EA019152B1 - Батарея и энергосистема - Google Patents

Батарея и энергосистема Download PDF

Info

Publication number
EA019152B1
EA019152B1 EA201000368A EA201000368A EA019152B1 EA 019152 B1 EA019152 B1 EA 019152B1 EA 201000368 A EA201000368 A EA 201000368A EA 201000368 A EA201000368 A EA 201000368A EA 019152 B1 EA019152 B1 EA 019152B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
positive electrode
battery
cations
relation
chemical formula
Prior art date
Application number
EA201000368A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201000368A1 (ru
Inventor
Атсуси Фукунага
Синдзи Иназава
Масатоси Мадзима
Кодзи Нитта
Соитиро Сакаи
Рика Хагивара
Тосиюки Нохира
Тацуя Исибаси
Original Assignee
Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд.
Киото Юниверсити
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд., Киото Юниверсити filed Critical Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд.
Publication of EA201000368A1 publication Critical patent/EA201000368A1/ru
Publication of EA019152B1 publication Critical patent/EA019152B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/399—Cells with molten salts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
    • H01M4/5815—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/582—Halogenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0045—Room temperature molten salts comprising at least one organic ion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Предложены батарея (1), включающая в себя положительный электрод (4), отрицательный электрод (3), главным образом состоящий из натрия, и электролит, предусмотренный между положительным электродом (4) и отрицательным электродом (3), причем электролит является солевым расплавом, содержащим анионы, выраженные нижеприведенной химической формулой (I), и катионы металлаRи Rв химической формуле (I) независимо представляют собой атом фтора или фторалкильную группу, катионы металла содержат по меньшей мере один из по меньшей мере одного типа катионов щелочного металла и по меньшей мере одного типа катионов щелочно-земельного металла, а также энергосистема, включающая в себя эту батарею (1).

Description

Предпосылки изобретения Область изобретения
Настоящее изобретение относится к батарее и энергосистеме.
Описание уровня техники
В последнее время стало желательным выравнивание потребления электроэнергии, которое меняется ночью и днем или меняется в зависимости от времени года (выравнивание нагрузки), и в качестве средства заряда и разряда электроэнергии все в большей степени стала использоваться серно-натриевая батарея.
Например, согласно японской патентной публикации № 2007-273297 серно-натриевая батарея представляет собой вторичную (перезаряжаемую) батарею, в которой расплавленный металлический натрий, представляющий собой активный материал отрицательного электрода, и расплавленная сера, представляющая собой активный материал положительного электрода, отделены друг от друга твердым электролитом из β-глинозема, обладающего избирательной проницаемостью по отношению к ионам натрия, и она обладает такими замечательными характеристиками, как наличие более высокой плотности энергии по сравнению с другими вторичными батареями, реализация компактного оборудования, небольшая вероятность протекания саморазряда и достижение высокой эффективности батареи и упрощенного технического обслуживания (см. абзац [0002] японской патентной публикации № 2007-273297).
Кроме того, согласно японской патентной публикации № 2007-273297 элементы (электрические аккумуляторы) серно-натриевых батарей соединяют последовательно, образуя цепь, такие цепи соединяют параллельно, образуя модуль, а такие модули соединяют последовательно, образуя модульный ряд. Параллельная компоновка таких модульных рядов в виде единого блока используется в качестве основного компонента системы аккумулирования электроэнергии, подсоединяемой к системе электроснабжения или т.п. с преобразователем переменного тока в постоянный ток (АС/ОС) и трансформатором (см. абзац [0003] японской патентной публикации № 2007-273297).
Сущность изобретения
Однако серно-натриевая батарея должна в нормальных условиях работать при высокой температуре от 280 до 360°С (см. абзац [0004] японской патентной публикации № 2007-273297).
Поэтому, как описано выше, если параллельная компоновка модульных рядов серно-натриевой батареи в виде единого блока используется в качестве основного компонента системы аккумулирования электроэнергии в крупномасштабных энергосистемах, то потребуется несколько дней для того, чтобы повысить температуру серно-натриевой батареи до вышеуказанной высокой рабочей температуры, а значит потребуется очень большое время для приведения в действие такой системы аккумулирования электроэнергии.
Между тем, в качестве вторичной батареи с высокой плотностью энергии и низкой температурой эксплуатации также известна литий-ионная вторичная батарея. Однако, как хорошо известно, литийионная вторичная батарея содержит в жидком виде горючее органическое соединение в качестве раствора электролита, а значит она обладает низкой безопасностью, а также существует проблема с природными ресурсами лития.
Учитывая вышеизложенные обстоятельства, задачей настоящего изобретения является предоставление батареи, обладающей высокой безопасностью и высокой плотностью энергии, работоспособной при низкой температуре и содержащей натрий, имеющийся в достаточном количестве в природных ресурсах, а также энергетической системы, включающей в себя эту батарею.
Настоящее изобретение относится к батарее, включающей в себя положительный электрод, отрицательный электрод, главным образом состоящий из натрия, и электролит, предусмотренный между положительным электродом и отрицательным электродом, причем электролитом является солевой расплав, содержащий анионы, выраженные нижеприведенной химической формулой (I), и катионы металла
К1 и К2 в химической формуле (I) независимо представляют собой атом фтора или фторалкильную группу, а катионы металла содержат по меньшей мере один из по меньшей мере одного типа катионов щелочного металла и по меньшей мере одного типа катионов щелочно-земельного металла.
При этом в батарее согласно настоящему изобретению положительный электрод предпочтительно содержит металл или соединение металла, выраженное нижеприведенной химической формулой (II) ЫахМ1уМ2гМЗм (II) причем в химической формуле (II) М1 представляет собой любой один тип из Ее (железа), Τι (титана), Сг (хрома) и Мп (марганца), М2 представляет собой любой один из РО4 (тетраоксида фосфора) и 8 (серы), М3 представляет собой любой один из Е (фтора) и О (кислорода),
- 1 019152 доля х Να (натрия) в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<х<2, доля у М1 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<у< 1, доля ζ М2 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<ζ<2, доля \ν М3 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<ν<3, и удовлетворяются соотношение х+у>0 и соотношение ζ+ν>0.
Помимо этого, в батарее согласно настоящему изобретению положительный электрод предпочтительно дополнительно содержит проводящую добавку.
Помимо этого, в батарее согласно настоящему изобретению положительный электрод предпочтительно дополнительно содержит связующее.
Помимо этого, в батарее согласно настоящему изобретению катионами металла являются предпочтительно ионы калия и/или ионы натрия.
Помимо этого, настоящее изобретение относится к энергетической системе (энергосистеме), включающей в себя устройство генерации электроэнергии для выработки электрической энергии, вторичную батарею, способную заряжаться электрической энергией, выработанной упомянутым устройством генерации электроэнергии, и способную разряжаться накопленной электроэнергией, и линию для электрического соединения устройства генерации электроэнергии и вторичной батареи друг с другом, причем вторичная батарея включает в себя положительный электрод, отрицательный электрод, главным образом состоящий из натрия, и электролит, предусмотренный между положительным электродом и отрицательным электродом, причем электролит является солевым расплавом, содержащим анионы, выраженные нижеприведенной химической формулой (I), и катионы металла
В1 и В2 в химической формуле (I) независимо представляют собой атом фтора или фторалкильную группу, а катионы металла содержат по меньшей мере один из по меньшей мере одного типа катионов щелочного металла и по меньшей мере одного типа катионов щелочно-земельного металла.
