CN112823444A - 滚动膜片密封件 - Google Patents

Abstract

多个实施方案的系统和方法可以提供包括滚动膜片的电池，所述滚动膜片被配置为可移动以适应所述电池的一个或多个部件的内部体积变化。多个实施方案的系统和方法可以提供电池壳体，其包括设置在所述电池的内部体积和所述电池内的电极组件之间的滚动膜片密封件。多个实施方案可以提供空气电极组件，其包括支撑在漂浮平台上的空气电极，使得当所述漂浮平台浮于一体积的电解质中时，所述空气电极位于所述电解质的表面上方。

Description

滚动膜片密封件

相关申请

本申请要求2018年6月29日提交的题为“滚动膜片密封件”的美国临时专利申请62/692,375的优先权权益，其全部内容通过引用纳入本文用于所有目的。本申请涉及与本申请在同一日期提交的题为“基于水性多硫化物的电化学电池”的美国非临时专利申请代理人案卷号9284-001US，并且本申请涉及与本申请同一日期提交的题为“金属空气电化学电池构架”的美国非临时专利申请代理人案卷号9284-019US。这两个相关申请的全部内容都通过引用纳入本文用于所有目的。

技术领域

本发明广义上涉及储能，并且更具体地涉及用于长期储能的电池。

背景技术

可再生电源正变得越来越普遍和更具成本效益。然而，许多可再生电源面临间歇性问题，这阻碍了可再生电源的选用。通过匹配可再生电源储能系统，例如充分利用可充电电池化学物的储能系统，可以减轻可再生电源的间歇性趋势的影响。

储能技术在电网中发挥着越来越重要的作用；在最基本的水平上，这些储能有利条件对于更好地匹配电网上的发电和需求有促进作用。储能设备提供的服务对横跨多个时间尺度(从数毫秒到数年)的电网都是有益的。如今，存在可以支持数毫秒至数小时的时间尺度的储能技术，但是还需要长时间和超长时间(总共至少≥8小时)的储能系统。

在许多可充电电池化学物中，电荷存储材料会以电池充电状态的函数发生尺寸变化。这种体积变化的发生是由于放电产物从可溶性中间体中沉淀出来，或者是由于一种较低摩尔体积的固相向另一较大摩尔体积(cm³/mol_金属)的固相转化。对于发生氧化的金属电极，这种体积变化可用Pilling-Bedworth比来描述，该比值测量金属氧化物的基本结晶晶胞的体积与相应金属的基本结晶晶胞的体积之比。当发生还原时，金属电极在相反方向上经受体积变化。对于Pilling-Bedworth比大于1(>1)的金属，电极在氧化过程中体积膨胀，在还原时缩小。对于Pilling-Bedworth比小于1(<1)的金属，电极在氧化过程中体积收缩，在还原时会缩小。根据电池的配置，金属电极的还原或氧化可以对应于电池的充电操作或放电操作。例如，如果金属电极是电池的负极(有时称为阳极)，则金属在放电时被氧化并且在充电时被还原；如果金属电极是电池的正极(有时称为阴极)，则金属在放电时被还原，在充电时被氧化。电池的这种内部体积变化会随着时间的流逝而发生，并且在密封电池的内部部分(例如液体电解质、电极等)与环境相隔方面提出了挑战。典型的动态密封件会随着运动周期而磨损，并且寿命有限。典型动态密封件的这种有限寿命对储能技术提出了挑战，特别是在支持长时间和超长时间(总共至少≥8h)储能系统方面。

本背景技术部分旨在介绍本领域的多个方面，这些方面可能与本发明的实施方案相关联。因此，本部分中的前述讨论为更好地理解本发明提供了框架，并且不应被视为对现有技术的承认。

发明内容

多个实施方案可以提供一种新的和改进的用于长期储能的电池系统，该系统使用滚动膜片来使电池部分随电池的充电和放电而膨胀或收缩。多个实施方案可以为这种承载作用(bearing)提供模块化容纳结构，该容纳结构可以由模制塑料制成。多个实施方案可以在该结构的顶部和底部区域提供配合特征，使得电池可以通过它们的配合特征的机械耦合而彼此堆叠。多个实施方案可以在配合特征处提供电连接，使得当电池彼此堆叠时，电池自身的重量将电触头压在一起以确保良好的电接触。

多个实施方案的系统、材料、设计和方法可以提供具有外容纳结构和内滚动膜片(例如，圆筒形滚动膜片、正方形滚动膜片、六边形滚动膜片、椭圆形滚动膜片或任何其他几何形状的滚动膜片)的电池，所述内滚动膜片被配置为可移动以适应电池的一个或多个储能部分和电极组件(例如，空气电极组件、非空气呼吸电极组件等)的内部体积变化。所述滚动膜片在电池的外壳体(例如，圆筒形壳体、正方形壳体、六边形壳体、椭圆形壳体或任何其他几何形状的壳体)和内部体积(例如，圆柱形体积、正方形体积、六边形体积、椭圆形体积或任何其他几何形状的体积)之间形成密封，使得内壳体在外壳体内的移动使滚动膜片密封件卷曲，以改变滚动膜片密封件的伸展长度。所述滚动膜片密封件可防止电池电解质从外壳体和内壳体之间进入空气环境。所述滚动膜片密封件还可防止电池的电解质表面暴露于外壳体的两个部分接缝处的静态密封界面。所述滚动膜片密封件可以由弹性体例如硅酮形成，并且可以通过围绕外壳体内的集流体的带耦合至外壳体。可以将包括空气电极的电极组件支撑在滚动膜片中间的漂浮的多孔平台或蜂窝状平台上，使得当该漂浮的平台浮于一体积的电解质中时，该空气电极在电解质表面上方。所述电极组件可以具有任何多孔或穿孔的几何形状，例如蜂窝状、正方形网格、对角网格、或任何几何形状，并且可以是整体的或接合的，例如通过编织或焊接或其他非编织接合方法。外筒状壳体中的电馈通使得来自集流体的电导线能够穿过外筒状壳体并连接至导电柱结构，该导电柱结构连接至容纳结构并且其上区域和下区域具有配合的安装特征，以提供两个或更多堆叠电池的集流体之间的电连接。

多个实施方案的系统和方法可以提供一种包括滚动膜片的电池，所述滚动膜片被配置为可移动以适应电池的一个或多个部分的内部体积变化。在多个实施方案中，电池可以包括滚动膜片和空气电极组件，该滚动膜片被配置为可移动以适应电池的一个或多个部分的内部体积变化。在多个实施方案中，电池可以包括滚动膜片、空气电极组件和凝聚相(例如，液体或固体)第二电极，该滚动膜片被配置为可移动以适应电池适应电池的一个或多个部分的内部体积变化。在多个实施方案中，电池可以是金属空气电池。多个实施方案可以提供一种电池结构，包括设置在电池的内部体积和电池内的空气电极组件之间的滚动膜片密封件。在多个实施方案中，滚动膜片密封件(例如，圆筒形滚动膜片密封件、正方形滚动膜片密封件、椭圆形滚动膜片密封件、六边形滚动膜片密封件或任何其他几何形状的滚动膜片密封件)可以在电池的外壳体(例如，圆筒形外壳体、正方形外壳体、六边形外壳体、椭圆形外壳体或任何其他几何形状的外壳体)和内壳体(例如，圆筒形内壳体、正方形内壳体、六边形内壳体、椭圆形内壳体或任何其他几何形状的内壳体)之间形成密封，使得内壳体在外壳体内的运动可以使滚动膜片密封件卷曲，以改变滚动膜片密封件的伸展长度。在多个实施方案中，所述滚动膜片密封件可以防止电池的液体电解质在外壳体和内壳体之间进入空气环境。在多个实施方案中，所述滚动膜片密封件可以防止电池的液体电解质的液体表面暴露于外壳体的两个部分接缝处的静态密封界面。在多个实施方案中，所述滚动膜片密封件可以由弹性体例如硅酮形成。在多个实施方案中，所述滚动膜片密封件可以通过围绕外壳体内的集流体的带耦合至外壳体。在多个实施方案中，蜂窝状结构可以设置在内壳体内。在多个实施方案中，外壳体中的电馈通可以使来自集流体的电导线穿过外壳体。在多个实施方案中，外壳体可以由双壁结构形成。在多个实施方案中，耦合到外壳体表面的一系列导电杆可以在两个或更多个堆叠电池的集流体之间提供电连接。所述一系列杆还可以用作结构加强件，并且还可以包括在其上区域和下区域上的配合特征和/或安装特征，以在两个或多个堆叠电池的集流体之间提供电连接。

多个实施方案可以提供一种空气电极组件，其包括支撑在漂浮平台上的空气电极，使得当漂浮平台浮于一体积的电解质中时，空气电极位于所述电解质的表面上方。多个实施方案可以提供一种包括漂浮空气电极组件的电池。

多个实施方案可以提供包括滚动膜片的电池，其中所述滚动膜片可移动以适应电池的一个或多个部分的内部体积变化。多个实施方案可以提供一种电池，所述电池还包括：外筒状壳体，被配置为支撑其中的液体电解质和电极；以及可移动地支撑在外筒状壳体内的内筒体，其中所述滚动膜片是在所述外筒状壳体和所述内筒体之间形成密封的筒状滚动膜片，以及其中所述内筒体在所述外筒状壳体内的运动使所述筒状滚动膜片密封件卷曲，以改变所述筒状滚动膜片密封件的伸展长度。在多个实施方案中，所述筒状滚动膜片密封件在第一端耦合至外筒状壳体，并且在第二端耦合至内筒体。在多个实施方案中，所述外筒状壳体在第一端开口；所述内筒体在第一端向空气环境开口；并且通过所述筒状滚动膜片密封件在外筒状壳体与内筒体之间形成密封，以防止液体电解质从外筒状壳体与内筒体之间进入空气环境中。在多个实施方案中，所述内筒体在与所述第一端相对的第二端开口；并且被配置为支撑空气电极。在多个实施方案中，所述滚动膜片由硅酮构成。在多个实施方案中，所述电池还包括设置在内筒体内的蜂窝状结构。在多个其他实施方案中，用于代替蜂窝状结构或除蜂窝状结构之外，所述电池还包括正方形网格、对角网格或非编织多孔结构。在多个实施方案中，所述外筒状壳体还包括电馈通端口，并且所述电池还包括：外筒状壳体内的集流体；以及连接到集流体并通过电馈通端口从外筒状壳体中穿出的电导线。在多个实施方案中，所述筒状滚动膜片密封件通过围绕集流体的带耦合至所述外筒状壳体。在多个实施方案中，所述外筒状壳体包括双层壁。在多个实施方案中，支撑在外筒状壳体中的电极是金属电极。在多个实施方案中，所述金属电极包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、硅(Si)、铝(Al)、锌(Zn)、和/或铁(Fe)和/或由一种或多种前述金属元素组成的合金。在多个实施方案中，支撑在外筒状壳体中的电极是液体电极或固体电极。在多个实施方案中，所述电池还包括所述液体电解质和所述电极，其中所述液体电解质和所述电极设置在筒状滚动膜片密封件的同一侧。

多个实施方案可以提供一种电池，其中外壳体包含耦合至电池的外表面的多个导体，所述一系列杆中的每一个包括：在第一端的上电接触板；以及在第二端的下电接触板。在多个实施方案中，当第二电池堆叠在所述电池顶部时，所述上电接触板被配置为接触所述第二电池的下电接触板；以及当所述电池堆叠在第三电池的顶部时，所述下电接触板被配置为接触所述第三电池的上电接触板。在多个实施方案中，所述一系列杆包括三个杆。在多个实施方案中，所述电池还包括连接所述上电接触板和所述下电接触板的电导线，所述电导线穿过所述外壳体并且连接到所述外壳体内的集流体。

多个实施方案可以提供一种空气电极组件，包括：空气电极，其中形成至少一个从空气电极的顶表面到空气电极的底表面的孔；漂浮平台，在所述漂浮平台的顶表面上支撑空气电极的底表面，所述漂浮平台具有其中形成至少一个从漂浮平台的顶表面通到漂浮平台的底表面的孔，其中漂浮平台被配置为浮于一体积的液体电解质中，使得所述漂浮平台的顶表面和所述空气电极的底表面在所述一体积的液体电解质的表面上方。

多个实施方案可以提供一种空气电极组件，包括：涂覆了漂浮的且/或疏水的有机涂层材料的碳材料。在多个实施方案中，所述涂层材料是聚丙烯或聚苯乙烯。在多个实施方案中，所述涂层材料包括连续的表面层，或者其中所述涂层材料包括一种或多种不同表面沉积物的集合。

多个实施方案可以提供电池堆，包括：一系列布置成堆叠层的电芯单元，其中每个电芯单元包括：金属颗粒床；以及空气电极，以及其中电芯单元的每个堆叠层流体连接，使得电解质从堆叠层中的最高层流向堆叠层中的最低层。在多个实施方案中，每个单元的空气电极连接到承载母线。在多个实施方案中，堆叠层中的最高层比堆叠层中的最低层包括更少的电芯单元。

多个实施方案可以提供这样的电池，其包括：被配置为浮于一体积的液体电解质中的阴极。在多个实施方案中，阴极是双ORR/OER阴极。在多个实施方案中，阴极是空气电极。在多个实施方案中，阴极是ORR阴极。在多个实施方案中，ORR阴极浮于电解质的顶部，并且OER阴极浸没在电解质中。在多个实施方案中，阴极是弯曲的，并且曲率中心位于所述一体积的液体电解质之外。在多个实施方案中，阴极是相对于电解质的顶部平面以大于0度并且小于90度的角度倾斜的平面阴极。在多个实施方案中，阴极还被配置为在OER期间浸没在电解质中，并且在ORR期间浮于电解质上。

多个实施方案可以提供大容量储能系统，包括：一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括：滚动膜片，其中所述滚动膜片可移动以适应所述电池的一个或多个组件的内部体积变化。在多个实施方案中，大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

多个实施方案可以提供大容量储能系统，包括：一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括：外壳体，其包含耦合至所述电池的外表面的多个导体，所述系列杆中的每一个包括：在第一端的上电接触板；在第二端的下电接触板；以及连接所述上电接触板和所述下电接触板的电导线，所述电导线穿过外壳体并且连接到外壳体内的集流体。在多个实施方案中，所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

多个实施方案可以提供大容量储能系统，包括：一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括空气电极组件，所述空气电极组件包括：空气电极，其中形成至少一个从所述空气电极的顶表面到所述空气电极的底表面的孔；漂浮平台，在所述漂浮平台的顶表面上支撑所述空气电极的底表面，所述漂浮平台其中形成至少一个从所述漂浮平台的顶表面通到所述漂浮平台的底表面的孔，其中所述漂浮平台被配置为浮于一体积的液体电解质中，使得所述漂浮平台的顶表面和所述空气电极的底表面在所述一体积的液体电解质的表面上方。在多个实施方案中，所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

多个实施方案可以提供大容量储能系统，包括：一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括空气电极组件，所述空气电极组件包括涂覆了漂浮的和/或疏水的有机涂层材料的碳材料。在多个实施方案中，所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

多个实施方案可以提供大容量储能系统，包括：一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括：一系列布置为堆叠层的电芯单元，其中每个电芯单元包括：金属颗粒床；OER电极；以及ORR电极，以及其中电芯单元的每个堆叠层流体连接，使得电解质从所述堆叠层中的最高层流向所述堆叠层中的最低层。在多个实施方案中，所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

