具有雙功能電解質的電池的制作方法

專利名稱：：具有雙功能電解質的電池的制作方法
技術領域：
：本發明的領域為電池，且特別為氧化還原流動池(flowcell)。技術背景基于相對寬的范圍的電對，很多類型的電池(battery)和其它能量池(powercell)是已知的。含鋅的那些電對在最受歡迎的電對中。鋅被認為是可在含水的室溫電池中循環的最高能量對成分且因此通常用于眾多的電池和能量池應用。取決于配對搭檔(couplingpartner),這種含鋅電池將呈現各種特性。例如，在最簡單的手電筒電池中鋅與碳配對以提供相對便宜和可靠的電源。雖然Zn/C電池的制造通常簡單和僅引起相對很少的環境影響，但是Zn/C電池存在各種缺點。尤其是，在通常使用的Zn/C電池中能量與重量的比相對差。為改善能量與重量的比，可使用替換的配對搭檔和體系。例如，鋅可與氧化汞或銀配對以實現改善的能量與重量比。但是，氧化汞的毒性在制造中是經常有問題的，并且當這種電池被丟棄時趨于變得甚至更有問題。另一方面，雖然作為鋅的配對搭檔的銀是環境基本中性的且顯著改善能量與重量比，但是使用銀在很多場合是很不經濟的。在更進一步已知的電池和能量池中，鋅還與其它金屬如鎳或銅配對以提供特定的期望特性。但是，并取決于具體金屬，新的缺點可出現且特別是包括制造和/或處理時的環境問題、相對低的能量與重量比和不期望的低的開路電壓。另外，可使用卣素作為鋅的配對搭檔，且最通常的鋅-囟素對包括鋅-溴和鋅-氯(例如，用于負載調整電池)。但是，這種電池構造常常難以并入便攜式或小型化的裝置中。而且，這種電池構造典型地需要泵送系統且經常易于泄漏，產生由于來自游離囟素如氯和溴的危險的和環境的威脅的顯著問題。或者，氧可用作鋅的氣體配對搭檔，因而通常避免與毒性、用于配對搭檔的超額成本或泄漏相關的問題。在這種構造中的各種優點中，使用空氣(即，氧)作為鋅的配對搭檔典型地導致相對高的能量和重量比。而且，鋅-氧體系典型地提供相對平坦的放電曲線。但是，這種電池的合理貯藏壽命經常只可通過使用昂貴的鍍鉑的碳空氣電極和氣密性密封而實現。而且，為提供連續的操作，空氣必須具有通過電池至正極的無阻礙通道，使得空氣中的氧可用于使正極放電。而且，鋅-空氣電池的商業應用先前已被限定于一次或不可再充電類型。由于使用堿性電解質，鋅-空氣電池經常出現另外的問題，該堿性電解質典型地布置于多孔鋅負極和由碳膜形成的空氣正極之間。不幸地，在這種電極中堿性電解質的使用經常導致二氧化碳的吸收，和因此導致碳酸鹽的形成，這又趨于降低電導率和堵塞電極的活性表面中的孔。因此，盡管在本領域中已知的電池和能量池中有許多用于鋅的配對搭檔，但是它們全部或幾乎全部都遭受一種或多種缺點。因此，仍需要提供用于改進的電池的組合物和方法。
發明內容本發明涉及具有雙功能酸性電解質的電池，其中化合物(a)向該酸性電解質提供酸性，和(b)增加在電池中提供電流的氧化還原電對的至少一種金屬離子的溶解度。在本發明主題的一個方面中，該酸性電解質為含水的電解質且特別預期的化合物包括有機酸。特別優選的有機酸包括烷基磺酸(例如，甲磺酸)和烷基膦酸(例如，曱膦酸)。更進一步優選的有機酸包括氨基取代的磺酸(任選地具有取代的氨基)，和最優選氨基磺酸。在其它優點中，預期的酸典型地是可容易得到的、化學和環境良好的，且對各種金屬離子(例如，鈰、鋅、或鉛)呈現出眾的溶劑化性質。在本發明主題的另一個方面中，該氧化還原對包括第一金屬和第二金屬(其可以離子形式或者元素形式存在)，且該金屬的至少一種是鈷離子、錳離子、鈰離子、釩離子、鈦離子、鉛離子、或鋅離子。