特許 6685898 高温反応性材料デバイスのためのシール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6685898

(24)【登録日】2020年4月3日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】高温反応性材料デバイスのためのシール

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/08 20060101AFI20200413BHJP

   H01M 2/02 20060101ALI20200413BHJP

   H01M 2/06 20060101ALI20200413BHJP

   H01M 10/39 20060101ALI20200413BHJP

   H01M 4/40 20060101ALI20200413BHJP

   H01M 4/46 20060101ALI20200413BHJP

   H01M 4/36 20060101ALI20200413BHJP

   H01M 4/38 20060101ALI20200413BHJP

   C04B 35/581 20060101ALI20200413BHJP

   C04B 37/02 20060101ALI20200413BHJP

   C04B 41/87 20060101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/08 Z

   H01M2/02 Z

   H01M2/06 Z

   H01M10/39 Z

   H01M10/39 D

   H01M4/40

   H01M4/46

   H01M4/36 E

   H01M4/38 Z

   C04B35/581

   C04B37/02 Z

   C04B41/87 M

【請求項の数】25

【全頁数】77

(21)【出願番号】特願2016-523224(P2016-523224)

(86)(22)【出願日】2014年10月16日

(65)【公表番号】特表2017-501531(P2017-501531A)

(43)【公表日】2017年1月12日

(86)【国際出願番号】US2014060979

(87)【国際公開番号】WO2015058010

(87)【国際公開日】20150423

【審査請求日】2017年10月11日

(31)【優先権主張番号】61/891,784

(32)【優先日】2013年10月16日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/930,298

(32)【優先日】2014年1月22日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/891,789

(32)【優先日】2013年10月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515103582

【氏名又は名称】アンブリ・インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉 道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100137213

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100151448

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 孝博

(74)【代理人】

【識別番号】100183519

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻田 芳恵

(74)【代理人】

【識別番号】100196483

【弁理士】

【氏名又は名称】川嵜 洋祐

(74)【代理人】

【識別番号】100203035

【弁理士】

【氏名又は名称】五味渕 琢也

(74)【代理人】

【識別番号】100185959

【弁理士】

【氏名又は名称】今藤 敏和

(74)【代理人】

【識別番号】100160749

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100160255

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁理士】

【氏名又は名称】城山 康文

(72)【発明者】

【氏名】ブラッドウェル，デイビッド・ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】ネイヤー，ハリ

(72)【発明者】

【氏名】トンプソン，グレッグ

(72)【発明者】

【氏名】クイ，ジャンイー

(72)【発明者】

【氏名】ディーク，デイビッド・エス

(72)【発明者】

【氏名】マクニーリー，マイケル・ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】ネルトナー，ブライアン

(72)【発明者】

【氏名】テイラー，ダレル

(72)【発明者】

【氏名】プジャリ，ヴィマル

(72)【発明者】

【氏名】モデスト，ザカリー・ティー

【審査官】 小森 重樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１４６７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２４６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０１２２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０９７７２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０００６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１２２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５００４６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／０８

Ｃ０４Ｂ ３５／５８１

Ｃ０４Ｂ ３７／０２

Ｃ０４Ｂ ４１／８７

Ｈ０１Ｍ ２／０２

Ｈ０１Ｍ ２／０６

Ｈ０１Ｍ ４／３６

Ｈ０１Ｍ ４／３８

Ｈ０１Ｍ ４／４０

Ｈ０１Ｍ ４／４６

Ｈ０１Ｍ １０／３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温電気化学エネルギー貯蔵デバイスであって：
ａ．反応性金属および溶融塩を含む容器（ここで、前記溶融塩が少なくとも１００℃の動作温度において蒸気または液体である）；および
ｂ．前記容器の外部環境から前記容器をシールするシール
を含むデバイスであって、
前記シールは：
ｉ．前記反応性金属および溶融塩に曝されるセラミック材料であって、少なくとも１００℃の前記動作温度で前記反応性金属および溶融塩に対して化学的に耐性があるセラミック材料（ここで、前記セラミック材料が電気的に隔離しており、前記セラミック材料が前記反応性金属と第１の化合物を形成することが可能な共通元素を含み、前記セラミック材料が前記反応性金属の第１の化合物のΔＧ_ｒ，ｎよりも負である規格化生成ギブス自由エネルギー（ΔＧ_ｒ，ｎ）を有する）；
ｉｉ．前記セラミック材料に隣接した金属カラー；および
ｉｉｉ．前記セラミック材料と前記金属カラーおよび前記容器の少なくとも１つとの間に配設された金属ブレイズであって、前記セラミック材料を化学的に還元する少なくとも１つの金属を含む金属ブレイズ
を含み、
前記反応性金属がカルシウムを含むか、又は、前記金属ブレイズが銀、アルミニウム又は銀とアルミニウムの混合物を含む、デバイス。

【請求項2】

前記セラミック材料が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記金属カラーがステンレススチールまたはジルコニウムから形成される、請求項１に記載のデバイス。

【請求項4】

前記金属ブレイズが合金であり、前記セラミック材料を化学的に還元する金属がチタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項5】

前記デバイスが液体金属バッテリである、請求項１に記載のデバイス（ここで、液体金属とは、少なくとも１００℃の動作温度において液体である金属を意味する）。

【請求項6】

前記反応性金属がアルカリ金属またはアルカリ土類金属である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項7】

前記反応性金属が、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、またはこれらのいずれかの組み合わせを更に含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項8】

前記反応性金属が少なくとも１００℃の動作温度において金属蒸気または液体金属である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項9】

前記シールが、少なくとも３５０℃の温度にてリチウム蒸気に対して化学的に耐性がある、請求項１に記載のデバイス。

【請求項10】

前記シールが、少なくとも３５０℃の温度にてカルシウム蒸気に対して化学的に耐性がある、請求項１に記載のデバイス。

【請求項11】

前記シールが、電気伝導性フィードスルー、熱電対、または前記容器に連結された電圧センサを取り囲む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項12】

前記シールが、前記容器および／または前記電気伝導性フィードスルーに接合される、請求項１１に記載のデバイス。

【請求項13】

前記シールが、前記容器から前記電気伝導性フィードスルーを電気的に隔離する、請求項１１に記載のデバイス。

【請求項14】

前記シールの熱膨張係数（ＣＴＥ）が、前記容器および／または前記電気伝導性フィードスルーのＣＴＥとは１０％未満で異なる、請求項１１に記載のデバイス。

【請求項15】

前記シールにわたるインピーダンスが、前記動作温度において少なくとも１キロＯｈｍである、請求項１に記載のデバイス。

【請求項16】

前記金属ブレイズが前記共通元素を含む第２の化合物を含み、前記金属ブレイズの第２の化合物のΔＧ_ｒ，ｎは前記セラミック材料のΔＧ_ｒ，ｎよりも負である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項17】

前記共通元素が、窒素、酸素または硫黄である、請求項１６に記載のデバイス。

【請求項18】

前記セラミック材料が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含み、前記金属ブレイズがチタン（Ｔｉ）を含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項19】

前記シールが、前記デバイスを密封シールする、請求項１に記載のデバイス。

【請求項20】

前記反応性金属および溶融塩が前記動作温度である場合、前記シールが、前記デバイスと接触する雰囲気に対して不活性である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項21】

前記シールが、第１の金属カラーおよび第２の金属カラーを含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項22】

前記第１の金属カラーが、前記セラミック材料に接合される、請求項２１に記載のデバイス。

【請求項23】

前記第１の金属カラーが、ブレイズまたは溶接によって、前記第２の金属カラーに接合され、および／または前記第２の金属カラーが、ブレイズまたは溶接によって、前記容器に接合される、請求項２１に記載のデバイス。

【請求項24】

前記シールが、前記セラミック材料に接合された第３の金属カラーを含む、請求項２３に記載のデバイス。

【請求項25】

前記第３の金属カラーが、ブレイズまたは溶接によって、電気伝導性フィードスルーに接合される、請求項２４に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

相互参照
本願は、米国特許仮出願第６１／８９１，７８４号（２０１３年１０月１６日出願）、米国特許仮出願第６１／８９１，７８９号（２０１３年１０月１６日出願）、および米国特許仮出願第６１／９３０，２９８号（２０１４年１月２２日出願）の優先権を主張し、これらの文献のそれぞれは全体が本明細書に参照して援用される。

【背景技術】

【0002】

種々のデバイスは、高温にて使用するために構成されている。こうしたデバイスの例としては、高温バッテリが挙げられ、これらは貯蔵された化学エネルギーを電気エネルギーに変換できるデバイスである。バッテリは、多くの家庭用および産業用用途に使用できる。高温デバイスの別の例は、化学気相堆積チャンバー、例えば半導体デバイスの製作に使用されるものである。高温デバイスの別の例は、反応性金属を加工処理し、輸送し、含有しおよび／または貯蔵するように設計された化学プロセス容器、移送パイプ、または貯蔵容器である。これらのデバイスは、通常、３００℃の温度または３００℃を超える温度にて操作され得る。

【発明の概要】

【0003】

本明細書において、高温デバイスに関連した種々の制限が認識されている。例えば、一部のバッテリは、高温（例えば少なくとも約１００℃または３００℃）にて操作され、デバイス内に十分含有される必要があり得る反応性材料蒸気（例えば反応性金属蒸気、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウムまたはカルシウム蒸気）を有する。高温反応性材料デバイスの他の例としては、冷却剤として溶融塩または金属（例えば溶融ナトリウムもしくはリチウム、または溶融ナトリウム含有合金もしくはリチウム含有合金）を使用する原子炉（例えば核融合炉）、半導体を製造するためのデバイス、均質反応器、および反応性材料（例えば反応性化学物質、例えば強い化学還元能を有する化学物質、または反応性金属、例えばリチウムまたはナトリウム）を製造（例えば加工処理）および／または取り扱う（例えば輸送または貯蔵する）ためのデバイスが挙げられる。こうしたデバイスは、例えばデバイスの欠陥を防止し、デバイスの使用を延ばし、またはこうしたデバイスのユーザーもしくは操作者に対する負の健康影響を回避するために、使用中に、外部環境から十分にシールされる必要があり得る。

【0004】

本開示は、エネルギー貯蔵デバイスおよび反応性材料（例えば反応性金属）を有し（例えば含有しまたは含み）、高温（例えば少なくとも約１００℃または３００℃）にて操作される他のデバイスのためのシールを提供する。エネルギー貯蔵デバイス（例えばバッテリ）は、電力網内またはスタンドアロンシステムの一部として使用されてもよい。バッテリは、電気エネルギー消費の需要があるときに後に放電するために、発電源から充電されてもよい。

【0005】

本開示の態様は、（ａ）反応性金属および／または溶融塩を含む容器；および（ｂ）容器の外部環境から容器をシールするシールを含む高温デバイスを対象とする。このシールは、（ｉ）反応性金属および／または溶融塩に曝されるセラミック材料であって、ここでこのセラミック材料は、少なくとも１００℃の温度で反応性金属および／または溶融塩に対して化学的に耐性である材料；（ｉｉ）セラミック材料に隣接した金属カラー；ならびにこのセラミック材料と金属カラーおよび容器の少なくとも１つとの間に配設された活性金属ブレイズを含み、ここでこの活性金属ブレイズは、セラミック材料を化学的に還元する少なくとも１つの金属を含む。

【0006】

開示の別の態様は、電気化学セルに関し：（ａ）少なくとも約２００℃の操作温度にて液体である液体金属を含む電気伝導性ハウジングであって、ここでこの液体金属は、電気化学セルの充電／放電の間に電荷を貯蔵／放出するように構成されるハウジング；（ｂ）液体金属と電気接触する伝導体であって、電気伝導性ハウジングのアパーチャを通して電気伝導性ハウジングから突出する伝導体；および（ｃ）電気伝導性ハウジングから伝導体を電気的に隔離するシールであって、セラミック材料、ブレイズ材料、およびスリーブを含むシールを含む。

【0007】

開示の別の態様は、電気化学セルに関し：（ａ）少なくとも約２００℃の操作温度にて液体である液体金属を含む電気伝導性ハウジングであって、ここでこの液体金属組成物は、電気化学セルの充電／放電の間に電荷を貯蔵／放出するように構成されるハウジング；（ｂ）液体金属と電気接触する伝導体であって、電気伝導性ハウジングのアパーチャを通して電気伝導性ハウジングから突出する伝導体；および（ｃ）電気伝導性ハウジングに対して伝導体をシールするシールであって、少なくとも約２５℃の温度にて、秒あたり約１×１０^−６気圧−立方センチメートル（ａｔｍ−ｃｃ／ｓ）以下のヘリウムリークレートを提供するシールを含む。

【0008】

開示の別の態様は、電気化学セルを対象とし：（ａ）少なくとも約２００℃の操作温度にて液体である液体金属を含む電気伝導性ハウジングであって、ここでこの液体金属組成物は、電気化学セルの充電／放電の間に電荷を貯蔵／放出するように構成されるハウジング；（ｂ）液体金属と電気接触する伝導体であって、電気伝導性ハウジングのアパーチャを通して電気伝導性ハウジングから突出する伝導体；および（ｃ）電気伝導性ハウジングから伝導体を電気的に隔離するシールであって、ここでこのシールにわたるインピーダンスは、操作温度において少なくとも約１キロＯｈｍであるシールを含む。

【0009】

開示の別の態様は、電気化学セルを対象とし：（ａ）少なくとも約２００℃の操作温度にて液体である液体金属を含む電気伝導性ハウジングであって、ここでこの液体金属は、電気化学セルの充電／放電の間に電荷を貯蔵／放出するように構成されるハウジング；（ｂ）液体金属と電気接触する伝導体であって、電気伝導性ハウジングのアパーチャを通して電気伝導性ハウジングから突出する伝導体；および（ｃ）金属カラーに結合され、伝導体および電気伝導性ハウジングの両方に接続された電気絶縁性セラミックを含むシールであって、ここでこのシールは、伝導体を電気伝導性ハウジングから電気的に隔離し、電気絶縁性セラミックは、６μｍ／ｍ／℃未満の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、金属カラーのＣＴＥは、電気絶縁性セラミックのＣＴＥとは６０％未満で異なるシールを含む。

【0010】

開示の別の態様は、電気化学セルを提供し：（ａ）少なくとも約２００℃の操作温度にて液体である液体金属を含む電気伝導性ハウジングであって、ここでこの液体金属は、電気化学セルの充電／放電の間に電荷を貯蔵／放出するように構成されるハウジング；（ｂ）液体金属と電気接触する伝導体であって、電気伝導性ハウジングのアパーチャを通して電気伝導性ハウジングから突出する伝導体；および（ｃ）電気伝導性ハウジングから伝導体を電気的に隔離するシールであって、ここでこのシールは、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥとは少なくとも１０％で異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料を含み、シールが、電気化学セルが密封シールされるような幾何学形状を有するシールを含む。

【0011】

開示の別の態様において、高温デバイスが提供される。デバイスは、（ａ）反応性金属および／または溶融塩を含む容器；および（ｂ）容器の外側環境から容器をシールするシールを含む。シールは、（ｉ）反応性金属および／または溶融塩に曝されたセラミック材料であって、少なくとも１００℃の温度にて反応性金属および／または溶融塩に対して化学的に耐性であるセラミック材料；および（ｉｉ）セラミック材料に接合した第１の金属カラーであって、８ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する第１の金属カラーを含む。

【0012】

開示の別の態様は、反応性材料を含有する高温デバイスのためのシールを形成するように材料を選択する方法を提供する。この方法は、材料それぞれの生成ギブズ自由エネルギー（ΔＧ_ｒ）の増減に基づいて一組の材料を順位付けする工程；順位付けされた材料のサブセットを選択する工程であって、ここでこの選択された材料は順位付けされたままである工程；および選択された順位付け材料に基づく一組のシール材料を選択する工程であって、それによって、シールが提供される場合に選択された順位付けされた材料が劣化する駆動力を排除する工程を含む。

【0013】

開示の別の態様は、少なくとも約２００℃の温度にて維持される反応性材料を含む容器を含む電気化学セルを提供する。電気化学セルはさらに、容器を通過し、容器の外側環境から容器をシールするシールを含む。シールは、反応性材料に曝されたセラミック構成要素およびこのセラミック構成要素に接合された金属カラーを含む。シールは、セラミック伝導体に対して金属カラーの放射状の圧縮力をもたらす周方向構成で配置され、垂直配向に対して約２０度の円錐角で構成される。

【0014】

開示の別の態様は：（ａ）少なくとも約２００℃の温度にて維持される反応性材料を含む容器；および（ｂ）容器の外部環境から容器をシールする容器中のシールを含む、電気化学セルを提供する。シールは、反応性材料に曝されるセラミック構成要素およびこのセラミック構成要素に接合された金属カラーを含み、ここでこのシールは、シールを通過する伝導体に対して平行な方向に垂直な１つ以上のシール界面を有する積み重ねた構成で配置される。

【0015】

開示の別の態様は：（ａ）少なくとも約１００℃の温度にて維持される液体構成要素およびガス状構成要素を含む１つ以上の材料を含む容器であって、ここでこの材料の少なくとも１つは反応性材料である容器；および（ｂ）この容器の外部環境から容器をシールする容器中のシールを含む、電気化学セルを提供する。シールは、臨界圧力を超えるまたは臨界温度を超える圧力緩和構成要素として構成される。シールは、容器内側のヘッドスペースに隣接して提供され、ここでこのヘッドスペースは、ガス状構成要素を含み、ヘッドスペースは液体構成要素の上方にある。

【0016】

開示のさらなる態様は：（ａ）少なくとも約２００℃の温度にて維持される反応性材料を含む容器；および（ｂ）容器の外部環境から容器をシールするシールを含む、電気化学セルを対象とする。シールは、反応性材料に曝されるセラミック材料およびこのセラミック材料に接合される金属カラーを含み、ここでこの金属カラーの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、セラミック材料のＣＴＥとは３０％未満で異なり、金属カラーは鉄合金である。

【0017】

開示のさらなる別の態様は、高温デバイス中に反応性材料を含有するためのシールに関する。シールは、電気的に隔離しており、反応性材料および共通元素と関連する第１の化合物の規格化生成ギブズ自由エネルギー（ΔＧ_ｒ，ｎ）よりも負であるΔＧ_ｒ，ｎを有するセラミック材料；および反応性材料に対して化学的に安定である活性ブレイズ材料であって、ここで活性ブレイズ材料および共通元素と関連する第２の化合物のΔＧ_ｒ，ｎは、セラミック材料のΔＧ_ｒ，ｎよりも負であるブレイズ材料を含む。

【0018】

本開示の追加の態様および利点は、以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになり、ここで本開示の例示としてのみの実施形態を示し、説明する。理解されるように、本開示は、他の異なる実施形態であることができ、そのいくつかの詳細は、種々の明らかな事項において変更でき、それらすべてはこの開示から逸脱しない。したがって、図面および説明は、実際例示として見なされるべきであり、制限として見なされるべきではない。

【0019】

参照による援用
この明細書において記述されたすべての刊行物、特許および特許出願は、それぞれ個々の刊行物、特許または特許出願が、具体的におよび個々に参照により援用されたように示された場合と同じ程度まで参照により本明細書に援用される。

【0020】

本発明の新規な特徴は、添付された特許請求の範囲に詳細に記載される。本発明の特徴および利点は、本発明の原理を利用する例示的な実施形態を示す以下の詳細な説明および以下の添付の図面（ｄｒａｗｉｎｇｓ）（本明細書においては「図（Ｆｉｇｕｒｅ）」または「図（ＦＩＧ．）」も同様）を参照することによってより理解が深まる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】電気化学セル（Ａ）および電気化学セルの編成（例えばバッテリ）（ＢおよびＣ）の図である。

