專利名稱：：金屬空氣電池系統的制作方法
技術領域：
：本發明要求2001年8月15日提交的名稱為“MetalAirCellSystem”(金屬空氣電池系統)的美國臨時專利申請序列號No.60/312,516的優先權。本發明涉及金屬空氣電池，特別是涉及一種具有促進有效電池放電的新穎結構及簡化的氧化劑管理的金屬空氣電池系統。
背景技術：
：電化學電源為電能可利用電化學反應產生的裝置。這些裝置包括金屬空氣電化學電池，例如鋅空氣及鋁空氣電池。有些金屬電化學電池采用金屬粒子組成的陽極，金屬粒子被饋至電池內且于放電期間被耗用。這種電化學電池通常被稱作可補給燃料電池(refuelablebattery)。鋅空氣可補給燃料電池包括一陽極、一陰極以及電解質。該陽極通常由浸泡在電解質中的鋅粒子組成。該陰極通常包含半透膜以及電化學反應催化層。電解質通常為離子傳導性，但非電傳導性的苛性液體(causticliquid)。金屬空氣電化學電池有多項優于傳統基于氫的燃料電池的優勢。金屬空氣電化學電池具有高能量密度(瓦*小時/升)、高比能(瓦*小時/千克)且可在環境溫度下操作。此外因燃料如鋅的供應量豐富，且可呈金屬或呈鋅氧化物形式存在，故由金屬空氣電化學電池供應能源實質上不會耗竭。燃料可為固態，因而安全且容易處理與儲存。與使用甲烷、天然氣或液化天然氣來作為氫來源且排放出污染性氣體的氫-氧燃料電池相反，金屬空氣電化學電池形成零排放。金屬空氣電化學電池在環境溫度下操作，而氫-氧燃料電池通常是在150℃至1000℃范圍的溫度操作。金屬空氣電化學電池可送出比常規燃料電池(低于0.8伏特)更高的輸出電壓(1.5-3伏特)。由于這些優勢，故金屬空氣電化學電池可用作為固定式或移動式發電廠、電車，或移動電子裝置等各項應用的電源。金屬空氣電化學電池的主要障礙是金屬所特有的容積膨脹，其中電極形狀可能是可變的。電極形狀的改變通常涉及來自電極某些區域的鋅遷移至其它區域，部分原因是由于電池放電期間主動電極材料溶解之故。鋅電極的膨脹及形變也可能是由于金屬鋅容積與其氧化產物亦即氧化鋅及氫氧化鋅容積間的差異所致。當電極再度沉積于致密固體層上時電極形狀扭曲，因而減少可利用的主動電極材料，且妨礙電解質接近電極內部。另一項障礙涉及金屬空氣電池的補給燃料。若陽極與陰極間的間隙不夠大而無法容納陽極膨脹，則陰極可能受損，因而造成難以補給燃料或無法補給燃料。陽極與陰極間的間距應該是恒定的。若陽極與陰極間的間距非恒定，則陽極與陰極間的放電將不均勻。這種不均勻放電將造成陽極彎曲或形變。這種陽極彎曲是由于金屬氧化的容積改變所引起。當陽極彎曲時，較為接近陰極的陽極區比陽極的其余部分更快速地放電。這將增加形變。因此，不均勻放電被擴大，這一問題持續至彎曲通過例如陽極短路造成電池故障為止。此外，不均勻放電也將減低電池的功率輸出。若電池是以極高功率放電，則較為接近陰極的陽極區將被鈍化而喪失功能。為了補給燃料，陽極與陰極間應該有某種距離來提供用于補給燃料動作的間隙。通常該間隙是以電解質及分隔件填補。但這種間隙將提高電池的內部電阻。這種電池內部的電阻將在使用期間發熱，發熱造成各種損傷。發熱耗用來自電池的電源，將使電解質快速干涸，且加速燃料電池的劣化。為了降低內部電阻，陽極與陰極間距應該小而且均勻。雖然如此，但是間隙又小又均勻通常會犧牲耐用性。在補給燃料的過程中，若陽極與陰極的間距不足，則陽極可能刮傷陰極表面。過大的間隙雖然可降低補給燃料期間陰極受損的機率，但會提高內部電阻。因此，常規的在陽極與陰極間設置足夠的間隙，將導致它們之間的內部電阻增高。因此業界仍然需要有一種金屬空氣電池，其可補給燃料，其不會泄漏，其可減少因陽極與陰極間的間隙造成的陽極劣化，并且包括用于氧氣及熱管理的有效系統。
發明內容前文討論的及其它的現有技術的問題及缺陷可通過本發明的金屬空氣電池予以克服或減輕。總體上，該電池包括一種包含相對陰極部分的陰極結構，以及一個配置用于容納陽極結構的空間。陽極結構包括一對剛性結構，該剛性結構有多個孔以允許離子連通，以及有陽極材料介于剛性結構之間。一分隔件設置于該陽極與陰極間以電絕緣該陽極與陰極。陽極結構的剛性結構有助于使陽極結構從陰極結構移開。由后文的詳細說明及附圖，本領域的技術人員將更明白了解本發明的上述討論的及其它特色及優點。圖1和圖2顯示了本發明的金屬空氣電化學電池系統；圖3A-6D顯示了陽極結構及陽極結構的制造方法；圖7A-11顯示了陰極結構及陰極結構的制造方法；以及圖12A及12B顯示了電極結構之間的界面的放大視圖。具體實施例方式金屬空氣電池包括一陽極，以及陰極具有易去除的陽極結構。這里將描述陽極結構、陰極結構、凝膠組成成分及金屬空氣電池系統的其它各方面的特征。現在參照附圖，說明本發明的示例性的實施例。為了清楚說明，各圖中所示的類似的結構將以類似的參考編號指示，各可替換實施例中的類似結構也將以類似參考編號表示。現在參照圖1，圖中繪出了總體上為棱柱結構的金屬空氣電化學電池10。電池10包括在一基本上為U字形陰極結構14內部的一陽極結構12。陽極12及陰極14被維持成電絕緣以及經由分隔件離子連通，這里將進一步描述。來自空氣或其它來源的氧氣用作為金屬空氣電池10的空氣陰極。當氧到達陰極結構14內部的反應位置時，其連同水轉成羥基離子。同時釋放電子，以作為外部電路中的電力流動。羥基移動通過電解質，到達陽極12的金屬燃料材料。當羥基到達金屬陽極(在陽極12包含例如鋅的情況下)，氫氧化鋅形成于鋅表面上。氫氧化鋅分解成為氧化鋅，將水釋放回堿性溶液。這樣完成了反應。陽極反應為(1)(2)陰極反應為(3)這樣，總的電池反應為(4)現在參照圖2，圖中顯示陽極12’被去除，該陽極12’中的基本上全部的可耗用燃料已經轉換成如前文反應(1)至(4)中通常所述的金屬氧化物。在一個實施例中，由于此處所述陽極12的該特征，已耗盡的陽極12’的去除比常規陽極配置及構造更方便。在另一個實施例中，由于此處所述陰極14的這些特征，已耗盡的陽極12’的去除實質上比常規陰極配置及構造更容易。在又一個實施例中，由于此處所述陰極14與陽極12間的方便的界面凝膠的特征，已耗盡的陽極12’的去除實質上比常規界面凝膠組成成分更方便。現在參照圖3A-3C，圖中示意性地示出了陽極結構12。陽極結構12包括一個可耗用陽極部分16，集流器22以及框架24，其中可耗用陽極部分16的相對的兩個主面上環繞有分隔件18及剛性結構20。分隔件18可設置于剛性結構20上、陽極部分16上或設置于二者之上。