多个实施方案可以提供大容量储能系统，包括：一个或多个电池，所述一个或多个电池中的至少一个包括被配置为浮于一体积的液体电解质中的阴极。在多个实施方案中，所述阴极是双ORR/OER阴极。在多个实施方案中，所述阴极还被配置为在OER期间浸没在电解质中，并且在ORR期间浮于电解质上。在多个实施方案中，所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

多个实施方案可以提供一种电池，所述电池包括：外壳体，所述外壳体包括：第一端和第二端，所述外壳体界定宽度、内部体积和所述第一端和所述第二端之间的长度；在所述体积中并且被放置在邻近所述外容器结构的第二端的活性电池部件，其中所述活性电池部件包括电解质、电极或两者；位于所述外壳体的内部体积内的内壳体，所述内壳体界定内壳体体积并且包括电极；具有厚度和长度的膜，其中所述膜连接到所述外壳体并且连接到所述内壳体；由此所述膜将所述外壳体的内部体积分成第一体积；其中所述活性电池部件位于所述第二体积中；其中所述第一体积与所述内壳体体积流体连通；并且由此所述膜防止所述第一体积和所述第二体积之间的流体连通；以及所述内壳体和所述外壳体可滑动地接合，由此所述内壳体可以沿着所述外壳体的至少一部分长度移动。在多个实施方案中，在所述内壳体的移动过程中，所述膜的长度不变。在多个实施方案中，在所述内壳体的移动过程中，所述膜的厚度不变。在多个实施方案中，所述外壳体的第一端向选自气体、空气和大气的环境开口。在多个实施方案中，所述膜具有内表面和外表面，并且在所述内壳体的运动过程中，所述膜外表面的一部分面向其自身。在多个实施方案中，所述膜具有内表面和外表面，并且在所述内壳体的运动过程中，所述膜外表面的一部分与其自身接触。在多个实施方案中，所述外壳体的内表面与所述内壳体的外表面的距离为膜厚度的至少两倍。在多个实施方案中，所述外壳体的内表面与所述内壳体的外表面的距离为膜厚度的约1.5倍至4倍。在多个实施方案中，所述膜是无缝的。在多个实施方案中，没有移动的密封界面。

多个实施方案可以提供这样的电池，所述电池包括：外壳体，所述外壳体包括：第一端和第二端，所述外壳体界定宽度、内部体积和所述第一端和所述第二端之间的长度；在所述体积中并且被放置在邻近所述外容器结构的第二端的活性电池部件，其中所述活性电池部件包括电解质、电极或两者；位于所述外壳体的内部体积内的内壳体，所述内壳体界定内壳体体积并且包括电极；具有厚度和长度的膜，其中所述膜连接所述外壳体并且连接到所述内壳体；由此所述膜将所述外壳体的内部体积分成第一体积；其中所述活性电池部件位于所述第二体积中；其中所述第一体积与所述内壳体体积流体连通；并且由此所述膜防止所述第一体积和所述第二体积之间的流体连通；以及所述内壳体和所述外壳体可滑动地接合，由此所述内壳体可以沿着所述外壳体的至少一部分长度移动。在多个实施方案中，所述内壳体可以移动所述膜长度的至少约10％的距离。在多个实施方案中，所述内壳体可以移动所述膜长度的至少约10％的距离。在多个实施方案中，所述内壳体可以移动所述膜长度的至少约80％的距离。在多个实施方案中，所述内壳体可以移动所述膜长度的至少约100％的距离。在多个实施方案中，所述内壳体可以移动所述膜长度的约10％至约200％的距离。在多个实施方案中，在所述内壳体的移动过程中，所述膜的厚度不变。在多个实施方案中，所述外壳体的第一端向选自气体、空气和大气的环境开口。在多个实施方案中，所述膜具有内表面和外表面，并且在所述内壳体的运动过程中，所述膜外表面的一部分面向其自身。在多个实施方案中，所述膜具有内表面和外表面，并且在所述内壳体的运动过程中，所述膜外表面的一部分与其自身接触。在多个实施方案中，所述外壳体的内表面与所述内壳体的外表面的距离为膜厚度的至少两倍。在多个实施方案中，所述外壳体的内表面与所述内壳体的外表面的距离为膜厚度的约1.5倍至4倍。在多个实施方案中，所述膜是无缝的。在多个实施方案中，没有移动的密封界面。在多个实施方案中，所述活性电池部件包括金属，并且所述内壳体可以移动一段距离，所述距离对应于氧化所述金属的Pilling-Bedworth比的整个范围。在多个实施方案中，所述活性电池部件包括液体电解质和金属电极。在多个实施方案中，所述活性电池部件包括电解质和金属电极，其中所述金属电极包括选自如下的成分：铁，大块固体；颗粒的集合；悬浮液；在电解质中不漂浮的颗粒；金属网状电极；铁网电极；金属毡电极，铁毡电极；烧结金属；烧结铁；多孔烧结金属；颗粒多孔床，凝胶金属电极；以及由两种或多种不同材料形成的复合金属电极。在多个实施方案中，其中所述活性电池部件包括电解质和金属电极，其中所述金属电极包括选自如下的成分：直接还原铁(DRI)颗粒床和海绵铁颗粒床；以及包含铁的颗粒床。在多个实施方案中，所述活性电池部件包括电解质和金属电极，其中所述金属电极包括选自如下的成分：金属、金属合金、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、硅(Si)、铝(Al)、锌(Zn)和铁(Fe)。

多个实施方案可以提供这样的电池，其包括：第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；将所述第一部分连接至所述第二部分的膜片，所述膜片将所述第一部分的至少一部分与所述第二部分的至少一部分隔开；所述膜片具有长度和厚度；以及，其中所述距离是所述膜片长度的约10％至约200％；因此所述膜片适应所述第一部分或所述第二部分的内部体积变化。

多个实施方案可以提供这样的电池，其包括：第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；将所述第一部分连接至所述第二部分的膜，所述膜将所述第一部分的至少一部分与所述第二部分的至少一部分隔开，并且所述膜具有长度和厚度；其中所述膜具有内表面和外表面，并且其中在至少一部分运动期间，所述膜外表面面向其自身；由此所述膜适应所述第一部分或所述第二部分的内部体积变化。

多个实施方案可以提供这样的电池，其包括：第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；将所述第一部分连接至所述第二部分的膜，所述膜将第一部分的至少一部分与第二部分的至少一部分隔开，并且所述膜具有长度和厚度；其中所述膜具有内表面和外表面，并且在至少一部分运动期间，所述膜外表面与其自身接触；由此所述膜适应所述第一部分或所述第二部分的内部体积变化。在多个实施方案中，所述第一部分包括金属并且内部体积变化对应于氧化所述金属的Pilling-Bedworth比的整个范围。

多个实施方案可以提供一种被配置为管理基于非碳氢化合物发电的间歇性以提供预定的电力分配的电力系统，所述电力系统包括：从非碳氢化合物能源发电的装置；包括多个电池的大容量储能系统，其中所述电池包括：第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；将所述第一部分连接至所述第二部分的膜，所述膜将所述第一部分的至少一部分与所述第二部分的至少一部分密封，所述膜具有长度和厚度；并且其中所述距离是所述膜片长度的约10％至约200％；电力传输设施；从非碳氢化合物能源发电的装置、所述电池和所述电力传输设施电连通，由此电力可以在其间传输；并且，所述电力系统被配置用于与电网、工业用户或两者的电连接。在多个实施方案中，从非碳氢化合物能源发电的装置选自风电厂、热电厂和太阳能发电厂。在多个实施方案中，所述系统包括基于碳氢化合物的发电厂、基于原子能的发电厂、或两者。

多个实施方案可以提供一种操作电力系统的方法，所述电力系统被配置为管理基于非碳氢化合物发电量的变化，以提供预定的均匀电力分配；所述方法包括将电传输到大容量储能系统中，将电存储在所述大容量储能系统中，将电从所述大容量储能系统中传输出去；其中所述电力系统包括：从非碳氢化合物能源发电的装置；电力传输设施；包括多个电池的大容量储能系统，其中所述电池包括：第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；将所述第一部分连接至所述第二部分的膜，所述膜将所述第一部分的至少一部分与所述第二部分的至少一部分密封，并且所述膜具有长度和厚度，其中所述距离是所述膜片长度的约10％至约200％；从非碳氢化合物能源发电的装置、LODES和电力传输设施电连通，由此电力可以在其间传输；并且，所述电力系统被配置用于与电网、工业用户或两者的电连接。

多个实施方案可以提供一种包括大容量储能系统的系统，所述大容量储能系统是这样的LODES，即其持续时间为约24小时至约500小时，并且额定功率为约10MW至约50MW。多个实施方案可以提供一种包括大容量储能系统的系统，所述大容量储能系统是这样的LODES，即其持续时间为约8小时至约2000小时，并且额定功率为约0.5MW至约500MW。多个实施方案可以提供一种包括大容量储能系统的系统，所述大容量储能系统是这样的LODES，即其持续时间为约8小时至约100小时，并且额定功率为约0.5MW至约500MW。多个实施方案可以提供一种包括大容量储能系统的系统，所述大容量储能系统是这样的LODES，即其持续时间为约24小时至约500小时，并且额定功率为约10MW至约50MW。多个实施方案可以提供一种包括大容量储能系统的系统，所述大容量储能系统是这样的LODES，即其持续时间为约8小时至约2000小时，并且额定功率为约0.01MW至约50,000MW。多个实施方案可以提供一种包括大容量储能系统的系统，所述大容量储能系统是这样的LODES，即其持续时间为约8小时至约2000小时，并且额定功率为约0.5MW至约500MW。多个实施方案可以提供一种包括大容量储能系统的系统，所述大容量储能系统是这样的LODES，即其持续时间为约50小时至约500小时，并且额定功率为约0.01MW至约50,000MW。多个实施方案可以提供一种包括大容量储能系统的系统，所述大容量储能系统是这样的LODES，即其持续时间为约24小时至约500小时，并且额定功率为约0.5MW至约500MW。多个实施方案可以提供一种包括大容量储能系统的系统，所述大容量储能系统是这样的LODES，即其持续时间为约50小时至约1000小时，并且额定功率为约0.5MW至约1000MW。

附图说明

合并入本文并构成本说明书一部分的附图示出了权利要求的示例性实施方案，并且与上面给出的一般描述和下面给出的详细描述一起用于解释权利要求的特征。

图1是一个包括筒状滚动膜片密封件的电池实施方案的一部分的等轴剖视图。

图2A、图2B和图2C是显示一个包括图1的筒状滚动膜片密封件的电池实施方案的截面侧视图，其中内筒体处于不同状态。

图3显示了图1中电池实施方案的筒状滚动膜片在不同状态下的截面侧视图。

图4是一个电池实施方案的整体结构的等轴视图。

图5A是多个电池实施方案的一个堆叠配置实例的等轴视图。

图5B是多个电池实施方案的另一个堆叠配置实例的等轴视图。

图6是一个包括漂浮空气电极组件实施方案的电池实例的等轴视图。

图7是图6的漂浮空气电极组件实施方案和电池实施方案的一部分的等轴视图。

图8是一个包括筒状滚动膜片密封件的电池实施方案的一部分的截面图。

图9A和图9B的示意图示出一个用于空气电极的涂层形态实施方案。

图10的示意图示出一个漂浮空气电极实施方案。

图11A的示意图示出一个弯曲的漂浮阴极实施方案。

图11B的示意图示出一个被配置成缠绕成锥形的扁平电极实施方案。

图11C的截面图示出一个弯曲的漂浮阴极实施方案。

图12的截面图示出一个弯曲的漂浮阴极实施方案。

图13A的示意图示出一个漂浮阴极和架空线路之间的柔性集流体连接实施方案。

图13B的示意图示出一系列漂浮阴极和架空线路之间的柔性集流体连接实施方案。

图13C示出了柔性集流体实例。

图13D示出了柔性集流体实例。

图13E示出了柔性集流体实例。

图14A示出了一个堆叠的电化学电芯结构实施方案。

图14B示出了一个堆叠的电化学电芯电芯结构实施方案。

图14C示出了一个电化学电芯和钟式堆叠电芯结构实施方案。

图14D示出了一个堆叠的电化学电芯结构中的压力梯度实施方案。

图15示出了一个电化学电芯堆结构实施方案。

图16示出了一个电化学电芯堆结构实施方案。

图17示出了一个适用于堆叠结构的电化学电芯实施方案。

图18示出了一个电化学电芯堆结构实施方案。

图19示出了一个电化学电芯堆结构实施方案。

图20示出了一个漂浮空气电极组件实施方案。

图21示出了一个漂浮空气电极组件实施方案。

图22示出了一个漂浮空气电极组件实施方案。

图23A和图23B示出了一个在表面位置和浸没位置的可变位置的空气电极组件实施方案。

图24A和图24B示出了一个在表面位置和浸没位置的可变位置的空气电极组件实施方案。

图25A和图25B示出了一个在表面位置和浸没位置的可变位置的空气电极组件实施方案。

图26是一个包括筒状滚动膜片密封件的电池实施方案的一部分的等轴剖视图。

图27至图35示出了多个示例性系统，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。

具体实施方式

将参照附图详细描述多个实施方案。在所有附图中尽可能使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。对具体实施例和实现方式的引用是为了说明性的目的，而不是为了限制权利要求的范围。本发明实施方式的以下描述并不旨在将本发明限制于这些实施方式，而是使本领域技术人员能够制造和使用本发明。除非另有说明，否则附图未按比例绘制。

如本文所用，除非另有说明，室温为25℃。并且，标准温度和压力为25℃和1个大气压。除非另有明确说明，否则所有测试、测试结果、物理性质以及温度相关的、压力相关的或两者都相关的值，均在标准环境温度和压力下提供。

通常，除非另有说明，本文所用的术语“约”意在包含±10％的变化或范围，或者与获得所述值相关的实验误差或仪器误差，优选其中较大者。

如本文所用，除非另有说明，否则本文所用的数值范围的列举仅旨在作为单独指代落入该范围内的每个单独的值的简写方法。除非本文中另有说明，否则在一个范围内的每个单独的值都被结合到说明书中，如同其在本文中被单独引用一样。

提供以下实施例来说明本发明的系统和方法的多个实施方案。这些实施例是用于说明的目的，可以是预言性的，并且不应被视为限制性的，并且不以其他方式限制本发明的范围。

应注意，不需要提供或阐述本发明的主题的或与本发明的实施方案相关联的新颖的和突破性的方法、材料、性能或其他有益特征和性质的基础理论。然而，在本说明书中提供了多个理论来进一步推进该领域的技术。本说明书中提出的理论，除非另有明确说明，决不限制、约束或缩小要求保护的发明所提供的保护范围。利用本发明可能不需要或不用实践这些理论。还应当理解，本发明可以引导新的、并且迄今未知的理论来解释本发明的方法、物品、材料、装置和系统的实施方案的功能特征；并且这些后来发展的理论不会限制本发明所提供的保护范围。

本说明书中阐述的系统、设备、技术、方法、应用和操作的多个实施方案可以用于除了本文阐述的那些之外的多个其他应用和其他领域。此外，例如，这些实施方案可以用于：将来可能开发的其他设备或应用；并且，根据本说明书的教导，可以被部分修改的现有设备或应用。此外，本说明书中阐述的多个实施方案和实施例可以整体地或部分地以及以不同组合和多个组合彼此一起使用。因此，例如，在本说明书的多个实施方案中提供的配置可以彼此一起使用；并且本发明所提供的保护范围不应局限于具体实施方案、实施例或具体附图中的实施方案中阐述的具体实施方案、配置或布置。

