CN104871347A

CN104871347A - 电化学储能装置

Info

Publication number: CN104871347A
Application number: CN201380066515.5A
Authority: CN
Inventors: 大卫·J·布拉德韦尔; 哈里·纳亚尔
Original assignee: An Buli Co
Current assignee: Security Company
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: US9312522B2; EP2909887B1; AU2013331449B2; DK2909887T3; CA2888682C; WO2014062706A1; JP6438401B2; ES2704105T3; GB201508488D0; US20140113181A1; US9825265B2; CA2888682A1; AU2013331449A1; US20170338451A9; JP2015537340A; DE212013000214U1; CN104871347B; GB2522157A; US20150249274A1; EP2909887A4

Abstract

本发明提供了储能装置。在一些情况下，所述储能装置能够在载具上运输并且储存大量能量。提供一种储能装置，其包括至少一个液态金属电极、至少约1MWh的储能容量以及小于或等于约100毫秒(ms)的响应时间。

Description

电化学储能装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年10月18日提交的美国临时申请号61/715,821和2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/801,333的权益，其中每个申请通过引用而全文并入于此。

发明背景

电池可以是能够将所储存的化学能转化为电能的装置。电池可以用于许多家庭和工业应用。在一些情况下，电池是可以再充电的，使得电能能够以化学能的形式储存在电池中(即，给电池充电)。电池可以耦合至负载(例如，电器)并用于执行工作。

发明内容

本公开内容认识到对能够储存大量能量并可在载具(例如，卡车)上运输的储能装置(例如，电池)的需求。描述了所述储能装置的若干方面。

本公开内容的一方面提供了一种包括至少一个液态金属电极的储能装置，其中所述储能装置具有的储能容量至少约为1kWh，并且其响应时间小于或等于约100毫秒(ms)。

本公开内容的另一方面提供了一种包括储存于温度高于或等于约250℃的容器中的至少一个液态金属电极的储能装置，其中所述储能装置具有的储能容量至少约为1kWh，并且其中所述容器具有的表面积-体积比小于或等于约100m^-1。

本公开内容的另一方面提供了一种包括至少一个液态金属电极的储能装置，其中所述储能装置在100次充电/放电循环之后保持其至少90％的储能容量，并且其中所述储能装置具有的储能容量至少约为1kWh。

本公开内容的另一方面提供了一种包括至少一个液态金属电极的储能装置，其中所述装置可在载具上运输并且具有的储能容量至少约为1kWh，并且其中所述储能装置在该储能装置的阳极、阴极和电解质中的至少任何两个处于固态的情况下是可运输的。

本公开内容的另一方面提供了一种包括含有一个或多个单体的容器的储能装置，所述一个或多个单体中的单个单体含有至少一个液态金属电极，其中所述单体在充电/放电期间的产热速率约等于所述单体的热损失速率。

本公开内容的另一方面提供了一种包括具有至少一个液态金属电极的容器的无隔膜储能装置，其中所述容器具有的表面积-体积比小于或等于约100m^-1，并且其中所述无隔膜储能装置具有的(i)反应时间小于或等于约100毫秒(ms)，以及/或者(ii)储能容量至少约为1kWh。

本公开内容的另一方面提供了一种用于形成储能装置的方法，所述方法包括将包含固态储能材料的容器运送至目的位置，并且在目的位置向储能材料提供能量以形成液态金属阳极、液态金属阴极和液体电解质中的至少一种，从而形成储能装置。

本公开内容的另一方面提供了一种储能系统，其包括：(a)包括一个或多个储能单体的容器，其中所述一个或多个储能单体中的单个储能单体包括储能材料，所述储能材料包括至少一个液态金属电极；以及(b)控制系统，所述控制系统包括用于监测所述一个或多个储能单体和/或所述容器的至少一个的温度的、具有机器可执行代码的处理器，其中所述处理器调节电能向所述一个或多个储能单体中的至少一个子集的流入，以使得所述储能材料在充电/放电期间经历持续的自加热。

本公开内容的另一方面提供了一种包括具有操作温度的至少一个电化学单体的储能装置，所述至少一个电化学单体包括：(a)包括第一金属的液态负电极；(b)相邻于所述液态负电极的液体电解质；以及(c)相邻于所述液体电解质的液态正电极，所述液态正电极包括不同于所述第一金属的第二金属单质，其中所述液体电解质包括一种带电荷的所述第一金属和一种带相反电荷的所述第二金属，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括熔盐的储能装置，其中通过氧化从所述熔盐中提取液体电子导体，通过还原从所述熔盐中提取金属，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括正电极和负电极的电冶金单体，其中所述电极是液体，在电极处发生的反应的反应物是液体，以及在电极处发生的反应的生成物是液体，并且其中所述电冶金单体能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种能够在载具上运输的储能装置，并且该装置具有大于1MW的功率容量，以及：(a)小于约100m²/MW的物理占地面积；(b)大于3000次深度放电循环的循环寿命；(c)至少10年的使用寿命；(d)至少65％的DC至DC效率；(e)至多10小时的放电容量；以及(f)小于100毫秒的响应时间。

本公开内容的另一方面提供了一种包括液态电极的储能装置，所述电极包括添加物，其中通过所述装置的操作，所述电极被消耗并且所述添加物被浓缩，并且其中所述装置的属性由添加物的浓度所决定，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括液体锑电极、钢容器和安置于其间的锑化铁层的储能装置，其中所述装置低于738℃操作，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括液态电极和与所述电极相接触的集流体的储能装置，其中所述液态电极在所述装置操作期间在反应中被消耗，并且其中液态电极的量相对于所述反应的其他反应物在化学计量上是过量的，以使得当反应进行到完成时所述集流体与所述液态电极相接触，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括存在于正电极、负电极和液体电解质中的每一个中的碱土金属的储能装置，其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括以单质形式、合金形式和卤化物形式中的每一种形式而存在的碱土金属的储能装置，其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括液态阳极、液态阴极和安置于其间的液体电解质的储能装置，其中所述电解质的厚度在所述装置的充电/放电循环过程中基本不变，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括液态阳极、液态阴极和安置于其间的液体电解质的储能装置，其中所述电解质的厚度小于所述阴极或所述阳极厚度的50％，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括含有碱土金属单质的液态电极和含有所述碱土金属的卤化物的电解质的储能装置，其中所述电解质进一步包括络合配体，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括导电外壳的储能装置，所述导电外壳包括液态导电阳极、液态导电阴极和安置于其间的电解质，其中所述容器的内表面不是电绝缘的，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种储能装置，其包括含有第一电子导电液体的阳极和含有第二电子导电液体的阴极，其中所述装置被配置用于阻止所述电子导电液体的混合，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种储能装置，其包括含有碱金属的负电极、含有碱金属和一种或多种附加元素的正电极以及安置于所述电极之间的液体电解质，其中所述电解质在装置充电或放电时不会被耗尽，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括液态金属电极、呈液体的第二金属电极和安置于所述电极之间的电解质的储能装置，其中所述电解质是糊状物，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种储能装置，其包括含有碱金属的液态负电极、含有所述碱金属的合金的液态正电极以及安置于所述电极之间的电解质，其中所述电解质包括所述碱金属的盐和颗粒，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括金属阳极、金属阴极和安置于所述电极之间的电解质的储能装置，其中所述阳极、阴极和电解质在所述装置的操作温度下为液体并且所述装置的所述操作温度低于500℃，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

本公开内容的另一方面提供了一种为储能装置充电的方法，所述方法包括将外部充电电路连接至能够在载具上运输的储能装置的端子，以使得活性碱金属从正电极穿过电解质，移向包括比所述正电极具有更高化学势的金属的负电极。

本公开内容的另一方面提供了一种使储能装置放电的方法，所述方法包括将外部负载连接至能够在载具上运输的储能装置的端子，以使得活性碱金属从负电极作为阳离子穿过电解质移向正电极，在所述正电极处所述活性碱金属形成比所述负电极具有更低化学势的中性金属。

本公开内容的另一方面提供了一种包括液态金属电极、电解质和与所述电极相接触的集流体的储能装置，其中所述集流体包括对所述液态金属而言比对所述电解质而言具有更高润湿性的材料。

本公开内容的另一方面提供了一种包括阳极、阴极和位于所述阳极与所述阴极之间的电解质的储能装置，其中所述装置在第一温度下不能够通过所述电解质传导离子，并且其中所述装置在高于所述第一温度的第二温度下能够通过所述电解质传导离子，并且其中所述装置被配置成在所述第一温度、所述阳极与所述阴极之间的势差(potential difference)小于1伏特的情况下被运输。

本公开内容的另一方面提供了一种包括负电极、正电极和安置于所述负电极与正电极之间的电解质的电化学储能装置，其中所述电化学储能装置在低于50℃的第一温度下在负电极与正电极之间具有第一势差，在至少约250℃的第二温度下在负电极与正电极之间具有第二势差，其中所述第二势差高于所述第一势差。

本公开内容的另一方面提供了一种用于形成储能系统的方法，所述方法包括：(a)在第一位置形成包括负电极和正电极以及安置于所述负电极与所述正电极之间的电解质的储能装置，其中所述负电极、正电极和电解质在所述装置的操作温度下处于液态；以及(b)将所述储能装置放置在被配置用于将所述储能装置从第一位置运输到第二位置的载具上。

从以下详细描述中，本公开内容的附加方面和优点将会对于本领域技术人员变得显而易见，其中示出和描述了仅仅本公开内容的示例性实施方式。如将会实现的，本公开内容能够实现其他和不同的实施方式，并且它的若干细节在都不偏离本公开内容的情况下在各个明显方面中能够进行修改。因此，附图和描述将被认为在本质上是说明性的而非限制性的。

援引并入

本说明书提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，程度犹如具体地和个别地指出要通过引用而并入每一个别出版物、专利或专利申请。

附图说明

在所附权利要求书中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考在其中利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的以下详细描述和附图，将会对本发明的特征和优点获得更好的理解；在附图中：

图1是电化学单体(A)和电化学单体(B和C)的编组(即，电池)的图示；

图2是电池外壳的横截面示意图，该电池外壳具有穿过该外壳中的孔径与集流体电连通的导体；

图3是电化学单体或电池的横截面侧视图；

图4是具有中间金属层的电化学单体或电池的横截面侧视图；

图5是计算机系统的图示；

图6是电化学储能装置正在卡车上运输的图示；以及

图7图示了用于形成储能系统的方法。

具体实施方式

虽然本文已经示出和描述了本发明的各个实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供的。本领域技术人员在不偏离本发明的情况下会想到许多更改、改变和替代。应当理解，可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。

本文中使用的术语“表面区域”通常指代物体的几何表面。

本文中使用的术语“载具”通常指代轿车、卡车、火车、摩托车、直升机、飞机、船舶、小船或机器人。载具可能是有人操纵的或无人操纵的。载具可以被配置成沿着公路或诸如水道等其他通道上行进。载具可以耦合至被配置用于容纳储能装置的拖车或其他容器或者具有储能装置的容器。

