ES2388209T3 - Dispositivo de almacenamiento de energía y procedimiento asociado - Google Patents

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ES2388209T3 ES09172049T ES09172049T ES2388209T3 ES 2388209 T3 ES2388209 T3 ES 2388209T3 ES 09172049 T ES09172049 T ES 09172049T ES 09172049 T ES09172049 T ES 09172049T ES 2388209 T3 ES2388209 T3 ES 2388209T3
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Sakethraman Mahalingam
Lembit Salasoo
Kenneth Walter Browall
Ajit Wasant Kane
Ashalatha Devarajan
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Abstract

Un dispositivo de almacenamiento de energía, que comprende:un separador que tiene una primera superficie que define al menos una porción de una cámara catódica y unasegunda superficie que define una cámara anódica, estando la cámara catódica dispuesta para comprender, en uso,un haluro de metal alcalino dispuesto para formar un ión capaz de conducción por el separador yestando el volumen de la cámara anódica para ser llenado, en uso, con un fluido consumible en una cantidad mayorque el 90 por ciento en volumen y el fluido consumible es reactivo con una especie iónica del haluro de metalalcalino.

Description

Dispositivo de almacenamiento de energía y procedimiento asociado
Antecedentes
Campo técnico
La invención incluye realizaciones que se refieren a un cierre para un dispositivo de almacenamiento de energía. Lainvención incluye realizaciones que se refieren a un procedimiento de cierre de una celda electroquímica.
Discusión de la técnica anterior
Se ha emprendido trabajo de desarrollo en baterías/celdas recargables de alta temperatura usando sodio para loselectrodos negativos. El ánodo de sodio líquido está separado de un cátodo por un electrolito sólido conductor deiones sodio y cerrado uno del otro a presión atmosférica. El material adecuado para electrolito sólido incluye betaalúmina y beta" alúmina, conocido como electrolito separador de beta alúmina (BASE). Mientras se carga y descargala celda, los volúmenes de los compartimentos/cámaras del ánodo y el cátodo cambian debido al paso de ionessodio por el separador y así los niveles de presión en los dos electrodos. El cambio en los niveles de presión enambos lados del separador durante la carga y descarga reduce la fiabilidad y la vida del separador debido a fatiga.También, la transferencia iónica puede causar una degradación del separador. Esto puede dar como resultado agrietamiento del separador que puede causar fallo de la celda.
Puede ser deseable tener un dispositivo de almacenamiento de energía que difiera de los que están disponibles enla actualidad. Puede ser deseable tener un procedimiento de cierre de una celda electroquímica que difiera de losprocedimientos que están disponibles en la actualidad.
Breve descripción
Según una realización de la invención, se proporciona un dispositivo de almacenamiento de energía. El dispositivode almacenamiento de energía incluye un separador que tiene una primera superficie y una segunda superficie. Laprimera superficie define al menos una porción de una cámara catódica y la segunda superficie define una cámaraanódica. La cámara catódica se dispone para que incluya, en su uso, un haluro de metal alcalino que forme un iónque sea capaz de conducción por el separador. La cámara anódica tiene un volumen que se dispone para que sellene, en su uso, con un fluido consumible. La cantidad del fluido consumible es, en su uso, mayor que 90 por cientoen volumen del volumen de la cámara anódica. Además, el fluido consumible es reactivo con una especie iónica delhaluro de metal alcalino.
El fluido consumible puede ser oxígeno.
Al menos una de, la cámara catódica o la cámara anódica, se puede cerrar bajo vacío parcial en relación con lapresión estándar. La cámara anódica se puede llenar con un fluido que sea mayor que 90 por ciento en peso.
Según una realización de la invención, se proporciona un procedimiento para conformar (cerrar) un dispositivo dealmacenamiento de energía. El procedimiento incluye llenar una cámara anódica con un fluido consumible. El fluidoconsumible se consume durante el funcionamiento del dispositivo. El procedimiento incluye cargar el dispositivo dealmacenamiento de energía y reducir una presión en la cámara anódica en la reacción del fluido consumible en unestado físico fluido o sólido.
Descripción detallada
La invención incluye realizaciones que se refieren a un dispositivo de almacenamiento de energía que tiene unacámara interna cerrada. La invención incluye realizaciones que se refieren a un procedimiento de cierre de una celda electroquímica en el dispositivo de almacenamiento de energía.
Como se usa en la presente memoria, material catódico es el material que suministra electrones durante la carga y está presente como parte de una reacción rédox. El material anódico acepta electrones durante la carga y estápresente como parte de la reacción rédox. Se puede aplicar lenguaje de aproximación, como se usa en la presentememoria por toda la memoria descriptiva y las reivindicaciones, para modificar cualquier representación cuantitativaque pueda variar de manera admisible sin dar como resultado un cambio en la función básica a la que puede estarrelacionado. De acuerdo con esto, un valor modificado por un término tal como "aproximadamente" no está limitado al valor preciso especificado. En algunos casos, el lenguaje de aproximación puede corresponder a la precisión deun instrumento para medir el valor.