本发明的实施方案包括用于长期和超长期、低成本、储能的仪器、系统和方法。在本文中，“长期”和/或“超长期”可以指8小时或更长的能量储存期，例如8小时的能量储存期、8小时至20小时的能量储存期、20小时的能量储存期、20小时至24小时的能量储存期、24小时的能量储存期、24小时至一周的能量储存期、一周至一年的能量储存期(例如，从几天至几周至几个月)等。换句话说，“长期”和/或“超长期”储能电池可以指可以被配置为在几天、几周或几个季节的时间跨度内存储能量的电化学电池。例如，电化学电池可以被配置为在阳光充足且太阳能发电超过电网需求的夏季月份存储太阳能电池产生的能量，并在阳光不足以满足电网需求的冬季月份释放存储的能量。

在许多可充电电池化学物质中，电荷存储材料会以电池充电状态的函数发生尺寸变化。已知这种体积变化发生在例如锂存储化合物(如石墨、硅、锂钴氧化物、锂锰氧化物、磷酸铁锂等中)，以及在用于镍金属氢化物电池的储氢电极中。这种体积变化也可能因为放电产物从可溶性中间体中沉淀而发生，如在锂硫电池中发生的那样，其中固体硫先被还原形成可溶性多硫化物中间体，然后再进一步还原后，形成硫化钠沉淀物。其他实例包括锂空气电池中氧化锂、过氧化锂或氢氧化锂固相的沉淀。另外的实例包括碱性铁电极，其中铁金属被氧化形成氢氧化铁、羟基氧化铁和/或氧化铁，所有这些都经历大的体积变化。对于金属电极，这种体积变化用Pilling-Bedworth比来描述，该比值测量金属氧化物的基本结晶晶胞的体积与相应金属的基本结晶晶胞的体积之比。电池中的这种内部体积变化会随着时间的流逝而发生，并且对将电池的内部部分(例如液体电解质、电极等)与环境密封提出了挑战。典型的动态密封件会随着运动周期而磨损，并且寿命有限。

滚动膜片密封件可以提供对电池内部进行密封的解决方案。滚动膜片密封件可形成没有移动密封界面和无缝设计的柔性密封件。

多个实施方案的系统和方法可以提供包括滚动膜片的电池，所述滚动膜片被配置为可移动以适应所述电池的一个或多个部分的内部体积变化。在多个实施方案中，电池可以包括滚动膜片和空气电极组件，该滚动膜片被配置为可移动以适应电池的一个或多个部分的内部体积变化。在多个实施方案中，电池可以包括滚动膜片、空气电极组件和凝聚相(例如，液体或固体)第二电极，该滚动膜片被配置为可移动以适应电池适应电池的一个或多个部分的内部体积变化。在多个实施方案中，所述电池可以是金属空气电池。

多个实施方案的系统和方法可以提供包括设置在电池中两个电极之间的滚动膜片密封件的电池结构。在某些实施方案中，可以将所述滚动膜片密封件设置在电池的内部体积和电池内的空气电极组件之间。在多个实施方案中，筒状滚动膜片在电池的外壳体和内部体积之间形成密封，使得所述内壳体在所述外壳体内的移动可以使所述滚动膜片密封件卷曲，以改变所述滚动膜片密封件的伸展长度。在多个实施方案中，所述滚动膜片密封件可以防止电池的液体电解质在外筒状壳体和内筒体之间进入空气环境。在多个实施方案中，所述滚动膜片密封件可以防止电池的液体电解质的液体表面暴露于外筒状壳体的两个部分接缝处的静态密封界面。

图1显示了一种电池实施方案的一部分，例如包括筒状滚动膜片密封件110的金属空气电池100。所述金属空气电池可以包括外筒状壳体102。在多个实施方案中，外筒状壳体102可以在一端向空气环境开口，在相对端封闭。在多个实施方案中，外筒状壳体102可以是由两个或多个部分形成的多部分结构，例如上部104a偶联至下部104b。上部104a可以以任何方式偶联到下部104b，例如通过螺栓106结合上部分104a和下部分104b的凸缘。上部104a和下部104b也可以通过热封或化学焊接来结合。上部104a与下部104b的结合的点可以是外筒状壳体102的静态密封界面125。

外壳体、内壳体或两者可以是筒体，具有圆形横截面、具有椭圆形横截面、具有正方形横截面、具有矩形横截面、具有六边形横截面，或者是具有壳体的长度、宽度和体积的任何其他体积形状或结构。在一个实施方案中，外壳体和内壳体具有相同的形状，内壳体与外壳体可滑动地结合，使得内壳体可在外壳体的至少一部分长度内移动。内壳体的长度可以与外壳体的长度相同、比外壳体的长度更长或更短。

壳体102具有第一端180和第二端181。在一个实施方案中，第二端181由底部182封闭，并且第一端180向气体环境开口，所述气体环境可以优选为空气或大气。壳体102具有由条183显示的长度和由条184显示的宽度，宽度184是内距离，例如外壳体102的内表面187之间的直径。

内筒体108或内壳体具有由条190所示的长度和由条191所示的宽度。宽度191基于内壳体108的外表面193。宽度191小于宽度184，在该实施方案中，其距离等于或稍大于膜片密封件110的厚度。内壳体108具有第一端194和一第二端195。在一个实施方案中，第二端195由底部(可以是电极)封闭，并且第一端194向气体环境开口，所述气体环境可以优选为空气或大气。

如图3所示，膜片110可以由具有第一边缘171和第二边缘172的膜170制成。膜170的长度由第一边缘171和第二边缘172之间的距离限定。膜片170在其内表面174和外表面175之间具有厚度173。

以这种方式，膜片110以允许内壳体沿着外壳体的部分长度或全部长度移动的方式被放置在内壳体108的外表面193和外壳体102的内表面187之间。外表面193和内表面187之间的距离可以使得内表面187、外表面193或两个表面在内壳体108移动期间，保持与膜片密封件110的全部接触或部分接触。在一个实施方案中，外表面193和内表面187之间的距离是膜片厚度的约1.5倍、约2倍、约3倍或更多。在优选实施方案中，外表面193和内表面187之间的距离为膜片厚度的约2倍至4倍。

在一个实施方案中，壳体和膜片被配置为使得内壳体可以沿着外壳体的长度移动一段距离，该距离为膜片长度的约10％至约190％、大于膜片长度的25％、大于70％、大于80％、大于90％、大于100％、大于160％、大于180％以及为膜片长度的约100％至约160％。

在多个实施方案中，下部104b可以在一端开口，在相对端封闭，并且上部104a可以在两端开口。连接上部104a与下部104b可以形成外筒状壳体102，该外筒状壳体102的一端向空气环境开口，而在相对端封闭。

在多个实施方案中，外筒状壳体102可以被配置为支撑其中的电池的活性部分112，例如在外筒状壳体102的下部104b中。活性部分112可以包括电池100的多个部分，例如液体电解质和金属电极。金属电极可以由金属或金属合金形成，例如锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、硅(Si)、铝(Al)、锌(Zn)、或铁(Fe)；或基本上由一种或多种前述金属元素组成的合金，例如铝合金或铁合金。在多个实施方案中，活性部分112可以包括非金属固体活性材料，例如硫(S)、硫化钠(Na₂S)、硫化锂(Li₂S)、硫化钾(K₂S)、硫化铁(FeS或FeS₂)、二氧化锰(MnO₂)等。金属电极可以是固体，包括致密固体或多孔固体，或者是网格或泡沫，或者是颗粒或颗粒的集合，或者可以是沉积在外筒状壳体102内的浆料、墨水、悬浮液或糊剂。在多个实施方案中，可以选择金属电极组合物，使得金属电极和液体电解质不会混合在一起。例如，金属电极可以是块状固体。作为另一个实例，金属电极可以是悬浮液中的颗粒的集合，这些颗粒是小颗粒或大块颗粒，其浮力不足以从悬浮液逸出到电解质中。作为另一个实例，金属电极可以由在电解质中不漂浮的颗粒形成。在多个实施方案中，金属电极可以是固体金属电极或浆料金属电极。在多个实施方案中，金属电极可以是金属网格电极，例如铁网格电极。在多个实施方案中，金属电极可以是金属毡电极，例如铁毡电极。在多个实施方案中，金属电极可以是由烧结金属形成的电极，例如烧结铁。在多个实施方案中，金属电极可以是由多孔烧结金属形成的电极。在多个实施方案中，金属电极可以是凝胶金属电极，例如凝胶铁电极。在多个实施方案中，金属电极可以是由两种或多种不同材料，例如两种或多种不同金属、金属和一种或多种不同金属和/或非金属材料等，形成的复合金属电极。在多个实施方案中，金属电极可以是多孔颗粒床，例如金属颗粒多孔床(例如直接还原铁(DRI)颗粒床、海绵铁颗粒床等)。在多个实施方案中，金属颗粒可以由铁矿石颗粒生产，或者可以是铁矿石颗粒，例如铁燧岩或磁铁矿或赤铁矿。在多个实施方案中，金属颗粒可以通过还原铁矿石颗粒以形成更具金属性(还原程度更高、氧化程度更低)的材料来生产，例如铁金属(Fe⁰)、方铁矿(FeO)或其混合物。在多个非限制性实施方案中，金属颗粒可以是还原铁矿石、直接还原(“DR”)铁矿石、“DR级”铁矿石颗粒(尚未还原)、直接还原铁(“DRI”)颗粒或其任意组合。在多个非限制性实施方案中，颗粒可以彼此放置(例如通过分散或铺展，如在砾石床中)，或者可以通过例如压实或压制的过程彼此机械附着或机械连接。在其他实施方案中，颗粒可以通过诸如焊接或钎接的方法物理连接。在其他实施方案中，颗粒可以通过电弧焊相互结合。在其他实施方案中，颗粒可以通过这样的连接方法的组合来连接。在其他实施方案中，颗粒可以通过穿过颗粒中的孔的导线相互附着和连接。颗粒中的孔不仅可以在作为金属电极的颗粒床的厚度上引入另外的接触点，还可以在单个颗粒的厚度上引入另外的接触点。一旦串起，导线可以被拉紧以增强颗粒间的接触，然后通过机械限位器机械地保持在适当的位置，该机械限位器可以是导电的机械限位器，而该限位器又可以连接到更大的集流板。在一些实施方案中，可以任选地在由耐高温材料施加的机械压力的帮助下，将颗粒填充到床中，然后在非氧化性气氛中烧结。结果是颗粒床以低颗粒间接触电阻熔合在一起。在多个实施方案中，金属电极可以是颗粒床，颗粒床的底部具有铁粉。在床底部放置的粉末增加了集流板和颗粒床之间的接触横截面积。虽然本文中讨论和/或示例的为大致圆形的颗粒，但是本文中讨论的颗粒可以是任何形状，例如光滑的、锯齿状的、椭圆形的、正方形的等。在多个实施方案中，外筒状壳体102内可以包括一个或多个集流体。在一些实施方案中，集流体可以是两部分集流体，第一部分附着到金属电极的正面，第二部分附着到金属电极的背面。电极的正面可以是被设置为通常朝向电解质的表面，电极的背面可以是被设置为通常远离电解质的表面。在一些实施方案中，可以连接到正面的第一部分可以是多孔结构(例如，网格)，而连接到背面的第二部分可以是固体。在电极的正面和背面上具有集流体可以有助于施加夹紧力，并且可以在整个电极上实现更均匀的反应速率。集流体的前部和后部可能短路在一起，从而影响反应速率分布。在一些实施方案中，集流体可以夹在金属电极上。在一些实施方案中，集流体可以是延伸穿过金属电极的刚性柱。

在多个实施方案中，内筒体108可移动地支撑在外筒状壳体102内。内筒体108的外径可以小于外筒体壳体102的内径，使得内筒体108可以在外筒体壳体102内纵向移动。在多个实施方案中，内筒体108可以形成为两端开口的管。在多个实施方案中，内筒体108可以支撑在外筒状壳体102中，使得内筒体108的一端向空气环境开放，而内筒体108的相对端向支撑在外筒状壳体102内的活性部分112开放。

在多个实施方案中，内筒体108可以被配置为在内筒体108的向活性部分112开放的端部支撑空气电极116。空气电极116可以是包括碳的气体扩散层(GDL)，该气体扩散层被配置为支持在不同的操作模式下发生析氧反应(OER)和/或氧还原反应(ORR)。当内筒体108被放置在外筒状壳体102内时，空气电极116可以接触支撑在外筒状壳体102内的活性部分112，例如外筒状壳体102内的液体电解质。液体电解质可以设置在空气电极116和金属电极之间，使得空气电极116和金属电极电隔离，同时通过液体电解质保持离子接触。以这种方式，外筒状壳体102内的液体电解质可以充当将空气电极116和金属电极隔开的电解质层。在多个实施方案中，随着活性部分112的内部体积变化，该体积变化可以导致内筒体108在外筒状壳体102内向上或向下移动。

在某些其他实施方案中，金属空气电池100，诸如膜或多孔间隔物的机械屏障被用于物理地阻挡氧气泡接触金属电极。图26示出了电池100中的这种膜2602的一个实例。图26示出了膜2602、电解质2604和金属电极2603作为活性部分112的示例性部分。在多个实施方案中，该膜2602可以是聚合物的膜或片，例如聚苯并咪唑(PBI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)或其他聚合物，或者可以是天然纤维，例如棉、人造丝或醋酸纤维素。在多个实施方案中，膜2602可以是织造的、非织造的或毡制的间隔物。在多个实施方案中，膜2602可以具有例如50体积％或更大、或30体积％或更大、或15体积％或更大的孔隙率。

在多个实施方案中，金属空气电池100可以包括筒状滚动膜片密封件110，当内筒体108放置在外筒状壳体102内时，该筒状滚动膜片密封件110在外筒状壳体102与内筒体108之间形成密封。圆筒形滚动膜片密封件110可以在两端开放。例如，筒状滚动膜片密封件110可以形成为内径尺寸与内筒体108的外径相同的管或套管。筒状滚动膜片密封件110可以由弹性体例如硅酮形成。筒状滚动膜片密封件110可以由与电解质、空气电极116和/或金属电极相容的材料形成。在多个实施方案中，筒状滚动膜片密封件110可以耐受电池100的所有工作温度。在多个实施方案中，筒状滚动膜片密封件110的一端可以耦合到外筒状壳体102，筒状滚动膜片密封件110的相对端可以耦合到内筒体108。例如，筒状滚动膜片密封件110的一端可以被夹紧在外筒状壳体102的上部104a的凸缘和外筒状壳体102的下部104b的凸缘之间的静态密封界面125。筒状滚动膜片密封件110的相对端可以用通过螺栓118附于内筒体108的密封环120夹紧在内筒体108的底部。以这种方式，密封环120可以将筒状滚动膜片密封件110的端部夹紧到内筒体108。以类似的方式，密封环120也可以穿过内筒体108底部的开口支撑空气电极116。在多个实施方案中，筒状滚动膜片密封件110可以防止电池100的液体电解质在外筒状壳体102和内筒体108之间进入空气环境。在多个实施方案中，筒状滚动膜片密封件110可以防止电池100的液体电解质的液体表面暴露于外筒状壳体102的上部104a和下部104b之间的静态密封界面125。

在多个实施方案中，筒状滚动膜片110在电池100的外筒状壳体102和内筒体108之间形成密封，使得内筒体108在外筒状壳体102内的移动可以使筒状滚动膜片密封件110卷曲，以改变筒状滚动膜片密封件110的伸展长度。当内筒体108在外筒状壳体102中上下移动时，筒状滚动膜片密封件110可以在内筒体108的外表面和外圆筒形壳体102的内表面之间向自身卷曲(即滚动)。

