一种用于与外部装置交换能量的电化学蓄电池。所述蓄电池包括容器，所述容器包含正电极、负电极和介于中间的电解质，所述电极和所述电解质在所述蓄电池的运行温度下存在为所述容器中的液体材料层，使得相邻的层形成相应的电极/电解质界面。正集流器和负集流器分别与正电极和负电极电接触，两个集流器被适用于连接到外部装置以建立电流流过的电路。蓄电池中的循环产生器产生在所述层的至少一个内的循环以提高在一层中的材料到与相邻层的界面的通量，由此给出蓄电池更大的电流/功率容量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电能存储。它特别涉及电化学能量存储电池装置或具有液体成分和增强的电流承载能力的蓄电池。
技术介绍
平衡随着时间和位置的电能供应和需求是在一些列从商业产生者向消费者的应用中长期存在的问题。供应-需求不匹配引起系统压力，该系统压力降低供应的可靠性，使得消费者不方便并且引起收入的损失。因为在美国的大多数电能产生依赖于矿物燃料的燃烧，电能的非最佳管理也促成污染物的过量排放和温室气体。象风和太阳能的可再生能源也可能与需求不同步，因为它们仅间歇地有效。这种不匹配限制了它们的部署规模。大规模能量存储可以用于通过缓和常规和可再生电源的供应-需求不匹配来支持商业电能管理。能量存储的一种方式是基于电化学。常规的铅酸蓄电池——在市场上的最便宜的商业电池技术——已经长期用于大规模电化学能量存储。容纳大量的铅酸电池阵列的设施已经用于提供在IOMW数量级上的高容量电力存储。然而，这些设施既不紧凑也不能灵活定位。在几百个充电放电循环的数量级上的铅酸蓄电池的短循环寿命限制了在涉及诸如日常电力管理这样的在宽电压范围上频繁启动的使用中的它们的性能。蓄电池不良好地响应于快速或深充电或放电，这降低了它们的效率并且减少了它们的使用期限。钠硫(“NAS”)蓄电池已经适用于在美国和日本的大规模电力管理设施。NAS蓄电池包含跨越固体陶瓷电解质而相对的熔融的钠电极和硫电极。电解质必须很薄，以便最大化钠离子传导，但是这使得它在机械上易碎，并且对于单独电池的最大尺寸施加严格的限制。这继而影响可扩展性，即，必须通过许多小电池而不是通过少数大电池来实现大容量， 这大大增加了复杂度，并且最终提高了系统的成本。电池构造因为钠与水的剧烈反应和在空气中的迅速氧化而复杂。因此，需要组合容量、经济性、灵活性和长寿命的能量存储装置。
技术实现思路
在一个实施例中，一种电化学蓄电池包括容器、正电极、负电极和在所述正电极和所述负电极之间布置的电解质，它们全部在所述蓄电池的运行温度下作为在所述容器中垂直堆叠的相应液体材料层，使得相邻的层形成相应的电极/电解质界面。所述蓄电池还包括循环产生器，所述循环产生器被配置为在所述层之一内产生循环，由此引起所述层的所述一个的液体材料流向所述电极/电解质界面之一或从所述电极/电解质界面之一流出。在另一个实施例中，一种被配置为与外部装置交换能量的蓄电池包括导电熔融合金的正电极，其具有第一密度，并且包含处于第一化学势的钙和容易混和的元素；导电液体混合物的负电极，其具有比所述第一密度小的第二密度，包含处于第二化学势的钙和另外的金属，所述第二化学势与所述第一化学势不同，以在所述正电极和负电极之间产生电压；以及，液体电解质，其具有比所述第一密度大而比所述第二密度小的第三密度，包含钙阳离子。所述液体电解质与所述负电极和正电极接触，并且与其形成相应的电极/电解质界面。所述负电极和正电极以及所述电解质可以处于小于750°C的运行温度下。在另一个实施例中，一种用于存储从外部电路转移的电能的方法包括提供电化学蓄电池。所述电化学蓄电池包括导电液体合金的正电极，其包含处于第一化学势的碱土金属；导电液体的负电极，其包含处于第二化学势的碱土金属；液体电解质，其包含与所述负电极和正电极接触的碱土金属的阳离子，所述液体电解质被配置为与所述外部电路连接； 正集流器，其与所述正电极接触，所述正集流器被配置为连接到所述外部电路；以及，负集流器，其与所述负电极接触，所述负集流器被配置为连接到所述外部电路。