В соответствии с настоящим изобретением может быть предоставлена батарея, обеспечивающая высокую безопасность и высокую плотность энергии, работоспособная при низкой температуре и содержащая натрий, имеющийся в достаточном количестве в природных ресурсах, а также энергетическая система, включающая в себя такую батарею.
Вышеизложенные и другие задачи, признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания настоящего изобретения при рассмотрении вместе с сопроводительными чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - это принципиальная схема структуры батареи в варианте воплощения.
Фиг. 2 - это принципиальная схема структуры энергосистемы в варианте воплощения.
Фиг. 3 - это схематическая диаграмма кривых заряда и разряда, иллюстрирующая начальное напряжение заряда, начальное напряжение разряда и разрядную емкость соответственно.
Описание предпочтительных вариантов воплощения
В дальнейшем здесь будет описан один вариант воплощения настоящего изобретения. На чертежах настоящего изобретения аналогичные или соответствующие элементы имеют одни и те же назначенные ссылочные обозначения.
Батарея.
Фиг. 1 показывает схематичную структуру батареи в варианте воплощения, представляющем один пример батареи согласно настоящему изобретению. При этом батарея 1 в данном варианте воплощения включает в себя нижнюю ванну 2Ь, выполненную, например, из проводящего материала, такого как металл, положительный электрод 4, предусмотренный на нижней ванне 2Ь, сепаратор 8, выполненный, например, из стеклянной сетки и предусмотренный на положительном электроде 4, отрицательный электрод 3, выполненный из проводящего материала, главным образом состоящего из натрия (содержание натрия составляет не менее 50 мас.%), и предусмотренный на сепараторе 8, и верхнюю крышку 2а, выполненную, например, из проводящего материала, такого как металл, и предусмотренную на отрицательном электроде 3.
Когда нижняя ванна 2Ь закрывается верхней крышкой 2а, то, например, верхняя крышка 2а и нижняя ванна 2Ь скрепляются крепежной деталью (не показана), такой как болт и гайка.
Помимо этого, вокруг периферийной части верхней крышки 2а имеется электроизолирующий герметизирующий материал 9а, такой как уплотнительное кольцо, а вокруг периферийной части нижней ванны 2Ь имеется электроизолирующий герметизирующий материал 9Ь, такой как уплотнительное кольцо. Таким образом, пространство между верхней крышкой 2а и нижней ванной 2Ь герметично закрывает
- 2 019152 ся, а верхняя крышка 2а и нижняя ванна 2Ь электрически изолируются друг от друга.
Следует отметить, что в верхней части верхней крышки 2а может быть предусмотрен токосъемник, электрически подсоединенный к верхней крышке 2а, а в нижней части нижней ванны 2Ь может быть предусмотрен токосъемник, электрически подсоединенный к нижней ванне 2Ь.
При этом сепаратор 8 погружен в электролит, состоящий из солевого расплава, содержащего анионы, выраженные нижеприведенной химической формулой (I), и катионы металла, и этот состоящий из солевого расплава электролит находится в контакте как с отрицательным электродом 3, так и с положительным электродом 4
(I)
При этом в вышеприведенной химической формуле (I) Я1 и Я2 независимо представляют собой атом фтора или фторалкильную группу. Я1 и Я2 могут соответственно представлять собой одно и то же вещество или могут представлять собой разные вещества.
Примеры анионов, выраженных в вышеприведенной химической формуле (I), включают такие анионы, что Я1 и Я2 в вышеприведенной химической формуле (I) оба представляют собой атомы фтора (Р), такие анионы, что Я1 и Я2 оба представляют собой трифторметильные группы (СР3), и такие анионы, что Я1 представляет собой атом фтора (Р), а Я2 представляет собой трифторметильную группу (СР3).
Примеры содержащегося в электролите солевого расплава включают солевой расплав, содержащий анионы, выраженные вышеприведенной химической формулой (I), и по меньшей мере один из по меньшей мере одного типа катионов щелочного металла и по меньшей мере одного типа катионов щелочноземельного металла.
В результате исследований, посвященных данному вопросу, авторами настоящего изобретения обнаружено, что вышеприведенный солевой расплав обладает низкой температурой плавления, и использование такого солевого расплава в качестве электролита для батареи может привести к существенному снижению температуры эксплуатации батареи по сравнению с 280-360°С у серно-натриевой батареи.
Помимо этого, если в качестве электролита для батареи используется вышеприведенный солевой расплав, то вследствие негорючести этого солевого расплава может быть получена батарея, обеспечивающая высокую безопасность и высокую плотность энергии.
При этом, с точки зрения эксплуатации батареи 1 при более низкой температуре, предпочтительно используют такие анионы, выраженные в вышеприведенной химической формуле (I), что Я1 и Я2 оба представляют собой Р, то есть бис(фторсульфонил)имидные ионы (Е8Г, в дальнейшем могут также называться ионами Р8Г'), и/или Я1 и Я2 оба представляют собой СР3, т.е. бис(трифторметилсульфонил) имидные ионы (ТР8Г, в дальнейшем могут также называться ионами ТР8Г').
Поэтому с точки зрения эксплуатации батареи 1 при более низкой температуре, в качестве солевого расплава, подлежащего использованию в качестве электролита, предпочтительно используют солевой расплав простой соли МРЫ, солевой расплав простой соли МТР8ф смесь двух или более типов солевого расплава простой соли МРЫ, смесь двух или более типов солевого расплава простой соли МТР8I или смесь одного или более типа солевого расплава простой соли МРЫ и одного или более типа солевого расплава простой соли МТР8ф который в качестве анионов содержит ионы Р8I и/или ионы ТР8I и в качестве катионов содержит ионы М, представляющие собой один любой тип щелочного металла и щелочно-земельного металла.
В частности, поскольку смесь солевого расплава простой соли МР8ф смесь солевого расплава простой соли МТР8I и смесь одного или более типа солевого расплава простой соли МРЫ и одного или более типа солевого расплава простой соли МТР8I составлены из двух или более типов простой соли солевого расплава, они являются более предпочтительными тем, что температура плавления может быть значительно ниже температуры плавления простой соли солевого расплава и, следовательно, рабочая температура батареи 1 может быть значительно понижена.
Строго говоря, некорректно ссылаться на ионы Р8I и ионы ТР8I без иминогруппы как имид, однако в настоящее время их достаточно широко называют именно так, и поэтому такие наименования используются здесь как тривиальные наименования.
При этом в качестве щелочного металла может быть использован по меньшей мере один тип, выбранный из группы, состоящей из лития (Ь1), натрия (Να), калия (К), рубидия (ЯЬ) и (цезия) (С§).
Кроме этого, в качестве щелочно-земельного металла может быть использован по меньшей мере один тип, выбранный из группы, состоящей из бериллия (Ве), магния (Мд), кальция (Са), стронция (8т) и бария (Ва).
Следовательно, в качестве простой соли МР8I солевого расплава может быть использован любой один тип простой соли, выбранный из группы, состоящей из ЫЕ8!. Ν;·ιΕ8Ε КРЫ, ЯЬР8ф С^ЕЗЕ Ве(Р8Ц2,
- 3 019152
Мд(Е81)2, Са(Е81)2, 8г(Е81)2 и Ва(Е81)2.
Кроме того, в качестве простой соли МТЕ81 солевого расплава может быть использован любой один тип простой соли, выбранный из группы, состоящей из ЫТЕ81, №1ТЕ81. КТЕ81, КЙТЕ81, СкТЕ81, Ве(ТЕ81)2, Мд(ТЕ81)2, Са(ТЕ81)2, 8т(ТЕ81)2 и Ва(ТЕ81)2.
