TWI742053B - 儲存電能的裝置及操作該裝置的方法 - Google Patents

儲存電能的裝置及操作該裝置的方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種儲存電能的裝置，其包含：至少一個電化電池(1)，其具有由固體電解質(3)分離之陽極空間(5)及陰極空間(11)；且亦包含用於陽極材料之第一儲存區(7)，其連接至該陽極空間(5)；及用於陰極材料之第二儲存區(23)，其連接至該陰極空間(11)，其中該陰極空間(11)亦連接至第三儲存區(25)，且該第二儲存區(23)與該第三儲存區(25)藉助於氣體導管(33)彼此連接，其中該氣體導管(33)在每一狀況下通向該第二儲存區(23)及該第三儲存區(25)之上部區域，且具有可逆輸送方向之用於氣體的輸送裝置(35)容納於該氣體導管(33)中，且此外，(i)該第二儲存區(23)具有在該儲存區(23)之下部區域中的排出點(27)，該排出點連接至通向該陰極空間(11)之上部區域的導管(17)，且該第三儲存區(25)具有在該第三儲存區(25)中所包含之液體的表面(31)處的排出點(29)，該排出點連接至通向該陰極空間(11)之下部區域的導管(19)，或 (ii)該第二儲存區(23)及該第三儲存區(25)各自具有在該儲存區之該下部區域中的排出點(41)，該等排出點連接至通向該陰極空間(11)之該下部區域的導管(19)，且各自具有在該儲存區(23、25)中所包含之該液體的該表面(31)處的排出點(43)，該等排出點連接至通向該陰極空間(11)之該上部區域的導管(17)。
本發明進一步係關於一種操作該裝置的方法。

Description

儲存電能的裝置及操作該裝置的方法 說明
本發明出於一種儲存電能的裝置，其包含：至少一個電化電池，其具有由固體電解質分離之陽極空間及陰極空間；且亦包含用於陽極材料之第一儲存區，其連接至陽極空間；及用於陰極材料之第二儲存區，其連接至陰極空間。本發明進一步係關於一種操作儲存電能的裝置之方法。
用於儲存電能之電化電池通常被稱作電池組或蓄電池。其他電化裝置為(例如)電解池。舉例而言，此等裝置可用於自包含鹼金屬之合適鹽類製備鹼金屬。
除在環境溫度下予以操作的電池組之外，亦存在要求高於環境溫度之操作溫度的電池組。此等電池組通常為使用熔融電解質操作之電化電池，其中至少一種電解質之熔點高於環境溫度。此類型之電池組係(例如)基於鹼金屬及硫之電池組，其中硫及鹼金屬兩者皆在熔融狀態中使用。
舉例而言，自DE-A 26 35 900或DE-A 26 10 222已知基於作為陽極及陰極反應參與物之熔融鹼金屬(通常為硫)操作的此類型之電池組。此處，熔融鹼金屬與陰極反應參與物係由對陽離子可滲透之固體電解 質分離。鹼金屬與陰極反應參與物之反應在陰極處發生。舉例而言，當將鈉用作鹼金屬且將硫用作陰極反應參與物時，此為鈉與硫之反應以形成聚硫化鈉。為了對電池組充電，藉由引入電能而在電極處將聚硫化鈉再次解離成鈉及硫。
為了增大基於熔融鹼金屬及陰極反應參與物之電池組的儲存容量，使用藉助於額外存料容器增大所使用反應物之量的電池組。為了實現放電，將液態鈉供應至固體電解質。液態鈉同時充當陽極且形成經由陽離子導電固體電解質傳送至陰極之陽離子。在陰極處，流動至陰極上之硫還原為聚硫化物，亦即，與鈉離子反應以形成聚硫化鈉。可在另外容器中收集對應的聚硫化鈉。作為替代例，亦有可能將聚硫化鈉連同硫一起收集於在陰極空間周圍的容器中。因密度差之緣故，硫上升且聚硫化鈉沈降。亦可利用此密度差產生沿著陰極的流動。舉例而言，WO 2011/161072中描述對應的電池組設計。
DE-A 10 2011 110 843揭示一種基於熔融鈉及熔融硫之電池組，其中提供用於鈉、硫及聚硫化鈉之分離儲存區，且在操作期間，在每一狀況下所要求之材料流動通過電池組之電池。將用於去除電力之電極配置於鈉導管及聚硫化物導管上。
WO-A 2010/135283描述一種另外鈉-硫電池組，其中使用用於鈉及硫之單獨容器以便增大範圍。此處，藉助於泵將鈉及硫各自輸送通過電化電池之各別電解質空間。此會引起連續流動，使得形成於硫側上之聚硫化鈉連續地自電解質空間排放。
因為所有電化反應物以熔融形式存在且離子導電陶瓷膜之 最佳導電範圍僅在相對高溫下達到，所以此類電池組之操作溫度通常介於300℃至370℃之範圍內。最高溫度通常係藉由用作固體電解質之陶瓷的降解予以判定。
為了控制電池溫度，JP-A 2010-212099或DE-A 40 29 901揭示(例如)在電化電池周圍流動之溫度控制介質的用途。
然而，所有此等系統皆具有如下缺點：當複數個電池經接合以形成電池組時，熱無法自位於內部中之電化電池向外傳導，由此，相較於位於外部上之電池，位於內部中之電池明顯變得更熱。此可頻繁地使對功率之關閉或節流在進行中之操作期間成為必要，其不利地影響電池組之經濟情況。另外，此類電池組之加熱及冷卻(例如，使電池組關閉或使電池組再次啟動)僅在極適中溫度梯度的情況下隨時間推移且因此支出大量時間才係可能的。
自先前技術得知的電池組之另外缺點為：必須使用與液體硫或液體鹼金屬直接接觸之輸送裝置(一般為泵)來輸送硫及鹼金屬。此會產生高腐蝕速率，且因此產生因為必要維修及維護工作發生的電池組之頻繁關閉。
因此，本發明之目標係提供一種具有至少一個電化電池之儲存電能的裝置且亦提供一種操作此裝置的方法，該裝置及該方法並不具有自先前技術已知的缺點。
該目標係由一種儲存電能的裝置達成，其包含：至少一個電化電池，其具有由一固體電解質分離之一陽極空間及一陰極空間；且亦包 含用於陽極材料之一第一儲存區，其連接至該陽極空間；及用於陰極材料之一第二儲存區，其連接至該陰極空間，其中該陰極空間亦連接至一第三儲存區，且該第二儲存區與該第三儲存區藉助於一氣體導管彼此連接，其中該氣體導管在每一狀況下通向該第二儲存區及該第三儲存區之上部區域，且具有一可逆輸送方向之用於氣體的一輸送裝置容納於該氣體導管中，且此外，(i)該第二儲存區具有在該儲存區之下部區域中的一排出點，該排出點連接至通向該陰極空間之上部區域的一導管，且該第三儲存區具有在該第三儲存區中所包含之液體的表面處的一排出點，該排出點連接至通向該陰極空間之下部區域的一導管，或(ii)該第二儲存區及該第三儲存區各自具有在該儲存區之該下部區域中的一排出點，該等排出點連接至通向該陰極空間之該下部區域的一導管，且各自具有在該儲存區中所包含之該液體的該表面處的一排出點，該等排出點連接至通向該陰極空間之該上部區域的一導管。