图2A、图2B和图2C示出了包括筒状滚动膜片密封件110的金属空气电池实施方案100，其中内筒体108处于不同状态。图2A、图2B和图2C示出了当电池100中的活性部分112的体积变化时筒状滚动膜片密封件110的卷曲。图2A示出了处于第一状态的电池100，其中活性部分112的体积使得活性部分112具有深度“D”。图2B示出了处于第二状态的电池100，其中活性部分112的体积更大，使得活性部分112具有大于深度“D”的深度“30”。将图2A与图2B相比较，随着活性部分112的体积增加，内筒体108在外筒状壳体102中被向上推动，导致筒状滚动膜片密封件110随着活性部分112的水平升高而在静态密封界面125上方向自身滚动(即，卷曲)。图2C示出了处于第三状态的电池100，其中活性部分112的体积甚至更大，使得活性部分112具有大于深度“D”和深度“30”的深度“30’”。将图2B与图2C相比较，随着活性部分112的体积增加，内筒体108在外筒状壳体102中被向上推动，导致筒状滚动膜片密封件110随着活性部分112的水平升高而在静态密封界面125上方进一步向自身滚动(即，卷曲)。如图2C所示，即使内筒体108的下部已经向上移动到静态密封界面125的水平，筒状滚动膜片密封件110确保活性部分112从不接触外筒状壳体102的上部104a或穿过到空气环境中。以这种方式，筒状滚动膜片密封件110可以形成没有移动密封界面的柔性密封。

图3仅示出了在图2A、图2B和图2C所示的不同状态下金属空气电池实施方案100的筒状滚动膜片密封件110。参照图2A至图3，当活性部分112处于图2A所示的具有最低深度“D”的第一状态时，筒状滚动膜片密封件110可以具有伸展长度“E”和卷曲高度“C”。随着活性部分112的体积增加，驱动内筒体108在外筒状壳体102内向上，例如增加到图2B所示的深度为“30”的第二状态，筒状滚动膜片密封件110可以卷曲，使得伸展长度变为较小的伸展长度“31”，并且卷曲高度增加到较大的卷曲高度“29”。随着活性部分112的体积增加，进一步驱动内筒体108在外筒状壳体102内向上，例如增加到图2C所示的深度为“30’”的第三状态，筒状滚动膜片密封件110可以卷曲，使得伸展长度变为较小的伸展长度“31’”，并且卷曲高度增加到较大的卷曲高度“29’”。

虽然图2A、图2B、图2C和图3是根据活性部分112的体积增加来描述的，但是以类似的方式，随着活性部分112的体积减小，筒状滚动膜片密封件110可以展开，从而减小卷曲的高度并且增加伸展的长度。

在多个实施方案中，筒状滚动膜片密封件110可以适应活性部分112的大体积膨胀/收缩。在多个实施方案中，筒状滚动膜片密封件110可以被配置为通过重复的卷曲循环而无磨损地操作。

图4示出了另一电池实施方案400的一部分。电池400可以类似于上面讨论的电池100。电池400可以是金属空气电池或任何其他类型的电池。在一个实施方案中，电池400可以包括耦合到外筒状壳体102的外表面的一系列杆402。该系列杆402可以包括任意数量的杆402，例如一个杆402、两个杆402、三个杆402、三个以上的杆402等。在多个实施方案中，杆402可以由钢或任何其他导电材料构成。在多个实施方案中，杆402可提供高柱状强度，使得杆402不仅提供电连接，还增加堆叠电池单元400所需的强度。

如果杆402与所述结构(例如，壳体102)一体形成，例如，如果由塑料旋转模制，则电导线410可以从集流体114穿过外筒状壳体102。电导线410可以沿着杆402的长度伸展，并且将在杆402的上端的上电接触板404连接到在杆402的下端的下电接触板406。在多个实施方案中，当电池400一个接一个往上堆叠时，上电接触板404可被配置为装入另一电池400的杆402的下部电接触板406内。例如，上电接触板404可以是凸起的形状，例如锥形等，尺寸适于装入凹形下电接触板406(例如凹槽形下电接触板406等)内。所述杆可以是实心或空心，例如锥形。在某些实施方案中，所述杆可以是中空的，具有包括弯曲的后唇的下凹形状，在两个嵌套杆之间形成接触环。杆402可以为电池400之间的串联和/或并联连接提供电接触。在多个实施方案中，设置在下部电池400上方的上部电池400的重量可以保持相应电池400的上电接触板404和下电接触板406之间的连接。

图5A示出了多个电池实施方案400的一个示例性堆叠配置。如图5A所示，三个电池400可以一个接一个向上堆叠，使得上部电池400的下电接触板406接触下部电池400的上电接触板404。图5B示出了多个电池实施方案400的另一个示例性堆叠配置。如图5B所示，可以堆叠四个电池400，使得每个下部电池400的一个杆402接触上部电池400的相应杆402。虽然图4、图5A和图5B中所示的电池400被示为具有圆筒形壳体102，但是圆筒形壳体仅仅是壳体形状的一个实例并且其他形状壳体，例如矩形壳体、不规则形状壳体等可以在多个实施方案中代替圆筒形壳体。

图6示出了包括漂浮空气电极组件实施方案609的电池实施方案600。电池600可以是任何类型的电池，例如金属空气电池等。电池600可以包括被配置为支撑一体积的液体电解质604和金属电极605的壳体610。漂浮空气电极组件609可以被配置为浮于所述一体积的液体电解质604上，并且可以浮于壳体610内的一体积的液体电解质604的表面上。漂浮空气电极具有多个优点，包括被动自校正以在液位上升和下降时保持良好的固液接触，所述液位上升和下降或者是由于水消耗和作为电化学电池反应的一部分产生，由于在工作或老化过程中液体电解质的组成变化时其密度变化，或者是由于可能消耗水和/或其他液体溶剂的不希望的寄生反应，或者是由于水和/或其他液体蒸发和/或冷凝到电池中。漂浮可以由空气电极的整体组成导致的，例如通过使用某些漂浮的和疏水的涂层，例如聚丙烯和/或聚苯乙烯。这种涂层或覆盖层可以是空气电极中的连续表面层或分散的沉积物和/或内含物。在多个实施方案中，空气电极组件609可包括支撑在漂浮平台602上的空气电极601。空气电极601可以支撑在漂浮平台602上，使得空气电极601的底表面接触漂浮平台602的顶表面。漂浮平台602可以被配置成支撑空气电极601，并且可以被配置成允许空气电极601和所述一体积的液体电解质604之间的离子接触，并且由此与金属电极605之间的离子接触。当空气电极组件609浮于所述一体积的液体电解质604中时，漂浮平台602的底表面可以与所述一体积的液体电解质604接触。在多个实施方案中，漂浮平台602可以被配置成使得当空气电极组件609浮于所述一体积的液体电解质604中时，漂浮平台602的顶表面和空气电极601的底表面在所述一体积的液体电解质604的表面上方。

在多个实施方案中，空气电极601可以形成为具有一个或多个从空气电极601的顶表面通向其底表面的孔603。另外，漂浮平台602可以形成为具有一个或多个从漂浮平台602的顶表面通向漂浮平台602的底表面的孔607。图7从俯视方向示出了图6的漂浮空气电极组件实施方案609，示出了孔603和孔607分别穿过空气电极601和漂浮平台602。在多个实施方案中，由于空气电极601支撑在所述一体积的液体电解质604的表面上方，如果任何液体电解质飞溅或以其他方式冲洗到空气电极601上，重力会导致液体电解质从空气电极601流出，并通过孔603和孔607回到所述一体积的液体电解质604。以这种方式，空气电极组件609可以排出其自身上的液体电解质，并且壳体610可以不需要在所述一体积的液体电解质604的表面处或表面下方的密封。

图8示出了包括筒状滚动膜片密封件110的金属空气电池实施方案800的一部分。电池800可以类似于上述电池100，不同是外筒状壳体810可以是双壁壳体。另外，筒状滚动膜片密封件110可以通过围绕集流体114的带811耦合至外筒状壳体810。以这种方式，沿着外筒状壳体810的内侧向下的筒状滚动膜片密封件110的额外材料可以提供防止电池800泄漏的额外保护。

在多个实施方案中，集流体114可以连接到可以通过电馈通端口821从外筒状壳体810穿出的电导线820。在多个实施方案中，电导线820可以穿过筒状滚动膜片密封件110进入电馈通端口821并从外筒状壳体810出来。

在多个实施方案中，蜂窝状结构806可以设置在内筒体108内。蜂窝状结构806可以是透气的，并且可以向内筒体108施加重量以压缩活性部分112。在多个实施方案中，蜂窝状材料的布置可以在筒状滚动膜片密封件110上方，并且空气电极116可以在筒状滚动膜片密封件110下方。在这种实施方案中，筒状滚动膜片密封件110其中可以包括孔，以允许空气从蜂窝状结构806穿过筒状滚动膜片密封件110，并且到达空气电极116。

打开的或关闭的金属空气电芯可能需要多孔空气阴极。用于燃料电芯的空气阴极通常由一侧涂有催化剂层、另一侧涂有聚四氟乙烯(PTFE)的碳片材料组成，例如碳纸或碳毡或碳网。由于PTFE的高成本，PTFE涂层对于低成本的储能设备可能是不理想的。由低成本聚合物制成的疏水性电极涂层可以优化电池润湿，并在气相、液体电解质相和固体导电相之间形成理想的三相边界，对于具有空气电极的电池，例如二次电池，具有可接受的成本和性能。此外，漂浮聚合物可以使空气电极“浮”在电解质的顶部，实现低成本和无源电芯结构。可以用于多个实施方案的这种漂浮的和疏水的有机涂层材料可以包括聚丙烯、聚苯乙烯等。图9A和图9B示出了可以用于多个实施方案的两种涂层形态。在图9A的形态中，涂层902，例如漂浮的和/或疏水的有机材料(例如，聚丙烯、聚苯乙烯等)的涂层，可以是碳纤维904上的连续表面层。在图9B的形态中，涂层906，例如漂浮的和/或疏水的有机材料(例如，聚丙烯、聚苯乙烯等)的涂层，可以形成为分散的表面沉积物。

图10示出了浮于铁电极1004上方的电解质1006上的漂浮空气电极实施方案1002。在多个实施方案中，漂浮空气电极1002可以具有以上参考图9A和图9B描述的任何一种形态。

在另一个实施方案中，外筒状壳体可以具有围绕其周边的四个杆402，并且可以形成电池堆，其中在第一排电池中，电池彼此相邻放置，并且顶部的下一排被移位，使得一个电池上的两个柱状结构的端部上的两个空腔与另一个电池的两个柱状结构的端部上的突起相配合，因此该电池堆形成重叠的砖状结构。

对于上述任何一个实施方案，地板上的电导轨可以排布为电池的向上指向的电突起(或腔)被放置成容纳电池的面向下的腔(或突起)，使得组件中的所有电池可以用升降车放置，不需要特殊的布线来将它们电连接在一起：即，它们是自耦合的，并且其重量通过在电池结构中引起弹性变形来消除机械接触不良，从而确保良好的电接触。

多个实施方案可以提供浮于铁-空气电池中电解质顶部的阴极。在多个实施方案中，电池可以包括双ORR/OER阴极(即，物理上不同且电绝缘的ORR和OER电极)。ORR阴极可以浮于电解质的顶部，而OER阴极可以浸没在电解质中，并且方向可以垂直于ORR阴极。

多个实施方案可以提供一种弯曲的阴极，例如弯曲的漂浮阴极、支撑在电解质中的弯曲的阴极等。弯曲的阴极可以防止气泡在平的板形阴极下积聚。在多个实施方案中，阴极(漂浮的和/或非漂浮的)，例如ORR阴极，可以具有弯曲的或圆形的底部，以允许气泡到达远离阴极的活性区域的电解质表面。图11A至图12示出了弯曲的漂浮阴极实例的多个方面。具体地，图11A示出了具有锥形集流体结构1100和具有锥形的缠绕的GDL/空气电极材料1102的锥形阴极实施方案。集流体结构1100可以由多种材料形成，例如网状材料、多孔材料等。具有锥形的GDL/空气电极材料1102可以提供GDL材料最少的浪费。图11B示出了可以缠绕成锥形的扁平电极1104形状。图11C示出了具有集流体结构1106和空气电极1108的弯曲漂浮阴极实施方案的截面图。集流体结构1106和空气电极1108可以具有锥形，并且可以浮于电解质1110中。图11C的弯曲漂浮阴极的锥形可以导致气泡朝向阴极向上流动以远离阴极的中心并流出电解质1110的表面。图12示出了具有集流体结构1112和空气电极1114的弯曲漂浮阴极实施方案的另一截面图。集流体结构1112和空气电极1114可以具有碗形，并且可以浮于电解质1110中。图12的弯曲漂浮阴极的碗形可以导致气泡朝向阴极向上流动以远离阴极的中心并流出电解质1110的表面。在多个实施方案中，阴极可以是弯曲的，并且阴极的曲率中心可以位于液体所述一体积的电解质之外。

多个实施方案可以提供一种倾斜的漂浮阴极，以防止气泡在平的板形阴极下积聚。漂浮阴极(例如，ORR阴极)可以是相对于电解质的顶部平面以大于0度并且小于90度的角度(例如大约5度-10度)倾斜的平面电极。在多个实施方案中，空气阴极的倾斜可能受到漂浮阴极组件上质量的不均匀分布的影响，使得电极组件的一部分比电极组件的其他部分浮力小。

在多个实施方案中，金属空气电池100需要一种针对空气电极电池几何形状的电流收集方法，体积变化和气体释放可导致有利于柔性部件或可移动部件或未密封几何形状的设计。尽管这些设计元素在某些方面是有利的，但其会对部分间的电连接造成挑战。具体地，可能不需要其他支撑的悬浮空气电极或漂浮空气电极仍然必须利用集流体，并且必须具有坚固的电连接。在多个实施方案中，柔性集流体可以为漂浮空气电极提供这种坚固的电连接。图13A的示意图示出浮于电解质1306上的漂浮阴极1302(例如，空气电极)和架空线路1304之间的柔性集流体1303连接实例。在多个实施方案中，每个漂浮阴极或悬浮阴极1302(例如，空气电极)可以利用到架空电线路1304的单独连接1303，并且因此可以并联连接任意数量的阴极1302。图13B的示意图示出了一系列漂浮阴极1302之间的柔性集流体1309连接实例，所述漂浮阴极1302随后通过连接到架空线路1304的单个柔性集流体1303连接。以这种方式，多个阴极1302可以串联连接至架空线路1304。在一些实施方案中，柔性集流体1303、1309可以具有内置于其中的柔性元件和/或接收电线路1304可以具有内置于其中的柔性。柔性集流体1303、1309和/或电线路1304的柔性可以允许所述一个或多个阴极1302(例如，空气电极)的运动。电线路和电连接可以以消除元件之间电短路的机率的方式进行。图13C示出了根据一个实施方案的柔性集流体实例1310。柔性集流体1310可以是适于用作柔性集流体1303和/或柔性集流体1309的柔性集流体的具体实例。柔性集流体1310可以包括提供高导电性的厚端部1311和提供柔性的相对较薄的中间部1312。图13D示出了根据一个实施方案的柔性集流体实例1315。柔性集流体1315可以是适于用作柔性集流体1303和/或柔性集流体1309的柔性集流体的具体实例。柔性集流体1315可以是弹簧形的集流体。图13E示出了根据一个实施方案的柔性集流体1315的示例性配置。图13E中的柔性集流体1315的布置可以是适于用作柔性集流体1309的柔性集流体布置的具体实例。如图13E所示，相对的柔性集流体1315可以是在阴极1302(例如，空气电极)的任一侧相对地布置的弹簧形集流体。集流体1315可以彼此相对，从而将阴极1302保持在适当的位置。