但是，特別優選的氧化還原對包括C03+/ZnG、Mn3+/ZnG、Ce4+/V2+、Ce4+/Ti3+、Ce4+/ZnQ、Co2+/Ce4+、Co2+/Co3+、？1/+/1)()和？134+/2110。在本發明主題的進一步方面中，預期的電池可用作一次或者二次電池，且可具有寬范圍的容量(例如，至少10Wh100,000kWh,和甚至更多)。尤其是預期的電池具有相對高的容量的情況下，預期這種電池包括與電池單元(batterycell)流體連通的負極電解質儲蓄器(reservoir)和正極電解質儲蓄器，且該單元的至少一些可包括雙極性電極。本發明的各種目的、特征、方面、和優點將通過與附圖一起的下列本發明的優選實施方式的詳細描述而變得更加明晰。圖1是根據本發明主題的示例性電池的示意圖。圖2是包括多個池的示例性電池構造的示意圖。圖3是描述示例性的Zn/Ce電池的放電容量的圖。圖4是描述在1.8伏下放電的示例性的Zn/Ce電池的電流密度的圖。圖5是描述充電過程中示例性的Zn/Ce電池的單元電壓的圖。圖6是描述在電解質中使用曱磺酸的示例性的Pb"/Pb。電池的放電容量的圖。具體實施方式本發明人已發現可制造電池，其中酸性電解質具有(a)向電解質提供酸性和(b)增加形成氧化還原對的金屬的至少一種金屬離子的溶解度的化合物。溶解度優選通過絡合物或者鹽的形成而增加。從另一觀點看，本發明人發現增加所選金屬(和特別是離子形式)在電解質中的溶解度的化合物將有利地允許使用另外被認為是在具有酸性電解質的電池(且特別是二次電池)中不適合的的氧化還原電對的氧化還原對。在此使用的術語"酸性電解質"是指具有小于7.0且更典型地小于4.0的pH的電解質(即，導電的溶液)。也在此使用的術語"氧化還原對(pair)"與術語"氧化還原對(couple)"可交換地使用且是指在電池中的第一元素(或該第一元素的離子)和第二元素(或該第二元素的離子)的組合，其中該第一元素的還原和該第二元素的氧化產生該電池提供的電流。更優選地，該氧化還原對中的第一和第二元素不同，且在氧化還原對的第一和第二元素相同(具有不同氧化態)的情況下，具體地由￥5+/￥2+形成的氧化還原對。在此進一步使用的術語"負極(anode)"指在電池的放電過程中電池的負極(即，氧化發生的電極)。因此，術語"負極室"指包括該負極的電池室，和術語"負極電解質"指在該負極室中的電解質。類似地，術語"正極(cathode)"是指在電池的放電過程中電池的正極(即，還原發生的電極)。因此，術語"正極室，，指包括該正極的電池室，和術語"正極電解質"指在該正極室中的電解質。更進一步在此使用的術語"化合物增加金屬離子"在電解質中"的溶解度"意味著金屬離子在包括該化合物的電解質中的的溶解度比相同金屬更典型地高至少20%，和還更典型地高至少50%。例如，雖然Ce"在含水的硫酸中僅具有微小的(marginal)溶解度，但是Ce"在約50%(體積)曱磺酸的水溶液中具有超過100g的溶解度(以碳酸鈰計)。在一個優選的電池構造中，氧化還原對由鋅和鈷在酸性電解質中形成，其中該酸性電解質包括曱磺酸以提供電解質的酸性和增加Zn2+、Co3+、和/或Co"在酸性電解質中的溶解度。基于先前的實驗(以下)，這樣的氧化還原對具有約2.6伏的開路電壓，其優于許多其它氧化還原對。在這種構造中，本發明人預期，遵循下面的方程式(I),鋅在電池放電時溶解在溶液中并且在充電過程中鍍到電極上。在另一個電極上，鈷離子遵循下面的方程式(II)貢獻/接收電子。放電Zn0-2e-—Zn+2充電Zn+2+2e-—Zn0(I)放電2Co+3+2e-—2Co+2充電2Co+2-2e-—2Co+3(II)預期的電池因此有利地使用酸性電解質，且特別優選的酸性電解質包括有機酸。