例如現在參照圖4A-4C，圖中示意性地示出了陽極結構12’，包括在剛性結構20外表面上的陽極12(圖3A-3C)及分隔件19等組件。特別地，使用含有多個孔26的剛性結構20，來維持陽極結構12的結構完整性，從而在可耗用的陽極材料16被耗盡時有助于去除，盡管陽極材料16在轉換(反應(1)至(4))期間有膨脹的傾向。結構20為非傳導性。它們可由下列材料制成，這些材料包括但不限于，塑料、塑料涂覆金屬、陶瓷、非傳導性或經涂覆的碳纖維復合材料(carboncomposite)以及包含前述至少一種材料的組合。多個孔可以是任何形狀或尺寸，只要可維持所必需的結構完整性即可。例如雖然孔26是以六邊形形式顯示，但可使用任何多邊形、圓形、橢圓形、狹縫形或其它形狀。開口區通常足夠實現陽極材料16與活性陰極區之間的反應，活性陰極區可依據性能需求而不同。在一個實施例中，使用具有開口面積比約78％及厚度約0.8毫米的經塑料涂覆的鋼制蜂巢網格。當然這些特性也可依據多項因素而變化，這些因素例如性能需求、電池總尺寸、電池的預期使用環境，以及可補給燃料的期望容易程度。任選地，剛性結構20可彼此連接。例如結構20可形成有扣合(snap-fit)部分，該扣合部分進一步增進在陽極趨向于膨脹時的結構完整性。可耗用陽極部分16可經壓成、燒結成或以其它方式成形為所需形狀(例如，如圖所示的棱柱形)。在一個實施例中，電解質包含與活性陰極部分及可耗用陽極部分16離子連通的固體、液體或其組合。在可替換實施例中，在電池中使用的至少部分電解質被嵌入可耗用陽極部分16的多孔結構中，如此處所描述的。因此分隔件18被設置于陽極與陰極間用于電絕緣。圖中顯示分隔件18設置在陽極表面；但是，可替換地，分隔件18也可僅設置陰極(例如其中形成可耗用的陽極部分16以使通過剛性結構20的遷移最小化)上，或設置于陽極及陰極二者之上。陽極部分16通常包含金屬組分例如金屬和/或金屬氧化物以及集流器22。任選地，在每個陽極部分16內部設置離子傳導介質。此外在特定實施例中，陽極部分16包含粘結劑和/或適當添加劑。優選地，該組成成分可優化離子傳導率、容量、密度以及總放電深度，同時使循環期間的形狀改變最小化。金屬組分可主要包含金屬及金屬化合物如鋅、鈣、鋰、鎂、黑色金屬(ferrousmetal)、鋁、前述至少一種金屬的氧化物，或包含前述至少一種金屬的組合與合金。金屬也可與下述組分混合或合金化，這些組分包括但不限于鉍、鈣、鎂、鋁、銦、鉛、汞、鎵、錫、鎘、鍺、銻、硒、鉈、前述至少一種金屬的氧化物、或包含前述至少一種組分的組合。金屬組分可以粉末、纖維、粉塵、顆粒、薄片、針狀、丸粒或其它粒子形式提供。在某些優選實施例中，提供纖維狀金屬例如鋅纖維材料作為金屬組分。在電化學過程中的轉化期間，金屬通常被轉化成金屬氧化物。在金屬呈纖維形式的優選實施例中，陽極材料的物質的孔隙率(porosity)或空隙體積(voidvolume)與粒狀鋅相比被最大化；相應地，通常與膨脹期間固有的陽極膨脹相關的損害被最小化，因為膨脹的氧化鋅可以被累積在空隙區之中。陽極集流器22可為任何能夠提供導電性的電傳導材料。集流器可由多種導電材料形成，這些導電材料包括但不限于銅、黃銅、黑色金屬如不銹鋼、鎳、碳、導電聚合物、導電陶瓷、其它在堿性環境中穩定且不會腐蝕電極的導電材料，或包含前述至少一種材料的組合及合金。集流器可呈網格、孔板、金屬泡沫體、條、線、平板或其它適當結構。為了有助于多個電池10的連結，陽極集流器22可以以傳導方式連接(例如焊接、鉚接、螺栓連接或其組合)至公共總線，如常規已知的那樣，將電池串聯、并聯或串聯/并聯的組合連結。陽極的任選粘結劑主要是維持陽極的組分在特定的結構中呈固體或基本上固體的形式。粘結劑可為任一種材料，其通常粘結陽極材料及集流器而形成適當結構，且通常是以適合陽極粘著目的的量提供。這種材料優選地對電化學環境為化學惰性。在特定實施例中，粘結劑材料是可溶的，或可于水中形成乳化液，但不可溶于電解質溶液。合適的粘結劑材料包括基于下列成分的聚合物及共聚物，這些成分為聚四氟乙烯(如Teflon(特氟龍)及TeflonT-30，可從特拉華州威明頓杜邦公司(E.I.duPontNemoursandCompanyCorp.，Wilmington，DE)購得)、聚乙烯醇(PVA)、聚(環氧乙烷)(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等，以及包含前述至少一種粘結劑材料的衍生物、組合及混合物。然而，本領域的技術人員將認識到也可使用其它粘結劑材料。可提供任選的添加劑來防止腐蝕。適當添加劑包括但不限于氧化銦；氧化鋅、EDTA、表面活性劑如硬脂酸鈉、硫酸月桂酯鉀、TritonX-400(可從康涅狄格州丹佛利永備化學塑料技術公司(UnionCarbideChemical&PlasticsTechnologyCorp.，Danbury，CT)獲得)，及其它表面活性劑；類似成分；以及包含前述至少一種添加材料的衍生物、組合及混合物。在一個實施例中，適當的添加劑在2002年6月17日提交的名稱為“ZincAnodeforElectrochemicalCell”(電化學電池的鋅陽極)的PCT申請案PCT/US02/19282中描述，該案以引用方式并入本文。但本領域的技術人員將確定其它添加劑材料也可使用。在電池10中也提供電解質或離子傳導性介質，通常包含堿性介質以為羥基提供到達金屬及金屬化合物的路徑。離子傳導性介質可呈浴槽(bath)形式，其中適當地包含液體電解質溶液。在特定實施例中，在陽極28中提供離子傳導量的電解質。電解質通常包含離子傳導材料如KOH、NaOH、LiOH，其它材料，或包含前述至少一種電解質介質的組合。特別地，電解質可以包含具有約5％離子傳導性材料至約55％離子傳導性材料的濃度的含水電解質，優選的是約10％離子傳導性材料至約50％離子傳導性材料，以及更優選的是約30％離子傳導性材料至約45％離子傳導性材料。但如本領域的技術人員顯而易見的，依據其容量而定，也可使用其它電解質代替。為了提供一種可最小化或消除液體電解質材料的需求的電池，陽極部分16包括在其中結合且固化的離子傳導量的電解質凝膠。這可以在陽極部分16的初始成形期間(例如，或者在后來的處理階段中)實現。例如，電極的處理在2002年2月11日提交的名稱為“AnodeStructureForMetalAirElectrochemicalCellsAndMethodOfManufactureThereof”(金屬空氣電化學電池的陽極結構及其制造方法)的美國專利申請序列號No.10/074,873中進一步詳細說明，該案以引用方式并入本文。