用于从冷藏环境中移除目标气体的装置和方法

背景技术

气体移除技术通常用于“净化”各种目标气体或从环境中移除各种目标气体的存在。申请人已经识别出许多与常规气体移除技术相关的缺陷和问题。通过所付努力、智慧和创新，根据本公开的实施方案的开发解决方案已经解决了许多这些识别的缺陷和问题，本文详细描述了这些解决方案的许多示例。

发明内容

本文提供的各种实施方案公开了用于在冷藏环境中将目标气体的浓度移除或降低到最佳水平的改善的方法、装置和系统。

一些实施方案涉及一种被配置用于减小冷藏环境中的目标气体的浓度的电化学电池系统，包括：电化学电池装置，所述电化学电池装置包括具有气孔的壳体、设置在所述壳体内的第一电极和第二电极，其中所述装置被配置为通过所述气孔接收所述目标气体，在与所述第一电极的表面接触时至少部分地电化学氧化所述目标气体以形成一种或多种反应产物，并且通过所述气孔散布所述一种或多种反应产物的至少一部分，从而减小所述目标气体的浓度；空气循环装置；和流罩，其中所述电化学电池装置经由所述流罩联接到所述空气循环装置，所述流罩限定供所述目标气体跨所述电化学电池装置的所述气孔流动的流动路径。在一些实施方案中，所述流罩可被配置为使得其生成通过所述流罩的所述目标气体的湍流。

在一些实施方案中，所述流罩被配置为使得其生成通过所述流罩的所述目标气体的湍流。在又一些另外的实施方案中，所述流罩包括所述流动路径中的一个或多个突起。

在一些实施方案中，所述电化学电池装置还可包括第三电极。在又一些另外的实施方案中，所述电化学电池装置还可包括第四电极。

在各种实施方案中，所述装置还可包括设置在所述第一电极和所述第二电极之间的一个或多个电解质隔板。在又一些另外的实施方案中，所述第一电极可包括第一透气膜和第一催化剂混合物，所述第一电极可定位在所述壳体内以使得所述目标气体在到达所述第一催化剂混合物之前穿过所述第一透气膜。在又一些另外的实施方案中，所述电极中的至少一个电极可包括金或金合金。在各种实施方案中，所述目标气体可包括乙烯、硫化氢或它们的组合。

在一些实施方案中，所述空气循环装置可为风扇。在其他实施方案中，所述空气循环装置可为泵。

在各种实施方案中，所述电化学电池系统还可包括电子电路，所述电子电路被配置为测量由所述电化学电池装置生成的电流。在又一些另外的实施方案中，所述空气循环装置可被配置为使得其在由所述电化学电池装置生成的所述电流满足预定阈值时被激活。在某些实施方案中，所述电化学电池系统还可包括定时器，并且其中所述空气循环装置可被配置为使得其在由所述定时器测量的限定时间段到期时被激活。

在又一些另外的实施方案中，所述电化学电池系统还可包括高表面积碳过滤器。

本说明书中所述的主题的一个或多个实施方案的细节在以下附图和描述中阐述。该主题的其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求书中显而易见。

附图说明

因此，已经概括地描述了一些实施方案，现在将参考附图，这些附图未必按比例绘制，并且其中：

图1A示出了根据本文公开的各种实施方案结构化的示例性装置的横截面示意图；

图1B示出了根据本文公开的各种实施方案结构化的示例性装置的示意图；

图2A示出了根据本文公开的各种实施方案结构化的示例性电化学电池装置的横截面示意图；

图2B示出了根据各种实施方案结构化的示例性电化学电池装置的横截面示意图；

图3A示出了根据本文公开的各种实施方案结构化的示例性电化学电池系统的示意图；

图3B示出了根据本文公开的各种实施方案结构化的示例性电化学电池系统的示意图；

图4示出了可用于测量由根据本文公开的各种实施方案结构化的电化学电池装置生成的电流的示例性电子电路的示意图；

图5示出了根据本文公开的一个实施方案结构化的两个工作电极的示意图；

图6示出了根据本文公开的一个实施方案结构化的两个工作电极的示意图；

图7A示出了根据本文公开的各种实施方案的示例性电化学电池装置的电流读数；

图7B示出了根据本文公开的各种实施方案的示例性电化学电池装置的电流读数；

图8A示出了根据本文公开的各种实施方案的示例性电化学电池装置的电流读数；

图8B示出了根据本文公开的各种实施方案的示例性电化学电池装置的电流读数；并且

图9示出了根据本文公开的各种实施方案的减小环境中的目标气体的浓度的方法。

具体实施方式

本公开在下文中参考附图更全面地描述各种实施方案，在附图中示出了本公开的一些但不是全部的实施方案。实际上，这些公开内容可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使本公开满足适用的法律要求。在全篇内容中，类似的标号指代类似的元件。在本文中使用的术语并不意味着是限制性的，本文所述的设备或装置或其部分可在其他取向上附接或利用。

