KR20180076980A - 고온 리튬／금속 배터리 시스템 - Google Patents

고온 리튬／금속 배터리 시스템 Download PDF

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KR20180076980A
KR20180076980A KR1020167006635A KR20167006635A KR20180076980A KR 20180076980 A KR20180076980 A KR 20180076980A KR 1020167006635 A KR1020167006635 A KR 1020167006635A KR 20167006635 A KR20167006635 A KR 20167006635A KR 20180076980 A KR20180076980 A KR 20180076980A
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KR1020167006635A
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팀 로만
폴 알베르투스
존 에프. 크리스텐센
보리스 코진스키
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

하나의 실시예에 따라, 전기화학 셀 시스템은 하우징(housing), 하우징 내의 그리고 리튬의 한 형태를 포함하는 애노드, 및 캐소드 내의 이온 액체 전해질을 포함하는 적어도 하나의 전기화학 셀로서, 상기 캐소드는 이온 액체 전해질에 영향받지 않는 고체 세퍼레이터(separator)에 의해 애노드로부터 분리되는, 상기 적어도 하나의 전기화학 셀, 하우징 내의 온도 센서, 및 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치되고 하우징 내의 온도를 온도 센서로부터의 입력에 기초하여 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하도록 구성된 환경 제어기를 포함한다.

Description

고온 리튬／금속 배터리 시스템{ELEVATED TEMPERATURE LI/METAL BATTERY SYSTEM}
상호 참조
본 출원은, 그의 전체 콘텐트들이 본 명세서에 참조로서 통합되는 2013년 8월 15일에 출원된 미국 가 출원 번호 제 61/866,219 호의 이득을 청구한다.
본 발명은 배터리들에 관한 것이며, 특히 리튬-금속 배터리들에 관한 것이다.
배터리들은 복수의 시스템들로 통합될 수 있는 저장된 에너지의 유용한 소스이다. 재충전가능한 리튬-이온("Li-ion") 배터리들은 다른 전기화학적 에너지 저장 디바이스들에 비해 높은 그들의 비에너지(specific energy) 때문에 휴대용 전자기기들과 전기 및 하이브리드-전기 차량들에 대해 매력적인 에너지 저장 시스템들이다. 특히, 음극으로 통합된 리튬 금속의 형태를 갖는 배터리들은 종래의 탄소질 음극들을 갖는 배터리들과 비교하여 예외적으로 높은 비에너지(Wh/kg 단위로 측정된) 및 에너지 밀도(Wh/L 단위로 측정된)를 제공한다.
리튬과 같은 고-비용량(high-specific-capacity)의 음극들이 배터리에서 이용될 때, 고용량의 양극 활성 재료가 또한 이용되면 종래의 시스템들을 넘는 용량 증가의 최대 이득이 실현된다. 종래의 리튬-삽입 산화물들(예로서, LiCoO2, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, 및 Li1 .1Ni0 .3Co0 .3Mn0 .3O2)은 전형적으로 (리튬화된 산화물의 질량에 기초하여) ~280 mAh/g의 이론적 용량과 180 내지 250 mAh/g의 실질적 용량으로 제한된다. 비교적으로, 리튬 금속의 비용량은 약 3863 mAh/g이다. 리튬-이온 양극에 대하여 성취가능한 최고의 이론적 용량은 (리튬화된 재료의 질량에 기초하여) 1168 mAh/g이고, 이는 Li2S 및 Li2O2에 의해 공유된다. BiF3(303 mAh/g, 리튬화됨) 및 FeF3(712 mAh/g, 리튬화됨)을 포함하는 다른 고용량 재료들은 플루오르 화학 저널, 2007년 128(4); 페이지 243-262의 Amatucci, G.G. 및 N. Pereira에 의한, 진보된 에너지 저장 디바이스들을 위한 불소 기반 전극 재료들(Fluoride based electrode materials for advanced energy storage devices)에서 식별된다. 상기 재료들 모두는 그러나, 종래의 산화물 양극들과 비교하여 더 낮은 전압에서 리튬으로 반응하고, 따라서 이론적 비에너지를 제한한다. 상기 재료들의 이론적 비에너지들은 그러나, 매우 높다(리튬 음극 및 종래의 산화물 양극을 갖는 셀에 대해 ~500 Wh/kg의 최대값과 비교하여 >800 Wh/kg).