Según una realización de la invención, se proporciona un dispositivo de almacenamiento de energía. El dispositivode almacenamiento de energía comprende un separador que tiene una primera superficie y una segunda superficie.La primera superficie define al menos una porción de una cámara catódica y la segunda superficie define unacámara anódica. La cámara catódica comprende un haluro de metal alcalino que forma un ión que es capaz deconducción por el separador. La cámara anódica tiene un volumen que se llena con un fluido consumible. Lacantidad del fluido consumible es mayor que 90 por ciento en volumen del volumen de la cámara anódica. Además,el fluido consumible es reactivo con una especie iónica del haluro de metal alcalino.
El separador está dispuesto dentro de una caja. El separador puede tener un perfil transversal normal al eje que esun círculo, un triángulo, un cuadrado, una cruz o una estrella.
El separador es un electrolito sólido conductor de iones de metal alcalino que conduce iones de metal alcalinodurante su uso. Los materiales adecuados para los separadores pueden incluir una beta’-alúmina de metal alcalino,beta”-alúmina de metal alcalino, beta’-galato de metal alcalino o beta”-galato de metal alcalino. En una realización, elseparador incluye una beta alúmina. En una realización, una porción del separador es alfa alúmina y otra porción delseparador es beta alúmina. La alfa alúmina puede ser relativamente más susceptible de unión (por ejemplo, uniónpor compresión) que la beta alúmina y puede ayudar al cierre y/o fabricación del dispositivo de almacenamiento de energía.
El separador se puede estabilizar por la adición de pequeñas cantidades de, pero no se limita a, litia, magnesia,óxido de cinc, itria u óxidos similares. Estos estabilizantes se pueden usar solos o combinados entre sí o con otrosmateriales. El separador, a veces referido como electrolito separador de beta alúmina (BASE) puede incluir uno omás dopantes. Los dopantes adecuados pueden incluir óxido de un metal de transición seleccionado de: hierro,níquel, cobre, cromo, manganeso, cobalto o molibdeno. Un separador que tiene los dopantes se refiere comoelectrolito separador de beta" alúmina y presenta mayor conductividad de iones sodio que la beta alúmina. Laconductividad de iones sodio de una forma de electrolito separador de beta" alúmina a 300 grados Celsius es en unintervalo de desde aproximadamente 0,2 ohm-1 cm-1 a aproximadamente 0,4 ohm-1 cm-1.
La cantidad del estabilizante a la beta" alúmina puede ser mayor que 0,5 por ciento en peso. En una realización, lacantidad está en un intervalo de desde aproximadamente 0,5 por ciento en peso a aproximadamente 1 por ciento en peso, de aproximadamente 1 por ciento en peso a aproximadamente 2 por ciento en peso, de aproximadamente2 por ciento en peso a aproximadamente 3 por ciento en peso, de aproximadamente 3 por ciento en peso aaproximadamente 4 por ciento en peso, de aproximadamente 4 por ciento en peso a aproximadamente 5 por ciento en peso, de aproximadamente 5 por ciento en peso a aproximadamente 10 por ciento en peso, de aproximadamente 10 por ciento en peso a aproximadamente 15 por ciento en peso, de aproximadamente 15 porciento en peso a aproximadamente 20 por ciento en peso o mayor que aproximadamente 20 por ciento en peso basado en el peso total del material de beta" alúmina.
El separador puede ser un envase tubular en una realización con al menos una pared. La pared puede tener unespesor y una conductividad iónica y la resistencia a través de la pared puede depender en parte del espesor. Elespesor adecuado puede ser menor que 5 milímetros. En una realización, el espesor está en un intervalo de desdeaproximadamente 5 milímetros a aproximadamente 4 milímetros, de aproximadamente 4 milímetros a aproximadamente 3 milímetros, de aproximadamente 3 milímetros a aproximadamente 2 milímetros, de aproximadamente 2 milímetros a aproximadamente 1,5 milímetros, de aproximadamente 1,5 milímetros a aproximadamente 1,25 milímetros, de aproximadamente 1,25 milímetros a aproximadamente 1,1 milímetros, de aproximadamente 1,1 milímetros a aproximadamente 1 milímetro, de aproximadamente 1 milímetro a aproximadamente 0,75 milímetros, de aproximadamente 0,75 milímetros a aproximadamente 0,6 milímetros, de aproximadamente 0,6 milímetros a aproximadamente 0,5 milímetros, de aproximadamente 0,5 milímetros a aproximadamente 0,4 milímetros, de aproximadamente 0,4 milímetros a aproximadamente 0,3 milímetros o menorque aproximadamente 0,3 milímetros.
