KR20220065803A - 전력 저장 및 염수 정화 시스템 - Google Patents

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KR20220065803A
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가브리엘 실바
스테파노 파세리니
도미닉 브레서
젠스 피터스
마르셀 웨일
젠스 페더헨
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에프엠씨 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

전기 화학 셀은, 애노드; 다공성 애노드 집전체; 캐소드; 다공성 캐소드 집전체; 및 상기 캐소드로부터 애노드를 분리하고 애노드 집전체를 둘러싸도록 배치되는 알칼리 금속 전도성 세퍼레이터;를 포함할 수 있다. 상기 캐소드는 해수(seawater)를 포함할 수 있다. 배터리 모듈은 복수의 전기 화학 셀을 포함할 수 있고, 배터리는 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있다.

Description

전력 저장 및 염수 정화 시스템
이동식 전력 저장 장치는 리튬 기반 배터리 기술이 지배적이었다. 이러한 전력에 대한 수요는 전기 자동차와 같은 운송 수단의 전기화 및 휴대용 소비자 전자 제품의 편재성이 증가함에 따라 증가하고 있다. 일반적으로 리튬 이온 배터리는 마이크로와트(microwatt)에서 킬로와트(kilowatt) 규모로 전력을 공급할 수 있으며, 메가와트(megawatt) 용량 배터리는 최근에 개발되었다. 대용량 리튬 기반 배터리는 생산 및 폐기 비용이 비싼 재료를 사용할 수 있다.
메가와트 시(megawatt hour)의 에너지를 저장할 수 있는 능력은 그리드 및 재생 에너지 애플리케이션에 필요하다. 현재 리튬계 배터리에 비해 안정성과 확장성으로 인해 이러한 애플리케이션으로 대규모 플로우 배터리가 개발되고 있다. 플로우 배터리는 셀을 통해 순환되는 한 쌍의 화학적 구성 요소를 사용하여, 화학적 에너지로부터 전기를 생성한다. 그러나, 플로우 배터리는 일반적으로 고정되어 있는데, 이는 이러한 배터리의 운송이 안전 및 환경 문제에 대해 엄격하게 규제되어 상당한 제한과 비용이 추가되고, 석유 및 가스 및 재생 가능의 해양 애플리케이션을 위한 사이클링 수명에 제한이 있을 수 있기 때문이다.
리튬 이온 배터리 및 일반적인 플로우 배터리 모두 환경에 유해하고 폐기하기 어려운 전해질과 물질을 사용할 수 있다. 이러한 요인의 축적은 에너지 요구를 충족시키기 위해 연안, 해저 및 육지의 원격 위치에서 대규모 전력 저장의 구현을 방해한다.
이러한 요약은, 상세한 설명에서 하기에 추가적으로 기재된 단순화된 형태에서의 개념의 선택을 도입하기 위해 제공된 것이다. 이러한 요약은, 청구되는 기술적 사상의 핵심 또는 주요 특징을 식별하기 위한 것으로 의도된 것이 아니며, 또한 청구되는 기술적 사상의 범위를 결정하는데 사용되는 것으로 의도된 것도 아니다.
하나의 측면에서, 본 명세서에 개시된 양태는, 애노드(anode); 다공성 애노드 집전체(porous anodic current collector); 캐소드(cathod); 다공성 캐소드 집전체(porous cathodic current collector); 및 애노드와 캐소드를 분리하고 애노드 집전체를 둘러싸도록 배치되는 알칼리 금속 전도성 세퍼레이터(alkali metal-conducting separator);를 포함하는 전기 화학 셀(electrochemical cell)에 관한 것일 수 있다. 캐소드는 해수(seawater)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태의 배터리 모듈은 복수의 전기 화학 셀을 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태의 배터리는 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
추가 측면에서, 본 명세서에 개시된 양태는 3 MWh 이상의 용량을 갖고 복수의 전기 화학 셀을 포함하는 배터리에 관한 것일 수 있으며, 여기서 각각의 전기 화학 셀은, 해수 캐소드(seawater cathode); 및 NASICON(나트륨 초 이온성 전도체) 막(membrane);을 포함한다. 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 양태는, 전처리 스테이지(pretreatment stage); 필터; 막; 및 해수 배터리;를 포함하는 담수화 플랜트(desalination plant)에 관한 것이다.
추가 양태에서, 본 명세서에 개시된 양태는 전력을 생성하는 방법에 관한 것일 수 있으며, 상기 방법은, 모듈을 현장(site)으로 운송하는 단계; 배터리를 제공하도록 현장에서 모듈에 해수를 추가하는 단계; 및 배터리로 전력을 생성하는 단계;를 포함한다. 모듈은 캐소드를 제외한 배터리의 모든 구성 요소를 포함할 수 있다.
최종 측면에서, 본 명세서에 개시된 양태는 해수를 담수화하는(desalinating) 방법에 관한 것일 수 있으며, 상기 방법은, 배터리를 통해 해수를 흐르게 하는 단계; 및 해수로 배터리를 충전하는 단계;를 포함하고, 이때 배터리는 복수의 전기 화학 셀을 포함하고, 이들 각각은 NASICON 막으로 이루어진 세퍼레이터를 포함한다.
다른 측면 및 이점은 하기 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 하나 이상의 양태에 따라 전기 화학 셀의 개략도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 개시 내용의 하나 이상의 양태에 따라 배터리 모듈을 도시한다. 도 2a는 하나 이상의 양태의 배터리 모듈의 전체 치수를 도시한다. 또한, 모듈 하단의 공기 및 해수 주입구와 모듈 상단의 공기 배출구 및 해수 배출구가 표시되어 있다(도 2b에 표시된 대로). 도 2b는 셀의 배열 및 모듈의 다양한 구성요소를 보여주는 하나 이상의 양태의 배터리 모듈을 도시한다. 도시된 바와 같이, 해수 및 공기 주입구는 모듈의 바닥에 위치하며, 해수 및 공기는 셀을 측면으로 통과할 수 있다. 도 2c는 하나 이상의 양태의 셀의 엇갈린(staggered) 배열을 도시한다.
도 3a-b는 본 개시 내용의 하나 이상의 양태에 따라 배터리를 도시한다.