纖維狀電極處理在名稱為“FibrousElectrodeForaMetalAirElectrochemicalCell”(金屬空氣電化學電池的纖維狀電極)的美國專利申請序列號No.10/083,717中進一步詳細說明，該案以引用方式并入本文。這樣，電解質液體與膠凝劑混合而提供了一種金屬電解質混合物。這種混合物例如可被固化成有金屬材料分散于其中的橡膠態(當金屬為纖維形式時更為突出)。現在參照圖5，陽極結構12包含具有入口及出口的管28，其中膠凝劑調配物(呈未固化態)被注入(如箭頭30所示)管內，且遍布于整個電池(如箭頭32所示)。例如使用此處進一步說明的雙峰(bimodal)膠凝調配物，可獲得凝膠的均勻分布。可替換地，該結構可使用優化濃度及材料選擇的單一類型膠凝劑及處理技術(例如在將膠凝劑(一種或多種)引入電解質溶液后快速注入)形成。如圖5所示，在特定實施例中，陽極結構12可以在陽極材料16的區域中，以及進一步在分隔件18與19間(即通常在分隔件18與19間以及剛性結構20的孔26內部)被填充以電解質介質。現在參照圖6A-6D，說明另一種形成陽極結構12的處理技術，其中該陽極結構12中結合有電解質介質。提供模34來容納一或多個陽極結構。一些電解質介質36分散于模34的空腔38中。電解質介質36可提供于膠凝劑內部；例如，膠凝劑可結合在陽極部分16中，或被單獨地引入系統之中。可替換地，電解質介質36可包括膠凝劑，呈此處所述的雙峰類型，或常規膠凝劑類型，同時處理條件(例如速度)經過調整以允許在整個陽極結構適當地分布介質36。特別地，參照圖6B，當陽極結構12插入空腔38中時，電解質介質36概略分散于陽極材料16外部(例如，當分隔件18包住陽極材料16的至少底部部分時，如圖中的定向方向)。特別地，電解質介質36’分散于分隔件18與19之間(即概略地分散于分隔件18與19間以及剛性結構20的孔26內部)。當然，陽極結構12可經配置及裝配，使得陽極結構12插入介質36填補的空腔38內，將導致電解質介質滲透遍布陽極結構12(例如，圖6D所示)。現在參照圖6C，若有需要，電解質介質可經由框架上的孔(在圖6B的步驟之前或之后)被引入(例如注入)，以允許電解質介質滲透通過陽極材料16(如圖6D所示)。應該注意在結合電解質介質之前，可在陽極結構12中維持一或多個間隙或開放空間。這種間隙，例如如圖4A所示位于剛性結構20與分隔件18之間的間隙，其適當尺寸可容納陽極膨脹，餅提供由電解質介質占用的容積。此外，例如可在陽極結構12的一個或二個末端設置開口區，以允許在與側向方向相反的上下方向上的膨脹(如圖中的定向方向)，側向膨脹將損害補給燃料的容易程度，且可能損傷陰極結構14。在一個實施例中，電解質及膠凝劑的調配物包含“雙峰”膠凝劑電解質溶液，包括第一類型的膠凝劑及第二類型的膠凝劑。第一類型膠凝劑用來提供有低粘度(例如類似45％KOH溶液)的基體，但又帶有足夠基體結構，以允許第二類型膠凝劑的分散，其實質上促成膠凝溶液的所需粘度。這防止第二類型膠凝劑于膠凝過程中沉降，或形成非期望的稠密的厚塊或團。第一類型膠凝劑可選自從纖維素纖維(長、中、短)、α-纖維、微晶纖維素以及包含前述至少一種組合(上述材料都可由威斯康辛州密爾沃基的AldrichChemical公司購得)中選擇的膠凝劑的組。第二類型膠凝劑可以是多種其它可為陽極部分16提供所需結構形狀的膠凝劑。該膠凝劑可為交聯聚丙烯酸(PAA)如可由北卡羅來那州夏洛特的BFGoodrich公司得到的Carbopol族交聯聚丙烯酸(Carbopol675)、可由聯合膠體有限公司(AlliedColloidsLimited)(英國西約克郡)購得的AlcosorbG1，以及聚丙烯酸的鉀鹽及鈉鹽；羧甲基纖維素(CMC)，例如可由威斯康辛州密爾沃基的AldrichChemical公司得到的；羥丙基甲基纖維素(hydroxypropylmethylcellulose)；明膠；聚乙烯醇(PVA)；聚(環氧乙烷)(PEO)；聚丁基乙烯醇(PBVA)；以及包含前述至少一種第二類型膠凝劑的組合；等等。使用經過適當選擇的第二類型，可使膠凝時間及速率優化。用于結合在陽極結構12內部的電解質介質的概略組成成分通常如下。第一類型膠凝劑濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約0.1％至約50％，優選的約2％至約10％，更優選的約2.5％至約6.5％。此外，第二類型膠凝劑濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約0.1％至約50％，優選的約2％至約10％，更優選的約2.5％至約4.5％。在一特定實施例中，電解質介質包括3％微晶(作為第一類型膠凝劑)；以及1％的CMC250K和中等粘度的CMC(可由Spectrum公司得到)(二者皆作為第二類型膠凝劑)。作為對使用卡片或其它實質上固體結構作為陽極部分16的替代，也可采用陽極糊膏(anodepaste)。陽極糊膏通常包含金屬組分以及離子傳導性介質。在特定實施例中，離子傳導性介質包含電解質，如含水電解質，及膠凝劑。優選的，這種組成成分優化離子傳導速率、密度及總放電深度，同時是穩定的(例如最小化或消除儲存和/或操作期間的沉降)、移動性的以及可泵送的。在特定實施例中，糊膏具有約0.1Pa·s至約50,000Pa·s的粘度，優選的是約10Pa·s至約20,000Pa·s，而更優選的是約100Pa·s至約2,000Pa·s。現在參照圖7A-7D，圖中示出了陰極結構14的實施例。陰極結構14包括活性陰極部分40以及與其相鄰的任選使用的分隔件42(面向陰極結構14中心)。注意根據所選的電解質方案以及陽極結構，可免除該分隔件。此外，陰極結構14包括與活性陰極部分40相鄰定位的空氣框架44，用于輔助分散氣流流過陰極部分40表面。此外，參照圖7B，空氣通常經由空氣框架44的進氣口46進入，而經由出氣口48送出，因阻隔壁50而以總體上蛇形的方式通過陰極部分14的表面。單個的電池可以通過例如圍繞電池組件裝配或澆鑄非傳導性框架結構52來組裝(圖7C)。也可形成集流器，其范例將在此處進一步說明。現在參照圖8A-8C，圖中示出了多個陰極結構12的組件60。