使用由氣體導管連接之第二儲存區及第三儲存區使得有可能在放電期間將陰極材料傳送至陰極空間中且將形成於陰極空間中之反應產物自陰極空間傳送至各別儲存區中，及在對電池組充電期間將反應產物傳送至陰極空間中且將形成於陰極空間中之陰極材料傳送至各別儲存區中，而不另外使用與陰極材料或反應產物接觸之泵。詳言之，此允許避免對針對維護工作之操作的中斷，歸因於與陰極材料或所形成之反應產物之接觸而造成的泵之腐蝕使該維護工作變得必要。僅憑藉重力及由將氣體自 一個儲存區輸送至另一儲存區中所產生的壓力差而實現將陰極材料及反應產物傳送通過陰極空間。
在一尤其較佳的具體實例中，將硫用作陰極材料，且將鹼金屬(尤其為鈉)用作陽極材料。所形成之反應產物為鹼金屬聚硫化物，在下文中亦被稱作聚硫化物。
除使用硫及鹼金屬之外，根據本發明之裝置及根據本發明之方法亦可用於其他陰極材料及陽極材料，只要陽極材料、陰極材料及反應產物在操作溫度下為液體，且另外，陰極材料及反應產物形成具有不同密度之兩種不可混溶的相即可。出於簡單起見，將在下文中針對作為陰極材料之硫及作為陽極材料之鹼金屬的實例來描述裝置以及方法兩者。
舉例而言，當將第二儲存區定位於電化電池上方且將第三儲存區定位於電化電池下方時，可實現藉助於重力而輔助將硫或鹼金屬聚硫化物傳送通過陰極空間。在此狀況下，硫可僅在重力作用下自第二儲存區流動通過電化電池而至第三儲存區中。因為鹼金屬聚硫化物相較於硫具有更高密度，所以鹼金屬聚硫化物在形成於陰極空間中時下沉，且因此可類似地僅憑藉重力而被去除及被引入至第三儲存區中。
若硫及鹼金屬聚硫化物自上部第二儲存區通過陰極空間而至下部第三儲存區中之流動速率欲增大，則亦可在此處藉由將氣體引入至第二儲存區中及相關聯壓力在該第二儲存區中聚集而輔助進行硫傳送。
將第二儲存區定位於電化電池上方且將第三儲存區定位於電化電池下方之另外優點為連續通氣係可能的。在陰極空間或導管中出現之任何氣泡上升至第二儲存區中，且因此不會妨礙硫在管道中之傳送或阻 擋電極之部分。
此外，有可能藉由增加壓力(亦即，藉由將氣體引入至上部第二儲存區)而將全部液體(亦即，硫及鹼金屬聚硫化物)自第二儲存區以及亦自電化電池之陰極空間兩者推送至第三儲存區中，使得亦在很大程度上清空電化電池。以此方式，固體電解質在電池組冷卻至低於硫或鹼金屬聚硫化物之凝固溫度的溫度期間發生斷裂的風險(例如，出於檢測目的)明顯降低。在恢復操作時進行無危險加熱亦係可能的，此係因為對硫及聚硫化物之加熱在下部儲存區中發生，且僅必須加熱空電池。
因為必須使流動方向反轉且必須將鹼金屬聚硫化物引入至陰極空間中以用於對電池組充電，所以對於此操作狀態，將氣體引入至第三儲存區中係必要的，使得由於增加之壓力而將鹼金屬聚硫化物引入至陰極空間中，且可在頂部處使硫自陰極空間去除。出於此目的，具有可逆輸送方向之用於氣體的輸送裝置係必要的。
有可能將(例如)具有可逆流動方向之壓縮機單元用作具有可逆輸送方向之用於氣體的輸送裝置。將此類壓縮機單元與適當關閉器件(尤其為閥門或旋塞)組合使用允許將氣體自第二儲存區輸送至第三儲存區中，或在相反方向上，自第三儲存區輸送至第二儲存區中。以此方式，將氣體輸送至之儲存區中的壓力會增大，且使氣體自其去除之另一儲存區中的壓力會減小。作為具有可逆流動方向之壓縮機單元的替代例，亦可以熟習此項技術者已知之任何其他所要方式實現可逆輸送方向。因此，舉例而言，有可能提供各自具有一輸送裝置之兩個平行導管，其中一個輸送裝置在一個方向上進行輸送且第二輸送裝置在相反方向上進行輸送，且有可 能在每一狀況下取決於所要方向藉助於閥門而將氣體輸送通過兩個導管中之一者。有可能將實現氣體傳送可藉助之任何所要裝置用作輸送裝置。慣用輸送裝置係壓縮機。
為了防止硫在用於輸送氣體之壓縮機中冷凝，在一較佳具體實例中，將冷凝物分離器定位於第二儲存區與用於氣體的輸送裝置之間及/或第三儲存區與用於氣體的輸送裝置之間。冷凝物分離器較佳地在氣體中所包含之硫冷凝出來且可分離出來所在的溫度下操作。尤其當在低於硫之冷凝溫度的溫度下操作用於氣體之輸送裝置時，氣體中所包含之硫的沈澱係必要的。在此狀況下，氣體中所包含之硫可在輸送裝置中冷凝出來，且尤其由於腐蝕而引起損害。為了確保硫不進入輸送裝置，在氣體之流動方向上將冷凝物分離器較佳地定位於輸送裝置上游。
一方面，可藉由冷卻冷凝物分離器來達成硫沈澱所要之低溫，但作為替代例，亦有可能將冷凝物分離器定位於溫度低於電池組之操作溫度的位置。舉例而言，此位置係在對於操作電池組所必要之絕緣體外部。
作為冷凝物分離器之替代例或除了冷凝物分離器以外，亦有可能將波紋管提供於第二儲存區及用於氣體之輸送裝置之間及第三儲存區與用於氣體之輸送裝置之間。使用波紋管使得有可能將由輸送裝置傳送之氣體與第二儲存區及第三儲存區中所包含之各別氣氛完全地脫離。
因為不可能防止硫或聚硫化物至少包含於用於氣體傳送之導管的部分中且硫及聚硫化物兩者皆具有腐蝕作用，所以導管較佳地具備合適腐蝕保護。出於此目的，有可能(例如)鉻酸處理導管。
在本發明之一個具體實例中，該第二儲存區及該第三儲存區各自具有在該儲存區之該下部區域中的一排出點，該等排出點連接至通向該陰極空間之該下部區域的一導管，且該第二儲存區及該第三儲存區各自具有在該儲存區中所包含之該液體的該表面處的一排出點，該等排出點連接至通向該陰極空間之該上部區域的一導管，且該第二儲存區及該第三儲存區以一種方式彼此連接使得可將液體自該第二儲存區直接地輸送至該第三儲存區中。第二儲存區與第三儲存區之間的此連接允許將尚未在電池組充電期間發生反應之聚硫化物及尚未在電池組放電期間發生反應之硫再次直接地輸送回至儲存區中，分別將聚硫化物及硫自該儲存區引入至陰極空間中以便允許電池組之連續操作，直至所有硫或所有聚硫化物皆已發生反應或已達成規定轉化或規定操作時間為止。當不提供可直接地將硫或聚硫化物自第二儲存區輸送至第三儲存區中或自第三儲存區輸送至第二儲存區中所通過的此類導管時，在清空第二儲存區或第三儲存區之後，將未反應之聚硫化物或未反應之硫反向輸送通過陰極空間係必要的。從而使得充電操作或放電操作之中斷不必要，此係因為聚硫化物在充電期間繼續可用於陰極空間中，且硫在放電期間繼續可用於陰極空間中。
根據本發明，儲存電能的裝置之結構使得有可能藉助於硫或聚硫化物通過陰極空間之足夠高的流動速率而控制電化電池之溫度。為了達成合適溫度條件，在此處使第二儲存區及第三儲存區各自包含用於調節溫度之裝置係有利的。用於調節溫度之裝置使得能夠將第二儲存區及第三儲存區中之溫度調節成設定值。此使得有可能(例如)藉助於用於調節溫度之裝置而將已在傳遞通過陰極空間期間被硫或聚硫化物吸收或釋放之熱 移除或隨後引入於儲存區中，以使得可將第二儲存區或第三儲存區中(較佳地在第二儲存區及第三儲存區中)之硫及/或聚硫化物維持在規定的預期溫度下。熟習此項技術者已知之任何所要裝置適合用作用於調節溫度之裝置。因此，舉例而言，有可能提供用於量測溫度之溫度感測器及合適加熱單元以及合適冷卻單元，或作為替代例，提供經組合加熱及冷卻單元。為了實現加熱或冷卻，可將(例如)傳熱介質流動通過之管道提供於儲存區中，或作為替代例，可向儲存區提供傳熱介質流動通過之雙重壁。作為替代例，尤其對於加熱，亦可使用電加熱元件。因為在高溫下操作儲存電能的裝置，所以亦可藉由將熱釋放至環境中而實現冷卻。