Se puede disponer un material facilitador de cationes sobre al menos una superficie del separador, en una realización. El material facilitador de cationes puede incluir, por ejemplo, selenio. Al menos una superficie delseparador tiene una rugosidad superficial RMS en un intervalo de mayor que aproximadamente 10 nanómetros. Enuna realización, la rugosidad superficial RMS está en el intervalo de desde aproximadamente 10 nanómetros aaproximadamente 20 nanómetros, de aproximadamente 20 nanómetros a aproximadamente 30 nanómetros, deaproximadamente 30 nanómetros a aproximadamente 40 nanómetros, de aproximadamente 40 nanómetros a aproximadamente 50 nanómetros, de aproximadamente 50 nanómetros a aproximadamente 60 nanómetros, de aproximadamente 60 nanómetros a aproximadamente 70 nanómetros, de aproximadamente 70 nanómetros a aproximadamente 80 nanómetros, de aproximadamente 80 nanómetros a aproximadamente 90 nanómetros, deaproximadamente 90 nanómetros a aproximadamente 100 nanómetros. En otra realización, un material que absorbeiones de metal alcalino puede quedar en contacto con la superficie del separador.
Opcionalmente, se puede disponer una o más estructuras de separación con el volumen. Las estructuras deseparación soportan el separador dentro del volumen de la caja. Las estructuras de separación pueden proteger elseparador de vibraciones causadas por el movimiento de la celda durante el uso y reducir así o eliminar el movimiento del separador con respecto a la caja. Si están presentes, las estructuras de separación pueden actuarcomo un colector de corriente para la caja. La utilización de las estructuras de separación como un colector decorriente puede ser útil si el nivel del ánodo fundido se eleva y cae durante la carga y descarga. Las estructuras deseparación pueden proporcionar un hueco delgado adyacente al separador para facilitar la puesta en contacto deuna capa delgada de material anódico fundido contra una superficie del separador. Esta puesta en contacto puedeser independiente del estado de carga de la batería e independiente de la altura de cabeza de material anódico.
El separador puede tener una primera superficie y una segunda superficie. La primera superficie puede definir unaporción de una cámara catódica y la segunda superficie puede definir una cámara anódica. Las dos cámaras puedenestar en comunicación iónica entre sí a través del separador.
La cámara catódica puede contener un material catódico. El material catódico puede existir en forma elemental ocomo una sal dependiendo de un estado de carga. Esto es, el material catódico presente en forma elemental y/oforma de sal y la relación del porcentaje en peso del material catódico en forma elemental al porcentaje en peso dela forma de sal puede basarse en el estado de carga. El material catódico pueden contener un metal alcalino y laforma de sal del material catódico puede ser un haluro. Los materiales adecuados para uso como material catódicopueden incluir: aluminio, níquel, cinc, cobre, cromo, estaño, arsenio, tungsteno, molibdeno y hierro. En una realización, el material catódico puede incluir dos o más metales seleccionados de aluminio, níquel, cinc, cobre,cromo, estaño, arsenio, tungsteno, molibdeno y hierro. El haluro del metal alcalino puede incluir cloro, flúor y yodo.
En una realización, el material catódico puede contener dos de los materiales catódicos, un primer material catódicoy un segundo material catódico. El primer material catódico puede incluir: aluminio, níquel, cinc, cobre, cromo yhierro.
El segundo material catódico es diferente del primer material catódico y puede incluir: aluminio, níquel, cinc, cobre, cromo y hierro. Otro segundo material catódico adecuado puede incluir estaño y/o arsenio. Otros segundosmateriales catódicos adecuados pueden incluir: tungsteno, titanio, niobio, molibdeno, tántalo y vanadio. El primermaterial catódico puede estar presente en relación con los segundos metales por una relación en que es menor queaproximadamente 100:1. En una realización, el primer material catódico puede estar presente en relación con losmetales aditivos por una relación que está en un intervalo de aproximadamente 100:1 a aproximadamente 50:1, deaproximadamente 50:1 a aproximadamente 1:1 o de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:50, de aproximadamente 1:50 a aproximadamente 1:95.
El material catódico puede ser autosoportado o líquido/fundido, pero en una realización el material catódico sedispone en una estructura de soporte conductora de manera electrónica. La estructura de soporte puede ser unaespuma, una malla, un tejido, un fieltro o una pluralidad de partículas, fibras, filamentos, empaquetados. En una realización, se puede formar una estructura de soporte adecuada a partir de carbono. Una forma de carbono adecuada es espuma reticulada. Se puede formar una estructura de soporte a partir de un metal.