Кроме того, в качестве смеси простых солей МЕ81 солевого расплава может быть использована смесь двух или более типов простой соли, выбранных из группы, состоящей из Б1Е81, Ν;·ιΕ8Ι, ΚΕ8Ι, ВЬЕ81, С8Е81, Ве(Е81)2, Мд(Е81)2, Са(Е81)2, 8τ(Ε8Ι)2 и Ва(Е81)2.
Далее в качестве смеси простых солей МТЕ81 солевого расплава может быть использована смесь двух или более типов простой соли, выбранных из группы, состоящей из ЫТЕ81, №1ТЕ81, КТЕ81, КЬТЕ81, С8ТЕ81, Ве(ТЕ81)2, Мд(ТЕ81)2, Са(ТЕ81)2, 8γ(ΕΕ8Ι); и Ва(ТЕ81)2.
Помимо этого, в качестве смеси одного или более типа простой соли МЕ81 солевого расплава и одного или более типа простой соли МТЕ81 солевого расплава может быть использована смесь одного или более типа простой соли, выбранного из группы, состоящей из ЫЕ81, Ν;·ιΕ8Ι, ΚΕ8Ι, КЬЕ81, СкЕ81, Ве(Е81)2, Мд(Е81)2, Са(Е81)2, 8τ(Ε8Ι)2 и Ва(Е81)2, и одного или более типа простой соли, выбранного из группы, состоящей из ЫТЕ81, №ТЕ81, КТЕ81, КЬТЕ81, СкТЕ81, Ве(ТЕ81)2, Мд(ТЕ81)2, Са(ТЕ81)2, 8т (ТЕ81)2 и Ва(ТЕ81)2.
Среди прочих, с точки зрения снижения рабочей температуры батареи, в качестве электролита предпочтительно используется солевой расплав бинарной системы, составленный из смеси ΝηΕ8Ι и ΚΕ8Ι (далее называемый солевым расплавом ΝηΕ8Ι-ΚΕ8Ι) или солевой расплав бинарной системы, составленный из смеси ΝηΕ8Ι и NаТЕ8I (далее называемый солевым расплавом ΝηΕ8Ι- №1ТЕ8Г').
В частности, молярное соотношение между катионами Ν;·ι и катионами К ((число молей катионов К)/(число молей катионов Ν;·ι + число молей катионов К)) в солевом расплаве ΝηΕ8Ι-ΚΕ8Ι предпочтительно составляет не менее 0,4 и не более 0,7, а более предпочтительно не менее 0,5 и не более 0,6. Если молярное соотношение между катионами Ν;·ι и катионами К ((число молей катионов К)/(число молей катионов Ν;·ι + число молей катионов К)) в солевом расплаве ΝηΕ8Ι-ΚΕ8Ι составляет не менее 0,4 и не более 0,7, а особенно не менее 0,5 и не более 0,6, то вероятно, что рабочая температура батареи может быть столь низкой, как 90°С или ниже.
Если в качестве электролита батареи используется солевой расплав, составленный из вышеприведенной смеси простых солей солевого расплава, то с точки зрения более низкой рабочей температуры батареи солевой расплав имеет состав, близкий к такому составу, при котором два или более типа расплавленной соли проявляют эвтектику (эвтектический состав), и солевой расплав наиболее предпочтительно имеет эвтектический состав.
Кроме этого, в электролите, состоящем из вышеприведенного солевого расплава, могут содержаться органические катионы. В этом случае вероятно, что электролит может обладать высокой удельной электропроводностью и рабочая температура батареи может быть низкой.
При этом, например, в качестве органических катионов могут использоваться катионы типа алкилимидазолия, такие как катионы 1-этил-3-метилимидазолия, катионы типа алкилпирролидиния, такие как катионы Ы-этил-М-метилпирролидиния, катионы типа алкилпиридиния, такие как катионы 1-метилпирридиния, и катионы типа четвертичного аммония, такие как катионы триметилгексиламмония, и подобные им.
Помимо этого, как показано на фиг. 1, например, в качестве положительного электрода 4 может быть использован электрод, сконструированный так, что металл или соединение металла 5 и проводящая добавка 6 надежно сцеплены друг с другом с помощью связующего 7.
При этом в качестве металла или соединения металла 5 могут быть использованы, например, металл или соединение металла, допускающие интеркаляцию М из солевого расплава, служащего электролитом, и среди прочих предпочтительно содержатся металл или соединение металла, выраженные нижеприведенной химической формулой (ΙΙ). В этом случае может быть получена батарея, обладающая превосходными циклическими характеристиками заряда и разряда и высокой плотностью энергии
ЫахМ1уМ2гМЗы (II)
В вышеприведенной химической формуле (ΙΙ) М1 представляет собой любой один тип из Ее, Т1, Сг и Мп, М2 представляет собой любой один из РО4 и 8, М3 представляет собой любой один из Е и О.
В вышеприведенной химической формуле (ΙΙ) доля х Ν;·ι в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<х<2, доля у М1 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<у<1, доля ζ М2 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<ζ<2, доля у М3 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<у<3, и удовлетворяются соотношение х+у>0 и соотношение ζ+ν>0.
Например, в качестве соединения металла, выраженного вышеприведенной химической формулой (ΙΙ), предпочтительно используют по меньшей мере один тип, выбранный из группы, состоящей из НаСтО2, Т182, ИаМпЕз, №ьЕеРО4Е, №1УРО4Е и Нао,44МпО2.
Среди прочих, в качестве соединения металла, выраженного вышеприведенной химической формулой (ΙΙ), предпочтительно используют №1СгО2. Если в качестве соединения металла 5 используется
- 4 019152
ЫаСгОг, то вероятно, что может быть получена батарея 1, обладающая превосходными циклическими характеристиками заряда и разряда и высокой плотностью энергии.
Кроме того, в качестве проводящей добавки 6 может быть использована добавка, выполненная из проводящего материала, практически без ограничений, однако, среди прочих используется проводящая ацетиленовая сажа. Если в качестве проводящей добавки 6 используется проводящая ацетиленовая сажа, то вероятно, что может быть получена батарея 1, обладающая превосходными циклическими характеристиками заряда и разряда и высокой плотностью энергии.
Кроме того, содержание проводящей добавки 6 в положительном электроде 4 составляет предпочтительно не более 40 мас.% положительного электрода, а более предпочтительно не менее 5 и не более 20 мас.%. Если содержание проводящей добавки 6 в положительном электроде 4 составляет не более 40 мас.%, в частности не менее 5 и не более 20 мас.%, то вероятно, что может быть получена батарея 1, обладающая превосходными циклическими характеристиками заряда и разряда и высокой плотностью энергии. Отмечается, что проводящая добавка 6 не должна обязательно содержаться в положительном электроде 4, если положительный электрод 4 обладает электропроводностью.
Кроме того, в качестве связующего 7 может быть использовано практически без ограничений любое связующее, способное надежно сцеплять металл или соединение металла 5 и проводящую добавку 6 друг с другом, однако среди прочих предпочтительно используется политетрафторэтилен (ПТФЭ). Если в качестве связующего 7 используется политетрафторэтилен (ПТФЭ), то вероятно, что соединение металла 5, состоящее из ЫаСгО2, и проводящая добавка 6, состоящая из ацетиленовой сажи, могут быть прочно сцеплены друг с другом.
