具有钠的混合储能器件制造技术

同时采用ZEBRA电池及传统Na-S电池的方面的钠储能器件可表现出比单独任何一种电池更好的性能。本文所述的混合储能器件可以包括钠阳极、熔融钠盐阴极电解质以及具有含硫活性物质的正极。其他活性物质可以包括过渡金属源及NaCl。Na2Sx作为能量放电过程的产物而形成，其中x小于3。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】同时采用ZEBRA电池及传统Na-S电池的方面的钠储能器件可表现出比单独任何一种电池更好的性能。本文所述的混合储能器件可以包括钠阳极、熔融钠盐阴极电解质以及具有含硫活性物质的正极。其他活性物质可以包括过渡金属源及NaCl。Na2Sx作为能量放电过程的产物而形成，其中x小于3。【专利说明】具有钢的混合储能器件[000。 优先权 本专利技术要求于2012年7月23日提交的美国临时专利申请第61/674,609号名称 为具有轴的混合储能器件的优先权，W及要求于2013年7月23日提交的美国专利申请第 13/948, 857号名称为具有轴的混合储能器件的优先权。 关于联邦政府赞助的研究或发展声明 本专利技术是基于由美国能源部授予的第DE-AC0576化01830号合约下的政府支持而 完成的。所述政府在本专利技术中拥有某些权益。
技术介绍
[000引 基于烙融化阳极（anode)及目"-AI2O3固态电解质（beta-Al 203S0lid electrol^e，BASE)的轴-目氧化铅电池（NBB)作为用于可再生能源集成（renew油le integration)及电网应用W及商业或交通运输的电能储存器件，近来已经引起了越来越多 的关注。基于特定的阴极（cathode)材料，主要有两种类型的NBBs已经被广泛研究。一种 是轴-硫（化-S)电池，其中阴极是烙融硫，遵循如下的电解反应： [000引 xS* + 2i\'a林 yV(/2尽批=5-3)，在 35(TC 时 E = 2. 08-1. 78V (1) 化-S化学过程具有高理论能量密度（?760Wh/kg)、高能量效率W及可接受的循 环寿命。所述轴-硫电池的材料（即氧化铅、硫及轴）是相对无毒、廉价且易得的。相比于 其他电网存储技术例如裡离子电池、媒氨电池或铅酸电池，该些特征的组合使其极具吸引 力。传统的化-S电池使用厚实的目"-AI2O3膜片作为电解质来分隔硫阴极及轴阳 极，并且在高温（300?35CTC)下工作。对于BASE及阴极成分（即，多硫化轴）来说，所述 高温是获得满意的电化学活性所必需的。然而，化-S电池的缺点可W包括；1)多硫化物烙 体的固有腐蚀行为，其限制了阴极集电器及电池外壳材料的选择；2)高工作温度及开路电 池失效模式。如果BASE在电池工作期间损坏，则烙融硫化物与烙融轴直接接触，且其之间 的反应本身是很激烈的。该可能会潜在地引起火灾甚至爆炸，原因在于电池工作温度接近 于硫的沸点（44CTC)。邻近的电池同样可能受此影响，并且会由于开路而导致严重的电力 损失。 第二种类型的NBB是Z邸RA电池，其中固态过渡金属团化物被用作阴极中的活性 物质，所述固态过渡金属团化物可W包括NiCls、化Cl2及化C1 2。所述ZEBRA电池通常需要 阴极中的烙融第二电解质（即NaAlCU，W保证轴离子在BASE与固态阴极材料之间容易地 转移。化-NiCls电池的电化学反应如下： MC72 + 林 M + 2NaCl 在 3〇(TC 时 E = 2. 58V 似 Z邸RA电池相比于化-S电池展现出许多优点，包括更高的电压、在放电状态易于 装配、较低的阴极材料腐蚀性、较低的工作温度、更安全的电池失效模式W及较好的过充电 耐受性。当前的ZEBRA技术的一个显著缺点是相对于化-S电池具有较低的能量密度。因 此，需要一种同时具有Z邸RA技术和化-S技术的至少一些优点的轴储能器件。
技术实现思路
