybenzimidazole-based separator prepared thereby, and secondary battery including the same
US20240072262A1 (en) Construction of electrode and cell components for metal-air batteries
US20250273772A1 (en) Electrochemical cells including electrode stacks for metal-air batteries
HK40071658A (en) Device architectures for metal-air batteries
Howard et al. A new liquid metal-air battery
Smedley et al. A zinc-air fuel cell
Hu et al. Liquid Metal-Air Battery for Energy Storage