基于容器的电芯设计，无论是密封的还是非密封的，都需要容器中进行电流收集。电流收集方法可以采取多种形式。在一个实施方案中，导电板放置在电极材料下面，并且电极的重量为低电阻损耗提供了足够的电接触。

在另一个实施方案中，第二导电板将活性材料夹在内部，并且集流体板之间的夹持力充分增加接触并降低接触电阻。这些板中的一个可以是固体的，以实现高电导率和紧密的电接触，并且这些板中的至少一个可以是多孔的，从而允许电极到电芯的足够的离子电导率。

在另一个实施方案中，金属网包含一体积的基于颗粒的电极材料。该网具有足够的孔隙率以允许高离子电导率，但是足够小的孔径以将活性材料包含在其中。

在任一实施方案中，电流收集和布线需要设计成以足够低的电阻损耗离开容器。虽然大量的电流收集连接点形成复杂且昂贵的组件，但是增加这些点的数量可以降低电阻损耗并提高设备性能。

多个电池类型可能涉及大容器的电极或电解质材料。与典型的电池电芯不同，这些系统需要电流收集。开放式结构和封闭式结构可以利用其中可容纳固体电极或液体电极的腔室，并且电芯阵列的优化使用可以包括通过细分成更小的电芯来控制电压和电流。金属或石墨集流体片或板可以被放置、悬挂或以其他方式位于电池体积内，以使它们与固体电极或液体电极紧密电接触。这些片或板的尺寸可设置成允许它们之间的最小电压损失。在适当细分电极面积和电解质体积的同时，集流体的尺寸可以设置用于系统的最佳电流和电压的大小。由于多个集流体相连，它们可以绝缘以防止与其他部分短路，或者可以被布线穿过远离短路风险的区域。

尽管许多实施方案利用低成本、电解质相容的塑料容器用于活性材料，但是这种容器几乎必须是绝缘的。将容纳功能与集流体功能隔开，可以充分优化每个部分，但会增加部件数量。一种实施方案将这些元件组合成充当集流体的单个结构元件。在这“罐负极”设计中，外容器是金属集流体。这种金属的硬度足以容纳电芯内的全部活性材料，并且足够厚以传导电流而具有低电阻损耗，但是保持足够薄以保持合理的成本。出于安全原因，电芯外部可能需要足够的绝缘，但外导电表面可以允许电芯之间的电接触。

电流需要尽可能简单的、低成本和高效的从单个电芯内转移到集成模块系统中。在堆叠电芯之间收集电流的一种方法是通过导电柱。刚性结构元件为多个电芯的堆叠提供装载点。这些元件可以是导电的或者具有导电涂层。这些元件的顶部和底部或其他界面点可以足够导电，以在没有高电阻的情况下将电流从一个电芯传输到另一个电芯。相互堆叠的电芯将为电芯组件提供额外的负重，并且增加电芯间连接点的接触负载，降低接触电阻和电阻损耗。

一些电芯构架天然会使其自身与重力垂直。如果它们不是垂直堆叠的，这可能会造成很大的占地面积。然而，将沉重的部分进行堆叠会导致沉重的基础结构和高成本。最后，在开放系统中调节水也很有挑战。一个实施方案包括类似于室内农业中看到的容器的电芯设计，其中湿托盘被堆叠。A型框架和其他支撑结构可以承载包含湿土壤和植物物质的大而重的托盘，并且这些系统已经适应了水化控制。泵、支架和托盘间“浇水”系统可以以类似的方式使用，实现低成本的工厂设计。

堆叠电芯可以瀑布方式利用共享电解质，以最小化与这些系统相关的成本。排列在与高架花园床类似的床中的电芯的长度可以根据电流收集成本要求来设定。每排可以由OER阴极段隔开。床宽由最大欧姆损耗设定。以金字塔形式布置的堆叠构架允许电芯之间的共享母线和瀑布电解质共享。这些电芯甚至可以分层放置，使得顶部电芯的重量压缩较低的电芯的阳极，增加电导率并最小化欧姆损耗。如果阳极是承重的，这也可以降低液体容器的承重要求。最后，该液体容器可以具有设定高度的出口，电解质通过该出口连续流动，保持恒定的电解质水平，在该水平处可以放置固定的ORR电极。

多个实施方案可以提供堆叠的电化学电芯构架。多个实施方案的堆叠的电化学电芯构架可以最小化多余的材料并且降低电芯的成本，同时允许将液体引入流动型电化学电芯。液流电池需要引入流体介质。多个实施方案提供了这样的结构，其中电化学电芯活性区域和流体引入区域可以位于不同的区域。图14A示出了堆叠电化学电芯架构实施方案，其中电芯1402具有较薄的电芯活性区域和较厚的流体引入区域。电芯1402可以堆叠在彼此的顶部，并且电解质1404可以在电芯1402之间流动。电芯1402的相对较薄的部分和相对较厚的部分可以在需要的地方允许电池堆中的质量分配。图14A示出了彼此堆叠的相同方向对齐的矩形电芯1402。图14B示出了被布置成堆叠在一起的两个正交对齐的矩形电芯1402。图14C示出了圆形电芯1410，该圆形电芯1410具有薄的电芯活性区域和在相对侧较厚的流体引入区域。这种圆形电芯1410可以与其他电芯1416、1418和1420堆叠，以形成不同径向位置(例如，相邻偏移45度等)的电池堆1412，这可以使得电池堆1412更加紧凑。图14D示出了三个电池1422、1423和1424的堆叠上的压力梯度。流入口的压力较高，流出口的压力较低。流动方向可以在连续的电池1422、1423和1424之间变化。

多个实施方案可以提供电池的堆叠构架，例如铁-空气电池的堆叠构架。多个铁-空气电池堆实施方案可以降低例如最小化铁-空气电池堆的成本。多个电池堆构架实施方案可能是有利的，因为多个实施方案可以提供较低的容器/贮存器成本、较低的集流体成本、自动电解质补充和液位调节、和/或许多自由度的优化。多个实施方案可以提供电芯之间具有最小间距的堆叠构架，以最小化电解质体积需求。

图15示出了电池堆结构实施方案1500，例如铁-空气电池堆构架。堆叠式构架1500可包括行列排列的若干电芯1501，例如数字“M”列和数字“N”行，其中M和N可以是任何数字。虽然图15示出了电芯1501的2×2排列，但是每行和每列中可以有任意数量的电芯。在一些实施方案中，电芯1501的行和列的任何排列中的行和/或列的数量可以基于被堆叠在下一层电芯1501的行和列上方的电芯1501的数量来确定。例如，后文讨论的图18示出了金字塔堆叠构架，其中电芯以连续更小的层堆叠在其他电芯之上。回到图15，每个电芯1501可以包括金属电极，该金属电极是颗粒1502的床1503，例如金属颗粒(也称为弹珠)多孔床(例如，直接还原铁(DRI)颗粒床、海绵铁颗粒床等)。在多个实施方案中，颗粒1502可以由铁矿石颗粒生产，或者可以是铁矿石颗粒，例如铁燧岩或磁铁矿或赤铁矿。在多个实施方案中，颗粒1502可以通过还原铁矿石颗粒以形成更具金属性(还原程度更高、氧化程度更低)的材料来生产，例如铁金属(Fe⁰)、方铁矿(FeO)或其混合物。在多个非限制性实施方案中，颗粒1502可以是还原铁矿石、直接还原(“DR”)铁矿石、“DR级”铁矿石颗粒(尚未还原)、直接还原铁(“DRI”)颗粒或其任意组合。床1503可以作为电芯1501的阳极。在一些实施方案中，床1503的长度“L”可以由集流体成本来设定。在一些实施方案中，床1503的宽度“W”可以由充电期间的离子电导率/欧姆损耗来设定。在多个实施方案中，电池堆1500的每一行可以被OER阴极1504屏障隔开。在多个实施方案中，根据充电电流密度需求，可以确定OER阴极1504屏障的尺寸。每个电芯1501可以包括一体积的电解质1505，例如KOH电解质。

图16示出了另一电池堆结构实施方案1600，例如铁-空气电池堆构架。构架1600类似于构架1500，不同之处是构架1600中的每个电芯1601可以不被隔开，而构架1500中的电芯1501被隔开。以这种方式，因为每个电芯1601没有被隔开，所以电芯1601可以共享一个共同体积的电解质1605，例如KOH电解质。堆叠式构架1600可包括行列排列的若干电芯1501，例如若干“M”列和若干“N”行，其中M和N可以是任何数字。虽然图16示出了电芯1601的2×3排列，但是每行和每列中可以有任意数量的电芯。在一些实施方案中，电芯1601的行和列的任何排列中的行和/或列的数量可以基于被堆叠在下一层电芯1601的行和列上方的电芯1601的数量来确定。例如，后文讨论的图18示出了金字塔堆叠构架，其中电芯以连续更小的层堆叠在其他电池之上。回到图16，每个电芯1601可以包括金属电极，该金属电极是颗粒1602的床1603，例如金属颗粒(也称为弹珠)多孔床(例如，直接还原铁(DRI)颗粒床、海绵铁颗粒床等)。颗粒1602可以类似于上述的颗粒1502。床1603可以作为电芯1601的阳极。在一些实施方案中，床1603的长度“L”可以由集流体成本来设定。在一些实施方案中，床1603的宽度“W”可以由充电期间的离子电导率/欧姆损耗来设定。在多个实施方案中，电池堆1600的每一行可以被OER阴极1604屏障隔开。在多个实施方案中，根据充电电流密度需求，可以确定OER阴极1604屏障的尺寸。

图17示出了电芯单元1700的配置，其被配置为堆叠在堆叠的电化学构架中，例如后文讨论的图18所示的布置。参照图17，电芯单元1700可以包括承载集流体和母线1701，其可以固定空气呼吸式ORR电极1703相对于电解质1705填充线的高度(例如，参见图19所示的电解质1705填充线)。在一些实施方案中，可以通过集流体和母线1701将空气呼吸式ORR电极1703设置在液体界面处，并且可以不是漂浮电极。电芯单元1700可包括一个或多个阳极集流体1706，其可以转移一些负载以对金属电极加压，所述金属电极为颗粒1702的床例如金属颗粒(也称为弹珠)多孔床(例如直接还原铁(DRI)颗粒床、海绵铁颗粒床等)。颗粒1702可以类似于上述颗粒1502和1602。阳极集流体1706可以是其中具有用于离子传导性的孔的栅格，并且可以将一些负载转移到颗粒1702的床，使得颗粒1702的床被加压，从而减小颗粒1702的床中的阻抗。电芯单元1700可包括一个或多个OER电极1704，其可形成为附接有承载母线1708的屏障。在多个实施方案中，母线1701和1708可以是金属的。承载母线1701和1708可以消除电芯单元1700的整个壁的负载支撑要求，使得支撑电芯单元1700部件的容器可以由比如果电芯单元1700的容器本身承载的情况更便宜的材料构成。

图18示出了金字塔堆叠结架1800，其中电芯1700以连续更小的层堆叠在其他电芯1700之上。构架1800的金字塔结构使得电解质1705能够从顶部堆叠层1801向下流到每个较低的连续堆叠层1802、1804和1806。以这种方式，电解质1705可以类似瀑布一样沿着堆叠层1801、1802、1804和1806向下级联。在一些实施方案中，可以在每个更高的堆叠层1806、1804、1802和1801中放置更少的电芯单元1700。例如，最低堆叠层1806可以具有最多数量的电芯单元1700，下一格较高堆叠层1804可具有比最低堆叠层1806更少的电芯单元1700，以此类推，使得最高堆叠层1801中具有最低数量的电芯单元1700。作为堆叠层1806、1804、1802和1801的电芯单元1700的减少可以导致每个更高的连续堆叠层1804、1802和1801在其相应的下一个更低的堆叠层1806、1804和1802上具有比该更低的堆叠层所具有相对降低的机械负载。换句话说，因为每个连续的堆叠层1804、1802和1801具有更少的电芯单元1700，每个连续的堆叠层1804、1802和1801的重量可以小于其所放置在的更低的堆叠层1806、1804和1802。

图19示出了类似于构架1800的金字塔堆叠构架1900的几个部分。堆叠层1905、1904、1903和1902的容器可以各自包括电芯单元1700，尽管为了便于描述，在图19中仅示出了用于最低堆叠层1905的电芯单元1700。一个电芯单元1700的一部分，具体是母线1701和ORR电极，也在最高堆叠层1902中示出。堆叠层1905、1904、1903和1902的容器可以在它们各自的侧壁中包括通孔，使得电解质1705可以流出每个容器，并且保持每个相应容器中电解质1705的高度。具有通孔的容器的侧壁可以将空气呼吸式ORR阴极1703和母线系统1701支撑在固定高度，因为可以保持每个容器中的电解质水平。通孔也可以用作电解质1705流出容器到达下面的下一堆叠层1903、1904和1905的出口，因此保持液位高度总是正好在固定(即，非漂浮)空气呼吸式电极的高度。在最低的堆叠层1905之下可以设置电解质储存器1906。随着电解质1705向下级联到每个连续的较低的堆叠层1903、1904和1905，电解质1705可以向下流入电解质储存器1906。电解质储存器1906可以为电解质1705补充提供便利，并且可以总是保持加满以保持恒定的电解质浓度，例如6M KOH浓度或5M NaOH，或1M LiOH+2MNaOH+3M KOH或任何其他电解质浓度(“M”是指以溶液的摩尔/升为单位的浓度)泵和管道系统1914可以将电解质1705从电解质储存器1906移回到最顶部的堆叠层1902。电解质1906向顶部堆叠层1902的流动可以抵消蒸发。电解质1705向储存器的补充速率可以选择为超过最坏情况下的蒸发速率，以防止电芯1700变干。

空气电极可能需要三相点(气体空气和液体电解质在固体导电设备元件上的汇合点)，这可能对系统几何形状提出挑战。需要将空气电极放置于空气-电解质界面，但是保持薄电极的一侧湿润和一侧干燥可能具有挑战性。在析氧反应(OER)过程中，氧气泡可能会被截留在空气电极和液体电解质之间，使电极变干并消除三相点。带有疏水涂层的空气电极可能只能承受“突破压力”导致整个涂层泄漏之前有限的压差。为了解决这些问题，多个实施方案可以提供相对于自由液体界面具有可调节的电极高度的漂浮空气电极组件。在一些实施方案中，漂浮空气电极组件可以包括相对于重力的可变角度，其可以提供仅需要轻微疏水性的一致的气液界面，并且可以促进气泡从电极表面流出。