本文件描述同时采用Z邸RA电池与传统化-S电池的多个方面的混合轴储能器 件。所述混合轴储能器件包括含有烙融轴盐的阴极电解质W及具有含硫活性物质的正极 (positive electrode)。其他活性物质可W进一步包括化C1及过渡金属源。硫比当其仅 用作添加剂时的存在量多。相比于化-S电池和/或Z邸RA电池，所得储能器件呈现出更低 的工作温度、更高的能量密度、更好的循环寿命W及改善的安全性。该可W使其在多个应用 中有益，所述应用包括但不限于可再生能源集成及电网应用，W及商业或交通运输。 在一个实施方案中，储能器件具有含轴的负极（negative electrode)、具有含硫 活性物质的正极W及含有烙融轴盐的阴极电解质。目-氧化铅固态电解质化eta-alumina solid electrolyte, BAS巧分隔正极与负极。NagSy作为能量放电过程的产物而形成，其中 X小于3。在传统的化-S电池中，固态NagSy的形成通常导致放电停止。在优选的实施方案 中，能量放电产物包括崎5。在一些实施方案中，能量充电过程的产物可W包括NasSy，其中 y大于或等于3。 根据各个实施方案，含硫活性物质的数量可W不同。例如，基本上100%的活性物 质可W由硫组成。导电材料可用作正极集电器，然而所述导电材料并不作为活性物质。合 适的导电材料的实例可W包括但不限于碳、石墨、石墨帰、过渡金属及其结合。或者，所述活 性物质可W包括多种材料。在此情况中，至少10%的活性物质由硫组成。或者，至少30% 的活性物质由硫组成。优选地，至少50%的活性物质由硫组成。在一个实施方案中，其他 活性物质包括过渡金属源及化C1。所述过渡金属可W包括但不限于Ni、化、Fe、化、Ag、Mn、 Co、Ti及其结合。过渡金属源的实例可W包括但不限于NiCls、化CI2、化CI2、化CI2、AgCl、 MnCl2、C0CI2、TiCL及其结合。 如本文中所使用的，烙融轴盐是指在储能器件的工作温度下烙融的含有轴的盐。 所述盐并非必须一直是烙融的。例如，储能器件在不工作时冷却，轴盐可W凝固。烙融轴盐 的实例可W包括但不限于多硫化轴、轴金属团化物及其结合。在一个优选实施方案中，烙融 轴盐包括NaAlCL。 在一个实施方案中，本文所述的储能器件的工作温度可W低于40(TC。优选地，工 作温度低于30(TC。 在此所提供的
技术实现思路
的目的是使美国专利商标局及公众（特别是不熟悉专利 或法律术语或措辞的科学家、工程师及本领域的从业者）通常能够从粗略的检查中快速确 定本申请的技术公开的本质及精髓。本
技术实现思路
既不旨在定义由权利要求书界定的本申请 的专利技术，也不旨在W任何方式限制本专利技术的范围。 【专利附图】【附图说明】 下面参考W下附图描述本专利技术的实施方案。 图1是概念性地描述本专利技术实施方案的在正极中具有含硫活性物质的轴储能器 件的示意图。 图2是本专利技术实施方案的混合化-S/NiCl2电池在28(TC下初始充电及放电的曲线 图。 图3A-3D包括本专利技术实施方案的混合化-S/NiCl2电池在（A)0及炬）100%充电 状态（S0C)，W及（C)0及值）100%放电深度值0D)下对于阴极的化-S部分的X射线衍射 狂RD)图像。 [002。 图4A-4C包括本专利技术实施方案的混合化-S/NiCl2电池（A)在28(TC时第1、第15、 第30、第45及第60次循环期间的电池电压曲线图、炬）在28(TC时相对于循环次数的电池 充电/放电容量图W及（C) 280°C时相对于循环次数的电池充电/放电能量密度及库伦效率 图。 图5包括本专利技术实施方案的化-S/NaA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能器件，其具有含钠负极，所述器件的特征在于，正极具有含硫活性物质，阴极电解质包括熔融钠盐，能量放电产物包括Na2Sx，其中x小于3，以及β‑氧化铝固态电解质(BASE)将所述正极与负极分隔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁小川，金镇瑢，李国盛，J·P·莱蒙，V·L·斯普里克尔，
申请(专利权)人：巴特尔纪念研究院，
类型：发明
国别省市：美国;US