El material catódico se puede asegurar a una superficie externa de la estructura de soporte. La estructura de soportepuede tener un área alta. El material catódico en la estructura de soporte puede ser adyacente a la primerasuperficie del separador y extenderse lejos de esa superficie del separador. La estructura de soporte se puedeextender lejos de la primera superficie a un espesor que es mayor que aproximadamente 0,01 milímetros. En unarealización, el espesor está en un intervalo de desde aproximadamente 0,01 milímetros a aproximadamente 0,1milímetros, de aproximadamente 0,1 milímetros a aproximadamente 1 milímetro, de aproximadamente 1 milímetro aaproximadamente 5 milímetros, de aproximadamente 5 milímetros a aproximadamente 10 milímetros, de aproximadamente 10 milímetros a aproximadamente 15 milímetros, de aproximadamente 15 milímetros a aproximadamente 20 milímetros. Para una celda electroquímica de mayor capacidad, el espesor puede ser mayorque 20 milímetros.
Se puede disponer un aditivo que contenga azufre o fósforo en el material catódico. La presencia de azufre o fósforoen el cátodo puede reducir o evitar la recristalización de sales y el crecimiento del grano. Por ejemplo, se puededisponer azufre elemental, sulfuro de sodio o sulfuro de trifenilo en el cátodo.
El material iónico transportado por el separador entre la cámara anódica y la cámara catódica es un metal alcalinoen una realización. El material iónico adecuado puede incluir uno o más de sodio, litio y potasio. La cámara anódicapuede admitir y almacenar un depósito de un material anódico. El material anódico está fundido durante su uso. Los aditivos adecuados para uso en el material anódico pueden incluir un eliminador de oxígeno metal. Los eliminadoresde oxígeno metal adecuados pueden incluir uno o más de manganeso, vanadio, circonio, aluminio o titanio. Otrosaditivos útiles pueden incluir materiales que aumenten la humectación de la superficie del separador por el materialanódico fundido. Adicionalmente, algunos aditivos pueden aumentar el contacto o la humectación del separador con respecto al colector de corriente, para asegurar un flujo de la corriente sustancialmente uniforme por todo elseparador.
Otros aditivos pueden afectar a la realización. Dichos aditivos de realización pueden aumentar la conductividadiónica, aumentar o disminuir la solubilidad de las especies catódicas cargadas, reducir la presión de vapor sobre elelectrodo, mejorar la humectación del electrolito sólido por el electrolito fundido o evitar la maduración de los microdominios del cátodo, para nombrar diversas utilidades. En una realización, el aditivo puede estar presente enuna cantidad que es menor que aproximadamente 5 moles por ciento comparado con los moles totales combinadosde haluro de metal alcalino, haluro de aluminio y haluro de cinc.
La cámara anódica puede contener además un fluido consumible. La cantidad del fluido consumible en el volumende la cámara anódica puede ser mayor que aproximadamente 90 por ciento en volumen. En una realización, lacantidad del fluido consumible puede estar en un intervalo de desde aproximadamente 90 por ciento en volumen a92 por ciento en volumen, de aproximadamente 92 por ciento en volumen a 94 por ciento en volumen, deaproximadamente 94 por ciento en volumen a 96 por ciento en volumen, de aproximadamente 96 por ciento envolumen a 98 por ciento en volumen. En una realización, la cantidad del fluido consumible puede ser mayor queaproximadamente 98 por ciento en volumen. El fluido consumible se puede llenar en el volumen de la cámaraanódica antes de cerrar la cámara anódica, mientras se fabrica el dispositivo.
La cámara catódica y la anódica se pueden cerrar al separador por una estructura de cierre. Un cierre de undispositivo proporciona (mantiene) un cierre entre los contenidos del dispositivo y el entorno, también evita la fuga y contaminación. También, la estructura de cierre aísla la cámara catódica y la cámara anódica del entorno externo y entre sí.
La estructura de cierre puede ser de una composición vítrea, un cermet o una combinación de los mismos. Lascomposiciones de cierre vítreo adecuadas pueden incluir, pero no limitarse a, fosfatos, silicatos, boratos, germinatos,vanadatos, circonatos, arseniatos y sus diversas formas, por ejemplo, borosilicatos, silicato de alumino, silicato decalcio, silicatos de álcalis binarios, boratos alcalinos o una combinación de dos o más de los mismos. El cermetpuede contener alúmina y un metal refractario. El metal refractario adecuado puede incluir uno o más de: molibdeno,renio, tántalo o tungsteno. Alternativamente, las porciones finales del separador pueden incluir alfa alúmina. La alfaalúmina se puede unir directamente a la tapa que encierra la segunda cámara. Los procedimientos de unión adecuados pueden incluir unión por compresión térmica, unión por difusión o metalización de película delgada, cadauna de éstas se puede usar junto con técnicas de soldadura o soldadura dura.