相鄰的陰極結構14的陰極空氣框架的進氣口及出氣口被對準(圖8C)，相鄰空氣框架的阻隔壁50優選地形成跨過相鄰陰極部分的公用蛇形空氣分配系統(圖8B)。整個組件60可通過澆鑄、扣件、框架組件、注模或其它組裝技術而固定在一起。在優選實施例中，使用澆鑄，例如有適當墊片(spacer)以實現用于在同一電池結構14的相鄰陰極部分之間的空氣通道及陰極區的開口。包括多個電池的其它組件以及包括可能在本文中有用的特征的空氣管理方案在2002年7月18日提交的名稱為“MetalAirCellIncorporatingAirFlowSystem”(結合空氣流動系統的金屬空氣電池)的美國專利申請序列號No.10/198,397中，以及2002年9月26日提交的名稱為“RechargeableandRefuelableMetalAirElectrochemicalCell”(可再充電及補給燃料的金屬空氣電化學電池)的PCT申請PCT/US02/30585中描述，這兩個專利申請都以引用方式并入本文。現在參照圖9A及9B，圖中示出了另一示例性陰極結構14。該結構類似圖7A-7C中所示結構，并進一步包括墊片框架62。此外，分隔件42包括孔64。設置這些孔(或可替換地可采用片狀物)有助于將電解質結合至陰極結構中。電解質介質，如前文就陽極所述的，通常提高電池系統的離子傳導率。在凝膠材料的情況下，該材料可經由孔64注入，或施加在由活性陰極40與分隔件42之間的墊片62所形成的區域中。通常，當如前述選用雙峰凝膠介質時，第一類型膠凝劑濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約0.1％至約50％，優選的是約2％至約10％，更優選的是約1.5％至約6％。此外第二類型膠凝劑濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約0.1％至約50％，優選的是約2％至約10％，更優選的是約2.5％至約8％。在一個實施例中，第一類型膠凝劑為2％纖維素長纖維，第二類型膠凝劑為來自Spectrum公司的4％中粘度CMC。陰極部分40通常包括活性組分及稀釋劑連同適當連結結構如集流器。陰極部分40可以任選地包含保護層(例如聚四氟乙烯，可以商品名Teflon，從特拉華州威明頓杜邦公司(E.I.duPontNemoursandCompanyCorp.，Wilmington，DE)購得)。通常，選擇陰極催化劑以獲得至少20毫安/平方厘米(mA/cm2)的電流密度(在環境空氣中)，優選的是至少50mA/cm2，而更優選的是至少100mA/cm2。使用適當陰極催化劑及組成成分以及使用更高氧濃度，如基本上純氧，可獲得更高的電流密度。提供給陰極部分40的氧氣可來自任一種氧源，例如空氣；凈化的(scrubbed)空氣；純氧或基本上純氧，例如得自公用或系統來源、或得自現場氧氣制造；任何其它經加工處理的空氣；或包含前述至少一種氧源的任何組合。陰極部分40可為常規空氣擴散陰極，如通常包含活性組分及碳襯底，連同適當連結結構如集流器。通常，選擇陰極催化劑以獲得在環境空氣中的至少20毫安/平方厘米(mA/cm2)的電流密度，優選的是至少50mA/cm2而更優選的是至少100mA/cm2。當然使用適當陰極催化劑及組成成分可獲得更高電流密度。陰極可為雙功能陰極，例如在放電及再充電期間均能操作的陰極。優選地，使用的碳對電化學電池環境為化學惰性，其可以多種形式提供，包括但不限于碳薄片、石墨、其它高表面積碳材料或包含前述至少一種碳形式的組合。陰極集流器可為任一種能夠提供導電性的材料，并且優選的再堿溶液中為化學穩定，任選地，其能夠對陰極部分10提供支持。集流器可以是網格、孔板、金屬泡沫體、條、線、平板或其它適當結構形式。集流器通常為多孔，以將氧流動的阻礙最小化。集流器可由多種導電材料制成，這些導電材料包括但不限于銅、黑色金屬如不銹鋼、鎳、鉻、鈦等，以及包含前述至少一種材料的組合。適當集流器包括多孔金屬如鎳泡沫金屬。通常在陰極中還使用粘結劑，粘結劑可以是粘結襯底材料、集流器及催化劑以形成適當結構的任何材料。粘結劑通常以適合碳、催化劑和/或集流器的粘著目的的量而提供。這種材料優選的對電化學環境為化學惰性。在特定實施例中，粘結劑材料還具有疏水特性。適當的粘結劑材料包括基于下列成分的聚合物及共聚物，這些材料是聚四氟乙烯(例如Teflon及TeflonT-30，可從特拉華州威明頓杜邦公司(E.I.duPontNemoursandCompanyCorp.，Wilmington，DE)購得)、聚乙烯醇(PVA)、聚(環氧乙烷)(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等，及包含前述至少一種粘結劑材料的衍生物、組合及混合物。但本領域的技術人員將認識到也可使用其它粘結劑材料。活性組分通常為適當的催化劑材料以有助于陰極處的氧反應。該催化劑材料通常是以有助于陰極處氧反應的有效量而提供。適當的催化劑材料包括但不限于錳、鑭、鍶、鈷、鉑以及包含前述至少一種催化劑材料的組合及氧化物。示例性的空氣陰極在未決的、共同受讓專利申請，WayneYao及TsepinTsai，發布于2002年4月9日的名稱為“ElectrochemicalElectrodeforFuelCell”(燃料電池用電化學電極)的美國專利No.6,368,751中公開，該案以引用方式并入本文。然而，如本領域的技術人員所顯而易見的，根據其性能能力，可使用其它空氣陰極代替。為了將陽極與陰極電絕緣，在此處提供的電池10的具體實施例中，在多個位置設置分隔件，以總體上電絕緣陽極與陰極，但允許其間的離子連通。該分隔件可以是任何能夠電絕緣陽極及陰極，同時允許其間有足夠的離子輸送的市售分隔件。優選地，分隔件為柔性，以適應電池組件的電化學膨脹與收縮，并且對電池的化學品呈化學惰性。適當的分隔件包括但不限于以紡織、無紡、多孔(例如微孔或納米孔)、蜂巢狀、聚合物薄片等形式提供。用于分隔件的材料包括但不限于聚烯烴(例如可由DowChemical公司購得的Gelgard)、聚乙烯醇(PVA)、纖維素(例如硝化纖維素、乙酸纖維素等)、聚乙烯、聚酰胺(如尼龍)、氟碳化合物類型的樹脂(如具有磺酸基功能的Nafion族樹脂，可由杜邦公司購得)、賽璐玢(cellophane)、濾紙以及包含前述至少一種材料的組合。分隔件還可以包括添加劑和/或涂層如丙烯酯化合物等，以讓分隔件更易由電解質所濕潤及滲透。