따라서, Li 금속 음극(때때로 애노드(anode)로서 언급됨)을 이용하는 장점은 흑연 또는 다른 삽입 음극들을 갖는 셀들과 비교하여, 전체 셀의 훨씬 더 큰 에너지 밀도이다. 순수한 Li 금속을 이용하는 단점은 리튬이 매우 반응적이라는 것이다. 따라서, 리튬 금속은 형태 변화들을 겪는 경향을 갖고, 이는 고 표면 영역을 가지는 구조들로 하여금 셀이 충전되고 있을 때 음극 상에 및 주위에 형성하도록 한다. 예시적인 고 표면 영역 구조들은 덴드라이트(dendrite)들 및 모시(mossy) 구조들을 포함한다.
덴드라이트들은 Li 금속 애노드들을 갖는 셀들에 대한 가장 공통적인 고장 모드이다. 덴드라이트들은 바늘과 같은 구조를 갖고 형성되고 셀의 충전 동안 세퍼레이터(separator)를 통해 성장할 수 있어서, 내부 단락(short)을 야기한다. 빠르게 소진하는 "소프트 단락들"은 셀의 일시적인 자가 방전을 야기하는 반면에, 더 높고, 더 안정적인 접촉 영역으로 구성되는 "강한 단락들"은 셀의 완전한 방전, 셀 고장, 및 심지어 열 폭주(thermal runaway)를 야기할 수 있다. 덴드라이트들이 전형적으로, 충전 동안 세터레이터를 통해 성장하긴 하지만, 단락들은 또한 셀 상에 가해진 외부 압력 및/또는 음극과 양극 둘 모두에서 발생하는 내부 볼륨 변화들에 의존하여 방전 동안 발전할 수 있다.
Li 금속이 매우 전기적으로 전도성이기 때문에, Li의 표면은 금속이 도금되고 벗겨지기 때문에 거칠어지는 경향이 있다. 표면에서의 피크들은 충전 동안 덴드라이트들로서 성장한다. 방전 동안, 덴드라이트들의 일부 평탄화가 발생한다. 그럼에도 불구하고, 전형적으로, 방전의 끝에서 남아 있는 일부 거침이 존재한다. 방전의 깊이에 의존하여, 전체적인 거침은 사이클 마다 증폭될 수 있다. 금속이 필수적으로 포텐셜에 걸쳐 동일한 전기화학 포텐셜에 있기 때문에, 보다 적게 전해질 단계에서의 농도 기울기들이 형태의 변화를 초래한다.
Li 형태의 발전은 덴드라이트 개시 및 성장과 관련되고, 이는 주기를 갖고 전극 표면 영역을 증가시키는 경향이 있고 새로 생긴 패시베이션 층(passivation layer)들을 생성하기 위해 용매를 소비한다. 고 표면 영역 모시 Li의 형성은 액체 전해질로부터의 저 레이트 증착 동안 특히, 소금 농도가 높으면 발생하는 경향이 있다. Li의 고 반응성 및 유기 용매의 인화성과 조합된 고 표면 영역이 매우 반응적이고 위험한 셀에 대해 만들어진다.
Li 금속 애노드를 통합시키는 상업적으로 실행가능한 배터리의 실현 시에 또다른 중요한 도전은 고 Li 금속 계면 저항, 및 Li 금속을 포함하는 고체 상태 셀에 전형적으로 존재하는 재료들에서의 Li의 느린 전달 뿐만 아니라, 셀의 캐소드 측 상의 페이즈(phase)들 사이의 Li 전달의 키네틱들(kinetics)이다. 이들 프로세스들이 전형적으로, 고온에서의 동작들에 의해 도움을 받긴 하지만, 고온들은 안정적이고 높은 온도들에서 저 증기압을 갖는 캐소드에서의 전해질의 이용을 요구한다.
따라서, 필요한 것은 고온들에서 동작할 수 있는 애노드에 리튬의 한 형태를 포함시키는 전기화학 셀이다.
하나의 실시예에 따라, 전기화학 셀 시스템은 하우징(housing), 하우징 내의 그리고 리튬의 한 형태를 포함하는 애노드, 및 캐소드 내의 이온 액체 전해질을 포함하는 적어도 하나의 전기화학 셀로서, 상기 캐소드는 이온 액체 전해질에 영향받지 않는 고체 세퍼레이터에 의해 애노드로부터 분리되는, 상기 적어도 하나의 전기화학 셀, 하우징 내의 온도 센서, 및 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치되고 하우징 내의 온도를 온도 센서로부터의 입력에 기초하여 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하도록 구성된 환경 제어기를 포함한다.