La estructura de cierre está operativa para mantener un cierre entre el contenido y el entorno en un intervalo detemperatura. Cada una de, la cámara catódica y la cámara anódica, se cierra a una temperatura mayor queaproximadamente 100 grados Celsius. En una realización, el intervalo de temperatura operativo es de aproximadamente 100 grados Celsius a aproximadamente 200 grados Celsius, de aproximadamente 200 gradosCelsius a aproximadamente 300 grados Celsius, de aproximadamente 300 grados Celsius a 400 grados Celsius, deaproximadamente 400 grados Celsius a aproximadamente 500 grados Celsius, de aproximadamente 500 gradosCelsius a aproximadamente 600 grados Celsius. El separador puede no atacarse o picarse en presencia de unhalógeno y el material anódico.
La estructura de cierre mantiene los niveles de presión dentro de la cámara catódica y la cámara anódica cuando secierra a presión atmosférica estándar. Los niveles de presión dependen de las columnas de aire por encima delmaterial catódico y el material anódico en las cámaras. Los volúmenes de las columnas de aire cambian en eltransporte de iones de metal alcalino por el separador durante la carga y descarga de la celda electroquímica. Estoda como resultado la compresión o expansión de las columnas de aire en la cámara anódica y la cámara catódica.Estos cambios en las columnas de aire causan cambio de los niveles de presión en los dos lados del separador que afecta a la resistencia del separador y reduce su fiabilidad.
La cámara catódica y la cámara anódica se pueden cerrar bajo vacío parcial en relación con la presión estándar. Esosignifica que el nivel de presión dentro de la cámara es menor que la presión estándar. La presión estándar puede ser la presión del entorno fuera del dispositivo que es presión atmosférica. Una reducción en la presión atmosféricaen un sistema cerrado se puede denominar un vacío parcial. El vacío es el diferencial de presión producido porevacuación del aire del sistema. Un vacío de 133,3 Pa a 1,3x10-1 Pa (1 Torr a 10-3 Torr) se puede considerar vacíoparcial. Un Torr, la unidad de presión convencional en el vacío, es la presión equivalente de una lectura demanómetro de 1 mm de mercurio líquido; 1 Torr=1/760 atm = 1,333 x 10-3 bar = 133,3 Pa.
En una realización, una de, la cámara catódica o la cámara anódica, se cierra bajo vacío parcial en relación con lapresión estándar. En otra realización, la cámara catódica y la cámara anódica se cierran bajo vacío parcial enrelación con la presión estándar. En una realización, sólo se cierra la cámara catódica bajo vacío parcial en relacióncon la presión estándar. El nivel de presión en el interior de la cámara que se cierra bajo vacío parcial puede sermenor que aproximadamente 133,3 Pa (1 Torr). En una realización, el nivel de presión en el interior de la cámaraque se cierra bajo vacío parcial puede estar en un intervalo de desde aproximadamente 133,3 Pa (1 Torr) aaproximadamente 13,3 Pa (10 -1 Torr), de aproximadamente 13,3 Pa (10 -1 Torr) a aproximadamente 1,3 Pa (10 -2 Torr), de aproximadamente 1,3 Pa (10 -2 Torr) a aproximadamente 1,3 x10-1 Pa (10 -3 Torr). En una realización, el vacío parcial se puede llevar dentro de la cámara usando una bomba de vacío.
El nivel de presión/ vacío parcial dentro de la cámara anódica también puede depender del contenido (en peso) delfluido consumible cargado en la cámara anódica. El contenido del fluido consumible cargado en la cámara anódicapuede ser mayor que 90 por ciento en peso. En una realización, el contenido del fluido consumible puede estar enun intervalo de desde aproximadamente 90 por ciento en peso a 92 por ciento en peso, de aproximadamente 92 porciento en peso a 94 por ciento en peso, de aproximadamente 94 por ciento en peso a 96 por ciento en peso, deaproximadamente 96 por ciento en peso a 98 por ciento en peso. En una realización, el contenido del fluidoconsumible puede ser mayor que aproximadamente 98 por ciento en peso.
Con el fluido consumible se puede llenar el volumen de la cámara anódica antes de que se cierre la cámara anódica,mientras se fabrica la celda. El fluido consumible puede ser reactivo con una especie iónica del haluro de metalalcalino. Una cantidad del fluido consumible puede reaccionar con el metal alcalino y puede consumirse durante lacarga de la celda electroquímica. En una realización, en la reacción con metal alcalino, el fluido consumible se puede consumir en un fluido. Según otra realización, el fluido consumible se puede consumir en un sólido. Cada vez sepuede consumir más cantidad del fluido consumible durante la carga en ciclos posteriores. En una realización, elfluido consumible puede ser un líquido. En otra realización, el fluido consumible puede ser un gas. El gas puedereaccionar con el metal alcalino y formar un sólido. El consumo del gas en el sólido puede bajar el nivel de presión y crear vacío parcial dentro de la cámara anódica. En una realización, el gas puede ser oxígeno.
