Un dispositivo de almacenamiento de energía, que comprende:

un separador que tiene una primera superficie que define al menos una porción de una cámara catódica y unasegunda superficie que define una cámara anódica,

estando la cámara catódica dispuesta para comprender, en uso,un haluro de metal alcalino dispuesto para formar un ión capaz de conducción por el separador yestando el volumen de la cámara anódica para ser llenado, en uso, con un fluido consumible en una cantidad mayorque el 90 por ciento en volumen y el fluido consumible es reactivo con una especie iónica del haluro de metalalcalino.

Dispositivo de almacenamiento de energía y procedimiento asociado

Antecedentes

Campo técnico

La invención incluye realizaciones que se refieren a un cierre para un dispositivo de almacenamiento de energía. Lainvención incluye realizaciones que se refieren a un procedimiento de cierre de una celda electroquímica.

Discusión de la técnica anterior

Se ha emprendido trabajo de desarrollo en baterías/celdas recargables de alta temperatura usando sodio para loselectrodos negativos. El ánodo de sodio líquido está separado de un cátodo por un electrolito sólido conductor deiones sodio y cerrado uno del otro a presión atmosférica. El material adecuado para electrolito sólido incluye betaalúmina y beta" alúmina, conocido como electrolito separador de beta alúmina (BASE) . Mientras se carga y descargala celda, los volúmenes de los compartimentos/cámaras del ánodo y el cátodo cambian debido al paso de ionessodio por el separador y así los niveles de presión en los dos electrodos. El cambio en los niveles de presión enambos lados del separador durante la carga y descarga reduce la fiabilidad y la vida del separador debido a fatiga.También, la transferencia iónica puede causar una degradación del separador. Esto puede dar como resultado agrietamiento del separador que puede causar fallo de la celda.

Puede ser deseable tener un dispositivo de almacenamiento de energía que difiera de los que están disponibles enla actualidad. Puede ser deseable tener un procedimiento de cierre de una celda electroquímica que difiera de losprocedimientos que están disponibles en la actualidad.

Breve descripción

Según una realización de la invención, se proporciona un dispositivo de almacenamiento de energía. El dispositivode almacenamiento de energía incluye un separador que tiene una primera superficie y una segunda superficie. Laprimera superficie define al menos una porción de una cámara catódica y la segunda superficie define una cámaraanódica. La cámara catódica se dispone para que incluya, en su uso, un haluro de metal alcalino que forme un iónque sea capaz de conducción por el separador. La cámara anódica tiene un volumen que se dispone para que sellene, en su uso, con un fluido consumible. La cantidad del fluido consumible es, en su uso, mayor que 90 por cientoen volumen del volumen de la cámara anódica. Además, el fluido consumible es reactivo con una especie iónica delhaluro de metal alcalino.

El fluido consumible puede ser oxígeno.

Al menos una de, la cámara catódica o la cámara anódica, se puede cerrar bajo vacío parcial en relación con lapresión estándar. La cámara anódica se puede llenar con un fluido que sea mayor que 90 por ciento en peso.

Según una realización de la invención, se proporciona un procedimiento para conformar (cerrar) un dispositivo dealmacenamiento de energía. El procedimiento incluye llenar una cámara anódica con un fluido consumible. El fluidoconsumible se consume durante el funcionamiento del dispositivo. El procedimiento incluye cargar el dispositivo dealmacenamiento de energía y reducir una presión en la cámara anódica en la reacción del fluido consumible en unestado físico fluido o sólido.

Descripción detallada

La invención incluye realizaciones que se refieren a un dispositivo de almacenamiento de energía que tiene unacámara interna cerrada. La invención incluye realizaciones que se refieren a un procedimiento de cierre de una celda electroquímica en el dispositivo de almacenamiento de energía.