各自連接至第二儲存區及第三儲存區之電化電池的數目可如希望一樣大。因此，可視情況提供僅一個電化電池，但亦有可能提供高達幾千個電化電池。此處，電化電池之數目取決於儲存電能的裝置之所要電力。個別電池可彼此串聯或並聯電連接。亦有可能在每一狀況下串聯連接複數個電化電池及並聯連接複數個此等系列或並聯連接複數個電化電池以形成模組及串聯連接分別並聯連接之模組。
為了能夠設定儲存電能的裝置之個別電化電池的溫度(其中將熔融鹼金屬用作陽極材料且將硫用作陰極材料)，根據具有以下步驟之方法來較佳地操作裝置：(a)使鹼金屬聚硫化物傳遞通過該陰極空間以便對該儲存電能的裝置充電或使硫傳遞通過該陰極空間以便使該儲存電能的裝置放電，其中將來自該第三儲存區之該鹼金屬聚硫化物自下方引入至該陰極空間中且該鹼金屬聚硫化物自底部向上流動通過該陰極空間，其中該鹼金屬聚硫化物之部 分轉化成硫且在該陰極空間之頂部處去除該鹼金屬聚硫化物及該硫且將該鹼金屬聚硫化物及該硫引入至該第二儲存區中，或將來自該第二儲存區之該硫自該頂部引入至該陰極空間中且該硫自該頂部向下流動通過該陰極空間，其中該硫之部分轉化成鹼金屬聚硫化物且在該陰極空間之該下部區域中去除該硫及該鹼金屬聚硫化物且將該硫及該鹼金屬聚硫化物引入至該第三儲存區中，(b)使該流動方向反轉且在該充電程序期間將該鹼金屬聚硫化物自該第二儲存區輸送回至該第三儲存區中，且在該放電程序期間將該硫自該第三儲存區輸送回至該第二儲存區中，(c)重複該等步驟(a)及(b)。
將鹼金屬硫化物自下方引入至陰極空間中及在頂部處使在傳遞通過陰極空間期間形成之硫去除以及亦使未反應之鹼金屬聚硫化物自陰極空間去除，或將硫自上方引入至陰極空間中及在底部處使在陰極空間中形成之鹼金屬聚硫化物去除以及亦使未反應之硫自陰極空間去除會輔助利用硫與鹼金屬聚硫化物之間的密度差。鹼金屬聚硫化物相較於硫具有更大密度且因此下沉，而在裝置充電期間形成之硫具有更低密度且因此上升。因為在放電期間在底部處且在充電期間在頂部處實現去除，所以鹼金屬聚硫化物尤其亦在放電程序期間自陰極空間移除，以使得鹼金屬聚硫化物不會阻擋電極處之進一步反應。該方法允許新鮮硫始終在放電期間被引入且流動至電極。對應地，所形成之硫尤其亦在裝置充電期間自陰極空間移除，以使得經引入之另外鹼金屬聚硫化物與電極接觸且轉化成藉由固體電解質予以輸送之鹼金屬及硫。與自先前技術得知的基於鹼金屬及硫之電 池組形成對比，此等流動條件使得有可能使用簡單的扁平電極，此係因為此電極不必具有儲存功能。此外，電極周圍之空間亦必須僅具有此大小以使得小液滴不繼續懸垂。亦在此處，不要求額外儲存容量。因為陰極空間不具有儲存功能，且另外可使電極扁平而不具有儲存功能，所以相較於在自先前技術得知的電池組態的狀況下，相同容量之儲存電能的裝置中有可能容納更大數目個電池。
當第二儲存區與第三儲存區彼此連接，使得可將液體自第二儲存區直接地輸送至第三儲存區中或相反地可將液體自第三儲存區直接地輸送至第二儲存區中時，有可能在執行步驟(b)之前打開對應連接，使得當使流動方向反轉時，經由直接連接而將鹼金屬聚硫化物或硫輸送至另一儲存區中。然而，若不提供此類導管，則在流動方向反轉之後，亦有可能使鹼金屬聚硫化物或硫輸送通過陰極空間而返回至各別其他儲存區中，其中在此狀況下，能夠繼續操作儲存電能的裝置(亦即，充電或放電)直至在充電期間存在於陰極空間中之聚硫化物或在放電期間存在於陰極空間中之硫在電極處發生反應為止。
當在步驟(b)中再循環鹼金屬或硫時，為了避免在充電操作期間或在放電操作期間發生中斷，以下操作係較佳的：在執行步驟(a)之前的每一狀況下，在該裝置充電期間將該硫自該第三儲存區輸送通過該陰極空間而至該第二儲存區中及在該裝置放電期間將該鹼金屬聚硫化物自該第二儲存區輸送通過該陰極空間而至該第三儲存區中，在每一狀況下，皆以大於在充電期間將該鹼金屬聚硫化物輸送通過該陰極空間及在放電期間將該硫輸送通過該陰極空間之速率的一速率進行操作。
在其中將第二儲存區定位於電化電池上方且將第三儲存區定位於電化電池下方之儲存電能的裝置之結構的狀況下，在放電期間將硫輸送回至第二儲存區中或在充電期間將鹼金屬輸送回至第三儲存區中的上述程序係特別合適的。此結構具有如下額外優點：電化電池可僅在重力作用下完全地清空，即使當存在能量供應故障時亦如此，使得材料不可在固體電解質周圍固化，且因此會損害固體電解質或電極。
當所使用之第二儲存區及第三儲存區各自具備用於硫及聚硫化物兩者之排出點時，其中可(例如)藉助於擱置於液體表面上之浮體而實現硫之排出，且用於聚硫化物之排出點係在儲存區之下側上，有可能在充電期間且亦在放電期間，首先將聚硫化物(或替代地，硫)自第二儲存區輸送至第三儲存區中，且一旦已達到規定狀態，即在相反方向上將聚硫化物(或替代地，硫)自第三儲存區輸送至第二儲存區中。對應方法接著包含以下步驟：(i)使鹼金屬聚硫化物傳遞通過該陰極空間以便對該儲存電能的裝置充電或使硫傳遞通過該陰極空間以便使該儲存電能的裝置放電，其中該鹼金屬聚硫化物或該硫自該第二儲存區流動至該第三儲存區中，且該硫之部分在放電期間傳遞通過該陰極空間期間轉化成鹼金屬聚硫化物，且該鹼金屬聚硫化物之部分在充電期間傳遞通過該陰極空間期間轉化成硫，使得在傳遞通過該陰極空間之後，該第三儲存區中包含由硫組成之一上部液相及由鹼金屬聚硫化物組成之一下部液相；(ii)在該硫之至少部分或該鹼金屬聚硫化物之至少部分已自該第二儲存區去除之後，使該流動方向反轉； (iii)使鹼金屬聚硫化物傳遞通過該陰極空間以便對該儲存電能的裝置充電或使硫傳遞通過該陰極空間以便使該儲存電能的裝置放電，其中該鹼金屬聚硫化物或該硫自該第三儲存區流動至該第二儲存區中，且該硫之部分在放電期間傳遞通過該陰極空間期間轉化成鹼金屬聚硫化物，且該鹼金屬聚硫化物之部分在充電期間傳遞通過該陰極空間期間轉化成硫，使得在傳遞通過該陰極空間或將該第三儲存區之內容物直接輸送回至該第二儲存區中之後，該第二儲存區中包含由硫組成之一上部液相及由鹼金屬聚硫化物組成之一下部液相；(iv)在該硫之至少部分或該鹼金屬聚硫化物之部分已自該第三儲存區去除之後，使該流動方向反轉；(v)重複該等步驟(i)至(iv)，其中以一種方式引入該鹼金屬聚硫化物使得其在充電期間自該底部向上流動通過該陰極空間，且以一種方式引入該硫使得其在放電期間自該頂部向下流動通過該陰極空間。
