[发明专利]包括氧化物离子蓄电池电池组的电气存储装置和模块配置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求保护美国临时专利申请序列号No.61/232,533的优先权，该专利申请于2009年8月10日提交，名称为“ELECTRICAL STORAGE DEVICE INCLUDING OXIDE-ION BATTERY CELL BANK AND MODULE CONFIGURATIONS”。

技术领域

一种电气存储装置包括传导阴离子的电解质，其中在电解质的任一侧上的电极之间存在离子转移。本发明还涉及使用电解质氧化物离子导体用于存储电能的模块、电池组和电池电化学配置，其中在两个电极之间存在氧化物离子转移。

背景技术

高温固态氧化物电解质燃料电池在本领域中是公知的，并且典型地在高于约500℃的温度下，将化学能转换为直流电能。需要这种温度以使得固态电解质是充分导电的。稳定的氧化锆为主要电解质。这种燃料电池例如由美国专利No.4,395,468（Isenberg）教导。固态氧化物燃料电池（“SOFC”）的大体工作原理和大体反应被示于现有技术图1中，该图是自明的。空气和所需要的气体燃料（比如天然气）二者均被单独地利用以在约800℃至约1000℃生成电。这种类型SOFC利用金属/陶瓷燃料电极10、气体重整天然气燃料和陶瓷、致密固态电解质11以及多孔陶瓷空气电极12。不使用金属，因为仅仅陶瓷或金属陶瓷可以耐受这些高温。燃料13用F示出并且氧化剂或空气A用14示出。

N.Q.Minh在Ceramic Fuel Cells，J. Am. Ceramic Soc., 76[3] 563-588，1993中的百科全书出版物详细地描述包括管状、三角形和其它配置的各种燃料电池设计，以及所使用的材料和附带的电化学反应。例如，该文章非常详尽地描述串联的节段电池（捆绑和套筒插头）、单片（协流和交叉流）以及平板设计。也讨论了比如镍或钴/氧化钇稳定的氧化锆之类的金属陶瓷燃料电极（阳极）材料以及它们的热膨胀系数问题。

除了生成能量之外，蓄电池（battery）也存储能量。电能存储对于电气经济的有效扩散并且对于许多可再生能技术的实施是极其重要的。在过去二十年期间，在便携、运输以及负载均衡和中心备份应用的领域中，对于电能存储的需求显著地增加。当前电化学能量存储系统仅仅是成本太高而无法渗入主要新市场，还需要更高的性能，并且环境上可接受的材料是优选的。大量地需要电能存储科学和技术中的转换变化，以允许主要市场扩大所需的在更低成本和更长寿命下的更高和更快能量存储。大多数这些变化需要新材料和/或创新构思，其中演示了更快速且可逆地与阳离子和/或阴离子反应的更大的氧化还原能力。

蓄电池到目前为止是存储电能的最常见形式，范围涵盖：标准日常铅酸电池，由Brown在美国专利No.4,078,125中教导的用于核潜艇的新型铁-银蓄电池，以及由Venkatesan等人在美国专利No.5,856,047中、Kitayama在美国专利No.6,399,247 B1以及Young等人在美国专利No.7,261,970中教导的镍-金属氢化物（NiMH）蓄电池。还已知的是美国专利No.3,977,901（Buzzelli）中，Isenberg在美国专利No.4,054,729中，美国专利公开2006/0063051；2007/0077491；2007/0259234（分别为Jang，Burchardt和Chua等人）中教导的金属-空气电池，以及另外在美国专利公开2003/0143457和2004/0241537（分别为Kashino等人和Okuyama等人）中教导的空气蓄电池。由Ohata在美国专利No.7,396,612 B2中教导锂离子蓄电池。这些在后面的金属-空气、镍-金属氢化物和锂离子蓄电池电池需要液态电解质系统。