本文中使用的术语“单体”通常指代电化学单体。单体可能包括材料‘A’制成的负电极和材料‘B’制成的正电极，表示成A||B。正电极和负电极可能被电解质分隔开。

本文中使用的术语“模块”通常指代并联在一起的单体，例如，将一个单体的单体外壳与相邻单体的单体外壳机械地连接(例如，在近似水平的封装平面中连接在一起的单体)。模块可能包括多个并联的单体。模块可能包括任何数目的单体(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多)。在一些情况下，模块包括9、12或16个单体。在一些情况下，模块能够储存约700瓦时的能量以及/或者能够输送约175瓦的功率。

本文中使用的术语“封装包”通常指代通过不同电连接(例如，沿垂直方向)附接的模块。封装包可能包括任何数目的模块(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多)。在一些情况下，封装包包括3个模块。在一些情况下，封装包能够储存约2千瓦时的能量以及/或者能够输送约0.5千瓦的功率。

本文中使用的术语“芯体”通常指代通过不同电连接(例如，通过串联和/或并联)附接的多个模块或封装包。芯体可能包括任何数目的模块或封装包(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多)。在一些情况下，所述芯体还包括允许该芯体以受控的方式有效储存并返回电能的机械、电学和热学系统。在一些情况下，芯体包括12个封装包。在一些情况下，芯体能够储存约25千瓦时的能量以及/或者能够输送约6.25千瓦的功率。

本文中使用的术语“荚舱”通常指代通过不同电连接(例如，通过串联或并联)附接的多个芯体。荚舱可能包括任何数目的芯体(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多)。在一些情况下，所述荚舱包含与适当的旁路电子电路并联的芯体，于是使得一个芯体能够断开，同时继续允许其他芯体储存和返回能量。在一些情况下，荚舱包括4个芯体。在一些情况下，荚舱能够储存约100千瓦时的能量以及/或者输送约25千瓦的功率。

本文中使用的术语“系统”通常指代通过不同电连接(例如，通过串联或并联)附接的多个芯体或荚舱。系统可能包括任何数目的芯体或荚舱(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多)。在一些情况下，系统包括20个荚舱。在一些情况下，系统能够储存约2兆瓦时的能量以及/或者能够输送约500千瓦的功率。

本文中使用的术语“电池”通常指代串联和/或并联的一个或多个电化学单体。电池可以包括任何数目的电化学单体、模块、封装包、芯体、荚舱或系统。

电化学储能单体、装置和系统

本公开内容提供了电化学储能装置(电池)和系统。电化学储能装置通常包括密封(例如，气密地密封)在外壳内的至少一个电化学单体，本文中亦称“单体(cell)”和“电池单体”。

本公开内容的电化学单体可以包括负电极、相邻于所述负电极的电解质以及相邻于所述电解质的正电极。所述负电极与所述正电极可能被所述电解质分隔开。所述负电极在放电期间可以是阳极。所述正电极在放电期间可以是阴极。在一些示例中，电化学单体是液态金属电池单体。在一些示例中，液态金属电池单体可以包括布置于液体(例如，熔融的)金属负电极与液态(例如，熔融的)金属、准金属和/或非金属正电极之间的液体电解质。在一些情况下，液态金属电池单体具有熔融碱金属(例如，锂，镁，钠)负电极、电解质和熔融金属正电极。所述熔融金属正电极可以包括锡、铅、铋、锑、碲和硒中的一种或多种。本文对金属或熔融金属正电极，或者对正电极的任何描述均可以指代包括金属、准金属和非金属中的一种或多种的电极。所述正电极可以包含所列材料示例中一种或多种。在示例中，所述熔融金属正电极可能含有铅和锑。在一些示例中，所述熔融金属正电极可能包括合铸在正电极中的碱金属。

在一些示例中，电化学单体包括液态金属负电极、液态金属正电极以及将所述液态金属负电极与所述液态金属正电极分隔开的液态金属电解质。所述负电极可以包括碱金属，诸如锂、钠、钾、铷、铯或其组合。所述正电极可以包括从元素周期表第IIIA、IVA、VA和VIA族选取的元素，诸如铝、镓、铟、硅、锗、锡、铅、磷属元素(例如，砷、铋和锑)、硫属元素(例如，碲和硒)等或其组合。所述电解质可以包括盐(例如，熔盐)，诸如碱金属盐。所述碱金属盐可能是卤化物，诸如活性碱金属的氟化物、氯化物、溴化物或碘化物或者其组合。在示例中，所述电解质包括氯化锂。作为备选，所述活性碱金属的盐可能是，例如，非氯卤化物、双(三氟甲磺酰)亚胺盐、氟磺酰基-胺盐、高氯酸盐、四氟硼酸盐、碳酸盐、氢氧化物或其组合。

在一些情况下，电化学储能装置的负电极和正电极在该储能装置的操作温度下处于液态。为了保持所述电极处于液态，可以将电池单体加热到任何合适的温度。在一些示例中，所述电池单体被加热到和/或保持在约200℃、约250℃、约300℃、约350℃、约400℃、约450℃、约500℃、约550℃、600℃、约650℃或约700℃的温度下。所述电池单体可以被加热到和/或维持在至少约200℃、至少约250℃、至少约300℃、至少约350℃、至少约400℃、至少约450℃、至少约500℃、至少约550℃、至少约600℃、至少约650℃或者至少约700℃的温度下。在一些情况下，所述电池单体被加热到200℃～约500℃之间或者约300℃～450℃之间。

本公开内容中的电化学单体可以适应于在充电(或储能)模式和放电模式之间循环。在一些示例中，电化学单体可以是完全充电的、部分充电的或者部分放电的或完全放电的。

在一些实施方案中，在电化学储能装置的充电模式期间，从外部功率源(例如，发电机或电网)接收的电流可能致使金属正电极中的金属原子释放一个或多个电子，使其溶解到电解质中作为带正电的离子(即，阳离子)。同时，同一种类的阳离子可以通过电解质迁移，并且可能在负电极处接受电子，致使该阳离子转化为中性的金属种类，从而增加负电极的质量。所述活性金属种类从所述正电极的移除和所述活性金属对所述负电极的增加储存了电化学能。在能量释放模式期间，电负载耦合至所述电极，并且先前在所述负电极中增加的金属种类可以从所述金属负电极释放，作为离子穿过电解质，并与所述正电极形成合金，伴随着离子流动的是电子通过外电路/负载的、外部和相匹配的流动。这种电化学促使的金属合金反应将先前储存的电化学能释放至电负载。

在充电状态中，所述负电极可以包括负电极材料而所述正电极可以包括正电极材料。在放电期间(例如，当电池耦合至负载时)，所述负电极材料产生一个或多个电子以及所述负电极材料的阳离子。所述阳离子通过所述电解质迁移至所述正电极材料并且与所述正电极材料反应以形成合金。在充电期间，所述正电极上的合金分离以产生所述负电极材料的阳离子，所述阳离子通过电解质迁移至所述负电极。

在一些示例中，离子可以通过电解质从阳极迁移到阴极，或者反之亦然。在一些情况下，离子可能以压弹(push-pop)的方式通过电解质进行迁移，其中，一种类型的进入的离子可以从电解质出射同一类型的离子。例如，在放电期间，在阳极处形成的锂阳离子与电解质相互作用以将锂阳离子从电解质射入阴极，通过这样的过程，锂阳极和氯化锂电解质可以向阴极贡献锂阳离子。在这样的情况下，在阳极处形成的锂阳离子可能不必通过电解质迁移至阴极。所述阳离子可以在所述阳极与所述电解质的交界面处形成，并在所述阴极与所述电解质的交界面处被接受。

本公开内容的电化学单体可包括适于各种用途和操作的外壳。外壳可能包括一个单体或多个单体。外壳可以被配置用于将电极耦合至开关，该开关可以连接至外部功率源和电负载。所述单体外壳例如可以包括与开关第一极和/或另一单体外壳电耦合的导电容器，以及导电容器盖，所述容器盖的一部分与开关第二极和/或另一单体外壳电耦合。所述单体可以布置于所述容器的空腔内。所述单体的电极中的第一个可以与所述容器的端壁接触和电耦合。电绝缘鞘套(例如，氧化铝鞘套)可以使所述单体的剩余部分与所述容器的其他部分电绝缘。导体可以将电池单体的电极中的第二个与容器盖电耦合，该容器盖可以将所述电池单体密封(例如，气密地密封)在空腔内。所述容器和所述容器盖可以被电隔离。作为备选，外壳不包括电绝缘鞘套。在一些情况下，外壳和/或容器可以是电池外壳和/或容器。导电鞘套(例如，石墨鞘套)可以防止所述阴极湿润所述容器的侧壁。

本文中使用的电池可以包括多个电化学单体。所述多个中的单个单体可能以串联和/或并联以及/或者串联和并联的组合的方式而彼此电耦合。在串联连接中，第一单体的正端子连接至第二单体的负端子。在并联连接中，第一单体的正端子可以连接至第二单体的正端子。

现将参考附图，其中自始至终相似的附图标记指代相似的部件。应当理解其中的附图和特征并不必按比例绘制。

参考图1，电化学单体(A)是包括阳极和阴极的单元。所述单体可能包括电解质并且密封在如本文所述的外壳内。在一些情况下，可以堆叠(B)所述电化学单体以形成电池(即，电化学单体的编组)。所述单体可能以并联、串联或者同时以并联和串联(C)布置。

本公开内容中的电化学单体可能能够储存和/或接收(“吸收”)相当大量的能量的输入。在一些情况下，单体能够储存和/或吸收约1瓦时(Wh)、约5Wh、约25Wh、约50Wh、约100Wh、约500Wh、约1千瓦时(kWh)、约1.5kWh、约2kWh、约3kWh、约5kWh、约10kWh、约100kWh、约500kWh、约1MWh、约5MWh、约10MWh、约50MWh或约100MWh。在一些情况下，所述电池能够储存和/或吸收至少约1Wh、至少约5Wh、至少约25Wh、至少约50Wh、至少约100Wh、至少约500Wh、至少约1kWh、至少约1.5kWh、至少约2kWh、至少约3kWh、至少约5kWh、至少约10kWh、至少约100kWh、至少约500kWh、至少约1MWh、至少约5MWh、至少约10MWh、至少约50MWh或至少约100MWh。

单体的编组或阵列(即，电池)可以包括任何合适数目的单体，诸如至少约2个、至少约5个、至少约10个、至少约50个、至少约100个、至少约500个、至少约1000个、至少约5000个、至少约10000个等。在一些示例中，电池包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、5000、10,000、20,000、50,000、100,000、500,000或1,000,000个单体。