當達到規定狀態時，欲使輸送方向反轉所處之規定狀態為(例如)規定量或規定時間，其中能夠視需要選擇該量或時間。然而，最遲在已將所有硫或所有聚硫化物皆自儲存區去除時必須使輸送方向反轉。
在傳遞通過陰極空間之後使流動方向反轉且將一個儲存區之內容物輸送回至另一儲存區中的方法變化形式中，其中再循環藉由陰極空間或替代地經由分離導管而在較高速率下發生，且亦在通過陰極空間之流動替代地自第二儲存區發生至第三儲存區且自第三儲存區發生至第二儲存區的方法變化形式中，由於使用分離儲存區，因此有可能使用量大得多 的之鹼金屬及硫，且因此增大電池組之範圍。
在一個可能的具體實例中，第三儲存區經組態為中間儲存區，且相較於第二儲存區可具有更小容量。尤其在此狀況下，在步驟(iii)中，上文所描述之方法係以一種方式執行使得在流動方向反轉之後，將第三儲存區之內容物直接地輸送回至第二儲存區中。
上文所描述之具有步驟(a)至(c)的方法及具有步驟(i)至(v)的方法兩者皆各自以一種方式操作使得在儲存電能的裝置充電或放電期間通過陰極空間之流動速率係如此大以至僅經引入硫或經引入聚硫化物之部分發生反應。此意謂在充電期間過量地將聚硫化物輸送通過陰極空間且在放電期間過量地將硫輸送通過陰極空間。聚硫化物在充電期間之超出量及硫在放電期間之超出量較佳地為化學計量所要求之量的至少一倍半。聚硫化物或硫之最大超出量較佳地為可在第二儲存區與第三儲存區之間為10巴的壓力差下進行輸送的量。經傳送之最大量亦由陰極空間之組態判定。有必要使針對待在陰極空間中發生反應之電化電池的操作且另外針對陰極空間所要求之量(尤其為容納於其中之電極及固體電解質)不受流動損害。
為了防止輸送裝置與硫或聚硫化物形成接觸，以下操作係較佳的：藉由將氣體自經填充之該儲存區輸送至經清空之該儲存區中而實現該硫或該鹼金屬聚硫化物之該輸送。因為儲存區具有恆定容量，所以除了硫及/或聚硫化物以外，此等儲存區亦始終包含氣體。儲存區中所包含之氣體對於所使用之材料較佳地係惰性的。合適氣體為(例如)氮氣、氦氣、氬氣或對於硫及聚硫化物係惰性的其他氣體。
此處藉由將氣體引入至待清空儲存區中來實現聚硫化物或硫之傳送，以使得儲存區中壓力增大。將氣體自待填充之儲存區去除。因此，在不必將輸送裝置提供於硫及/或聚硫化物流動通過之導管中的情況下，在壓力控制下執行硫或聚硫化物之傳送。僅存在將氣體自一個儲存區輸送至另一儲存區中之壓縮機。
因為熱在裝置充電期間被吸收且熱在放電期間被釋放，所以必需控制電池溫度。根據本發明之方法允許藉由使硫或聚硫化物傳遞通過陰極空間而控制電池溫度。出於此目的，較佳地設定該鹼金屬聚硫化物或該硫之流動速率，使得該鹼金屬或該硫在傳遞通過該陰極空間期間之溫度改變的絕對值小於在該等電池正常操作期間的40℃。藉由調節第二儲存區及第三儲存區之溫度且在溫度提高的狀況下適當地冷卻且在溫度降低的狀況下加熱，接著可移除由硫或聚硫化物吸收或釋放之熱或在第二儲存區或第三儲存區中適當地吸收該熱。
下文憑藉諸圖中所描繪之實例說明本發明。
1:電化電池
3:固體電解質
5:陽極空間
7:第一儲存區
9:外殼
11:陰極空間
13:多孔電極
15:置換體
17:第一導管
19:第二導管
21:儲存電能的裝置
23:第二儲存區
25:第三儲存區
27:第二儲存區23之底部處的排出點
29:第三儲存區25中之排出點
31:第三儲存區25中之液體的表面
33:氣體導管
35:具有可逆輸送方向之輸送裝置
37:上部液相
39:下部液相
41:儲存區之底部處的排出點
43:液體表面處之排出點
45:封閉元件
47:直接導管
諸圖展示：圖1：電化電池，圖2：第一具體實例中之儲存電能的裝置，圖3：第二具體實例中之儲存電能的裝置，圖4：第三具體實例中之儲存電能的裝置，圖5：第四具體實例中之儲存電能的裝置。
圖1描繪一種電化電池。
電化電池1包含圍封陽極空間5之固體電解質3。在電化電池1之操作期間，用陽極材料填充陽極空間5。由固體電解質3圍封之陽極空間5連接至用於陽極材料之第一儲存區7以便增大電化電池1之容量。
固體電解質3容納於外殼9中，其中陰極空間11環繞固體電解質3且由外殼9定界。在電化電池之操作期間，陰極材料或陰極材料與陽極材料之反應產物流動通過環繞固體電解質3的陰極空間11。選擇環繞固體電解質3之陰極空間11的大小以使得達成電化電池1之所要容量。
為了確保電化電池1之功能，固體電解質3係由多孔電極13圍封。電化電池1特別地充當電能儲存區。為了獲得電能，陽極材料與陰極材料反應。此反應在多孔電極13中發生。為了使反應能夠發生，必須使固體電解質對陽極材料之離子(較佳地為鹼金屬離子，且尤其為鈉離子)可滲透。用作陽極材料之鹼金屬與較佳地用作陰極材料之硫反應以形成鹼金屬聚硫化物，出於本發明之目的，其亦被稱作聚硫化物。
如熟習此項技術者所知，經由收集器(此處未示)實現電化電池1之電連接，其中一個收集器通常連接至多孔電極13且第二收集器連接至導電性陽極材料。
在一較佳具體實例中，置換體15容納於由固體電解質3圍封之陽極空間5中。置換體15會縮減陽極空間5之容量。此會引起電化電池1之操作安全的改良，此係因為可在固體電解質斷裂的狀況下以不受控方式反應之陽極材料的比例極大地縮減。
置換體15可經組態為固體元件或中空本體。當置換體15經 組態為中空本體時，傳熱介質有可能流動通過此本體以便達成對電化電池溫度之額外控制。
為了能夠操作電化電池1，包含第一導管17及第二導管19，其中第一導管17通向陰極空間11之頂部且第二導管19通向底部。在放電期間，經由第一導管17饋入硫，且經由第二導管19去除所形成之鹼金屬聚硫化物及未反應之硫。對於充電，使流動方向反轉，以使得在此狀況下，經由第二導管19饋入鹼金屬聚硫化物，且經由第一導管17去除形成於陰極空間11中之硫及未反應之鹼金屬聚硫化物。
圖2展示第一具體實例中之儲存電能的裝置。
儲存電能的裝置21通常包含複數個電化電池1。此處，作為實例描繪兩個電化電池1。電化電池之數目通常可介於1至數十萬之範圍內。
為了能夠對儲存電能的裝置進行極長時間之操作，包含第二儲存區23及第三儲存區25。第二儲存區23具有在下部區域中之排出點27，其中排出點27連接至通向陰極空間11之上部區域的第一導管17。第三儲存區25具有在第三儲存區25中所包含之液體的表面31處的排出點29。排出點29連接至通向陰極空間11之下部區域的第二導管19。可(例如)藉助於在液體上浮動之浮體而實現在第三儲存區25中之液體的表面31處的排出點29。
第二儲存區23與第三儲存區25另外藉由氣體導管33彼此連接。氣體導管33在每一狀況下通向第二儲存區23及第三儲存區25之上部區域。以此方式，第二儲存區23及第三儲存區25之氣體包含區域(其在 每一狀況下位於液體上方)彼此連接。如此處所展示，氣體導管尤其較佳地在第二儲存區23及第三儲存區25之蓋子處打開。