【図2】ハウジング中のアパーチャを通過する集電体と電気的に連通した伝導体を有するハウジングの概略断面図である。

【図3】電気化学セルまたはバッテリの断面側面図である。

【図4】金属間層を有する電気化学セルまたはバッテリの断面側面図である。

【図5】誘電性シール構成要素によりハウジングから電気的に絶縁されたフィードスルーを有する電気化学セルの概略断面図である。

【図6】共用蓋アセンブリ（ＡおよびＢ）に組み合わせた集電体の例を示す。

【図7】種々のタイプのスチールおよび絶縁セラミックに関する℃あたりで百万部あたりの部（ｐｐｍ）単位での熱膨張係数を示す。

【図8】種々のタイプのスリーブまたはカラー材料、ブレイズ材料および絶縁セラミックに関する℃あたりの部（ｐ）単位での熱膨張係数を示す。

【図9】熱力学的により安定な負の数を有する一連の温度範囲における種々の材料に関する生成ギブズ自由エネルギー（ΔＧ_ｒ）を示す。

【図10】熱膨張係数の不一致を補うことができる特徴要素の例を示す。

【図11】ブレイズされたセラミックシールを有する電気化学セルを示す。

【図12】材料がセルの内部および外部環境に対して熱力学的に安定なブレイズされたセラミックシールの概略図を示す。

【図13】セラミックおよび／またはブレイズ材料が内部および外部環境に対して熱力学的に不安定であるシールを示す。

【図14】ブレイズされたセラミックシールの例を示す。

【図15】ブレイズされたセラミックシールの例を示す。

【図16】ブレイズされたセラミックシールの例を示す。

【図17】ブレイズされたセラミックシールの例を示す。

【図18】酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）コーティングおよび鉄系ブレイズを有するアルミナまたはジルコニアシールを有するシールの例を示す。

【図19】サブアセンブリの例を示す。

【図20】サブアセンブリの形状が熱膨張係数の不一致に適応できる方法を示す。

【図21】１つ以上の金属スリーブ間に配設された複数のセラミック絶縁体を有するシール設計を示す。

【図22】シール上の力の例を示す。

【図23】１つ以上の金属スリーブ間に配設された単一セラミック絶縁体を有するシール設計を示す。

【図24】セルキャップアセンブリを示す。

【図25】シールの例および特徴要素を示す。

【図26】シールの例および特徴要素を示す。

【図27】シールの例および特徴要素を示す。

【図28】セルパックの例を示す。

【図29】伝導性フィードスルーの頂部とセルの底部との間のブレイズ接続の例を示す。

【図30】熱膨張係数の差に基づいてバッテリの操作温度で形成する部分間の圧縮接続を用いて２つのセルを接合する例を示す。

【図31】コアとも称されるセルパックのスタックの例を示す。

【図32】順位付けされた生成自由エネルギーの選択プロセスに基づいてシールを形成するために材料を選択する方法の例である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の種々の実施形態が本明細書において示され、記載されているが、こうした実施形態が例としてのみ提供されることは当業者にとって明らかである。多数のバリエーション、変更および置換は、本発明から逸脱することなく当業者が行うことができる。本明細書に記載される本発明の実施形態に対する種々の代替が使用されてもよいことが理解されるべきである。本発明の異なる態様は、個々に、集合的にまたは互いに組み合わせて認識できることが理解されるべきである。

【0023】

本明細書で使用される場合、用語「セル」は、一般に電気化学セルを指す。セルは、Ａ｜｜Ｂと示されるような、材料「Ａ」の負極および材料「Ｂ」の正極を含むことができる。正極および負極は、電解質によって分離できる。セルはまた、ハウジング、１つ以上の集電体、および高温の電気的に隔離するシールを含むことができる。一部の場合には、セルは、約４インチ幅、約４インチ深さおよび約２．５インチ高さであることができる。一部の場合には、セルは、約８インチ幅、約８インチ深さおよび約２．５インチ高さであることができる。一部の例では、電気化学セルのいずれかの所与の寸法（例えば、高さ、幅または深さ）は、少なくとも約１、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１２、１４、１６、１８または２０インチであることができる。例において、セル（例えば各セル）は、約４インチ×４インチ×２．５インチの寸法を有することができる。別の例において、セル（例えば各セル）は、約８インチ×８インチ×２．５インチの寸法を有することができる。一部の場合において、セルは、少なくとも約７０ワット時のエネルギー貯蔵容量を有していてもよい。一部の場合において、セルは、少なくとも約３００ワット時のエネルギー貯蔵容量を有していてもよい。

【0024】

本明細書に使用される場合、用語「モジュール」とは、一般に、例えば１つのセルのセルハウジングを隣接セルのセルハウジングと機械的に接続することによって、並列に共に取り付けられたセルを指す（例えば、ほぼ水平なパッキング面において共に接続されるセル）。一部の場合に、セルは、セル本体の一部であるおよび／またはセル本体に接続される特徴要素を接合することによって、互いに接続される（例えば、セル本体の主要部分から突出するタブ）。モジュールは、並列に複数のセルを含むことができる。モジュールは、いずれかの数のセル、例えば少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはそれ以上のセルを含むことができる。一部の場合において、モジュールは、少なくとも約４、９、１２、または１６セルを含む。一部の場合において、モジュールは、約７００ワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約１７５ワットの電力を送達できる。一部の場合において、モジュールは、少なくとも約１０８０ワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約５００ワットの電力を送達できる。一部の場合において、モジュールは、少なくとも約１０８０ワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約２００ワット（約５００ワット）の電力を送達できる。一部の場合において、モジュールは、シングルセルを含むことができる。

【0025】

本明細書に使用される場合、用語「パック」は、一般に、異なる電気接続を通して取り付けられる（例えば垂直に）モジュールを指す。パックは、いずれかの数のモジュール、例えば少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはそれ以上のモジュールを含むことができる。一部の場合において、パックは、少なくとも約３モジュールを含む。一部の場合において、パックは、少なくとも約２キロワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約０．４キロワット（例えば少なくとも約０．５キロワットまたは１．０キロワット）の電力を送達できる。一部の場合において、パックは、少なくとも約３キロワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約０．７５キロワット（例えば少なくとも約１．５キロワット）の電力を送達できる。一部の場合において、パックは、少なくとも約６モジュールを含む。一部の場合において、パックは、約６キロワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約１．５キロワット（例えば約３キロワット）の電力を送達できる。

【0026】

本明細書で使用される場合、用語「コア」は、一般に、異なる電気的接続（例えば直列および／または並列）を通して取り付けられた複数のモジュールまたはパックを指す。コアは、いずれかの数のモジュールまたはパック、例えば少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４５、５０またはそれ以上のパックを含むことができる。一部の場合において、コアはまた、制御された様式で電気エネルギーを効率良く貯蔵および回復できる機械的、電気的および熱的システムを含む。一部の場合において、コアは、少なくとも約１２パックを含む。一部の場合において、コアは、少なくとも約２５キロワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約６．２５キロワットの電力を送達できる。一部の場合において、コアは、少なくとも約３６パックを含む。一部の場合において、コアは、少なくとも約２００キロワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約４０、５０、６０、７０、８０、９０または１００キロワット以上の電力を送達できる。

【0027】

本明細書で使用される場合、用語「コアエンクロージャ」または「ＣＥ」は、一般に、異なる電気的接続（例えば直列および／または並列）を通して取り付けられた複数のコアを指す。ＣＥは、いずれかの数のコア、例えば少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはそれ以上のコアを含むことができる。一部の場合において、ＣＥは、適切なバイパス電子回路と共に並列に接続されたコアを含有し、故にコアは切断されることができる一方で、他のコアがエネルギーを貯蔵および回復できるように継続される。一部の場合、ＣＥは、少なくとも４コアを含む。一部の場合において、ＣＥは、少なくとも約１００キロワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または約２５キロワットの電力を送達できる。一部の場合、ＣＥは、４コアを含む。一部の場合において、ＣＥは、約１００キロワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または約２５キロワットの電力を送達できる。一部の場合に、ＣＥは、約４００キロワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約８０キロワット、例えば少なくともまたは約８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０または２００キロワットまたはそれ以上の電力を送達できる。

【0028】

本明細書で使用される場合、用語「システム」は、一般に、異なる電気的接続（例えば直列および／または並列）を通して取り付けられた複数のコアまたはＣＥを指す。システムは、いずれかの数のコアまたはＣＥ、例えば少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはそれ以上のコアを含むことができる。一部の場合、システムは２０ＣＥを含む。一部の場合において、システムは、約２メガワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約４００キロワット（例えば約５００キロワットまたは約１０００キロワット）の電力を送達できる。一部の場合、システムは５ＣＥを含む。一部の場合に、システムは、約２メガワット時のエネルギーを貯蔵でき、および／または少なくとも約４００キロワット、例えば少なくとも約４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００キロワットまたはそれ以上の電力を送達できる。

【0029】

所与のエネルギー容量および電力容量を有する一群のセル（例えばコア、ＣＥ、システムなど）（例えば所与の量のエネルギーを貯蔵できるＣＥまたはシステム）は、所与（例えば定格）電力レベルの少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、または約１００％を送達するように構成されてもよい。例えば、１０００ｋＷシステムは、５００ｋＷにて操作できる場合があるが、５００ｋＷシステムは、１０００ｋＷで操作できない場合がある。一部の場合において、所与のエネルギー容量および電力容量を有するシステム（例えば所与の量のエネルギーを貯蔵できるＣＥまたはシステム）は、所与（例えば定格）電力レベルの約１００％未満、約１１０％未満、約１２５％未満、約１５０％未満、約１７５％未満、約２００％などを送達するように構成されてもよい。例えば、システムは、提供されている電力レベルにてそのエネルギー容量を消費するのにかかり得る時間よりも短い期間、その定格電力容量超過を提供する（例えば、その定格エネルギー容量の約１％未満、約１０％未満または約５０％未満に対応する期間にシステムの定格電力を超える電力を提供する）ように構成されてもよい。

【0030】

本明細書で使用される場合、用語「バッテリ」は、一般に、直列および／または並列に接続された１つ以上の電気化学セルを指す。バッテリは、いずれかの数の電気化学セル、モジュール、パック、コア、ＣＥまたはシステムを含むことができる。バッテリは、少なくとも１つの充電／放電または放電／充電サイクル（「サイクル」）を行っていてもよい。

【0031】

本明細書で使用される場合、用語「直接金属間接合」または「直接金属間ジョイント」は、一般に、２つの金属表面が接触する電気接続を指す（例えばブレイズまたは溶接を形成することによって）。一部の例において、直接金属間ジョイントはワイヤを含んでいない。

【0032】

本明細書で使用される場合、用語「相互接続」は、一般に、直接金属間ジョイント以外のいずれかの電気接続を指す。相互接続は、電流を通すように設計されたワイヤまたはベントシート金属構成要素を含むことができる。相互接続は柔軟性（例えば可撓性）であってもよい。

【0033】

本明細書で使用される場合、用語「ワイヤ」は、一般に、いずれかのコード、ストリップまたは細長い電線管を指す。ワイヤは可撓性であることができる。本明細書で使用される場合、編組金属ストリップはワイヤである。一部の場合において、バスバーはワイヤである。

【0034】

本明細書で使用される場合、用語「電子的」とは、一般に、電子が、２以上の構成要素間をほとんど抵抗なく、容易に流れることができる状況を指す。互いに電子的に連通状態にある構成要素は、互いに電気的に連通状態であることができる。

【0035】

本明細書で使用される場合、用語「垂直」とは、一般に、重力に対して平行である方向を指す。

【0036】

本明細書で使用される場合、用語「充電カットオフ電圧」または「ＣＣＶ」は、一般に、一定の電流モードにおいてサイクルされる場合に、バッテリに使用される電圧カットオフ限度のような、セルが完全または実質的に完全に充電される電圧を指す。

【0037】

本明細書で使用される場合、用語「開回路電圧」または「ＯＣＶ」は、一般に、いずれかの回路または外部負荷から切断される場合（すなわち、電流がセルを通って流れない場合）における、セル（例えば完全または部分的に充電された）の電圧を指す。

【0038】

本明細書で使用される場合、用語「電圧」または「セル電圧」は、一般に、セルの電圧（例えば、充電状態または充電／放電条件において）を指す。一部の場合において、電圧またはセル電圧は、開回路電圧であってもよい。一部の場合において、電圧またはセル電圧は、充電中または放電中の電圧であることができる。

【0039】

本開示の電圧は、参照電圧、例えば接地（０ボルト（Ｖ））または電気化学セルの反対側の電極の電圧に対して考慮または表され得る。

【0040】

材料を記載するために本明細書で使用される場合、用語「安定性」は、一般に、熱力学的に安定であり、化学的に安定であり、熱化学的に安定であり、電気化学的に安定であり、またはこれらのいずれかの組み合わせである材料を指す。安定な材料は、化学的または電気化学的に還元されず、攻撃もされず、腐食もされ得ない。安定な、熱力学的に安定な、または化学的に安定な材料に関連して記載される開示のいずれかの態様は、少なくとも一部の構成において、熱力学的に安定、化学的に安定、熱化学的に安定、および／または電気化学的に安定な材料に等しく適用され得る。

【0041】

高温デバイスのためのシール
本開示の態様は、高温デバイスのためのシールを提供する。デバイスは、１つ以上の反応性材料を含有する／含む高温反応性材料デバイスであることができる。例えば、高温デバイスは、反応性材料を含有できる。一部の場合において、デバイスは、高温反応性金属デバイスであることができる。デバイスは、制限されないが、製造用および／または反応性材料、例えば反応性金属（例えばリチウムまたはナトリウム）および／または強力な化学的還元能を有する化学物質（例えば反応性化学物質）の取り扱い用、半導体製造用、原子炉（例えば核融合炉、溶融塩または金属、例えば溶融ナトリウムまたはリチウムまたは溶融ナトリウム含有合金またはリチウム含有合金、例えば冷却剤を使用する原子炉）用、非均質炉用、化学加工処理デバイス用、化学輸送デバイス用、化学貯蔵デバイス用またはバッテリ用（例えば液体金属バッテリ）用であることができる。例えば、一部のバッテリは、高温（例えば少なくとも約１００℃または３００℃）にて操作され、バッテリ内に十分含有される必要があり得る反応性金属蒸気（例えばリチウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウムまたはカルシウム）を有する。一部の例において、こうした高温デバイスは、少なくとも約１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃またはそれ以上の温度にて加熱および／または維持される。こうした温度にて、デバイスの１つ以上の構成要素は、液体（または溶融）または気化状態であることができる。

【0042】

シールは、デバイス中に含有される反応性材料（例えば反応性金属または溶融塩）で接触するセラミック材料（例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ））を含むことができる。セラミック材料は、反応性材料（例えば、反応性金属または溶融塩のようなデバイスにおいて含有される反応性材料）に化学的に耐性であることができる。セラミック材料は、デバイスが高温（例えば、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約３５０℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、少なくとも約８００℃、または少なくとも約９００℃）で操作する場合に、反応性材料に対して化学的に耐性であることができる。

【0043】

シールは、金属カラーまたはスリーブ（例えばステンレススチール（ＳＳ）またはジルコニウムから製造される）を含むことができる。スリーブおよび／またはカラー設計は、熱膨張係数（ＣＴＥ）適応性であることができる（例えばＣＴＥの差（本明細書において「ＣＴＥ不一致」も同様）に適応できる）。一部の場合、スリーブはカラーであることができる。一部の場合において、カラーは円錐であることができる。例えば、カラーは、円錐金属（例えばジルコニウム）カラーであることができる。カラーに関連して記載される開示のいかなる態様も、少なくとも一部の構成においてはスリーブに等しく適用でき、その逆も同様であることができる。

【0044】

シールは、セラミック材料と、金属カラー／スリーブおよびデバイスの少なくとも１つとの間に配設される活性金属ブレイズを含むことができる。活性金属ブレイズは、セラミック材料（例えばチタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ））を化学的に還元する金属種を含むことができる。

【0045】

一部の場合、シールは、電気伝導性フィードスルーを取り囲むことができ（デバイスのハウジングからフィードスルーを電気的で隔離できる）、熱電対または電圧センサを取り囲むことができる。例えば、セラミック材料は絶縁体であることができる。

【0046】

一部の例において、シールは、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約３５０℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、少なくとも約８００℃、または少なくとも約９００℃の温度にてデバイスの反応性材料に対して化学的に耐性であることができる場合がある。一部の例において、シールは、少なくとも約６ヶ月、１年、２年、５年、１０年またはそれ以上、こうした温度にて反応性材料に対して化学的に耐性であることができる場合がある。一部の例において、デバイスは高温反応性金属デバイスであることができ、シールは、反応性基材を含むデバイスにおいて材料に対して化学的に耐性であることができる。例において、シールは、少なくとも約１年の間、少なくとも約３５０℃の温度にてリチウム蒸気に対して耐性であることができる。シールは、デバイス中に反応性材料（例えば反応性材料の蒸気）を保持することができる。例えば、シールは、デバイス中に反応性金属蒸気および／または溶融塩蒸気を保持できる。

【0047】

電気化学セル、デバイスおよびシステム
本開示は、電気化学エネルギー貯蔵デバイス（例えばバッテリ）およびシステムを提供する。電気化学エネルギー貯蔵デバイスは、一般に、ハウジング内にシールされる（例えば密封シールされる）、少なくとも１つの電気化学セル（本明細書では「セル」および「バッテリセル」も同様）を含む。セルは、負荷、例えば電子デバイス、別のエネルギー貯蔵デバイスまたは送電網に電気エネルギー（例えば電位下の電子）を送達するように構成できる。

【0048】

開示の電気化学セルは、負極、負極に隣接する電解質、および電解質に隣接する正極を含むことができる。負極は、電解質によって正極から分離できる。負極は、放電中にアノードであることができる。正極は、放電中にカソードであることができる。

【0049】

一部の例において、電気化学セルは、液体金属バッテリセルである。一部の例において、液体金属バッテリセルは、液体（例えば溶融）金属負極と、液体（例えば溶融）金属、半金属および／または非金属正極との間に配列された液体電解質を含むことができる。一部の例において、液体金属バッテリセルは、溶融アルカリ土類金属（例えばマグネシウム、カルシウム）またはアルカリ金属（例えばリチウム、ナトリウム、カリウム）負極、電解質、および溶融金属正極を有する。溶融金属正極は、例えばスズ、鉛、ビスマス、アンチモン、テルルおよびセレンの１つ以上を含むことができる。例えば、正極は、ＰｂまたはＰｂ−Ｓｂ合金を含むことができる。正極はまた、単独でまたは他の金属と組み合わせて１つ以上の遷移金属またはｄブロック元素（例えば、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ）、半金属または非金属、例えばＺｎ−Ｓｎ合金またはＣｄ−Ｓｎ合金を含むことができる。一部の例において、正極は、１つだけの安定な酸化状態（例えば、単一または単数の酸化状態）を有する金属または半金属を含むことができる。本明細書において金属または溶融金属正極、または正極のいずれかの記載は、金属、半金属の１つ以上および非金属を含む電極を指し得る。正極は、材料の列挙された例の１つ以上を含有してもよい。例において、溶融金属正極は、鉛およびアンチモンを含むことができる。一部の例において、溶融金属正極は、正極において合金化されたアルカリまたはアルカリ土類金属を含んでいてもよい。

【0050】

一部の例において、電気化学エネルギー貯蔵デバイスは、液体金属負極、液体金属正極、および液体塩電解質を含み、液体金属負極および液体金属正極を分離する。負極は、アルカリまたはアルカリ土類金属、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、バリウム、カルシウム、ナトリウム、またはこれらの組み合わせを含むことができる。正極は、元素周期表の遷移金属またはｄ−ブロック元素（例えば１２族）、ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族、ＶＡ族およびＶＩＡ族、例えば亜鉛、カドミウム、水銀、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、プニコゲン（例えばヒ素、ビスマスおよびアンチモン）、カルコゲン（例えば、硫黄、テルルおよびセレニウム）またはこれらの組み合わせから選択される元素を含むことができる。一部の例において、正極は、元素周期表１２族元素、例えば亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）および水銀（Ｈｇ）のうちの１つ以上を含む。一部の場合において、正極は、共晶を形成してもよく、または共晶ずれ混合物を形成し得る（例えば一部の場合にセルのより低い操作温度を可能にする）。一部の例において、正極は、約２０：８０、４０：６０、５０：５０、または８０：２０の第１正極種と第２電極種との比（モル％）にて、第１の正極種および第２の正極種を含む。一部の例において、正極は、約２０：８０、４０：６０、５０：５０、または８０：２０のＳｂとＰｂとの比（モル％）でＳｂおよびＰｂを含む。一部の例において、正極は、第２の正極種と混合した第１の正極種約２０ｍｏｌ％〜８０ｍｏｌ％を含む。一部の場合において、正極は、約２０ｍｏｌ％〜８０ｍｏｌ％のＳｂ（例えばＰｂと混合）を含む。一部の場合において、正極は、約２０ｍｏｌ％〜８０ｍｏｌ％のＰｂ（例えばＳｂと混合）を含む。一部の例において、正極は、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇまたは他の金属、半金属または非金属と組み合わせたこうした材料（１または複数）、例えばＺｎ−Ｓｎ合金、Ｃｄ−Ｓｎ合金、Ｚｎ−Ｐｂ合金、Ｚｎ−Ｓｂ合金またはＢｉを１つ以上含む。例において、正極は、１５：８５、５０：５０、７５：２５または８５：１５ｍｏｌ％のＺｎ：Ｓｎを含むことができる。