图20示出了漂浮空气电极组件实施方案2000。漂浮空气电极组件2000可以包括与一体积的电解质2007接触的空气电极2003。漂浮空气电极组件2000可以是电池的一部分，例如本文所述的电池100、400、600和800等。空气电极2003可以相对于电解质2007的表面以向下的角度定向，使得撞击空气电极2003的表面2004的气泡可以从表面2004流出。表面2004可以是完全润湿的表面，并且空气电极2003的一侧可以进一步伸展到电解质2007中，使得空气电极2003在电解质2007中最深的点2005是最大压力点。空气电极2003可以由集流体部分2002支撑，集流体部分2002可以在空气电极2003上施加向下的力。集流体部分2002和由集流体部分2002支撑的空气电极2003可以通过漂浮装置2006浮于电解质2007上，所述漂浮装置2006为例如塑料充气袋(例如，填充空气的低密度聚乙烯(LDPE)袋等)、泡沫块(例如，闭孔挤塑聚苯乙烯泡沫等)、或任何其他类型的漂浮结构。漂浮装置2006可以在空气电极2003和集流体部分2002上施加浮力，使得空气电极2003位于空气-电解质界面处。在一些实施方案中，空气电极2003可以包括疏水涂层，例如在表面2004上的疏水涂层。

图21示出了漂浮空气电极组件实施方案2100。漂浮空气电极组件2100可以包括与一体积的电解质2106接触的空气电极2102。漂浮空气电极组件2100可以是电池的一部分，例如本文所述的电池100、400、600和800等。空气电极2102可以是ORR电极。空气电极2102可以由浮子2104支撑。浮子2104可以由低密度材料形成，例如塑料充气袋(例如，填充空气的低密度聚乙烯袋等)、泡沫块(如闭孔挤塑聚苯乙烯泡沫等)、或者能够浮于电解质2106上的任何其他类型的低密度材料。浮子2104可以在空气电极2102上施加浮力，使得空气电极2102位于空气-电解质界面处，以保持三相边界。以这种方式，空气电极2102可以接收足够的氧气供应，以满足体积能量密度目标和成本目标。

图22示出了类似于组件2100的漂浮空气电极组件实施方案2200，不同之处是浮子2104被取代形状2206代替。漂浮空气电极组件2200可以是电池的一部分，例如本文所述的电池100、400、600和800等。取代形状2206可以是取代一体积的电解质2106的类似于船壳的开放形式。取代形状2206的形状可以被配置成使得通过取代形状2206所取代的电解质2106的质量等于组件2200的质量，从而使得空气电极2102能够浮于电解质2106上。

在多个实施方案中，例如在二次空气呼吸式电池中，具有可用于充电和放电的单个双功能空气电极可能是有利的。在氧还原反应(ORR)过程中，需要三相边界(固体、液体、气体)以通过双功能空气电极适当还原周围的氧气。在析氧反应(OER)期间，双功能空气电极不再需要三相边界，但是疏水层可以限制氧气泡的流动。这些气泡会导致电极表面出现死区。为了解决这些问题，多个实施方案可以改变电解质中的位置的空气电极，以允许在每种模式(ORR或OER)下的最佳操作。在多个实施方案中，在ORR期间，空气电极位于电解质-空气界面，或者被动地(漂浮等)或主动定位于界面处。由于这种定位机制，位置不需要由疏水性来设定。相反，在一些实施方案中，伴随的漂浮装置可以设定完全多孔的空气电极的位置。在这个位置，设定三相边界以用于最佳的ORR。设定空气电极位置的能力可以消除对电极疏水性的需要。在OER过程中，可以移动空气电极，使其完全浸没在电解质中。这可以通过浮力的变化、拉紧的电缆等来设定。从而消除气泡管理问题，因为气泡自由逸出电极，为更多的OER留出空间。此外，整个空气电极的浸没可以允许比部分浸没的电极更低的电流密度。

图23A和图23B示出了在一体积的电解质2306的表面位置(图23A)和浸没位置(图23B)的可变位置的空气电极组件实施方案2300。组件2300可以是电池的一部分，例如本文所述的电池100、400、600和800等。组件2300可以包括可以支撑可用于充电和放电的双功能空气电极2302的气囊2301(或囊袋、囊、袋等)。在氧还原反应(ORR)过程中，需要三相边界(固体、液体、气体)以通过双功能空气电极2302适当还原周围的氧气。在析氧反应(OER)期间，双功能空气电极2302不再需要三相边界。当需要ORR将双功能空气电极2302提升到电解质2306的表面时，可以将气囊2301充气，使得双功能空气电极2302位于三相边界。当需要OER将双功能空气电极2302浸没在电解质2306中时，可以对气囊2301放气。可以通过电池的控制系统来控制气囊2301的充气和/或放气，该控制系统操作泵以向气囊2301中增加气体和/或从气囊2301中移除气体。

图24A和图24B示出了在一体积的电解质2306的表面位置(图24A)和浸没位置(图24B)的可变位置的空气电极组件实施方案2300。组件2400可以是电池的一部分，例如本文所述的电池100、400、600和800等。组件2400可以包括可以支撑可用于充电和放电的双功能空气电极2302的压载箱2401(或囊袋、囊、袋等)。压载箱2401可以被配置为吸入电解质2306和/或排出电解质2306，以填充和/或排空压载箱2401(例如，通过带阀的入口/出口和一个或多个泵)。当压载箱2401吸入电解质2306时，压载箱2401和电极2302组合的质量会增加。当压载箱2401排出电解质2306时，压载箱2401和电极2302的质量会减少。在ORR期间，压载箱2401可以清空电解质2306，使得电极2302和压载箱2401的组合可以取代足够的电解质2306以在电解质2306的表面支撑电极2302，使得双功能空气电极2302位于三相边界。在OER期间，压载箱2401可以吸入电解质2306，使得电极2302和压载箱2401的质量增加，以将双功能空气电极2302浸没在电解质2306中。压载箱2401的填充和清除可以由电池的控制系统控制，该控制系统操作泵以以向压载箱2401中增加空气和/或电解质2306，和/或从压载箱2401中移除空气和/或电解质2306。

图25A和图25B示出了在表面位置(图25A)和浸没位置(图25B)的可变位置的空气电极组件实施方案。组件2500可以是电池的一部分，例如本文所述的电池100、400、600和800等。组件2500可以包括可以支撑可用于充电和放电的双功能空气电极2302的提升装置2503。提升装置2503可以被配置成主动改变电极2302在电解质2306中的位置。例如，提升装置2503可以包括驱动组件2501，该驱动组件2501附接到电极2302并被配置为沿着轴2502向上和/或向下移动(例如，通过交错齿、螺旋传动等)。当驱动组件2501被开动以沿轴2502向上和/或向下移动时，电极2302可以在电解质2306的表面和浸没在电解质2306中之间移动。在ORR期间，驱动组件2501被开动以沿着轴2502向上移动，使得电极2302在三相边界处被支撑在电解质2306的表面。在OER期间，驱动组件2501被开动以沿着轴2502向下移动，使得电极2302被支撑浸没在电解质2306中。提升装置2503的开动可以由电池操作的控制系统控制。

多个实施方案可以提供用于大容量储能系统的装置和/或方法，例如长时间储能(LODES)系统、短时间储能(SDES)系统等。作为实例，多个实施方案可以提供用于大容量储能系统的电池、电池部分、和/或电池堆(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)，如用于LODES系统的电池。可再生电源正变得越来越普遍和更具成本效益。然而，许多可再生电源面临间歇性问题，这阻碍了可再生电源的使用。通过将可再生电源与大容量储能系统(如LODES系统、SDES系统等)配对，可以减轻可再生电源间歇性趋势的影响。为了支持采用组合的发电、传输和存储系统(例如，具有可再生发电源的发电厂与在任何发电厂和/或大容量储能系统中的大容量储能系统和传输设施配对)，需要支持这种组合的发电、传输和存储系统的设计和操作的装置和方法，例如本文中描述的多个装置和方法实施方案。

组合的发电、传输和存储系统可以是包括一个或多个发电源(例如，一个或多个可再生发电源、一个或多个不可再生发电源、可再生发电源和不可再生发电源的组合等)的发电厂、一个或多个传输设施，以及一个或多个大容量储能系统。任何发电厂和/或大容量储能系统的传输设施可以与发电和存储系统共同优化，或者可以对发电和存储系统的设计和操作加以约束。在多个设计和操作约束下，组合的发电、传输和存储系统可被配置成满足多个输出目标。

图27-图35示出了多个系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分，例如LODES系统、SDES系统等。例如，本文所述的多个示例性电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)可用作用于大容量储能系统(如LODES系统、SDES系统等)的电池、电池部分和/或电池堆。如本文中所使用的，术语“LODES系统”可以表示被配置为可以具有24小时或更长的额定持续时间(能量/功率比)的大容量储能系统，例如24小时的持续时间、24小时至50小时的持续时间、大于50小时的持续时间、24小时至150小时的持续时间、大于150小时的持续时间、24小时至200小时的持续时间、大于200小时的持续时间、24小时至500小时的持续时间、大于500小时的持续时间，等。

图27示出了这样的系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。作为具体实例，结合多个实施方案的一个或多个方面的大容量储能系统可以是LODES系统2704。作为实例，LODES系统2704可以包括本文所述的多个电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)中的任何一种，单独地或以多个组合。LODES系统2704可以电连接到风电厂2702和一个或多个传输设施2706。风电厂2702可以电连接到传输设施2706。传输设施2706可以电连接到电网2708。风电厂2702可以发电，并且风电厂2702可以将产生的电力输出到LODES系统2704和/或传输设施2706。LODES系统2704可以存储从风电厂2702和/或传输设施2706接收的电力。LODES系统2704可以将存储的电力输出到传输设施2706。传输设施2706可以将从风电厂2702和LODES系统2704之一或两者中接收的电力输出到电网2708，和/或可以从电网2708接收电力并将该电力输出到LODES系统2704。风电厂2702、LODES系统2704和传输设施2706一起可以构成发电厂2700，该发电厂可以是组合的发电、传输和存储系统。风电厂2702产生的电力可以通过传输设施2706直接馈送到电网2708，或者可以先存储在LODES系统2704中。在某些情况下，供应到电网2708的电力可以完全来自风电厂2702，完全来自LODES系统2704，或者来自风电厂2702和LODES系统2704的组合。来自组合的风电厂2702和LODES系统2704的发电厂2700的电力调度可以根据确定的长期(多日或甚至多年)计划来控制，或者可以根据提前一天(24小时提前通知)的市场来控制，或者可以根据提前一小时的市场来控制，或者可以响应实时定价信号来控制。

作为发电厂2700的操作的一个实例，LODES系统2704可用于重塑和“稳固”由风电厂2702产生的电力。在一个这样的实例中，风电厂2702可以具有260兆瓦(MW)的峰值发电输出(容量)和41％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有106MW的额定功率(容量)、150小时(h)的额定持续时间(能量/功率比)，以及15,900兆瓦时(MWh)的能量额定值。在另一个这样的实例中，风电厂2702可以具有300MW的峰值发电输出(容量)和41％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有106MW的额定功率，200小时的额定持续时间(能量/功率比)以及21,200MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，风电厂2702可以具有176MW的峰值发电输出(容量)和53％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有88MW的额定功率(容量)、150小时的额定持续时间(能量/功率比)以及13,200MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，风电厂2702可以具有277MW的峰值发电输出(容量)和41％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有97MW的额定功率(容量)、50小时的额定持续时间(能量/功率比)以及4,850MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，风电厂2702可以具有315MW的峰值发电输出(容量)和41％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有110MW的额定功率(容量)、25小时的额定持续时间(能量/功率比)以及2,750MWh的能量额定值。

图28示出了这样的系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。作为具体实例，结合多个实施方案的一个或多个方面的大容量储能系统可以是LODES系统2704。作为实例，LODES系统2704可以包括本文所述的多个电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)中的任何一种，单独地或以多个组合。图28的系统可以类似于图27的系统，不同之处是光伏(PV)电厂2802可以替代风电厂2702。LODES系统2704可以电连接到PV电厂2802和一个或多个传输设施2706。PV电厂2802可以电连接到传输设施2706。传输设施2706可以电连接到电网2708。PV电厂2802可以发电，并且PV电厂2802可以将产生的电力输出到LODES系统2704和/或传输设施2706。LODES系统2704可以存储从PV电厂2802和/或传输设施2706接收的电力。LODES系统2704可以将存储的电力输出到传输设施2706。传输设施2706可以将从PV电厂2802和LODES系统2704之一或两者中接收的电力输出到电网2708，和/或可以从电网2708接收电力并将该电力输出到LODES系统2704。PV电厂2802、LODES系统2704和传输设施2706一起可以构成发电厂2800，该发电厂可以是组合的发电、传输和存储系统。PV电厂2802产生的电力可以通过传输设施2706直接馈送到电网2708，或者可以先存储在LODES系统2704中。在某些情况下，供应到电网2708的电力可以完全来自PV电厂2802，完全来自LODES系统2704，或者来自PV电厂2802和LODES系统2704的组合。来自组合的PV电厂2802和LODES系统2704的发电厂2800的电力调度可以根据确定的长期(多日或甚至多年)计划来控制，或者可以根据提前一天(24小时提前通知)的市场来控制，或者可以根据提前一小时的市场来控制，或者可以响应实时定价信号来控制。

作为发电厂2800的操作的一个实例，LODES系统2704可用于重塑和“稳固”由PV电厂2802产生的电力。在一个这样的实例中，PV电厂2802可以具有490MW的峰值发电输出(容量)和24％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有340MW的额定功率(容量)、150小时的额定持续时间(能量/功率比)以及51,000MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，PV电厂2802可以具有680MW的峰值发电输出(容量)和24％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有410MW的额定功率(容量)、200小时的额定持续时间(能量/功率比)以及82,000MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，PV电厂2802可以具有330MW的峰值发电输出(容量)和31％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有215MW的额定功率(容量)、150小时的额定持续时间(能量/功率比)以及32,250MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，PV电厂2802可以具有510MW的峰值发电输出(容量)和24％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有380MW的额定功率(容量)、50小时的额定持续时间(能量/功率比)以及19,000MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，PV电厂2802可以具有630MW的峰值发电输出(容量)和24％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有380MW的额定功率(容量)、25小时的额定持续时间(能量/功率比)以及9,500MWh的能量额定值。

图29示出了这样的系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。作为具体实例，结合多个实施方案的一个或多个方面的大容量储能系统可以是LODES系统2704。作为实例，LODES系统2704可以包括本文所述的多个电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)中的任何一种，单独地或以多个组合。图29的系统可以类似于图27和图28的系统，不同之处是风电厂2702和光伏(PV)电厂2802可以都是在发电厂2900中一起工作的发电机。PV电厂2802、风电厂2702、LODES系统2704和传输设施2706一起可以构成发电厂2900，其可以是组合的发电、传输和存储系统。由PV电厂2802和/或风电厂2702产生的电力可以通过传输设施2706直接馈送到电网2708，或者可以首先存储在LODES系统2704中。在某些情况下，供应到电网2708的电力可以完全来自PV电厂2802，完全来自风电厂2702，完全来自LODES系统2704，或者来自PV电厂2802、风电厂2702和LODES系统2704的组合。来自组合的风电厂2702、PV电厂2802和LODES系统2704的发电厂2900的电力调度可以根据确定的长期(多日或甚至多年)计划来控制，或者可以根据提前一天(24小时提前通知)的市场来控制，或者可以根据提前一小时的市场来控制，或者可以响应实时定价信号来控制。