具有可逆輸送方向之輸送裝置35容納於氣體導管33中，可藉助於該輸送裝置將氣體自第二儲存區23輸送至第三儲存區25中，或相反地，自第三儲存區25輸送至第二儲存區23中。有可能將使得可逆輸送方向成為可能之熟習此項技術者已知的任何所要輸送裝置用作具有可逆輸送方向之輸送裝置。因此，舉例而言，有可能使用輸送方向可逆之壓縮機。作為替代例，亦有可能提供兩個導管，其中壓縮機容納於每一導管中，且輸送藉由一個導管自第二儲存區23發生至第三儲存區25中，且藉由第二導管自第三儲存區25發生至第二儲存區23中。出於此目的，對應於欲發生輸送所在之方向的導管在每一狀況下打開。舉例而言，適當閥門可用於此目的。
為了對儲存電能的裝置21充電，藉助於輸送器件35經由氣體導管33而將氣體自第二儲存區23輸送至第三儲存區25中。因此，在第三儲存區25中建立高壓。因高壓之緣故，首先將形成上部液相37之硫推送至第三儲存區中之排出點29中，且將其輸送通過電化電池1之陰極空間11而至第二儲存區23中。一旦已自第三儲存區25去除硫，排出點29即擱置於經組成為第三儲存區中之下部液相39的鹼金屬聚硫化物上，以使得經由排出點29而去除此鹼金屬聚硫化物，且將其輸送通過電化電池1之陰極空間11。將電壓施加至電化電池，使得與電極13接觸之鹼金屬聚硫化物的部分發生反應以形成鹼金屬及硫。藉由固體電解質3將鹼金屬排放至陽極空間5中且自陽極空間5排放至第一儲存區7中，且將所形成之硫連同未反應之鹼金屬聚硫化物一起自陰極空間11推送通過第一導管17而至第二儲存 區23中。因此，由硫組成之上部液相及由鹼金屬聚硫化物組成之下部液相在第二儲存區中形成。
一旦已將一定量之聚硫化物自第三儲存區25輸送出來，即使具有可逆輸送方向之輸送裝置35的輸送方向反轉。現在將氣體自第三儲存區25輸送至第二儲存區23中，使得第二儲存區23中之壓力上升且經由第二儲存區23之底部處的排出點27去除第二儲存區23中所包含之聚硫化物，且將聚硫化物輸送通過陰極空間11而返回至第二儲存區23中。一旦已將所有聚硫化物自第二儲存區23去除，即停止自第二儲存區23輸送至第三儲存區25中。藉助於合適量測設施來判定此時間點，例如，藉由對存在於第二儲存區23之底部處或導管17中之液體的導熱性或導電性、密度或黏度之量測。隨後再次使氣體之輸送方向反轉。接著藉由將氣體自第二儲存區23引入至第三儲存區25中而再次將聚硫化物輸送通過陰極空間11，其中聚硫化物之部分發生反應以形成鹼金屬及硫。
在將聚硫化物自第二儲存區23輸送至第三儲存區25中期間，同樣有可能將聚硫化物之部分轉化成硫及鹼金屬。以此方式產生之硫最初保留於陰極空間11中。當再次使輸送方向反轉且再次將聚硫化物自第三儲存區25輸送通過導管19而至陰極空間11中時，將此硫輸送回至第二儲存區23中。
最大程度地重複以上步驟，直至所有聚硫化物皆已轉化成硫為止。一旦所有聚硫化物皆已發生反應，即對電池組充電且可利用經儲存電能。出於此目的，在第一步驟中，藉由將氣體自第三儲存區25引入至第二儲存區23中而將聚硫化物之殘留物且接著將硫之殘留物自第二儲存區23 輸送通過陰極空間11而至第三儲存區25中。在將第二儲存區23中仍然包含之聚硫化物輸送通過陰極空間11之後，硫進入陰極空間11，其中硫之部分與來自陽極空間5之鹼金屬發生反應以形成電極13中之鹼金屬聚硫化物。將所形成之聚硫化物及未反應之硫輸送通過第二導管19而至第三儲存區25中。在特定時間之後，但最遲當已清空第二儲存區23時，在輸送裝置35上使輸送方向反轉，使得將氣體自第二儲存區23輸送至第三儲存區25中。此會產生將硫自第三儲存區25輸送至第二儲存區23中。一旦已將硫自第三儲存區25去除且僅聚硫化物仍然包含於第三儲存區25中，即再次使氣體之輸送方向反轉且該程序重新開始。藉助於合適量測設施來判定此時間點，例如，藉由對存在於第三儲存區25處之排出設施29中或導管19中之液體的導熱性或導電性、密度或黏度之量測。重複此程序直至所有硫皆已發生反應且因此使裝置放電為止。
亦在此處，有可能在陰極空間11中之硫再循環期間將硫轉化成鹼金屬聚硫化物。在此狀況下，所形成之聚硫化物保留於陰極空間11中。當再次使輸送方向反轉且將硫自第二儲存區23輸送至陰極空間11中時，陰極空間11中所包含之聚硫化物首先流動至第三儲存區25中。
圖3中展示以與圖2中所描繪之裝置的操作方式相同的方式操作之儲存電能的裝置的替代結構。
就第二儲存區23及第三儲存區25之位置而言，圖3中所描繪之具體實例不同於圖2中所展示之具體實例。
在圖3中所展示之具體實例中，第二儲存區23定位於電化電池1上方且第三儲存區25定位於電化電池1下方。此具有如下優點：即 使在能量供應出現故障的情況下亦有可能繼續對電化電池進行清空。電化電池1之內容物可僅在重力作用下流入第三儲存區25。此使得有可能防止硫或聚硫化物在關閉之後在電化電池中固化且防止硫或聚硫化物有可能損害電極13或尤其固體電解質3。
然而，相較於圖2中所展示之具體實例中的氣體壓力，圖3中所展示之具體實例中的氣體壓力更高係必要的，以便因為第二儲存區23之位置而將第三儲存區25之內容物輸送回至第二儲存區23中。
圖4展示第三具體實例中之儲存電能的裝置。
在第二儲存區23及第三儲存區25上之排出點之配置且亦在導管17、19(其連接至各別排出點且第二儲存區23及第三儲存區25經由該等導管連接至陰極空間11)之配置方面，圖4中所展示之具體實例不同於圖2中所展示之具體實例。
在圖4中所展示之具體實例中，第二儲存區23及第三儲存區25兩者皆在下部區域中具有排出點41，其中排出點41各自連接至以陰極空間11之下部區域為末端的第二導管19。此外，第二儲存區23及第三儲存區25各自具有配置於各別儲存區23、25中之液體表面處的排出點43。配置於各別儲存區23、25中之液體表面處的排出點43各自連接至以陰極空間11之上部區域為末端的第一導管17。
可藉助於合適封閉元件45封閉配置於儲存區23、25之下部區域中的排出點41及配置於儲存區23、25中之液體表面處的排出點43兩者。此處，有可能將(例如)滑動閥門、旋轉球形閥門或熟習此項技術者已知之其他器件用作封閉元件45。
在使如圖4中所展示之裝置放電或啟動之後，鹼金屬聚硫化物存在於第二儲存區23中且第三儲存區25係空的。然而，聚硫化物亦有可能存在於兩個儲存區23、25中之每一者中。為了實現充電，經由排出導管41將鹼金屬聚硫化物自第二儲存區23去除，且將鹼金屬聚硫化物輸送通過第二導管19而至陰極空間11中。在陰極空間11中，鹼金屬聚硫化物之部分在電極13處發生反應以形成硫及鹼金屬，且鹼金屬藉由固體電解質3而傳送至陽極空間5中。因為另外鹼金屬始終進入陽極空間5，所以壓力在此處增加，且從而將鹼金屬傳送至儲存區7中。