【0051】

電解質は、塩（例えば溶融塩）、例えばアルカリまたはアルカリ土類金属塩を含むことができる。アルカリまたはアルカリ土類金属塩は、活性アルカリまたはアルカリ土類金属、またはこれらの組み合わせのハロゲン化物、例えばフッ化物、塩化物、臭化物またはヨウ化物であることができる。例において、電解質（例えばタイプ１またはタイプ２化学物質）は、塩化リチウムを含む。一部の例において、電解質は、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、臭化カルシウム（ＣａＢｒ_２）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）、またはこれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。別の例において、電解質は、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）を含む。代替として、活性アルカリ金属の塩は、例えば非塩化物ハロゲン化物、ビストリフルイミド（ｂｉｓｔｒｉｆｌｉｍｉｄｅ）、フルオロスルファノ−アミン、過塩素酸塩、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、またはこれらの組み合わせであることができる。一部の場合、電解質は、塩の混合物を含むことができる（例えば２５：５５：２０ｍｏｌ％のＬｉＦ：ＬｉＣｌ：ＬｉＢｒ、５０：３７：１４ｍｏｌ％のＬｉＣｌ：ＬｉＦ：ＬｉＢｒなど）。電解質は、低（例えば最小の）電子コンダクタンスを示し得る（例えば電子短絡は、ＰｂＣｌ_２⇔ＰｂＣｌ_３の価数反応を介して電解質を通して生じることがあり、これが電子コンダクタンスを増大させる）。例えば、電解質は、約０．０３％または０．３％以下の電子輸率（すなわち、電子の輸送による電気（電子およびイオン）電荷のパーセンテージ）を有することができる。

【0052】

一部の場合、電気化学エネルギー貯蔵デバイスの負極および正極は、エネルギー貯蔵デバイスの操作温度にて液体状態にある。液体状態で電極を維持するために、バッテリセルは、いずれかの好適な温度に加熱されてもよい。一部の例において、バッテリセルは、約１００℃、約１５０℃、約２００℃、約２５０℃、約３００℃、約３５０℃、約４００℃、約４５０℃、約５００℃、約５５０℃、約６００℃、約６５０℃、または約７００℃の温度に加熱および／または維持される、バッテリセルは、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約３５０℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約４５０℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約５５０℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約６５０℃、少なくとも約７００℃、少なくとも約８００℃、または少なくとも約９００℃の温度にて加熱および／または維持されてもよい。こうした場合において、負極、電解質および正極は、液体（または溶融）状態であることができる。一部の状況において、バッテリセルは、約２００℃〜約６００℃、約５００℃〜約５５０℃、または約４５０℃〜約５７５℃に加熱される。

【0053】

一部の実施において、電気化学セルまたはエネルギー貯蔵デバイスは、少なくとも部分的または完全に自己加熱されてもよい。例えば、バッテリは、操作温度を維持するためにシステムに供給されるべき追加のエネルギーを必要とすることなく、セルが所与の操作温度（例えば液体構成要素の少なくとも１つの凍結点を超えるセル操作温度）に維持されるサイクリング操作の非効率性を通して十分な熱をシステムが発生できるのに十分な時間パーセンテージで、十分絶縁され、充電され、放電され、および／または十分なレートで調整され、および／またはサイクルされ得る。

【0054】

開示の電気化学セルは、充電された（またはエネルギー貯蔵）モードと放電されたモードとの間でサイクルするように適合され得る。一部の例において、電気化学セルは、完全に充電され、部分的に充電され、または部分的に放電され、もしくは完全に放電されることができる。

【0055】

一部の実施において、電気化学エネルギー貯蔵デバイスの充電モードの間、外部電源（例えば発電機または送電網）から受容する電流は、金属正極中に金属原子を生じさせ、１つ以上の電子を放出し、正に帯電されたイオン（すなわちカチオン）として電解質に溶解し得る。同時に、同じ種のカチオンは、電解質を通して移動でき、負極にて電子を受け取ることができ、カチオンを中性金属に転移させることによって、負極の質量を増やす。正極からの活性金属種の除去および負極への活性金属の添加により、電気化学エネルギーを貯蔵する。一部の場合において、正極からの金属の除去および電解質へのそのカチオンの添加により、電気化学エネルギーを貯蔵できる。一部の場合において、電気化学エネルギーは、正極からの活性金属種の除去および負極へのその添加、ならびに正極からの１つ以上の金属（例えば異なる金属）の除去および電解質へのそれらの添加（例えばカチオン）の組み合わせを通して貯蔵できる。エネルギー放出モードの間、電気的負荷は、電極に連結され、負極において先に添加された金属種は、金属負極から放出でき、イオンとして電解質を通過させることができ、外部回路／負荷を通して電子の外部一致フローに付随するイオンの流れと共に、正極中の中性種として堆積できる（一部の場合には正極材料との合金）。一部の場合において、電解質に先に放出された正極材料の１つ以上のカチオンは、外部回路／負荷を通して電子の外部一致フローに付随するイオンの流れと共に、正極中の中性種として堆積できる（一部の場合には、正極材料との合金）。この電気化学的に促進された金属合金化反応は、電気的負荷に対して先に貯蔵された電気化学エネルギーを放出する。

【0056】

充電状態において、負極は負極材料を含むことができ、正極は正極材料を含むことができる。放電中（例えばバッテリが負荷に連結される場合）、負極材料は、１つ以上の電子および負極材料のカチオンを生じる。一部の実施において、カチオンは、電解質を通して正極材料に移動し、正極材料（例えば合金を形成するために）と反応する。一部の実施において、正金属種のイオン（例えば正極材料のカチオン）は、正極にて電子を受容し、正極にて金属として堆積する。充電中、一部の実施において、正極での合金は解離して負極材料のカチオンを生じ、これが電解質を通して負極に移動する。一部の実施において、正極での１つ以上の金属種は、解離して電解質中に負極材料のカチオンを生じる。一部の例において、イオンは、電解質を通してアノードからカソードに移動でき、または逆も同様であることができる。一部の場合において、イオンは１つのタイプの進入イオンが電解質から同じタイプのイオンを排出するプッシュ−ポップ様式にて電解質を通して移動できる。例えば、放電中、アルカリ金属アノードおよびアルカリ金属塩化物電解質は、アノードで形成されたアルカリ金属カチオンを電解質と相互作用させて、アルカリ金属カチオンを電解質からカソードに排出するプロセスによって、アルカリ金属カチオンをカソードに寄与できる。こうした場合にアノードで形成されたアルカリ金属カチオンは、電解質を通してカソードに必ずしも移動するわけではない。カチオンは、アノードと電解質との間の界面にて形成でき、カソードおよび電解質の界面にて受容できる。

【0057】

本開示は、タイプ１およびタイプ２セルを提供し、これらは活性構成要素の組成（例えば負極、電解質および正極）、およびセルの操作モード（例えば低電圧モード対高電圧モード）に基づいて変動でき、これらによって規定できる。セルは、操作のタイプ２モードにおいて使用するために構成される材料を含むことができる。セルは、操作のタイプ１モードにおいて使用するために構成される材料を含むことができる。一部の場合において、セルは、高電圧（タイプ２）操作モードおよび低電圧（タイプ１）操作モードの両方において操作できる。例えば、タイプ１モードにおいて使用するために通常構成される正極および負極材料を有するセルは、操作のタイプ２モードにて操作できる。セルは、操作のタイプ１とタイプ２モードとの間でサイクルできる。セルは、タイプ１モード下で最初に所与の電圧（例えば０．５Ｖ〜１Ｖ）へ充電（または放電）でき、続いてタイプ２モード下で、より高い電圧（例えば１．５Ｖから２．５Ｖ、または１．５Ｖから３Ｖ）へ充電（次いで放電）できる。一部の場合において、タイプ２モードで操作されるセルは、タイプ１モード下で操作されるセルの電圧を超え得る電極間電圧にて操作できる。一部の場合において、タイプ２セル化学物質は、タイプ１モード下で操作されるタイプ１セル化学物質の電圧を超え得る電極間の電圧で操作できる。タイプ２セルは、タイプ２モードにて操作できる。

【0058】

例のタイプ１セルにおいて、放電時、負極にて形成されるカチオンは、電解質に移動できる。同時に、電解質は、正極に同じ種のカチオン（例えば負極材料のカチオン）を提供でき、これはカチオンから中性に荷電された金属性種に還元でき、正極と合金化できる。放電状態において、負極は、負極材料（例えばＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ）が欠乏し得る（例えば部分的または完全に）。充電中、正極での合金は、解離して、負極材料のカチオン（例えばＬｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋）を生じ得るが、これが電解質に移動する。次いで電解質は、カチオン（例えば負極材料のカチオン）を負極に提供でき、ここでこのカチオンは、外部回路から１つ以上の電子を受容し、中性金属種に戻して変換され、これが負極を補充して充電状態のセルを提供する。タイプ１セルは、プッシュ−ポップ様式にて操作でき、ここでカチオンの電解質中への進入により、同じカチオンの電解質からの放出をもたらす。

【0059】

例のタイプ２セルにおいて、放電状態では、電解質は、負極材料のカチオン（例えばＬｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋）を含み、正極は、正極材料（例えばＳｂ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｈｇ）を含む。充電中、電解質からの負極材料のカチオンは、１つ以上の電子（例えば負極の集電体から）を受容して、負極材料を含む負極を形成する。一部の例において、負極材料は液体であり、負極の集電体のフォーム（または多孔質）構造に湿潤する。一部の例において、負極の集電体は、フォーム（または多孔質）構造を含んでいなくてもよい。一部の例において、負極の集電体は、金属、例えばタングステン（例えばＺｎからの腐食を回避するために）、炭化タングステンまたはモリブデンの負極の集電体（Ｆｅ−Ｎｉフォームは含まない）を含んでいてもよい。同時に、正極からの正極材料は（例えば正極の集電体に）電子を放ち、正極材料のカチオン（例えばＳｂ^３＋、Ｐｂ^２＋、Ｓｎ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｈｇ^２＋）として電解質に溶解する。正極材料のカチオン濃度は、電解質中のカチオン材料の原子重量および拡散動力学に基づいて、電解質内で垂直近傍にて変動し得る（例えば正極材料上方の距離の関数として）。一部の例において、正極材料のカチオンは、正極付近の電解質中で濃縮される。

【0060】

一部の実施において、負極材料は、タイプ２モードにおいて操作できるセルのアセンブリ時において提供される必要はない場合がある。例えば、Ｌｉ｜｜Ｐｂセルまたはこうしたセル（１または複数）を含むエネルギー貯蔵デバイスは、Ｌｉ塩電解質およびＰｂまたはＰｂ合金（例えばＰｂ−Ｓｂ）正極のみを有する放電状態においてアセンブリできる（すなわちＬｉ金属はアセンブリ中は必要でない場合がある）。

【0061】

本開示の電気化学セルは、タイプ１モードまたはタイプ２モードにおいて操作される場合に一部の例において記載されているが、他の操作モードも可能である。タイプ１モードおよびタイプ２モードは、例として提供され、本明細書に開示される電気化学セルの操作の種々のモードを制限することを意図しない。

【0062】

一部の場合において、電気化学セルは、液体金属負極（例えばＮａ、Ｌｉ）および固体イオン伝導性（例えば、β’’−アルミナセラミック）電解質を利用する高温バッテリである。一部の例において、固体のイオン伝導性電解質は、約１００℃を超えて、約１５０℃を超えて、約２００℃を超えて、約２５０℃を超えて、約３００℃を超えて、または約３５０℃を超えて操作する。電解質は、溶融カルコゲニド（例えば、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）および／または遷移金属ハロゲン化物（例えばＮｉＣｌ_３、ＦｅＣｌ_３）を含む溶融塩を含んでいてもよい。電解質は、他の支持電解質化合物（例えばＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＢｒ、ＮａＩ）を含んでいてもよい。

【0063】

バッテリおよびハウジング
開示の電気化学セルは、種々の使用および操作に適してもよいハウジングを含むことができる。ハウジングは、１つのセルまたは複数のセルを含むことができる。ハウジングは、電極をスイッチに電気連結させるように構成でき、これは外部電源および電気的負荷に接続できる。セルハウジングは、例えば、スイッチおよび／または別のセルハウジングの第１のポールに電気連結される電気伝導性容器、およびスイッチおよび／または別のセルハウジングの第２のポールに電気連結される電気伝導性の容器の蓋を含んでいてもよい。セルは、容器のキャビティ内に配列できる。セルの電極の第１のもの（例えば正極）は、容器の末端壁と接触でき、電気連結できる。セルの電極の第２のもの（例えば負極）は、容器の蓋（本明細書では集合的に、「セル蓋アセンブリ」、「蓋アセンブリ」、または「キャップアセンブリ」と称される）において伝導性フィードスルーまたは伝導体（例えば負極電流リード）と接触でき、電気連結できる。電気絶縁シール（例えば結合セラミックリング）は、セルの負電位部分を容器の正の部分から電気的に隔離してもよい（例えば正極電流リードから負極電流リードを電気絶縁してもよい）。例において、負極電流リードおよび容器蓋（例えばセルキャップ）は、互いに電気的に隔離でき、ここで誘電体シーラント材料は、負極電流リードとセルキャップとの間に配置できる。代替として、ハウジングは、電気絶縁シース（例えばアルミナシース）または腐食耐性および電気伝導性シースまたはるつぼ（例えばグラファイトシースまたはるつぼ）を含む。一部の場合において、ハウジングおよび／または容器は、バッテリハウジングおよび／または容器であってもよい。

【0064】

セルは、本明細書に開示されたいずれかのセルおよびシール構成を有することができる。例えば、活性セル材料は、セル蓋において高温シールを用いてシールされたスチール／ステンレススチール容器内に保持できる。負極電流リードは、セル蓋を通過でき（誘電体高温シールによってセル蓋にシールされることができ）、電解質中に懸濁した多孔質負極集電体（例えば金属フォーム）と接続できる。一部の場合において、セルは、セルるつぼの内壁においてグラファイトシース、コーティング、るつぼ、表面処理および／またはライニング（またはこれらのいずれかの組み合わせ）を使用できる。他の場合において、セルは、セルるつぼの内壁においてグラファイトシース、コーティング、るつぼ、表面処理および／またはライニングを使用しなくてもよい。

【0065】

セルの操作中、セルの壁からの材料（例えばＦｅ）は、高電圧電位（例えばタイプ２モード）下では反応して、電解質中に溶解性種としてイオン化し得る。故に、壁材料は、電解質に溶解でき、続いてセルの電気化学を妨害し得る。例えば、溶解した材料は負極に堆積することがあり、一部の場合においては、デンドライトとして成長して、電解質にわたってセルの１つ以上の壁にまたは正極に対して延びることがあり、これが短絡欠陥をもたらし得る。本開示は、固体（不活性）セル材料、例えばＦｅの溶解、および例えばデンドライトの形成およびセル短絡によるセル性能に対する潜在的に負の影響を抑制するまたはそうでなければ最小限にするのに役立つように種々の手法を提供する。一部の場合において、セルは、負極と、セルの壁との間の空間を増大させることで、デンドライト形成しての壁と内壁とを短絡する能力を抑制またはそうでなければ最小限にするのに役立つように設計できる。セルは、セルの１つ以上の壁に短絡するのを最小限にし、または防止するために、１つ以上のセルの壁と、負極、電解質および／または正極との間の電気絶縁性および化学的安定性のシースまたはコーティングを含むことができる。一部の場合において、セルは、非鉄容器または容器ライニング、例えば炭素含有材料（例えばグラファイト）または炭化物（例えばＳｉＣ、ＴｉＣ）、または窒化物（例えばＴｉＮ、ＢＮ）、または化学的に安定な金属（例えばＴｉ、Ｎｉ、Ｂ）から形成できる。容器または容器ライニング材料は、電気伝導性であってもよい。こうした非限定手法は、Ｆｅまたは他のセル壁材料との化学的相互作用および後続のセル性能に対する後続の負の影響を抑制するまたはそうでなければ最小限にするのに役立つように、別々にまたは組み合わせて使用できる。

【0066】

本明細書で使用される場合、バッテリは、複数の電気化学セルを含むことができる。セル（１または複数）は、ハウジングを含むことができる。個々のセルは、直列および／または並列に互いに電気連結できる。直列接続において、第１のセルの正極端子は、第２のセルの負極端子に接続される。並列接続において、第１のセルの正極端子は、第２のおよび／または追加のセル（１または複数）の正極端子に接続できる。同様に、セルモジュール、パック、コア、ＣＥおよびシステムは、セルについて記載されるものと同じ様式で直列および／または並列で接続できる。

【0067】

ここで図を参照するが、同様の番号は全体を通して同様の部分を指す。図およびその中の特徴は必ずしも正確な縮尺で記載されていないことを理解する。

【0068】

図１を参照して、電気化学セル（Ａ）は、アノードおよびカソードを含むユニットである。セルは、電解質を含んでいてもよく、本明細書で記載されるようなハウジングにおいてシールされてもよい。一部の場合において、電気化学セルは、バッテリ（すなわち、１つ以上の電気化学セルの編成）を形成するためにスタックできる（Ｂ）。セルは、並列、直列または並列および直列（Ｃ）の両方で配列できる。

【0069】

さらに、本明細書の他の場所でより詳細に記載されるように、セルは、群（例えばモジュール、パック、コア、ＣＥ、システムまたは１つ以上の電気化学セルを含むいずれかの他の群）で配列できる。一部の場合において、こうした群の電気化学セルは、所与の数のセルが群レベルで共に制御または調節可能であり得る（例えば、個々のセルの調節／制御と合わせてまたは代わりに）。

【0070】

開示の電気化学セル（例えばタイプ２モードで操作されるタイプ１セル、タイプ１モードで操作されるタイプ１セル、またはタイプ２セル）は、好適に多量のエネルギー（例えば実質的に多量のエネルギー）のインプットを貯蔵および／または受容できる（「取り込むことができる」）場合がある。一部の例において、セルは、約１ワット時（Ｗｈ）、約５Ｗｈ、２５Ｗｈ、約５０Ｗｈ、約１００Ｗｈ、約２５０Ｗｈ、約５００Ｗｈ、約１キロワット時（ｋＷｈ）、約１．５ｋＷｈ、約２ｋＷｈ、約３ｋＷｈ、約５ｋＷｈ、約１０ｋＷｈ、約１５ｋＷｈ、約２０ｋＷｈ、約３０ｋＷｈ、約４０ｋＷｈ、または約５０ｋＷｈを貯蔵および／または取り込みおよび／または放電できる。一部の例において、バッテリは、少なくとも約１Ｗｈ、少なくとも約５Ｗｈ、少なくとも約２５Ｗｈ、少なくとも約５０Ｗｈ、少なくとも約１００Ｗｈ、少なくとも約２５０Ｗｈ、少なくとも約５００Ｗｈ、少なくとも約１ｋＷｈ、少なくとも約１．５ｋＷｈ、少なくとも約２ｋＷｈ、少なくとも約３ｋＷｈ、少なくとも約５ｋＷｈ、少なくとも約１０ｋＷｈ、少なくとも約１５ｋＷｈ、少なくとも約２０ｋＷｈ、少なくとも約３０ｋＷｈ、少なくとも約４０ｋＷｈ、または少なくとも約５０ｋＷｈを貯蔵および／または取り込みおよび／または放電できる。電気化学セルおよび／またはバッテリにおいて貯蔵されたエネルギー量は、電気化学セルおよび／またはバッテリに取り込まれるエネルギー量未満であってもよい（例えば不効率性および欠損による）。セルは、本明細書の電流密度のいずれかにおいて操作する際にこうしたエネルギー貯蔵容量を有することができる。