术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释。应当理解，使用广义的术语如“包含”、“包括”和“具有”提供对狭义的术语诸如“由…组成”、“基本上由…组成”和“基本上由…构成”的支持。

短语“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”“在一些示例中”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可被包括在本公开的至少一个实施方案中，并且可被包括在本公开的不止一个实施方案中(重要的是，此类短语不一定是指相同的实施方案)。

本文使用的词语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何具体实施不一定被理解为比其他具体实施优选或有利。

术语“约”或“大约”等在与数字一起使用时，可意指具体数字，或另选地，如本领域技术人员所理解的接近该具体数字的范围。

如果说明书陈述了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”(或其它此类词语)被包括或具有特性，则特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。此类部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。

乙烯已被识别为植物激素，并且已知在整个植物生命周期中对植物的生理学产生显著影响。在通常用于许多园艺产品的收获后和分销的冷藏环境(诸如冷藏卡车、冷藏轨道车和冷藏零运输工具或运输容器)中，乙烯的存在(即使以低浓度)通常被视为对此类园艺产品的质量和寿命有害。

已经证明从冷藏环境中移除乙烯以确保水果、蔬菜和花的新鲜是困难的，并且用于消除乙烯的现有技术过滤器和系统通常是无效的，需要频繁更换，导致成本增加，和/或涉及危险材料。例如，依赖于简单通风方法的应用导致运行成本增加，利用高锰酸钾的应用需要频繁的替换和有害废物处理，利用紫外线辐射和/或臭氧的应用(例如，电晕放电系统)需要维护并涉及潜在的毒性暴露，并且依赖于物理吸附剂的应用需要频繁更换。由于至少这些原因，期望有效地降低冷藏环境中存在的乙烯的浓度，而不会引发重复的成本或显著的暴露风险，尤其是在家庭应用(即消费者或住宅冷藏器具诸如冰箱)中。

本公开的各种示例性实施方案涉及被配置为使用电化学电池装置来提供改善的目标气体移除的系统、方法和设备。如本文所讨论，申请人已确认，提供根据本文公开的各种示例性实施方案的电化学电池装置有利于目标气体的电化学氧化，由此减小在所识别的环境中的目标气体的浓度，而不引发持续的维护或更换成本并且不存在暴露于危险废物或有毒气体的风险。

本文公开的电化学电池装置可能以任何合适的形式。图1A示出了根据各种实施方案结构化的示例性电化学电池装置100的横截面示意图。在所示的实施方案中，装置100包括具有气孔110的壳体105，在该气孔处气体诸如目标气体可进入装置100。壳体由任何化学相容材料(诸如塑料、金属和陶瓷)形成。在某些实施方案中，壳体是塑料。

在图1A所示的实施方案中，装置100包括两个电极，包括工作电极115和反电极120。在此类实施方案中，反电极120作为反电极和参考电极(即反电极/参考电极120)两者操作。另选地或除此之外，在一些实施方案中，诸如图1B所示，装置100包括三个电极，包括工作电极115、反电极120和单独的参考电极125。参考电极125的位置可如图所示处于电化学电池堆的中心，或与反电极120互换。

在各种实施方案中，电极通过一个或多个电连接件155彼此电连接。例如，在图1A所示的双电极实施方案中，电极115、120通过电连接件155彼此电连接。在一些实施方案中，该一个或多个电连接件155在电化学电池装置100的操作条件下是化学惰性和电化学惰性的。在某些实施方案中，电连接件155由铂制成。在其他实施方案中，电连接件155由钽制成。