도 4는 본 개시 내용의 하나 이상의 양태에 따라 배터리를 도시한다.
도 5는 본 개시 내용의 하나 이상의 양태에 따라 해양 구조물 근처에서 하나 이상의 양태의 배터리의 사용을 도시한다.
도 6은 본 개시 내용의 하나 이상의 양태에 따라 해상 풍력 터빈 근처에서 하나 이상의 양태의 배터리의 사용을 도시한다.
도 7은 본 개시 내용의 하나 이상의 양태에 따라 담수화 공정에서 하나 이상의 양태의 배터리의 사용을 도시한다.
도 8은 사용 및/또는 운송을 위해 선박에 하나 이상의 양태의 배터리를 설치하는 것을 도시한다.
도 9는 연안 데이터 센터에서 하나 이상의 양태의 배터리의 사용을 도시한다.
본 명세서에 개시된 하나 이상의 양태는 일반적으로 전력 생성을 위해 해수로부터의 나트륨 이온을 이용하는 전기 화학 셀에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 다른 양태는 일반적으로 병렬로 연결될 수 있는 복수의 전기 화학 셀을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다. 추가 양태는 전력 생성을 위해 해수로부터의 나트륨 이온을 이용하는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리에 관한 것이다. 본 개시 내용에 따라 배터리는 해수 및 나트륨 및 알루미늄과 같은 다른 환경 친화적인 재료를 사용하여 확장 가능한 메가와트 전력 저장 용량을 제공할 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 본 개시 내용의 배터리는 저렴한 비용으로 안전하게 운송될 수 있다. 하나 이상의 양태의 배터리는 염수 세정 시스템일 수 있다. 일부 양태의 배터리는 해양 재생, 석유 및 가스 산업, 해상 운송 선박의 요구를 지지하기 위해 대규모 해양 전력 저장 장치에서 사용하도록 허용하도록 충분히 확장될 수 있다.
본 명세서에 개시된 하나 이상의 양태는 일반적으로 제공된 현장에서 전력을 생성하는 방법에 관한 것이다. 추가 양태는 전력을 생성하기 위해 해수를 사용함으로써 해수를 담수화하는 방법에 관한 것이다. 하나 이상의 양태의 캐소드용 전해질은 해수이기 때문에, 배터리를 빈 상태로 안전하게 운송하고 제공된 현장에서 충전할 수 있어, 설치 및 전개 비용을 절감할 수 있다.
"대략(approximately)", "실질적으로(substantially)" 등과 같은 용어는 언급된 특성, 매개변수 또는 값이 정확히 달성될 필요는 없지만, 예를 들어 허용 오차, 측정 오류, 측정 정확도 제한 및 당업자에게 알려진 기타 요인을 포함하는 편차 또는 변동이 특성이 제공하려는 효과를 배제하지 않는 양으로 발생할 수 있음을 의미한다.
마찬가지로, "할 수 있는(can)" 및 "일 수 있는(may)"이라는 용어 및 이들의 변형은, 양태가 특정 요소 또는 특징을 포함할 수 있거나 포함할 수 있다는 언급이 그러한 요소 또는 특징을 포함하지 않는 본 기술의 다른 양태를 배제하지 않도록 비제한적인 것으로 의도된다. 범위의 개시 내용은 달리 명시되지 않는 한 종결점을 포함하며, 전체 범위 내에서 모든 고유한 값과 추가로 분할된 범위를 포함한다.
배터리 셀
하나 이상의 양태에서, 본 개시 내용 에 따라 전기 화학적 (또는 배터리) 셀은 나트륨 이온 흐름 셀(sodium-ion flow cell)일 수 있다. 나트륨 이온 배터리는 일반적으로 리튬 이온과 같은 배터리 기술보다 저렴하고 풍부하며 독성이 적은 원료를 기초로 한다. 특정 양태에서, 나트륨 이온은 해수로부터 공급될 수 있다. 다른 양태에서, 임의의 나트륨 이온 함유 용액을 사용하여 나트륨 이온을 제공할 수 있다. 일반적으로, 해수 또는 이의 등가물은 캐소드로 사용될 수 있다.
하나 이상의 양태의 셀에서, 충전 및 방전 동안 발생하는 전기 화학적 반응은 하기 방정식 (I) 및 (II)로 나타낼 수 있다. 이러한 양태에서, 셀을 충전하면 염이 소모되고, 염소가 발생한다(방정식 (I)). 셀을 방전시키면 산소와 물이 소모되고, 방전시 가성소다(caustic soda)가 발생한다(방정식 (II)).
충전: 4 NaCl →4 Na+ + 2 Cl2 + 4 e- (I)
방전: 4 Na+ + 2 H2O + O2 + 4 e- → 4 NaOH (II)
특히, 배출된 물은 일반적으로 유입되는 해수보다 염분을 적게 포함한다. 또한, 충전 공정은 염소 가스를 발생시키며, 이는 당업계에 공지된 종래의 방법에 의해 포집될 수 있다. 하나 이상의 양태의 셀은 애노드, 캐소드 , 애노드 집전체, 캐소드 집전체, 및 상기 캐소드로부터 애노드를 분리하는 세퍼레이터를 포함할 수 있다.
하나 이상의 양태의 애노드는 당업자에게 공지된 임의의 적합한 전도성 물질일 수 있다. 일부 양태에서, 애노드는 경질 탄소, (팽창된) 흑연, 카본 블랙, 아연, 주석, 산화주석, 적색 및 흑색 인, 및 테레프탈산 나트륨으로 이루어진 군에서 선택될 수 있는, 하나 이상의 탄소질, 아연질, 주석을 함유한(stannous), 유기 또는 인 종을 포함할 수 있다. 애노드 재료는 임의의 적합한 재료일 수 있으며, 그 선택은 셀의 전체 용량에 영향을 미칠 수 있지만, 일반적으로 전체 셀 설계에는 영향을 미치지 않는다. 특정 양태에서, 애노드는 필수적으로 경질 탄소로 이루어질 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 애노드는 미립자 형태일 수 있다.