本公开内容的电池可能能够使用电网(即，电网规模电池)或其他负载或应用来储存和/或吸收相当大量的能量。在一些情况下，电池能够储存和/或吸收约5kWh、约25kWh、约50kWh、约100kWh、约500kWh、约1兆瓦时(MWh)、约1.5MWh、约2MWh、约3MWh、约5MWh或约10MWh。在一些情况下，所述电池能够储存和/或吸收至少约1kWh、至少约5kWh、至少约25kWh、至少约50kWh、至少约100kWh、至少约500kWh、至少约1MWh、至少约1.5MWh、至少约2MWh、至少约3MWh、至少约5MWh或至少约10MWh。

在一些情况下，所述单体和单体外壳是可堆叠的。可以堆叠任何合适数目的单体。单体可以并排、层叠或二者兼有地堆叠。在一些情况下，至少堆叠约10、50、100或500个单体。在一些情况下，约1000个单体的堆能够储存和/或吸收至少50kWh的能量。第一堆单体(例如，10个单体)可能电连接至第二堆单体(例如，另外10个单体)以增加处于电连通中的单体数目(例如，在这种情况下为20个)。

电化学储能装置可以包括一个或多个单个电化学单体。电化学单体可以存放在容器中，该容器可能包括容器盖。所述装置可以包括至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、10,000、20,000或50,000个单体。所述容器盖可能例如利用垫片(例如，环状介电垫片)以将所述容器与所述容器盖电隔离。这样的垫片可能由相对坚硬的电绝缘材料构造而成，诸如，所述相对坚硬的电绝缘材料例如是玻璃、氧化硅、氧化铝、氮化硼、氮化铝或包括氧化锂、氧化钙、氧化钡、氧化钇、氧化硅、氧化铝的其他氧化物或者氮化锂等。所述垫片可能承受所述容器盖与所述容器之间相对较高的压力(例如，大于10,000psi的压力)以便提供除了电隔离之外的密封。为了使介电垫片承受这样高的压力，紧固件可以具有相对较大的直径，并且可以紧密相间在一起。这样大直径的紧固件可能很昂贵，并且因此可能显著提高构造相对较大直径容器的成本。此外，因为增大介电垫片的直径以适应大直径容器，所以该垫片可能变得越来越易碎并难于操纵。

图2示意性地图示了包括导电外壳201以及与集流体203电连通的导体202的电池。所述导体可以与所述外壳电隔离并且可以通过外壳上的孔径伸出外壳，以使得当第一单体与第二单体堆叠时，第一单体的导体接触第二单体的外壳。

单体外壳可以包括导电容器和与集流体电连通的导体。所述导体可以从外壳上的孔径伸出外壳并且可能与所述容器电隔离。当第一外壳和第二外壳堆叠时，第一外壳的导体可以接触第二外壳的容器。

在一些情况下，所述导体伸出外壳和/或容器所穿过的孔径的面积相对于外壳和/或容器的面积较小。在一些情况下，孔径面积与外壳面积的比为约0.001、约0.005、约0.01、约0.05、约0.1、约0.15或约0.2。在一些情况下，孔径面积与外壳面积的比为小于或等于0.001、小于或等于0.005、小于或等于0.01、小于或等于0.05、小于或等于0.1、小于或等于0.15或者小于或等于0.2。

单体可以包括导电外壳和与集流体电连通的导体。所述导体从所述外壳上的孔径伸出外壳并且可以与所述外壳电隔离。孔径面积与所述外壳面积的比可能小于约0.1。

单体外壳可以包括导电容器和与集流体电连通的导体。所述导体从所述容器上的孔径伸出容器并且与所述容器电隔离。孔径面积与容器面积的比可能小于0.1。所述外壳可能能够封闭能储存和/或吸收少于100Wh的能量、约100Wh的能量或者多于100瓦时的能量的单体。

图3是电化学单体或电池300的横截面侧视图，所述电化学单体或电池包括外壳301、从外壳上的孔径穿过并与液态金属负电极303电连通的导电馈通体(即，导体，诸如导体棒)302、液态金属正电极305、以及电极303与电极305之间的液态金属电解质。导体302与外壳301可能电隔离(例如，使用电绝缘的垫片)。负电极303可以是如同海绵的泡沫，并且“浸泡”在液态金属中。液态金属负电极303与熔盐电解质304相接触，该熔盐电解质304与液态金属正电极305相接触。液态金属正电极305可能沿着外壳301的侧壁和/或沿着该外壳的底部端壁与该外壳接触。

所述泡沫可能是多孔的。所述泡沫可以包括大小被确定为允许离子流过的小孔。可以确定所述泡沫的大小以允许液态金属流过该泡沫。

外壳301可以由导电材料构造而成，所述导电材料例如是钢、铁、不锈钢、石墨、镍、镍基合金、钛、铝、钼或钨。所述外壳还可以包括单独金属或电绝缘涂层的较薄衬层组件，例如是具有石墨衬层的钢外壳或者具有硼或氮化硼涂层的钢外壳。

外壳301可以包括热绝缘和/或电绝缘的鞘套306。在这种配置中，负电极303可以在不与正电极305电连接(即，短路)的情况下，在由鞘套限定的外壳301的侧壁之间横向延伸。或者，负电极303可以在第一负电极端303a和第二负电极端303b之间横向延伸。当没有提供鞘套306时，负电极303可以具有的直径(或其他特性尺寸，诸如在图3中所示的从303a到303b的距离)小于由外壳301所限定的空腔的直径(或其他特性尺寸，诸如长方体容器的宽度，在图3中如距离D所示)。

鞘套306可以使用热绝缘和/或电绝缘材料构造而成，所述材料例如是氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁、氮化硼、或包括氧化钙、氧化铝、氧化硅、氧化锂、氧化镁等的混合氧化物。如图3中所示，鞘套306具有环形、正方形或矩形的横截面几何形状，其可以在第一鞘套端306a与第二鞘套端306b之间横向延伸。可以确定所述鞘套的尺寸(在图3中如从306a到306b的距离所示)以使得鞘套接触并压靠由外壳空腔301所限定的空腔的侧壁。作为备选，所述鞘套可以用于防止所述容器的腐蚀以及/或者防止阴极材料润湿侧壁，并且可以由电子导电材料构造而成，所述材料诸如为钢、不锈钢、钨、钼、镍、镍基合金、石墨或钛。所述鞘套可以很薄并可能是一涂层。所述涂层可能仅覆盖所述壁的内侧，并且/或者还可能覆盖所述容器内侧的底部。

外壳301可以包括第一(例如，负的)集流体307和第二(例如，正的)集流体308。负集流体307可以由导电材料构造而成，所述材料例如是镍-铁(Ni-Fe)泡沫、有孔钢盘、多片波纹钢、多片延展金属网等。负集流体307可以被配置成在第一收集器端307a与第二收集器端307b之间横向延伸的平板。负集流体307可以具有的收集器直径小于或等于由外壳301所限定的空腔直径。在一些情况下，负集流体307可以具有的收集器直径(或其他特性尺寸，在图3中如从307a到307b的距离所示)小于、等于或大于负电极303的直径(或其他特性尺寸，在图3中如从303a到303b的距离所示)。正集流体308可以被配置成外壳301的一部分；例如，外壳的底部端壁可以被配置作为正集流体308，如图3中所示。或者，集流体可以与电池外壳分立，并且可以与电池外壳电连接。在一些情况下，正集流体可以不与单体外壳电连接。本发明并不限于负集流体和/或正集流体配置的任何特定配置。

负电极303可以被包含在负集流体(例如，泡沫)307内。在这种配置中，电解质层开始与泡沫307的底部和侧面接触，并且包含在泡沫(即，负电极材料)中的金属可以保持远离外壳301的侧壁，因此允许单体在没有绝缘鞘套306的情况下运行。在一些情况下，石墨鞘套可能用于防止正电极沿侧壁润湿，这可以防止单体的短路。

电流可以沿着表面穿过与电解质相接触的液态金属正电极和/或液态金属负电极基本均匀地分布(即，流过表面的电流可以是均匀的，以使得流过表面任何部分的电流基本上都不偏离平均电流密度)。在一些示例中，流过表面区域的最大电流密度小于流过表面的平均电流密度的约105％、小于约115％、小于约125％、小于约150％、小于约175％、小于约200％、小于约250％或小于约300％。在一些示例中，流过表面区域的最小电流密度大于流过该表面的平均电流密度的约50％、大于约60％、大于约70％、大于约80％、大于约90％或大于约95％。

所述外壳可以包括如本文其他各处所描述的容器和容器盖。所述容器和容器盖可以机械地连接并且电隔离(例如，使用电绝缘垫片、具有电绝缘套管的紧固件以及/或者由电介质(诸如，举例而言，云母或蛭石)构造而成的电绝缘垫圈)。在一些示例中，电化学单体或电池300可以包括穿过一个或多个孔径并与液态金属负电极303电连通的两个或更多个导体。在一些情况下，可以在液态负电极303与(液体)正电极305之间的电解质304内布置隔膜结构(未示出)。

从顶部或底部方向观察，如在图3中分别由“俯视图”和“仰视图”指示，单体或电池300的横截面几何形状可能是环形的、椭圆形的、正方形的、矩形的、多边形的、弯曲状的、对称的、非对称的或任何基于针对单体的设计要求的其他复合形状。在一个示例中，单体或电池300是轴对称的，具有圆截面。单体或电池300的组件(例如，图3中所示的组件)可以在单体或电池内按轴对称的方式布置。在一些情况下，一个或多个组件可以非对称地布置，例如偏离轴309的中心。

正电极和负电极材料的组合体积可能是电池体积(例如，如该电池最外层外壳所限定，诸如运送容器所限定)的约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％、约90％或约95％。在一些情况下，阳极和阴极材料的组合体积为电池体积的至少20％、至少30％、至少40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％或至少约95％。正电极和负电极材料的组合体积在操作期间由于所述正电极或负电极的扩张或收缩而扩张或收缩。在示例中，在放电期间，负电极(放电期间为阳极)的体积可能由于负电极材料向正电极(放电期间为阴极)的转移而减少，其中该正电极的体积增加(例如，作为合金反应的结果)。负电极减少的体积可能或可能不等于正电极增加的体积。正电极材料和负电极材料可以彼此反应以形成固体或半固体的相互反应化合物(本文中亦称“相互反应产物”)，所述相互反应化合物的密度可以等于、低于或高于所述正电极材料和/或负电极材料的密度。尽管电化学单体或电池300中材料的质量可以是恒定的，可能存在一种或两种或更多种相(例如，液体或固体)，并且每种这样的相可以包括某一材料组合物(例如，碱金属可能以不同浓度存在于单体的材料和相中：液态金属负电极可能包含高浓度的碱金属，液态金属正电极可能包含该碱金属的合金并且该碱金属的浓度在操作期间可能改变，以及液态金属正电极和液态金属负电极的相互反应产物可能包括化学计量固定或可变的该碱金属)。所述相和/或材料可以具有不同密度。当材料在电极的相和/或材料之间转移时，可能导致合成的电极体积发生改变。