硫及未反應之聚硫化物經由第一導管17自陰極空間11之頂部去除，且被引入至第三儲存區25中。出於此目的，在自其去除聚硫化物之第二儲存區23處打開儲存區之底部處的排出點41處的封閉元件，且封閉配置於液體表面處之排出點43處的封閉元件。對應地，在硫及未反應之聚硫化物被引入至之第三儲存區25處封閉配置於儲存區之底部處的排出點41處的封閉元件45，且打開配置於液體表面處之排出點處的封閉元件45。亦在此處所展示之具體實例中，為了將聚硫化物自第二儲存區23去除，經由氣體導管33將氣體自第三儲存區25引入至第二儲存區23中，使得第二儲存區23中之壓力上升且經由排出點41將聚硫化物自儲存區推送出來。
當已達到預定量時或當已去除所有聚硫化物時(亦即，聚硫化物與硫之間的相位界限已達到排出點41)，封閉第二儲存區23之排出導管41處及第三儲存區25處之排出導管43處的封閉元件且打開各別其他封閉元件45，使得現在可將聚硫化物自硫及未反應之聚硫化物先前已引入至之第三儲存區25去除，且所形成之硫及未反應之聚硫化物可在流動通過陰 極空間11之後被引入至第二儲存區23中。為了實現對應傳送，在同一時間使具有可逆輸送方向之輸送元件35的輸送方向反轉，使得將氣體自第二儲存區23引入至第三儲存區25中以便實現經壓力驅動之液體傳送。在已達到預定量之後，再次使輸送方向反轉，且封閉打開的各別封閉元件且打開封閉的封閉元件。最大程度地重複此程序直至所有聚硫化物皆已轉化成硫為止。
以類似於充電程序之方式執行對裝置之放電以便利用電能，差異之處在於為了去除硫，打開配置於液體表面處之排出點43處的封閉元件45，且為了將聚硫化物及未反應之硫引入至儲存區中，打開儲存區之底部處的排出點41處的封閉元件45且封閉液體表面處之排出點43處的封閉元件45。在預定時間過去或預定量之硫被去除或所有硫皆已被去除之後，使輸送方向反轉。
圖5中展示儲存電能的裝置之一另外具體實例。
與圖4中所展示之具體實例形成對比，此處，第二儲存區23為大的儲存區且第三儲存區25為小的中間儲存區。第三儲存區25藉助於直接導管47連接至第二儲存區23。與圖4中所展示之具體實例的操作形成對比，此處，當已達到使輸送方向反轉所處之量時，第三儲存區25之整體內容物被輸送返回通過直接導管47而至第二儲存區23中。在圖4中所展示之具體實例具有相等大小的儲存區的狀況下，執行該方法之對應方式亦係可能的，其中經由直接導管而將液體自第三儲存區25輸送回至第二儲存區23中。
在所有具體實例中，以陰極空間之下部區域為末端的第二導 管19經組態為(例如)突出至陰極空間11中的浸沒管道。作為替代例，當然亦有可能藉助於合適連接件而將第二導管19自底部接合於陰極空間上。然而，如此處所描繪，第二導管較佳地為浸沒管道。
在所有具體實例中，藉由將氣體自液體被引入至之儲存區去除且經由氣體導管33而將氣體輸送至自其去除液體之儲存區中，實現液體(亦即，硫及聚硫化物)之傳送。此使得有可能在輸送裝置(例如，泵)不與硫或聚硫化物接觸的情況下實現硫及聚硫化物之傳送。
為了防止氣體中所包含之硫蒸氣損害具有可逆輸送方向之輸送裝置35，較佳地提供冷凝物分離器(此處未示)。在冷凝物分離器中，冷卻氣體以使得硫冷凝出來。接著可將經冷凝硫自氣體移除，使得輸送裝置35不與硫接觸。
為了控制電化電池1之溫度，將聚硫化物或硫輸送通過陰極空間11之流動速率係如此大以至僅硫之部分在放電期間發生反應或聚硫化物之部分在充電期間發生反應。較佳地使流動速率如此大以至聚硫化物或硫在被引入至陰極空間11中時的溫度與硫及未反應之聚硫化物或聚硫化物及未反應之硫在自陰極空間11去除時之溫度偏離小於40℃，較佳地小於10℃。為了在此處使電化電池1中之溫度在多次傳遞通過陰極空間11期間保持恆定，較佳地控制第二儲存區23及第三儲存區25之溫度。
此外，較佳的是藉由絕緣體圍封除用於氣體之輸送裝置35之外的所有組件，此處未在圖中展示。此處，可在每一狀況下單獨地向各組件提供絕緣體，或利用針對所有組件之共同絕緣體。此外，此處有可能將儲存電能的整個裝置容納於總容器箱中且總容器箱有可能具備絕緣。
1‧‧‧電化電池
7‧‧‧第一儲存區
11‧‧‧陰極空間
13‧‧‧多孔電極
15‧‧‧置換體
17‧‧‧第一導管
19‧‧‧第二導管
21‧‧‧儲存電能的裝置
23‧‧‧第二儲存區
25‧‧‧第三儲存區
27‧‧‧第二儲存區23之底部處的排出點
29‧‧‧第三儲存區25中之排出點
31‧‧‧第三儲存區25中之液體的表面
33‧‧‧氣體導管
35‧‧‧具有可逆輸送方向之輸送裝置
37‧‧‧上部液相
39‧‧‧下部液相

Claims (12)

  1. 一種儲存電能的裝置，其包含：至少一個電化電池(1)，其具有由固體電解質(3)分離之陽極空間(5)及陰極空間(11)；且亦包含用於陽極材料之第一儲存區(7)，其連接至該陽極空間(5)；及用於陰極材料之第二儲存區(23)，其連接至該陰極空間(11)，其中該陽極材料、該陰極材料及形成於該陰極空間中之反應產物在操作溫度下係液體且陰極材料及反應產物形成具有不同密度之兩種不可混溶的相，且該陰極空間(11)亦連接至第三儲存區(25)，且該第二儲存區(23)與該第三儲存區(25)藉助於氣體導管(33)彼此連接，其中該氣體導管(33)在每一狀況下通向該第二儲存區(23)及該第三儲存區(25)之上部區域，且具有可逆輸送方向之用於氣體的輸送裝置(35)容納於該氣體導管(33)中，且此外，(i)該第二儲存區(23)具有在該儲存區(23)之下部區域中的排出點(27)，該排出點連接至通向該陰極空間(11)之上部區域的導管(17)，且該第三儲存區(25)具有在該第三儲存區(25)中所包含之液體的表面(31)處的排出點(29)，該排出點連接至通向該陰極空間(11)之下部區域的導管(19)，或(ii)該第二儲存區(23)及該第三儲存區(25)各自具有在該儲存區之該下部區域中的排出點(41)，該等排出點連接至通向該陰極空間(11)之該下部區域的導管(19)，且各自具有在該儲存區(23、25)中所包含之該液體的該表面(31)處的排出點(43)，該等排出點連接至通向 該陰極空間(11)之該上部區域的導管(17)。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第二儲存區(23)定位於該電化電池(1)上方且該第三儲存區(25)定位於該電化電池(1)下方。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中具有可逆輸送方向之用於該氣體的該輸送裝置(35)係具有可逆流動方向之壓縮機單元。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中冷凝物分離器定位於該第二儲存區(23)與用於氣體的該輸送裝置(35)之間及/或該第三儲存區(25)與用於氣體的該輸送裝置(35)之間。