【0071】

セルは、平方センチメートルあたり少なくとも約１０ミリアンペア（ｍＡ／ｃｍ^２）、２０ｍＡ／ｃｍ^２、３０ｍＡ／ｃｍ^２、４０ｍＡ／ｃｍ^２、５０ｍＡ／ｃｍ^２、６０ｍＡ／ｃｍ^２、７０ｍＡ／ｃｍ^２、８０ｍＡ／ｃｍ^２、９０ｍＡ／ｃｍ^２、１００ｍＡ／ｃｍ^２、２００ｍＡ／ｃｍ^２、３００ｍＡ／ｃｍ^２、４００ｍＡ／ｃｍ^２、５００ｍＡ／ｃｍ^２、６００ｍＡ／ｃｍ^２、７００ｍＡ／ｃｍ^２、８００ｍＡ／ｃｍ^２、９００ｍＡ／ｃｍ^２、１Ａ／ｃｍ^２、２Ａ／ｃｍ^２、３Ａ／ｃｍ^２、４Ａ／ｃｍ^２、５Ａ／ｃｍ^２、または１０Ａ／ｃｍ^２の電流密度にて電流を提供でき、ここで電流密度は、電解質の有効断面積に基づいて決定され、断面積は、充電または放電プロセス中に電解質を通してイオンの正味のフロー方向に対して直交する。一部の例において、セルは、少なくとも約１０％、２０％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、９０％、９５％などの直流（ＤＣ）効率にて操作できる。一部の例において、セルは、少なくとも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、８５％、９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、９９．９％、９９．９５％、９９．９９％などの充電効率（例えば、クーロン電荷効率）にて操作できる。

【0072】

充電状態において、開示の電気化学セル（例えばタイプ２モードで操作されるタイプ１セル、タイプ１モードで操作されるタイプ１セル、またはタイプ２セル）は、少なくとも約０．５Ｖ、０．６Ｖ、０．７Ｖ、０．８Ｖ、０．９Ｖ、１．０Ｖ、１．１Ｖ、１．２Ｖ、１．３Ｖ、１．４Ｖ、１．５Ｖ、１．６Ｖ、１．７Ｖ、１．８Ｖ、１．９Ｖ、２．０Ｖ、２．１Ｖ、２．２Ｖ、２．３Ｖ、２．４Ｖ、２．５Ｖ、２．６Ｖ、２．７Ｖ、２．８Ｖ、２．９Ｖ、または３．０Ｖの電圧を有することができる（またはこれらの電圧で操作できる）。一部の場合において、セルは、少なくとも約０．５Ｖ、０．６Ｖ、０．７Ｖ、０．８Ｖ、０．９Ｖ、１．０Ｖ、１．１Ｖ、１．２Ｖ、１．３Ｖ、１．４Ｖ、１．５Ｖ、１．６Ｖ、１．７Ｖ、１．８Ｖ、１．９Ｖ、２．０Ｖ、２．１Ｖ、２．２Ｖ、２．３Ｖ、２．４Ｖ、２．５Ｖ、２．６Ｖ、２．７Ｖ、２．８Ｖ、２．９Ｖ、または３．０Ｖの開回路電圧（ＯＣＶ）を有することができる。例において、セルは、約０．５Ｖを超える、約１Ｖを超える、約２Ｖを超える、または約３Ｖを超える開回路電圧を有する。一部の場合において、セルの充電カットオフ電圧（ＣＣＶ）は、充電状態で約０．５Ｖ〜１．５Ｖ、１Ｖ〜３Ｖ、１．５Ｖ〜２．５Ｖ、１．５Ｖ〜３Ｖ、または２Ｖ〜３Ｖである。一部の場合において、セルの充電カットオフ電圧（ＣＣＶ）は、少なくとも約０．５Ｖ、０．６Ｖ、０．７Ｖ、０．８Ｖ、０．９Ｖ、１．０Ｖ、１．１Ｖ、１．２Ｖ、１．３Ｖ、１．４Ｖ、１．５Ｖ、１．６Ｖ、１．７Ｖ、１．８Ｖ、１．９Ｖ、２．０Ｖ、２．１Ｖ、２．２Ｖ、２．３Ｖ、２．４Ｖ、２．５Ｖ、２．６Ｖ、２．７Ｖ、２．８Ｖ、２．９Ｖまたは３．０Ｖである。一部の例において、セルの電圧（例えば操作電圧）は、充電状態において約０．５Ｖ〜１．５Ｖ、１Ｖ〜２Ｖ、１Ｖ〜２．５Ｖ、１．５Ｖ〜２．０Ｖ、１Ｖ〜３Ｖ、１．５Ｖ〜２．５Ｖ、１．５Ｖ〜３Ｖ、または２Ｖ〜３Ｖである。セルは、約１０サイクル、２０サイクル、３０サイクル、４０サイクル、５０サイクル、１００サイクル、２００サイクル、３００サイクル、４００サイクル、５００サイクル、６００サイクル、７００サイクル、８００サイクル、９００サイクル、１，０００サイクル、２，０００サイクル、３，０００サイクル、４，０００サイクル、５，０００サイクル、１０，０００サイクル、２０，０００サイクル、５０，０００サイクル、１００，０００サイクル、または１，０００，０００またはそれ以上のサイクル（本明細書において「充電／放電サイクル」も同様）での操作時にこうした電圧（１または複数）（例えば電圧、ＯＣＶおよび／またはＣＣＶ）を提供できる。

【0073】

一部の場合において、サイクルの数に対する制限因子は、例えば、負極、電解質および／または正極の化学物質とは対照的なハウジングおよび／またはシールに依存し得る。サイクルの限度は、電気化学によるのではなく、セルの非活性構成要素、例えば容器またはシールの劣化によって決定され得る。セルは、容量の実質的な低下なしで操作できる。セルの操作寿命は、一部の場合において、容器、シールおよび／またはセルのキャップの寿命によって制限され得る。セルの操作温度での操作中、セルは、液体（例えば溶融）状態の負極、電解質および正極を有し得る。

【0074】

本開示の電気化学セルは、いずれかの好適な（例えば送電網における外乱に応答するのに好適な）値の応答時間を有することができる。一部の例において、応答時間は、約１００ミリ秒（ｍｓ）、約５０ｍｓ、約１０ｍｓ、約１ｍｓなどである。一部の場合において、応答時間は、最大約１００ミリ秒（ｍｓ）、最大約５０ｍｓ、最大約１０ｍｓ、最大約１ｍｓなどである。

【0075】

セル（例えばバッテリ）の編成またはアレイは、いずれかの好適な数のセル、例えば少なくとも約２、少なくとも約５、少なくとも約１０、少なくとも約５０、少なくとも約１００、少なくとも約５００、少なくとも約１０００、少なくとも約５０００、少なくとも約１００００などを含むことができる。一部の例において、バッテリは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、２０００、５０００、１０，０００、２０，０００、５０，０００、１００，０００、５００，０００、または１，０００，０００セルを含む。

【0076】

一部の実施において、１つ以上のタイプのセルは、本開示のエネルギー貯蔵システムに含まれることができる。例えば、エネルギー貯蔵デバイスは、タイプ２セルまたはタイプ１セルおよびタイプ２セルの組み合わせ（例えば５０％タイプ１セルおよび５０％タイプ２セル）を含むことができる。こうしたセルは、タイプ２モード下で操作できる。一部の場合において、セルの第１の部分は、タイプ１モードにおいて操作され得、セルの第２の部分は、タイプ２モードにて操作され得る。

【0077】

開示のバッテリは、送電網（すなわちグリッド規模のバッテリ）または他の負荷または使用のために、好適に多量のエネルギー（例えば実質的に多量のエネルギー）を貯蔵および／または取り込むことができる場合がある。一部の例において、バッテリは、約５キロワット時（ｋＷｈ）、約２５ｋＷｈ、約５０ｋＷｈ、約１００ｋＷｈ、約５００ｋＷｈ、約１メガワット時（ＭＷｈ）、約１．５ＭＷｈ、約２ＭＷｈ、約３ＭＷｈ、約５ＭＷｈ、約１０ＭＷｈ、約２５ＭＷｈ、約５０ＭＷｈ、または約１００ＭＷｈを貯蔵および／または取り込みおよび／または放電できる。一部の例において、バッテリは、少なくとも約１ｋＷｈ、少なくとも約５ｋＷｈ、少なくとも約２５ｋＷｈ、少なくとも約５０ｋＷｈ、少なくとも約１００ｋＷｈ、少なくとも約５００ｋＷｈ、少なくとも約１ＭＷｈ、少なくとも約１．５ＭＷｈ、少なくとも約２ＭＷｈ、少なくとも約３ＭＷｈ、少なくとも約４ＭＷｈ、少なくとも約５ＭＷｈ、少なくとも約１０ＭＷｈ、少なくとも約２５ＭＷｈ、少なくとも約５０ＭＷｈ、または少なくとも約１００ＭＷｈを貯蔵および／または取り込むことができる。

【0078】

一部の例において、セルおよびセルハウジングはスタック可能である。いずれかの好適な数のセルはスタックできる。セルは、並列、互いに重なり合ってまたは両方でスタックできる。一部の例において、少なくとも約３、６、１０、５０、１００、または５００セルがスタックされる。一部の場合において、１００セルのスタックは、少なくとも５０ｋＷｈのエネルギーを貯蔵および／または取り入れることができる。第１のセルスタック（例えば１０セル）は、電気的に連通状態のセル数を増大させるためにセルの第２のスタック（例えば別の１０セル）に電気接続できる（例えばこの例では２０）。一部の例において、エネルギー貯蔵デバイスは、１〜１０、１１〜５０、５１〜１００またはそれ以上の電気化学セルのスタックを含む。

【0079】

電気化学エネルギー貯蔵デバイスは、１つ以上の個々の電気化学セルを含むことができる。電気化学セルは、容器蓋（例えばセルキャップ）およびシール構成要素を含むことができる容器にハウジングできる。デバイスは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、１０，０００、１００，０００または１，０００，０００セルを含むことができる。容器蓋は、例えば容器蓋から容器を電気的に隔離するための、シール（例えば環状誘電ガスケット）を利用してもよい。こうした構成要素は、電気絶縁材料、例えばガラス、酸化物セラミック、窒化物セラミック、カルコゲニドまたはこれらの組み合わせ（例えばセラミック、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化チタンを含む窒化物、炭化ケイ素、炭化チタンを含む炭化物、または酸化リチウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化イットリウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムまたは窒化リチウム、酸化ランタン、またはこれらのいずれかの組み合わせ）を含む他の酸化物から構成され得る。シールは、１つ以上の方法によって密封されてもよい。例えば、シールは、電気的隔離に加えてシールを提供するために、容器蓋と容器との間に相対的に高い圧縮力（例えば約１，０００ｐｓｉを超えるまたは約１０，０００ｐｓｉを超える）に供され得る。あるいは、シールは、絶縁シーラント材料に関連セル構成要素を接合する溶接、ブレイズまたは他の化学的接着剤材料を通して結合されてもよい。

【0080】

図２は、電気伝導性ハウジング２０１および集電体２０３と電気的に連通した伝導体２０２を含むバッテリを図示する。図２のバッテリは、エネルギー貯蔵デバイスのセルであることができる。伝導体は、ハウジングから電気的に隔離でき、ハウジング中のアパーチャを通してハウジングから突出でき、こうして第１のセルの伝導体は、第１および第２のセルがスタックされる場合に、第２のセルのハウジングと電気的に連通する。

【0081】

一部の場合において、セルは、負極集電体、負極、電解質、正極および正極集電体を含む。負極は、負極集電体の一部であることができる。代替として、負極は負極集電体から分離するが、そうでなければ負極集電体と電気的に連通した状態である。正極は、正極集電体の一部であることができる。代替として、正極は、正極集電体から分離できるが、そうでなければ正極集電体と電気的に連通した状態である。

【0082】

セルハウジングは、集電体と電気的に連通した電気伝導性容器および伝導体を含むことができる。伝導体は、容器中のアパーチャを通してハウジングから突出してもよく、容器から電気的に隔離されてもよい。第１のハウジングの伝導体は、第１および第２のハウジングがスタックされる場合に、第２のハウジングの容器と接触し得る。

【0083】

一部の例において伝導体がハウジングおよび／または容器から突き出すアパーチャの面積は、ハウジングおよび／または容器の面積に対して小さい。一部の場合において、アパーチャの面積と、ハウジングの面積との比は、約０．００１、約０．００５、約０．０１、約０．０５、約０．１、約０．１５、約０．２、約０．３、約０．４、または約０．５である。一部の場合において、アパーチャの面積とハウジングの面積との比は、約０．００１以下、約０．００５以下、約０．０１以下、約０．０５以下、約０．１以下、約０．１５以下、約０．２以下、または約０．３以下、約０．４以下、約０．５以下である。

【0084】

セルは、電気伝導性ハウジング、および集電体と電気的に連通した伝導体を含むことができる。伝導体は、ハウジング中のアパーチャを通してハウジングから突出してもよく、ハウジングから電気的に隔離されてもよい。アパーチャの面積とハウジングの面積との比は、約０．３、０．２、０．１５、０．１、０．０５、０．０１、０．００５、または０．００１（例えば約０．１未満）であってもよい。

【0085】

セルハウジングは、集電体と電気的に連通した電気伝導性容器および伝導体を含むことができる。伝導体は、容器中のアパーチャを通して容器から突出でき、容器から電気的に隔離される。アパーチャの面積と容器の面積との比は、約０．３、０．２、０．１５、０．１、０．０５、０．０１、０．００５、または０．００１（例えば約０．１未満）であってもよい。ハウジングは、約１００Ｗｈ未満のエネルギー、約１００Ｗｈのエネルギー、または約１００Ｗｈを超えるエネルギーを貯蔵および／または取り込むことができるセルを封入できる。ハウジングは、少なくとも約２５Ｗｈのエネルギーを貯蔵および／または取り込むことができるセルを封入できる。セルは、少なくとも約１Ｗｈ、５Ｗｈ、２５Ｗｈ、５０Ｗｈ、１００Ｗｈ、５００Ｗｈ、１ｋＷｈ、１．５ｋＷｈ、２ｋＷｈ、３ｋＷｈ、５ｋＷｈ、１０ｋＷｈ、１５ｋＷｈ、２０ｋＷｈ、３０ｋＷｈ、４０ｋＷｈ、または５０ｋＷｈのエネルギーを貯蔵および／または取り込むことができる。

【0086】

図３は、ハウジング３０１、ハウジングのアパーチャを通過して液体金属負極３０３と電気的に連通する電気伝導性フィードスルー（すなわち伝導体、例えば伝導体ロッド）３０２、液体金属正極３０５、および液体金属電極３０３、３０５の間の液体塩電解質３０４を含む電気化学セルまたはバッテリ３００の断面側面図である。セルまたはバッテリ３００は、本明細書の他の場所に開示されるように、低電圧モード（「タイプ１モード」）または高電圧モード（「タイプ２モード」）下で操作されるセル化学物質と共に使用するように構成できる。伝導体３０２は、ハウジング３０１（例えば電気絶縁シールを用いる）から電気的に隔離されてもよい。負極集電体３０７はスポンジのように振る舞うフォーム材料３０３を含み、負極液体金属をフォームに浸漬する。液体金属負極３０３は、溶融塩電解質３０４と接触する。液体塩電解質はまた、液体金属正極３０５と接触する。液体金属正極３０５は、側壁に沿っておよび／またはハウジングの底部末端壁に沿ってハウジング３０１と電気的に連通できる。

【0087】

ハウジングは、容器および容器蓋（例えばセルキャップ）を含んでいてもよい。容器および容器蓋は、機械的に接続されてもよい（例えば溶接されてもよい）。一部の場合において、機械的接続は化学的接続を含んでいてもよい。一部の場合において、容器蓋は、容器から電気的に隔離される。セル蓋は、こうした場合において、負極電流リードから電気的に隔離されてもよく、または隔離されなくてもよい。一部の場合において、容器蓋は、容器（例えばセル本体）に電気的に接続される。次いでセル蓋は、負極電流リードから電気的に隔離されてもよい。操作中（例えば溶融状態にある場合）、容器蓋および容器は、電子的に接続できる（例えば直接電気接続を通して、例えば溶接された蓋−セル本体間ジョイントを介して、または電解質および電極を通してイオン的に）。負極電流リードは、例えば電気絶縁密封シールの使用を介して、容器および／または容器蓋（例えばセルキャプ）から電気的に隔離されてもよい。一部の例において、電気絶縁バリア（例えばシール）は、負極電流リードと容器蓋との間に提供されてもよい。代替として、シールは、例えばガスケットの形態であることができ、容器蓋と容器との間に配置できる。一部の例において、電気化学セルまたはバッテリ３００は、１つ以上のアパーチャを通過して、液体金属負極３０３と電気的に連通する２つ以上の伝導体を含んでいてもよい。一部の例において、セパレータ構造（図示せず）は、液体負極３０３と（液体）正極３０５との間の電解質３０４内に配列されてもよい。

【0088】

ハウジング３０１は、電気伝導性材料、例えばスチール、鉄、ステンレススチール、低炭素スチール、グラファイト、ニッケル、ニッケル系合金、チタン、アルミニウム、モリブデン、タングステン、または伝導性化合物、例えば窒化物（例えば炭化ケイ素または炭化チタン）、またはこれらの組み合わせ（例えば合金）から構成できる。

【0089】

ハウジング３０１は、ハウジング内部３０６を含むことができる。ハウジング内部３０６は、シース（例えばグラファイトシース）、コーティング、るつぼ（例えばグラファイトるつぼ）、表面処理、ライニングまたはいずれかのこれらの組み合わせ）を挙げることができるが、これらに限定されない。１つの例において、ハウジング内部３０６はシースである。別の例において、ハウジング内部３０６はるつぼである。さらに別の例において、ハウジング内部３０６はコーティングまたは表面処理である。ハウジング内部３０６は、熱伝導性、断熱性、電気伝導性、電気絶縁性、またはこれらのいずれかの組み合わせであってもよい。一部の場合において、ハウジング内部３０６は、ハウジングを製造するために（例えばハウジングのステンレススチール材料を腐食から保護するために）提供されてもよい。一部の場合において、ハウジング内部は、液体金属正極に対して湿潤防止性であることができる。一部の場合において、ハウジング内部は、液体電解質に対して湿潤防止性であることができる。

【0090】

ハウジングは、別個の金属または化合物のライニング構成要素（例えばセル本体よりも薄いライニング構成要素）またはコーティング（例えば電気絶縁コーティング）、例えばグラファイトライニングを有するスチールハウジング、または窒化物コーティングまたはライニングを有するスチールハウジング（例えば窒化ホウ素、窒化アルミニウム）、チタンコーティングまたはライニング、または炭化物コーティングまたはライニング（例えば炭化ケイ素、炭化チタン）を含んでいてもよい。コーティングは、正極液体金属に対して湿潤防止性である表面を含む優先的な特性および機能を示すことができる。一部の例において、ライニング（例えばグラファイトライニング）は、セルハウジング内側に配置される前または配置された後に空気中で室温を超えて加熱することによって乾燥でき、または真空オーブン中で乾燥できる。ライニングを乾燥または加熱することにより、電解質、正極または負極をセルハウジングに付加する前に、ライニングから湿分を除去できる。

【0091】

ハウジング３０１は、断熱および／または電気絶縁シースまたはるつぼ３０６を含んでいてもよい。この構成において、負極３０３は、正極３０５に電気的に接続されることなく（すなわち短絡されることなく）、シースまたはるつぼによって規定されるハウジング３０１の側壁間に横方向に延び得る。あるいは負極３０３は、第１の負極端部３０３ａと第２の負極端部３０３ｂとの間に横方向に延び得る。シースまたはるつぼ３０６が提供されない場合、負極３０３は、ハウジング３０１によって規定されるキャビティの直径（または他の特徴的な寸法、例えば距離Ｄとして図３に例示される立体性容器の幅）未満である直径（または距離３０３ａから３０３ｂまでの距離として図３に例示される他の特徴的な寸法）を有していてもよい。

【0092】

るつぼは、るつぼとセルハウジングとの間に位置する伝導性液体金属または半固体金属合金の薄層によってセルハウジングと電子接触状態であるように製造できる（元素Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｅ、またはそれらの組み合わせなど）。