Bajo vacío parcial, la cámara catódica y la cámara anódica pueden tener menos presión dentro de las cámarascomparado con la presión estándar y así el cambio de los niveles de presión puede ser mínimo en el transporte demetal alcalino desde la cámara catódica a la cámara anódica y viceversa. Menor es la diferencia en los niveles depresión de la cámara catódica y la cámara anódica, menor es la presión diferencial durante el funcionamiento deldispositivo. La reducción de la presión diferencial entre las cámaras proporciona (conduce) menos tensión en elseparador y aumenta la fiabilidad del separador. Esto da como resultado una vida más larga del separador.
La celda electroquímica se puede ensamblar en el estado descargado. Aplicar un voltaje entre la cámara anódica yla cámara catódica de la celda electroquímica e invertir la reacción electroquímica puede cargar la celda electroquímica. La reacción de la celda es como sigue:
2NaCl + material catódico -(material catódico)Cl2 + 2Na
Durante la carga, se descompone el cloruro de sodio en la cámara catódica por potencial eléctrico aplicado paraformar iones sodio e iones cloruro. Los iones sodio, bajo la influencia de potencial eléctrico aplicado, conducen por elseparador y se combinan con electrones del circuito externo para formar el sodio en la cámara anódica y reaccionaniones cloruro con el metal de transición en el primer material para formar cloruro de metal y donar electrones devuelta al circuito externo. El sodio formado en el interior de la cámara anódica durante la carga inicial reacciona conoxígeno dentro de la cámara anódica y forma óxido de sodio. El óxido de sodio es un sólido a la temperatura defuncionamiento de la celda. Así, el consumo de oxígeno por el sodio evacúa la cámara anódica. A medida que seconsume todo el oxígeno y continúa la carga, el sodio en forma líquida empieza a llenar el interior de la cámaraanódica. Durante la descarga, los iones sodio se conducen de vuelta por el separador invirtiendo la reacción y segeneran electrones.
Las realizaciones descritas en la presente memoria pueden ser ejemplos de composiciones, estructuras, sistemas y procedimientos con elementos que corresponden a los elementos de la invención citados en las reivindicaciones.Esta descripción escrita puede permitir a los expertos en la materia hacer y usar realizaciones con elementosalternativos que asimismo correspondan a los elementos de la invención citados en las reivindicaciones. El alcancede la invención incluye así composiciones, estructuras, sistemas y procedimientos que no difieren del lenguaje literalde las reivindicaciones e incluye además otras estructuras, sistemas y procedimientos con diferencias no sustanciales del lenguaje literal de las reivindicaciones. Aunque sólo se han ilustrado y descrito en la presentememoria ciertas características y realizaciones, un experto en la matera pertinente puede realizar muchas modificaciones y cambios. Las reivindicaciones adjuntas cubren todas esas modificaciones y cambios.
Se definen aspectos de la presente invención en las siguientes cláusulas numeradas:
1. Un dispositivo de almacenamiento de energía, que comprende:
un separador que tiene una primera superficie que define al menos una porción de una cámara catódica y unasegunda superficie que define una cámara anódica, la cámara catódica comprende un haluro de metal alcalino yforma un ión que es capaz de conducción por el separador y
el volumen de la cámara anódica se llena con un fluido consumible en una cantidad mayor que 90 por ciento envolumen y el fluido consumible es reactivo con una especie iónica del haluro de metal alcalino.
2.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en la cláusula 1, en el que el fluido consumiblecomprende oxígeno.
3.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en la cláusula 2, en el que el oxígeno en la cámaraanódica es consumible durante una carga inicial del dispositivo.
4.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en la cláusula 3, en el que el consumo del oxígenodurante la carga del dispositivo evacúa la cámara anódica ciclo por ciclo.
5.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en la cláusula 4, en el que la evacuación de lacámara anódica reduce la diferencia de presión entre la cámara catódica y la cámara anódica por el separador.
6.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en una cualquiera de las cláusulas precedentes, enel que la cámara anódica comprende uno o más metales seleccionados del grupo que consiste en sodio, litio ypotasio.
7.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en una cualquiera de las cláusulas precedentes, enel que la cámara anódica comprende sodio.
8.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en una cualquiera de las cláusulas precedentes, enel que el haluro de metal alcalino comprende al menos uno de litio, sodio o potasio.
9.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en una cualquiera de las cláusulas precedentes, enel que el haluro de metal alcalino comprende al menos uno de cloro, flúor o yodo.
10.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en una cualquiera de las cláusulas precedentes, enel que el separador es un conductor de iones de metal alcalino y comprende al menos uno de: beta-alúmina de metalalcalino, beta”-alúmina de metal alcalino, beta-galato de metal alcalino o beta”-galato de metal alcalino.