一个或多个电解质隔板130设置在电极之间。例如，在如图1A所示的双电极实施方案中，工作电极115与电解质隔板130的第一表面接触，并且反电极/参考电极120与电解质隔板130的第二表面接触。在如图1B所示的非限制性的示例性三电极实施方案中，工作电极115与第一电解质隔板130接触，第一电解质隔板130还与交叉屏障135接触，交叉屏障135还与参考电极125接触，参考电极125还与第二电解质隔板130接触，第二电解质隔板130还与反电极120接触，并且反电极还与第三电解质隔板接触。该一个或多个电解质隔板130包括保持在多孔基底材料中的离子导电电解质，即多孔基底材料可变得被电解质饱和以便适应其间的离子转移。可采用常见的电解质，包括可溶性盐、酸(例如，硫酸、磷酸)、碱等，这取决于感兴趣的目标气体。根据本文所述的各种实施方案，采用硫酸。多孔基底材料可包括非织造材料、织造材料、聚合物膜等。在一些实施方案中，多孔基底材料由玻璃纤维形成。

在一些实施方案中，一个或多个交叉屏障135可散布在该一个或多个电解质隔板130内。尽管该一个或多个电解质隔板130提供电极115、120、125之间的气体屏障，但任选地包括该一个或多个交叉屏障135以便提供附加的阻隔以防止目标气体在双电极实施方案中到达反电极/参考电极120，以及在三电极实施方案中到达反电极120和参考电极125。也就是说，该一个或多个交叉屏障135被配置为使得它们在一方面形成工作电极115与反电极/参考电极120(或三电极实施方案中的反电极120和参考电极125)之间的路径，另一方面，是更曲折的以限制来自目标气体的电化学氧化的任何反应产物到达反电极/参考电极120(以及三电极实施方案中的反电极120和参考电极125)。在一些实施方案中，交叉屏障由化学惰性聚合物膜形成，诸如聚偏二氯乙烯(PVDC)膜或聚三氟氯乙烯(PCTFE)。

返回图1A，工作电极115包括第一透气膜140和电极催化剂混合物141，其中第一透气膜140设置在气孔110和催化剂混合物141之间。在一些实施方案中，第一透气膜140包括多孔疏水基底，从而在形成电极时支持电极催化剂混合物141，如下面更详细地描述的。多孔疏水基底允许目标气体通过第一透气膜140进入电极催化剂混合物141。在某些实施方案中，透气的疏水基底包括微孔聚四氟乙烯(PTFE)。每个电极可包括这种透气膜和电极催化剂混合物。

电极的材料和构造可基于要从环境中消除的目标气体的特定种类而变化。也就是说，当保持在适当的电极电势时，电极可包括适用于促进目标气体的电化学氧化的反应性材料。例如，电极可包括一种或多种材料，诸如铂、钯、铱、铑、钌、金、银、碳、它们的组合、它们的氧化物和/或它们的合金。作为非限制性的示例性示例，在乙烯为目标气体的家庭冷藏应用中，金或金合金可以是优选的电极催化剂混合物141，使得工作电极115与预期的乙烯气体反应，同时保持对其他环境气体(诸如一氧化碳)不敏感。单独电极可具有相同的材料或不同的材料。例如，在一些实施方案中，所有电极由相同的材料形成。在其他实施方案中，电极由不同的材料形成。

根据多个实施方案，电极115、120、125中的每一者通过电极催化剂混合物(诸如与粘结剂(诸如PTFE颗粒)紧密混合的高表面积贵金属催化剂颗粒)沉积到透气膜上而制成。例如，工作电极115可通过将包含高表面积贵金属催化剂的电极催化剂混合物141沉积到第一透气膜140上来制造。在某些实施方案中，上述沉积可使用任何合适的沉积方法来实现，包括但不限于电化学沉积、喷雾沉积、真空沉积、湿化学沉积、丝网印刷等或它们的组合。

在一些实施方案中，为了向一个或多个电极提供改善的性能，可改变沉积的电极催化剂混合物的厚度。例如，一个电极与其他电极相比可包含更重或更厚的催化剂沉积。根据各种双电极实施方案，如图1A所示，工作电极115和反电极120电短接在一起，并且工作电极电势由工作电极115和反电极120两者的“混合电势”确定。在此类实施方案中，为了在电化学电池装置100主动地从环境中移除目标气体时赋予长期稳定性并最小化电极极化，在一些示例中，反电极120可通过沉积电极催化剂混合物层的一个较厚层或多个层来形成，从而得到较厚的催化剂层(与工作电极115中的电极催化剂混合物141的厚度相比)。