在特定實施例中，分隔件包含其中結合有電解質如氫氧化物傳導性電解質的膜。該膜由于下列因素而具有氫氧化物傳導特性，這些因素是可支持氫氧化物來源如膠狀堿性材料的物理特性(如多孔性)；可支持氫氧化物來源如含水電解質的分子結構；陰離子交換特性如陰離子交換膜；或前述一種或多種可提供氫氧化物來源的特性的組合。例如，分隔件可以包含一種材料，該材料具有可支持氫氧化物來源如膠狀堿性溶液的物理特性(如，多孔性)。例如，能夠提供離子傳導介質的各種分隔件在下列文獻中描述名稱為“VariableAreaDynamicBattery”(可變區動態電池)的美國專利No.5,250,370，SadegM.Faris，發布于1993年10月5日；名稱為“SystemandMethodforProducingElectricalPowerUsingMetalAirFuelCellBatteryTechnology”(使用金屬空氣燃料電池技術制造電力的系統及方法)的美國專利No.6,296,960，SadegM.Faris、Yuen-MingChang、TsepinTsai及WayneYao，發布于2001年10月2日；名稱為“Metal-AirFuelCellBatterySystemsHavingAMetal-FuelCardStorageCartridge，InsertableWithinAFuelCartridgeInsertionPort，ContainingASupplyOfSubstantiallyPlanarDiscreteMetal-FuelCards，AndFuelCardTransportMechanismsTherein”(帶有燃料卡儲存夾頭可插入燃料夾頭插槽，含有實質平面各別分開的金屬-燃料卡供應源的金屬-空氣燃料電池系統，以及其中的燃料卡輸送機構)的美國專利No.6,472,093，SadegM.Faris、TsepinTsai，發布于2002年10月10日；名稱為“Ionically-ConductiveBeltStructureforUseinaMetal-AirFuelCellBatterySystemandMethodofFabricatingtheSame”(在金屬空氣燃料電池系統中使用的離子傳導性帶狀結構及其制造方法)的美國專利No.6,299,997，SadegM.Faris、TsepinTsai，ThomasJ.Legbandt、MuguoChen及WayneYao，發布于2001年10月9日；名稱為“Ionically-ConductiveBeltStructureforUseinaMetal-AirFuelCellBatterySystemandMethodofFabricatingtheSame”(在金屬空氣燃料電池系統中使用的離子傳導性帶狀結構及其制造方法)的美國專利No.6,190,792，SadegM.Faris、TsepinTsai，ThomasLegbandt、WenbinYao及MuguoChen，發布于2001年2月20日；名稱為“Metal-AirFuelCellBatterySystemEmployingMeansforDischargingandRechargingMetal-FuelCards”(采用充放電金屬燃料卡裝置的金屬-空氣燃料電池系統)的美國專利No.6,306,534，SadegM.Faris、TsepinTsai，WenbinYao及MuguoChen，發布于2001年10月23日；名稱為“MovableAnodeFuelCellBattery”(活動式陽極燃料電池)的美國專利No.6,299,998，TsepinTsai及WilliamMorris，發布于2001年10月9日；名稱為“MovableAnodeFuelCellBattery”(活動式陽極燃料電池)的美國專利No.6,458,480，TsepinTsai及WilliamMorris，發布于2002年10月1日，各案皆以引用方式并入本文。通常，具有能夠支持氫氧化物來源的物理特性的類型的材料可以包含電解質凝膠。電解質凝膠可直接施加于展開電極和/或還原電極表面上，或作為自支持膜施加在展開電極與還原電極之間。可替換地，凝膠可由襯底支持，并結合在展開電極與還原電極之間。電解質(或者是這里的多種分隔件變型中的任何一種內部，或者是作為液體通常位于電池結構內部)通常包含離子傳導性材料以允許金屬陽極與陰極間的離子傳導。電解質通常包含氫氧化物傳導性材料如KOH、NaOH、LiOH、RbOH、CsOH或包含前述至少一種電解質介質的組合。在優選實施例中，氫氧化物傳導性材料包含氫氧化鉀。特別是，電解質可包含具有約5％離子傳導性材料至約55％離子傳導性材料濃度的含水電解質，優選的是約10％離子傳導性材料至約50％離子傳導性材料，而更優選的是約30％離子傳導性材料至約40％離子傳導性材料。用于膜的膠凝劑可為任何適當膠凝劑，其用量足夠提供所需材料稠度。膠凝劑可為交聯聚丙烯酸(PAA)，如可由北卡羅來那州夏洛特的BFGoodrich公司得到的Carbopol族交聯聚丙烯酸(如，Carbopol675)、可由聯合膠體有限公司(AlliedColloidsLimited)(英國西約克郡)購得的AlcosorbG1，以及聚丙烯酸的鉀鹽及鈉鹽；羧甲基纖維素(CMC)，例如可由威斯康辛州密爾沃基的AldrichChemical公司得到的；羥丙基甲基纖維素(hydroxypropylmethylcellulose)；明膠；聚乙烯醇(PVA)；聚(環氧乙烷)(PEO)；聚丁基乙烯醇(PBVA)；包含前述至少一種膠凝劑的組合；等等。通常膠凝劑濃度為約0.1％至約50％且優選的是約2％至約10％。任選的襯底可以多種形式提供，這些形式包括但不限于紡織、無紡、多孔(例如微孔或納米孔)、蜂巢狀、聚合物薄片等，其能夠允許還原電極與展開電極間的足夠的離子輸送。在特定實施例中，襯底是柔性的，以適應電池組件的電化學膨脹和收縮，且襯底對電池材料呈化學惰性。襯底材料包括但不限于聚烯(例如可由馬薩諸塞州Burlington的Daramic公司購得的Gelgard)、聚乙烯醇(PVA)、纖維素(例如硝化纖維素、乙酸纖維素等)、聚酰胺(如尼龍)、賽璐玢、濾紙以及包含前述至少一種材料的組合。襯底也包括添加劑和/或涂層如丙烯酯化合物等，以使它們更易由電解質所濕潤及滲透。