  5. 如申請專利範圍第1項、第3項或第4項之裝置，其中該第二儲存區(23)及該第三儲存區(25)各自具有在該儲存區(23、25)之該下部區域中的排出點(41)，該等排出點連接至通向該陰極空間(11)之該下部區域的導管(19)，且該第二儲存區(23)及該第三儲存區(25)各自具有在該儲存區(23、25)中所包含之該液體的該表面(31)處的排出點(43)，該等排出點連接至通向該陰極空間(11)之該上部區域的導管(17)，且該第二儲存區(23)與該第三儲存區(25)以一種方式彼此連接使得可將液體自該第二儲存區(23)直接地輸送至該第三儲存區(25)中。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第二儲存區(23)或該第三儲存區(25)或該第二儲存區(23)及該第三儲存區(25)各自包含用於調節該溫度之裝置。
  7. 一種操作如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之儲存電能的裝置的方法，其中將熔融鹼金屬用作陽極材料且將硫用作陰極材料，該方 法包含以下步驟：(a)使鹼金屬聚硫化物傳遞通過該陰極空間(11)以便對該儲存電能的裝置充電或使硫傳遞通過該陰極空間(11)以便使該儲存電能的裝置放電，其中將來自該第三儲存區(25)之該鹼金屬聚硫化物自下方引入至該陰極空間(11)中且該鹼金屬聚硫化物自底部向上流動通過該陰極空間(11)，其中該鹼金屬聚硫化物之部分轉化成硫且在該陰極空間(11)之頂部處去除該鹼金屬聚硫化物及該硫且將該鹼金屬聚硫化物及該硫引入至該第二儲存區(23)中，或將來自該第二儲存區(23)之該硫自該頂部引入至該陰極空間(11)中且該硫自該頂部向下流動通過該陰極空間(11)，其中該硫之部分轉化成鹼金屬聚硫化物且在該陰極空間(11)之該下部區域中去除該硫及該鹼金屬聚硫化物且將該硫及該鹼金屬聚硫化物引入至該第三儲存區(25)中，(b)使該流動方向反轉且在該充電程序期間將該鹼金屬聚硫化物自該第二儲存區(23)輸送回至該第三儲存區(25)中，且在該放電程序期間將該硫自該第三儲存區(25)輸送回至該第二儲存區(23)中，(c)重複該等步驟(a)及(b)。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中，在執行步驟(a)之前的每一狀況下，在對該裝置充電期間將來自該第三儲存區(25)之該硫輸送通過該陰極空間(11)而至該第二儲存區(23)中，且在使該裝置放電期間將來自該第二儲存區(23)之該鹼金屬聚硫化物輸送通過該陰極空間(11)而至該第三儲存區(25)中，在每一狀況下，皆以大於在充電期間將該鹼金屬聚硫化物輸送通過該陰極空間(11)及在放電期間將 該硫輸送通過該陰極空間(11)之速率的速率下進行操作。
  9. 一種操作如申請專利範圍第5項之儲存電能的裝置的方法，其中將熔融鹼金屬用作陽極材料且將硫用作陰極材料，該方法包含以下步驟：(i)使鹼金屬聚硫化物傳遞通過該陰極空間(11)以便對該儲存電能的裝置充電或使硫傳遞通過該陰極空間(11)以便使該儲存電能的裝置放電，其中該鹼金屬聚硫化物或該硫自該第二儲存區(23)流動至該第三儲存區(25)中，且該硫之部分在放電期間傳遞通過該陰極空間(11)期間轉化成鹼金屬聚硫化物，且該鹼金屬聚硫化物之部分在充電期間傳遞通過該陰極空間(11)期間轉化成硫，以使得在傳遞通過該陰極空間(11)之後，該第三儲存區(25)中包含由硫組成之上部液相(37)及由鹼金屬聚硫化物組成之下部液相(39)；(ii)在該硫之至少部分或該鹼金屬聚硫化物之至少部分已自該第二儲存區(23)去除之後，使該流動方向反轉；(iii)使鹼金屬聚硫化物傳遞通過該陰極空間(11)以便對該儲存電能的裝置充電或使硫傳遞通過該陰極空間(11)以便使該儲存電能的裝置放電，其中該鹼金屬聚硫化物或該硫自該第三儲存區(25)流動至該第二儲存區(23)中，且該硫之部分在放電期間傳遞通過該陰極空間(11)期間轉化成鹼金屬聚硫化物且該鹼金屬聚硫化物之部分在充電期間傳遞通過該陰極空間(11)期間轉化成硫，以使得在傳遞通過該陰極空間(11)或將該第三儲存區(25)之內容物直接輸送回至該第二儲存區(23)中之後，該第二儲存區(23)中包含由硫組成之上部液相(37)及由鹼金屬聚硫化物組成之下部液相(39)； (iv)在該硫之至少部分或該鹼金屬聚硫化物之部分已自該第三儲存區(25)去除之後，使該流動方向反轉；(v)重複該等步驟(i)至(iv)，其中以一種方式引入該鹼金屬聚硫化物使得其在充電期間自該底部向上流動通過該陰極空間(11)，且以一種方式引入該硫使得其在放電期間自該頂部向下流動通過該陰極空間(11)。
  10. 如申請專利範圍第7項或第9項之方法，其中藉由將氣體自經填充之該儲存區(23、25)輸送至經清空之該儲存區(25、23)中而實現該硫或該鹼金屬聚硫化物之該輸送。
  11. 如申請專利範圍第7項或第9項之方法，其中設定該鹼金屬聚硫化物或該硫之流動速率，使得該鹼金屬或該硫在傳遞通過該陰極空間(11)期間之溫度改變的絕對值小於在該等電池之正常操作期間的40℃。
  12. 如申請專利範圍第7項或第9項之方法，其中該鹼金屬為鈉。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019511448A (ja) 2016-03-18 2019-04-25 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ 電極触媒用途向けの金属ドープ酸化スズ
JP2020500692A (ja) 2016-10-28 2020-01-16 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ 酸化スズ上に担持された貴金属酸化物を含む電極触媒組成物

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050136327A1 (en) * 2003-12-04 2005-06-23 Sanyo Electric Co., Ltd. Nonaqueous electrolyte secondary battery
