[发明专利]使用三元电解质的能量存储装置及方法

说明书

技术领域

本发明包括涉及用于熔盐电化学电池的组合物的实施方案。本发明包括涉及含该组合物的能量存储装置的实施方案。本发明包括涉及使用该能量存储装置的方法的实施方案。 

背景技术

对使用钠作为蓄电池电池中的负电极的可再充电蓄电池进行了研究。钠具有-2.71伏的标准还原电位。钠的重量比较轻、无毒、量丰富，并且以氯化钠的形式存在时在经济上是合意的。钠阳极可以液态形式使用，而且，钠的熔点为98摄氏度。用钠离子传导性固态电解质将液态钠负极与正极(阴极)分开。需要第二熔融电解质(例如四氯铝酸钠)来允许离子快速迁出和迁入多孔正极，并且快速迁出和迁入固态电解质。熔融电解质的熔点连同固态电解质的温度依赖性钠离子传导率一起，确定了蓄电池的最小操作温度。阴极材料在熔融电解质中应具有良好的溶解度，并且在充电(氧化)状态下与固态电解质具有良好的相容性。在熔融电解质中氧化的阴极材料的低溶解度会导致剩余的未充电的(还原)电极表面被钝化，并使孔结垢。钝化和结垢可能减少阴极材料的充电量和利用率以及减少可用的放电功率。 

可能希望具有如下熔盐电化学电池：它具有与目前可用的那些电化学电池不同的化学性质。可能希望具有与目前可用的那些方法不同的能量存储方法。可能希望具有与目前可用的那些装置不同的能量存储装置。 

发明内容

根据本发明的实施方案，提供了组合物，其包括具有大于约150摄氏度的熔点的三元电解质。该三元电解质包括碱金属卤化物、卤化铝和卤化锌。卤化锌在三元电解质中的量相对于卤化铝的量大于约20摩尔百分比。 

在本发明的一个实施方案中，提供了能量存储装置。该能量存储装置包括 壳体。壳体具有限定了容积的内表面。能量存储装置还包括分隔体，该分隔体的第一表面限定了第一腔室的至少一部分，第二表面限定了第二腔室，并且第一腔室通过分隔体与第二腔室离子连通。能量存储装置还包括阴极材料。阴极材料设置在第一腔室中并且与分隔体离子连通。而且，能量存储装置包括具有大于约150摄氏度的熔点的三元电解质。三元电解质包括碱金属卤化物、卤化铝和卤化锌。卤化锌在三元电解质中的量相对于卤化铝的量是大于约20摩尔百分比。提供了包括该能量存储装置的系统。 

根据本发明的实施方案，提供了操作能量存储装置的方法，其中能量存储装置工作温度范围在约350摄氏度到约500摄氏度。方法还包括碱金属离子在第一腔室和第二腔室之间穿过分隔体输送。分隔体与三元电解质之间离子连通。三元电解质包括碱金属卤化物、卤化铝和卤化锌。卤化锌在三元电解质中的量相对于卤化铝的量而言是大于约20摩尔百分比。 

具体实施方式

本发明包括涉及用于熔盐电化学电池的组合物的实施方案。本发明包括涉及包括该组合物的能量存储装置的实施方案。本发明包括涉及使用该能量存储装置的方法的实施方案。 

如这里使用的，阴极材料是如下材料：其在充电期间提供电子，作为氧化还原反应的一部分存在，其存在量大于在所述反应的阴极侧的参与的电化学反应物的重量的约百分之五。电解质是在电池的正极和负极之间提供离子传输机制的介质。促进离子传输机制但本身不提供这种机制的添加剂与电解质自身区分开。近似性词语，如说明书和权利要求书中通篇所用的，可以应用来对如下的任何定量表示进行修饰：所述定量表示可以经允许的改变，但不会导致它可能涉及的基本功能有所改变。因此，由诸如“约”这样的术语修饰的数值不限于指定的精确值。在有些情况下，近似性词语可对应于测量所述数值的装置的精度。 

根据本发明的实施方案，提供了包括三元电解质的组合物。三元电解质包括碱金属卤化物、卤化铝和卤化锌。碱金属卤化物包括在熔盐电化学电池中用作阳极材料的碱金属。用于所述碱金属的合适材料可选自锂、钠或钾。在一个实施方案中，碱金属是钠。