所述方法进一步包括将所述外部电路电连接到所述负集流器和正集流器，并且运行所述外部电路以便驱动碱土金属从所述正电极通过作为阳离子的电解质而向所述负电极转移，由此从所述外部电路向所述电化学蓄电池提供能量。在另一个实施例中，一种被配置为与外部装置交换能量的电化学蓄电池包括开顶容器，其具有壁，并且包含正电极、负电极和介于中间的电解质。所述电极和所述电解质在所述蓄电池的运行温度下存在为在所述容器的所述壁内的液体材料层，所述正电极和所述负电极之一被布置在所述电解质上方。盖子封闭所述容器的顶部。正集流器与所述正电极电接触。负集流器与所述负电极电接触。所述正集流器和所述负集流器适于连接到所述外部装置，以产生电流流过的电路，并且与在所述电解质上方布置的所述电极接触的所述集流器从所述盖子下悬，并且包括复合导电结构。所述结构包括第一构件，其将在所述电解质上方布置的所述电极与所述壁隔开，并且是未被所述的一个电极的液体材料湿化的第一物质；以及，在所述第一构件内的第二导电构件，其是被所述的一个电极的液体材料湿化的第二物质。在另一个实施例中，一种用于与外部装置交换能量的方法包括提供外部能量交换装置和蓄电池。所述蓄电池包括容器，所述容器包含正电极、负电极和介于中间的电解质，所述正电极和负电极以及所述电解质存在为在所述容器中垂直堆叠的液体材料层，使得相邻的层形成相应的电极/电解质界面；正集流器，其与所述正电极电接触；负集流器， 其与所述负电极电接触；以及，电连接件，其将所述外部能量交换装置连接到所述正集流器和负集流器，由此建立电流流过的电路。所述方法使用在所述蓄电池中的正常运行能量来在所述层的至少一个内产生循环，以便提供高所述层的所述至少一个的材料到所述电极/ 电解质界面之一和来自其的通量。在又一个实施例中，一种电化学蓄电池被配置为与外部装置交换能量。所述蓄电池包括导电熔融正电极，其包含碱土金属和另外的元素；导电液体负电极，其包含碱土金属；以及，液体电解质，其包含碱土金属的阳离子，被布置在所述正电极和所述负电极之间， 以与其形成相应的电解质-电极界面。所述正电极、所述负电极和所述液体电解质存在为在垂直堆叠中的相应液体材料的相应液体层，并且在所述正电极和所述负电极中碱土金属呈现相应完全不同的化学势，由此在其间引发电压。附图说明下面的本专利技术的描述参考附图，在附图中，相同的附图标记指示类似的功能元件， 并且在附图中图1是示出根据本专利技术构造的自隔离碱土金属离子能量存储蓄电池的垂直截面；图2A-2C是图示根据本专利技术构造的自隔离碱土金属离子能量存储蓄电池单元的充电过程的垂直截面；图3A-3C是图示根据本专利技术构造的自隔离碱土金属离子能量存储蓄电池单元的放电过程的垂直截面；图4是示出根据本专利技术构造的自隔离碱土金属离子能量存储蓄电池的另一个实施例的垂直截面；图5A-5B是图示根据本专利技术构造的具有由悬挂结构保持的液体金属负电极的蓄电池的充电过程的垂直截面；图6A是图示根据本专利技术构造的具有由悬挂结构保持的液体负电极的蓄电池的垂直截面；图6B-6C是适合于在图6A中所示装置的可选的负集流器的放大的垂直截面；图7是图示具有多孔电极分离器的、根据本专利技术构造的液体层蓄电池的垂直截图8-14是根据本专利技术构造的蓄电池实施例的垂直截面，其中，在其液体构成部分的至少一个中通过包括不同热管理装置的循环产生器来推动一个或多个自由对流单体；图15-18是根据本专利技术构造的蓄电池实施例的垂直截面，其中，在其液体构成部分的至少一个中通过包括不同磁感应装置的循环产生器来感应一个或多个循环单体；图19是示出根据本专利技术构造的单个碱土金属离子能量存储蓄电池单元的透视图20是示出四个蓄电池单元的线性组件的透视图；以及图21是示出16单位阵列的透视图。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：大卫·布拉德维尔，吉尔布兰德·塞德尔，路易斯·奥提兹，唐纳德·R·萨多维，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：
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