하나 이상의 양태의 애노드 집전체는 금속 발포체(metal foam)와 같은 다공성 전도성 물질일 수 있다. 일부 양태에서, 애노드 집전체는 알루미늄, 니켈, 구리 및 스테인리스 스틸로 이루어진 군에서 하나 이상의 발포체일 수 있다. 특정 양태에서, 애노드 집전체는 알루미늄 발포체를 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 애노드 집전체는 필수적으로 알루미늄 발포체로 이루어질 수 있다. 다른 양태에서, 애노드 집전체는 알루미늄 발포체로 구성될 수 있다. 애노드가 미립자 형태인 양태에서, 다공성 애노드 집전체의 공극 체적은 애노드 물질 및 전해질의 슬러리로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 특정 양태에서, 애노드 집전체의 공극 체적은 애노드 물질과 전해질의 슬러리로 실질적으로 채워질 수 있다. 전해질은 당업계에 공지된 임의의 적절한 전해질일 수 있으며, 비용 제한 및 전력 수요와 같은 요인에 따라 선택될 수 있다. 일부 양태에서, 전해질은 이온성 액체일 수 있다. 특정 양태의 전해질은 시안이미드계 이온성 액체일 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 활성 애노드 물질은 중량을 기준으로 약 55 내지 65% 범위의 양으로 애노드 및 약 25 내지 35% 범위의 양으로 전해질을 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 셀은 중량 기준으로 약 50 내지 70% 범위의 양으로 애노드 및 약 40 내지 20% 범위의 양으로 전해질을 포함할 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 애노드 집전체는 밀봉부(seal)를 통해 셀의 외부로 통과할 것이다. 밀봉부를 통과하는 애노드 집전체는 상술한 다공성 전도성 재료에 전기적으로 연결된 와이어를 포함할 수 있다. 밀봉부는 당해 분야에 공지된 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 특정 양태에서, 밀봉부는 에폭시로 제조될 수 있다. 그러한 경우에, 셀의 외부 집전체는 전류 누설을 방지하기 위해 절연 코팅에 의해 전기적으로 절연될 수 있다. 코팅은 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 코팅은 예를 들어 염소, 수산화나트륨, 염화알루미늄, 및 이산화황에 대한 노출에 안정한 중합체를 포함할 수 있다. 특정 양태의 코팅은 폴리염화비닐(PVC)을 포함할 수 있다.
하나 이상의 양태의 캐소드는 나트륨 이온 함유 용액을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 나트륨 이온 함유 용액은 특히 해수와 같은 용액일 수 있다. 나트륨 이온 함유 용액의 나트륨 이온 함량은 특별히 제한되지 않으며, 해수에서 발견되는 임의의 함량일 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 나트륨 이온 함유 용액은 25, 35, 40 또는 45 g/kg의 하한값에서 40, 45, 또는 50 g/kg의 상한값 범위의 양으로 염화나트륨을 포함할 수 있고, 여기서 하한은 수학적으로 호환되는 상한과 혼합되어 함께 사용할 수 있다.
하나 이상의 양태의 해수는 담수화 플랜트의 유출물을 포함할 수 있다. 당업자는 상기 유출물의 나트륨 함량이 일반적으로 해수에서 발견되는 것보다 상당히 높을 수 있음을 이해할 것이다. 해수의 사용은 필수적으로 무제한의 나트륨 저장소를 제공할 수 있으며, 따라서 기본적으로 다른 에이징(aging) 현상이 없는 무제한 주기 수명을 제공할 수 있다. 따라서, 에너지 밀도는 결국 애노드의 용량과 전체 셀 설계에 의해서만 제한될 수 있다.
하나 이상의 양태의 나트륨 이온 함유 용액은 나트륨 이온의 흐름을 제공하기 위해 전기 화학 셀을 통해 펌핑될 수 있다. 일부 양태에서, 셀은 수직으로 배열될 수 있고, 물은 측면으로 셀을 통해 펌핑될 수 있다. 방전 반응에 필요한 산소를 제공하기 위해 공기를 셀에 주입할 수 있다(상기 방정식 (II)). 공기는 하나 이상의 양태의 셀의 바닥으로 주입될 수 있다.
하나 이상의 양태의 캐소드 집전체는 다공성 전도성 물질일 수 있다. 일부 양태에서, 캐소드 집전체는 알루미늄, 니켈 및 스테인리스 스틸 중 하나 이상과 같은 금속, 또는 탄소질 종을 포함할 수 있으며, 이는 경질 탄소, 흑연, 활성탄, 카본 블랙, 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 특정 양태에서, 캐소드 집전체는 탄소 펠트(carbon felt)를 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 캐소드 집전체는 필수적으로 탄소 펠트로 구성될 수 있다. 다른 양태에서, 캐소드 집전체는 탄소 펠트로 구성될 수 있다. 캐소드가 해수를 포함하는 양태에서, 캐소드 전해질은 해수의 전도성으로 인해 반드시 필요한 것은 아니라는 점에 유의한다.
하나 이상의 양태의 세퍼레이터는 당업자에게 공지된 임의의 적합한 이온 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 세퍼레이터는 나트륨 초 이온성 전도체(sodium super ionic conductor, NASICON)를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 세퍼레이터는 필수적으로 NASICON으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 세퍼레이터는 NASICON 세라믹 막으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 양태의 NASICON은 하기 화학식을 가질 수 있다: Na1 + x Zr2Si x P3 - x O12, 상기 화학식에서 0 ≤ x ≤ 3이다. 일부 양태에서, NASICON은 Na3Zr2Si2PO12일 수 있다.
하나 이상의 양태의 셀은 도전율 및 기계적 안정성을 증가시키는 추가 금속 구조물을 추가로 포함할 수 있다. 금속 구조물은 알루미늄, 니켈 및 스테인리스 스틸로 이루어진 그룹 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태의 금속 구조물은 스테인리스 스틸-와이어 메쉬(steel-wire mesh)일 수 있다.
하나 이상의 양태의 배터리 셀은 관형 셀(tubular cell)일 수 있다. 배터리 셀은 형상이 원통형일 수 있고, 셀에서 방사상 중심에 있는 애노드 및 애노드 집전체를 포함할 수 있다. 애노드 및 애노드 집전체는 세퍼레이터에 의해 캐소드로부터 분리될 수 있다. 애노드 집전체는 형상이 원통형일 수 있고, 일부 양태에서 세퍼레이터에 의해 둘러싸일 수 있다. 하나 이상의 양태의 셀은 형상이 원통형이고 세퍼레이터 주위에 배치될 수 있는 캐소드 집전체를 포함할 수 있다.