图4是具有中间金属层410的电化学单体或电池400的横截面侧视图。中间金属层410可以包括相互反应化合物，所述相互反应化合物在放电期间形成于在液态金属正电极(在此配置中为液态金属阴极)405与液态金属电解质404之间的交界面处。该相互反应化合物(或产物)可能是固体或半固体。中间金属层410可以在液态金属阴极405与液态金属电解质404之间的交界面处形成。在一些情况下，中间金属层410可以显示出液体性质(例如，中间金属层可能是半固体，或者它可以比一种或多种相邻的相/材料具有更高的粘度或密度)。

在一些情况下，液态金属负电极403包括锂、钠、钾、镁和/或钙，液态金属正电极405包括铅、锑、锡、碲和/或铋。中间金属层410可以包括任何合适的化合物，诸如锑化镁(Mg₃Sb₂)、锑化钙(Ca₃Sb₂)、锑化锂(Li₃Sb)、铋化锂(Li₃Sb)、锑化钠(Na₃Sb)或者包含K、Li、Na、Pb、Bi、Sb、Te、Sn等中的两种或更多种元素的化合物。

固体中间金属层可以通过沿x方向水平生长、扩张而发展。所述扩张可能关于位于单体或电池400中心的对称轴409轴对称或非对称。或者，所述固体中间金属层可能从沿着平行于x方向的表面(即，液态金属阴极与液态金属电解质之间的交界面)的一个或多个位置(本文中亦称“成核点”)开始发展和扩张。成核点可能位于沿表面的预定图案中；或者，成核点的位置可能是随机的(任意的)，或是由液态金属阴极与液态金属电解质之间的交界面处或者单体或电池400内的其他位置的本质或诱导缺陷决定的。在一些示例中，固体中间金属层可能不水平生长和扩张。例如，固体中间金属层可能在交界面上均匀地形成。

固体中间金属层可能在垂直位置处或靠近垂直位置处开始发展，该垂直位置对应于放电开始时液态金属阴极上表面的位置(即，放电开始时液态金属阴极与液态金属电解质之间的交界面)，并且继而可能沿向下的y方向生长。因此，固体中间金属层可能具有上交界面或上表面410a以及下交界面或下表面410b。在放电期间，所述上交界面410a可以沿轴409保持大体上固定的位置，而下交界面410b沿着向下的方向移动。在一些情况下，固体中间金属层可能沿着向下的方向生长和/或变形(即，中间金属材料沿与矢量y相反的向下方向添加至所述层)。沿着交界面410b积聚的材料可能导致压力从下方积聚。所述压力可以对所述中间金属层施加力。所述压力可以是来自液态金属阴极405的液压。在一些情况下，所述压力可以是由于中间金属层410中的材料压力。这例如可能致使中间金属层410向上凸起或卷起。在一些情况下，液态金属阴极可以突破所述中间金属层，并且一些液态金属阴极材料可能穿过中间金属层的上表面射入液态金属电解质中，形成手指或树枝状的外部生长物。中间金属层可能部分地扭曲，并且可能沿着交界面410a的一个或多个位置发生破裂或断裂。

在一些情况下，可能发生水平和向下的生长的结合。例如，厚度为t的层可能沿着中心轴向下发展，并且在放电期间水平地扩张，其厚度小于t、约为t或大于t。所述厚度t还可以作为放电或放电时间的函数而变化。所述交界面410a、410b的形态可能不像图4中所示的那样均匀。例如，所述交界面可能是多块状的、锯齿状的、不平整的、海绵状的或者具有分支、手指或树枝状的特性。例如，所述交界面410a可能是波状起伏的。根据中间金属层410关于由鞘套406或外壳401的侧壁所限定的空腔尺寸的横向范围以及/或者中间金属层410的形态，液态金属电解质404与液态金属阴极405之间可能存在一个或多个交界面。所述交界面可以为要在液态金属阴极处进行的还原反应提供途径。固体中间金属层可能通过添加在交界面处或靠近交界面处形成的材料而生长。

在放电期间，所述阴极可以包括液态金属阴极405，并且固体中间金属层401相邻于所述阴极而形成。如先前所述，材料可能在放电期间转移到阴极以使得阴极的质量增加。所述阴极体积可能因材料添加而扩张。所述体积扩张可能受合金反应影响。例如，通过将添加至阴极的材料与初始存在于阴极的材料的体积相加，合金之后的阴极体积增加可能比所预期的体积增加小约30％。在一些情况下，中间金属层410和液态金属阴极405的密度可能大约相同。或者，所述中间金属层的密度可能高于或低于液态金属阴极405的密度。例如，所述中间金属层的密度可能是所形成固体的相结构的函数。随着放电期间所述阴极体积增加，中间金属层410可能独立地增长，但液态金属阴极405可能被消耗。中间金属层410可能以液态金属阴极405为代价而生长。或者，中间金属层410和液态金属阴极405的体积都可能增加，但液态金属阴极405的体积增加小于在没有中间金属层的情况下将会有的体积增加。在一些示例中，液态金属阴极405中的合金，以及中间金属层410中的合金可能在所述液态金属电解质与所述液态金属阴极之间的交界面处独立地形成。或者，中间金属层410的形成可能消耗首先在液态金属阴极405中形成的合金。受中间金属层410以及鞘套406或外壳401的限制的液态金属阴极405的扩张可能引起液态金属阴极405中的液压积聚。

继续参考图4，中间金属层410可以位于液态金属电解质404与液态金属阴极405之间。在正常操作期间，单体或电池400可朝向图4中所示的方向，以使得影响单体的任何重力牵引都沿着矢量y的方向朝向下方。来自液态金属电解质404的流体静压可能对中间金属层410施加向下的力(沿y方向)。因为液态金属电解质的质量可能不发生变化，此力可能在放电期间保持恒定。中间金属层的上交界面410a可能是静止的。随着中间金属层410a生长，液压在液态金属阴极405中可以积聚，并且可以对中间金属层410施加向上的力(与y相反的方向)。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括至少一个液态金属电极。所述储能装置可以具有高储能容量和快速响应时间。所述液态金属电极可以是储能装置的阳极或阴极。在一些实施方式中，储能装置包括液态金属阳极(例如，锂、钠、钙和/或钾)和液态金属阴极(例如，锑、铋、碲、锡和/或铅)。所述储能装置还可以包括液体电解质。在一些实施方式中，在所述电极和液态金属电极交界面处发生的反应极度容易，允许高电流密度操作具有最低的电极超电势和极快的响应时间。

所述储能容量可能是任何合适的大数值(例如，适合电网规模储能的储能容量)，包括约1kWh、约10kWh、约20kWh、约30kWh、约100kWh、约500kWh、约1MWh、约5MWh、约10MWh、约50MWh、约100MWh等。在一些实施方式中，所述储能容量为至少约1kWh、至少约10kWh、至少约20kWh、至少约30kWh、至少约100kWh、至少约500kWh、至少约1MWh、至少约5MWh、至少约10MWh、至少约50MWh、至少约100MWh等。

所述响应时间可能是任何合适的数值(例如，适合响应于电网中的干扰的响应时间)。在一些情况下，所述响应时间为约100毫秒(ms)、约50ms、约10ms、约1ms等。在一些情况下，所述响应时间为至多约100毫秒(ms)、至多约50ms、至多约10ms、至多约1ms等。

在一些实施方式中，所述液态金属电极包括碱土金属、准金属或其组合。在一些实施方式中，所述液态金属电极包括锂、钠、钾、镁、钙或其任何组合。在一些情况下，所述液态金属电极包括锑、铅、锡、碲、铋或其组合。

在一些实施方式中，所述装置作为储能系统的一部分包括在储能装置阵列中。所述装置可能是储能单体，并且所述储能系统包括多个储能单体。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括在高于或等于约250℃的温度下储存在容器中的至少一个液态金属电极。所述储能装置可以具有高储能容量并且所述容器的表面积-体积比小于或等于约10m^-1。

所述储能容量可以是任何合适的大数值(例如，适合电网规模储能的储能容量)，包括约1kWh、约10kWh、约20kWh、约30kWh、约100kWh、约500kWh、约1MWh、约5MWh、约10MWh、约50MWh、约100MWh等。在一些实施方式中，所述储能容量为至少约1kWh、至少约10kWh、至少约20kWh、至少约30kWh、至少约100kWh、至少约500kWh、至少约1MWh、至少约5MWh、至少约10MWh、至少约50MWh、至少约100MWh等。

在一些实施方式中，所述表面积-体积比为约100m^-1、约50m^-1、约10m^-1、约1m^-1、约0.5m^-1、约0.1m^-1、约0.01m^-1或约0.001m^-1。在一些情况下，所述表面积-体积比为小于约100m^-1、小于约50m^-1、小于约10m^-1、小于约1m^-1、小于约0.5m^-1、小于约0.1m^-1、小于约0.01m^-1或小于约0.001m^-1。

所述温度可能是任何合适的温度(例如，用于保持电极处于熔融状态的温度)。在一些实施方式中，所述至少一个液态金属电极储存在容器中，其温度高于或等于约250℃、高于或等于约400℃、高于或等于约450℃、高于或等于约500℃或者高于或等于约550℃。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括至少一个液态金属电极，并且所述储能装置在100次充电/放电循环之后保持其储能容量的至少90％。

在一些情况下，所述储能装置具有的储能容量至少为约1kWh。在一些实施方式中，所述储能装置具有的储能容量至少为约2kWh、3kWh、4kWh、5kWh、6kWh、7kWh、8kWh、9kWh、10kWh、20kWh、30kWh、100kWh、200kWh、300kWh、400kWh、500kWh、1MWh、5MWh或10MWh。

在一些实施方式中，所述储能装置在100、200、300、400、500或1000、3000、5000、10,000次充电/放电循环之后保持其储能容量的至少90％、95％、96％、97％、98％或99％。

在一些实施方式中，储能装置包括至少一个液态金属电极，其中所述装置可在载具上运输并且具有至少约1kWh的储能容量。所述储能装置在该储能装置的阳极、阴极和电解质中的至少任意两个处于液体的情况下是可运输的。

如果储能装置具有的重量小于某一值，则它可以被运输。在一些实施方式中，所述储能装置具有的重量为约10kg、100kg、500kg、1,000kg、2,000kg、3,000kg、4,000kg、5,000kg、10,000kg或50,000kg。在一些实施方式中，所述储能装置的单个单体具有的重量为约0.1kg、0.5kg、1kg、2kg、3kg、4kg、5kg、10kg、100kg、1,000kg或10,000kg。在一些实施方式中，所述储能装置具有的重量至少为约10kg、100kg、500kg、1,000kg、2,000kg、3,000kg、4,000kg、5,000kg、10,000kg或50,000kg。在一些实施方式中，所述储能装置的单个单体的重量至少为约0.1kg、0.5kg、1kg、2kg、3kg、4kg、5kg、10kg、100kg、1,000kg或10,000kg。

在一些实施方式中，储能装置包括含有一个或多个单体的容器，所述一个或多个单体中的单个单体包含至少一个液态金属电极，其中所述单体在充电/放电期间的产热速率约等于该单体的热损失速率。