在各种实施方案中，电化学电池装置100可任选地包括一个或多个粉尘膜175，如图1B所示。可能期望粉尘膜175以减小电化学电池装置暴露于粉尘颗粒和其他物理污染物。在又一些另外的实施方案中，电化学电池装置100可包括一个或多个密封件，诸如O形环180或PTFE密封件185。在某些实施方案中，可提供有色识别环190以识别由电化学电池装置检测到的目标气体。

本文公开的电化学电池装置可定位在其中存在一种或多种目标气体并且期望将其移除的任何环境中，诸如在家庭或消费者器具(例如，家用冰箱)中。虽然本文公开的示例通常结合冷藏环境和园艺应用进行描述，但本领域的普通技术人员将理解并且应当理解，所公开的系统、方法和装置的适用性包括各种环境和应用，包括但不限于消费者、商业、航空、医疗、工业、制造、炼油厂、农业、政府等。

目标气体可包括期望由电化学电池装置从环境中移除或控制其在环境中的浓度的一种或多种气体。电化学电池装置可用于氧化单种目标气体、两种目标气体或多种目标气体。例如，目标气体可包括乙烯、一氧化碳、或硫化氢或它们的组合。可组合使用一个或多个电化学电池装置，诸如多个电化学电池装置，每个电化学电池装置被配制成检测某种目标气体或相同的目标气体。

参见图1A和图1B，在一些实施方案中以及在操作期间，当目标气体经过并穿过壳体105的气孔110时，目标气体被引入电化学电池装置100中，其中目标气体在到达电极催化剂混合物141的表面之前继续扩散通过工作电极115的第一透气膜140。在工作电极115处，目标气体被电化学氧化。在非限制性的示例性示例中，工作电极115的电极催化剂混合物141包括铂，并且目标气体是乙烯，其被电化学氧化成包括二氧化碳、乙醇、乙酸和各种其他产物的反应产物的混合物。在一些实施方案中，反应产物通过第一透气膜140和壳体105的气孔110离开电化学电池装置100。在其他实施方案中，反应产物中的一者或多者可在电解质隔板130的电解质中以不同程度溶解。在其中目标气体为乙烯的非限制性的示例性示例中，二氧化碳可通过气孔110离开，而乙醇、乙酸和各种其他反应产物可溶于电解质隔板130的电解质中。

在电化学氧化期间生成的电流流过电连接件155以保持电极115、120之间的电性能。在这样的实施方案中，电化学电池装置是活性的，并且继续除去到达工作电极115的电极催化剂混合物141表面并能够被电化学氧化的任何气体。在所描绘的实施方案中，不需要任何电源或电路。所描绘的实施方案的简单性以及没有一些现有气体移除技术需要的毒性物质和危险废物，使得其对于冷藏应用具有吸引力，但特别适用于消费者或住宅冷藏应用。在一些实施方案中，所描绘的具体实施被定位在家庭或住宅冰箱中，其中冰箱包括用于使冷藏隔室内的空气循环的设备。

在其中乙烯为目标气体的上述非限制性的示例性电化学电池装置中，在一些示例中，如本文所述的电化学电池装置能够以比食物和/或园艺产品能够生成乙烯的速率(例如，分解速率)更快的速率(例如，消耗速率)移除目标乙烯。对目标气体的消耗速率的限制是存储隔室内的自然对流。也就是说，目标气体可由园艺产品生成，但不能充分地分布在整个存储隔室中以与电化学电池装置接触从而被电化学氧化。因此，为了增强电化学电池装置的功效，本文公开的一些实施方案利用强制对流。根据各种实施方案，如本文所述的电化学电池装置相对于一个或多个空气循环装置诸如泵、风扇、鼓风机、抽吸设备等设置。在一个实施方案中，空气循环装置远离电化学电池装置设置。在此类实施方案中，空气循环装置可由制冷单元或电池源独立地供电。

在另一个实施方案中，空气循环装置邻近电化学电池装置设置并且经由一个或多个导管诸如管材等联接到该装置。例如，空气循环装置可使用管材来直接附接到该装置。在此类实施方案中，空气循环装置可由制冷单元或电池源独立地供电。