일부 실시예들에서, 전기화학 셀 시스템은 메모리, 메모리 내에 저장된 프로그램 지시들, 및 메모리, 환경 제어기, 및 온도 센서에 동작가능하게 접속된 프로세서를 포함한다. 프로세서는 온도 센서로부터 신호를 얻고, 하우징 내의 온도를 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하기 위해 신호에 기초하여 환경 제어기를 제어하는 프로그램 지시들을 실행하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 프로세서는 하우징 내의 온도를 주변보다 높게 약 70℃와 120℃ 사이로 유지하기 위해 프로그램 지시들을 실행하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 환경 제어기는 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치된 열 교환기, 및 열 교환기 내에서 순환하는 온도 제어된 액체를 포함한다.
일부 실시예들에서, 프로세서는 온도 제어된 액체의 온도를 메모리 내에 저장된 미리 결정된 온도 설정 포인트로 유지하기 위해 프로그램 지시들을 실행하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 이온 액체 전해질은 Li-TFSI 소금을 갖는 이미다졸리움(imidazolium)을 포함한다.
일부 실시예들에서, 고체 세퍼레이터는 고체 세라믹 Li 전도체를 포함한다.
일부 실시예들에서, 고체 세퍼레이터는 합성 고체 세라믹 및 폴리머 층을 포함한다.
하나의 실시예에 따라, 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법은 온도 센서로 하우징 내의 온도를 감지하는 단계, 감지된 온도에 기초하여 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치된 환경 제어기를 제어하는 단계, 및 제어된 환경 제어기로 이온 액체 전해질에 영향받지 않는 고체 세퍼레이터에 의해 애노드로부터 분리된 캐소드 내의 이온 액체 전해질을 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 환경 제어기를 제어하는 단계는 프로세서를 갖는 온도 센서로부터 신호를 얻고; 하우징 내의 온도를 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하도록 신호에 기초하여 환경 제어기를 제어하기 위해 프로세서로 메모리 내에 저장된 프로그램 지시들을 실행하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 프로세서는 하우징 내의 온도를 주변보다 높게 약 70℃와 120℃ 사이로 유지하기 위해 프로그램 지시들을 실행하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 환경 제어기를 제어하는 단계는 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치된 열 교환기 내에 온도 제어된 액체를 순환시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 프로세서는 온도 제어된 액체의 온도를 메모리 내에 저장된 미리 결정된 온도 설정 포인트로 유지하기 위해 프로그램 지시들을 실행하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 이온 액체 전해질을 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하는 단계는 Li-TFSI 소금을 갖는 이미다졸리움을 포함하는 이온 액체 전해질을 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 고체 세퍼레이터는 고체 세라믹 Li 전도체를 포함한다.
일부 실시예들에서, 고체 세퍼레이터는 합성 고체 세라믹 및 폴리머 층을 포함한다.
도 1은 절연된 하우징 및 열 환경 제어 시스템을 포함하는 전기화학 셀의 단순화된 도식을 묘사한 도면.
도 2는 많은 고체 전해질 재료들의 전도도를 온도의 함수로서 묘사한 도면.
본 발명의 원리들의 이해를 촉진하는 목적을 위해, 이제 도면들에 도시되고 다음의 기록된 설명에서 설명된 실시예들에 대한 참조가 행해질 것이다. 본 발명의 범위에 대한 어떠한 제한도 그에 의해 의도되지 않음이 이해된다. 본 발명이 도시된 실시예들에 대한 임의의 변경들 및 수정들을 포함하고 이 발명이 관련되는 당업자에 정상적으로 발생할 바와 같은 본 발명의 원리들의 또 다른 응용들을 포함함이 또한 이해된다.
도 1은 전기화학 셀(102)을 포함하는 전기화학 셀 시스템(100)을 묘사한다. 전기화학 셀(102)은 애노드(104), 알루미늄 전류 수집기(108)를 갖는 캐소드(106), 및 세퍼레이터 구조(110)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전류 수집기(112)는 애노드(104)를 위해 포함된다. 셀 시스템(100)은 전기화학 셀(102)이 위치되는 하우징(114)을 포함한다. 단지 셀 층들의 단일 세트가 도 1에 도시되긴 하지만, 다른 실시예들에서의 하우징(114)은 셀 층들의 많은 세트들을 에워싼다. 온도 센서(116)는 하우징(114) 내에 위치되는 반면에, 환경 제어기(118)의 적어도 일부는 하우징(114) 내에 있다.