和单体的热损失速率相比，所述产热速率可能是任何合适的数值(例如，使得单体是自加热的以及/或者保持恒定温度)。在一些情况下，所述产热速率对单体热损失速率的比为约50％、约75％、约80％、约85％、约90％、约100％、约110％、约120％或约150％。在一些情况下，所述产热速率对单体热损失速率的比为至少约50％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约100％、至少约110％、至少约120％或至少约150％。在一些情况下，所述产热速率对单体热损失速率的比为至多约50％、至多约75％、至多约80％、至多约85％、至多约90％、至多约100％、至多约110％、至多约120％或至多约150％。

在本公开内容的另一方面，无隔膜的储能装置包括具有至少一个液态金属电极的容器，其中所述容器具有的表面积-体积比小于或等于约100m^-1，并且所述无隔膜的储能装置具有(i)小于与或等于约100毫秒(ms)的响应时间，和/或(ii)至少约1kWh的储能容量。在一些实施方式中，所述无隔膜的储能装置包括(i)和(ii)。在一些实施方式中，所述无隔膜的储能装置不包括隔膜。

在本公开内容的另一方面，一种用于形成储能装置的方法包括将包括固态储能材料的容器运送至目的位置，并且在目的位置处对储能材料供应能量以形成液态金属阳极、液态金属阴极和液体电解质中的至少一个，从而形成所述储能装置。

在一些情况下，所述储能材料在运送期间不发生混合。在一些情况下，所述储能装置不包括隔膜。在一些实施方式中，在运送期间，所述储能材料包括固态阳极、固态阴极和固态电解质中的至少一个。

在本公开内容的另一方面，储能系统包括：(a)包括一个或多个储能单体的容器，其中一个或多个储能单体中的单个储能单体包括含有至少一个液态金属电极的储能材料；以及(b)包括处理器的控制系统，所述处理器具有用于监测所述一个或多个储能单体和/或所述容器的至少一个温度的机器可执行代码。所述处理器调节电能向所述一个或多个储能单体中的至少一个子集的流入，以使得所述储能材料在充电/放电期间经历持续的自加热。在一些实施方式中，所述容器包括多个储能单体。

在一些实施方式中，所述处理器调节单个储能单体的一个或多个工艺参数，以使得在充电/放电期间，所述单个储能单体的散热速率高于所述单个储能单体的热损失速率。在一些实施方式中，至少一个液态金属电极储存在所述容器内，其温度高于或等于约250℃、高于或等于约300℃、高于或等于约350℃、高于或等于约400℃、高于或等于约450℃、高于或等于约500℃或者高于或等于约550℃。

本公开内容的另一方面提供了一种被编程或以其他方式被配置用于实现本公开内容中的方法的系统。图5示出了编程为或以其他方式配置成储能系统的一个或多个工艺参数的系统500。系统500包括经编程以实现本文所公开方法的计算机服务器(“服务器”)501。服务器501包括中央处理单元(CPU，本文中亦称“处理器”和“计算机处理器”)505，该中央处理单元可以是单核或多核处理器或者是用于并行处理的多个处理器。服务器501还包括存储器510(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器)、电子存储单元515(例如，硬盘)、用于和一个或多个其他系统通信的通信接口520(例如，网络适配器)以及外围设备525，诸如高速缓存器、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器510、存储单元515、接口520和外围设备525通过诸如母板等通信总线(实线)与CPU 505相通信。存储单元515可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据储存库)。服务器501可以借助于通信接口520可操作地耦合至计算机网络(“网络”)530。网络530可以是因特网、互联网和/或外联网，或者与因特网通信的内联网和/或外联网。网络530在一些情况下是电信和/或数据网络。网络530可以包括一个或多个计算机服务器，该计算机服务器可以支持诸如云计算的分布式计算。在一些情况下，网络530借助于服务器501可以实现对等网络，该对等网络可以使得耦合至服务器501的设备充当客户端或服务器。服务器501可以直接或通过网络530耦合至储能系统535。

存储单元515可以存储储能系统535的工艺参数。服务器501在一些情况下可以包括位于服务器501外部的一个或多个附加数据存储单元，诸如位于通过内联网或因特网与服务器501相通信的远程服务器上。

服务器501可以通过网络530与一个或多个远程计算机系统相通信。在说明性示例中，服务器501与远程计算机系统540相通信。远程计算机系统540可以例如是个人计算机(例如，便携式PC)、触屏或平板PC(例如，iPad、Galaxy Tab)、电话、智能电话(例如，iPhone、支持Android的设备、)或个人数字助理。

在一些情况下，系统500包括单个服务器501。在其他情况下，系统500包括通过内联网和/或因特网彼此相通信的多个服务器。

如本文所描述的方法可以通过存储在服务器501的电子存储位置(诸如，举例而言，存储器510或电子存储单元515)上的机器(或计算机处理器)可执行代码(或软件)的方式来实施。在使用期间，所述代码可由处理器505执行。在一些情况下，所述代码可以从存储单元515中取回并储存在存储器510上以供处理器505存取。在一些情况下，可以排除电子存储单元515，而将机器可执行指令储存在存储器510上。或者，所述代码可以在第二计算机系统540上执行。

所述代码可以被预编译并且被配置成与具有适于执行所述代码的处理器一起使用，或者可以在运行期间被编译。可以用编程语言提供所述代码，可以选择所述编程语言以使得所述代码按预编译或即时编译的方式来执行。

本文所提供的系统和方法方面，诸如服务器501，可以在编程中得到体现。所述技术的各个方面可以被认作“产品”或“制造品”，其通常形式为机器(或处理器)可执行代码以及/或者在一类机器可读介质上实施或体现的关联数据。机器可执行代码可以储存在电子存储单元上，诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪速存储器)或硬盘上。“存储”类型介质可以包括计算机、处理器等的任何或所有有形存储器或者其关联模块，诸如各个半导体存储器、磁带驱动器、硬盘驱动器等，所述存储器可以在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。所述软件的全部或部分有时可能通过因特网或各个其他电信网络进行通信。这样的通信例如可以使得软件从一台计算机或处理器向另一台计算机或处理器中加载，例如，从管理服务器或主计算机向应用服务器的计算机平台中加载。因此，可能承载软件元素的另一类介质包括光波、电波和电磁波，诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线光学陆线网络以及经由各个空中链路而使用。运载这样的波的物理元件，诸如有线或无线链路、光学链路等，也可以被认为是承载所述软件的介质。如本文中所使用的，除非被限制成非暂时性的有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”等术语指代参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。

因此，机器可读介质，诸如计算机可执行代码可能采取多种形式，所述多种形式包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质例如包括光盘或磁盘，诸如是在任何计算机中的任何存储设备等，诸如是如附图所示可能用于实现数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如此类计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴线缆；铜线和光纤，其包括在计算机系统内包括总线的导线。载波传输介质可能采取电信号或电磁信号的形式，或者采取声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IF)数据通信期间产生的声波或光波。计算机可读介质的常见形式因此例如包括：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、任何具有孔洞图案的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒、传输数据或指令的载波、传输此类载波的线缆或链路或者计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些计算机可读介质形式中的许多种可能包含在将一条或多条指令中的一个或多个序列运载至处理器用于执行。

储能系统的各个参数可以在用户的电子设备的用户界面(UI)上呈现给用户。UI的示例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。可以在用户的电子设备的显示器上提供所述UI(例如，GUI)。所述显示器可以是电容或电阻触摸屏。这样的显示器可以与本公开内容的其他系统和方法一起使用。

本公开内容的方法可能借助于可以安装在用户的电子设备上的应用(app)而变得便利。app可以包括用户的电子设备的显示屏上的GUI。所述app可经编程或以其他方式被配置用于执行所述系统的各个功能。

用于运输储能系统的方法

本公开内容的另一方面提供了用于运输储能系统的方法。在一些情况下，所述储能系统在具有熔融金属电极的情况下被运输(例如，在至少250℃、至少400℃、至少500℃或至少600℃的高温下运输)。所述储能装置也可以在环境温度下(例如，所述电极为固体而非熔融的情况下)运输并在操作地点加热以融化所述金属电极。

储能装置可以用任何合适的方式运输，所述合适的方式包括完全组装好的方式或者以零件形式以在操作地点组装的方式。储能装置可以在任何合适的载具上运输，诸如卡车(包括由卡车牵引的拖车)、在火车上、在船舶上、在飞机上、在直升机上、由机器人等来运输。图6示出了组装好600并放置在载具610上的储能装置605。在这种情况下，所述载具包括卡车615和由该卡车牵引的拖车620。所述载具可以将储能装置625从初始位置630沿着任何合适路径(例如，沿着公路、铁路轨道、轮船航线等)运输到安装和/或操作地点635。

储能装置可以运输任何距离，诸如至少约1英里、至少约10英里、至少约100英里、至少约1,000英里或至少约10,000英里。储能装置可能以任何速度运输，所述任何速度包括至少约每小时5英里(mph)、至少约10mph、至少约20mph、至少约40mph、至少约60mph、至少约150mph或至少约500mph。

本公开内容的储能装置，其包括所述储能装置的电化学单体(“单体”)，所述储能装置可以被配置以供运输。在一些情况下，所述单体在被运输时(例如，在室温下位于卡车上时)没有电压并且不能通过电流。所述单体在运输期间可能不具有可感知或可探测的电压，并且所述单体在运输期间可能不通过可感知或可探测的电流。因为所述单体是电惰性的并且不可能短路，这可能是有利的。

电化学单体可以包含当包括该单体的系统被加热(例如，加热至约250℃或450℃或500℃)时生成势差的化学成分。当处于室温下时，所述单体中的电解质可以是固体以及/或者不能够传导促进充电或放电反应所必需的离子。所述系统不通过电流(例如，即使电极端子被短路)，并且不具有固有单体电压。当温度升高时，所述非水相(非水基)电解质融化以及/或者变成离子导体，因此使所述单体能够接受或提供电流以及充电或放电。当处于操作温度下以及当所述电解质融化或者是离子导电的，并且如果所述单体的电量状态高于0％时，在一些情况下所述电池可能具有约0.9伏特的非零单体电压。

单体处于室温下时不显示出单体电压并且不能接受或供应电流，这样的优点在于减少了与运送电池相关联的安全风险。即使在所述单体受到挤压并在外部短路的情况下，所述单体也不放电并且不能被充电。

在一些情况下，所述系统包括充当一个电极的金属坩埚和形成第二电极的介电隔离区域。在室温下，所述电极被固体化学品物理地隔开，所述固体化学品是惰性的并且在所述两个电极之间不固有地生成电势。随着温度升高，部分固体电解质可能经历电学特性的变化(诸如相变)，该变化导致在所述两个电极之间形成电势差。当温度大致维持在这个范围时，所述系统可能能够供给电流(放电)或吸入电流(再充电)。当温度回到室温时，所述化学介质可能经历另一相变，该相变将所述电极间的电势差归零并提高阻止电流流动的离子阻抗。