在另一个实施方案中，电化学电池装置和空气循环装置被配置成使得它们作为独立系统操作。图2A示出了根据各种实施方案结构化的示例性电化学电池装置200的横截面示意图。在所示实施方案中，空气循环装置(未示出)经由流壳体或流罩201联接到装置。流壳体或流罩201被配置为使得其生成气体(即，包括目标气体的空气)跨气孔210的湍流，如图2A中的箭头所示。在一些实施方案中，如图2B所示，流壳体或流罩201包括流动路径中的一个或多个突起211(诸如肋状物)以生成湍流。与目标气体通过气孔110的扩散或层流相比，此类湍流被配置为使通过气孔210的目标气体的进入最大化并且增加电化学电池装置200的目标气体移除效率(即，增加消耗速率)。在各种实施方案中，流壳体或流罩201由可机械加工或模制的一种或多种材料构造。在一些实施方案中，流壳体或流罩201由塑料构造。在各种实施方案中，流壳体或流罩201由模制陶瓷构造。在一些实施方案中，流壳体或流罩201包括金属。在此类实施方案中，可避免直接金属表面以避免促进流罩201或气孔210中的冷凝。

图3A示出了根据各种实施方案结构化的示例性电化学电池系统300的示意图。在一些实施方案中，包括空气循环装置303和电化学电池装置304的独立电化学电池系统300还将包括电连接到空气循环装置303的单独电源302(诸如可再充电电池源)。在一些实施方案中，电化学电池系统的总体尺寸将被配置为使得其将容易地装配到家庭制冷单元的制冷隔室中。如图3A所示，在一些实施方案中，空气循环装置303(诸如泵)包括与制冷隔室连接的一个或多个入口306和一个或多个出口307，使得其使制冷隔室内的空气再循环。在另一个实施方案中，空气循环装置303(诸如小风扇)与电化学电池装置304直接接合，使得电化学电池装置304和空气循环装置303作为独立电化学电池系统300操作。

在各种实施方案中，空气循环装置303被配置为连续运行。也就是说，空气循环装置303使环境中的空气连续地循环并通过电化学电池装置的气孔。在一些实施方案中，空气循环装置303被配置为间歇操作持续足够的时间段，使得冷藏隔室中的空气将再循环若干次。

在一些实施方案中，空气循环装置303的激活由事件或规程触发。例如，图3B示出了根据各种实施方案结构化的示例性电化学电池系统300的示意图。在所示实施方案中，独立电化学电池系统300包括定时器308或以其他方式与定时器相关联以控制空气循环装置303的功率循环和操作频率。在限定时间段到期时，空气循环装置303被配置为激活。功率循环(即，开-关循环)和操作频率将取决于空气循环装置的类型和容量以及冷藏隔室的体积，由此此类时间和频率条件可由技术人员通过某个常规实验预先确定。除此之外或另选地，在某些实施方案中，空气循环装置303被配置为使得其在打开制冷隔室和/或冰箱的门时被激活(即，接通)。在一些实施方案中，冰箱门可与电化学电池系统300和/或空气循环装置303相关联，使得激活事件(例如，打开门)生成传输到空气循环装置303的信号。

在此类实施方案中，空气循环装置303的配置不需要检测样品气体的任何测量值以启动激活。也就是说，在一些实施方案中，即使在冷藏环境中不存在目标气体的情况下，空气循环装置303也可被激活以及使空气再循环。

在各种实施方案中，空气循环装置303、电化学电池系统300和/或电化学电池装置100、200、304可被配置为使得空气循环装置303经受主动控制(而不是如相对于本文的各种实施方案所述的被动控制)。因此，可能期望在目标气体存在并且需要移除的情况下节省能量并操作空气循环装置303。在一些实施方案中，电化学电池装置100、200、304包括电子电路400，使得其测量由电化学电池装置100、200、304中的目标气体的电氧化生成的电流。图4示出了可用于测量由根据各种实施方案结构化的电化学电池装置生成的电流的示例性电子电路400的示意图。在又一些另外的实施方案中，空气循环装置303被配置为使得其在由电化学电池装置100、200、304生成的电流满足(即，超过)预定阈值时被激活。在此类实施方案中，电化学电池装置除了移除目标气体之外还检测目标气体，从而消除了对附加硬件的需要。