11.
Un dispositivo de almacenamiento de energía, que comprende:
un separador que tiene una primera superficie que define al menos una porción de una cámara catódica y unasegunda superficie que define una cámara anódica, la cámara catódica comprende un haluro de metal alcalino yforma un ión que es capaz de conducción por el separador y
el volumen de la cámara anódica se llena con oxígeno en una cantidad mayor que 90 por ciento en volumen.
12.
Un dispositivo de almacenamiento de energía, que comprende:
un separador que tiene una primera superficie que define al menos una porción de una cámara catódica y unasegunda superficie que define una cámara anódica, la cámara catódica comprende un haluro de metal alcalino yforma un ión que es capaz de conducción por el separador, en el que al menos una de, la cámara catódica o lacámara anódica, se cierra bajo vacío parcial en relación con la presión estándar y la cámara anódica se llena con unfluido que es mayor que el 90 por ciento en peso.
13.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en la cláusula 12, en el que cada una de, la cámaracatódica y la cámara anódica, se cierra a una temperatura en un intervalo de desde aproximadamente 100 gradosCelsius a aproximadamente 600 grados Celsius.
14.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en una cualquiera de las cláusulas precedentes, enel que cada una de, la cámara catódica y la cámara anódica, se cierra bajo vacío parcial.
15.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en una cualquiera de las cláusulas precedentes, enel que la cámara catódica y la anódica se cierran por una estructura de cierre.
16.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en la cláusula 15, en el que la estructura de cierrecomprende una composición vítrea.
17.
El dispositivo de almacenamiento de energía como se define en la cláusula 15, en el que la estructura de cierrecomprende un cermet.
18.
Un procedimiento, que comprende:
llenar una cámara anódica en un dispositivo de almacenamiento de energía con un fluido consumible que se tieneque consumir por reacción en un estado físico fluido o sólido;
cargar el dispositivo de almacenamiento de energía para hacer reaccionar el fluido consumible y
reducir una presión en la cámara anódica en la reacción del fluido consumible en un estado físico fluido o sólido.
19.
El procedimiento como se define en la cláusula 18, que comprende además reducir una diferencia de presión dela cámara anódica a través de un separador en relación con una cámara catódica creando vacío dentro de la cámaraanódica al consumirse el fluido consumible.
20.
El procedimiento como se define en la cláusula 18, que comprende además seleccionar que el fluido consumiblesea oxígeno.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo de almacenamiento de energía, que comprende:
    un separador que tiene una primera superficie que define al menos una porción de una cámara catódica y unasegunda superficie que define una cámara anódica, estando la cámara catódica dispuesta para comprender, en uso, un haluro de metal alcalino dispuesto para formar un ión capaz de conducción por el separador y
    estando el volumen de la cámara anódica para ser llenado, en uso, con un fluido consumible en una cantidad mayorque el 90 por ciento en volumen y el fluido consumible es reactivo con una especie iónica del haluro de metalalcalino.
  2. 2.
    El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 1, en el que el fluido consumiblecomprende oxígeno.
  3. 3.
    El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 2, en el que, en su uso, el oxígeno en lacámara anódica es consumible durante una carga inicial del dispositivo.
  4. 4.
    El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 3, en el que el consumo del oxígenodurante la carga del dispositivo evacúa la cámara anódica ciclo por ciclo.
  5. 5.
    El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 4, en el que la evacuación de la cámaraanódica reduce la diferencia de presión entre la cámara catódica y la cámara anódica a través del separador.
  6. 6.
    El dispositivo de almacenamiento de energía definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en elque la cámara anódica comprende uno o más metales seleccionados del grupo que consiste en sodio, litio y potasio.
  7. 7.
    El dispositivo de almacenamiento de energía definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en elque el haluro de metal alcalino comprende al menos uno de: litio, sodio, potasio, cloro, flúor o yodo.
  8. 8.
    El dispositivo de almacenamiento de energía definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en elque el separador es un conductor de iones de metal alcalino y comprende al menos uno de: beta-alúmina de metalalcalino, beta”-alúmina de metal alcalino, beta-galato de metal alcalino o beta”-galato de metal alcalino.
  9. 9.
    Un dispositivo de almacenamiento de energía definido en cualquier reivindicación precedente, en el que al menosuna de, la cámara catódica o la cámara anódica, está cerrada a vacío parcial en relación con la presión estándar y lacámara anódica está dispuesta para llenarse, en uso, con un fluido que es mayor que el 90 por ciento en peso.
  10. 10.
    El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 9, en el que cada una de, la cámaracatódica y la cámara anódica, está cerrada a una temperatura en un intervalo de desde aproximadamente 100grados Celsius a aproximadamente 600 grados Celsius.
  11. 11.
    El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que cadauna de, la cámara catódica y la cámara anódica, está cerrada bajo vacío parcial.