在氫氧化物傳導性膜作為分隔件的其它實施例中，提供分子結構，支持氫氧化物來源如含水電解質。這種膜合乎所需，原因在于可在自我支持的固體狀態結構中實現含水電解質的傳導性的好處。在特定實施例中，膜可由聚合物材料及電解質的復合物制造。聚合物材料的分子結構支持電解質。交聯和/或聚合物股索(strand)用來維持電解質。在傳導性分隔件的一個例子中，聚合物材料如聚氯乙烯(PVC)或聚(環氧乙烷)(PEO)與氫氧化物來源整體地形成，成為厚膜。在第一組成成分中，1摩爾KOH及0.1摩爾氯化鈣溶解于60毫升水及40毫升四氫呋喃(THF)的混合液。提供氯化鈣作為吸濕劑。隨后添加1摩爾PEO至混合物。在第二組成成分中，使用與第一組成成分相同的材料，但以PVC取代PEO。溶液澆鑄(或涂覆)至襯底上作為厚膜，襯底例如為聚乙烯醇(PVA)型塑料材料。也可以使用其它具有表面張力高于薄膜材料的襯底材料。隨著混合溶劑從所施加的涂層蒸發，離子傳導性固態膜(即，厚膜)形成于PVA襯底上。通過從PVA襯底上剝離固態膜，形成離子傳導性固態膜或薄膜。使用前述組成成分，可形成厚度在約0.2至約0.5毫米范圍的離子傳導膜。其它適合作為分隔件的傳導膜的實施例的進一步細節在下列文獻中描述名稱為“SolidGelMembrane”(固體凝膠膜)的美國專利申請序列號No.09/259,068，MuguoChen、TsepinTsai、WayneYao、Yuen-MingChang、Lin-FengLi及TomKaren，1999年2月26日提交；名稱為“SolidGelMembraneSeparatorinRechargeableElectrochemicalCells”(充電式電化學電池的固體凝膠膜分隔件)的美國專利No.6,358,651，MuguoChen、TsepinTsai及Lin-FengLi，發布于2002年3月19日；名稱為“PolymerMatrixMaterial”(聚合物基體材料)的美國專利序列號No.09/943,053，RobertCallahan、MarkSteVens及MuguoChen，2001年8月30日提交；以及名稱為“ElectrochemicalCellIncorporatingPolymerMatrixMaterial”(結合聚合物基體材料的電化學電池)的美國專利序列號No.09/942,887，RobertCallahan、MarkStevens及MuguoChen，2001年8月30日提交；上述各案皆以引用方式并入本文。在特定實施例中，用作為分隔件的聚合物材料包含一種或多種選自水溶性烯屬不飽和酰胺及酸的單體，以及任選的水溶性或水膨脹性聚合物的聚合產物。聚合產物可形成于支持材料或襯底上。支持材料或襯底可以是但不限于紡織物或無紡布，例如聚烯烴、聚乙烯醇、纖維素，或聚酰胺如尼龍。電解質可在前述單體聚合前或聚合后添加。例如，在一個實施例中，電解質可以在聚合之前添加至含有單體(一種或多種)、任選的聚合引發劑(initiator)以及任選的加強元素(reinforcingelement)的溶液，并且其在聚合后仍然維持嵌入在聚合材料內。可替換地，聚合可在沒有電解質的情況下完成，隨后則包括電解質。水溶性烯屬不飽和酰胺單體及酸單體可以包括亞甲基二丙烯酰胺(methylenebisacrylamide)、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸、1-乙烯基-2-吡咯啶酮(1-vinyl-2-pyrrolidinone)、N-異丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide)、富馬酰胺(fumaramide)、富馬酸、N，N-二甲基丙烯酰胺(N，N-dimethylacrylamide)、3，3-二甲基丙烯酸(3，3-dimethylacrylicacid)及乙烯基磺酸的鈉鹽，其它水溶性烯屬不飽和酰胺單體及酸單體，或包含前述至少一種單體的組合。作為加強元素的水溶性或水膨脹性聚合物可以包括聚砜(陰離子)、聚(鈉4-苯乙烯磺酸鈉)(poly(sodium4-styrenesulfonate))、羧甲基纖維素、聚(苯乙烯磺酸-共聚合-順丁烯二酸)(poly(styrenesulfonicacid-co-maleicacid))的鈉鹽、玉米淀粉、任何其它水溶性或水膨脹性聚合物，或包含前述至少一種水溶性或水膨脹性聚合物的組合。添加加強元素增強了聚合物結構的機械強度。任選地，交聯劑如亞甲基二丙烯酰胺、乙烯二丙烯酰胺(ethylenebisacrylamide)、任何水溶性N，N’-次烷基-二(烯屬不飽和酰胺)(N，N’-alkylidene-bis(ethylenicallyunsaturatedamide))，其它交聯劑或包含前述至少一種交聯劑的組合。也可包括聚合引發劑，例如過硫酸銨、堿金屬過硫酸鹽及過氧化物、其它引發劑或包含前述至少一種引發劑的組合。此外引發劑可與例如輻射等基團產生(radicalgenerating)方法結合使用，輻射例如包括紫外光、X射線、γ射線等。但是，如果單獨輻射強度足夠引發聚合反應時，則無需添加化學引發劑。在一種形成聚合物材料的方法中，選用的織物可以浸在單體溶液(含或不含離子種類)種，被溶液涂覆的織物冷卻，并且任選地加入聚合引發劑。單體溶液可經由加熱、照射紫外光、伽瑪射線、X射線、電子束或其組合而聚合，其中制造聚合物材料。當離子種類被包括在聚合溶液中時，在聚合后氫氧離子(或其它離子)留在溶液內。此外，當聚合物材料不含離子種類時，例如可通過將聚合物材料浸于離子溶液來添加。聚合通常是在室溫至約130℃范圍的溫度下進行，但優選的是在約75℃至約100℃范圍的溫度進行。任選地，聚合可使用輻射結合加熱進行。可替換地，根據輻射強度，聚合可單獨使用輻射而在不升高成分的溫度的情況下進行。聚合反應中有用的輻射類型包括但不限于紫外光、伽瑪射線、X射線、電子束或其組合。為了控制膜厚度，經涂覆后的織物可在聚合前置于適當的模內。可替換地，以單體溶液涂覆的織物可置于適當薄膜如玻璃膜和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜之間。對本領域的技術人員來說顯而易見的是基于其在特殊應用中的效果，可改變膜厚度。在特定實施例中，例如對于從空氣分離氧氣，膜或分隔件的厚度約為0.1毫米至約0.6毫米。