本公开内容的储能装置(或电池)在从提取位置向输送地点的运输和处理期间是可靠安全的。在室温下，当物理短路电路或其他外因诱发的滥用情况(例如，刺穿、震动、振动等)诱发时，对所述系统的安全或操作几乎没有影响或者没有影响。

本公开内容的电化学储能装置(包括所述装置的单体)在运输期间可以不能够被充电、被放电或者具有电势。这可以通过在相对于所述储能装置的操作温度有所降低的温度下运输(或运送)所述储能装置来实现。

例如，电化学储能装置可以包括阳极、阴极和所述阳极与所述阴极之间的电解质。所述装置在第一温度下不能传导离子而在第二温度下能够传导离子。在所述电化学储能装置的运输期间可以保持所述第一温度。

所述阳极可以包括锂、钾、镁和/或钙。所述阴极可以包括锑、锡、碲、铋和/或铅。

在一些实施方式中，所述装置的至少一部分在第一温度下是固体而在第二温度下是液体。所述装置的所述至少一部分可能是电解质。

在一些情况下，所述第一温度是室温。在一些情况下，所述第一温度低于约100℃。在一些情况下，所述第二温度至少为约250℃。在一些情况下，所述第二温度为至少为约500℃。

本公开内容的装置在第一温度下可能不能够被充电、被放电或者具有电势。在一些情况下，所述装置拥有正端子和负端子，并且在第一温度下使所述端子短路不会使所述装置放电。在一些情况下，当所述装置被刺穿、振动、短路或震动时不会放电。

在本公开内容的另一方面，电化学储能装置包括负电极和正电极以及负电极与正电极之间的电解质。所述装置在低于约50℃的第一温度下在所述电极之间具有第一势差，在至少约250℃的第二温度下在所述电极之间具有第二势差。所述第二势差大于所述第一势差。

在一些情况下，所述第一势差小于或等于约2.5伏特、2伏特、1.5伏特、1.2伏特、1伏特、0.9伏特、0.8伏特、0.7伏特、0.6伏特、0.5伏特、0.4伏特、0.3伏特、0.2伏特、0.1伏特或更小。所述第一势差可能为约0伏特。

所述第二电压可能大于0伏特，或者大于或等于约0.1伏特、0.2伏特、0.3伏特、0.4伏特、0.5伏特、0.6伏特、0.7伏特、0.8伏特、0.9伏特、1伏特、1.2伏特、1.5伏特、2伏特或2.5伏特。

所述负电极可以包括锂、钾、镁和/或钙。所述正电极可以包括锑、锡、碲、铋和/或铅。

本公开内容的电化学储能装置可以作为储能系统的一部分包括在储能装置阵列中。在一些情况下，所述电化学储能装置是储能单体，并且所述储能系统包括多个储能单体。

本公开内容提供了用于运输储能装置以及安装储能装置以供在储能系统中使用的方法。所述储能装置可以电耦合至功率源和负载，例如是电网。所述储能系统可以储存来自功率源的能量以供负载使用。

图7图示了用于形成本公开内容的储能系统的方法700。方法700在第一操作701中包括：在第一位置形成包括负电极和正电极以及所述负电极与所述正电极之间的电解质的储能装置，并且将所述储能装置放置于被配置用于将所述储能装置从第一位置运输至第二位置的载具(例如，卡车、火车)上。所述储能装置可以如本文其他各处所描述的那样。例如，所述负电极、正电极和电解质可以各由在所述储能装置的操作温度下处于液态的材料形成。

然后，在第二操作702中，所述方法700包括使用载具将所述储能装置从第一位置运输至第二位置。然后，在第三操作703中，所述储能装置可以在所述第二位置处从载具上移除。所述储能装置可以随后放置在安装位置，并且在一些情况下在安装位置安装成储能系统。

在一些示例中，所述储能装置可以电耦合至功率源。所述功率源可能从发电站(例如，核电站、燃煤电站、燃油电站)、风力涡轮、光伏系统、地热系统和波浪能系统中选择。所述功率源可以被配置用于从可再生能源或非可再生能源中生成电力。

本公开内容的储能装置可以电耦合至负载，诸如电网。所述储能装置可以继而用于向负载输送电力和/或储存来自功率源的能量。

运输期间，所述正电极与所述负电极之间的势差可能小于约1伏特、0.9伏特、0.8伏特、0.7伏特、0.6伏特、0.5伏特、0.4伏特、0.3伏特、0.2伏特、0.1伏特或更小。在一些示例中，所述势差可能为约0伏特。在低于所述储能装置的操作温度的温度(“运输温度”)下，所述势差可能小于1伏特、0.9伏特、0.8伏特、0.7伏特、0.6伏特、0.5伏特、0.4伏特、0.3伏特、0.2伏特、0.1伏特或更小(例如，0伏特)。在所述储能装置处于所述运输温度下的情况下可以运输该储能装置。

液态金属电化学储能装置

具有含有碱金属的熔融电极的电化学单体可以通过在不同化学势的电极环境之间经过包括碱金属盐的电化学通路运输碱金属原子，从而提供电力的接收和输送。当所述碱金属与一种或多种非碱金属结合时，其化学势降低，因此在包括熔融碱金属的电极与包括所述结合的碱金属/无碱金属结合物的电极之间产生电压。所述电池的其他细节可见于美国专利公开号2012/0104990，其全部内容通过引用并入于此。

在一些情况下，电化学单体具有三种不同的相。第一相定义为具有除碱金属外的至少一种元素的正电极。第二相包括所述碱金属的阳离子，并定义了两个单独的交界面。第一相与第二相在所述交界面之一处相接触。第三相定义为负电极并且包括所述碱金属。第三相与第一相分隔并且与第二相在另一交界面处相接触。在单体操作期间，第一相和第三相以彼此为代价具有减小或增大的各自的体积。结果是第二相从第一位置移位到第二位置。第一、第二和第三相可能是固体、液体或者固态或液态的组合。在优选实施方式中，所述碱金属在第一相和第三相中以各自的不同化学势存在，从而引起第一相与第三相之间的电压。

一个实施方式包括具有两种不同相的电化学单体。第一相定义为正电极，并且包括碱金属和除了碱金属之外的两种其他元素。第二液相包括所述碱金属的阳离子，并且定义了两个单独的交界面。第一相与第二相在所述交界面之一处相接触。在一些实施方式中，第一相和第二相是固体的。在其他实施方式中，第一相和第二相是液体的。在其他实施方式中，所述相是固态或液态的组合。优选地，选择所述碱金属以在当该碱金属与第一和第二元素结合时显示出化学势的变化。在所述电池操作以输送或吸取电能以驱动所述碱金属从第一液相向第二液相的转移或者从第二液相向第一液相的转移期间，第一相具有的体积增大或减小因此从电化学单体向外电路或者从外电路向电化学单体转移能量。结果是第二相从第一位置移位到第二位置。

在一些情况下，所述除了碱金属之外的两种元素是从元素周期表的第IVA、VA和VIA族元素中独立选取的。在一些实施方式中，这些元素是从锡、铅、铋、锑、碲和硒中的一个中独立选取的。在其他实施方式中，这些元素是铅和锑。所述碱金属可以是钠或锂或钾。第二相可以包括分布在第二液相中的难熔颗粒。此外，所述难熔颗粒可以包括金属氧化物或金属氮化物或其组合。

第二相可以包括所述碱金属的盐。所述碱金属的盐可以选自卤化物、双(三氟甲磺酰)亚胺盐、氟磺酰基-胺盐、高氯酸盐、六氟磷酸盐、碳酸盐或氢氧化物中的一种或多种。

在一些情况下，一种方法储存了转移自外电路的电能。为达到该目的，所述方法提供了具有三种液相的至少一个电化学单体。第一液相定义了正电极并且包括除了碱金属之外的至少一种元素。第二液相包括所述碱金属的阳离子，并且定义了两个单独的交界面。第一相与第二相在所述交界面之一处相接触。第三相定义了负电极并且包括所述碱金属。该第三相与第一相隔离并且与第二相在另一交界面处相接触。所述电化学单体被配置用于与所述外电路相连接。所述外电路电连接至电化学单体的负极和正极。操作驱动电能的所述外电路，该电能驱动所述碱金属从第一液相经第二液相向第三液相的转移，或者从第三液相经第二液相向第一液相的转移。第一相具有的体积减小或增大而第三相具有的体积相应地减小或增大，因此向外电路以及从外电路向电化学单体转移能量。结果是第二相从第一位置移位到第二位置。

本公开内容的方法可以从电化学单体向外电路释放电能。所述方法包括提供具有三种液相的至少一个电化学单体。第一液相定义了正电极并且包括除了碱金属之外的至少两种元素。第二液相包括所述碱金属的阳离子，并且定义了两个单独的交界面。第一相与第二相在所述交界面之一处相接触。第三相定义了负电极并且包括所述碱金属。第三相与第一相隔离且与第二相在另一界面处相接触。所述电化学单体被配置用于按顺序与外电路相连接。所述外电路电连接至电化学单体的负极和正极。按顺序操作所述外电路以驱动电能，来驱动所述碱金属从第三液相经第二液相向第一液相的转移或者从第一液相经第二液相向第三液相的转移，第一相具有的体积增大或减小而第三相具有的体积相应地减小或增大，因此从电化学单体向外电路或者从外电路向电化学单体转移能量。结果是第二相从第一位置移位到第二位置。

本公开内容中用于高安培电能储存的电化学方法和设备，其特征在于高温度、全液体化学过程。充电期间创造的反应产物在用于放电的储存期间可以按需求保留电极的一部分。在同步双极性电镀单体中，反应化合物可以被电解以引起从外部功率源的转移。所述电极元素在放电期间被电解溶解。所述液态金属电池的其他细节可见于美国专利公开号2008/0044725，其全部内容通过引用并入于此。

本公开内容的电化学单体具有包括碱土金属的熔融电极，该电化学单体可以通过在不同碱土金属化学势的电极环境之间运输碱土金属原子，来提供电力的接收和输送。所述碱土金属电池的其他细节可见于美国专利公开号2011/0014503，其全部内容通过引用并入于此。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括具有操作温度的至少一个电化学单体，所述至少一个电化学单体包括：(a)包括第一金属的液态负电极；(b)相邻于所述液态负电极的液体电解质；以及(c)相邻于所述液体电解质的液态正电极，该液态正电极包括不同于所述第一金属的第二金属单质。所述液体电解质可以包括一种带电荷的第一金属和一种带相反电荷的第二金属，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

所述第一金属和/或所述第二金属可以是金属单质(即，非合金或化合物)。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括第一材料和第二材料，其中所述材料在所述装置的操作温度下为液体，所述材料导电，所述材料具有不同的密度，并且所述材料彼此反应以形成相互反应化合物，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些情况下，所述电解质具有比相互反应化合物更低的生成的自由能。在一些实施方式中，所述电解质进一步包括添加物，所述添加物降低电解质的融化温度、减小电解质的粘度、增强通过电解质的离子导电性、抑制通过电解质的电子导电性或其任何组合。