此类预定阈值可能以多种方式确定，这取决于最小化不需要气体的存在与减小空气循环装置303的操作(即，节省能量)相比的重要性。例如，在一些实施方案中，预定阈值被定义为当测试不包含目标气体分析物的样品气体的复制品时预期发现的最高表观气体浓度的水平。该值通常被称为“空白极限(LOB)”，并且通过测量空白样品气体的复制品并计算平均结果和标准偏差(SD)由实验估计，由以下等式(1)给出：

(1) LOB＝平均空白+1.645(SD空白)

将预定阈值设置在LOB以当目标气体不一定存在时操作空气循环装置303的风险保持不需要气体的最低水平。

除此之外或另选地，在各种实施方案中，根据以下等式(2)，预定阈值被定义为检测极限(LOD)：

(2) LOD＝LOB+1.645(SD低浓度样品)

其中“SD低浓度”通过对等于或接近感兴趣的最低浓度的目标气体进行重复测量来确定。

在一些实施方案中，电化学电池装置不区分目标气体和其他电活性气体的检测。也就是说，由电化学电池装置生成的电流指示在冷藏隔室中检测到至少一种不需要的电活性气体(即不一定是目标气体)的存在。例如，在非限制性的示例性示例中，在其中乙烯为目标气体并且工作电极115的电极催化剂混合物141包括铂的家庭冷藏应用中，电化学电池装置将“净化”或移除可在铂工作电极115的表面处电化学氧化的任何电活性气体，而不仅是目标乙烯气体。在许多家庭环境中，能够被铂氧化的其他电活性气体诸如一氧化碳的环境浓度可能以介于乙烯的最大期望浓度的约100至约1000倍之间的浓度存在。在此类实施方案中，电化学电池装置可生成大于预定阈值(例如，LOB、LOD等)的电流。因此，在其中相关联空气循环装置依赖于来自电化学电池装置的电流读数的反馈的一些实施方案中，由电化学电池装置生成的电流足以激活空气循环装置，使得预期目标气体从环境中移除(即，目标气体的浓度减小)，然而，空气循环装置可能会被连续激活。

仅出于说明的目的而非限制的目的，本文所述的若干实施方案是指具有工作电极115和反电极120的双电极实施方案，其中反电极120用作组合的反电极/参考电极120。在包括工作电极115、反电极120和参考电极125的另选的三电极实施方案中，工作电极115可在相对于参考电极125不为0.0V的电势下操作。也就是说，包括三个电极的各种实施方案可在不同电压下操作。在一些实施方案中，工作电极115可被配置为以最佳电压(相对于参考电极125)操作以有利于目标气体的最快速消耗。例如，在参考电极125包括铂的非限制性的示例性示例中，操作电压将更阳极地介于约0mV-300mV之间，优选地介于约250mV-300mV之间。在此类实施方案中，操作电压的上限受到电解质分解开始产生氧气的限制。在包括三个或更多个电极的各种实施方案中，诸如电化学工业中常用的静电电路可与电化学电池装置一起使用。

在一些实施方案中，期望电化学电池装置区分目标气体和其他电活性气体的检测以便避免相关联的空气循环装置的连续激活。也就是说，在其中由电化学电池装置生成的电流向空气循环装置提供反馈的各种实施方案中，可能期望生成的电流指示电化学电池装置对目标气体而不是目标气体和其他电活性气体的响应。例如，在非限制性的示例性示例中，在乙烯为目标气体的家庭冷藏应用中，金或金合金可以是优选的催化剂，使得工作电极115选择性地与预期的乙烯气体反应，同时保持对其他环境气体(诸如一氧化碳)不敏感。

在各种实施方案中，电化学电池装置包括四个电极，包括第一工作电极、第二工作电极、参考电极和反电极。选择第二工作电极，使得其不与感兴趣的目标气体和其他可能交叉干扰物(例如，当目标气体为乙烯时，诸如为一氧化碳)反应。在此类实施方案中，可将第一工作电极上的电流的测量值与第二工作电极上的电流的测量值进行比较，并且所产生的响应差异可归因于目标气体的存在。在一些实施方案中，第一工作电极和第二工作电极共用透气膜。也就是说，将第一电极催化剂混合物515施加到透气膜的一侧的一部分，并且将第二电极催化剂混合物516施加到透气膜的同一侧的剩余部分(经受催化剂混合物的分离)，如图5中所示。在其他实施方案中，第二工作电极616可设置在第一工作电极615和交叉屏障635之间，如图6所示。工作电极催化剂的各种不同组合是可能的并且由本公开设想。出于说明而非限制的目的，第一工作电极可包括铂并且第二工作电极可包括金。选择每个工作电极的催化剂混合物的选择以最大化对期望目标气体的气体响应。