US20070128509A1 (en) * 2005-12-05 2007-06-07 Zongxuan Hong Producing sodium borohydride with high energy efficiency and recycles of by-product materials
US20140170443A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-19 Ceramatec, Inc. Degradation Protection of Solid Alkali Ion Conductive Electrolyte Membrane

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2305034A1 (fr) 1975-03-17 1976-10-15 Comp Generale Electricite Batterie sodium-soufre, notamment pour traction electrique
US4038465A (en) 1975-11-11 1977-07-26 Ford Motor Company Sodium sulfur battery or cell with external storage
US4086393A (en) * 1976-11-24 1978-04-25 Energy Development Associates Gas phase free liquid chlorine electrochemical systems
JPS59154776A (ja) * 1983-02-24 1984-09-03 Hitachi Ltd ナトリウム―イオウ電池
GB2177251B (en) * 1985-06-19 1988-12-07 Furukawa Electric Co Ltd Battery
DE4029901A1 (de) 1990-09-21 1992-03-26 Licentia Gmbh Hochenergiebatterie
JP2001118598A (ja) * 1999-10-18 2001-04-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ナトリウム−硫黄電池システム
JP2002184456A (ja) * 2000-12-15 2002-06-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ナトリウム硫黄電池
CN102203984A (zh) * 2008-11-04 2011-09-28 加州理工学院 具有可溶性阳极的混合型电化学发生器
JP2010212099A (ja) 2009-03-11 2010-09-24 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電池システム
EP2415113B1 (de) * 2009-04-01 2015-11-11 Basf Se Verfahren zur speicherung und transport elektrochemischer energie
WO2010135283A2 (en) 2009-05-18 2010-11-25 Trans Ionics Corporation Improved sodium-sulfur batteries
JP5869477B2 (ja) * 2010-05-31 2016-02-24 大川　宏 固体電解質二次電池
US8679668B2 (en) * 2010-06-22 2014-03-25 Basf Se Industrial apparatus for the large-scale storage of electric energy
CN103069606B (zh) 2010-06-22 2015-11-25 巴斯夫欧洲公司 用于电能的大规模存储的改善的工业设备
KR101940337B1 (ko) * 2010-12-01 2019-01-18 필드 업그레이딩 유에스에이, 인코포레이티드 중온 나트륨 배터리
DE102011110843A1 (de) 2011-08-23 2013-02-28 Johannes Daniel Werner Speicherwerk für Elektroenergie auf Basis der Natrium-Schwefel-Zelle
CN202423497U (zh) * 2011-12-16 2012-09-05 日本碍子株式会社 钠容纳用盒子以及钠硫电池
KR101937922B1 (ko) * 2012-08-14 2019-01-14 재단법인 포항산업과학연구원 나트륨 유황 전지
CN104051798B (zh) * 2014-06-23 2016-03-23 上海电气钠硫储能技术有限公司 一种钠硫电池
CN204966601U (zh) * 2015-09-23 2016-01-13 特变电工沈阳变压器集团有限公司 一种实现锌溴液流系统电池黑启动的装置
EP3176849A1 (de) 2015-12-03 2017-06-07 Basf Se Vorrichtung zur speicherung elektrischer energie

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050136327A1 (en) * 2003-12-04 2005-06-23 Sanyo Electric Co., Ltd. Nonaqueous electrolyte secondary battery
US20070128509A1 (en) * 2005-12-05 2007-06-07 Zongxuan Hong Producing sodium borohydride with high energy efficiency and recycles of by-product materials
US20140170443A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-19 Ceramatec, Inc. Degradation Protection of Solid Alkali Ion Conductive Electrolyte Membrane

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