하나 이상의 양태의 배터리 셀은 도 1에 나타냈다. 상기 배터리 셀은 NASICON 세라믹 막으로 제조된 세퍼레이터로 둘러싸인 원통형의 알루미늄 발포체 애노드 집전체를 포함할 수 있다. 알루미늄 발포체의 빈 체적은 경질 탄소 애노드 물질의 슬러리와 전해질로 채워져 있다. 일부 양태에서, 전해질은 시안아미드계 이온성 액체 또는 SO2계 무기 이온성 액체일 수 있다. NASICON 막은 다공성 탄소 펠트 캐소드 집전체와 해수 캐소드로 코팅되어 있다. NASICON 필름은 애노드와 캐소드를 분리한다. 스테인리스 스틸 와이어 메쉬는 집전체를 압축하고, 도전성을 증가시킨다. 애노드 집전체는 에폭시 밀봉부를 통과한다. 셀 외측에서, 집전체는 폴리머 코팅에 의해 주변 해수와 격리된다.
하나 이상의 양태의 배터리 셀은 약 2 내지 30 mm 범위의 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀은 직경이 2, 5, 10, 15, 및 20 mm 중 어느 하나의 하한값에서 5, 10, 15, 20, 25 및 30 mm 중 어느 하나의 상한값까지의 범위일 수 있고, 여기서 하한은 수학적으로 호환되는 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 특정 양태의 배터리 셀은 대략 20 mm의 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 양태의 배터리 셀은 약 200 내지 500 mm 범위의 길이를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 배터리 셀은 약 10, 20, 50, 100, 200, 250 및 300 mm 중 어느 하나의 대략적인 하한값에서 20, 50, 100, 200, 300, 350, 400 및 500 mm 중 어느 하나의 대략적인 상한값 범위의 길이를 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환되는 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 본 개시 내용의 하나 이상의 양태에 따라 배터리 셀의 물리적 치수는 모듈의 설계 및 전력 요구의 특정 측면을 수정하기 위해 합리적인 범위 내에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서, 직경이 작을수록 전위 충전/방전 속도가 더 높지만, 직경이 클수록 에너지 밀도가 더 높다.
하나 이상의 양태의 배터리 셀은 1, 1.5, 2, 2.5, 및 3 V 중 어느 하나의 하한에서 3, 3.5, 및 4 V 중 어느 하나의 상한까지 범위의 전압을 제공할 수 있으며, 여기서 모든 하한은 수학적으로 호환 가능한 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 특정 양태에서, 배터리 셀은 약 3 V의 전압을 제공할 수 있다.
하나 이상의 양태의 배터리 셀은 200, 500, 1000, 2500, 또는 5000 사이클 중 어느 하나의 하한에서 1000, 3000, 5000, 또는 10000 중 어느 하나의 상한까지의 범위의 사이클 수명을 가질 수 있으며, 어떤 하한도 수학적으로 호환 가능한 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 특정 양태에서, 배터리 셀은 적어도 200 사이클, 적어도 500 사이클, 적어도 1000 사이클, 또는 적어도 5000 사이클의 사이클 수명을 가질 수 있다.
하나 이상의 양태의 배터리 셀은 대략 동일한 충전율 및 방전율을 가질 수 있다. 일부 양태에서, 하나 이상의 양태의 배터리 셀은 C/100, C/50, C/20, C/10 또는 C/5 중 어느 하나의 하한 범위에서 C/10, C/5, C/2, C 또는 2C 중 어느 하나의 상한까지의 범위의 충전율(여기서 C는 1시간 충전율)를 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환 가능한 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 동일한 양태에서, 하나 이상의 양태의 배터리 셀은 C/100, C/50, C/20, C/10 또는 C/5 중 어느 하나의 하한 범위에서 C/10, C/5, C/2, C 또는 2C 중 어느 하나의 상한까지의 범위의 방전율(여기서 C는 1시간 방전율)을 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환 가능한 상한과 쌍을 이룰 수 있다.
당업자는, 본 개시 내용에 따라 배터리 셀이 위에 명시적으로 개시된 것에 제한되지 않고 그 애플리케이션의 특정 요건에 따라 조정될 수 있음을 본 개시의 이점으로 이해할 것이다.
배터리 모듈
하나 이상의 양태에서, 본 개시 내용에 따라 배터리 모듈은 복수의 전기 화학 셀을 포함할 수 있다. 배터리 모듈은 특히 복수의 상술한 전기 화학 셀을 포함할 수 있다. 복수의 셀은 공통의 버스바(busbar)에 의해 병렬로 연결될 수 있다. 그러나, 일부 양태에서, 셀은 직렬로 연결될 수 있다. 당업자는, 병렬 또는 직렬의 선택이 배터리의 의도된 애플리케이션의 전압 및 전류 요구에 의존할 것이라는 것을 본 개시 내용의 이점으로 이해할 것이다. 하나 이상의 양태의 배터리 모듈 내에서, 셀은 병렬로 연결될 수 있으므로, 모듈 전압은 셀의 전압과 동일할 수 있다. 예를 들어, 셀이 3 V의 전압을 제공하는 경우, 모듈은 3 V의 전압 또한 제공할 수 있다.
배터리 모듈이 포함하는 정확한 셀의 수는 특별히 제한되지 않으며, 배터리의 의도된 애플리케이션의 전압 및 전류 요구에 따라 선택될 수 있다. 배터리 모듈의 가용 너비와 높이, 전압 및 용량 요건을 고려하면, 특정 양태에서, 모듈의 셀 수는 약 212개일 수 있다. 일부 양태에서, 모듈은 10, 25, 50, 100, 150, 200, 또는 250 중 어느 하나의 하한에서 100, 200, 250, 300 또는 500 중 어느 하나의 상한의 범위의 셀의 수를 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환되는 상한과 쌍을 이룰 수 있다.