  12. 12.
    Un procedimiento, que comprende:
    llenar una cámara anódica en un dispositivo de almacenamiento de energía con un fluido consumible que se tieneque consumir por reacción en un estado físico fluido o sólido; cargar el dispositivo de almacenamiento de energíapara hacer reaccionar el fluido consumible y reducir una presión en la cámara anódica en la reacción del fluidoconsumible en un estado físico fluido o sólido.
  13. 13.
    El procedimiento definido en la reivindicación 12, que comprende además reducir una diferencia de presión de lacámara anódica a través de un separador en relación con una cámara catódica creando vacío dentro de la cámaraanódica al consumirse el fluido consumible.
  14. 14.
    El procedimiento definido en la reivindicación 12 o la reivindicación 13, que comprende además seleccionar elfluido consumible para que sea oxígeno.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9059484B2 (en) * 2010-08-13 2015-06-16 General Electric Company Rechargeable electrochemical cell and method of manufacturing a rechargeable electrochemical cell
US20120219843A1 (en) 2011-02-24 2012-08-30 General Electric Company Composition, energy storage device, and related processes
US20120308895A1 (en) 2011-05-31 2012-12-06 General Electric Company Electrode compositions useful for energy storage devices and other applications; and related devices and processes
US9577297B2 (en) 2011-09-30 2017-02-21 General Electric Company Electrochemical cells including a conductive matrix
WO2013070851A1 (en) * 2011-11-08 2013-05-16 Na4B, Llc Low internal resistance beta-and beta"-alumina electrolyte produced via vapor phase method
US20130157140A1 (en) 2011-12-20 2013-06-20 General Electric Company Methods of making and using electrode compositions and articles
CN103579689B (zh) * 2012-08-09 2015-12-16 通用电气公司 电化学电池的制造方法
KR102143461B1 (ko) * 2012-12-13 2020-08-12 에스케이이노베이션 주식회사 소듐 이차전지
US20140349159A1 (en) 2013-05-21 2014-11-27 General Electric Company Electrochemical cells and related devices
US9748564B2 (en) 2014-11-21 2017-08-29 General Electric Company Electrode compositions and related energy storage devices
US9525355B2 (en) 2015-03-26 2016-12-20 General Electric Company Direct current electric power systems and method of operating the same
KR101941655B1 (ko) * 2015-07-13 2019-01-24 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 전도성 매트릭스를 포함하는 전기 화학 전지
US11289700B2 (en) 2016-06-28 2022-03-29 The Research Foundation For The State University Of New York KVOPO4 cathode for sodium ion batteries
KR102125755B1 (ko) * 2020-03-20 2020-06-23 에스케이이노베이션 주식회사 그라파이트 펠트를 포함하는 소듐 이차전지

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3468709A (en) 1967-04-03 1969-09-23 Ford Motor Co Secondary battery employing an electronically - insulative,cationically-conductive solid electrolyte with anodic and cathodic feeder means
US4997732A (en) 1989-03-30 1991-03-05 Mhb Joint Venture Battery in a vacuum sealed enveloping material and a process for making the same
CA2041632A1 (en) * 1990-05-16 1991-11-17 Johan Coetzer Electrochemical cell
US5194337A (en) 1990-05-18 1993-03-16 Ngk Insulators, Ltd. Glass joint body and method of manufacturing the same
GB9027814D0 (en) 1990-12-21 1991-02-13 Chloride Silent Power Ltd Apparatus and method for filling and sealing alkali metal electrode containers for alkali metal energy conversion devices
JPH11273719A (ja) * 1998-03-20 1999-10-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ナトリウム−硫黄電池の製造方法
JP2000260465A (ja) * 1999-03-10 2000-09-22 Hitachi Ltd 高温ナトリウム二次電池及びその製造方法
JP2001223019A (ja) * 2000-02-08 2001-08-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ナトリウム電池の製造方法
JP2003007289A (ja) * 2001-06-12 2003-01-10 Hiromochi Tsuji ナトリウム硫黄電池用ナトリウム負極およびその製造方法
JP3936255B2 (ja) * 2001-06-12 2007-06-27 博以 辻 ナトリウム硫黄電池用ナトリウム負極およびその製造方法
JP4710246B2 (ja) * 2004-05-14 2011-06-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8110301B2 (en) * 2006-12-19 2012-02-07 General Electric Company Energy storage device and cell configuration therefor
JP2010514142A (ja) * 2006-12-19 2010-04-30 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 銅を主体とするエネルギー蓄積装置及び方法
US7993768B2 (en) * 2007-12-20 2011-08-09 General Electric Company Energy storage device and method
JP5164620B2 (ja) 2008-03-17 2013-03-21 キヤノン株式会社 主焦点補正光学系及びそれを用いた反射望遠鏡

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