애노드(104)는, 애노드 전류 수집기(112)를 포함하는 실시예들에서, 전류 수집기 상에 장착되는 리튬 금속 또는 리튬 합금 금속을 포함한다. 애노드(104)는, 그것이 주기 동안 발생하는 부반응(side reaction)들로 소비될 수 있는 Li 금속을 설명하기 위해 적어도 캐소드(106) 만큼 큰 용량, 바람직하게 적어도 10% 초과 용량 및 일부 실시예들에서, 수명(life)의 시작 및 완전한 충전 시에 50% 이상의 초과 용량을 갖도록 크기가 조정된다. Li 금속은 mAh/cm2 당 4.85 ㎛의 두께를 갖는다. 따라서, 하나의 실시예에서, 리튬 금속은 초기에, 1과 20 mAh/cm2, 및 선택적으로 20 mAh/cm2보다 큰 값 사이에 제공된다.
캐소드(106)는 (LiFePO4와 같은 Li를 삽입하는 재료와 같은) 활성 재료, 이온 액체 전해질(하나의 실시예에서, Li-TFSI 소금을 갖는 이미다졸리움), 및 선택적으로 (카본 블랙과 같은) 전기 전도도를 개선하는 전도성 첨가제 및 선택적으로 (PVDF와 같은) 캐소드에서의 입자들의 응집(coherence)을 개선하는 바인더를 포함한다. 캐소드(106)의 용량은 전형적으로, 그 범위가 약 1로부터 20 mAh/cm2, 및 선택적으로 20 mAh/cm2보다 큰 값까지이다. 특정한 실시예를 위해 선택되는 캐소드 재료는 주변보다 상당히 높은 온도들에서 전기화학 동작을 위해 안정적이다.
캐소드(106)에서의 이온 액체 전해질은 최대 100℃, 및 일부 실시예들에서, 최대 150℃, 및 또 다른 실시예들에서, 최대 180℃와 같은 고온에서 안정적인 것이 되기 위해 선택된다. 이온 액체는 또한, 저 증기압을 갖도록 및 고온들에서 안전하게 되도록 선택된다. 부가적으로, 이온 액체는 바람직하게, 두꺼운 캐소드의 이용을 허용하는 고온들에서의 이온 전도도를 보여준다(전도도는 1 mS/cm보다, 바람직하게 10 mS/cm보다 커야 한다). 이온 액체는 전형적으로, 0.2 mol/L보다 높은, 바람직하게 1 mol/L보다 큰 양호한 용해도를 갖는 소금을 포함한다. 이온 액체는 Li-ion 배터리를 위해 양호한 전해질에 대해 전형적으로 요구된 다른 속성들을 또한 보여야 한다.
세퍼레이터 구조(110)는 Li 이온들을 전도하지만 전자들을 전도하지 않는 층이다. 세퍼레이터 구조(110)는 (석류석 재료, 또는 LISICON과 같은) 고체 세라믹 Li 전도체, (산화 폴리에틸렌과 믹싱된 석류석 재료와 같은) 합성 고체 세라믹 및 폴리머 층, 또는 (산화 폴리에틸렌과 같은) 폴리머 층으로 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 세퍼레이터 층은 고체 세라믹 층으로 구성된다. 고체 세라믹 층의 이득은 어떠한 이온 액체도, 이온 액체와 같은 작은 분자가 침투할 수 있는 폴리머와 다르게, 침투할 수 없을 것이라는 것이다.
셀(102)은 주변보다 상당히 높은 온도에서의 정상 동작들 동안 동작된다. 하나의 실시예에서, 하우징(114) 내의 환경의 온도는 주변보다 높게 적어도 50℃ 그러나, 순수한 Li 금속의 경우에 180℃인 애노드(104)에서의 Li 금속의 형성의 융해 온도 미만이 되도록 제어된다.
고온에서의 동작에 의해, 이온 액체의 이온 전도도는 증가된다. 도 2는 많은 전해질들의 이온 전도도, 및 그들의 전도도가 2011년, 네이처 머티어리얼즈(Nature Materials), Kamaya, 등에 의해 "리튬 수퍼이온 전도체(A lithium superionic conductor)"에서 보고된 바와 같은 온도에 의존하는 방법의 플롯(150)을 묘사한다. 현재의 최신 기술의 유기 액체 전해질들은 27℃에서 약 1E-2 S/cm의 전도도를 갖는다. 이온 액체들은 대부분의 고체 전해질들이 그런 것처럼, 더 낮은 전도도를 갖는다. 적어도 50℃, 및 선택적으로 최대 180℃로 온도를 증가시키는 것은 이용될 수 있는 재료들의 가능한 세트를 팽창시키는데, 이는 전도도가 증가하는 온도에 따라 증가하기 때문이다. 예를 들면, 재료(La0 .5Li0 .5TiO3)는 27℃에서 1E-3 S/cm보다 약간 낮은 전도도 그러나, 100℃에서 1E-2 S/cm보다 약간 높은 전도도를 갖는다.