第一材料或第二材料可以进一步包括允许对装置放电程度进行电化学监测的添加物。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括熔盐，其中通过氧化从熔盐中提取液体电子导体，而通过还原从熔盐中提取金属，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些情况下，所述液体电子导体是锑。在一些实施方式中，所述液体电子金属是镁。

在本公开内容的另一方面，电冶金单体包括正电极和负电极，其中所述电极是液体，在电极处发生的反应的反应物是液体，以及在电极处发生的反应的生成物是液体，并且其中所述电冶金单体能够在卡车上运输。

在一些情况下，电极包括一种材料并且在所述电极处发生的反应生成该材料，从而使该电极增大。在一些实施方式中，电极包括一种材料并且在所述电极处发生的反应消耗该材料，从而消耗所述电极。在一些实施方式中，所述电极不包括固体。

在电极处发生的反应的产物可能不包括气体。在一些实施方式中，所述单体具有的电流密度为至少100mA/cm²，并且效率为至少60％、至少70％、至少80％或至少90％。

在本公开内容的另一方面，能够在卡车上运输并且具有的功率容量大于1MW的储能装置包括：(a)小于约100m²/MW的物理占地面积；(b)大于3000次深度放电循环的循环寿命；(c)至少10年的使用寿命；(d)至少65％的DC-DC效率；(e)至多10小时的放电容量；以及(f)小于100毫秒的响应时间。

本公开的储能装置可以包括液态金属。在一些情况下，所述装置包括液态金属阳极、液态金属阴极和液态金属电解质。所述装置可在所述阳极、阴极和电解质中的一些或全部处于固态的情况下进行运输。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括液态电极，该电极包括添加物，其中所述装置的操作消耗所述电极，并且浓缩所述添加物，并且其中所述装置的性质由所述添加物的浓度决定，并且其中所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些情况下，所述装置的性质是该装置的放电程度。在一些实施方式中，所述添加物包括铅。在一些实施方式中，当所述添加物浓缩时所述单体的开路电压下降。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括液态锑电极、钢容器和安置于其间的锑化铁层，其中在低于738℃时操作所述装置，并且其中所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些情况下，锑化铁是电子导电的并且保护所述钢免受腐蚀。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括液态电极和与所述电极相接触的集流体，其中所述液态电极在装置操作期间的反应中被消耗，并且其中液态电极的量相对于所述反应的其他反应物在化学计量上是过量的，以使得当反应进行到完成时所述集流体与所述液态电极相接触，并且其中所述储能装置能够在卡车上运输。

所述集流体可以是负集流体，并且所述反应包括使所述装置放电。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括存在于正电极、负电极和液体电解质中的每一个中的碱土金属，其中所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些情况下，所述碱土金属在所述正电极、负电极和液体电解质中处于三种不同化学势。在一些情况下，所述碱土金属在电解质中是卤化物。在一些情况下，所述碱土金属在正电极中是合金。在一些情况下，所述碱土金属在负电极中是单质。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括以单质形式、合金形式和卤化物形式中的每一种存在的碱土金属，其中所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些情况下，所述单质形式(例如，不是合金或盐)可见于所述装置的负电极中。在一些实施方式中，所述合金形式可见于所述装置的正电极中。在一些实施方式中，所述卤化物形式(例如，氯盐)可见于所述装置的电解质中。

本公开内容的另一方面，储能装置包括液态阳极、液态阴极和安置于其间的液体电解质，其中所述电解质的厚度在所述装置的充电/放电循环过程中基本不变，并且所述储能装置能够在卡车上运输。所述厚度在所述装置操作期间可改变任何合适的量，包括改变了小于20％、小于10％、小于5％或小于2％。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括液态阳极、液态阴极和安置于其间的液体电解质，其中所述电解质的厚度小于所述阴极或所述阳极厚度的50％，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括液态阳极、液态阴极、液体电解质和被配置用于在所述液体中的至少一个内生成循环的循环发生器，其中所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些实施方式中，所述装置内的温度高于所述装置外的温度，并且循环发生器是从所述装置内部延伸至所述装置外部的导热材料。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括含有碱土金属单质的液态电极和含有所述碱土金属卤化物的电解质，其中所述电解质进一步包括络合配体，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

所述络合配体可以降低所述碱土金属单质在该碱土金属卤化物中的溶解度。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括含有液态导电阳极、液态导电阴极和安置于其间的电解质的导电外壳，其中所述容器的内表面不是电绝缘的，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些情况下，所述装置进一步包括保持所述液态导电阳极或所述液态导电阴极远离所述容器内表面的导电结构。在一些情况下，所述液态导电阳极或所述液态导电阴极至少部分地通过表面张力与所述结构相关联。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括含有第一电子导电液体的阳极和含有第二电子导电液体的阴极，其中所述装置被配置用于阻止所述电子导电液体的混合，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些情况下，当所述装置摇晃或倾斜时所述电子导电液体不发生混合。在一些情况下，所述装置进一步包括安置于电子导电液体之间的电极隔膜。在一些情况下，所述装置进一步包括液体电解质，该液体电解质湿润所述电极隔膜，并且所述电子导电液体不湿润所述隔膜。在一些实施方式中，当所述装置被充电或被放电时，所述电极隔膜浮于所述电解质之中或之上。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括含有碱金属的负电极、含有碱金属和一种或多种附加元素的正电极以及安置于所述电极之间的液体电解质，其中所述电解质在所述装置的充电或放电时不被耗尽，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

所述电极中的至少一个在所述装置的操作温度下可以是液体。在一些情况下，所述正电极包括至少两种添加元素，以使得当所述正电极的所述碱金属被完全耗尽时，所述正电极包括至少两种元素。在一些情况下，所述碱金属为锂、钠、钾或其任何组合。

在一些情况下，所述一种或多种添加元素与所述碱金属形成合金或者在所述装置操作温度下与所述碱金属以化合物存在。在一些实施方式中，所述一种或多种添加元素具有比所述碱金属更低的电负性。在一些情况下，所述电解质包括所述碱金属的盐。所述装置的操作温度是使得所述电极融化的任何适合的温度(例如，低于600℃)。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括液态金属电极、可能为液体的第二金属电极以及安置于所述电极之间的电解质，其中所述电解质是糊状物，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括含有碱金属的液态负电极、含有该碱金属的合金的液态正电极以及安置于所述电极之间的电解质，其中所述电解质包括所述碱金属的盐和颗粒，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

所述颗粒可以包括氧化铝或氧化镁。在一些情况下，所述电解质是糊状物。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括金属阳极、金属阴极和安置于所述电极之间的电解质，其中所述阳极、阴极和电解质在所述装置的操作温度下为液体，而所述装置的操作温度低于500℃，并且所述储能装置能够在卡车上运输。

在一些情况下，所述装置的操作温度低于250℃。

在本公开内容的另一方面，用于为储能装置充电的方法包括将外部充电电路连接至能够在卡车上运输的储能装置的端子，以使得活性碱金属从正电极穿过电解质移向负电极，所述负电极包括比所述正电极具有更高化学势的金属。

在一些情况下，所述活性碱金属为锂、钠、钾或其任何组合。

在本公开内容的另一方面，使所述储能装置放电的方法包括将外部负载连接至能够在卡车上运输的储能装置的端子，以使得活性碱金属从负电极作为阳离子穿过电解质移向正电极，在该正电极处所述活性碱金属形成比负电极具有更低化学势的中性金属。

在一些情况下，所述活性碱金属是锂、钠、钾或其任何组合。

在本公开内容的另一方面，储能装置包括液态金属电极、电解质和与所述电极相接触的集流体，其中所述集流体包括对所述液态金属比对所述电解质具有更高润湿性的材料。在一些实施方式中，所述材料是泡沫。

本公开内容中的储能装置可以用于电网规模场景或独立使用场景。本公开内容的储能装置在一些情况下可以用于为载具供能，所述载具诸如为踏板车、摩托车、轿车、卡车、火车、直升机、飞机和诸如机器人等其他机械装置。

本公开内容的系统、设备和方法可以与其他系统、设备和/或方法结合或者由其修改，诸如，举例而言，在美国专利号3,663,295(“STORAGE BATTERY ELECTROLYTE”)、美国专利号8,268,471(“HIGH-AMPERAGE ENERGY STORAGE DEVICE WITH LIQUIDMETAL NEGATIVE ELECTRODE AND METHODS”)、美国专利公开号2011/0014503(“ALKALINE EARTH METAL ION BATTERY”)、美国专利公开号2011/0014505(“LIQUID ELECTRODE BATTERY”)、美国专利公开号2012/0104990(“ALKALI METAL ION BATTERYWITH BIMETALLIC ELECTRODE”)和提交于2013年3月13日的美国专利申请序列号13/801,333(“ELECTROCHEMICAL ENERGYSTORAGE DEVICES”)中所描述的电池和电池组件，其通过引用而全文并入于此。

应当理解，本文所使用的术语用于描述特定实施方式的目的，并不旨在限制本发明的范围。应当注意，如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括了复数指代对象，除非上下文另有明确规定。此外，除非另有规定，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。

从上文应当理解，尽管已经说明和描述了具体的实施方案，仍可以对其进行并在其中计划各种修改。本发明也不旨在受本说明书中提供的特定示例所限。尽管本发明已参考上述说明书进行了描述，但本文对优选实施方式的描述和说明并不意图以限制性的意义来解释。此外，应当理解本发明的所有方面并不限于本文根据各种条件和变量来陈述的特定描述、配置或相对比例。对本发明的实施形式的形式和细节的各种修改将会对于本领域技术人员是显而易见的。因此预期本发明还应当覆盖任何这样的修改、变体和等效项。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的方法和构造物及其等效项。

Claims

1.一种电化学储能装置，其包括负电极和正电极以及安置于所述负电极与正电极之间的电解质，其中所述电化学储能装置在低于约50℃的第一温度下在所述负电极与所述正电极之间具有第一势差，而在至少约250℃的第二温度下在所述负电极与所述正电极之间具有第二势差，其中所述第二势差大于所述第一势差。

2.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述第一势差为约0伏特。

3.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述第一势差小于或等于约0.5伏特。

4.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述第二电压大于0伏特。

5.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述第二电压大于0.5伏特。

6.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述第二电压大于0.8伏特。

7.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述第二电压大于或等于0.9伏特。

8.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述负电极包含锂、钠、钾、镁和/或钙。

9.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述正电极包含锑、锡、碲、铋和/或铅。

10.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述电化学储能装置作为储能系统的一部分被包括在储能装置阵列中。

11.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中所述电化学储能装置是储能单体，并且所述储能系统包括多个储能单体。

12.一种储能装置，其包括含有一个或多个电化学单体的容器，所述一个或多个电化学单体中的单个电化学单体含有至少一个液态金属电极，其中在所述电化学单体的操作温度下，充电/放电期间所述单体中的产热速率约等于从所述单体的热损失速率。