此外通常優選，預期的有機酸(a)在含水的或者非水的介質中具有相對高的溶解度，和(b)增加離子形式的氧化還原對的金屬的至少一種的溶解度。雖然不希望被任何具體假設或者理論約束，本發明人預期，溶解度的增加至少部分由于金屬離子與有機酸的陰離子形成絡合物(例如，形成鹽)。在另一個優選的實例中，鉛可用作氧化還原對以提供氧化還原流動電池。在這種電池中，氧化還原對Pb+VPbG保持在酸性電解質中，該酸性電解質包括曱磺酸、氟硼酸或氨基磺酸作為酸化組分，該酸化組分進一步增加在電池的充電和放電過程中產生的鉛離子的溶解度。下面的方程式(m)和(IV)描述相應的氧化還原反應放電Pb、2e-Pb+2充電Pb+2+2e=PbQ(III)放電Pb+4+2e=Pb+2充電Pb+2-2e=Pb+4(IV)這里，鉛在放電過程中從鉛電極上溶解并在充電過程中鍍到電極上方程式(m)。二氧化鉛(其中鉛處于四價)典型地以粘附的黑沉積物存在于電極上。在放電過程中，二氧化鉛還原為在包含酸化鉛離子增溶劑(例如，曱磺酸、氟硼酸、或氨基磺酸)的電解質中可溶的二價離子。相反地，在充電過程中Pt^+以Pb"沉積。應該特別理解，這種電池以與使用硫酸的常規鉛酸電池顯著不同的模式工作。尤其是，硫酸鉛不溶并在放電后保持在電極上。鉛離子在預期的有機酸(且具體在甲磺酸、氟硼酸、和/或氨基磺酸)中的溶解度，和如此形成的鉛鹽用作基質(substrate)的能力向用于氧化還原流動電池的預期構造提供預料不到的且高度有利的性質，鉛可從該基質以二氧化鉛沉積物沉積在電極上。與當前已知的使用硫酸的鉛酸對對比，預期電池中的活性材料在放電積物。因此，與涂漿板有關的性能衰退被完全避免。在預期的氧化還原流動電池中，二氧化鉛在充電過程中從溶解的曱磺酸鉛溶液中沉積到正極上，而元素鉛則在充電過程中從溶解的曱磺酸鉛溶液中沉積到負極上。在充電頂端的開路電壓是2伏。當放電時，二氧化鉛和另一電極上的鉛以曱磺酸鉛溶解回電解質中。因此，應該理解，使用鉛氧化還原對(以及在此出現的其它對)的預期的體系可用于氧化還原流動電池中。電池的容量取決于可利用的電解質的體積和濃度以及選擇以容納生長的沉積物的單元間隙。或者，和特別是在高功率要求下電池容量相對低的情況下，預期的電池體系也可沒有流動的電解質而操作。在更進一步的預期的方面中，正(鉛)電極可用鋅代替，從而提7高開路電壓。這種電池有利地消除與鉛電極有關的枝晶問題。但是，在這種電池中，通常需要電池隔膜和單獨的電解質。特別優選的有機酸包括能夠以相對高的濃度(例如，大于0.1M，更優選大于0.25M,還更優選大于0.5M,和最優選大于0.7M,其至少部分取決于電解質中的有機酸類型和具體的金屬離子)溶解金屬離子，且特別是Co+3/+2、Mn+3/+2、Ce+4/+3、Pb+2/PbG、Ti+3/+4、V^和Zn+2。因此，特別預期的有機酸包括各種烷基磺酸和各種烷基膦酸。此處使用的術語"烷基"是指所有烴基團(包括線形的、枝狀的和環狀的)，其在很多情況下可具有通式CnH2w。其中一個或多個H原子被非H原子(例如，卣素、烷基、芳基、羧酸、磺酰基、或磷酰基)取代的烴也包括在術語"烷基"中。例如，可使用曱基磺酸，其中期望電解質為生物可降解的和/或為強度顯著較小的氧化劑(例如，與硫酸相比)。另一方面，替換的有機酸也可包括三氟曱磺酸(CF3S03H)，其被認為對各種金屬離子(如，鈰離子)產生比曱磺酸更好的溶劑陰離子。更進一步預期的化合物還包括無機酸如高氯酸(HC104)、硝酸、鹽酸(HC1)、或硫酸(H2S04)。但是，這樣的替換酸可帶來安全憂慮或呈現對溶解高濃度的預期的金屬離子較少有利的能力。