【0093】

ハウジング内部（例えばシース、るつぼおよび／またはコーティング）３０６は、断熱、熱伝導性、および／または電気絶縁または電気伝導性材料、例えばグラファイト、炭化物（例えばＳｉＣ、ＴｉＣ）、窒化物（例えばＢＮ）、アルミナ、チタニア、シリカ、マグネシア、窒化ホウ素、または混合酸化物、例えば酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化リチウム、酸化マグネシウムなどで構成できる。例えば、図３に示されるように、シース（または他の）ハウジング内部３０６は、第１のシース端部３０６ａと第２のシース端部３０６ｂとの間の横方向に延びることができる環状断面幾何学形状を有する。シースは、ハウジングキャビティ３０１によって規定されるキャビティの側壁に対して接触して、加圧されるように、寸法が決められてもよい（３０６ａから３０６ｂの距離として図３に例示される）。代替として、ハウジング内部３０６は、容器の腐食を防止するためにおよび／または側壁をたどるカソード材料の湿潤を防止するために使用でき、電気伝導性材料、例えばスチール、ステンレススチール、タングステン、モリブデン、ニッケル、ニッケル系合金、グラファイト、チタン、または窒化チタンから構成されてもよい。例えば、シースは、非常に薄くてもよく、コーティングであってもよい。コーティングは、ちょうど壁の内側を覆うことができ、および／またはさらに容器の内側の底部を覆うことができる。一部の例において、シース（例えばグラファイトシース）は、セルハウジング内側に配置される前または配置された後に空気中で室温を超えて加熱することによって乾燥されてもよく、または真空オーブン中で乾燥されてもよい。ライニングを乾燥または加熱することにより、電解質、正極または負極をセルハウジングに付加する前に、ライニングから湿分を除去してもよい。

【0094】

シースの代わりに、セルは、セルハウジングライナーと称されるセルハウジングの側壁および底部内部表面をライニングする電気伝導性るつぼまたはコーティングを含んでいてもよく、正極とセルハウジングとが直接接触するのを防止する。セルハウジングライナーは、セルハウジングとセルハウジングライナーまたはシースとの間の正極の湿潤を防止でき、セルハウジングの底部表面において正極の直接接触を防止し得る。シースは、非常に薄くてもよく、コーティングであることができる。コーティングは、ちょうど壁の内側を覆うことができ、および／またはさらに容器の内側の底部を覆うことができる。シースは、ハウジング３０１と完全に適合しない場合があり、セルライニングとセルハウジングとの間の電流フローを妨害し得る。セルハウジングとセルライニングとの間の適切な電子伝導を確実にするために、低融点を有する金属の液体（例えばＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉ）は、シース／コーティングとセルハウジングとの間で強い電気接続を提供するために使用できる。この層により、セルの製作およびアセンブリが容易にできる。

【0095】

ハウジング３０１はまた、第１の（例えば負極）集電体またはリード３０７および第２の（例えば正極）集電体３０８を含むことができる。負極集電体３０７は、電気伝導性材料、例えばニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）フォーム、穿孔したスチールディスク、波形スチールシート、膨張金属メッシュのシートなどから構築されてもよい。負極集電体３０７は、第１の集電体端部３０７ａと第２の集電体端部３０７ｂとの間で横方向に延びることができるプレートまたはフォームとして構成されてもよい。負極集電体３０７は、ハウジング３０１によって規定されるキャビティの直径よりも小さいまたは同様である集電体直径を有していてもよい。一部の場合において、負極集電体３０７は、負極３０３の直径（または３０３ａから３０３ｂまでの距離として図３に例示される他の特徴的な寸法）より小さいまたは同様の集電体直径（または３０７ａから３０７ｂとして図３に例示される他の特徴的な寸法）を有していてもよい。正極集電体３０８は、ハウジング３０１の一部として構成されてもよい；例えば、ハウジングの底部端部壁は、図３に例示されるような正極集電体３０８として構成されてもよい。あるいは、集電体は、ハウジングから区別可能であってもよく、ハウジングに電気接続されてもよい。一部の場合において、正極集電体は、ハウジングに電気接続されなくてもよい。本開示は、負極および／または正極集電体構成のいずれかの特定構成に制限されない。

【0096】

負極３０３は、負極集電体（例えばフォーム）３０７内に含有できる。この構成において、電解質層は、フォーム３０７の底部、側部および／または頂部と接触する。フォームに含有される金属（すなわち負極材料）は、例えば液体金属負極のフォームへの吸収および保持によって、ハウジング３０１の側壁から離れて保持でき、故にセルを絶縁シース３０６を用いることなく実行できる。一部の場合において、グラファイトシースまたはグラファイトセルハウジングライナー（例えばグラファイトるつぼ）は、正極の側壁に沿った湿潤を防止するために使用されてもよく、セルの短絡を防止できる。

【0097】

電流は、表面に沿って電解質と接触する正極および／または負極液体金属電極にわたって実質的に均一に分配されてもよい（すなわち、表面にわたって流れる電流は、表面のいずれかの部分を通って流れる電流が平均電流密度から実質的に外れないように均一であってもよい）。一部の例において、表面の領域にわたって流れる電流の最大密度は、表面にわたって流れる電流の平均密度の約１０５％未満、または約１１５％以下、約１２５％以下、約１５０％以下、約１７５％以下、約２００％以下、約２５０％以下、または約３００％以下である。一部の例において、表面の領域にわたって流れる電流の最小密度は、表面にわたって流れる電流の平均密度の約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上である。

【0098】

図３の「上面図」および「底面図」によってそれぞれ示されるように、頂部または底部の方向から見ると、セルまたはバッテリ３００の断面幾何学形状は、バッテリのための設計要件に基づく円形、楕円、正方形、長方形、多角形、曲面、対称性、非対称性またはいずれかの他の化合物形状であることができる。例において、セルまたはバッテリ３００は、円形または正方形断面に関して軸対称である。セルまたはバッテリ３００の構成要素（例えば図３の構成要素）は、軸対称様式において、セルまたはバッテリ内に配列されてもよい。一部の場合において、１つ以上の構成要素は、非対称、例えば軸３０９の中心から外れて配列されてもよい。

【0099】

正極および負極材料の合わせた体積は、バッテリの体積の少なくとも約５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、または９５％であってもよい（例えば、輸送容器のようなバッテリの最外ハウジングによって規定される場合）。一部の場合において、アノードおよびカソード材料の合わせた体積は、セルの体積の少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７５％である。正極および負極材料の合わせた体積は、正極または負極のそれぞれ成長もしくは膨張または収縮もしくは縮小により操作中に増大または低減（例えば高さにおいて）し得る。例において、放電中の負極（放電中のアノード）の体積は、負極材料の正極（放電中のカソード）への移動により低減する場合があり、ここで正極の体積は増大する（例えば合金化反応の結果として）。負極の体積低減は、正極の体積増大と等しくてもよく、または等しくなくてもよい。正極および負極材料は、互いに反応して、固体または半固体の相互反応化合物（本明細書においては「相互反応生成物」も同様）を形成し得、これは正極および／または負極材料の密度と同じ、これらの密度よりも低く、またはこれらの密度より高い密度を有していてもよい。電気化学セルまたはバッテリ３００の材料の質量は一定であってもよいが、１、２またはそれ以上の相（例えば液体または固体）が存在してもよく、こうした相それぞれが特定材料組成物を含んでいてもよい（例えばアルカリ金属は、変動濃度にてセルの材料および相中に存在してもよい：液体金属負極は、高濃度のアルカリ金属を含有してもよく、液体金属正極は、アルカリ金属の合金を含有してもよく、アルカリ金属の濃度は、操作中に変動してもよい、液体金属の正極および負極の相互反応生成物は、固定または変動化学量論にてアルカリ金属を含有してもよい）。相および／または材料は異なる密度を有していてもよい。材料が電極の相および／または材料の間で移動する場合、合わせた電極体積の変化が生じ得る。

【0100】

一部の場合において、セルは、液体、半液体（または半固体）、または固体である１つ以上の合金化生成物を含むことができる。合金化生成物は、負極、正極および／または電解質と混和性（または一部の場合は溶解性）であることができる。合金化生成物は、セルの充電または放電中に電気化学プロセスから形成できる。

【0101】

合金化生成物は、負極、正極および／または電解質の元素成分を含むことができる。合金化生成物は、負極、正極または電解質とは異なる密度を有することができ、または同様もしくは実質的に同じ密度を有することができる。合金化生成物の位置は、負極、電解質および正極の密度と比べた合金化生成物の密度に応じ得る。合金化生成物は、負極、正極もしくは電解質、または負極と電解質との間または正極と電解質との間、またはこれらのいずれかの組み合わせの位置（例えば界面）に位置することができる。例において、合金化生成物は、正極と電解質との間の金属間にある（例えば図４を参照）。一部の場合において、一部の電解質は、金属間と正極との間に浸み込み得る。他の例において、合金化生成物は、セル内の他の位置であることができ、化学物質、温度および／またはセルの充電状態に依存して、異なる化学量論／組成物の材料から形成できる。

【0102】

図４は、金属間層４１０を有する電気化学セルまたはバッテリ４００の断面側面図である。金属間層４１０は、負極４０３および正極材料４０５から生じる材料の相互反応化合物を含むことができる。例えば、液体金属負極４０３は、アルカリまたはアルカリ土類金属（例えばＮａ、Ｌｉ、Ｋ、Ｍｇ、またはＣａ）を含むことができ、液体金属正極４０５は、遷移金属、ｄ−ブロック（例えば１２族）、ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族、ＶＡ族またはＶＩＡ族元素（例えば鉛および／またはアンチモンおよび／またはビスマス）の１つ以上を含むことができ、金属間層４１０は、相互反応化合物またはこれらの生成物（例えばアルカリプランバイド、アンチモニドまたはビスマシド、例えばＮａ_３Ｐｂ、Ｌｉ_３Ｓｂ、Ｋ_３Ｓｂ、Ｍｇ_３Ｓｂ_２、Ｃａ_３Ｓｂ_２、またはＣａ_３Ｂｉ_２）を含むことができる。金属間層４１０の上方界面４１０ａは、電解質４０４と接触し、金属間層４１０の下方界面４１０ｂは、正極４０５と接触する。相互反応化合物は、液体金属正極（この構成において液体金属カソード）４０５と液体塩電解質４０４との間の界面にて放電中に形成され得る。相互反応化合物（または生成物）は、固体または半固体であることができる。例において、金属間層４１０は、液体金属カソード４０５と液体塩電解質４０４との間の界面にて形成できる。一部の場合において、金属間層４１０は、液体特性を示し得る（例えば金属間は半固体であってもよく、または金属間は、１以上の隣接相／材料よりも高い粘度または密度を有していてもよい）。

【0103】

セル４００は、第１の集電体４０７および第２の集電体４０８を含む。第１の集電体４０７は、負極４０３と接触し、第２の集電体４０８は正極４０５と接触する。第１の集電体４０７は、電気伝導性フィードスルー４０２と接触する。セル４００のハウジング４０１は、断熱および／または電気絶縁シース４０６を含むことができる。例において、液体金属負極４０３は、マグネシウム（Ｍｇ）を含み、液体金属正極４０５は、アンチモン（Ｓｂ）を含み、金属間層４１０はＭｇおよびＳｂ（Ｍｇ_ｘＳｂ、式中、「ｘ」は０を超える数である）、例えばマグネシウムアンチモニド（Ｍｇ_３Ｓｂ_２）を含む。Ｍｇ｜｜Ｓｂ化学物質を有するセルは、電解質内にマグネシウムイオン、ならびに他の塩（例えばＭｇＣｌ_２、ＮａＣｌ、ＫＣｌまたはこれらの組み合わせ）を含有し得る。一部の場合において、放電状態では、セルは、負極においてＭｇが不足しており、正極はＭｇ−Ｓｂの合金を含む。こうした場合において、充電中、Ｍｇは正極から供給され、正イオンとして電解質を通過し、Ｍｇとして負極集電体上に堆積する。一部の例において、セルは、少なくとも約５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、または７５０℃の操作温度を有し、一部の場合には約６５０℃〜約７５０℃の操作温度を有する。充電状態において、セルのすべてまたは実質的にすべての構成要素は、液体状態であることができる。代替化学物質が存在し、それらとしては、電解質（例えばＣａＦ_２、ＫＦ、ＬｉＦ、ＣａＣｌ_２、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＣａＢｒ_２、ＫＢｒ、ＬｉＢｒ、またはこれらの組み合わせ）中にハロゲン化カルシウム成分を含み、約５００℃を超えて操作するＣａ−Ｍｇ｜｜Ｂｉ、電解質（例えばＣａＦ_２、ＫＦ、ＬｉＦ、ＣａＣｌ_２、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＣａＢｒ_２、ＫＢｒ、ＬｉＢｒ、またはこれらの組み合わせ）中にハロゲン化カルシウム成分を含み、約５００℃を超えて操作するＣａ−Ｍｇ｜｜Ｓｂ−Ｐｂ、リチウムイオン含有ハロゲン化物電解質（例えばＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、またはこれらの組み合わせ）を含み、約３５０℃〜約５５０℃で操作するＬｉ｜｜Ｐｂ−Ｓｂセル、および電解質（例えば、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＬｉＣｌ、ＬｉＦ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＦ、ＫＩ、ＣａＣｌ_２、ＣａＦ_２、ＣａＢｒ_２、ＣａＩ_２、またはこれらの組み合わせ）の一部としてハロゲン化ナトリウムを含み、約３００℃を超えて操作するＮａ｜｜Ｐｂセルを含む。一部の場合において、放電反応の生成物は、金属間化合物（例えばＭｇ｜｜Ｓｂセル化学物質についてＭｇ_３Ｓｂ_２、Ｌｉ｜｜Ｐｂ−Ｓｂ化学物質についてＬｉ_３Ｓｂ、Ｃａ−Ｍｇ｜｜Ｂｉ化学物質についてＣａ_３Ｂｉ_２、またはＣａ−Ｍｇ｜｜Ｐｂ−Ｓｂ化学物質についてＣａ_３Ｓｂ_２）であってもよく、金属間層は、例えば方向ｘに沿って水平に成長および延びるおよび／または正極と電解質との間の界面にてｙ方向に沿って垂直に成長または延びることによって区別可能な固体相として成長させ得る。成長は、セルまたはバッテリ４００の中心に位置する対称性４０９の軸に対して軸対称または非対称であってもよい。一部の場合において、金属間層は、操作のタイプ１モード下で観察されるが、操作のタイプ２モードでは観察されない。例えば、金属間層（例えば、図４の金属間層）は、タイプ２セルの操作中に形成され得ない。

【0104】

セル蓋アセンブリおよび接着剤シール
セル蓋アセンブリは、接着剤シールを使用して、ガス気密および電気絶縁シールを得ることができる。図５からわかるように、伝導性フィードスルー５０１は、ハウジングから電気的に隔離でき、このハウジングは、フィードスルーとハウジングとの間に配設された接着剤シーリング材料５０２によってシールできる。接着剤シーリング材料は、シールされるべきであるセル蓋アセンブリの構成要素に接着できるいずれかのシーラント材料を含むことができる。

【0105】

一部の場合において、接着剤誘電シールでシールされるセルに関して、１ｐｓｉ未満の圧力はガス気密シールを維持するのに十分であり得る。一部の場合において、圧力の少なくとも一部は、バッテリにおいて互いに重なり合ってスタックされた１つ以上の電気化学セルの重量によって供給できる。接着剤シール材料は、ガラスシールまたはブレイズされたセラミック、例えばＣｕ−Ａｇブレイズ合金を有するアルミナまたは他のセラミック−ブレイズの組み合わせを含むことができる。

【0106】

スタックされたバッテリ構成において、それはヘッドスペース（例えばセルチャンバーまたはキャビティ内側）を低減することが所望される場合があり、結果として相対的に多くのセル体積が、アノードおよびカソード材料を含むことができる（例えば、こうしてセルは、単位体積あたりの高いエネルギー貯蔵容量を有することができるようになる）。一部の例において、ヘッドスペースの高さ（例えばフィードスルーの頂部からアノードの頂部表面までで測定される場合）は、バッテリの高さでは小さい部分である（例えばフィードスルーの頂部からハウジングの底部表面までで測定される場合）。一部の例において、ヘッドスペースは、バッテリの高さの約５％、約１０％、約１５％、約２０％、または約２５％である。一部の例において、ヘッドスペースは、バッテリの高さの最大約５％、最大約１０％、最大約１５％、最大約２０％、または最大約２５％である。

【0107】

一部の例において、アノードおよびカソード材料の合わせた体積は、バッテリの体積の約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、または約７０％である（例えばバッテリの最外ハウジング、例えば輸送容器によって規定される場合）。一部の例において、アノードおよびカソード材料の合わせた体積は、バッテリの体積の少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％である。

【0108】

一部の例において、電解質は、少なくとも約１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、７ｃｍ、８ｃｍ、９ｃｍ、１０ｃｍまたはそれ以上の厚さを有するセルに関して、少なくとも約０．０１ｃｍ、０．０５ｃｍ、０．１ｃｍ、０．５ｃｍ、０．８ｃｍ、１．０ｃｍ、１．３ｃｍ、１．５ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、７ｃｍ、８ｃｍ、９ｃｍ、１０ｃｍの厚さを有することができる（負極／電解質および正極／電解質界面の間の距離として測定される場合）。一部の例において、セルは、最大約３ｃｍまたは４ｃｍの厚さ、および最大約１ｃｍまたは２ｃｍの厚さを有する電解質を有する。

【0109】

一部の状況において、少しのまたは１つだけの伝導性フィードスルーの使用により、電極の不均一な電流分布をもたらすことができる（例えば負極において）。複数の伝導性フィードスルー（本明細書においては「伝導体」も同様）は、電極において電流をより均一に分配できる。一部の実施において、電気化学エネルギー貯蔵デバイスは、ハウジング、液体金属電極、液体金属電極と接触する集電体、および集電体と電気的に連通し、ハウジングのアパーチャを通してハウジングから突き出る複数の伝導体を含む。一部の例において、電流は、液体金属電極にわたって実質的に均一に分配される。

【0110】

一部の例において、液体金属電極は、表面（および／または界面）に沿って電解質と接触し、表面（および／または界面）にわたって流れる電流は均一である。表面（および／または界面）のいずれかの部分を通して流れる電流は、表面を通して平均電流から実質的に外れることはない。一部の例において、表面（および／または界面）の領域にわたって流れる電流の最大密度は、表面（および／または界面）にわたって流れる電流の平均密度の約１０５％未満、または約１１５％未満、約１２５％未満、約１５０％未満、約１７５％未満、約２００％未満、約２５０％未満、または約３００％未満である。一部の例において、表面（および／または界面）の領域にわたって流れる電流の最小密度は、表面（および／または界面）にわたって流れる電流の平均密度の約５０％を超える、約６０％を超える、約７０％を超える、約８０％を超える、約９０％を超える、または約９５％を超える。

【0111】

図６は、複数の伝導性フィードスルーを有するセルの例を示す。これらの構成において、集電体は、各セルについての共用蓋アセンブリに合わせることができる。こうしたセル蓋アセンブリは、いずれかのサイズを有するセルと共に使用されてもよい。電気化学貯蔵デバイスおよび／またはハウジングは、いずれかの数の伝導性フィードスルー（例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはそれ以上）を含むことができる。一部の場合において、伝導性フィードスルーは分離している（Ａ）。一部の場合において、伝導性フィードスルーは、共通する上方部分（Ｂ）を共用する。

【0112】

シールの特徴および特性
シールは、反応性金属（例えば液体金属バッテリ）を含有する高温システムの重要な部分であることができる。本明細書において、シールを設計するのに好適な材料を選択するための方法、および反応性液体金属または液体金属蒸気および／または反応性溶融塩（１または複数）または反応性溶融塩蒸気を含有するシステム、例えば液体金属バッテリのために好適なシールを設計する方法が提供される（例えばこれらの材料の選択、熱特性、機械特性および電気特性の考慮に基づく）。シールはまた、エネルギー貯蔵以外の用途、例えば溶融または高圧Ｌｉ蒸気を含む溶融反応器または液体ナトリウム、カリウムおよび／またはリチウムを含む他の用途に関して、反応性液体金属または反応性金属蒸気を含む容器に接続された電気的に隔離されたフィードスルーの一部として使用できる。安定なセラミックおよび電子伝導性材料の使用はまた、半導体材料の加工処理またはデバイス製作に使用されるような反応性ガスを用いる用途のために適切であることができる。