Содержание связующего 7 в положительном электроде 4 предпочтительно составляет не более 40 мас.% положительного электрода 4, а более предпочтительно не менее 1 и не более 10 мас.%. Если содержание связующего 7 в положительном электроде 4 составляет не более 40 мас.%, в частности не менее 1 и не более 10 мас.%, то еще вероятнее, что металл или соединение металла 5 и проводящая добавка 6 могут быть надежно сцеплены друг с другом при соответствующей электропроводности положительного электрода 4. Отмечено, что связующее 7 не обязательно должно содержаться в положительном электроде 4.
Структурированная вышеуказанным образом батарея 1 может быть использована в качестве вторичной (перезаряжаемой) батареи, способной заряжаться и разряжаться посредством электродных реакций, показанных в нижеприведенных уравнениях (III) и (IV).
Отрицательный электрод 3: ΝαθΝα'+с- (направление вправо указывает реакцию разряда и направление влево указывает реакцию заряда) (III).
Положительный электрод 4: №1СгО2^х№1'+хе-+№11-,.:СгО2 (направление вправо указывает реакцию заряда и направление влево указывает реакцию разряда) (IV).
Альтернативно, батарея 1 может быть также использована в качестве первичной батареи (батареи первичных химических источников тока).
Выше была описана батарея 1, служащая в качестве электрического элемента (химического источника тока), однако, множество батарей 1, которые являются электрическими элементами, могут быть электрически соединены последовательно, тем самым образуя цепь, а множество таких цепей могут быть электрически соединены параллельно, тем самым образуя модуль.
Электрический элемент батареи 1, структурированной вышеуказанным образом, а также цепь и модуль электрических элементов могут подходящим образом применяться, например, в качестве устройства заряда и разряда электроэнергии в энергосистеме, которая будет описана дальше.
Энергосистема.
На фиг. 2 показана схематичная структура энергосистемы в варианте воплощения, представляющем одну примерную энергосистему в соответствии с настоящим изобретением с использованием батареи 1, показанной на фиг. 1.
При этом вторичные батареи 100а, 100Ь, 100с, 1006 и 100е, состоящие из электрических элементов (аккумуляторов) описанных выше батарей 1, или из цепей, или модулей, полученных электрическим соединением множества таких электрических элементов, используются каждая в качестве устройства заряда и разряда электроэнергии, вырабатываемой в энергосистеме согласно варианту воплощения, сконструированной так, как показано на фиг. 2.
Например, электрическая энергия, вырабатываемая при ветровой генерации электроэнергии на ветровой электростанции 10, которая является крупномасштабной ветряной станцией, подается от ветровой электростанции 10 по линии 21 к вторичной батарее 100а, которая заряжается по мере того, как она получает электроэнергию.
Затем электрическая энергия, запасенная во вторичной батарее 100а, разряжается (выдается) из вторичной батареи 100а и подается по линии 22 к линии 11 электропередач. После этого электрическая энергия передается от линии 11 электропередач по линии 23 на подстанцию 12, которая передает электроэнергию по линии 24 во вторичную батарею 100Ь. Вторичная батарея 100Ь заряжается по мере того, как она получает электроэнергию, переданную от подстанции 12 по линии 24.
- 5 019152
Помимо этого электрическая энергия, выработанная при фотоэлектрической генерации электроэнергии модульной солнечной батареей 18, имеющейся на станции, подается по линии 29 на вторичную батарею 100е, которая заряжается по мере того, как она получает электроэнергию.
Помимо этого электрическая энергия, выработанная при использовании топливного газа, аммиака, УОС (летучего органического соединения) или т.п. на газовой электростанции 20, имеющейся на этой станции, и электрическая энергия, выработанная в оборудовании 19 на топливных элементах, имеющемся вне этой станции, подаются по соответствующим линиям 26 и 27 на вторичную батарею 100е, которая заряжается по мере того, как она получает электроэнергию.
Затем электрическая энергия, запасенная во вторичной батарее 100е, разряжается (выдается) из вторичной батареи 100е по линии 28 и используется в качестве электрического питания 17 для эксплуатации станции.
Помимо этого электрическая энергия, запасенная во вторичной батарее 100Ь, разряжается (выдается) из вторичной батареи 100Ь по линии 25 и используется в качестве электрического питания 17 для эксплуатации станции или подается по линии 25 на вторичную батарею 100с, которая заряжается ею.
Помимо этого электрическая энергия, выработанная при фотоэлектрической генерации электроэнергии солнечным мегаоборудованием 13, которое является крупномасштабным оборудованием фотоэлектрической генерации электроэнергии, подается по линии 25 и используется в качестве электрического питания 17 для эксплуатации станции или подается по линии 25 на вторничную батарею 100с, которая заряжается ею.
Помимо этого электрическая энергия, запасенная во вторичной батарее 100с, разряжается (выдается) из вторичной батареи 100с по линии 30 на электрозаправочную станцию 14, которая заряжается ею. Электрическая энергия, накопленная в электрозаправочной станции 14, подается по линии 31 к автомобилю 15, такому как гибридный автомобиль или электромобиль, и используется в качестве электропитания для приведения автомобиля 15 в движение.
Помимо этого электрическая энергия, запасенная во вторичной батарее 100с, разряжается (выдается) из вторичной батареи 100с и подается по линии 32 на вторичную батарею 1006 внутри автомобиля 15, и вторичная батарея 1006 заряжается ею. Затем электрическая энергия, накопленная во вторичной батарее 1006, разряжается (выдается) из вторичной батареи 1006 и используется в качестве электропитания 16 для приведения автомобиля 15 в движение.
В энергосистеме, сконструированной так, как показано на фиг. 2, вторичные батареи 100а, 100Ь, 100с, 1006 и 100е, составленные из электрических элементов (аккумуляторов), цепей или модулей батарей 1, обеспечивающих высокую безопасность и высокую плотность энергии и работоспособных при низкой температуре, используются каждая в качестве устройства заряда и разряда электрической энергии.
Следовательно, энергосистема, включающая в себя такие вторичные батареи, также обеспечивает высокую безопасность и может вырабатывать большое количество электрической энергии для эффективного ее использования. Кроме того, поскольку не требуется продолжительного времени, такого как, например, несколько дней, до приведения энергосистемы в действие, может быть получена энергосистема, обладающая превосходными характеристиками.
В энергосистеме, сконструированной так, как показано на фиг. 2, по меньшей мере одна из линий 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 и 33 предпочтительно реализована с помощью сверхпроводящей линии, способной осуществлять сверхпроводящую передачу электрической энергии при высокой температуре. В этом случае вероятно, что выработанная электроэнергия может использоваться эффективно, поскольку потери при передаче электрической энергии могут быть эффективно предотвращены.
Примеры
Пример 1.
(ί) Изготовление электролита.
Вначале КРЫ (изготовленный фирмой ЭайсЫ Кодуо 8е1уаки Со., Ы6.) и ЫаС1О4 (изготовленный фирмой Л16пс11: чистота 98%) отмерили в заполненной атмосферой аргона перчаточной камере так, чтобы их количества в молях были равны, а после этого каждый из КРЫ и ИаС1О4 растворили в ацетонитриле и перемешивали в течение 30 мин для смешения и реакции, показанной в следующем химическом уравнении (V).
ΚΓ3Ι + МаС1О4 -» ЫаРЗ! + КС1О4 (V)
Затем КС1О4, выпавший в осадок в растворе после вышеприведенной реакции, удаляли с помощью вакуумной фильтрации, после чего раствор после удаления КС1О4 вводили в вакуумный контейнер, изготовленный из пирекса (товарный знак), который откачивали с использованием вакуумного насоса в течение двух дней при 333 К для удаления ацетонитрила.