關于化合物(例如，有機酸)的濃度，應該理解，對于本發明的主題不限制特定的濃度。但是，特別優選的濃度通常相對高(即，至少0.1M，和更典型地超過1M)。例如，有機酸為甲磺酸(MSA)情況下，合適的濃度為1M4M，且更優選為2.5M3.5M。類似地，通常預期鈷離子濃度可顯著變化，且預期的濃度在0.1-1mM之間(和甚至更少)至十2和/或+3氧化態的鈷離子的最大飽和濃度的范圍內。但是，典型地優選電解質中的鈷離子濃度為至少0.05M,更優選至少O.IM，且最優選為至少0.3M。從另一觀點來看，預期優選的鈷離子濃度在pH<7和20°C下鈷離子在電解質中最大溶解度的5-95%內。進一步預期可將鈷離子以各種形式引入到電解質中。但是，優選鈷離子以碳酸鈷形式加入到電解質溶液中。許多替換形式，包括醋酸鈷或者硫酸鈷，也是預期的。類似地，電解質中的鋅離子濃度可顯著變化，但優選為至少0.3M，更優選至少0.8M，和最優選至少1.2M。關于鋅添加到電解質中的具體形式，應用上面描述的同樣考慮。因此，預期的鋅的形式包括碳酸鋅、醋酸鋅、硝酸鋅等。在可將第二金屬以非離子形式引入的情形下，預期這種金屬(且特別是鋅和/或鉛)可以膜或板引入到電極上(典型地負極)。在使用曱磺酸的水溶液的示例性的鋅/鈷氧化還原體系中，預期下列反應在充電過程中發生(放電時反應逆轉)正極2Co(CH3S03)2+2CH3S03H—2Co(CH3S03)3+2H+負極Zn(CH3S03)2+Zn°+2CH3S03H以另一形式書寫2Co+2-2e-—2Co+3(充電時E0=+1.92伏)Zn2++2e-—Zn0(充電時E0=-0.79伏)因此，應認識到在充電和放電過程中僅氫離子移動通過電池中的膜(即，隔膜)。因此，特別預期的膜包括允許氫的流動但限制和/或防止穿過膜的電解質的其它組分的交換的那些。在本領域中已知許多這種膜，且認為所有的那些適合與此處呈現的教導一起使用。但是，特別優選的膜包括NAFION膜(NAFIONTM:酸形式的全氟磺酸-PTFE共聚物；可商購自DuPont,Fayetteville，NC)。圖1描述具有外殼110與觸頭112和114的示例性電池100。觸頭112和114與各自的電極130A和130B(其布置在至少一個電池單元120中)電連接。單元120用隔膜122(即，NAFION膜)分成室124和室126。室124包括布置在含Co+2和Co+3離子的電解質142(例如，包括MSA)中的電極130B，而室126包括布置在含鋅離子(非離子金屬形式的鋅典型地鍍到電極上)的電解質140(例如，包括MSA)中的電極130A。外殼可進一步分別包括負極電解質和正極電解質儲蓄器150和152,其通過管路和任選的泵151與相應的室流體連通。在本發明主題的特別預期的替換方面中，預期正極電解質中的金屬不需要限于鈷離子，且許多替換金屬離子也被認為適合于此使用。但是，氧化還原對中特別優選的金屬包括錳離子、鈰離子、釩離子、鈦離子、鉛和鉛離子、鋅和鋅離子。使用這樣的金屬和金屬離子的情況下，特別優選氧化還原對為C03+/ZnG、Mn3+/ZnG、Ce4+/V2+、Ce4+/Ti3+、Ce4+/ZnQ、或Pb4+/Pb°(T表1列出這種對的計算和/或觀察的開路電壓(OCV))。