由于實際傳導介質留在聚合物骨架內部的水溶液中，因此膜的傳導性可與液體電解質的傳導性相比，其中液體電解質的傳導性在室溫下是相當高的。在分隔件的另一個實施例中，采用陰離子交換膜。一些示例性的陰離子交換膜基于包含季銨鹽結構功能的有機聚合物；強堿聚苯乙烯二乙烯基苯交聯第I型陰離子交換劑；弱堿聚苯乙烯二乙烯基苯交聯陰離子交換劑；強堿/弱堿聚苯乙烯二乙烯基苯交聯第II型陰離子交換劑；強堿/弱堿丙烯酸陰離子交換劑；強堿全氟胺化(perfluoroaminated)陰離子交換劑；天然發生陰離子交換劑如某些粘土；以及包含前述至少一種材料的組合及混合物。適當陰離子交換膜的另一個例子的進一步細節描述于名稱為“Polymer-BasedHydroxideConductingMembranes”(基于聚合物的氫氧化物傳導膜)的美國專利No.6,183,914，WayneYao、TsepinTsai、Yuen-MingChang及MuguoChen，發布于2001年2月6日，該案以引用方式并入本文。膜包括基于銨的聚合物，包含(a)具有烷基季銨鹽結構的有機聚合物；(b)含氮的雜環族銨鹽(heterocyclicammoniumsalt)；以及(c)氫氧陰離子來源。在另一個實施例中，所得膜的機械強度可通過將組成物澆鑄于支持材料或襯底上而提高，該支持材料或襯底優選為紡織物或無紡布例如聚烯烴、聚酯、聚乙烯醇、纖維素，或聚酰胺如尼龍。現在參照圖10，圖中顯示了陰極結構的另一實施例。該陰極結構包括剛性結構66其總體上設置于分隔件42與陰極結構中心之間。使用的是總體上類似前文對陽極結構所述結構20的剛性結構66。任選地，設置與剛性結構66相鄰另一分隔件68。剛性結構66的包括可進一步增強補給燃料的容易成都以及陰極結構的耐用性。陰極結構的集流器可以是任何通常結構。圖11中示出了一種優選結構。如圖中所示，可以使用單個陰極條形成一對陰極部分40a及40b。集流器70可以鉚接或以其它方式固定于條中央，將該條分為成對陰極部分40a及40b。為了有助于電接觸設置接頭72。現在參照圖12A及12B，圖中提供了包括陽極及陰極的電池內部界面的放大視圖。值得注意的是，在優選實施例中，分隔件19(與陽極結構12相關)與分隔件42(與陰極結構14相關)之間設置間隙。設置這種間隙以實現陽極結構補給燃料后的空隙。為了更進一步有助于燃料的補給，可在分隔件19與42之間的界面間隙處包括基于水的或電解質凝膠。當使用電解質凝膠時，前述任一種組成成分都適用。在特定實施例中，希望在將陽極結構插入陰極結構之前提供潤滑性非苛性凝膠。一種這樣的凝膠包括水(優選的是去離子水)加前述任一種第一或第二類型膠凝劑。優選的，膠凝劑基于PAA或Carbopol，以提供電極界面處的潤滑。膠凝劑的提供量可占總溶液的約0.1％至約50％，優選的是約2％至約10％，更優選的是約1.5％至約6.5％。開始放電后，陽極和/或陰極中的凝膠的離子傳導性介質將快速地遷移至界面水凝膠中，并提高離子傳導性，以及降低內部電阻。由此處所述金屬空氣電池及組成組件可獲得多種好處。陽極結構為剛性夾頭形式。陽極材料及電解質凝膠被總體上包含在剛性結構內部。此外，陽極結構的形狀略有改變；使得陽極結構可以容易地從陰極結構移開。此處所述金屬空氣電池的另一項好處在于設計的固有的安全性。用過的燃料夾頭可安全地拋棄，并且可容易地重復利用使用過的燃料。例如用過的燃料夾頭可在回收工廠處加工，其中老舊的陽極材料被去除，重新插入新陽極材料，回收利用框架及剛性結構。可替換地，用過的燃料可在逆向處理中再充電，其中施加電壓將金屬氧化物轉成為金屬。在多個電池被組裝在一起的實施例中，例如，如參照圖8A-8C所描述的，這種包裝實現了容易的補給燃料，同時最小化或消除了使用者可能的污染。雖然已經顯示及說明了優選實施例，但在不偏離本發明的精神及范圍的情況下可對其做出多種修改及取代。相應地，應該了解本發明僅以舉例說明而非限制性的方式進行了描述。權利要求1.一種金屬空氣電池，包括一陰極結構，其包括相對的陰極部分以及一被配置用于容納一陽極結構的空間；該陽極結構包括一對具有多個孔的剛性結構以及在剛性結構之間的陽極材料，其中孔用于實現離子連通；以及陽極與陰極之間的一分隔件，用于電絕緣陽極與陰極，其中該陽極結構的剛性結構有助于從陰極結構移開陽極結構。2.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述陽極結構及陰極結構包括電解質凝膠。3.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中在所述陽極結構與陰極結構之間維持一間隙。4.如權利要求3所述的金屬空氣電池，其中在所述間隙處提供基于水的凝膠。5.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述剛性結構為非傳導性。6.如權利要求5所述的金屬空氣電池，其中所述剛性結構為從由塑料、經塑料涂覆的金屬、陶瓷、非傳導性或經涂覆的碳纖維復合材料以及包括前述至少一種材料的組合組成的組中選擇的形式。7.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述剛性結構包括多個孔，用于所述陽極結構的活性材料與陰極結構處產生的氫氧離子之間的離子連通。8.如權利要求7所述的金屬空氣電池，其中所述多個孔具有從由多邊形、圓形、橢圓形、狹縫或前述至少一個的組合組成的組中選擇的形狀。9.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述剛性結構包括具有開口面積比約70％至約90％的經塑料涂覆的金屬蜂巢狀網格。10.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述剛性結構包括具有開口面積比約78％的經塑料涂覆的金屬蜂巢狀網格。11.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述剛性結構抵消所述陽極結構的陽極材料在電化學轉化期間膨脹的趨勢。12.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述剛性結構彼此連接。13.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述剛性結構彼此分開。14.