셀(102)이 고온에서 동작되기 때문에, 고체 세퍼레이터(110) 내의 Li 이온들의 전달이 개선된다. 전형적으로, 고체 재료들에서의 Li 전달은 질량 및 부피 당 고 에너지를 갖는 셀들에서의 실현가능한 응용을 위해 주변 온도들에서 너무 느리다. 부가적으로, 고온들에서, Li 도금 또는 스트리핑(stripping)의 키네틱들이 개선된다. 캐소드(106)의 이온 액체 전해질 내의 Li 전도 및 이동의 전달이 또한 상당히 개선되는 반면에, 다른 전달 및 키네틱 프로세스들은 개선된 레이트를 갖는다. 예를 들면, 캐소드에서의 계면 반응들의 레이트들은 고온들에서 증가될 것이다.
원하는 고온을 성취하고 유지하기 위해, 일부 실시예들에서 환경 제어기(118)는 온도 센서(116)로부터의 입력에 기초하여 자동으로 사이클링(cycling)하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 메모리(122) 및 프로세서(124)를 포함하는 배터리 제어 시스템(120)은 온도 센서(116)로부터 데이터를 얻기 위해 그리고 미리 결정된 온도를 유지하도록 얻어진 데이터에 기초하여 환경 제어기(118)를 제어하기 위해 이용된다. 더 구체적으로, 프로세서(124)는 센서(116)에 의해 프로세서(124)에 제공된 데이터에 기초하여 환경 제어기(118)로 하우징(114) 내의 환경의 가열/냉각을 제어하기 위해 메모리(122) 내에 저장된 프로그램 지시들을 실행한다. 일부 실시예들에서 미리 결정된 온도는 메모리 내에 저장된다.
일부 실시예들에서 환경 제어기(118)는 히터 소자이다. 다른 실시예들에서, 환경 제어기(118)는 하우징(114)에서의 열 교환기 내에서 순환되는 온도 제어된 액체를 포함한다. 또 다른 실시예들에서, 하우징(114)의 열 절연 특성들은 원하는 온도를 유지하는데 도움을 주기 위해 수정된다. 따라서, 하우징(114) 내의 열 에너지는 전기화학 셀(102)에 원하는 열 환경을 제공하기 위해 증가되거나 감소된다. 열은 동작 동안 엔클로저(enclosure)로부터 제거될 필요가 있을 수 있는데, 이는 열이 동작 동안 배터리 내에 생성되기 때문이다. 그러나, 정지(rest) 동안, 어떠한 열도 생성되지 않을 때, 열은 그것의 고온을 유지하기 위해 배터리에 공급될 필요가 있을 수 있다.
상기 설명된 실시예들은 따라서, Li 금속 애노드, 세라믹, 폴리머, 또는 폴리머/세라믹 합성물로 구성될 수 있는 고체 보호 층, 및 이온 액체를 포함하는 캐소드로 구성된 배터리를 제공한다. 설명된 실시예들에 대한 동작 온도는 주변 보다 상당히 상승된다(즉, 50℃에서 180℃의 Li 금속의 녹는점까지의 범위 내에서, 더 최적으로 70에서 120℃까지의 범위 내에서).
따라서, 설명된 실시예들은 전달 및 반응 키네틱들을 개선하는 고온의 이용을 통한 더 높은 전력 관리(power capability)와 함께 Li 금속의 이용을 통한 더 높은 에너지 콘텐트를 제공한다. 주변 온도들에서 수용가능하지 않은 전달 또는 키네틱 속성들을 갖지만 양호한 안정성 또는 저 비용과 같은 장점들을 가질 수 있는 재료들은 고온들에서의 동작에 의해 인에이블링(enabling)된다.
본 발명이 도면들과 상기 설명에서 상세하게 도시되고 설명되긴 했지만, 이들은 그 특성이 예시적인 것이며 제한적인 것이 아닌 것으로서 고려되어야 한다. 단지 선호된 실시예들이 제시되었고 본 발명의 사상 내에 있는 모든 변화들, 수정들 및 또 다른 응용들이 보호되는 것이 바람직함이 이해된다.