_氧化還原對ocv(伏)性能Co3+/Zn02.6在多次循環中穩定的充電/放電，無鋅枝晶Mn3+/Zn02.2在多次循環中穩定的充電"文電，無鋅枝晶<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表1適合與在此呈現的教導一起的更進一步預期的電池構造描述于具有以下序號的我們的共同未決的專利申請中PCT/USO1/41678(2001年8月10日提交，以WO03/017407公布)、PCT/US02/04749(2002年2月12日提交，以WO03/017395公布)、PCT/US02/05145(2002年2月12日提交，以WO03/017408公布)、PCT/US02/04740(2002年2月12日提交，以WO03/017397公布)、PCT/US02/04738(2002年2月12日提交，以WO03/017394公布)、和PCT/US02/04748(2002年2月12日提交，'以WO03/028127公布)，其各自在此引入作為參考。在更進一步的替換方面中，且特別取決于氧化還原對的具體本性，應理解酸性電解質可為含水電解質或非水電解質。例如，在電解質為含水電解質，且酸化組分為有機酸的情況下，預期酸陰離子(即，去質子化形式的酸)可作為用于氧化還原對中的金屬離子的至少一種的抗衡離子。另一方面，且尤其是可用的情況下，預期可使用絡合劑(例如，環狀多氨基羧酸鹽配體、六氮雜大環配體等)以提高氧化還原對中的金屬離子的至少一種的溶解度。在本發明主題的更進一步預期的方面中，且特別是希望在充電過程中獲得相對高的鍍鋅的電流效率的情況下，優選將銦加到電解質以顯著提高氫過電位。認為銦的加入起到阻礙氫逸出的作用，因此在電池充電時強迫鋅沉積。雖然銦加到堿性電解質中之前已經表明減少氫的氫過電位，本發明人令人驚訝地發現與沒有銦(在電解質中少于1%的銦離子替代鋅離子)的70-80%相比，在銦離子存在下在酸電解質中的鋅沉積是幾乎95%的高效率。當然，應該認識到，在預期的電池中的氫過電位的降低不需要限定為向電解質中加入特定濃度的銦，而是也預期眾多其它濃度的各種替換元素(典型地金屬，最典型地13族元素)。例如，合適的元素包括鉍(Bi)、錫(Sn)、鎵(Ga)、鉈(T1)，和各種氧化物，包括三氧化二銦(111203)、三氧化二鉍(Bi203)、氧化錫(SnO)和三氧化二鎵(Ga203)。關于金屬和其它降低氫過電位的化合物的濃度，通常優選濃度小于5摩爾％(相對Zn),更典型小于2摩爾％(相對Zn),和還更典型地小于1摩爾％(相對Zn)。但是，和特別是這樣的元素或其它化合物呈現出相對高的溶解度的情況下，超過5摩爾％(相對Zn)的濃度也認為是合適的。在本發明主題的更進一步的替換方面中，預期合適的電池可構造成其本發明的主題不限制雙極性電極的具體本性，且通常預期任何在充電過程中允許鈷、錳、鈰、和/或鉛離子的氧化的材料適合在此使用。但是，特別優選的用于雙電極的材料為玻璃碳。本發明人令人驚訝地發現盡管在高酸性電解質中工作，但在充電過程中玻璃碳提供優異的用于鍍鋅的基材。而且，玻璃碳是相對便宜且可比較的輕質材料，因此進一步改善成本/重量與容量的比。示例性的堆疊電池構造描述于圖2中，其中電池200具有正極210和負極220,且其中多個隔板240將電池分成多個單元。該單元的每個(排除包括負極或正極的單元)包括雙極性電極230。進一步預期的雙極性電極方面在2003年2月12日提交的序號10/336,118的美國專利申請中公開,其在此引入作為參考。類似地，雖然在一些電池構造中NAFIONTM膜可比其它膜更令人滿意地工作，但通常預期對于本發明的主題不限制膜的精確的物理和/或化學性質，只要這樣的膜允許在預期的酸性電解質中在負極和正極室之間的H+交換。因此，應該理解除NAFIONTM膜外的許多替換膜也是適合的，且示例性的膜包括所有已知的固體聚合物電解質膜或者類似的材料。而且，應該特別認識到在至少有些預期的電池中，即使膜呈現正極電解質和/或負極電解質向相對的室中的一些泄漏或者滲透性，這種膜也是適合使用的，因為在本發明主題的更進一步預期的方面中，應認識到預期的電池的容量典型地僅受負極電解質和正極電解質的供應的限制。