Затем добавили тионилхлорид к полученному после удаления ацетонитрила веществу, которое перемешивали в течение 3 ч для реакции, показанной в следующем химическом уравнении (VI), с целью удаления влаги.
Н2О + ЗОС12 -» 2НС1 + ЗО2 (VI)
- 6 019152
После этого проводили трехкратную промывку дихлорметаном для удаления тионилхлорида, а затем полученное после удаления тионилхлорида вещество вводили в трубку из перфорированного сополимера (РЕА), которую откачивали с использованием вакуумного насоса в течение двух дней при 323 К для удаления дихлорметана. Таким образом был получен белый порошковый ИаЕ8Т
Затем полученные вышеуказанным образом порошки ЫаЕ81 и порошки КЕ81 (изготовленные фирмой Όαίίοΐιί Кодуо 8е1уаки Со., Ыб.) отмерили в заполненной атмосферой аргона перчаточной камере так, что молярное соотношение между ИаЕЫ и КЕ81 устанавливали равным ЫаЕ81:КЕ81=0,45:0,55, и смешивали их вместе для того, чтобы тем самым приготовить порошковую смесь. После этого порошковую смесь нагревали до 57°С или выше, что является температурой плавления порошковой смеси, с тем, чтобы расплавить ее, таким образом получив солевой расплав ИаЕ81-КЕ81.
(ίί) Изготовление положительного электрода.
Вначале Иа2СО3 (изготовленный фирмой \Уако Риге Сйет1са1 1пби81пе8, Ыб.) и Сг2О3 (изготовленный фирмой \Уако Риге Сйет1са1 1пби81т1е8, Ыб.) смешивали в молярном соотношении 1:1, а затем смесь формовали в форме гранул и отжигали в потоке аргона в течение пяти часов при температуре 1223 К, для получения тем самым ИаСтО2.
Затем ИаСтО2, полученный вышеуказанным образом, ацетиленовую сажу и ПТФЭ смешивали и разминали в массовом соотношении 80:15:5, а после этого проводили их соединение прессованием на А1ую сетку для изготовления тем самым положительного электрода.
(ш) Изготовление батареи.
Вначале положительный электрод, изготовленный вышеуказанным образом, устанавливали на нижнюю ванну, причем сторона положительного электрода с алюминиевой сеткой обращена к нижней ванне, выполненной из А1.
Затем стеклянную сетку погружали в изготовленный вышеуказанным образом солевой расплав ИаЕ81-КЕ81 в заполненной атмосферой аргона перчаточной камере для того, чтобы установить пропитанную солевым расплавом ИаЕ81-КЕ81 стеклянную сетку на положительный электрод.
Затем на вышеуказанную стеклянную сетку устанавливали отрицательный электрод, выполненный из металлического натрия, а на отрицательный электрод устанавливали верхнюю крышку, выполненную из нержавеющей стали.
После этого использовали болт и гайку для скрепления верхней крышки и нижней ванны, чтобы тем самым изготовить батарею согласно примеру 1.
(ίν) Оценка.
Изготовленную вышеуказанным образом батарею согласно примеру 1 подвергали испытаниям на заряд и разряд за 10 циклов при в таких условиях, как рабочая температура 80°С, начальное напряжение заряда 2,5 В и начальное напряжение разряда 3,5 В, и измерили разрядную емкость после 10 циклов. Результаты приведены в табл. 1. На фиг. 3 схематически показаны кривые заряда и разряда для иллюстрации начального напряжения заряда, начального напряжения разряда и разрядной емкости соответственно.
Как показано в табл. 1, разрядная емкость батареи согласно примеру 1 после 10 циклов составила 74 мА-ч/г.
Пример 2.
Батарею согласно примеру 2 изготовили так же, как в примере 1, за исключением того, что ИаСтО2 для положительного электрода заменили имеющимся в продаже Τίδ2.
Батарею согласно примеру 2 подвергли испытаниям на заряд и разряд за 10 циклов при таких условиях, как рабочая температура 80°С, начальное напряжение заряда 1,9 В и начальное напряжение разряда 2,4 В, и измерили разрядную емкость после 10 циклов. Результаты приведены в табл. 1.
Как показано в табл. 1, разрядная емкость батареи согласно примеру 2 после 10 циклов составила 115 мА-ч/г.
Пример 3.
Батарею согласно примеру 3 изготовили так же, как в примере 1, за исключением того, что ИаСтО2 для положительного электрода заменили имеющимся в продаже ЕеЕ3.
Батарею согласно примеру 3 подвергли испытаниям на заряд и разряд за 10 циклов при таких условиях, как рабочая температура 80°С, начальное напряжение заряда 2,7 В и начальное напряжение разряда 4,1 В и измерили разрядную емкость после 10 циклов. Результаты приведены в табл. 1.
Как показано в табл. 1, разрядная емкость батареи согласно примеру 3 после 10 циклов составила 125 мА-ч/г.
Пример 4.
Батарею согласно примеру 4 изготовили так же, как в примере 1, за исключением того, изготовили солевой расплав ИаЕ81-ИаТЕ81 с использованием порошков ИаТЕ81 вместо порошков КЕ81 и использовали этот солевой расплав ИаЕ81-ИаТЕ81 вместо солевого расплава ИаЕ81-КЕ81. Отмечено, что способ изготовления порошков ИаТЕЫ будет описан позже.
Батарею согласно примеру 4 подвергли испытаниям на заряд и разряд за 10 циклов при таких условиях, как рабочая температура 80°С, начальное напряжение заряда 2,5 В и начальное напряжение разряда
- 7 019152
3,5 В, и измерили разрядную емкость после 10 циклов. Результаты приведены в табл. 1.
Как показано в табл. 1, разрядная емкость батареи согласно примеру 4 после 10 циклов составила 76 мА-ч/г.
Как показано в табл. 1, подтверждено, что батареи согласно примерам 1-4 являлись батареями, обеспечивающими высокую плотность энергии при столь низкой рабочей температуре, составляющей 80°С.
Помимо этого, батареи согласно примерам 1-4 обеспечивали высокую безопасность, поскольку в качестве электролита были использованы негорючие солевой расплав ΝαΡ8Ι-ΚΡ8Ι или солевой расплав ΝαΡδΙ-ΝαΤΡδΙ.
Таблица 1
Электрод Испытание на заряд и разряд
Электролит (солевой расплав) Положительный электрод Отрицательный электрод Рабочая температура Начальное напряжение заряда (В) Начальное напряжение разряда (В) Разрядная емкость (μΆ·μ/γ)
Материал Молярное соотноше- ние Температу- ра плавления Соединение металла Материал
Пример 1 Солевой расплав Ыагз1-кг51 ЦаГ51:КГ31 0,45:0,55 57°С ЦаСгО2 Ца 80°С 2, 5 3, 5 74
Пример 2 Солевой расплав ЦаГ31-КГ31 ИаГ51:КГ51 0,45:0,55 57°С Τί32 Ка 80°С 1, 9 2, 4 115
Пример 3 Солевой расплав МаГЗКхсЗ! ИаГЗ!:КГ51 0,45:0,55 57°С ГеЕ3 Ка 80°С 2, 7 4, 1 125
Пример 4 Солевой расплав N3^31- МаТГЗ! КаЕ51:ЦаТЕ 31 = 0,8:0,2 49°С КаСгО2 Ка 80°С 2, 5 3,5 76
Пример 5.