在图7A和图7B中示出了根据本文所述的各种实施方案的示例性电化学电池装置。具体地讲，不限于此，图7A和图7B示出了来自如图6所示的示例性试验电化学电池装置的电流读数，阐明了包括金催化剂的第一工作电极615和包括铂催化剂的第二工作电极616对一氧化碳和乙烯的混合物的响应。图7A示出了包括金催化剂的第一工作电极615对乙烯具有很大特异性，而图7B示出了包括铂催化剂的第二工作电极616响应于两种气体。在此类具体实施中，相关联的空气循环装置(未示出)将仅在第一工作电极615(金)上测量到响应时被激活，从而指示目标气体乙烯的存在。图7A和图7B还示出了乙烯在第一工作电极和第二工作电极上生成同时响应。因此，与包括仅一个工作电极的电化学电池装置相比，以此类配置包括两个工作电极的各种实施方案可被认为实现目标气体的更有效移除。在一些实施方案中，此类配置允许补偿环境条件诸如温度和湿度的瞬时变化(否则该瞬时变化可能被错误地解释为由不需要的气体的存在引起)和基线随时间推移的长期漂移。

在图8A和图8B中示出了根据本文所述的各种实施方案的示例性电化学电池装置。具体地讲，不限于此，图8A和图8B示出了来自示例性实验电化学电池装置的电流读数，阐明了本文所述的各种实施方案的有效性。图8A和图8B示出了根据本文所述的各种实施方案的具有三个电极的电化学电池装置随时间推移的电流读数(以秒为单位测量)，该电化学电池装置放置在最初填充有空气并且然后添加1ppm乙烯的密封1L容器内。也就是说，在图8A中，例如，从时间0到约5995秒，“零”读数对应于仅空气的存在。在约5995秒，将1ppm乙烯添加到容器中，形成乙烯/空气混合物，从而致使电流读数上升。图8B示出类似的“零”读数，之后添加1ppm乙烯。图8A示出了静态环境中的电流读数。图8B示出了容器中的电流读数，其中空气/乙烯气体混合物经由在容器中放置在远离电化学电池装置的位置的小风扇循环。如图所示，图8B阐明了结合空气循环装置和/或空气湍流，由此增加通过电化学电池装置的气孔的气流的增加的有效性。

除此之外或另选地，在各种实施方案中，空气循环装置303、电化学电池系统300和/或电化学电池装置100、200、304可包括过滤器。在一些实施方案中，过滤器诸如高表面积(HSA)碳过滤器移除潜在的催化剂毒物。例如，虽然HSA碳过滤器不能有效地从环境中移除乙烯，但HSA过滤器吸附气体诸如硫化氢和许多有机污染物。在一些实施方案中，在空气与电化学电池装置100、200、304的气孔110接触之前，将一个或多个过滤器定位在包括目标气体的空气流中。例如，一个或多个过滤器可设置在空气循环设备303内、电化学电池系统306的入口中和/或流壳体或流罩201中。在一些实施方案中，过滤器与由任何催化剂形成的电极结合使用。在又一些另外的实施方案中，可通过使用金催化剂结合HSA碳过滤器以吸附硫化氢来使电化学电池装置100、200、304对乙烯具有选择性。

已经描述了电化学电池装置和系统的各种实施方案，应当理解，电化学电池装置和/或系统可继续以多种方式减小环境中的目标气体的浓度。

图9是广义地示出根据本公开的一个实施方案的方法900的一系列步骤的流程图，使用电化学电池装置来执行这些步骤以减小环境中的目标气体的浓度。

在图9所示的实施方案中，方法900包括：在步骤902处，跨电化学电池的开口生成目标气体的湍流；在步骤904处，使电化学电池的第一电极的表面与目标气体接触，其中第一电极被配置为选择性地将目标气体电化学氧化成一种或多种反应产物；以及在步骤906处，将该一种或多种反应产物的至少一部分通过电化学电池的开口散布到湍流中。在步骤908处，方法900任选地设想测量由电化学电池生成的电流量，并且在步骤910处，在电流量满足预定阈值的情况下激活空气循环装置。