13.根据权利要求12所述的储能装置，其中所述储能装置包括液态金属阳极和液态金属阴极。

14.根据权利要求13所述的储能装置，其中所述液态金属阳极和所述液态金属阴极由液体电解质间隔开。

15.根据权利要求13所述的储能装置，其中所述阳极包含锂、钠、钾、镁和/或钙，而所述阴极包含锑、锡、碲、铋和/或铅。

16.根据权利要求12所述的储能装置，其中所述液态金属电极包含锂、钠、钾、镁、钙或其任何组合。

17.根据权利要求12所述的储能装置，其中所述液态金属电极包含锑、铅、锡、碲、铋或其任何组合。

18.根据权利要求12所述的储能装置，其中所述操作温度高于或等于约250℃。

19.根据权利要求18所述的储能装置，其中所述操作温度高于或等于约400℃。

20.一种包括导电外壳的储能装置，该导电外壳包含导电阳极、导电阴极以及安置于所述导电阳极与所述导电阴极之间的电解质，其中所述导电阳极、导电阴极和电解质中的至少一个在所述储能装置的操作温度下处于液态，该操作温度高于或等于约250℃，其中所述容器的内表面不是电绝缘的，并且其中所述储能装置的尺寸被确定为可在载具上运输。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述装置进一步包括导电结构，该导电结构保持所述液态导电阳极或所述液态导电阴极远离所述容器的内表面。

22.根据权利要求21所述的装置，其中所述液态导电阳极或所述液态导电阴极至少部分地通过表面张力而与所述结构相关联。

23.根据权利要求20所述的装置，其中所述导电阳极、导电阴极和电解质中的至少两个在所述操作温度下处于液态。

24.根据权利要求20所述的装置，其中所述导电阳极、导电阴极和电解质在所述操作温度下处于液态。

25.根据权利要求20所述的装置，其中所述操作温度高于或等于约400℃。

26.根据权利要求20所述的装置，其中在所述导电阳极、导电阴极和电解质中的至少任何两个处于固态时，所述储能装置是可运输的。

27.一种储能装置，其包括在高于或等于约250℃的温度下储存在容器内的至少一个液态金属电极，其中所述储能装置具有的储能容量至少为约1kWh，并且其中所述容器具有的表面积-体积比小于或等于约10m^-1。

28.根据权利要求27所述的储能装置，其中所述储能装置的响应时间小于或等于约100毫秒(ms)。

29.根据权利要求27所述的储能装置，其中所述储能容量至少为约10kWh。

30.根据权利要求27所述的储能装置，其中所述储能装置包括液态金属阳极和/或液态金属阴极。

31.根据权利要求30所述的储能装置，其中所述阳极包含锂、钠、钾、镁和/或钙，而所述阴极包含锑、锡、碲、铋和/或铅。

32.根据权利要求27所述的储能装置，其中所述储能装置包括液体电解质。

33.根据权利要求32所述的储能装置，其中所述液态金属阳极和所述液态金属阴极由液体电解质间隔开。

34.根据权利要求27所述的储能装置，其中所述表面积-体积比小于或等于约1m^-1。

35.根据权利要求27所述的储能装置，其中所述至少一个液态金属电极在高于或等于约400℃的温度下储存在所述容器中。

36.一种储能装置，其包括具有至少一个液态金属电极的容器，其中所述容器的表面积-体积比小于或等于约10m^-1，其中所述储能装置具有(i)小于与或等于约100毫秒(ms)的响应时间，以及/或者(ii)至少约1kWh的储能容量，并且其中所述储能装置不具有隔膜。

37.根据权利要求36所述的储能装置，其中所述储能装置包括(i)和(ii)。

38.根据权利要求36所述的储能装置，其中所述储能装置包括液态金属阳极和液态金属阴极。

39.根据权利要求38所述的储能装置，其中所述阳极包含锂、钠、钾、镁和/或钙，而所述阴极包含锑、锡、碲、铋和/或铅。

40.根据权利要求36所述的储能装置，进一步包括在所述至少一个液态金属电极与另一电极之间的液体电解质。

41.根据权利要求36所述的储能装置，其中所述液态金属电极包含锂、钠、钾、镁、钙或其任何组合。

42.根据权利要求36所述的储能装置，其中所述液态金属电极包含锑、铅、锡、碲、铋或其任何组合。

43.根据权利要求36所述的储能装置，其中所述至少一个液态金属电极在高于或等于约250℃的温度下储存在所述容器中。

44.根据权利要求36所述的储能装置，其中所述储能装置在500次充电/放电循环之后保留其至少90％的储能容量。

45.根据权利要求36所述的储能装置，其中所述储能装置的重量至少为约10kg。

46.一种用于形成储能装置的方法，其包括：

将包含处于固态的储能材料的容器运送至目的位置；以及

在所述目的位置处，向所述储能材料供应能量以形成储能装置，该储能装置包括被电解质间隔开的阳极和阴极，其中所述阳极、阴极和电解质中的至少一个在所述储能装置的操作温度下处于液态。

47.根据权利要求46所述的方法，其中所述储能材料在运送期间不发生混合。

48.根据权利要求46所述的方法，其中所述储能装置不包括隔膜。

49.根据权利要求46所述的方法，其中所述阳极包含锂、钠、钾、镁和/或钙，而所述阴极包含锑、锡、碲、铋和/或铅。

50.根据权利要求46所述的方法，其中所述阳极和阴极处于液态。

51.根据权利要求46或50所述的方法，其中所述电解质处于液态。

52.根据权利要求46所述的方法，其中所述容器的表面积-体积比小于或等于约10m^-1。

53.根据权利要求46所述的方法，其中所述操作温度高于或等于约250℃。

54.根据权利要求46所述的方法，其中所述操作温度高于或等于约400℃。

55.根据权利要求46所述的方法，其中所述储能装置的重量至少为约10kg。

56.根据权利要求46所述的方法，其中在运送期间，所述储能材料包括固态阳极、固态阴极和固态电解质中的至少一个。

57.一种储能系统，其包括：

包含一个或多个储能单体的容器，其中所述一个或多个储能单体中的单个储能单体包含储能材料，该储能材料包括至少一个液态金属电极；以及

控制系统，其包括具有机器可执行代码的处理器，所述机器可执行代码监测所述一个或多个储能单体以及/或者所述容器的至少一个温度，其中所述处理器调节电能向所述一个或多个储能单体的至少一个子集的流入，以使得所述储能材料在充电/放电期间经历持续的自加热。

58.根据权利要求57所述的储能系统，其中所述处理器调节所述单个储能单体的一个或多个工艺参数，以使得在充电/放电期间从所述单个储能单体的散热速率高于从所述单个储能单体的热损失速率。

59.根据权利要求57所述的储能装置，其中所述液态金属电极包含(i)锂、钠、钾、镁、钙或其任何组合，或者(ii)锑、铅、锡、碲、铋或其任何组合。

60.一种储能装置，其包括液态电极和与所述电极相接触的集流体，其中所述液态电极在所述装置的操作期间的反应中被消耗，并且其中所述液态电极的量相对于所述反应的其他反应物在化学计量上是过量的，以使得当所述反应进行到完成时所述集流体与所述液态电极相接触，并且其中所述储能装置能够在载具上运输。

61.根据权利要求60所述的装置，其中所述集流体是负集流体，并且所述反应包括使所述装置放电。

62.根据权利要求60所述的装置，其中所述液态电极包含(i)锂、钠、钾、镁、钙或其任何组合，或者(ii)锑、铅、锡、碲、铋或其任何组合。

63.一种储能装置，其包括液态金属电极、电解质以及与所述液态金属电极相接触的集流体，其中所述集流体包含对所述液态金属电极而言比对所述电解质而言具有更高润湿性的材料。

64.根据权利要求63所述的装置，其中所述材料是泡沫。

65.根据权利要求63所述的装置，其中所述液态金属电极包含(i)锂、钠、钾、镁、钙或其任何组合，或者(ii)锑、铅、锡、碲、铋或其任何组合。

66.一种电化学储能装置，其包括阳极、阴极以及在所述阳极与所述阴极之间的电解质，其中所述装置在第一温度下不能够传导离子穿过所述电解质，并且其中所述装置在比所述第一温度更高的第二温度下能够传导离子穿过所述电解质，并且其中所述装置被配置用于在所述第一温度下、在所述阳极与所述阴极之间的势差小于1伏特时被运输。

67.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述装置的至少一部分在第一温度下是固体而在第二温度下是液体。

68.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述装置的至少一部分是电解质。

69.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述第一温度小于约100℃。

70.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述第二温度为至少约250℃。

71.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述第二温度为至少约400℃。

72.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述装置具有正端子和负端子，并且在所述第一温度下将所述端子短路不使得所述装置放电。

73.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述电化学储能装置被配置用于在所述第一温度下、在所述阳极与所述阴极之间的势差小于0.5伏特时被运输。

74.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述电化学储能装置被配置用于在所述第一温度下、在所述阳极与所述阴极之间的势差约为0伏特时被运输。

75.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述阳极包含锂、钠、钾、镁和/或钙。

76.根据权利要求66所述的电化学储能装置，其中所述阴极包含锑、锡、碲、铋和/或铅。

77.一种用于形成储能系统的方法，其包括：

(a)在第一位置形成储能装置，该储能装置包括负电极和正电极以及在所述负电极与所述正电极之间的电解质，其中所述负电极、正电极和电解质中的至少一个在所述储能装置的操作温度下处于液态；以及

(b)将所述储能装置放置于载具上，所述载具被配置用于将所述储能装置从所述第一位置运输至第二位置。

78.根据权利要求77所述的方法，进一步包括将所述储能装置从所述载具移除。

79.根据权利要求78所述的方法，进一步包括将所述储能装置定位在安装位置，其中所述储能装置在所述安装位置处被安装成所述储能系统。

80.根据权利要求79所述的方法，进一步包括将所述储能装置电耦合至功率源。

81.根据权利要求80所述的方法，其中所述功率源选自发电站、风力涡轮、光伏系统、地热系统和波浪能系统。

82.根据权利要求80所述的方法，进一步包括将所述储能装置电耦合至电网。

83.根据权利要求77所述的方法，进一步包括借助于所述载具，将所述储能装置从所述第一位置运输至所述第二位置。

84.根据权利要求77所述的方法，其中在所述储能装置的运输期间，所述正电极与所述负电极之间的势差小于0.9伏特。

85.根据权利要求84所述的方法，其中在所述储能装置的运输期间，所述势差为约0伏特。

86.根据权利要求85所述的方法，其中在低于所述储能装置的操作温度的温度下所述势差小于0.9伏特，并且其中所述储能装置在低于所述储能装置的操作温度的所述温度下被运输。

87.根据权利要求85所述的方法，其中所述负电极包含锂、钠、钾、镁、钙或其任何组合。

88.根据权利要求85所述的方法，其中所述正电极包含锑、铅、锡、碲、铋或其任何组合。