因此，預期特別有用的應用包括具有至少10kWh容量的相對小的電池，還包括具有至少100，000kWh容量的相對大的電池(例如，變電所和商業/工業場所的負載調次電池。<旦是，應該-〖人識到預期的電解質和電池構造也可用于一次電池。因此，在本發明主題的一個優選方面中，本發明人預期具有酸性電解質的二次電池，其中第一和第二金屬離子形成產生電池提供的電流的氧化還原對，其中該電解質包括烷基磺酸(最優選MSA),且其中該氧化還原對選自CO3+/Zn0、Mn3+/Zn0、Ce4+/V2+、Ce4+/Ti3+、Ce"Zn0、Pb4+/PbQ和Pb4+/Zn0。至Co(O)。從不同的和更寬的觀點來看，本發明人預期包括酸性電解質的電池，其中化合物(優選有機酸，更優選烷基磺酸或者烷基膦酸)向酸性電解質提供酸性且其中與不含該化合物的電解質相比，該化合物進一步增加至少一種金屬離子(優選鈷離子、錳離子、鈰離子、釩離子、鈦離子、鉛離子、或鋅離子)的溶解度，其中該金屬離子與第二金屬離子形成提供電池電流的氧化還原對。實驗示例性的可再充電Zn-Co電池為驗證包括含有鈷-鋅氧化還原對的電解質的可再充電電池的概念，通過使用在每個面中間具有襯墊的四塊塑料超高分子量聚乙烯(UHMWP)、兩個電極和一個NAFIONTM膜構造單元。電解質進口和出口安排在中部且電解質通過蠕動泵從兩個小罐供料到相應的室中。鈷溶液在480ml曱磺酸和320ml水中含有85克醋酸鈷。鋅溶液在240ml曱磺酸和160ml水中含有65克碳酸鋅。鈷溶液加到由涂覆鈦網(Ti02)制成的正極，且鋅溶液加到鈦負極。單元間隙為2.54cm，流速約2升/分鐘。該單元在0.5A(電流密度50mA/cm勺下充電5小時，進一步在0.2A電流下運行過^艾并在0.5A下再運行5小時。開^各電壓最大為2.5V和在0.5A下的充電過程中跨越該單元的電壓為2.6V。為研究電流效率，將單元清空并觀察負極側。負極側含約9克鋅，其與對于通過的電荷預計的理論值非常接近一致。將鋅置于電解質中和鋅自發溶解的速率相對低。兩小時后仍觀察到約50%的鋅，且72小時后殘存一些殘留的鋅。而且，在充電過程中在負極或正極上觀察到非常少的析氣。大部分鋅在鈦負極上形成粒狀的小結并最終鍍在膜的面上，而正極看來基本上沒有沉積物。示例性的可再充電Zn/Ce電池使用復合碳-塑料負極、鍍鉑的鈦網正極和Nafion隔膜構建Zn/Ce電池。電極表面積為100cm2。負極到隔膜的間隔約為0.4cm;正極到隔膜間隔約為0.2cm。通過將137g的Ce2(C03)3.xH20和107g的ZnO溶解在1042g的70%曱磺酸中制得負極電解質。加入足量的水以使體積至1.1升。正極電解質類似地制備，通過將165g的Ce2(C03)3.xH20和74g的ZnO溶解在995g的曱磺酸中制得。加入足量的水使體積至1.1升。在單元、泵和電解質儲蓄器之間進行管連接。打開泵和電解質流過該單元。負極電解質流速為1.3-1.4升/分鐘；正極電解質流速為約1.4-1.5升/分鐘。該單元在60。C下操作。對該單元進行電連接，其在1000八/1112的恒定電流下充電5分鐘，并隨后在500A/m2的恒定電流下直到固定量的電荷1200Ah/m2輸送到該單元中。靜置一分鐘后，該單元在1.8V的恒定電壓下放電直至電流降至50A/m2。靜置5分鐘后，重復該程序直至進行總共10個循環。這10個循環之后，在充電過程中輸送到該單元的電荷量從12增加到2110Ah/m2,再進行20次循環。然后重復全部順序的30次循環。