作为发电厂2900的操作的一个实例，LODES系统2704可用于重塑和“稳固”由风电厂2702和PV电厂2802产生的电力。在一个这样的实例中，风电厂2702可以具有126MW的峰值发电输出(容量)和41％的容量系数(CF)，并且PV电厂2802可以具有126MW的峰值发电输出(容量)和24％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有63MW的额定功率(容量)、150小时的额定持续时间(能量/功率比)以及9,450MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，风电厂2702可以具有170MW的峰值发电输出(容量)和41％的容量系数(CF)，并且PV电厂2802可以具有110MW的峰值发电输出(容量)和24％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有57MW的额定功率(容量)、200小时的额定持续时间(能量/功率比)以及11,400MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，风电厂2702可以具有105MW的峰值发电输出(容量)和51％的容量系数(CF)，并且PV电厂2802可以具有70MW的峰值发电输出(容量)和31％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有61MW的额定功率(容量)、150小时的额定持续时间(能量/功率比)以及9,150MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，风电厂2702可以具有135MW的峰值发电输出(容量)和41％的容量系数(CF)，并且PV电厂2802可以具有90MW的峰值发电输出(容量)和24％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有68MW的额定功率(容量)、50小时的额定持续时间(能量/功率比)以及3,400MWh的能量额定值。在另一个这样的实例中，风电厂2702可以具有144MW的峰值发电输出(容量)和41％的容量系数(CF)，并且PV电厂2802可以具有96MW的峰值发电输出(容量)和24％的容量系数(CF)。LODES系统2704可以具有72MW的额定功率(容量)、25小时的额定持续时间(能量/功率比)以及1,800MWh的能量额定值。

图30示出了这样的系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。作为具体实例，结合多个实施方案的一个或多个方面的大容量储能系统可以是LODES系统2704。作为实例，LODES系统2704可以包括本文所述的多个电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)中的任何一种，单独地或以多个组合。LODES系统2704可以电连接到一个或多个传输设施2706。以这种方式，LODES系统2704可以以“独立”的方式操作，以围绕市场价格平衡能源和/或避免传输约束。LODES系统2704可以电连接到一个或多个传输设施2706。传输设施2706可以电连接到电网2708。LODES系统2704可以存储从传输设施2706接收的电力。LODES系统2704可以将存储的电力输出到传输设施2706。传输设施2706可以将从LODES系统2704之中接收电力输出到电网2708，和/或可以从电网2708接收电力并将该电力输出到LODES系统2704。

LODES系统2704和传输设备2706一起可以构成电厂3000。作为实例，发电厂3000可以位于传输约束的下游，接近电力消费端。在这种位于下游的发电厂实例3000中，LODES系统2704可以具有24小时至500小时的持续时间，并且可以一年经历一次或多次完全放电，以在传输容量不足以服务用户时支持峰值电力消费。此外，在这种位于下游的发电厂实例3000中，LODES系统2704可以经历几次浅放电(每天或以更高的频率)，以平衡夜间和白天电价之间的差异，并且降低对用户的电力服务的总成本。作为另一实例，发电厂3000可以位于传输约束的上游，接近发电端。在这种位于上游的发电厂实例3000中，LODES系统2704可以具有24小时至500小时的持续时间，并且可以一年经历一次或多次完全充电，以在传输容量不足以将电力分配给用户时吸收过量的发电。此外，在这种位于上游的发电厂实例3000中，LODES系统2704可以经历几次浅充电和放电(每天或以更高的频率)，以平衡夜间和白天电价之间的差异，并且使发电设施的输出值最大化。

图31示出了这样的系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。作为具体实例，结合多个实施方案的一个或多个方面的大容量储能系统可以是LODES系统2704。作为实例，LODES系统2704可以包括本文所述的多个电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)中的任何一种，单独地或以多个组合。LODES系统2704可以电连接到商业和工业(C&I)用户3102，例如数据中心、工厂等。LODES系统2704可以电连接到一个或多个传输设施2706。传输设施2706可以电连接到电网2708。传输设施2706可以从电网2708接收电力，并且将该电力输出到LODES系统2704。LODES系统2704可以存储从传输设施2706接收的电力。LODES系统2704可以将存储的电力输出到C&I用户3102。以这种方式，LODES系统2704可以操作来对从电网2708购买的电力进行重塑，以匹配C&I用户3102的消费模式。

LODES系统2704和传输设备2706一起可以构成电厂3100。作为实例，发电厂3100可以位于靠近电力消费端，即靠近C&I用户3102，例如在电网2708和C&I用户3102之间。在这样的实例中，LODES系统2704可以具有24小时至500小时的持续时间，并且可以从市场购买电力，从而在电力较便宜的时候给LODES系统2704充电。然后LODES系统2704可以在市场价格昂贵时放电以向C&I用户3102提供电力，因此抵消了C&I用户3102的市场购买。作为替代配置，发电厂3100可以位于可再生电源(例如PV电厂、风电厂等)和可以连接到所述可再生电源的传输设施2706之间，而不是位于电网2708和C&I用户3102之间。在这样的替代实例中，LODES系统2704可以具有24小时至500小时的持续时间，并且LODES系统2704可以在可再生输出可用时充电。然后LODES系统2704可以放电以向C&I用户3102提供可再生发电，从而满足C&I用户3102的部分或全部电力需求。

图32示出了这样的系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。作为具体实例，结合多个实施方案的一个或多个方面的大容量储能系统可以是LODES系统2704。作为实例，LODES系统2704可以包括本文所述的多个电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)中的任何一种，单独地或以多个组合。LODES系统2704可以电连接到风电厂2702和一个或多个传输设施2706。风电厂2702可以电连接到传输设施2706。传输设施2706可以电连接到C&I用户3102。风电厂2702可以发电，并且风电厂2702可以将产生的电力输出到LODES系统2704和/或传输设施2706。LODES系统2704可以存储从风电厂2702接收的电力。LODES系统2704可以将存储的电力输出到传输设施2706。传输设施2706可以将从风电厂2702和LODES系统2704之一或两者中接收的电力输出到C&I用户3102。风电厂2702、LODES系统2704和传输设施2706一起可以构成发电厂3200，该发电厂可以是组合的发电、传输和存储系统。风电厂2702产生的电力可以通过传输设施2706直接馈送到C&I用户，或者可以先存储在LODES系统2704中。在某些情况下，供应到C&I用户702的电力完全来自LODES系统2704，或者来自风电厂2702和LODES系统2704的组合。LODES系统2704可用于对风电厂2702产生的电力进行重塑，以匹配C&I用户3102的消费模式。在一个这样的实例中，LODES系统2704可以具有24小时至500小时的持续时间，并且可以在风电厂2702的可再生发电超过C&I用户3102的负载时充电。然后当风电厂2702的可再生发电不足C&I用户3102的负载时，LODES系统2704可以放电，从而向C&I用户3102提供抵消C&I用户3102的电力消费的一部分或全部的可靠的可再生属性。

图33示出了这样的系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。作为具体实例，结合多个实施方案的一个或多个方面的大容量储能系统可以是LODES系统2704。作为实例，LODES系统2704可以包括本文所述的多个电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)中的任何一种，单独地或以多个组合。LODES系统2704可以是发电厂3300的一部分，该发电厂3300用于将大量可再生发电整合到微电网中，并将通过例如PV电厂2802和风电厂2702的可再生发电的输出与通过例如热电厂3302(例如燃气电厂、燃煤电厂、柴油发电机组等，或者热发电方法的组合)的现有热力发电相协调，而可再生发电和热力发电以高可用性供应C&I用户3102负载。微电网，例如由发电厂3300和热电厂3302构成的微电网，可以提供90％或更高的可用性。由PV电厂2802和/或风电厂2702产生的电力可以直接馈送到C&I用户3102，或者可以先存储在LODES系统2704中。在某些情况下，供应给C&I用户3102的电力可以完全来自PV电厂2802，完全来自风电厂2702，完全来自LODES系统2704、完全来自热电厂3302，或者来自PV电厂2802、风电厂2702、LODES系统2704和/或热电厂3302的任意组合。作为实例，发电厂3300的LODES系统2704可以具有24小时至500小时的持续时间。作为一个具体的实例，C&I用户3102负载可以具有100MW的峰值，LODES系统2704可以具有14MW的额定功率和150小时的持续时间，天然气可能花费6美元/百万英国热量单位(MMBTU)，并且可再生渗透率可以是58％。作为另一个具体的实例，C&I用户3102的负载可以具有100MW的峰值，LODES系统2704可以具有25MW的额定功率和150小时的持续时间，天然气可以花费8美元/MMBTU，并且可再生渗透率可以是65％。

图34示出了这样的系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。作为具体实例，结合多个实施方案的一个或多个方面的大容量储能系统可以是LODES系统2704。作为实例，LODES系统2704可以包括本文所述的多个电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)中的任何一种，单独地或以多个组合。LODES系统2704可以用于扩充核电厂3402(或其他不灵活的发电设施，例如热力发电设施、生物质发电设施等，和/或在一小时内具有低于50％额定功率的斜坡率和80％或更高的高容量系数的任何其他类型厂)，以增加由组合的LODES系统2704和核电厂3402构成的电厂3400的组合输出的灵活性。核电厂3402可以在高容量系数和最高效率点下运行，而LODES系统2704可以充电和放电，以有效地重塑核电厂3402的输出来匹配用户电力消费和/或电力的市场价格。作为实例，发电厂3400的LODES系统2704可以具有24小时至500小时的持续时间。在一个具体实例中，核电厂3402可以具有1000MW的额定输出，并且核电厂3402可以由于电力的市场价格低迷而被迫进入长时期的最小稳定发电，或者甚至关闭。LODES系统2704可以避免关闭设施，并在市场价格低迷时充电；并且LODES系统2704可以随后在市场价格上涨时放电和增加总产出。

图35示出了这样的系统实例，其中多个实施方案的一个或多个方面可以用作大容量储能系统的一部分。作为具体实例，结合多个实施方案的一个或多个方面的大容量储能系统可以是LODES系统2704。作为实例，LODES系统2704可以包括本文所述的多个电池、电池部件和/或电池堆实施方案(例如，电池100、400、600、800中的任何一个，参考图10-图12和图20-图25B讨论的空气电极，参考图13A-图13E讨论的集流体，参考图5A、图5B、图14A-图14D和图15-图19讨论的电池堆等)中的任何一种，单独地或以多个组合。LODES系统2704可以与SDES系统3502串联运行。LODES系统2704和SDES系统3502一起可以构成发电厂3500。作为实例，LODES系统2704和SDES系统3502可以被共同优化，由此LODES系统2704可以提供多个服务，包括长期备用和/或度过多日波动(例如，市场定价、可再生发电、电力消费等的多日波动)，并且SDES系统3502可以提供多种服务，包括快速辅助服务(例如电压控制、频率调节等)和/或度过日间波动(例如，市场定价、可再生发电、电力消费等的日间波动)。SDES系统3502可以具有小于10小时的持续时间和大于80％的往返效率。LODES系统2704可以具有24小时至500小时的持续时间和大于40％的往返效率。在一个这样的实例中，LODES系统2704可以具有150小时的持续时间，并且支持用户长达一周的可再生发电不足的电力消费。LODES系统2704还可以支持日间发电不足事件期间的用户的电力消费，增强SDES系统3502的能力。此外，SDES系统3502可在日间发电不足事件期间向用户供电，并提供电力调节和质量服务，例如电压控制和频率调节。

上述方法描述仅作为示例性实施例提供，并不旨在要求或指示各种实施方案的步骤必须以所呈现的顺序执行。如本领域技术人员将理解的，上述实施方案中的步骤顺序可以以任何顺序执行。诸如“此后”、“然后”、“下一个”等词语不一定旨在限制步骤的顺序；这些词可以用于指导读者所述方法的描述。此外，对单数形式的权利要求要素的任何引用，例如使用冠词“一”、“一个”或“该”，不应被解释为将要素限制为单数形式。

此外，本文中所描述的任何实施方案的任何步骤可以用于任何其他实施方案。提供所公开方面的前述描述是为了使本领域的任何技术人员能够制造或使用本发明。对这些方面的多个修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他方面。因此，本发明不局限于本文所示的方面，而是符合与本文公开的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (92)

1.一种电池，包括：

滚动膜片，其中所述滚动膜片可移动以适应所述电池的一个或多个部分的内部体积变化。

2.权利要求1的电池，还包括：

外筒状壳体，被配置为支撑其中的液体电解质和电极；和

可移动地支撑在所述外筒状壳体内的内筒体，

其中所述滚动膜片是在所述外筒状壳体和所述内筒体之间形成密封件的筒状滚动膜片，以及

其中所述内筒体在所述外筒状壳体内的运动使所述筒状滚动膜片密封件卷曲，以改变所述筒状滚动膜片密封件的伸展长度。

3.权利要求2的电池，其中所述筒状滚动膜片密封件在第一端耦合所述外筒状壳体，并且在第二端耦合所述内筒状体。

4.权利要求2的电池，其中：

所述外筒状壳体在第一端开口；

所述内筒体在第一端向空气环境开口；以及

通过所述筒状滚动膜片密封件在所述外筒状壳体与所述内筒体之间形成的密封，以防止所述液体电解质从所述外筒状壳体与所述内筒体之间进入所述空气环境中。

5.权利要求2的电池，其中所述内筒体：

在与所述第一端相对的第二端开口；并且

被配置为支撑空气电极。

6.权利要求2的电池，其中所述滚动膜片由硅酮构成。

7.权利要求2的电池，还包括设置在内筒体内的蜂窝状结构。

8.权利要求2的电池，其中所述外筒状壳体还包括电馈通端口，所述电池还包括：

集流体，在所述外筒状壳体内；以及

电导线，连接到所述集流体并且通过所述电馈通端口从所述外筒状壳体中穿出。

9.权利要求2的电池，其中所述筒状滚动膜片密封件通过围绕所述集流体的带与所述外筒状壳体耦合。

10.权利要求2的电池，其中所述外筒状壳体包括双层壁。

11.权利要求2的电池，其中支撑在所述外筒状壳体中的所述电极是金属电极。

12.权利要求11的电池，其中所述金属电极包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、硅(Si)、铝(Al)、锌(Zn)、和/或铁(Fe)和/或由一种或多种前述金属元素组成的合金。