일부 양태의 배터리 모듈은 개별 셀을 제자리에 고정할 수 있고, 구조적 안정성을 제공하고, 및/또는 캐소드 집전체 및 버스바 중 하나 이상으로 작용할 수 있는 금속 구조물을 포함할 수 있다. 금속 구조물은 알루미늄, 니켈, 구리, 은, 아연, 스테인리스 스틸 및 납으로 이루어진 그룹 중 하나 이상으로 제조될 수 있지만, 특히 알루미늄으로 제조될 수 있다.
하나 이상의 양태에 따른 배터리 모듈의 전체 치수는 특별히 제한되지 않는다. 모듈의 최소 너비는 하우징의 벽 두께, 집전체/버스바 및 기타 연결의 치수, 셀의 크기에 따라 결정될 수 있다. 예시적인 구성에서, 전체 모듈 너비는 약 350 mm일 수 있다. 도 2a를 참조한다. 일부 양태에서, 모듈은 50, 100, 200, 300, 또는 500 mm 중 어느 하나의 하한에서 200, 300, 400, 500, 또는 750 mm 중 어느 하나의 상한까지 범위의 너비를 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환 가능한 상한과 쌍을 이룰 수 있다.
모듈의 높이는 모듈에 포함된 셀의 총 수와 이들의 간격에 따라 적어도 부분적으로 결정될 수 있다. 일부 양태에서, 개별 모듈의 전체 높이는 용기 높이 및 공급 라인 직경에 의해 제한된다. 예시적인 구성에서 전체 모듈 높이 약 2 m일 수 있다. 도 2a를 참조한다. 일부 양태에서, 모듈은 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 m 중 어느 하나의 하한에서 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0 m 중 어느 하나의 상한까지 범위의 높이를 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환 가능한 상한과 쌍을 이룰 수 있다.
모듈의 깊이는 모듈에 포함된 셀의 총 수와 이들의 간격에 따라 적어도 부분적으로 결정될 수 있다. 예시적인 구성에서 전체 모듈 깊이는 약 0.195 m일 수 있다. 도 2a를 참조한다. 일부 양태에서, 모듈은 0.10, 0.14, 0.18, 0.20, 0.22 m 중 어느 하나의 하한에서 0.16, 0.18, 0.20, 0.22, 0.30 m 중 어느 하나의 상한까지 범위의 깊이를 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환 가능한 상한과 쌍을 이룰 수 있다.
하나 이상의 양태의 모듈은 물 및 공기 공급 라인과 연결될 수 있다. 하나 이상의 양태의 예시적인 배터리 모듈의 구성요소는 도 2b에 도시되어 있다.
하나 이상의 양태의 배터리 모듈의 셀 레이아웃은 특별히 제한되지 않지만, 모든 셀에 충분한 해수 및 공기 공급을 여전히 보장하면서 가능한 한 컴팩트할 수 있다. 낮은 흐름 저항을 제공하기 위해 물과 공기 흐름 요건에 따라 각 모듈 내 셀의 공간 분포를 최적화할 수 있다. 일부 양태에서, 셀 레이아웃은 지그재그 배열을 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태의 예시적인 배터리 모듈의 셀 레이아웃이 도 2c에 도시되어 있다. 하나 이상의 양태에서, 해수의 흐름은 생성되는 사실상 모든 염소가 해수에 용해되는 것을 보장하도록 선택될 수 있다. 일부 양태에서, 해수의 질량 흐름은 충전/방전 사이클당 약 150 내지 250 m3의 범위일 수 있다. 일부 양태에서, 해수의 질량 유량은 배터리 모듈당 약 0.05 내지 0.15 m3일 수 있다.
일부 양태에서, 해수와 같은 나트륨 이온 함유 용액은 셀을 측방향으로(셀의 최단 치수를 통해) 통과하도록 배터리 모듈을 통해 펌핑될 수 있다. 충분한 산소 공급을 보장하기 위해 별도의 매니폴드(manifold)를 통해 모듈에 공기를 공급할 수 있다. 매니폴드는 모듈 바닥에 공기를 주입하여, 나트륨 이온 함유 용액이 방전 중에 산소로 포화되도록 한다. 일부 양태에서, 배터리 모듈은 수직으로 배열되어, 주입된 공기가 배터리 셀을 통과하면서 모듈의 상부로 상승하도록 할 수 있다. 과도한 공기는 가스 세퍼레이터 또는 공기 배출구를 통해 모듈에서 제거할 수 있다.
금속 버스바는 하나 이상의 양태의 모듈의 각 셀을 병렬로 연결할 수 있다. 금속은 알루미늄, 니켈, 구리, 은, 아연, 스테인리스 스틸 및 납으로 이루어진 군 중 하나 이상일 수 있다. 특정 양태에서, 버스바는 알루미늄 버스바일 수 있다. 하나 이상의 양태에 따른 배터리 모듈은 100, 200, 300, 400, 500, 또는 600 A 중 어느 하나의 하한에서 500, 600, 700, 800, 또는 1000 A 중 어느 하나의 상한까지의 범위의 전류를 제공할 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환되는 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 특정 양태에서, 배터리 모듈은 약 540 A의 전압을 제공할 수 있다.
버스바의 치수는 모듈에서 제공되는 총 전류와 버스바가 제조되는 재료의 영향을 받는다. 예를 들어, 알루미늄은 구리보다 저항이 높기 때문에, 알루미늄 버스바의 최소 단면적의 대략 1.6배여야 한다. 일부 양태에서, 알루미늄 버스바는 약 592 ㎟의 단면적을 가질 것이다. 하나 이상의 양태의 버스바는 3 내지 4 mm 범위의 두께를 가질 수 있다. 일부 양태에서 버스바의 두께는 약 3.3 mm일 수 있다. 버스바는 사다리꼴을 가질 수 있으며, 일부 양태에서, 케이블을 통해 다른 모듈 또는 다음 모듈 열(row)과 직접 연결될 수 있다.
하나 이상의 양태의 배터리 모듈의 하우징은 특별히 제한되지 않지만, 그 내용물을 기계적으로 지지하도록 선택되어야 한다. 하나 이상의 양태에서, 하우징은 여전히 비용 효율적인 생산 및 조립을 허용하면서 해수에 대해 실질적으로 내화학성이어야 한다. 일부 양태에서, 하우징은 또한 충전 및 방전 공정에 의해 생성되는 작동 수준의 염소 및 가성 소다에 내성이 있어야 한다. 예시적인 재료로는 PVC와 같은 플라스틱을 포함한다. 하우징은 약 6 mm의 균일한 벽 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 양태의 모듈 설계는 비드와 같은 강성을 최대화하는 임의의 방법을 반드시 구성하지 않을 수 있다.