Como se usa en la presente memoria, material catódico es el material que suministra electrones durante la carga y está presente como parte de una reacción rédox. El material anódico acepta electrones durante la carga y estápresente como parte de la reacción rédox. Se puede aplicar lenguaje de aproximación, como se usa en la presentememoria por toda la memoria descriptiva y las reivindicaciones, para modificar cualquier representación cuantitativaque pueda variar de manera admisible sin dar como resultado un cambio en la función básica a la que puede estarrelacionado. De acuerdo con esto, un valor modificado por un término tal como "aproximadamente" no está limitado al valor preciso especificado. En algunos casos, el lenguaje de aproximación puede corresponder a la precisión deun instrumento para medir el valor.

Según una realización de la invención, se proporciona un dispositivo de almacenamiento de energía. El dispositivode almacenamiento de energía comprende un separador que tiene una primera superficie y una segunda superficie.La primera superficie define al menos una porción de una cámara catódica y la segunda superficie define unacámara anódica. La cámara catódica comprende un haluro de metal alcalino que forma un ión que es capaz deconducción por el separador. La cámara anódica tiene un volumen que se llena con un fluido consumible. Lacantidad del fluido consumible es mayor que 90 por ciento en volumen del volumen de la cámara anódica. Además, el fluido consumible es reactivo con una especie iónica del haluro de metal alcalino.

El separador está dispuesto dentro de una caja. El separador puede tener un perfil transversal normal al eje que esun círculo, un triángulo, un cuadrado, una cruz o una estrella.

El separador es un electrolito sólido conductor de iones de metal alcalino que conduce iones de metal alcalinodurante su uso. Los materiales adecuados para los separadores pueden incluir una beta’-alúmina de metal alcalino, beta”-alúmina de metal alcalino, beta’-galato de metal alcalino o beta”-galato de metal alcalino. En una realización, elseparador incluye una beta alúmina. En una realización, una porción del separador es alfa alúmina y otra porción delseparador es beta alúmina. La alfa alúmina puede ser relativamente más susceptible de unión (por ejemplo, uniónpor compresión) que la beta alúmina y puede ayudar al cierre y/o fabricación del dispositivo de almacenamiento de energía.

El separador se puede estabilizar por la adición de pequeñas cantidades de, pero no se limita a, litia, magnesia, óxido de cinc, itria u óxidos similares. Estos estabilizantes se pueden usar solos o combinados entre sí o con otrosmateriales. El separador, a veces referido como electrolito separador de beta alúmina (BASE) puede incluir uno omás dopantes. Los dopantes adecuados pueden incluir óxido de un metal de transición seleccionado de: hierro, níquel, cobre, cromo, manganeso, cobalto o molibdeno. Un separador que tiene los dopantes se refiere comoelectrolito separador de beta" alúmina y presenta mayor conductividad de iones sodio que la beta alúmina. Laconductividad de iones sodio de una forma de electrolito separador de beta" alúmina a 300 grados Celsius es en unintervalo de desde aproximadamente 0, 2 ohm-1 cm-1 a aproximadamente 0, 4 ohm-1 cm-1.

La cantidad del estabilizante a la beta" alúmina puede ser mayor que 0, 5 por ciento en peso. En una realización, lacantidad está en un intervalo de desde aproximadamente 0, 5 por ciento en peso a aproximadamente 1 por ciento en peso, de aproximadamente 1 por ciento en peso a aproximadamente 2 por ciento en peso, de aproximadamente2 por ciento en peso a aproximadamente 3 por ciento en peso, de aproximadamente 3 por ciento en peso aaproximadamente 4 por ciento en peso, de aproximadamente 4 por ciento en peso a aproximadamente 5 por ciento en peso, de aproximadamente 5 por ciento en peso a aproximadamente 10 por ciento en peso, de aproximadamente 10 por ciento en peso a aproximadamente 15 por ciento en peso, de aproximadamente 15 porciento en peso a aproximadamente 20 por ciento en peso o mayor que aproximadamente 20 por ciento en peso basado en el peso total del material de beta" alúmina.