圖3顯示如上述構建和循環的Zn/Ce電池的放電容量。圖4顯示對于使用上述的程序循環的電池在1.8V下的典型放電過程中獲得的電流密度。圖5顯示在使用上述條件的充電過程中電池的單元電壓。示例性的可再充電Pb4+/PbQ電池Pb4+/Pb°電池使用復合碳-塑料負極和正極、以及Nafion隔膜構建。電極表面積為lOcm2。負極至隔膜和正極至隔膜的間隙為約1.2cm。通過將335g的PbO溶解在549g的70%曱磺酸中制備電解質。加入足量的水使得總體積為1升。負極電解質和正極電解質儲蓄器各自填充有500ml該溶液。在單元、泵和電解質儲蓄器之間進行管連接。打開泵和電解質以約1.0升/分鐘流過負極室，和以0.2升/分鐘經過正極室。該單元在室溫下操作。對該單元進行電連接，其在250A/rr^的恒定電流下充電4小時。靜置5分鐘后，該單元在150A/n^的恒定電流下放電直至單元電壓降至0.8V。靜置5分鐘后，重復該程序。圖6顯示在這些循環條件下的電池的單元電壓。因此，已公開了具有雙功能電解質的電池的具體實施方式和應用。但是，對于本領域的技術人員來說應該明晰在不偏離本文的發明點的情況下，除了已經描述的那些外，更多的改變是可能的。因此，除了在所附權利要求中的精神外，本發明的主題不受限制。而且，在解釋說明書和權利要求書兩者時，所有的術語應以與上下文一致的最寬可能的方式解釋。特別是，術語"包括(comprises)"和"包含(comprising)"應該解釋為以非排他性的方式涉及元素、組分、或者步驟，表明所涉及的元素、組分、或者步驟可與其它未明確提及的元素、組分、或者步驟一起存在、或使用、或者組合。權利要求1.一種電池，其包括酸性電解質，其中有機酸向該酸性電解質提供酸性；其中與不具有該化合物的電解質相比，該化合物進一步增加至少一種金屬離子的溶解度；其中該金屬離子和第二金屬，任選地以離子形式，形成提供該電池的電流的氧化還原對；和條件是在該金屬離子和該第二金屬為鉛時，該化合物不是硫酸，不是烷基磺酸，且不是胺磺酸。2.權利要求l的電池，其中該金屬離子和該第二金屬離子的至少一種選自4古離子、l孟離子、4市離子、4凡離子、4太離子、4S離子和《辛離子。3.權利要求2的電池，其中該氧化還原對為Co37ZnG。4.權利要求2的電池，其中該氧化還原對為Mn3+/ZnG。5.權利要求2的電池，其中該氧化還原對為Ce4+/V2+。6.權利要求2的電池，其中該氧化還原對為Ce4+/Ti3+。7.權利要求2的電池，其中該氧化還原對為Ce4+/ZnG。8.權利要求1的電池，其中該氧化還原對提供每單元至少2.0V的開路電壓。9.權利要求l的電池，其中該電池為二次電池。10.權利要求1的電池，進一步包括具有負極和正極的單元、和與單元流體連通的負極電解質儲蓄器和正極電解質儲蓄器。11.權利要求l的電池，其中該電池包括多個單元，且其中該單元的至少一些包括雙極性電極。12.4又利要求1的電池，其中該電池具有至少10kWh的容量。全文摘要一種電池包括酸性電解質，其中化合物向該電解質提供酸性和進一步增加在氧化還原對中至少一種金屬的溶解度。特別優選的化合物包括烷基磺酸、胺磺酸和烷基膦酸，和特別優選的氧化還原對包括Co³⁺/Zn⁰、Mn³⁺/Zn⁰、Ce⁴⁺/V²⁺、Ce⁴⁺/Ti³⁺、Ce⁴⁺/Zn⁰和Pb⁴⁺/Pb⁰。文檔編號H01M4/96GK101326672SQ200680046535公開日2008年12月17日申請日期2006年10月10日優先權日2005年10月11日發明者J·彼得·米林頓,布賴恩·J·多爾蒂,斯蒂芬·哈里森,羅伯特·L·克拉克,薩馬里什·莫漢塔申請人:普拉里昂有限公司