배터리 모듈은 2개의 매니폴드, 셀을 수용하는 직육면체 튜브, 및 분리 시트의 4개의 부분을 포함한다. 도 2b를 참조한다. 제1 매니폴드는 물 및 공기 주입구 역할을 할 수 있다. 제1 매니폴드는 피팅을 통해 연결되고, 미리 형성된 구멍에 설치되고, 테이퍼링된 나사(tapered thread)로 밀봉된 공급 파이프를 포함할 수 있다. 모듈의 상단에 설치될 수 있는 제2 매니폴드는 물 배출구 피팅, 가스 세퍼레이터, 및 버스바를 연결하기 위한 개구부를 구성으로 할 수 있다. 셀은 캐소드 집전체를 통해 고정되고, 시트를 분리하고, 애노드 버스바와 함께 유닛으로 조립될 수 있다. 어셈블리는 외부 튜브와 합쳐지고 용접되어, 수밀성(water tightness)을 제공한다. 매니폴드는 해수를 통해 상당한 현재 흐름을 피하기 위해 충분히 길 수 있다.
당업자는 본 개시 내용에 따라, 배터리 모듈이 위에서 명시적으로 개시된 것에 제한되지 않고, 그 적용의 특정 요건에 따라 조정될 수 있음을 본 개시 내용의 이점으로 이해할 것이다.
배터리
하나 이상의 양태에서, 본 개시 내용에 따라 배터리는 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 배터리는 특히 복수의 전술한 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈은 일부 양태에서 버스바에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 그러나, 다른 양태에서, 셀은 병렬로 연결될 수 있다. 당업자는 직렬 또는 병렬의 선택이 배터리의 의도된 애플리케이션의 전압 및 현재 요구에 의존할 것이라는 것을 본 개시 내용의 이점으로 이해할 것이다.
특정 양태에서, 배터리 모듈은 열(row)로 배열될 수 있다. 각 열의 모듈은 알루미늄, 니켈, 구리, 은, 아연, 스테인리스 스틸 및 납으로 이루어진 그룹 중 하나 이상으로 제조될 수 있는 버스바에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 특정 양태에서, 버스바는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 모듈의 열은, 예를 들어 모듈 상단의 구리 케이블로 연결될 수 있다. 도 3a 및 3b를 참조한다.
배터리가 포함하는 모듈 및 셀의 정확한 수는 특별히 제한되지 않으며, 배터리의 의도된 애플리케이션의 전압 및 전류 요구에 따라 선택될 수 있다. 하나 이상의 양태의 배터리는 50, 100, 150, 200 및 250개 중 어느 하나의 대략적인 하한에서 100, 150, 200, 250 또는 500개 중 어느 하나의 대략적인 상한까지 범위의 다수의 배터리 모듈을 포함할 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환되는 상한과 쌍을 이룰 수 있다.
하나 이상의 양태의 배터리는 용량이 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 및 10 MWh 중 어느 하나의 대략적인 하한에서 1, 3, 5, 10 및 15 MWh 중 어느 하나의 대략적인 상한 범위의 용량을 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환되는 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 특정 양태에서, 배터리는 0.5 MWh 이상, 1 MWh 이상, 2 MWh 이상, 3 MWh 이상, 4 MWh 이상, 5 MWh 이상, 또는 10 MWh 이상의 용량을 가질 수 있다. 본 개시 내용의 하나 이상의 양태에 따라 배터리는 일반적으로 고도로 확장가능하여, 매우 높은 용량의 제공을 허용한다.
하나 이상의 양태의 배터리는 약 100, 200, 300, 또는 500 kW 중 어느 하나의 대략적인 하한값에서 400, 500, 750, 또는 1000 kW 중 어느 하나의 대략적인 상한값 범위의 전력을 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환 가능한 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 특정 양태에서, 배터리는 200 kW 이상, 300 kW 이상, 400 kW 이상, 또는 500 kW 이상의 전력을 가질 수 있다.
하나 이상의 양태의 배터리는 100, 200, 300, 400, 또는 500 V 중 어느 하나의 대략적인 하한값에서 500, 600, 750 또는 1000 V 중 어느 하나의 대략적인 상한값 범위의 전압을 제공할 수 있으며, 여기서 모든 하한은 수학적으로 호환되는 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 특정 양태의 배터리는 약 576 V의 전압을 제공할 수 있다. 배터리 모듈이 직렬로 연결된 하나 이상의 양태의 배터리에서, 배터리에 의해 제공되는 전압은 대략적으로 배터리 모듈에 의해 제공되는 전압의 합일 것이다. 직렬로 연결된 배터리 모듈의 수는 목적하는 전압을 제공하는데 필요한 수일 수 있다.
하나 이상의 구체예의 배터리는 100, 200, 300, 400, 500, 또는 600 A 중 어느 하나의 하한에서 500, 600, 700, 800, 또는 1000 A 중 어느 하나의 상한의 범위의 전류를 제공할 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환 가능한 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 특정 양태에서, 배터리 모듈은 약 540 A의 전압을 제공할 수 있다. 배터리 모듈이 직렬로 연결된 하나 이상의 양태의 배터리에서, 배터리에 의해 제공되는 전류는 하나의 배터리 모듈에 의해 제공되는 전류와 대략적으로 동일할 것이다.
하나 이상의 양태의 배터리는 200, 500, 1000, 2500, 또는 5000 사이클 중 어느 하나의 하한에서 1000, 3000, 5000 또는 10000 사이클 중 어느 하나의 상한까지 범위의 사이클 수명을 가질 수 있으며, 여기서 하한은 수학적으로 호환되는 상한과 쌍을 이룰 수 있다. 특정 양태에서, 배터리는 적어도 200 사이클, 적어도 500 사이클, 적어도 1000 사이클, 또는 적어도 5000 사이클의 사이클 수명을 가질 수 있다.
