本发明专利技术提供了一种电化学电池，其包括包含第一活性金属的负极，包含第二活性金属的正极，和包含所述两种活性金属的盐的电解质，所述盐即所述阴极金属的盐和所述阳极金属的盐。在运行中，所述电解质组成变化，使得在充电模式中所述阳极盐的盐减少，同时所述阴极盐的盐增加，而在放电模式中所述阳极盐的盐增加，同时所述阴极盐的盐减少。所述电池既可用于储存电能又可作为不间断电力系统的部分而用作电能的来源。所述电池特别适合储存由间歇性再生能源产生的电能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关申请的交互参考 本专利申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请No. 61/781,500的权 益，所述临时专利申请的公开内容在此W其全部内容引为参考。 关于联邦资助的研究或开发的声明 本专利技术根据ARPA-E授予的DE-AR0000047在政府支持下完成。美国政府在本专利技术 中具有一定权利。
本专利技术设及用于动态储存能量的电化学原电池，并更具体地设及在强电流下运行 的运些原电池。[000引专利技术背景 美国的电能产生依靠各种各样的能源，例如化石、核、太阳、风和水电能源。在化石 燃料供应逐渐减少的顾虑下，能源供应链的一个重大挑战是供求平衡。特别是，管理可再生 能源例如风或太阳能的固有间歇性是使它们能够大规模采用的关键。所述问题的一部分是 不能W有效率的和成本有效的方式储存电能。已经开发出在合金化/去合金化反应中使用 液态金属的电化学电池，但通常在约1伏或更小的低电压下运行。使电池能够电压较高同 时保持使用低成本材料将显著降低运些装置的成本和进一步改善它们的效率。
技术实现思路
[000引提供了利用低成本电极和电解质的原电池，其运行依靠将所述电解质中的盐经充 电后从阳极金属型的盐电化学置换为阴极金属型或类金属的盐，和经放电后反之。运些电 池，本文中称为活性金属离子电池或活性金属离子储能电池，可用固或液相的金属和盐运 行。运些电池在高电压下传递和储存能量并能够维持高电流密度，超过对W前的合金化/ 去合金化电池所预期的典型电压/功率的两倍。通过进入化学能较高的反应，活性金属离 子电池可从较广泛的一系列成本有效的金属、类金属和盐组装，扩大了候选电极的选择，并 可能使运行溫度能够较低。另外，所宣称的较高电压使得单元电池（cells)数量较少的较 简单系统组件能够形成适合用在电网上并且功率输出与电压较低的合金化/去合金化基 电池组化atteries)相同的电池组。 在本专利技术的第一种实施方式中，提供了具有两种活性金属的电化学活性金属离子 电池，第一相具有第一活性金属，第二相具有第二活性金属、金属或类金属，和在所述第一 和第二相之间的第=相，具有所述第一活性金属的盐和所述第二活性金属或类金属的盐。 所述第一相，限定阳极，具有活性金属例如碱或碱±金属，W其元素金属形式（例如Li)或 寄身于合金相（例如Li-Mg),并与所述第S相在它的两个交界面之一处接触。所述第二 相，限定阴极，具有所述其他活性金属或类金属，W其元素、金属形式、或其合金例如錬和铅 訊-Pb。所述第二相与第一相分离并与第=相在它的两个交界面的第二个处接触。所述第 一、第二和第=相可W是固体（在运行中，如果运样设计的话，或在电池的制造或运输或维 修期间），液体（通常在运行中），或W固或液态的组合。所述阳极金属相对于所述阴极盐W迴异的化学势存在，在所述第一和第二相之间引起电压。 在另一种实施方式中，所述电化学活性金属离子电池处于放电状态，并可W在电 解质中包含少量所述第二活性金属或类金属的盐，例如在使用之前。 在一些实施方式中，所述第一相包含元素周期表的IA、IIA、IIIA、IVA和IIB族中 任何一族的金属或其合金。在一些实施方式中，运种金属选自裡、钢、钟、领、巧、儀、锁、侣、 娃和/或锋。 在一些实施方式中，所述第二相包含元素周期表的IB、IIB、VIIIB、IIIA、IVA、VA 和VIA族中任何一族的金属或类金属。在一些实施方式中，运种金属选自铁、儀、铜、铁、侣、 娃、锋、儒、隶、铅、錬、祕、和/或其合金。在一些实施方式中，运种金属是铅和錬的合金。在 其他实施方式中，所述合金在祕中包含20摩尔％铅。 