(ί) Изготовление электролита.
Вначале ΗΤΡδΙ (изготовленный фирмой Мотйа С.’11С1шса1 ИчйиЧпсз Со., Ый.: чистота 99% или выше) и №ьС.’О3 (изготовленный фирмой \Уако Риге О11С1шеа1 1ийи51пе5, Ый.: чистота 99,5%) отмерили в заполненной атмосферой аргона перчаточной камере так, что молярное соотношение между ΗΤΡδΙ и Ν;·ι2ΟΌ3 было установлено равным ΗΤΡδΙ: №2СО3 = 2:1, а после этого каждый из ΗΤΡδΙ и Ν;·ι2ΟΌ3 растворяли в этаноле и перемешивали в течение 30 мин для смешения и реакции, показанной в следующем химическом уравнении (УН).
2ΗΤΓ5Ι + Иа2СО3 -» 2ЫаТР31 + СО2 + Н2О (VII)
После этого проводили предварительное удаление этанола перемешиванием этой смеси в течение нескольких часов с использованием роторного испарителя. Полученное в результате вещество вводили в вакуумный контейнер, изготовленный из пирекса (товарный знак), который затем откачивали в течение 24 ч при 353 К, в течение 24 ч при 373 К и в течение 24 ч при 403 К с использованием вакуумного насоса для удаления этанола высушиванием, таким образом получая порошковый №ТР8Т
Тем временем ΗΤΡ8Ι (изготовленный фирмой Мотйа Οίκιηίοαΐ Шйизйтез Со., Ый.: чистота 99% или выше) и Сз2СО3 (изготовленный фирмой А1йг1сП: чистота 99,9%) отмерили в заполненной атмосферой аргона перчаточной камере так, что молярное соотношение между ΗΤΡ8Ι и Сз2СО3 было установлено равным ΗΤΡδI:С82СО3=2:1, а после этого каждый из ΗΤΡ8Ι и Сз2СО3 растворяли в этаноле и перемешивали в течение 30 мин для смешения и реакции, показанной в следующем химическом уравнении (УШ):
2ΗΤΓ3Ι + Сз2СО3 -> 2СЗТР31 + СО2 + Н2О (VIII)
После этого проводили предварительное удаление этанола перемешиванием этой смеси в течение нескольких часов с использованием роторного испарителя. Полученное в результате вещество вводили в вакуумный контейнер, изготовленный из пирекса (товарный знак), который затем откачивали в течение 24 ч при 353 К, в течение 24 ч при 373 К и в течение 24 ч при 403 К с использованием вакуумного насоса для удаления этанола высушиванием, таким образом получая порошковый Ο'δΤΡδΙ.
После этого полученные вышеуказанным образом порошки Ν;·ιΤΡ8Ι и порошки Ο'δΤΡδΙ отмерили в заполненной атмосферой аргона перчаточной камере так, что молярное соотношение между Ν;·ιΤΡ8Ι и Ο'δΤΡδΙ устанавливали равным ΝηΤΡ8Ι:08ΤΡ8Ι=0,1:0,9, и смешивали их вместе для того, чтобы тем самым приготовить порошковую смесь. После этого порошковую смесь нагревали до 110°С или выше, что является температурой плавления порошковой смеси, с тем, чтобы расплавить ее, таким образом изготавливая солевой расплав ΝαΤΡδΙ-Ο’δΤΡδΙ.
(ίί) Изготовление положительного электрода.
- 8 019152
Как и в примере 1, ЫаСгО2, ацетиленовую сажу и ПТФЭ смешивали и разминали в массовом соотношении 80:15:5, а после этого проводили их соединение прессованием на алюминиевую сетку для изготовления тем самым положительного электрода.
(ίίί) Изготовление батареи.
Вначале положительный электрод, изготовленный вышеуказанным образом, устанавливали на нижнюю ванну, причем сторона положительного электрода с алюминиевой сеткой была обращена к нижней ванне, выполненной из А1.
Затем стеклянную сетку погружали в изготовленный вышеуказанным образом солевой расплав №1ТРЫ-С.'5ТРЫ в заполненной атмосферой аргона перчаточной камере для того, чтобы установить пропитанную солевым расплавом ИаТР§1-С8ТР§1 стеклянную сетку на положительный электрод.
Затем на вышеуказанную стеклянную сетку устанавливали отрицательный электрод, выполненный из металлического натрия, а на отрицательный электрод устанавливали верхнюю крышку, выполненную из нержавеющей стали.
После этого использовали болт и гайку для скрепления верхней крышки и нижней ванны, тем самым изготовив батарею согласно примеру 5.
(ίν) Оценка.
Изготовленную вышеуказанным образом батарею согласно примеру 5 подвергли испытаниям на заряд и разряд за 10 циклов при таких условиях, как рабочая температура 150°С, начальное напряжение заряда 2,3 В и начальное напряжение разряда 3,1 В, и измерили разрядную емкость после 10 циклов. Результаты приведены в табл. 2. На фиг. 3 схематически показаны кривые заряда и разряда для иллюстрации начального напряжения заряда, начального напряжения разряда и разрядной емкости соответственно.
Как показано в табл. 2, разрядная емкость батареи согласно примеру 5 после 10 циклов составила 100 мА-ч/г.
Пример 6.
Батарею согласно примеру 6 изготовили так же, как и в примере 5, за исключением того, что №1СгО2 для положительного электрода заменили имеющимся в продаже Т1§2.
Затем батарею согласно примеру 6 подвергли испытаниям на заряд и разряд за 10 циклов при таких условиях, как рабочая температура 150°С, начальное напряжение заряда 1,8 В и начальное напряжение разряда 2,5 В, и измерили разрядную емкость после 10 циклов. Результаты приведены в табл. 2.
Как показано в табл. 2, разрядная емкость батареи согласно примеру 6 после 10 циклов составила 125 мА-ч/г.
Пример 7.
Батарею согласно примеру 7 изготовили так же, как и в примере 5, за исключением того, что №1СгО2 для положительного электрода заменили имеющимся в продаже РеР3.
Затем батарею согласно примеру 7 подвергли испытаниям на заряд и разряд за 10 циклов при таких условиях, как рабочая температура 150°С, начальное напряжение заряда 2,6 В и начальное напряжение разряда 4,0 В, и измерили разрядную емкость после 10 циклов. Результаты приведены в табл. 2.
Как показано в табл. 2, разрядная емкость батареи согласно примеру 7 после 10 циклов составила 135 мА-ч/г.
Как показано в табл. 2, было подтверждено, что батареи согласно примерам 5-7 являлись батареями, обеспечивающими высокую плотность энергии при столь низкой рабочей температуре, составляющей 150°С.
Помимо этого батареи согласно примерам 5-7 обеспечили высокую безопасность, поскольку в качестве электролита был использован негорючий солевой расплав ИаТР§1-С8ТР§1.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно описано и проиллюстрировано выше, надо ясно понимать, что это сделано только в качестве иллюстрации и примера и не должно рассматриваться в качестве ограничения объема настоящего изобретения, интерпретируемого в терминах прилагаемой формулы изобретения.