【0113】

シールは、電気絶縁およびガス気密（例えば密封）であることができる。シールは、システム／容器構成要素（例えばセル構成要素）の液体および蒸気相によって攻撃されない材料、例えば溶融ナトリウム（Ｎａ）、溶融カリウム（Ｋ）、溶融マグネシウム（Ｍｇ）、溶融カルシウム（Ｃａ）、溶融リチウム（Ｌｉ）、Ｎａ蒸気、Ｋ蒸気、Ｍｇ蒸気、Ｃａ蒸気、Ｌｉ蒸気、またはこれらのいずれかの組み合わせから製造できる。方法は、大部分の反応性金属蒸気と熱力学的に安定なものとして窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）セラミックおよび活性合金ブレイズ（例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｂ、ＳｉまたはＺｒ合金系）を含むシールを同定し、こうして金属または金属蒸気によって適切に攻撃されないシールの設計を可能にする。

【0114】

一部の実施において、シールは、正に帯電されたセル本体（例えばセル缶（本明細書においては「容器」も同様）および蓋）から負極電流リード（例えばセルキャビティに延びる金属ロッド）を物理的に分離できる。シールは、これらのセル構成要素間の電気絶縁体として作用でき、活性セル構成要素（例えば液体金属電極、液体電解質、およびこれらの液体の蒸気）を密封隔離する。一部の場合に、シールは、外部構成要素がセルに進入するのを防止する（例えば湿分、酸素、窒素、およびセルの性能に負の影響を与え得る他の汚染物質）。一般的なシール仕様の一部の例を表１に列挙する。こうした仕様（例えば特性および／または測定基準）としては、密封性、電気絶縁、耐久性、クーロン効率（例えば充電効率またはラウンドトリップ効率）、ＤＣ−ＤＣ効率、放電時間、および容量減衰率を挙げることができるが、これらに限定されない。

【表1】

【0115】

シールは、ヘリウム（Ｈｅ）のリークレート（例えばＨｅで満たされた操作条件（例えば操作温度、操作圧力など）でのデバイスからのリークレート）によって定量される程度まで密封性であることができる。一部の例において、ヘリウム（Ｈｅ）のリークレートは、毎秒約１×１０^−６気圧立方センチメートル（ａｔｍ ｃｃ／ｓ）未満、約５×１０^−７ａｔｍ ｃｃ／ｓ未満、約１×１０^−７ａｔｍ ｃｃ／ｓ未満、約５×１０^−８ａｔｍ ｃｃ／ｓ未満、または約１×１０^−８ａｔｍ ｃｃ／ｓ未満であることができる。一部の場合において、Ｈｅのリークレートは、システム（例えばセル、シール）を離れるＨｅの総リークレートに等しい。他の場合において、Ｈｅのリークレートは、１気圧のＨｅ圧力がシールされた界面にわたって配置された場合に、シールされた界面にわたるＨｅの実際の圧力／濃度および測定されたＨｅリークレートの差から決定されるような、等価な総Ｈｅリークレートである。シールは電気絶縁性であることができる。例えば、シールにわたるインピーダンスは、少なくとも約５０Ｏｈｍ、少なくとも約１００Ｏｈｍ、少なくとも約５００Ｏｈｍ、少なくとも約１ｋＯｈｍ、少なくとも約１．５ｋＯｈｍ、少なくとも約２ｋＯｈｍ、少なくとも約３ｋＯｈｍ、少なくとも約５ｋＯｈｍ、少なくとも約１０ｋＯｈｍ、少なくとも約１００ｋＯｈｍ、少なくとも約１メガＯｈｍ（（ＭＯｈｍ）、少なくとも約１０ＭＯｈｍ、少なくとも約１００ＭＯｈｍまたは少なくとも約１，０００ＭＯｈｍであることができる。シールは耐久性であることができる。一部の例において、シールは、少なくとも約１ヶ月、少なくとも約２ヶ月、少なくとも約６ヶ月、少なくとも約１年、少なくとも約２年、少なくとも約５年、少なくとも約１０年、少なくとも約１５年、少なくとも約２０年またはそれ以上の間一体性を維持できる。シールは、操作条件下でこうした特性および／または測定基準を有することができる。

【0116】

一部の例において、シールを含むバッテリまたはデバイスは、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％、少なくとも約９９．５％、少なくとも約９９．８％、少なくとも約９９．９％またはそれ以上のクーロン効率（例えば約２００ｍＡ／ｃｍ^２または約２２０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で測定される）を有することができる。一部の例において、シールを含むバッテリまたはデバイスは、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％またはそれ以上のＤＣ−ＤＣ効率（例えば約２００ｍＡ／ｃｍ^２または約２２０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で測定される）を有することができる。一部の例において、シールを含むバッテリまたはデバイスは、少なくとも約１時間、少なくとも約２時間、少なくとも約３時間、少なくとも約４時間、少なくとも約５時間、少なくとも約６時間、少なくとも約７時間、少なくとも約８時間、少なくとも約９時間、少なくとも約１０時間またはそれ以上の放電時間（例えば約２００ｍＡ／ｃｍ^２または約２２０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度にて測定される）を有することができる。一部の例において、シールを含むバッテリまたはデバイスは、約４時間〜約６時間、約２時間〜約６時間、約４時間〜約８時間、または約１時間〜約１０時間の放電時間（例えば約２００ｍＡ／ｃｍ^２または約２２０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で測定される）を有することができる。一部の例において、シールを含むバッテリまたはデバイスは、約１０％／サイクル未満、約５％／サイクル未満、約１％／サイクル未満、約０．５％／サイクル未満、約０．１％／サイクル未満、約０．０８％／サイクル未満、約０．０６％／サイクル未満、約０．０４％／サイクル未満、約０．０２％／サイクル未満、約０．０１％／サイクル未満、約０．００５％／サイクル未満、約０．００１％／サイクル未満、約０．０００５％／サイクル未満、約０．０００２％／サイクル未満、約０．０００１％／サイクル未満、約０．００００１％／サイクル未満の容量減衰率（例えば放電容量減衰率）を有することができる。容量減衰率は、「サイクルあたりの％」（例えば充電／放電サイクルあたりの％）単位の放電容量における変化（低下）の基準を提供できる。

【0117】

一部の場合において、シールにより、電気化学セルが、１つ以上の所与の操作条件（例えば操作温度、温度サイクリング、電圧、電流、内部雰囲気、内部圧力、振動など）を達成できる。操作条件の一部の例は、表２に記載される。こうした操作条件は、測定基準、例えば操作温度、アイドリング温度、温度サイクリング、電圧、電流、内部雰囲気、外部雰囲気、内部圧力、振動および寿命を挙げることができるが、これらに限定されない。

【表2】

【0118】

一部の例において、操作温度（例えば操作中のシールが直面する温度）は、少なくとも約１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、またはそれ以上である。一部の例において、操作中のシールが直面する温度は、約４４０℃〜約５５０℃、約４７５℃〜約５５０℃、約３５０℃〜約６００℃、または約２５０℃〜約６５０℃である。例において、約４００℃〜約５００℃、約４５０℃〜約５５０℃、約４５０℃〜約５００℃、または約５００℃〜約６００℃の操作温度であり、あるいは約２００℃またはそれ以上の操作温度（例えば２００℃と同程度に低温で操作できるセル化学物質に好適）が達成できる。一部の場合において、シールが直面する温度は、電気化学セルの操作温度にほぼ等しいまたは高温のデバイスであってもよい（例えばエネルギー貯蔵デバイス）。一部の場合において、シールが直面する温度は、電気化学セルまたは高温デバイスの操作温度（例えば少なくとも約１℃、５℃、１０℃、２０℃、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃などまたはそれら未満）とは異なり得る。例において、電気化学セルは、少なくとも約２００℃の温度（例えばセルの操作温度）に維持される反応性材料を含み、シールの温度は、少なくとも約２００℃（例えばセルの操作温度と同じまたはセルの操作温度とは異なる）である。一部の場合において、シールの操作温度は、電気化学セルまたは高温デバイスの操作温度より低いまたはこの温度より高いことができる。

【0119】

一部の例において、アイドリング温度（例えばデバイス（例えばバッテリ）がアイドリングの間、例えば製造時、輸送中、オフモードにおけるデバイス（例えばバッテリ））にシールが直面する温度など）は、約−２５℃を超える、約−１０℃を超える、約０℃を超える、約１５℃を超える、約２０℃を超える、約３０℃を超える。一部の例において、アイドリング温度は、約３０℃未満、約２０℃未満、約１５℃未満、約０℃未満、約−１０℃未満、約−２５℃未満またはそれ未満である。一部の例において、デバイスがアイドリング中にシールが直面する温度は、約−２５℃〜約５０℃である。

【0120】

一部の例において、温度サイクリング（例えばシールが直面し得る、デバイス（例えばバッテリ）の操作寿命の過程における低頻度であるが、大きな振幅の熱サイクル）は、少なくとも約１００℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、少なくとも約８００℃、または少なくとも約９００℃の範囲にわたる。一部の例において、温度サイクリングは、約１００℃未満、約２００℃未満、約３００℃未満、約４００℃未満、約５００℃未満、約６００℃未満、約７００℃未満、約８００℃未満、約９００℃未満の範囲にわたる。例において、温度サイクリングは、約−２５℃〜約７００℃である。シールは、少なくとも約１の熱サイクル、少なくとも約５の熱サイクル、少なくとも約１０の熱サイクル、少なくとも約２０の熱サイクル、少なくとも約４０の熱サイクル、少なくとも約８０の熱サイクル、少なくとも約１００の熱サイクル、または少なくとも約１０００の熱サイクルの後のこうした温度サイクリングに耐え得る（例えばすべての必要とされる仕様に適合し続ける）。一部の場合において、セルおよびシールは、年あたり少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、またはそれ以上の回数で熱サイクルできる（例えば室温から操作温度までで行われる）。シールは、通常の操作温度範囲限度を超えるまたは限度未満の短期間の温度逸脱に耐えることができる。例えば、シールは、約１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、８時間、９時間、１０時間、１２時間、１４時間、１６時間、１８時間、２０時間、２２時間、２４時間、またはそれ以上の温度逸脱に耐えることができる。一部の場合において、こうした温度逸脱は７００℃を超える場合はない。

【0121】

一部の例において、電圧（例えばシールにわたる電圧降下）は、少なくとも約０．１Ｖ、少なくとも約０．５ボルト（Ｖ）、少なくとも約１Ｖ、少なくとも約１．５Ｖ、少なくとも約２Ｖ、少なくとも約２．５Ｖ、少なくとも約３Ｖ、少なくとも約４Ｖ、少なくとも約５Ｖ、少なくとも約６Ｖ、少なくとも約７Ｖ、少なくとも約８Ｖ、少なくとも約９Ｖ、または少なくとも約１０Ｖである。一部の例において、電圧は、約０．１Ｖ未満、約０．５Ｖ未満、約１Ｖ未満、約１．５Ｖ未満、約２Ｖ未満、約２．５Ｖ未満、約３Ｖ未満、約４Ｖ未満、約５Ｖ未満、約６Ｖ未満、約７Ｖ未満、約８Ｖ未満、約９Ｖ未満、約１０Ｖ未満である。一部の例において、シールにわたる電圧降下は、約０Ｖ〜約３Ｖ、または約０Ｖ〜約１０Ｖである。

【0122】

一部の例において、電流（シールと相互作用する材料と通って流れる電流）は、少なくとも約０アンペア（Ａ）、少なくとも約５Ａ、少なくとも約１０Ａ、少なくとも約２５Ａ、少なくとも約５０Ａ、少なくとも約１００Ａ、少なくとも約１５０Ａ、少なくとも約２００Ａ、少なくとも約２５０Ａ、少なくとも約３００Ａ、少なくとも約３５０Ａ、少なくとも約４００Ａ、少なくとも約４５０Ａまたは少なくとも約５００Ａである。一部の例において、電流は、約０Ａ未満、約５Ａ未満、約１０Ａ未満、約２５Ａ未満、約５０Ａ未満、約１００Ａ未満、約１５０Ａ未満、約２００Ａ未満、約２５０Ａ未満、約３００Ａ未満、約３５０Ａ未満、約４００Ａ未満、約４５０Ａ未満、約５００Ａ未満である。一部の例において、シールと相互作用する材料を通して流れる電流は、約０Ａ〜約５００Ａである。

【0123】

一部の例において、内部雰囲気（例えばシールが曝されるデバイス（例えばバッテリ）内からの反応性材料、アルカリ金属または反応性アルカリ土類金属およびハロゲン化物塩の蒸気）は、少なくとも約１×１０^−５ｔｏｒｒ、少なくとも約５×１０^−５ｔｏｒｒ、少なくとも約１×１０^−４ｔｏｒｒ、少なくとも約５×１０^−４ｔｏｒｒ、少なくとも約１×１０^−３ｔｏｒｒ、少なくとも約５×１０^−３ｔｏｒｒ、少なくとも約１×１０^−２ｔｏｒｒ、少なくとも約５×１０^−２ｔｏｒｒ、少なくとも約１×１０^−１ｔｏｒｒ、少なくとも約５×１０^−１ｔｏｒｒ、または少なくとも約１ｔｏｒｒの蒸気圧のアルカリ金属またはアルカリ土類金属およびハロゲン化物塩を含む。一部の例において、内部雰囲気は、約１×１０^−５ｔｏｒｒ未満、約５×１０^−５ｔｏｒｒ未満、約１×１０^−４ｔｏｒｒ未満、約５×１０^−４ｔｏｒｒ未満、約１×１０^−３ｔｏｒｒ未満、約５×１０^−３ｔｏｒｒ未満、約１×１０^−２ｔｏｒｒ未満、約５×１０^−２ｔｏｒｒ未満、約１×１０^−１ｔｏｒｒ未満、約５×１０^−１ｔｏｒｒ未満、または約１ｔｏｒｒ未満の蒸気圧のアルカリ金属またはアルカリ土類金属およびハロゲン化物塩を含む。一部の例において、シールが曝される内部雰囲気は、少なくとも約０．００１ｔｏｒｒ（約０．１３３Ｐａ）または少なくとも約０．０１ｔｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）の蒸気圧のアルカリ金属またはアルカリ土類金属およびハロゲン化物塩を含む。一部の例において、シールが曝される内部雰囲気は、約０．００１ｔｏｒｒ（約０．１３３Ｐａ）未満または約０．０１ｔｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）未満の蒸気圧のアルカリ金属またはアルカリ土類金属およびハロゲン化物塩を含む。

【0124】

セルおよびシールの外部表面は、雰囲気（例えばＯ_２、Ｎ_２、Ａｒ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏを含む周囲環境）に曝され得る。一部の例において、外部雰囲気（例えばデバイス（例えばバッテリ）の外部からのシールが曝される雰囲気、例えば周囲空気、高湿分など）は、少なくとも約０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約３５０℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約４５０℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約５５０℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、少なくとも約７５０℃、少なくとも約８００℃、少なくとも約８５０℃、または少なくとも約９００℃の温度にある。一部の例において、外部雰囲気は、約０℃未満、約５０℃未満、約１００℃未満、約１５０℃未満、約２００℃未満、約２５０℃未満、約３００℃未満、約３５０℃未満、約４００℃未満、約４５０℃未満、約５００℃未満、約５５０℃未満、約６００℃未満、約７００℃未満、約７５０℃未満、約８００℃未満、約８５０℃未満、または約９００℃未満の温度にある。一部の例において、デバイスの外部からのシールが曝される雰囲気は、約０℃〜５５０℃、約３５０℃〜約６００℃、または約２５０℃〜約６５０℃（例えば１００％相対湿度に伴う）の温度にある。こうした温度は、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または１００％相対湿度を伴い得る。例えば、こうした温度は、１００％相対湿度に伴い得る。

【0125】

一部の例において、内部圧力（例えばシールにわたる真空勾配または正圧）は、少なくとも約０ａｔｍ、少なくとも約０．１ａｔｍ、少なくとも約０．２ａｔｍ、少なくとも約０．４ａｔｍ、少なくとも約０．６ａｔｍ、少なくとも約０．８ａｔｍ、少なくとも約１ａｔｍ、少なくとも約１．５ａｔｍ、少なくとも約２ａｔｍ、少なくとも約２．５ａｔｍ、少なくとも約３ａｔｍ、少なくとも約３．５ａｔｍ、少なくとも約４ａｔｍ、または少なくとも約５ａｔｍであることができる。一部の例において、内部圧力は、約０ａｔｍ未満、約０．１ａｔｍ未満、約０．２ａｔｍ未満、約０．４ａｔｍ未満、約０．６ａｔｍ未満、約０．８ａｔｍ未満、約１ａｔｍ未満、約１．５ａｔｍ未満、約２ａｔｍ未満、約２．５ａｔｍ未満、約３ａｔｍ未満、約３．５ａｔｍ未満、約４ａｔｍ、または約５ａｔｍ未満であることができる。一部の例において、シールにわたる真空勾配または正圧は約０．５ａｔｍ〜約４．０ａｔｍである。

【0126】

シールは、振動（例えば製造、輸送、設置、操作および稀な事象、例えばシールが曝され得る降下または衝撃中に生じる振動）を取り扱うことができる。例において、シールは、（例えばセルまたはシステム用途に使用される場合）輸送と同様の振動負荷を取り扱うことができる。

【0127】

シールは、所与寿命（例えばフル操作におけるシールの予想寿命）を有し得る。一部の例において、シールの寿命は、少なくとも約１ヶ月、少なくとも約２ヶ月、少なくとも約６ヶ月、少なくとも約１年、少なくとも約２年、少なくとも約５年、少なくとも約１０年、少なくとも約１５年、少なくとも約２０年またはそれ以上である。シールは、少なくとも約２０％、少なくとも約４０％、少なくとも約６０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％の操作（利用）またはフル操作時にこうした寿命を有することができる。シールは、約７５％未満、約５０％未満、約４０％未満、約４０％未満、約３０％未満、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、約５％、または約１％未満の欠陥レートでのこうした寿命を有することができる。例において、シールは、約１％未満の欠陥で２０年の寿命、または約１０％未満の欠陥で２０年の寿命を有する。

【0128】

シールは、少なくとも約１０、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、６００、７００、８００、９００、１，０００、１，５００、または２，０００サイクルのサイクル寿命（例えばその性能が劣化する前および／または電気化学セル／バッテリ／エネルギー貯蔵デバイスの容量が例えばその元々の容量の８０％未満に降下する前にシールが支持可能なセルの完全な充電／放電サイクルの数）を有し得る。

【0129】

外部セル寸法は、システム設計および性能に影響し得る。例えば、シール高さは、セル頂部プレート（例えばセル容器蓋の頂部表面）上方の所与の距離に制限され得る。一部の場合において、シール高さは、セル頂部プレート上方約２インチ未満、セル頂部プレート上方約１インチ未満、セル頂部プレート上方約１／２インチ未満（例えばセル間の間隔はスタックセルチャンバー内の熱環境を変更し得るので）、セル頂部プレート上方約１／４未満、またはセル頂部プレート上方約１／８未満であることができる。一部の場合において、セル蓋のアパーチャを通るセルの外側から電流を伝導する伝導体（例えば負極電流リード）の抵抗は、十分低い。例えば、伝導体の抵抗は、所与のシステム効率（例えば約４０％、約５０％、約６０％、約７５％、約８０％、約９０％、約９５％、または約９９％エネルギー効率）を達成するのに十分低い。一部の場合において、伝導体の直径または径方向の円周が低減することにより、ロバスト性の高いシールが伝導体の周りに形成できるが、伝導体の抵抗が増大する。こうした例において、伝導体の抵抗は、ロバストシールが形成されるのに十分な値まで低下または最小限にできる（例えばシール中の伝導体の抵抗は、ロバストシールが製造できる限り可能な程度に低くでき、伝導体はその周りにロバストシールを達成するのに十分小さいが、低い抵抗を達成するのに十分大きくできる）。抵抗は、約２００ミリオーム（ｍＯｈｍ）未満、約１００ｍＯｈｍ未満、約８０ｍＯｈｍ未満、約５０ｍＯｈｍ未満、約３０ｍＯｈｍ未満、約１０ｍＯｈｍ未満、約３ｍＯｈｍ未満、約１ｍＯｈｍ未満、約０．７５ｍＯｈｍ未満、約０．５ｍＯｈｍ未満、約０．３ｍＯｈｍ未満、約０．１ｍＯｈｍ未満、約０．０７５ｍＯｈｍ未満、約０．０５ｍＯｈｍ未満、約０．０３ｍＯｈｍ、または約０．０１ｍＯｈｍ未満であってもよい。