在一些实施方式中，所述电解质，或第=相，包含面化物盐或其混合物，例如选自 氣化物、氯化物、漠化物和/或舰化物。在一些实施方式中，所述电解质还可W包含所述第 一活性金属和第二活性金属的盐，其可W选自一、二、或更多种盐，例如面化物、硫酸盐、碳 酸盐和/或硝酸盐。在一些实施方式中，所述电解质还可W包含无活性金属的盐，例如四氯 化侣、氯化儀、面化钟和其他的盐组合。添加无活性盐可W有利地降低第=相的烙融溫度和 /或引入混溶间隙，所述混溶间隙可诱导所述第=相相分离成高度集中所述第一种金属盐 的第一层和高度集中所述第二种金属盐的第二层。 在一些实施方式中，所述活性金属离子电池是LiILi化-PbBrzlPb(具有2.IV的 电位）、Li|PbCl2(在500°C具有约2. 3V的电位）、Li|FeCl2(具有约2. 3V的电位）、或 LiILia-LiF-Li化-PbClzIPb-Sb(在500°C具有约2. 48V的电位）。具有适当选择的材料， 所述电池可W在低溫下运行，例如在化INiClz化学的情况下，其可W在约250°C下运行。 在一些实施方式中，可W采用固或液相的隔离物W将所述第=层物理分隔成两 相-含有阳极盐并且没有阴极盐的第一上层，和含有阳极盐和阴极盐二者的第二下层。所 述隔离物将只允许阳极离子的离子传导、或在电化学置换反应中发生的阴离子的传导，同 时防止阴极离子的转运。 在一些实施方式中，所述隔离物可W位于与所述第一相直接接触，但仍然允许阳 极离子或活性阴离子传导并防止阴极离子转运。在运种情况下，所述第=相的相分离可能 不是必需的。运种隔离物可W选自离子电导材料如化M专导型P氧化侣或导电陶瓷例如 用于化阳极化学的NASIC0N?(MercksNasZrzSizPOiz，钢超离子导电体）。LISIC0N?(Merck， Li4Si〇4,固体电解质）、Li0 -氧化侣或氧化物和其他硫化物基玻璃，可W用于Li基化学。 其他阳极候选物可W选择适当的导体。当运行溫度允许（<300°C)时，也可W使用离子电导 聚合物例如嵌段共聚物电解质，如WO2000/005774所述，所述文献的内容在此引为参考。 根据其他实施方式，电池组包括两个或更多个如上所述的电化学活性金属离子电 池串联电连接、并联连接和/或串联和并联连接。 其中，所述电化系统可W具有小于约30kWh的总容量。在其他实施方式中，所述电 化系统可W具有超过约30kWh的总容量。 在一些实施方式中，所述电化学活性金属离子电池的与至少所述第一和第二相接 触的一些内壁用绝缘材料覆盖。运种材料可W是陶瓷基的，例如氧化侣、氧化儀、氮化棚、氮 化侣等等…对在低溫下运行的电池而言，运种绝缘材料也可W是在低于300°C的溫度下稳 定的聚合物。在一些实施方式中，所述绝缘材料是聚（氧乙締）甲基丙締酸醋-g-聚（二 甲基硅氧烷）（POEM-g-PDM巧（具有高烙融溫度的合成绝缘聚合物）。 还提供了将从外电路传递的电能储存在如上所述的电化学活性金属离子电池中 的方法。为此，所述方法提供了至少一个具有两种活性金属的=种相的电化学活性金属离 子电池，第一相限定阳极并具有第一活性金属，第二相限定阴极并具有第二活性金属，即金 属或类金属，和在所述第一和第二相之间的第=相限定具有第一活性金属和第二活性金属 的盐的电解质。所述电解质可W包含少量的第二活性金属或类金属的盐，其中第一活性金 属的摩尔量大于所述第二活性金属或类金属的摩尔量。所述第一相与第=相在所述第=相 的两个交界面之一处接触，所述第二相与本文档来自技高网...
【技术保护点】
电化学电池，其包含：限定负极的第一相，其包含第一活性金属；与第一相分离并限定正极的第二相，其包含第二活性金属；和在所述第一相和第二相之间并限定电解质的第三相，其包含所述第一活性金属的盐和所述第二活性金属的盐，所述第三相限定第一界面和第二界面，所述第一相在第一界面处与第三相接触并且所述第二相在第二界面处与第三相接触。
【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：布赖斯·H·V·琼，唐纳德·R·萨多未，
申请(专利权)人：麻省理工学院，整体营销服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。