배터리 시스템은 간편한 운송 및 취급을 위해 표준 배송 컨테이너에 장착될 수 있다. 구성에 따라서, 배터리는 적어도 복수의 배터리 모듈, 주입구 및 배출구 튜브, 및 전기 연결부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태의 배터리는 주변 장치를 추가로 포함할 수 있다. 주변 장치는, 예를 들어 배터리 관리 구성요소, 여과 구성요소, 공기 압축기(전기 화학 반응에 충분한 양의 산소를 공급할 수 있음) 및 워터 펌프 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 장치는, 일부 양태에서, 20 피트 컨테이너(도 3a 참조)의 경우 별도로 설치되거나, 40 피트 컨테이너(도 3b 참조)의 경우 배터리 컨테이너 내부에 배치될 수 있다. 상대적으로 적은 수의 모듈이 사용되는 양태에서, 장치는 모듈과 함께 20 피트 컨테이너 내부에 설치될 수 있다. 40 피트 컨테이너를 사용하면, 셀과 모듈의 수를 더 늘릴 수 있다. 일반적으로, 배터리의 크기는 특별히 제한되지 않으며, 직렬 또는 병렬로 연결된 여러 개의 컨테이너로 구성될 수 있다.
하나 이상의 양태의 공기 압축기는 150, 200, 220, 또는 240 m3/h의 하한에서 250, 275, 또는 300 m3/h의 상한 범위의 양으로 공기를 공급할 수 있으며, 여기서 임의의 하한은 약 450 내지 550 mbar 범위의 압력에서 임의의 상한과 혼합되어 사용될 수 있다.
당업자는 본 개시 내용에 따라 배터리가 상기 개시된 것에 제한되지 않고 그들의 적용의 특정 요건 에 따라 조정될 수 있음을 본 개시의 이점으로 이해할 것이다. 본 발명에 따라 배터리는 사이클링 시 탁월한 용량 유지를 나타낼 수 있으며, 이는 사이클링 시 전기 화학 반응을 위한 신선한 해수의 연속적인 공급 및 사용된 재료의 화학적 안정성에 기인할 수 있다. 일부 양태의 배터리는 또한 기존의 배터리 기술과 비교하여 유리하게 환경 친화적일 수 있다.
애플리케이션
비용, 안전, 설치, 환경 문제 및 장기 조작이 중요한 해양 애플리케이션 및 원격 위치를 위한 대규모의 비용 효과적이고 효율적인 설계가 여기에 소개된다.
하나 이상의 양태의 배터리는 해상 풍력 발전 장치, 파도 및 조력 변환기, 전류 활성화 터빈과 함께 석유 및 가스 플랫폼 및 굴착 장치의 연안 및 연안 부근에서의 애플리케이션을 위한 전력 저장을 제공할 수 있다. 일부 양태의 배터리는 기존의 시스템에 용이하게 통합될 수 있다. 배터리는 해상 구조물 근처에 부유식 구조물에 설치하거나, 컨테이너 내부, 모듈 사이, 펌프와 압축기 사이에 보호 장벽을 설치하여 반잠수식으로 설치할 수 있다. 이러한 애플리케이션 중 일부는 도 5 및 6에 나타냈다. 배터리가 해수면 위에 설치되는 양태에서, 해수는 모듈을 통해 펌핑될 수 있다.
하나 이상의 양태의 캐소드가 해수이기 때문에, 배터리는 모듈로서 최종 사용 현장까지 안전하게 운송될 수 있다. 상기 모듈은 캐소드를 제외한(즉, 해수 없음) 배터리의 모든 구성요소를 포함할 수 있어, 설치 및 배치 비용을 절감할 수 있다. 모듈은 배터리를 제공하기 위해 현장에서 해수로 충전될 수 있다. 이는 연안 및 연안 부근을 비롯한 기타 떨어져 있는 현장의 전력 저장 애플리케이션에 유용할 수 있다.
하나 이상의 양태의 배터리가 감소된 염 수준으로 물을 방출함에 따라, 배터리는 담수화와 같은 공정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 배터리는 충전 모드에서 배터리를 사용할 때 담수화 플랜트의 염수 및 파쇄수 세척에 사용될 수 있다. 고순도 염소는 또한 충전 중에 생성되며, 추가 사용을 위해 포획될 수 있다.
일부 양태에서, 배터리는 염 제거를 위해 배터리로 해수를 전환하고 막에서 보다 효율적인 여과 및 담수화를 위해 플랜트에 물을 재주입함으로써 담수화 플랜트의 해수 전처리 단계에서 사용될 수 있다. 배터리는 또한 바다에 폐기되기 전에, 플랜트에서 생산된 염수로부터 염분을 제거하는데 사용될 수 있다. 이러한 염수 처리는 지역 환경의 염분 수준을 안정화하는데 도움이 될 수 있다. 도 7은 담수화 플랜트의 배터리 적용을 나타낸다.
하나 이상의 양태의 배터리는 또한 순항 중 전력을 저장하고 유휴한 시간 동안 전력을 공급하기 위해 운송 선박, 순항선 및 바지선 내부에 집적될 수 있다. 배터리를 사용하지 않을 때 순항 중 중량을 줄이기 위해 배터리 용기를 비울 수도 있다(즉, 해수 제거됨). 배터리는 정지 상태에서 충전될 수 있다. 도 8을 참조한다.
일부 데이터 센터는 필요한 냉각을 제한하기 위해 해저 환경에 위치할 수 있다. 하나 이상의 양태의 배터리는 상기 데이터 센터를 위한 전력 저장을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 특정 양태에서, 배터리는 데이터 무결성을 보존하기 위해 백업 전원을 제공할 수 있다. 도 9를 참조한다.
일부 양태의 배터리는 또한 산소의 추가 공급 없이도 작업할 수 있으며, 대신에 해수에 용해된 산소에 서서히 의존한다. 상기 양태는 특히 해저 애플리케이션에서의 배터리 사용에 관한 것일 수 있다. 그러한 경우, 이는 물 침투에 대해 시스템을 보호하고, 해저 압력에 저항하기 위한 보상 탱크 및 장벽을 포함할 것이다. 일부 경우에, 배터리는 추가 산소 공급 없이는 덜 효율적으로 작동할 수 있다.