13.权利要求2的电池，其中支撑在所述外筒状壳体中的所述电极是液体电极或固体电极。

14.权利要求2的电池，还包括：

所述液体电解质和所述电极，其中所述液体电解质和电极设置在所述筒状滚动膜片密封件的同一侧。

15.一种电池，其中外壳体包含耦合所述电池的外表面的多个导体，所述系列杆中的每一个包括：

在第一端的上电接触板；以及

在第二端的下电接触板。

16.权利要求15的电池，其中：

当第二电池堆叠在所述电池顶部时，所述上电接触板被配置为接触第二电池的下电接触板；以及

当所述电池堆叠在所述第三电池的顶部时，所述下电接触板被配置为接触第三电池的上电接触板。

17.权利要求16的电池，其中所述系列杆包括三个杆。

18.权利要求15的电池，还包括连接所述上电接触板和所述下电接触板的电导线，所述电导线穿过所述外壳体并且连接到所述外壳体内的集流体。

19.一种空气电极组件，包括：

空气电极，其中形成至少一个从所述空气电极的顶表面通到所述空气电极的底表面的孔；

漂浮平台，在所述漂浮平台的顶表面上支撑所述空气电极的底表面，所述漂浮平台其中形成至少一个从所述漂浮平台的顶表面通到所述漂浮平台的底表面的孔，

其中所述漂浮平台被配置为浮于一体积的液体电解质中，使得所述漂浮平台的顶表面和所述空气电极的底表面在所述体积的液体电解质的表面上方。

20.一种空气电极组件，包括：

涂覆了漂浮的和/或疏水的有机涂层材料的碳材料。

21.权利要求20的空气电极组件，其中所述涂层材料是聚丙烯或聚苯乙烯。

22.权利要求21的空气电极组件，其中所述涂层材料包括连续的表面层，或者其中所述涂层材料包括一个或多个隔开的表面沉积处的集合。

23.一种电池堆，包括：

以堆叠层排列的一系列电芯单元，

其中每个电芯单元包括：

金属颗粒床；和

空气电极，以及

其中电芯单元的每个堆叠层流体连接，使得电解质从所述堆叠层的最高层流向所述堆叠层的最低层。

24.权利要求23的电池堆，其中每个单元的所述空气电极连接到承载母线。

25.权利要求24的电池堆，其中所述堆叠层的最高层比所述堆叠层的最低层包括更少的电芯单元。

26.一种电池，包括：

被配置为浮于一体积的液体电解质中的阴极。

27.权利要求26的电池，其中所述阴极是双ORR/OER阴极。

28.权利要求26的电池，其中所述阴极是空气电极。

29.权利要求26的电池，其中所述阴极是ORR阴极。

30.权利要求29的电池，其中所述ORR阴极浮于所述电解质的顶部，并且OER阴极浸没在所述电解质中。

31.权利要求26的电池，其中所述阴极是弯曲的，并且所述曲率中心位于所述体积的液体电解质之外。

32.权利要求26的电池，其中所述阴极是相对于所述电解质的顶部平面以大于0度并且小于90度的角度倾斜的平面阴极。

33.权利要求26的电池，其中所述阴极还被配置为在OER期间浸没在所述电解质中，并且在ORR期间浮于所述电解质上。

34.一种大容量储能系统，包括：

一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括：

滚动膜片，其中所述滚动膜片可移动以适应所述电池的一个或多个部分的内部体积变化。

35.权利要求34的大容量储能系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

36.一种大容量储能系统，包括：

一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括：

外壳体，其包含耦合至所述电池的外表面的多个导体，所述系列杆中的每一个包括：

在第一端的上电接触板；

在第二端的下电接触板；以及

连接所述上电接触板和所述下电接触板的电导线，所述电导线穿过所述外壳体并且连接到所述外壳体内的集流体。

37.权利要求36的大容量储能系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

38.一种大容量储能系统，包括：

一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括空气电极组件，所述空气电极组件包括：

空气电极，其中形成有至少一个从所述空气电极的顶表面通到所述空气电极的底表面的孔；

漂浮平台，在所述漂浮平台的顶表面上支撑所述空气电极的底表面，所述漂浮平台其中形成有至少一个从所述漂浮平台的顶表面通到所述漂浮平台的底表面的孔，

其中所述漂浮平台被配置为在一体积的液体电解质中漂浮，使得所述漂浮平台的所述顶表面和所述空气电极的所述底表面在所述一体积的液体电解质的表面上方。

39.权利要求38的大容量储能系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

40.一种大容量储能系统，包括：

一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括空气电极组件，所述空气电极组件包括涂覆了漂浮的和/或疏水的有机涂层材料的碳材料。

41.权利要求40的大容量储能系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

42.一种大容量储能系统，包括：

一个或多个电池，其中所述一个或多个电池中的至少一个包括：

以堆叠层排列的一系列电芯单元，

其中每个电芯单元包括：

金属颗粒床；

OER电极；以及

ORR电极，以及

其中电芯单元的每个堆叠层流体连接，使得电解质从所述堆叠层的最高层流向所述堆叠层的最低层。

43.权利要求42的大容量储能系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

44.一种大容量储能系统，包括：

一个或多个电池，所述一个或多个电池中的至少一个包括被配置为浮于一体积的液体电解质中的阴极。

45.权利要求44的大容量储能系统，其中所述阴极是双ORR/OER阴极。

46.权利要求44的大容量储能系统，其中所述阴极还被配置为在OER期间浸没在所述电解质中，并且在ORR期间浮于所述电解质上。

47.权利要求46的大容量储能系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能(LODES)系统。

48.一种电池，包括：

a.外壳体，包括：第一端和第二端；所述外壳体界定宽度、内部体积和所述第一端和所述第二端之间的长度；

b.活性电池部件，其在所述体积中并且被放置在邻近所述外容器结构的所述第二端；其中所述活性电池部件包括电解质、电极或两者；

c.内壳体，位于所述外壳体的内部体积内；

d.所述内壳体界定内壳体体积并且包括电极；

e.具有厚度和长度的膜；

f.其中所述膜连接到所述外壳体并且连接到所述内壳体；由此所述膜将所述外壳体的内部体积分成第一体积；其中所述活性电池部件位于所述第二体积中；其中所述第一体积与所述内壳体体积流体连通；并且由此所述膜防止所述第一体积和所述第二体积之间的流体连通；以及

g.所述内壳体和所述外壳体可滑动地接合，由此所述内壳体可以沿着所述外壳体的至少一部分长度移动。

49.权利要求48的电池，其中在所述内壳体的移动过程中，所述膜的长度不变。

50.权利要求48的电池，其中在所述内壳体的移动过程中，所述膜的厚度不变。

51.权利要求48的电池，其中所述外壳体的第一端向选自气体、空气和大气的环境开口。

52.权利要求48的电池，其中所述膜具有内表面和外表面，并且在所述内壳体的运动过程中，所述膜外表面的一部分面向其自身。

53.权利要求48的电池，其中所述膜具有内表面和外表面，并且在所述内壳体的运动过程中，所述膜外表面的一部分与其自身接触。

54.权利要求48的电池，其中所述外壳体的内表面与所述内壳体的外表面的距离为所述膜厚度的至少两倍。

55.权利要求48的电池，其中所述外壳体的内表面与所述内壳体的外表面的距离为所述膜厚度的约1.5倍至4倍。

56.权利要求48的电池，其中所述膜是无缝的。

57.权利要求48的电池，其中没有移动的密封界面。

58.一种电池，包括：

a.外壳体，包括：第一端和第二端；所述外壳体界定宽度、内部体积和所述第一端和所述第二端之间的长度；

b.活性电池部件，其在所述体积中并且被放置在邻近所述外容器结构的第二端；其中所述活性电池部件包括电解质、电极或两者；

c.内壳体，位于所述外壳体的内部体积内；

d.所述内壳体界定内壳体体积并且包括电极；

e.具有厚度和长度的膜；

f.其中所述膜连接到所述外壳体并且连接到所述内壳体；由此所述膜将所述外壳体的内部体积分成第一体积；其中所述活性电池部件位于所述第二体积中；其中所述第一体积与所述内壳体体积流体连通；并且由此所述膜防止所述第一体积和所述第二体积之间的流体连通；以及

g.所述内壳体和所述外壳体可滑动地接合，由此所述内壳体可以沿着所述外壳体的至少一部分长度移动。

59.权利要求58的电池，其中所述内壳体可以移动所述膜长度的至少约10％的距离。

60.权利要求58的电池，其中所述内壳体可以移动所述膜长度的至少约80％的距离。

61.权利要求58的电池，其中所述内壳体可以移动所述膜长度的至少约100％的距离。

62.权利要求58的电池，其中所述内壳体可以移动所述膜长度的约10％至约200％的距离。

63.权利要求58的电池，其中在所述内壳体的移动过程中，所述膜的厚度不变。

64.权利要求58的电池，其中所述外壳体的第一端向选自气体、空气和大气的环境开口。

65.权利要求58的电池，其中所述膜具有内表面和外表面，并且在所述内壳体的运动过程中，所述膜外表面的一部分面向其自身。

66.权利要求58的电池，其中所述膜具有内表面和外表面，并且在所述内壳体的运动过程中，所述膜外表面的一部分与其自身接触。

67.权利要求58的电池，其中所述外壳体的内表面与所述内壳体的外表面的距离为所述膜厚度的至少两倍。

68.权利要求58的电池，其中所述外壳体的内表面与所述内壳体的外表面的距离为所述膜厚度的约1.5倍至4倍。

69.权利要求58的电池，其中所述膜是无缝的。

70.权利要求58的电池，其中没有移动的密封界面。

71.权利要求48和58的电池，其中所述活性电池部件包括金属，并且所述内壳体可以移动一段距离，所述距离对应于氧化所述金属的Pilling-Bedworth比的整个范围。

72.权利要求48或58的电池，其中所述活性电池部件包括液体电解质和金属电极。

73.权利要求48和58的电池，其中所述活性电池部件包括电解质和金属电极，其中所述金属电极包括选自如下的部分：铁，大块固体；颗粒的集合；悬浮物；在电解质中不漂浮的颗粒；金属网状电极；铁网电极；金属毡电极，铁毡电极；烧结金属；烧结铁；多孔烧结金属；颗粒多孔床，凝胶金属电极；和由两种或多种不同材料形成的复合金属电极。

74.权利要求48和58的电池，其中所述活性电池部件包括电解质和金属电极，其中所述金属电极包括选自如下的部分：直接还原铁(DRI)颗粒床和海绵铁颗粒床；以及包含铁的颗粒床。

75.权利要求48和58的电池，其中所述活性电池部件包括电解质和金属电极，其中所述金属电极包括选自如下的组分：金属、金属合金、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、硅(Si)、铝(Al)、锌(Zn)和铁(Fe)。

76.一种电池，包括：

a.第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；

b.将所述第一部分连接至所述第二部分的膜片，所述膜片将所述第一部分的至少一部分与所述第二部分的至少一部分进行密封；

c.所述膜片具有长度和厚度；以及，

d.其中所述距离是所述膜片长度的约10％至约200％；

e.由此所述膜片适应所述第一部分或所述第二部分的内部体积变化。

77.一种电池，包括：

a.第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；

b.将所述第一部分连接至所述第二部分的膜，所述膜将所述第一部分的至少一部分与所述第二部分的至少一部分隔开；以及，

c.所述膜具有长度和厚度；

d.其中所述膜具有内表面和外表面，并且其中在至少一部分运动期间，所述膜外表面面向其自身；

e.由此所述膜适应所述第一部分或所述第二部分的内部体积变化。

78.一种电池，包括：

a.第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；

b.将所述第一部分连接至所述第二部分的膜，所述膜将所述第一部分的至少一部分与所述第二部分的至少一部分隔开；以及，

c.所述膜具有长度和厚度；

d.所述其中所述膜具有内表面和外表面，并且在至少一部分运动期间，所述膜外表面与其自身接触；

e.由此所述膜适应所述第一部分或所述第二部分的内部体积变化。

79.权利要求76、77或78的电池，其中所述第一部分包括金属，并且所述内部体积变化对应于氧化所述金属的Pilling-Bedworth比的整个范围。

80.一种电力系统，被配置为管理基于非碳氢化合物发电的间歇性以提供预定的电力分配，所述电力系统包括：

a.从非碳氢化合物能源发电的装置；

b.包括多个电池的大容量储能系统，其中所述电池包括：

ⅰ.第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；

ii.将所述第一部分连接至所述第二部分的膜，所述膜将所述第一部分的至少一部分与所述第二部分的至少一部分密封；

iii.所述膜具有长度和厚度；以及，

ⅳ.其中所述距离是所述膜片长度的约10％至约200％；

c.电力传输设施；

d.所述从非碳氢化合物能源发电的装置、所述电池和所述电力传输设施电连通，由此电力可以在其间传输；以及，

e.所述电力系统被配置用于与电网、工业用户或两者的电连接。

81.权利要求80的电力系统，其中所述从非碳氢化合物能源发电的装置选自风电厂、热电厂和太阳能发电厂。

82.权利要求80的电力系统，其中所述系统包括基于碳氢化合物的发电厂、基于原子能的发电厂或两者。

83.一种操作电力系统的方法，所述电力系统被配置为管理基于非碳氢化合物发电的波动，以提供预定的均匀电力分配；所述方法包括将电传输到大容量储能系统中，将电存储在所述大容量储能系统中，将电从所述大容量储能系统中传输出去；其中所述电力系统包括：

a.从非碳氢化合物能源发电的装置；

b.电力传输设施；

c.包括多个电池的所述大容量储能系统，其中所述电池包括：

ⅰ.第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可移动地接合，由此所述第一部分可以相对于所述第二部分移动一段距离；

ii.将所述第一部分连接至所述第二部分的膜，所述膜将所述第一部分的至少一部分与所述第二部分的至少一部分密封；以及，

iii.所述膜具有长度和厚度；

ⅳ.其中所述距离是所述膜片长度的约10％至约200％；

d.所述从非碳氢化合物能源发电的装置、所述LODES和所述电力传输设施电连通，由此电力可以在其间传输；以及，

e.所述电力系统被配置用于与电网、工业用户或两者的电连接。

84.权利要求36、38、40、42、44-46和80-82任一项的系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能系统(LODES)，其持续时间为约8小时至约2000小时，并且额定功率为约0.01MW至约50,000MW。

85.权利要求36、38、40、42、44-46和80-82任一项的系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能系统(LODES)，其持续时间为约8小时至约2000小时，并且额定功率为约0.5MW至约500MW。

86.权利要求36、38、40、42、44-46和80-82任一项的系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能系统(LODES)，其持续时间为约50小时至约500小时，并且额定功率为约0.01MW至约50,000MW。

87.权利要求36、38、40、42、44-46和80-82任一项的系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能系统(LODES)，其持续时间为约24小时至约500小时，并且额定功率为约0.5MW至约500MW。

88.权利要求36、38、40、42、44-46和80-82任一项的系统，其中所述大容量储能系统是长时间储能系统(LODES)，其持续时间为约50小时至约1000小时，并且额定功率为约0.5MW至约1000MW。

89.一种电力系统，被配置为管理基于非碳氢化合物发电的间歇性以提供预定的电力分配，所述电力系统包括：

a.从非碳氢化合物能源发电的装置；

b.包括多个电池的大容量储能系统，其中：

ⅰ.所述多个电池的至少一个是根据权利要求15-18和26-33任一项或多项的电池；

ⅱ.所述多个电池的至少一个包括权利要求19-22任一项或多项的一个或多个空气电极组件；

ⅲ.所述多个电池的至少一部分形成根据权利要求23-25的任何一项或多项的电池堆；和/或

ⅳ.所述大容量储能系统是根据权利要求34-46任一项或多项的大容量储能系统；

c.电力传输设施；

d.所述从非碳氢化合物能源发电的装置、所述电池和所述电力传输设施电连通，由此电力可以在其间传输；以及，

e.所述电力系统被配置用于与电网、工业用户或两者的电连接。

90.权利要求89的电力系统，其中所述从非碳氢化合物能源发电的装置选自风电厂、热电厂和太阳能发电厂。

91.权利要求89的电力系统，其中所述系统包括基于碳氢化合物的发电厂、基于原子能的发电厂或两者。

92.一种操作电力系统的方法，所述电力系统被配置为管理基于非碳氢化合物发电的波动，以提供预定的均匀电力分配；所述方法包括将电传输到大容量储能系统中，将电存储在所述大容量储能系统中，将电从所述大容量储能系统中传输出去；其中所述电力系统包括：

a.从非碳氢化合物能源发电的装置；

b.电力传输设施；

c.包括多个电池的所述大容量储能系统，其中：

ⅰ.所述多个电池中的至少一个是根据权利要求15-18和26-33任一项或多项的电池；

ⅱ.所述多个电池中的至少一个包括权利要求19-22任一项或多项的一个或多个空气电极组件；

ⅲ.所述多个电池的至少一部分形成根据权利要求23-25的任何一项或多项的电池堆；和/或

ⅳ.所述大容量储能系统是根据权利要求34-46任一项或多项的大容量储能系统；

d.所述从非碳氢化合物能源发电的装置、所述LODES和所述电力传输设施电连通，由此电力可以在其间传输；以及，

e.所述电力系统被配置用于与电网、工业用户或两者的电连接。

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