- 9 019152
Таблица 2
Электрод Испытание на заряд и разряд
Электролит (солевой расплав) Положительный электрод Отрицатель- ный электрод Рабочая температу- ра Начальное напряжение заряда (В) Начальное напряжение разряда (В) Разрядная емкость (мА-ч/г)
Материал Молярное соотношение Температура плавления Соединение металла Материал
Пример 5 Солевой расплав МаТГ51- СзТГ31 ЫаТЕ51:СзТГ 51=0,1:0,9 110°С КаСгО2 Ка 150°С 2, 3 3,1 100
Пример 6 Солевой расплав МаТЕ51- СзТЕ51 ЫаТГ31:СзТГ 51=0,1:0,9 110°С Τί32 Ка 150°С 1,8 2/5 125
Пример 7 Солевой расплав ИаТЕ31- СзТГЗ! НаТГ51:СзТГ 81=0,1:0,9 110°С ЕеГ3 Ца 150°С 2, 6 4,0 135
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims (5)

1. Батарея (1), включающая в себя положительный электрод (4);
отрицательный электрод (3), главным образом состоящий из натрия; и электролит, находящийся между упомянутым положительным электродом (4) и упомянутым отрицательным электродом (3), причем упомянутый электролит является солевым расплавом, содержащим анионы, выраженные нижеприведенной химической формулой (I), и катионы металла (I)
К1 и К2 в упомянутой химической формуле (I) независимо представляют собой атом фтора или трифторметил, а упомянутые катионы металла содержат: (ί) по меньшей мере один тип катионов щелочного металла, (и) по меньшей мере один тип катионов щелочно-земельного металла или (ш) по меньшей мере один тип катионов щелочного металла и по меньшей мере один тип катионов щелочно-земельного металла, при этом упомянутый положительный электрод (4) содержит металл или соединение металла, выраженное нижеприведенной химической формулой (II) причем в упомянутой химической формуле (II)
М1 выбран из Бе, Τι, Сг и Мп,
М2 выбран из РО4 и 8,
М3 выбран из Б и О, доля х Να в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<х<2, доля у М1 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<у< 1, доля ζ М2 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<ζ<2, доля \ν М3 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<\у<3, и удовлетворяются соотношение х+у>0 и соотношение ζ+ν>0.
2. Батарея по п.1, при этом упомянутый положительный электрод (4) дополнительно содержит проводящую добавку.
3. Батарея по п.1, при этом упомянутый положительный электрод (4) дополнительно содержит связующее.
4. Батарея по п.1, при этом упомянутыми катионами металла являются ионы калия и/или ионы натрия.
5. Энергосистема, включающая в себя устройство генерации электроэнергии (10, 13, 18, 19, 20) для выработки электрической энергии; вторичную батарею (100а, 100Ь, 100с, 1006, 100е), способную заряжаться электрической энергией, выработанной упомянутым устройством генерации электроэнергии (10, 13, 18, 19, 20), и способную разряжаться запасенной электрической энергией; и линию (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33) для электрического соединения упомянутого
- 10 019152 устройства генерации электроэнергии (10, 13, 18, 19, 20) и упомянутой вторичной батареи (100а, 100Ь, 100с, 1006, 100е) друг с другом, причем упомянутая вторичная батарея (100а, 100Ь, 100с, 1006, 100е) включает в себя положительный электрод (4), отрицательный электрод (3), главным образом состоящий из натрия, и электролит, находящийся между упомянутым положительным электродом (4) и упомянутым отрицательным электродом (3), причем упомянутый электролит является солевым расплавом, содержащим анионы, выраженные нижеприведенной химической формулой (I), и катионы металла
О ^5 «!
Я2 (I)
К1 и К2 в упомянутой химической формуле (I) независимо представляют собой атом фтора или трифторметил, а упомянутые катионы металла содержат: (ί) по меньшей мере один тип катионов щелочного металла, (ίί) по меньшей мере один тип катионов щелочно-земельного металла или (ίίί) по меньшей мере один тип катионов щелочного металла и по меньшей мере один тип катионов щелочно-земельного металла, при этом упомянутый положительный электрод (4) содержит металл или соединение металла, выраженное нижеприведенной химической формулой (II)
ЫахМ1уМ22МЗы ... (II) , причем в упомянутой химической формуле (II)
М1 выбран из Ее, Τί, Сг и Мп,
М2 выбран из РО4 и 8,
М3 выбран из Е и О, доля х Να в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<х<2, доля у М1 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<у< 1, доля ζ М2 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<ζ<2, доля \ν М3 в составе является действительным числом, удовлетворяющим соотношению 0<ν<3, и удовлетворяются соотношение х+у>0 и соотношение ζ+ν>0.
EA201000368A 2009-09-28 2010-03-22 Батарея и энергосистема EA019152B1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009222854 2009-09-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201000368A1 EA201000368A1 (ru) 2011-04-29
EA019152B1 true EA019152B1 (ru) 2014-01-30

Family

ID=43795674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201000368A EA019152B1 (ru) 2009-09-28 2010-03-22 Батарея и энергосистема

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20120058393A1 (ru)
EP (1) EP2485317B1 (ru)
JP (1) JP5670339B2 (ru)
KR (1) KR101684718B1 (ru)
CN (1) CN102511106A (ru)
CA (1) CA2775284C (ru)
EA (1) EA019152B1 (ru)
WO (1) WO2011036907A1 (ru)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011187226A (ja) * 2010-03-05 2011-09-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池用負極前駆体材料の製造方法、電池用負極前駆体材料、及び電池
EP2557613A1 (en) 2010-04-06 2013-02-13 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for producing separator, method for manufacturing molten salt battery, separator, and molten salt battery
JP5516002B2 (ja) 2010-04-16 2014-06-11 住友電気工業株式会社 溶融塩電池のケースおよび溶融塩電池
US10056651B2 (en) 2010-11-05 2018-08-21 Field Upgrading Usa, Inc. Low temperature secondary cell with sodium intercalation electrode
US10020543B2 (en) 2010-11-05 2018-07-10 Field Upgrading Usa, Inc. Low temperature battery with molten sodium-FSA electrolyte
JP5779050B2 (ja) * 2010-11-30 2015-09-16 住友電気工業株式会社 溶融塩電池
JP5775330B2 (ja) * 2011-03-02 2015-09-09 住友電気工業株式会社 溶融塩電池
JP2012243924A (ja) * 2011-05-19 2012-12-10 Sumitomo Electric Ind Ltd キャパシタ
JP5810823B2 (ja) * 2011-10-19 2015-11-11 住友電気工業株式会社 ナトリウム溶融塩電池用電極、ナトリウム溶融塩電池および、およびナトリウム溶融塩電池の使用方法
JPWO2014030561A1 (ja) * 2012-08-21 2016-07-28 住友電気工業株式会社 溶融塩組成物及びその溶融塩組成物を用いた二次電池
JP2014137938A (ja) * 2013-01-17 2014-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 溶融塩電池、及び電源システム