이전의 설명이 특정 수단, 재료 및 양태를 참조하여 본 명세서에서 설명되었지만, 본 명세서에 개시된 특정 사항으로 제한하려는 것이 아니고; 오히려, 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 것과 같이 기능적으로 동등한 모든 구조, 방법 및 용도로 확장된다. 청구범위에서, 수단 플러스 기능 조항은 인용된 기능을 수행하는 것으로 여기에 설명된 구조 및 구조적 등가물뿐만 아니라 동등한 구조를 포함하도록 의도된다. 따라서, 못과 나사는 못이 나무 부품을 함께 고정하기 위해 원통형 표면을 사용한다는 점에서 구조적으로 동등하지 않을 수 있지만, 나사는 나선형 표면을 사용하는 반면, 나무 부품을 고정하는 환경에서 못과 나사는 동등한 구조일 수 있다. 청구항에서 관련 기능과 함께 '~을 위한 수단'이라는 단어를 명시적으로 사용하는 경우는 제외하고, 본 명세서의 모든 청구항의 제한에 대해 35 U.S.C. § 112(f)를 원용하지 않는 것이 출원인의 명시적 의도이다.

Claims (35)

  1. 전기 화학 셀(electrochemical cell)로서, 상기 전기 화학 셀은,
    애노드;
    다공성 애노드 집전체(porous anodic current collector);
    캐소드;
    다공성 캐소드 집전체(porous cathodic current collector); 및
    상기 캐소드로부터 애노드를 분리하고 애노드 집전체를 둘러싸도록 배치되는 알칼리 금속 전도성 세퍼레이터(alkali metal-conducting separator);를 포함하고,
    상기 캐소드는 해수를 포함하는 것인, 전기 화학 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀은 관형(tubular)이고, 애노드 집전체 및 캐소드 집전체 중 적어도 하나는 형상이 원통형(cylindrical)인 것인, 전기 화학 셀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 애노드 집전체 및 캐소드 집전체는 모두 형상이 원통형인 것인, 전기 화학 셀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 애노드 집전체는 캐소드 집전체 내에 배치되는 것인, 전기 화학 셀.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 전도성 세퍼레이터는 NASICON 필름인 것인, 전기 화학 셀.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 애노드 집전체와 캐소드 집전체 사이에 배치되고, 이들 둘 모두와 접촉하는 것인, 전기 화학 셀.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 애노드 집전체는 금속 발포체(metal foam)인 것인, 전기 화학 셀.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속 발포체는 알루미늄 발포체인 것인, 전기 화학 셀.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드는 경질 탄소인 것인, 전기 화학 셀.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 캐소드 집전체는 탄소 펠트(carbon felt)인 것인, 전기 화학 셀.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀은 약 5 내지 25 mm 범위의 직경을 갖는 것인, 전기 화학 셀.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀은 약 10 내지 500 mm 범위의 길이를 갖는 것인, 전기 화학 셀.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀은 약 2 내지 4 V 범위의 전압을 제공하는 것인, 전기 화학 셀.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 셀은 10 내지 500 범위의 다수의 셀을 포함하는 것인, 배터리 모듈.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 복수의 셀은 병렬로 연결되는 것인, 배터리 모듈.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 100 A 내지 700 A 범위의 전류를 제공하는 것인, 배터리 모듈.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 셀은 금속 구조물로 연결되는 것인, 배터리 모듈.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 셀은 엇갈린(staggered) 배열을 갖는 것인, 배터리 모듈.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항의 복수의 모듈을 포함하는 배터리.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 모듈은 50 내지 250 범위의 다수의 모듈을 포함하는 것인, 배터리.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 배터리의 모듈은 직렬로 연결되는 것인, 배터리.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리는 약 0.5 MWh 이상의 용량을 갖는 것인, 배터리.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리는 약 400 내지 700 V 범위의 전압을 제공하는 것인, 배터리.
  25. 배터리로서, 상기 배터리는 복수의 전기 화학 셀을 포함하고,
    각각의 전기 화학 셀은,
    해수 캐소드(seawater cathode); 및
    NASICON 막(membrane);을 포함하고,
    상기 배터리는 3 MWh 이상의 용량을 갖는 것인, 배터리.
  26. 제25항에 있어서,
    각각의 전기 화학 셀은,
    경질 탄소 애노드;
    알루미늄 발포체 애노드 집전체; 및
    탄소 펠트 캐소드 집전체;를 더 포함하는 것인, 배터리.
  27. 담수화 플랜트(desalination plant)로서, 상기 담수화 플랜트는,
    전처리 스테이지(pretreatment stage);
    필터;
    막(membrane); 및
    해수 배터리;를 포함하는 것인, 담수화 플랜트.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 배터리는 상기 플랜트의 전처리 스테이지에 연결되는 것인, 담수화 플랜트.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 배터리는 막 뒤에 연결되는 것인, 담수화 플랜트.
  30. 전력을 생성하는 방법으로서, 상기 방법은,
    모듈을 현장으로 운송하는 단계;
    배터리를 제공하도록 현장에서 모듈에 해수를 추가하는 단계; 및
    상기 배터리로 전력을 생산하는 단계;를 포함하고,
    상기 모듈은 캐소드를 제외한 배터리의 모든 구성요소를 포함하는 것인, 전력을 생성하는 방법.
  31. 해수담수화 방법으로서, 상기 방법은,
    배터리를 통해 해수를 흐르게 하는 단계; 및
    해수로 배터리를 충전하는 단계;를 포함하고,
    상기 배터리는, 각각이 NASICON 막으로 제조된 세퍼레이터를 포함하는 복수의 전기 화학 셀을 포함하는 것인, 해수담수화 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    각각의 전기 화학 셀은,
    경질 탄소 애노드;
    알루미늄 발포체 애노드 집전체; 및
    탄소 펠트 캐소드 집전체;를 더 포함하는 것인, 해수담수화 방법.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    상기 배터리의 용량은 1 MWh 이상인 것인, 해수담수화 방법.
  34. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리는 해수가 담수화 막을 통과하기 전에 해수를 담수화하는 것인, 해수담수화 방법.
  35. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리는 해수가 담수화 막을 통과한 후 해수를 담수화하는 것인, 해수담수화 방법.
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