100: 전기화학 셀 시스템 102: 전기화학 셀
104: 애노드 106: 캐소드
108: 알루미늄 전류 수집기 110: 세퍼레이터 구조
112: 전류 수집기 114: 하우징
116: 온도 센서 118: 환경 제어기
120: 배터리 제어 시스템 122: 메모리
124: 프로세서

Claims (16)

  1. 전기화학 셀 시스템에 있어서:
    하우징(housing);
    상기 하우징 내의 그리고 리튬의 한 형태를 포함하는 애노드, 및 캐소드 내의 이온 액체 전해질을 포함하는 적어도 하나의 전기화학 셀로서, 상기 캐소드는 상기 이온 액체 전해질에 영향받지 않는 고체 세퍼레이터(separator)에 의해 상기 애노드로부터 분리되는, 상기 적어도 하나의 전기화학 셀;
    상기 하우징 내의 온도 센서; 및
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치되고 상기 하우징 내의 온도를 상기 온도 센서로부터의 입력에 기초하여 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하도록 구성된 환경 제어기를 포함하는, 전기화학 셀 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    메모리;
    상기 메모리 내에 저장된 프로그램 지시들; 및
    상기 메모리, 상기 환경 제어기, 및 상기 온도 센서에 동작가능하게 접속된 프로세서로서,
    상기 온도 센서로부터 신호를 얻고,
    상기 하우징 내의 상기 온도를 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하기 위해 상기 신호에 기초하여 상기 환경 제어기를 제어하는 상기 프로그램 지시들을 실행하도록 구성되는, 상기 프로세서를 더 포함하는, 전기화학 셀 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하우징 내의 온도를 주변보다 높게 약 70℃와 120℃ 사이로 유지하기 위해 상기 프로그램 지시들을 실행하도록 구성되는, 전기화학 셀 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 환경 제어기는:
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치된 열 교환기; 및
    상기 열 교환기 내에서 순환하는 온도 제어된 액체를 포함하는, 전기화학 셀 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 온도 제어된 액체의 온도를 상기 메모리 내에 저장된 미리 결정된 온도 설정 포인트로 유지하기 위해 상기 프로그램 지시들을 실행하도록 구성되는, 전기화학 셀 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 이온 액체 전해질은 Li-TFSI 소금을 갖는 이미다졸리움(imidazolium)을 포함하는, 전기화학 셀 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 고체 세퍼레이터는 고체 세라믹 Li 전도체를 포함하는, 전기화학 셀 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 고체 세퍼레이터는 합성 고체 세라믹 및 폴리머 층을 포함하는, 전기화학 셀 시스템.
  9. 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법에 있어서:
    온도 센서로 하우징 내의 온도를 감지하는 단계;
    상기 감지된 온도에 기초하여 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치된 환경 제어기를 제어하는 단계; 및
    상기 제어된 환경 제어기로 이온 액체 전해질에 영향받지 않는 고체 세퍼레이터에 의해 애노드로부터 분리된 캐소드 내의 상기 이온 액체 전해질을 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하는 단계를 포함하는, 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 환경 제어기를 제어하는 단계는:
    프로세서를 갖는 상기 온도 센서로부터 신호를 얻고;
    상기 하우징 내의 상기 온도를 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하도록 상기 신호에 기초하여 상기 환경 제어기를 제어하기 위해 프로세서로 메모리 내에 저장된 프로그램 지시들을 실행하는 단계를 포함하는, 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하우징 내의 상기 온도를 주변보다 높게 약 70℃와 120℃ 사이로 유지하기 위해 상기 프로그램 지시들을 실행하도록 구성되는, 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 환경 제어기를 제어하는 단계는:
    상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치된 열 교환기 내에 온도 제어된 액체를 순환시키는 단계를 포함하는, 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 온도 제어된 액체의 온도를 상기 메모리 내에 저장된 미리 결정된 온도 설정 포인트로 유지하기 위해 상기 프로그램 지시들을 실행하도록 구성되는, 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 이온 액체 전해질을 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하는 단계는:
    Li-TFSI 소금을 갖는 이미다졸리움을 포함하는 이온 액체 전해질을 주변보다 높게 적어도 50℃로 유지하는 단계를 포함하는, 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 고체 세퍼레이터는 고체 세라믹 Li 전도체를 포함하는, 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 고체 세퍼레이터는 합성 고체 세라믹 및 폴리머 층을 포함하는, 전기화학 셀 시스템을 동작시키는 방법.
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