【0130】

材料（例えばセル蓋アセンブリ材料、接着剤シール材料（１または複数）などの化学的安定性）は、（例えばシステムが到達し得るすべての可能な温度の間、シールの耐久性を確実にするために）考慮できる。シールは、１つ以上の異なる雰囲気に曝され得る（セル内部（内部雰囲気）および開放空気（外部雰囲気）を含む）。例えば、シールは、湿分を含む通常の空気成分（ならびにセルの潜在的な腐食性活性材料）に曝され得る。一部の実施において、密封シールが提供される。密封シールされたバッテリまたはバッテリハウジングは、バッテリへの適切でない量の空気、酸素および／または水を防止できる。一部の場合において、密封シールされたセルまたはセルハウジングは、ガスまたは金属／塩蒸気（例えばヘリウム、アルゴン、負極蒸気、電解質蒸気）がセルから漏出するのを防止できる。

【0131】

シールは、１つ以上の仕様に適合でき、これらとしては：電気絶縁および密封性、存続期間の間に操作温度で機能する能力、熱サイクル能力、伝導体（例えば負極電流リード）の十分高い電気伝導率、セル本体から過剰に突出しない構成、活性構成要素の液体および蒸気に対して化学的に安定な内部表面、空気中で安定な外側表面、高い電位下でのアーク放電を回避する能力が挙げられるが、これらに限定されない。

【0132】

一部の実施において、電気化学セルは、少なくとも約２００℃の操作温度で液体である液体金属（液体金属合金を含む）を含む電気伝導性ハウジングを含む。一部の場合において、操作温度は少なくとも約３５０℃である。一部の例において、電気化学セルは、少なくとも約５０ワット時（Ｗｈ）のエネルギーを貯蔵できる。他の例において、電気化学セルは、少なくとも約２７０ワット時（Ｗｈ）のエネルギーを貯蔵できる。液体金属は、電気化学セルの充電および／または放電中の電荷を貯蔵／放出できる電気化学セルの一部として構成できる。電気化学セルは、液体金属と電気的に接触した伝導体を含むことができ、伝導体は、電気伝導性ハウジングのアパーチャを通して電気伝導性ハウジングから突出する。電気化学セルは、電気伝導性ハウジングに伝導体をシールするシールを含むことができる。

【0133】

シールは、いずれかの好適な低いヘリウムリークレートを提供できる。一部の場合において、シールは、約２５℃において、毎秒約１×１０^−１０、約１×１０^−９、約１×１０^−８、約１×１０^−７、約５×１０^−７、約１×１０^−６、約５×１０^−６、約１×１０^−５、または約５×１０^−５気圧−立方センチメートル（ａｔｍ−ｃｃ／ｓ）のヘリウムリークレートを提供する。一部の例において、シールは、少なくとも約−２５℃、少なくとも約０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約３５０℃、少なくとも約４５０℃、少なくとも約５５０℃、または少なくとも約７５０℃の温度（例えばセルの操作温度またはシール温度）において、毎秒、約１×１０^−１０以下、約１×１０^−９以下、約１×１０^−８以下、約１×１０^−７以下、約５×１０^−７以下、約１×１０^−６以下、約５×１０^−６以下、約１×１０^−５以下、約５×１０^−５気圧−立方センチメートル（ａｔｍ−ｃｃ／ｓ）のヘリウムリークレートを提供する。シールは、例えば少なくとも約１ヶ月、少なくとも約６ヶ月、少なくとも約１年、少なくとも約５年、少なくとも約１０年、少なくとも約２０年、またはそれ以上の期間、電気化学セルが操作されている場合（例えば定格容量）、こうしたヘリウムリークレートを提供できる。一部の場合において、シールは、電気化学セルが少なくとも約３５０充電／放電サイクル、少なくとも約５００サイクル、少なくとも約１，０００サイクル、少なくとも約３，０００サイクル、少なくとも約１０，０００サイクル、少なくとも約５０，０００サイクル、少なくとも約７５，０００サイクル、または少なくとも約１５０，０００サイクルにて操作されている場合にこうしたヘリウムリークレートを提供する。

【0134】

シールは、電気伝導性ハウジングから伝導体を電気的に隔離できる。電気隔離の程度は、シールにわたるインピーダンスを測定することによって定量できる。一部の場合において、シールにわたるインピーダンスは、いずれかの操作、休止、または貯蔵温度において、約０．１キロＯｈｍｓ（ｋＯｈｍ）、約１ｋＯｈｍ、約５ｋＯｈｍ、約１０ｋＯｈｍ、約５０ｋＯｈｍ、約１００ｋＯｈｍ、約５００ｋＯｈｍ、約１，０００ｋＯｈｍ、約５，０００ｋＯｈｍ、約１０，０００ｋＯｈｍ、約５０，０００ｋＯｈｍ、約１００，０００ｋＯｈｍ、または約１，０００，０００ｋＯｈｍである。一部の場合において、シールにわたるインピーダンスは、いずれかの操作、休止、または貯蔵温度において、少なくとも約０．１ｋＯｈｍ、少なくとも約１ｋＯｈｍ、少なくとも約５ｋＯｈｍ、少なくとも約１０ｋＯｈｍ、少なくとも約５０ｋＯｈｍ、少なくとも約１００ｋＯｈｍ、少なくとも約５００ｋＯｈｍ、少なくとも約１，０００ｋＯｈｍ、少なくとも約５，０００ｋＯｈｍ、少なくとも約１０，０００ｋＯｈｍ、少なくとも約５０，０００ｋＯｈｍ、少なくとも約１００，０００ｋＯｈｍ、または少なくとも約１，０００，０００ｋＯｈｍである。一部の場合において、シールにわたるインピーダンスは、いずれかの操作、休止、または貯蔵温度において、約０．１ｋＯｈｍ未満、約１ｋＯｈｍ未満、約５ｋＯｈｍ未満、約１０ｋＯｈｍ未満、約５０ｋＯｈｍ未満、約１００ｋＯｈｍ未満、約５００ｋＯｈｍ未満、約１，０００ｋＯｈｍ未満、約５，０００ｋＯｈｍ未満、約１０，０００ｋＯｈｍ未満、約５０，０００ｋＯｈｍ未満、約１００，０００ｋＯｈｍ未満、または約１，０００，０００ｋＯｈｍ未満である。シールは、少なくとも約１ヶ月、少なくとも約６ヶ月、少なくとも約１年、またはそれ以上の期間、電気化学セルが操作されている場合（例えば定格容量）電気的隔離を提供できる。一部の場合において、シールは、電気化学セルが少なくとも約３５０充電／放電サイクル、少なくとも約５００サイクル、少なくとも約１，０００サイクル、少なくとも約３，０００サイクル、少なくとも約１０，０００サイクル、少なくとも約５０，０００サイクル、少なくとも約７５，０００サイクル、または少なくとも約１５０，０００サイクルにて操作されている場合に電気的隔離を提供できる。

【0135】

シールは、電気化学セルが、少なくとも約１年、少なくとも約５年、少なくとも約１０年、少なくとも約２０年、少なくとも約５０年、または少なくとも約１００年の間操作されている場合に電気的隔離を提供できる。一部の場合において、シールは、電気化学セルが約３５０充電／放電サイクルの間操作されている場合に、電気的隔離を提供する。

【0136】

密封シールされたバッテリまたはバッテリハウジングは、バッテリへの適切でない量の空気、酸素、窒素および／または水を防止し得る（例えばバッテリはそのエネルギー貯蔵容量の少なくとも約８０％を維持するような、ならびに／あるいは少なくとも約１年、少なくとも約２年、少なくとも約５年、少なくとも約１０年、または少なくとも約２０年の間少なくとも約１００ｍＡ／ｃｍ^２で充電および放電される場合に、サイクルあたり少なくとも約９０％のラウンドトリップクーロン効率を維持するような量）。一部の例において、バッテリが、バッテリの内側圧力より、少なくとも約０気圧（ａｔｍ）、０．１ａｔｍ、０．２ａｔｍ、０．３ａｔｍ、０．４ａｔｍ、０．５ａｔｍ、０．６ａｔｍ、０．７ａｔｍ、０．８ａｔｍ、０．９ａｔｍまたは０．９９ａｔｍ（またはそれら未満）高く、あるいはバッテリの内側の圧力より、少なくとも約０．１ａｔｍ、０．２ａｔｍ、０．５ａｔｍ、１ａｔｍ（またはそれら未満）低く、および約４００℃〜約７００℃の温度にて空気と接触する場合、バッテリへの酸素、窒素、および／または水蒸気移動レートは、毎時約０．２５ミリリットル（ｍＬ）未満、毎時約０．２１ｍＬ未満、または毎時約０．０２ｍＬ未満である。一部の例において、バッテリが、バッテリ内側の圧力より約０．５ａｔｍ、１ａｔｍ、１．５ａｔｍ、２ａｔｍ、２．５ａｔｍ、３ａｔｍ、３．５ａｔｍ、または４ａｔｍ低い圧力および約４００℃〜約７００℃の温度にて空気と接触する場合に、金属蒸気、溶融塩蒸気、またはバッテリからの不活性ガスの移動のレートは、毎時約０．２５ｍＬ未満、毎時約０．２１ｍＬ未満、または毎時約０．０２ｍＬ未満である。一部の例において、所与の期間（例えば１ヶ月間、６ヶ月間、１年間、２年間、５年間、１０年間またはそれ以上）にわたってセルにリークする酸素、窒素、または水蒸気のモル数は、セル中の活性材料（例えば活性金属材料）のモル数の約１０％未満、約５％未満、約３％未満、約１％未満、約０．５％未満、約０．１％未満、約０．０５％未満、または約０．５％未満である。

【0137】

反応性材料を含有するシールされた高温デバイスは、一部の場合において、内部圧力の増大に直面し得る（例えばデバイスの温度がデバイス内の１以上の材料の沸点を超えて増大する場合）。デバイスは、金属ハウジング（例えばステンレススチールセル本体）および共に接合される（例えばブレイズされるまたは溶接される）金属ハウジング蓋（例えばステンレススチールセル蓋）を含み得る。セル蓋は、高温シールを含み得る。デバイス内側の圧力構築時、デバイスは破裂し得る。一部の場合において、デバイスは破裂する場合があり、材料を放出する場合があり、結果として有害な事象であり得る。有害なレベルに到達する前に、圧力を緩和する構成要素をデバイスが含むことが望ましい場合がある。圧力緩和構成要素は、圧力は液体構成要素よりむしろガス状構成要素の逃避を介して放出されるようにデバイスのガス状ヘッドスペースにあることが望ましい場合もある。

【0138】

一部の実施において、シールは、臨界圧力を超えておよび／または臨界温度を超えて、圧力緩和構成要素として作用するように設計されてもよい（例えばデバイス内側に構築され得る圧力をシールを通して放出できるデバイスの最も弱い部分であるように設計されてもよい）。１つ以上のシールが、デバイスに提供されてもよい（例えば伝導体の周りのシール、専用圧力緩和シール、圧力緩和も提供する伝導体の周りのシール）。一部の場合において、デバイスおよび／またはシールが金属−セラミック間シールされた界面を創出するために使用されるブレイズ材料の融点を超えて加熱される場合に、シールは圧力を放出する。一部の場合において、シール中のセラミック−金属間ジョイントの強度および／または幾何学形状は、デバイスハウジングおよび／または蓋の金属間ジョイントの前（および／またはシールの金属間ジョイントの前）に欠陥を生じる（例えばリークする）ように設計される。例えば、シール中の１つ以上のセラミック−金属間ブレイズは、デバイスハウジングおよび／または蓋の金属間溶接よりも弱くできる。一部の例において、デバイス内側の臨界圧力は、約１ａｔｍ、２ａｔｍ、３ａｔｍ、４ａｔｍ、５ａｔｍ、１０ａｔｍ、２０ａｔｍ、５０ａｔｍ、または１００ａｔｍを超え得る。一部の例において、（例えばデバイスおよび／またはシールの）臨界温度は、約３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、または１４００℃を超え得る。

【0139】

一部の実施において、セルはアノードおよびカソードを含む。セルは、少なくとも約１０Ｗｈのエネルギーを貯蔵でき、密封または非密封シールされることができる。アノードおよびカソードの少なくとも１つは、液体金属であることができる。

【0140】

一部の実施において、セルの群は、少なくとも約１０ｋＷｈのエネルギーを貯蔵でき、セルのそれぞれは密封または非密封シールされる。セルが密封シールされない場合、バッテリ（例えば直列または並列のいくつかのセル）は密封シールできる。

【0141】

一部の実施において、セルハウジングは、集電体と電気的に連通した電気伝導性容器、容器アパーチャ、および伝導体を含む。伝導体は、容器アパーチャを通過させてもよく、電気伝導性容器から電気的に隔離できる。ハウジングは、少なくとも１０Ｗｈのエネルギーを貯蔵できるセルを密封シールできる場合がある。

【0142】

シール材料、化学的適合性および熱膨張係数
シールは、いずれかの好適な材料で製造できる（例えばシールが密封シールおよび電気的隔離を形成するように）。一部の場合において、シールは、セラミック材料およびブレイズ材料から製造される。セラミック材料およびブレイズ材料は、互いにおよび／またはハウジング材料に一致する熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することができ、こうして電気化学セルが、バッテリの操作および／またはスタートアップ中に好適なシールを維持するようになる。セラミック材料は、ブレイズ材料およびセル頂部（例えばセル蓋アセンブリの蓋またはキャップまたはいずれかの構成要素）もしくは本体またはこれらの組み合わせの熱膨張係数と一致する熱膨張係数を有することができる。

【0143】

一部の場合において、セラミック材料、ブレイズ材料およびセル頂部または本体の熱膨張係数は、完全に同じように一致しないが、ブレイズ操作および操作中の後続熱サイクル中の応力を最小限にするのに十分近い。一部の場合において、セラミックのＣＴＥは、℃あたりのメートルあたり少なくとも約３ミクロン（μｍ／ｍ／℃）、少なくとも約４μｍ／ｍ／℃、少なくとも約５μｍ／ｍ／℃、少なくとも約６μｍ／ｍ／℃、少なくとも約７μｍ／ｍ／℃、少なくとも約８μｍ／ｍ／℃、少なくとも約９μｍ／ｍ／℃、少なくとも約１０μｍ／ｍ／℃、少なくとも約１１μｍ／ｍ／℃、少なくとも約１２μｍ／ｍ／℃、少なくとも約１３μｍ／ｍ／℃、または少なくとも約１４μｍ／ｍ／℃である。一部の場合において、セラミックのＣＴＥは、約３μｍ／ｍ／℃未満、約４μｍ／ｍ／℃未満、約５μｍ／ｍ／℃未満、約６μｍ／ｍ／℃未満、約７μｍ／ｍ／℃未満、約８μｍ／ｍ／℃未満、約９μｍ／ｍ／℃未満、約１０μｍ／ｍ／℃未満、約１１μｍ／ｍ／℃未満、約１２μｍ／ｍ／℃未満、約１３μｍ／ｍ／℃、または約１４μｍ／ｍ／℃未満である。一部の場合において、金属カラーまたはスリーブのＣＴＥは、少なくとも約５μｍ／ｍ／℃、少なくとも約６μｍ／ｍ／℃、少なくとも約７μｍ／ｍ／℃、少なくとも約８μｍ／ｍ／℃、少なくとも約９μｍ／ｍ／℃、少なくとも約１０μｍ／ｍ／℃、少なくとも約１１μｍ／ｍ／℃、少なくとも約１２μｍ／ｍ／℃、少なくとも約１３μｍ／ｍ／℃、または少なくとも約１４μｍ／ｍ／℃である。一部の場合において、金属カラーまたはスリーブのＣＴＥは、約５μｍ／ｍ／℃未満、約６μｍ／ｍ／℃未満、約７μｍ／ｍ／℃未満、約８μｍ／ｍ／℃未満、約９μｍ／ｍ／℃未満、約１０μｍ／ｍ／℃未満、約１１μｍ／ｍ／℃未満、約１２μｍ／ｍ／℃未満、約１３μｍ／ｍ／℃、または約１４μｍ／ｍ／℃未満である。一部の場合において、セラミック材料は、少なくとも約５０％のＡｌＮを含み、約５μｍ／ｍ／℃未満のＣＴＥを有する。一部の場合において、金属カラーまたはスリーブはＺｒを含み、約７μｍ／ｍ／℃または約７μｍ／ｍ／℃未満のＣＴＥを有する。一部の場合において、（例えばセラミック材料、ブレイズ材料およびセル頂部または本体のいずれか２つの間の）熱膨張係数の最大差は、℃あたりのメートルあたり約０．１ミクロン（μｍ／ｍ／℃）未満、約０．５μｍ／ｍ／℃未満、約１μｍ／ｍ／℃未満、約２μｍ／ｍ／℃未満、約３μｍ／ｍ／℃未満、約５μｍ／ｍ／℃未満、約７μｍ／ｍ／℃未満、約１０μｍ／ｍ／℃、または約１５μｍ／ｍ／℃未満であることができる。

【0144】

一部の場合において、シールは、金属カラー（例えば薄い金属カラー）またはスリーブを含む。カラーまたはスリーブは、セラミックにブレイズでき（例えばブレイズ材料を介して）、セル蓋および／またはセル蓋を通して、セルキャビティに突出する負極電流リードに接合できる。シールは、セラミックとセル蓋および／または負極電流リードとの間のＣＴＥミスマッチを緩和する特徴要素を含むことができる。

【0145】

一部の実施において、電気化学セルは、少なくとも約２００℃の操作温度で液体である液体金属を含む電気伝導性ハウジングを含む。一部の場合において、操作温度は少なくとも約３５０℃である。一部の例において、電気化学セルは、少なくとも約５０ワット時のエネルギーを貯蔵できる。液体金属（液体金属合金を含む）は、電気化学セルの充電／放電中の電荷を貯蔵／放出するように構成できる。電気化学セルは、液体金属と電気的に接触した伝導体を含むことができ、伝導体は、電気伝導性ハウジングのアパーチャを通して電気伝導性ハウジングから突出する。電気化学セルは、電気伝導性ハウジングに伝導体をシールするシールを含むことができる。

【0146】

一部の場合において、シールは、セラミック材料およびブレイズ材料を含む。一部の場合において、セラミック材料は、反応性材料（例えば反応性液体金属または反応性液体金属蒸気）と熱力学的に安定である（例えば化学的に反応しない）。一部の場合において、セラミック材料は、溶融塩に対して熱力学的に安定であり、溶融塩によって攻撃されず、溶融塩に溶解しない。セラミック材料の例としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ベリリウム（Ｂｅ_３Ｎ_２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化カルシウム（Ｃａ_３Ｎ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）、酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ_２Ｏ_３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、イットリア部分安定化ジルコニア（ＹＰＳＺ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ_２）、カルコゲニド、石英、ガラスまたはこれらのいずれかの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。