因此，已经描述了本主题的特定实施方案。尽管本说明书包含许多特定的具体实施细节，但这些细节不应解释为对任何发明或可要求保护内容的范围的限制，而应解释为对特定发明的特定实施方案而言是特定的特征的描述。此外，虽然可使用仅关于若干实现方式中的一者来公开特定特征，但是此类特征可与其他实现方式的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定应用可能期望或有利的那样。本文在单独实施方案的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方案中组合实现。相反，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实施方案中或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管特征可能在上面被描述为以某些组合形式起作用并且甚至最初是这样要求保护的，但在一些情况下，可以从组合中除去来自所要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。

应当理解，本领域的普通技术人员可以认识到，具有修改、置换、组合和添加的其他实施方案可以被实现以用于执行所公开的主题的相同、类似、代替或替代的功能，并且因此被认为在本公开的范围内。因此，所公开的主题不应限于本文所述的任何单个实施方案，而是应根据以下权利要求书的广度和范围来解释。

类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但这不应理解为要求以所示的特定顺序或顺序地执行此类操作，或者执行所有的所示操作以达期满望的结果，除非另外描述。为了所描绘的实施方案的目的，在本文中示出的一个或多个流程图中以虚线示出的任何操作步骤是任选的。

提供以下示例性实施方案，其编号不应理解为指定等级的重要性。

实施方案1提供一种被配置用于减小冷藏环境中的目标气体的浓度的电化学电池系统，包括：电化学电池装置，所述电化学电池装置包括具有气孔的壳体、设置在所述壳体内的第一电极和第二电极，其中所述装置被配置为通过所述气孔接收所述目标气体，在与所述第一电极的表面接触时至少部分地电化学氧化所述目标气体以形成一种或多种反应产物，并且通过所述气孔散布所述一种或多种反应产物的至少一部分，从而减小所述目标气体的浓度；空气循环装置；和流罩，其中所述电化学电池装置经由所述流罩联接到所述空气循环装置，所述流罩限定供所述目标气体跨所述电化学电池装置的所述气孔流动的流动路径。

实施方案2提供根据实施方案1所述的系统，其中所述流罩被配置为使得其生成通过所述流罩的所述目标气体的湍流。

实施方案3提供根据实施方案1和2中任一项所述的系统，其中所述流罩包括所述流动路径中的一个或多个突起。

实施方案4提供根据实施方案1至3中任一项所述的系统，其中所述电化学电池装置还包括第三电极。

实施方案5提供根据实施方案4所述的系统，其中所述电化学电池装置还包括第四电极。

实施方案6提供根据实施方案1所述的系统，其中所述电化学电池装置还包括设置在所述第一电极和所述第二电极之间的一个或多个电解质隔板。

实施方案7提供根据实施方案1至6中任一项所述的系统，其中所述第一电极包括第一透气膜和第一催化剂混合物，所述第一电极定位在所述壳体内以使得所述目标气体在到达所述第一催化剂混合物之前穿过所述第一透气膜。

实施方案8提供根据实施方案1至7中任一项所述的系统，其中所述目标气体包括乙烯、硫化氢或它们的组合。

实施方案9提供根据实施方案1至8中任一项所述的系统，其中所述电极中的至少一个电极包括金或金合金。

实施方案10提供根据实施方案1至3中任一项所述的系统，其中所述空气循环装置为风扇。

实施方案11提供根据实施方案1至3中任一项所述的系统，其中所述空气循环装置为泵。

实施方案12提供根据实施方案1至11中任一项所述的系统，还包括电子电路，所述电子电路被配置为测量由所述电化学电池装置生成的电流。

实施方案13提供根据实施方案12所述的系统，其中所述空气循环装置被配置为使得其在由所述电化学电池装置生成的所述电流满足预定阈值时被激活。

实施方案14提供根据实施方案1至13中任一项所述的系统，其中所述电化学电池系统还包括定时器，并且其中所述空气循环装置被配置为使得其在由所述定时器测量的限定时间段到期时被激活。

实施方案15提供根据实施方案1所述的系统，还包括高表面积碳过滤器。

本发明的这些实施方案所属领域的技术人员将想到本文所阐述的本发明的许多修改和其他实施方案，其具有前述描述和相关附图中呈现的教导的益处。因此，应当理解，本发明的实施方案不限于所公开的特定实施方案，并且修改和其他实施方案旨在被包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。