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中電解質嵌入在所述陽極結構中。15.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述陽極結構包括從由鋅、鈣、鋰、鎂、黑色金屬、鋁、前述至少一種金屬的氧化物，以及包括前述至少一種金屬的組合及合金組成的組中選擇的金屬組分。16.如權利要求15所述的金屬空氣電池，其中所述金屬組分與選自鉍、鈣、鎂、鋁、銦、鉛、汞、鎵、錫、鎘、鍺、銻、硒、鉈、前述至少一種金屬的氧化物，以及包括前述至少一種成分的組合組成的組的組分混合或形成合金。17.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述陽極結構的形式為，從由粉末、纖維、粉塵、顆粒、薄片、針狀及丸粒組成的組中選擇的金屬組分形式。18.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述陽極結構由纖維狀金屬組分形成。19.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述陽極結構包括一具有入口以及出口的管，其中在電池裝配期間，呈未固化狀態的膠凝劑組成成分經由入口注入，并經由出口擴散遍布于整個電池。20.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中通過將包括剛性結構的陽極結構引入至其中具有電解質介質的模中，而使凝膠電解質被引入至所述陽極結構。21.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中使用一雙峰膠凝組成成分以促進在所述陽極結構內部的電解質凝膠的均勻分布。22.如權利要求21所述的金屬空氣電池，其中所述雙峰膠凝組成成分包括第一類型膠凝劑，其用于提供具有相對低粘度、帶有足夠的基體結構以允許一第二類型膠凝劑分散的基體，該第二類型膠凝劑用于提供膠化溶液的所需粘度，從而在膠凝期間避免第二類型膠凝劑的沉降或形成非期望的稠密厚塊或團。23.如權利要求22所述的金屬空氣電池，其中所述第一類型膠凝劑是從由纖維素纖維(長、中、短)、α-纖維、微晶纖維素以及包括前述至少一種的組合組成的膠凝劑的組中選擇的。24.如權利要求22所述的金屬空氣電池，其中所述第二類型膠凝劑是從由交聯聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸的鉀鹽及鈉鹽、羧甲基纖維素(CMC)、羥丙基甲基纖維素、明膠、聚乙烯醇(PVA)、聚(環氧乙烷)(PEO)、聚丁基乙烯醇(PBVA)，以及包括前述至少一種第二類型膠凝劑的組合組成的膠凝劑的組中選擇的。24.如權利要求22所述的金屬空氣電池，其中所述第一類型膠凝劑的濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約0.1％至約50％。25.如權利要求22所述的金屬空氣電池，其中所述第一類型膠凝劑的濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約2％至約10％。26.如權利要求22所述的金屬空氣電池，其中所述第一類型膠凝劑的濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約2.5％至約6.5％。27.如權利要求22所述的金屬空氣電池，其中所述第二類型膠凝劑的濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約0.1％至約50％。28.如權利要求22所述的金屬空氣電池，其中所述第二類型膠凝劑的濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約2％至約10％。29.如權利要求22所述的金屬空氣電池，其中所述第二類型膠凝劑的濃度(在不含金屬的堿溶液中)為約2.5％至約4.5％。30.如權利要求22所述的金屬空氣電池，其中所述電解質介質包括3％微晶(作為第一類型膠凝劑)；以及1％CMC250K及中粘度CMC作為第二類型膠凝劑。31.如權利要求1所述的金屬空氣電池，其中所述陰極結構包括相鄰活性陰極部分定位的空氣框架，用于輔助在活性陰極部分表面上分散氣流。32.一種金屬空氣電池系統，包括多個如權利要求1所述的電池。33.如權利要求32所述的金屬空氣電池系統，其中每一陰極結構包括一相關聯的陰極空氣框架，其可專門用于一個陰極結構所或由相鄰的多個陰極結構所共享，其中該空氣框架有空氣進氣口及出氣口，其中多個相鄰陰極結構的陰極空氣框架的空氣進氣口及出氣口被對準。34.如權利要求32所述的金屬空氣電池系統，其中多個電池被澆鑄而形成集成電池系統。35.一種負電極結構，包括一對具有多個孔的剛性結構以及在該對剛性結構之間的可耗用電極材料，其中孔用于實現離子連通。36.如權利要求35所述的負電極結構，還包括在所述可耗用電極材料內部結合的電解質凝膠。37.一種形成陽極結構的方法，包括使用一第一類型膠凝劑以及一第二類型膠凝劑，以促進電解質凝膠及活性陽極材料在陽極結構內部的均勻分布。38.如權利要求37所述的形成陽極結構的方法，其中所述第一類型膠凝劑用于提供一種具有相對低粘度、帶有足夠的基體結構以允許一第二類型膠凝劑分散的基體，該第二類型膠凝劑用于提供膠化溶液的所需粘度，從而在膠凝期間避免該第二類型膠凝劑的沉降或形成非期望的稠密厚塊或團。全文摘要提供一種金屬空氣電池(10)及電池系統。總體上，該電池(10)包括一包含相對陰極部分的陰極結構(14)，以及一被配置以容納陽極結構(12)的空間。該陽極結構(12)包括一對剛性結構(20)和在剛性結構(20)之間的陽極材料(16)，該剛性結構(20)有多個孔(26)以實現離子連通。一分隔件(18)設置于該陽極(12)與陰極(14)之間以電絕緣該陽極(12)與陰極(14)。陽極結構(12)的剛性結構(20)有助于使陽極結構(12)從陰極結構(14)移開。在特定實施例中，陽極結構(12)利用雙峰膠凝劑形成，以促進陽極材料(16)及電解質凝膠的均勻分布。文檔編號H01M4/02GK1647296SQ03808891公開日2005年7月27日申請日期2003年2月20日優先權日2002年2月20日發明者蔡則彬,喬治·佐尼－吉·曾,邁克爾·格洛弗,李林峰,威廉·莫里斯申請人:異能公司