El separador puede ser un envase tubular en una realización con al menos una pared. La pared puede tener unespesor y una conductividad iónica y la resistencia a través de la pared puede depender en parte del espesor. Elespesor adecuado puede ser menor que 5 milímetros. En una realización, el espesor está en un intervalo de desdeaproximadamente 5 milímetros a aproximadamente 4 milímetros, de aproximadamente 4 milímetros a aproximadamente 3 milímetros, de aproximadamente 3 milímetros a aproximadamente 2 milímetros, de aproximadamente 2 milímetros a aproximadamente 1, 5 milímetros, de aproximadamente 1, 5 milímetros a aproximadamente 1, 25 milímetros, de aproximadamente 1, 25 milímetros a aproximadamente 1,... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de almacenamiento de energía, que comprende:

un separador que tiene una primera superficie que define al menos una porción de una cámara catódica y unasegunda superficie que define una cámara anódica, estando la cámara catódica dispuesta para comprender, en uso, un haluro de metal alcalino dispuesto para formar un ión capaz de conducción por el separador y

estando el volumen de la cámara anódica para ser llenado, en uso, con un fluido consumible en una cantidad mayorque el 90 por ciento en volumen y el fluido consumible es reactivo con una especie iónica del haluro de metalalcalino.

2. El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 1, en el que el fluido consumiblecomprende oxígeno.

3. El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 2, en el que, en su uso, el oxígeno en lacámara anódica es consumible durante una carga inicial del dispositivo.

4. El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 3, en el que el consumo del oxígenodurante la carga del dispositivo evacúa la cámara anódica ciclo por ciclo.

5. El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 4, en el que la evacuación de la cámaraanódica reduce la diferencia de presión entre la cámara catódica y la cámara anódica a través del separador.

6. El dispositivo de almacenamiento de energía definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en elque la cámara anódica comprende uno o más metales seleccionados del grupo que consiste en sodio, litio y potasio.

7. El dispositivo de almacenamiento de energía definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en elque el haluro de metal alcalino comprende al menos uno de: litio, sodio, potasio, cloro, flúor o yodo.

8. El dispositivo de almacenamiento de energía definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en elque el separador es un conductor de iones de metal alcalino y comprende al menos uno de: beta-alúmina de metalalcalino, beta”-alúmina de metal alcalino, beta-galato de metal alcalino o beta”-galato de metal alcalino.

9. Un dispositivo de almacenamiento de energía definido en cualquier reivindicación precedente, en el que al menosuna de, la cámara catódica o la cámara anódica, está cerrada a vacío parcial en relación con la presión estándar y lacámara anódica está dispuesta para llenarse, en uso, con un fluido que es mayor que el 90 por ciento en peso.

10. El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 9, en el que cada una de, la cámaracatódica y la cámara anódica, está cerrada a una temperatura en un intervalo de desde aproximadamente 100grados Celsius a aproximadamente 600 grados Celsius.

11. El dispositivo de almacenamiento de energía definido en la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que cadauna de, la cámara catódica y la cámara anódica, está cerrada bajo vacío parcial.

12. Un procedimiento, que comprende:

llenar una cámara anódica en un dispositivo de almacenamiento de energía con un fluido consumible que se tieneque consumir por reacción en un estado físico fluido o sólido; cargar el dispositivo de almacenamiento de energíapara hacer reaccionar el fluido consumible y reducir una presión en la cámara anódica en la reacción del fluidoconsumible en un estado físico fluido o sólido.

13. El procedimiento definido en la reivindicación 12, que comprende además reducir una diferencia de presión de lacámara anódica a través de un separador en relación con una cámara catódica creando vacío dentro de la cámaraanódica al consumirse el fluido consumible.

14. El procedimiento definido en la reivindicación 12 o la reivindicación 13, que comprende además seleccionar elfluido consumible para que sea oxígeno.