JP6570509B2 (ja) 2013-03-13 2019-09-04 フィールド アップグレーディング ユーエスエー・インク ナトリウム挿入電極を有する低温二次電池
EP2973832B1 (en) * 2013-03-13 2019-04-24 Field Upgrading USA, Inc. Low temperature battery with molten sodium-fsa electrolyte
JP6077929B2 (ja) * 2013-05-20 2017-02-08 日本電信電話株式会社 ナトリウム二次電池
JP6510501B2 (ja) 2013-06-06 2019-05-08 フィールド アップグレーディング ユーエスエー・インク 低粘度／高ナトリウム伝導性ハロアルミネート電解質
KR102363506B1 (ko) * 2013-10-25 2022-02-17 에스케이이노베이션 주식회사 나트륨 이차전지
US9553336B2 (en) 2013-11-15 2017-01-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Power supply system for well
US10170795B2 (en) * 2014-09-10 2019-01-01 Battelle Memorial Institute Electrolyte for high efficiency cycling of sodium metal and rechargeable sodium-based batteries comprising the electrolyte
EP3010079B1 (en) * 2014-10-14 2017-03-08 Fundación Centro de Investigación Cooperativa de Energías Alternativas, CIC Energigune Fundazioa Sodium battery with ceramic electrolyte
JP2018511922A (ja) 2015-04-17 2018-04-26 フィールド アップグレイディング ユーエスエイ インコーポレイテッド ナトリウムイオン伝導性セラミックセパレータを有するナトリウムアルミニウム電池
TWI570989B (zh) 2015-08-21 2017-02-11 財團法人工業技術研究院 電解液組合物、與鈉二次電池
RU2639458C2 (ru) * 2015-08-24 2017-12-21 Евгений Валерьевич Николаев Автономная энергетическая установка
US10566659B1 (en) * 2018-12-14 2020-02-18 Ses Holdings Pte. Ltd. Eutectic mixtures containing alkali-metal sulfonimide salts, and electrochemical devices utilizing same
CN109734069A (zh) * 2019-01-08 2019-05-10 广西卡耐新能源有限公司 一种钠离子二次电池用高电压正极材料，制备方法，电极及钠离子二次电池
EP4415101A1 (en) * 2021-10-06 2024-08-14 Soulbrain Co., Ltd. Electrolyte and secondary battery comprising same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2110118C1 (ru) * 1992-10-14 1998-04-27 Нэшнл Пауэр Пи-Эл-Си Электрохимическое устройство для аккумулирования и/или подачи энергии с контролем величины рн
JP2007273297A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Ngk Insulators Ltd ナトリウム−硫黄電池
JP2009067644A (ja) * 2007-09-14 2009-04-02 Kyoto Univ 溶融塩組成物及びその利用

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4003753A (en) * 1976-03-15 1977-01-18 Rockwell International Corporation Electrode structure for electrical energy storage device
US4223080A (en) * 1979-05-11 1980-09-16 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Cell and fuel cell electrodes having poly(phosphazene) binder
US4753858A (en) * 1985-07-18 1988-06-28 Allied-Signal Inc. Rechargeable sodium alloy anode
US5168020A (en) * 1985-07-18 1992-12-01 Allied-Signal Inc. Rechargeable sodium alloy anode
JPS6362465A (ja) * 1986-09-03 1988-03-18 Toshiba Corp 画像表示装置
US5558961A (en) * 1994-06-13 1996-09-24 Regents, University Of California Secondary cell with orthorhombic alkali metal/manganese oxide phase active cathode material
JP2000223148A (ja) * 1999-01-27 2000-08-11 Hitachi Ltd ナトリウム―硫黄電池及びその製造方法、並びにその用途
JP4395925B2 (ja) * 1999-06-29 2010-01-13 ソニー株式会社 非水電解質電池
JP2001155731A (ja) * 1999-11-26 2001-06-08 Hitachi Maxell Ltd 二次電池
CA2442257C (en) * 2001-04-06 2013-01-08 Valence Technology, Inc. Sodium ion batteries
US20090220838A9 (en) * 2002-04-04 2009-09-03 Jeremy Barker Secondary electrochemical cell
JP4404564B2 (ja) * 2003-03-25 2010-01-27 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池、正極活物質
US8257868B2 (en) * 2005-03-23 2012-09-04 Kyoto University Molten salt composition and use thereof
CN101176225A (zh) * 2005-03-28 2008-05-07 威伦斯技术公司 二次电化学电池
KR100822013B1 (ko) * 2005-04-15 2008-04-14 주식회사 에너세라믹 불소화합물코팅 리튬이차전지 양극 활물질 및 그 제조방법
EP2093821A4 (en) * 2006-11-17 2013-03-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd CATHODE ACTIVE MATERIAL FOR NONAQUEOUS ELECTROLYTE BATTERY, AND PROCESS FOR PRODUCING CATHODE ACTIVE MATERIAL FOR NONAQUEOUS ELECTROLYTE BATTERY
JP5091517B2 (ja) * 2007-03-28 2012-12-05 国立大学法人九州大学 フッ化物正極作製法
US20080213674A1 (en) * 2007-02-24 2008-09-04 Ngk Insulators, Ltd. Secondary battery
JP2009129702A (ja) * 2007-11-22 2009-06-11 Sumitomo Chemical Co Ltd ナトリウム・マンガン複合金属酸化物およびその製造方法、ならびにナトリウム二次電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2110118C1 (ru) * 1992-10-14 1998-04-27 Нэшнл Пауэр Пи-Эл-Си Электрохимическое устройство для аккумулирования и/или подачи энергии с контролем величины рн
JP2007273297A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Ngk Insulators Ltd ナトリウム−硫黄電池
JP2009067644A (ja) * 2007-09-14 2009-04-02 Kyoto Univ 溶融塩組成物及びその利用

Also Published As

Publication number Publication date
US20120058393A1 (en) 2012-03-08
EA201000368A1 (ru) 2011-04-29
EP2485317A1 (en) 2012-08-08
CA2775284C (en) 2018-09-04
JP5670339B2 (ja) 2015-02-18
EP2485317A4 (en) 2013-06-05
KR20120064651A (ko) 2012-06-19
CA2775284A1 (en) 2011-03-31
JPWO2011036907A1 (ja) 2013-02-14
KR101684718B1 (ko) 2016-12-08
CN102511106A (zh) 2012-06-20
EP2485317B1 (en) 2020-04-22
WO2011036907A1 (ja) 2011-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA019152B1 (ru) Батарея и энергосистема
US8828575B2 (en) Aqueous electrolyte lithium sulfur batteries
US8828574B2 (en) Electrolyte compositions for aqueous electrolyte lithium sulfur batteries
KR101852223B1 (ko) 용융염 전지
Haas et al. Electrochemical energy storage
KR20110084980A (ko) 수용성 애노드를 가진 하이브리드 전기화학 발생기
KR20180080228A (ko) 재충전가능 알루미늄 이온 배터리
Zhu et al. Highly safe and stable lithium–metal batteries based on a quasi-solid-state electrolyte
JP4380265B2 (ja) 水系リチウム二次電池
CN106920989B (zh) 一种铜硒化合物为负极材料的钠离子电池
Pahari et al. Are Na-ion batteries nearing the energy storage tipping point?–Current status of non-aqueous, aqueous, and solid-sate Na-ion battery technologies for sustainable energy storage
US20130288153A1 (en) Sodium-Sulfur Battery
EP3044824B1 (en) High temperature sodium battery with high energy efficiency
CN110112473A (zh) 一种高盐浓度水溶液钾-钠混合离子电池和应用
Guo Nanostructures and Nanomaterials for Batteries
Goodenough Batteries and a sustainable modern society
Nitta et al. Development of molten salt electrolyte battery
CN105765780A (zh) 高容量碱金属/氧化剂电池
CN107078336A (zh) Na‑FeCl2 ZEBRA型电池
US9620815B2 (en) Electrolyte additives for transition metal cyanometallate electrode stabilization
Xiong et al. A room-temperature rechargeable dual-plating lithium–aluminium battery
Al-Salih Design, Development and Structure of Liquid and Solid Electrolytes for Lithium Batteries
Gallagher Electrochemical Reactions in Aqueous Batteries with Anionic Charge Carriers
CN108711637A (zh) 一种固态电池电解质材料生成方法
JP2005071665A (ja) 水系リチウム二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment