【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、本公开总体上涉及电化学电池，并且更具体地涉及使用熔融钠或其它熔融金属的电化学电池系统。电池是已知的用于存储和释放电能用于各种目的的装置。为了产生电能，电池通常将化学能直接转化为电能。通常，单个电池包含一个或多个原电池单元，其中所述电池单元中的每个电池单元由两个半电池单元组成，所述两个半电池单元除了通过外部电路之外是电隔离的。在放电期间，电化学还原发生在电池单元的正极处，而电化学氧化发生在电池单元的负极处。虽然电池单元中的正电极和负电极彼此不物理接触，但是其通常通过一种或多种离子导电和电绝缘的电解质化学连接，所述电解质可以呈固态或液态或者呈其组合。当外部电路或负荷连接到与负电极相连的端子和与正电极相连的端子时，电池驱动电子通过外部电路，同时离子迁移通过电解质。
2、电池可以以多种方式分类。例如，仅完全放电一次的电池通常被称为一次电池或一次电池单元。相比之下，可以放电和充电多于一次的电池通常被称为二次电池或二次电池单元。液流电池或氧化还原液流电池是一种二次电池单元，其中化学能由溶解于液体中的两种化学组分(即，阳极电解液和阴极电解液)提供，所述两种化学组分在离子选择性膜的不同侧上被泵送通过系统。当阳极电解液和阴极电解液在膜相对侧各自的空间中循环时，离子交换通过膜发生。离子交换伴随着电流流入或流出分别至少部分位于阳极电解液和阴极电解液内的电极(即，阳极和阴极)。阳极电解液和阴极电解液通常是促进离子交换但不传导大量电流的离子导电和电绝缘电解质。如此，阳极电解液和阴极电解液流通过的流体电路可以穿过多个电池单元，而
3、熔融钠电池是特殊类型的二次电池单元，其用熔融钠金属(元素符号na)替代常规二次电池单元的阳极和阳极电解液。熔融钠电池的一个实例在于2018年7月10日授权的美国专利第10,020,543号中详细描述，所述美国专利的全部公开内容通过引用并入本文。当对熔融钠电池放电时，带正电的钠离子或阳离子(na+)在膜的阳极侧上的钠金属内与电子(e-)分离。na+离子穿过离子选择性膜，并与膜的相对侧上的阴极电解液反应，同时电子被驱动通过外部电路。当对熔融钠电池充电时，发生相对反应。na+离子从阴极电解液穿过离子选择性膜，并与膜的阳极侧上的电子结合以形成钠金属。
4、在一些电池系统中，期望将多个电池单元彼此串联电连接，使得由电池单元堆提供的单独电池单元电压堆叠，从而为整个电池系统提供更大的电压。将多个电池单元串联电连接的原理可以容易地应用于包含液流电池的大多数类型的电池。以这种方式构造的液流电池通常具有单个阴极电解液流体电路，所述单个阴极电解液流体电路使阴极电解液循环通过每个电池单元的阴极侧，所述每个电池单元可以彼此并联流体或串联流体布置。类似地，液流电池可以包含单个阳极电解液流体电路，所述单个阳极电解液流体电路使阳极电解液循环通过每个电池单元的阳极侧，所述每个电池单元可以彼此并联流体或串联流体布置。
5、然而，试图将多个熔融钠电池单元彼此串联可能是具有挑战性的，因为熔融钠金属具有高电导率(即，在98℃下为大约1×106ms/cm)，所述电导率比常规电池电解质的电导率(即，常规水性电解质在50℃下为大约500ms/cm，常规非水性或有机电解质在115℃下为大约50ms/cm)高几个数量级。这可能是有问题的，因为电流可以通过熔融钠金属在熔融钠电池单元之间流动，这均衡了跨电池单元两端的电势(即，电压)并且当串联电连接时防止电池单元电压堆叠。本公开解决了熔融钠电池系统中出现的这些和其它挑战。
技术实现思路
1、本公开的一个实施方案是熔融金属电池系统。所述系统包含多个二次电池单元，所述多个二次电池单元彼此串联电连接并且具有多个熔融金属阳极，所述多个熔融金属阳极彼此并联流体布置。所述系统包含多个电隔离的熔融金属储器。所述熔融金属储器中的每个熔融金属储器流体连接到所述多个二次电池单元中的对应二次电池单元，并且被配置成与所述对应二次电池单元交换熔融同时防止电分流电流通过所述熔融金属在所述多个二次电池单元之间流动。
2、在一些实施例中，所述熔融金属包含熔融钠金属。
3、在一些实施例中，所述熔融金属在所述多个电隔离的熔融金属储器与所述多个二次电池单元之间被动流动，而不需要动力组件驱动所述熔融金属流动。
4、在一些实施例中，所述系统包含熔融金属分配器，所述熔融金属分配器在外部熔融金属源与所述多个二次电池单元之间串联流体连接，并且被配置成将来自所述外部熔融金属源的所述熔融金属分配到所述多个熔融金属阳极，同时防止所述电分流电流通过所述熔融金属在所述多个二次电池单元之间流动。
5、在一些实施例中，所述熔融金属分配器包含熔融金属分配滴式进料器，所述熔融金属分配滴式进料器被配置成从所述熔融金属分配器的上部部分释放所述熔融金属的液滴，并且允许所述熔融金属的所述液滴通过所述熔融金属分配器内的电绝缘流体落入沿着所述熔融金属分配器的下部部分定位的多个电隔离的隔室中。
6、在一些实施例中，所述熔融金属分配器包含熔融金属入口，所述熔融金属入口流体连接到所述外部金属源，并且被配置成从所述外部金属源接收所述熔融金属使其进入到所述熔融金属分配器中；多个隔室，所述多个隔室彼此电隔离；以及多个熔融金属出口，所述多个熔融金属出口各自流体连接到所述多个隔室中的对应隔室，并且被配置成将所述熔融金属从所述对应隔室递送到所述多个二次电池单元中的对应二次电池单元。
7、在一些实施例中，所述熔融金属分配器包含多个电隔离配件，所述多个电隔离配件耦接到所述多个熔融金属出口，并且被配置成防止电分流电流通过所述熔融金属分配器的结构在所述多个二次电池单元之间流动。
8、在一些实施例中，所述多个二次电池单元被配置成在以下模式下作为液流电池操作：充电模式，在所述充电模式下，所述多个二次电池单元消耗电力，并且在所述多个熔融金属阳极内产生所述熔融金属；以及放电模式，在所述放电模式下，所述多个二次电池单元消耗所述多个熔融金属阳极内的所述熔融金属并发电。
9、在一些实施例中，所述多个二次电池单元中的每个二次电池单元包含：阴极隔室，所述阴极隔室含有阴极电解液流体；阳极隔室，所述阳极隔室含有所述多个熔融金属阳极的熔融金属阳极；以及离子选择性膜，所述离子选择性膜位于所述阴极隔室与所述阳极隔室之间，并且被配置成选择性地在所述阴极隔室与所述阳极隔室之间输送金属离子。
10、在一些实施例中，所述多个二次电池单元被配置成在充电模式下操作，所述充电模式包含：将所述金属离子从所述阴极隔室通过所述离子选择性膜输送到所述阳极隔室；以及通过将所述金属离子与电子组合来还原所述阳极隔室内的所述金属离子以产生所述熔融金属。
11、在一些实施例中，所述多个二次电池单元被配置成在放电模式下操作，所述放电模式包含：使所述阳极隔室内的所述熔融金属氧化以形成所述金属离子并排放电子；以及将所述金属离子从所述阳极隔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种熔融金属电池系统，其包括：
2.根据权利要求1所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属包括熔融钠金属。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属在所述多个电隔离的熔融金属储器与所述多个二次电池单元之间被动流动，而不需要动力组件驱动所述熔融金属流动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的熔融金属电池系统，其进一步包括熔融金属分配器，所述熔融金属分配器在外部熔融金属源与所述多个二次电池单元之间串联流体连接，并且被配置成将来自所述外部熔融金属源的所述熔融金属分配到所述多个熔融金属阳极，同时防止所述电分流电流通过所述熔融金属在所述多个二次电池单元之间流动。
5.根据权利要求4所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属分配器包括熔融金属分配滴式进料器，所述熔融金属分配滴式进料器被配置成：
6.根据权利要求4或权利要求5所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属分配器包括：
7.根据权利要求6所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属分配器包括多个电隔离配件，所述多个电隔离配件耦接到所述多
8.根据权利要求1至7中任一项所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元被配置成在以下模式下作为液流电池操作：
9.根据权利要求1至8中任一项所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元中的每个二次电池单元包括：
10.根据权利要求9所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元被配置成在充电模式下操作，所述充电模式包括：
11.根据权利要求9所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元被配置成在放电模式下操作，所述放电模式包括：
12.根据权利要求1至11中任一项所述的熔融金属电池系统，其包括隔离板，所述隔离板位于所述多个二次电池单元中的相邻二次电池单元之间，并且被配置成将所述相邻二次电池单元彼此电隔离。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的熔融金属电池系统，其包括多个电池串，所述多个电池串彼此串联电连接；
14.根据权利要求13所述的熔融金属电池系统，其中：
15.根据权利要求13或权利要求14所述的熔融金属电池系统，其中：
16.一种熔融金属电池系统，其包括：
17.根据权利要求16所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属包括熔融钠金属。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属在所述多个二次电池单元、所述熔融金属聚集器与所述熔融金属储存容器之间被动流动，而不需要动力组件驱动所述熔融金属流动。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属聚集器包括：
20.根据权利要求16至19中任一项所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属聚集器包括多个电隔离配件，所述多个电隔离配件耦接到所述多个熔融金属入口，并且被配置成防止电分流电流通过所述熔融金属聚集器的结构在所述多个二次电池单元之间流动。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属聚集器包括熔融金属聚集滴式进料器，所述熔融金属聚集滴式进料器被配置成：
22.根据权利要求16至21中任一项所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元中的每个二次电池单元包括：
23.根据权利要求22所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元被配置成通过以下作为熔融金属产生系统操作：
24.根据权利要求16至23中任一项所述的熔融金属电池系统，其包括隔离板，所述隔离板位于所述多个二次电池单元中的相邻二次电池单元之间，并且被配置成将所述相邻二次电池单元彼此电隔离。
25.根据权利要求16至24中任一项所述的熔融金属电池系统，其包括多个电池串，所述多个电池串彼此串联电连接；
26.根据权利要求25所述的熔融金属电池系统，其中：
27.根据权利要求25或权利要求26所述的熔融金属电池系统，其中：
28.根据权利要求16所述的熔融金属电池系统，其进一步包括熔融金属分配器，所述熔融金属分配器在外部熔融金属源与所述多个二次电池单元之间串联流体连接，并且被配置成将来自所述外部熔融金属源的所述熔融金属分配到所述多个熔融金属阳极，同时防止所述电分流电流通过所述熔融金属在所述多个二次电池单元之间流动。
29.根据权利要求28所述的熔融金属电池系统，...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种熔融金属电池系统，其包括：
2.根据权利要求1所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属包括熔融钠金属。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属在所述多个电隔离的熔融金属储器与所述多个二次电池单元之间被动流动，而不需要动力组件驱动所述熔融金属流动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的熔融金属电池系统，其进一步包括熔融金属分配器，所述熔融金属分配器在外部熔融金属源与所述多个二次电池单元之间串联流体连接，并且被配置成将来自所述外部熔融金属源的所述熔融金属分配到所述多个熔融金属阳极，同时防止所述电分流电流通过所述熔融金属在所述多个二次电池单元之间流动。
5.根据权利要求4所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属分配器包括熔融金属分配滴式进料器，所述熔融金属分配滴式进料器被配置成：
6.根据权利要求4或权利要求5所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属分配器包括：
7.根据权利要求6所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属分配器包括多个电隔离配件，所述多个电隔离配件耦接到所述多个熔融金属出口，并且被配置成防止电分流电流通过所述熔融金属分配器的结构在所述多个二次电池单元之间流动。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元被配置成在以下模式下作为液流电池操作：
9.根据权利要求1至8中任一项所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元中的每个二次电池单元包括：
10.根据权利要求9所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元被配置成在充电模式下操作，所述充电模式包括：
11.根据权利要求9所述的熔融金属电池系统，其中所述多个二次电池单元被配置成在放电模式下操作，所述放电模式包括：
12.根据权利要求1至11中任一项所述的熔融金属电池系统，其包括隔离板，所述隔离板位于所述多个二次电池单元中的相邻二次电池单元之间，并且被配置成将所述相邻二次电池单元彼此电隔离。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的熔融金属电池系统，其包括多个电池串，所述多个电池串彼此串联电连接；
14.根据权利要求13所述的熔融金属电池系统，其中：
15.根据权利要求13或权利要求14所述的熔融金属电池系统，其中：
16.一种熔融金属电池系统，其包括：
17.根据权利要求16所述的熔融金属电池系统，其中所述熔融金属包括熔融钠金属。
【专利技术属性】
技术研发人员：M·马科夫斯基，S·V·巴瓦拉尤，T·R·欣克林，J·D·约翰斯顿，D·S·塔格特，B·J·沙博诺，M·D·肖韦，D·S·戈德温，
申请(专利权)人：因莱坦恩创新公司，
类型：发明
国别省市：
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