【0147】

一部の場合、ブレイズ材料は、反応性材料への低溶解性を有する少なくとも１つのブレイス成分を含み、ここで反応性材料は低溶解性を有し、デバイスの操作温度にて反応性材料と反応せず（例えば反応性材料と金属間合金を形成しない）、および／またはデバイスの操作温度を超えて溶融する。反応性材料は反応性金属であることができる。一部の例において、ブレイズ材料は、反応性金属に対して低い溶解性を有する少なくとも１つのブレイズ成分を含む。一部の例において、反応性金属は、ブレイズ成分に対して低い溶解性を有する。一部の例において、ブレイズ成分は、デバイスの操作温度にて反応性金属と金属間合金を形成しない。一部の例において、ブレイズ成分は、デバイスの操作温度を超えて溶融する。ブレイズ成分材料の例としては、アルミニウム（Ａｌ）、ベリリウム（Ｂｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ルビジウム（Ｒｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、またはこれらのいずれかの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。一部の例において、セラミック材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含み、ブレイズ材料はチタン（Ｔｉ）を含む。一部の例において、ブレイズ材料は、２つ以上の材料（例えばつの３材料）の混合物を含む。材料は、いずれかの割合で提供されてもよい。例えば、ブレイズは、約３０：３０：４０または４０：４０：２０の比（例えば重量％、原子％、ｍｏｌ％または体積％）にて３つの材料を含むことができる。一部の例において、ブレイズ材料は、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｚｒの混合物を含む。一部の例において、ブレイズは、少なくとも約２０、３０または４０重量％のチタン、少なくとも約２０、３０重量％または４０重量％のニッケル、および少なくとも約２０、３０または４０重量％のジルコニウムを含む。一部の例において、ブレイズは、約２０、３０または４０重量％未満のチタン、約２０、３０重量％または４０重量％未満のニッケル、および約２０、３０または４０重量％未満のジルコニウムを含む。一部の例において、ブレイズは、約１８％のＴｉ、約６０％のＺｒ、約２２％のＮｉ（例えば、重量％、原子％、ｍｏｌ％または体積％基準にて）を含む。一部の例において、ブレイズは、約７％のＴｉ、約６７％のＺｒ、約２６％のＮｉ（例えば、重量％、原子％、ｍｏｌ％または体積％基準にて）を含む。一部の例において、ブレイズは、少なくとも約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５またはそれ以上の重量％、原子％、ｍｏｌ％または体積％またはそれら未満のチタン、ニッケルまたはジルコニウム（または本明細書においていずれの他のブレイズ材料）を含むことができる。一部の例において、他の好適なブレイズ材料（１または複数）は、化学的安定性を改善し、溶融温度を変化させ、または機械的特性を変化させる（例えばブレイズのＣＴＥを変化させ、ブレイズの延性を変化させるなど）ためにブレイズに添加できる。

【0148】

一部の例において、セラミック材料は、主要なセラミック材料（例えばＡｌＮ）および熱力学的にも安定である二次セラミック材料、例えばＹ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３および／または本明細書に記載されるいずれかの他のセラミック材料（例えばＡｌＮ、Ｂｅ_３Ｎ_２、ＢＮ、Ｃａ_３Ｎ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢｅＯ、ＣａＯ、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＹＰＳＺ、Ｂ_４Ｃ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＴｉＢ_２、カルコゲニド、石英、ガラスまたはこれらのいずれかの組み合わせ）を含む。一部の例において、主要セラミック材料（例えば、ＡｌＮセラミック）は、重量で、少なくとも約０．１％、少なくとも約０．５％、少なくとも約１％、少なくとも約２％、少なくとも約３％、少なくとも約４％、少なくとも約５％、少なくとも約６％、少なくとも約７％、少なくとも約８％、少なくとも約９％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、または少なくとも約２０％の二次セラミック材料（または二次材料の組み合わせ）を含む。一部の例において、二次セラミック材料は、セラミックの焼結温度を低下させることでグレインサイズを低減することによって、主要セラミック材料のグレイン間にガラス状相を形成して蛇行性クラック成長経路を促進することによって、またはセラミックの強靭化のために他の強化機構（１または複数）によってセラミックの強度を増大させるのに役立つ。一部の例において、セラミックは、セルの内容物（例えば反応性金属および溶融塩）と熱力学的に安定な主要セラミック材料（例えば約５０、６０、７０、８０、９０、９５またはそれ以上を超える重量％）、および十分低量（例えば重量、原子、モルまたは体積基準で、約２０％未満、または約１５％未満）で、熱力学的に安定ではない（例えばセルの内容物に対して安定ではない、および／またはセルの外側の雰囲気に対して安定でない）二次セラミック材料（例えばＭｇＯ）を含む。二次セラミック材料は、主要なセラミック材料のバルク全体を通して分散する粒子として存在してもよい（例えば、二次セラミック粒子の大部分が他の二次セラミック粒子と直接接触しないような様式で）。一部の場合、二次セラミック材料粒子は、応力の局所領域を確立することによって全体のセラミック材料を強化し、クラックチップ偏向およびクラックチップピンニングを促進する。一部の場合、二次セラミック材料は、主要セラミック材料に添加し、全体のセラミック材料のＣＴＥを調整して、金属カラーまたはスリーブまたはセル蓋のＣＴＥとより厳密に一致させてもよい。反応性金属（１または複数）および／または溶融塩（１または複数）および／または空気に曝される場合、表面の二次セラミック粒子は攻撃され得るが、主要セラミック材料のバルク全体を通して分散される二次セラミック粒子は攻撃され得ず、故に、セラミック材料を、反応性金属（１または複数）および／または溶融塩（１または複数）に曝される場合に、化学的に安定にすることができる。

【0149】

一部の例において、こうしたセラミックは、主要なセラミック材料（例えばＹ_２Ｏ_３）および少なくとも約２％、少なくとも約４％、少なくとも約６％、少なくとも約８％、少なくとも約１０％、少なくとも約１２％、または少なくとも約１５％の二次セラミック材料（例えば、ＡｌＮ、Ｂｅ_３Ｎ_２、ＢＮ、Ｃａ_３Ｎ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢｅＯ、ＣａＯ、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＹＰＳＺ、Ｂ_４Ｃ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＴｉＢ_２、カルコゲニド、石英、ガラスまたはこれらのいずれかの組み合わせ）を含む。一部の例において、セラミックは、主に主要セラミック材料（例えばＹ_２Ｏ_３）を、重量で、約２％未満、約４％未満、約６％未満、約８％未満、約１０％未満、約１２％未満、または約１５％未満の二次セラミック材料（または二次セラミック材料の組み合わせ）と共に含む。一部の例において、主要なセラミック材料はＹ_２Ｏ_３である。一部の例において、二次セラミック材料はＭｇＯである。例において、セラミックは、主にＹ_２Ｏ_３と、約１２．５重量％のＭｇＯ粒子と共に含む。一部の場合において、Ｙ_２Ｏ_３および例えば約１２．５重量％ＭｇＯを含むセラミックは、セルおよび／またはシステムの操作温度において、スチールまたはステンレススチール合金（例えば４３０ステンレススチール）のＣＴＥに厳密に一致する（例えば約１０％以下以内）ＣＴＥを有し得る。

【0150】

故に主要なセラミック材料および二次材料の例としては、開示のいずれかのセラミック材料、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ベリリウム（Ｂｅ_３Ｎ_２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化カルシウム（Ｃａ_３Ｎ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）、酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ_２Ｏ_３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、イットリア部分安定化ジルコニア（ＹＰＳＺ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ_２）、カルコゲニド、石英、ガラスまたはこれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。

【0151】

ブレイズは、不活性ブレイズまたは活性ブレイズであることができる。不活性ブレイズは、セラミック材料を溶融および湿潤でき、またはそこに堆積された金属化層を有するセラミック材料を湿潤できる。銅および銀は、不活性ブレイズの例である。活性ブレイズは、セラミックと反応できる（例えばセラミックの金属構成要素を化学的に還元する（例えばＡｌはＡｌＮに還元される））。一部の場合において、活性ブレイズは、セラミック材料と反応する活性金属種、例えばチタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）を有する金属合金を含むことができる（例えばＡｌＮ＋Ｔｉ→Ａｌ＋ＴｉＮまたはＡｌＮ＋Ｚｒ→Ａｌ＋ＺｒＮ）。活性ブレイズはさらに、１つ以上の不活性構成要素（例えばＮｉ）を含むことができる。不活性構成要素（１または複数）は、例えばブレイズの融点を低下させることができ、および／またはブレイズの化学的安定性を改善できる。一部の場合において、活性金属ブレイズはセラミック上でビーズになりおよび／またはセラミックを湿潤しない。

【0152】

シールは、電気化学セルを密封シールできる。一部の場合において、シールは、電気化学セルと接触する雰囲気に対して不活性である。電気化学セルと接触する雰囲気は、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）、またはこれらの組み合わせを含むことができる。一部の場合において、セラミック材料および／またはブレイズ材料は、電気化学セルと接触する雰囲気に対して抵抗性を提供するようにコーティングされる。例えば、コーティングは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、またはこれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。

【0153】

シールは、金属蒸気および溶融塩に対して少なくとも部分的に不活性であることができる。一部の場合において、金属蒸気は、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む。セラミック材料および／またはブレイズ材料は、金属蒸気および金属塩に対して抵抗性を提供するようにコーティングできる。例えば、コーティングは、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、またはこれらのいずれかの組み合わせであることができる。

【0154】

一部の場合において、セラミック材料およびブレイズ材料の熱膨張係数は、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体の熱膨張係数と一致する（例えば約１％以内で、約５％以内で、約１０％以内で、約１５％以内で、約２０％以内で、または約３０％以内で）。一部の場合において、密封ジョイントは、ブレイズが、セラミックおよび／またはシールの他の構成要素またはサブアセンブリ（例えば金属スリーブ）のＣＴＥと比較して同様のＣＴＥを有していない場合に形成できる。

【0155】

シールは、電気伝導性ハウジング、セル（ハウジング）蓋、および／または伝導体と溶接またはブレイズできる。一部の場合において、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体は、４００−シリーズステンレススチール、３００−シリーズステンレススチール、ニッケル、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む。

【0156】

図７は、種々のタイプのスチールおよび絶縁セラミックに関する℃あたりの百万部あたりの部（ｐｐｍ）単位でのＣＴＥを示す。４３０ステンレススチール７０５のＣＴＥは、２５０℃〜８００℃において、約１０ｐｐｍ／℃〜約１２ｐｐｍ／℃でほぼ線形の範囲であることができる。ニッケル−コバルト鉄合金７１０のＣＴＥは、２５０℃〜８００℃において、約５ｐｐｍ／℃〜約１０ｐｐｍ／℃の非線形の範囲であることができる。窒化アルミニウムセラミック７１５のＣＴＥは、２５０℃〜８００℃において、約４．５ｐｐｍ／℃にて相対的に一定であることができる。

【0157】

図８は、種々のタイプのスリーブまたはカラー材料（例えばスチール）、ブレイズ材料および絶縁セラミックに関する℃あたりの部（ｐ）単位でのＣＴＥを示す。スリーブまたはカラー材料は、例えば３０４ステンレススチール８０５、４３０ステンレススチール８１０、４１０ステンレススチール８１５、およびニッケル−コバルト鉄合金８２０を含むことができる。ブレイズ材料としては、例えばニッケル−１００ ８２５、モリブデン（Ｍｏ）８３０およびタングステン（Ｗ）８３５を挙げることができる。セラミック材料としては、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）８４０、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）８４５、グレイン配向に平行な方向における窒化ホウ素（ＢＮ）８５０、グレイン配向に垂直な方向における窒化ホウ素（ＢＮ）８５５、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）８６０およびイットリア部分安定化ジルコニア（ＹＰＳＺ）８６５を挙げることができる。

【0158】

シールのＣＴＥは、いずれかの好適な許容誤差までハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥと一致させることができる。一部の場合において、シールは、電気伝導性ハウジングから伝導体を電気的に隔離し、ここでシールのＣＴＥは、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥとは少なくとも約１％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、または少なくとも約８０％異なり、および／またはこれら未満である。一部の例において、シールは、伝導体を電気伝導性ハウジングから電気的に隔離し、ここでシールのＣＴＥは、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥとは約１％未満、約５％未満、約１０％未満、約１５％未満、約２０％未満、または約３０％未満、約５０％未満、約６０％未満、約７０％未満、約８０％未満で異なるおよび／またはＣＴＥよりこれら未満である。

【0159】

シールのＣＴＥは、操作温度においておよび／またはセルのスタートアップ中（例えば非溶融金属電極から出発）、伝導性ハウジングまたは伝導体に一致させることができる。一部の場合において、シールのＣＴＥは、電気化学セルが操作される温度において、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥとは約５％未満、約１０％未満、約１５％未満、約２０％未満で異なる。一部の例において、シールのＣＴＥは、約−１０℃から操作温度との間のすべての温度において、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥとは約５％未満、約１０％未満、約１５％未満、約２０％未満で異なる。

【0160】

シールを含む材料（例えばセラミック絶縁体、ブレイズ合金、およびスリーブ／カラー）は、セルの内側および／または外部環境と化学的に適合する（例えば接触して安定である）ように選択できる。

【0161】

図９は、一連の温度における種々の材料に関する生成ギブズ自由エネルギー（ΔＧ_ｒ）を示し、負の数は熱力学的により安定である９０５である。例としては、窒化リチウム（Ｌｉ_３Ｎ）９１０、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）９１５および窒化チタン（ＴｉＮ）９２０のΔＧ_ｒ曲線が挙げられる。異なる絶縁セラミック材料の熱力学的評価は、窒化アルミニウム（電気絶縁セラミック）が、リチウムの存在下で安定であることができる（例えばＡｌＮのＮモルあたりのΔＧ_ｒは、Ｌｉ_３Ｎよりも負であるので）ことを示すことができる。また、ＴｉＮのＮのモルあたりのΔＧ_ｒは、Ｌｉ_３Ｎよりも負であり、ＡｌＮよりもさらに負である。故に、チタン−合金ブレイズは、ＡｌＮを化学的に還元でき、ＴｉＮを形成でき（例えば反応ＡｌＮ＋Ｔｉ→ＴｉＮ＋Ａｌによって）、したがってチタン−合金ブレイズと十分結合できる。反応性材料（例えば反応性金属）、セラミックおよびブレイズ材料は、反応性金属−、セラミック−およびブレイズ−窒化物化合物の安定性（例えば規格化生成ギブズ自由エネルギー（ΔＧ_ｒ，ｎ）、例えば各化合物の式の窒化物原子の数によって規格化された窒化物化合物の生成ギブズ自由エネルギー）が順位付けされて存在するように選択できる。窒化物化合物が順位付けされた例において、反応性金属窒化物（例えばＬｉ_３Ｎ）のΔＧ_ｒ，ｎは、ブレイズ窒化物（例えばＴｉＮ）のΔＧ_ｒ，ｎよりも負の値が小さいセラミック窒化物（例えばＡｌＮ）のΔＧ_ｒ，ｎよりも負の値が小さい（すなわちより正である）。この様式で材料を順位付けすることにより、順位付けされた化合物が劣化する駆動力を低減または排除され得る。一部の場合において、ブレイズ材料はまた、反応性材料（例えば反応性金属または溶融塩）中の低い相互溶解性を示しおよび／または反応性材料と反応しない（例えば反応性金属と金属間化合物を形成しない）材料を含む。材料のこうした選択により、反応性材料（例えば反応性金属）、セラミック、およびブレイズ材料の熱力学的安定性を確実にできる。追加の材料は、一部の場合において、こうした順位付けに基づいて添加できる。例えば、構成要素（例えばセラミック）は、より好適な順位付け特徴により２以上の構成要素によって置き換えることができる。

【0162】

ニッケル−コバルト鉄合金、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、および４３０ステンレススチール（４３０ＳＳ）は、例えばニッケル−コバルト鉄合金および４３０ＳＳのリチウムおよび金属構成要素（例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ）がＬｉと金属間化合物を形成せず、それらそれぞれのＬｉへの（又はとの）溶解性が、相対的に低い（例えば約１ｍｏｌ％未満）ことを示す状態図によって示されるように、溶融リチウム（Ｌｉ）の存在下において安定であることができる。チタン−合金ブレイズは、鉄合金、例えばニッケル−コバルト鉄合金および／または４３０ＳＳに結合できる。一部の場合において、ＡｌＮ、チタン−合金、およびニッケル−コバルト鉄合金／４３０ＳＳはすべて、高温にて空気の存在下で安定である。故に、１つの例において、本明細書に記載されるシールを選択する方法は、ＡｌＮを含む絶縁セラミックを含むシール、Ｔｉ合金を含むブレイズ、１つ以上のニッケル−コバルト鉄合金４３０ＳＳおよびジルコニウムを含むスリーブまたはカラーが、好適なシール材料セットを形成することを示す。

【0163】

図３２は、高温デバイスのためのシールを形成する材料を選択するための方法３２００の例である。デバイスは反応性材料を含むことができる。方法は、順位付けされた生成自由エネルギーの選択プロセスを含むことができる。こうした選択プロセスは、長期間の安定性を有するシールへの道を提供できる。こうしたシールは、熱力学的に安定な材料（例えば安定セラミック、安定（活性）ブレイズ材料、セラミックを低減できるブレイズ）を含むことができる。この方法は、材料それぞれの生成ギブズ自由エネルギー（ΔＧ_ｒ）に基づいて一組の材料を順位付けする工程を含むことができる（３２０５）。一部の場合において、ギブズ自由エネルギー比較において比較される材料（すなわち一組の材料）は、１つ以上のシール材料と関連する化合物（例えば一組のシール材料と関連する化合物、例えばセラミック材料およびブレイズ材料と関連する化合物、例えば活性ブレイズ材料）および／または含有されるべき反応性材料と関連する化合物を含む。関連化合物は、それらのΔＧ_ｒに従って順位付けされてもよい（例えば反応性材料Ｌｉと関連するＬｉ_３Ｎ、活性ブレイズ材料Ｔｉと関連する化合物としてのＴｉＮ）。一部の場合において、化合物は共通元素を含む（例えばＬｉ_３Ｎ、ＡｌＮおよびＴｉＮの窒素）を含む。こうした場合において、順位付けは、各材料（例えば関連化合物）の増大するまたは低減する規格化生成ギブズ自由エネルギー（ΔＧ_ｒ，ｎ、ここでΔＧ_ｒ，ｎは、化合物の式において共通元素の化学量論原子数によって除したΔＧ_ｒに等しく、例えばＬｉ_３ＮについてΔＧ_ｒ＝ΔＧ_ｒ，ｎ／１、およびＣａ_３Ｎ_２についてΔＧ_ｒ＝ΔＧ_ｒ，ｎ／２、ここで窒素は共通元素と考えられる）の増減に基づくことができる。共通元素は、反応性材料（例えばＬｉ_３Ｎ）と共に化合物を形成できる。共通元素は、例えば窒素、酸素または硫黄（例えば化合物は窒化物、酸化物または硫化物）であることができる。先に記載されるように、共通元素を含む反応（１または複数）は、選択された順位付けされた材料間の結合に役立ち得る（例えばＡｌＮ＋Ｔｉ→ＴｉＮ＋Ａｌ）。

【0164】

方法はさらに、順位付けされた材料のサブセットを選択する工程を含むことができる（３２１０）（例えば選択された材料が順位付けされたままであるように）。次に、工程３２１５において、方法は、選択された順位付けされた材料に基づいて一組のシール材料（例えばセラミック材料および活性ブレイズ材料）を選択する工程を含むことができる。これは、選択された順位付けされた材料が、シールに提供されおよび／または反応性材料（例えばＬｉ）に曝される場合に劣化する駆動力を排除できる。シール材料の選択された組は、セラミック材料および活性ブレイズ材料を含むことができる。一組のシール材料を選択する工程は、反応性材料と関連する化合物よりも負であるΔＧ_ｒ，ｎを有する関連化合物と共に１つ以上のシール材料（例えば第１のセラミックおよび次いでブレイズ）を選択することを含むことができる。選択（例えば選択の第１の工程）は、電気絶縁性であり、反応性材料（例えばＬｉ_３Ｎ）と関連する化合物よりも負であるΔＧ_ｒ，ｎを有するセラミック材料（例えばＡｌＮ）の選択を含んでいてもよい。選択（例えば選択の第２の工程）は、セラミック材料と等しいまたはセラミック材料よりも負であるΔＧ_ｒ，ｎを有する関連化合物（例えばＴｉＮ）を有する活性ブレイズ材料（例えばＴｉ−合金）の選択を含んでいてもよい。例において、高温デバイスに含有される反応性材料は、リチウム（Ｌｉ）を含む。この例において、選択された順位付けされた材料は、順に、窒化リチウム（Ｌｉ_３Ｎ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および窒化チタン（ＴｉＮ）であることができ；選択されたセラミック材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含むことができ、選択された活性ブレイズ材料はチタン（Ｔｉ）を含むことができる。一部の場合において、活性ブレイズ材料はまた、反応性金属との安定性に基づいて選択される（例えば安定な活性ブレイズ材料は、反応性材料に対する低い（例えば＜１％、＜０．１％）相互溶解性を有してもよく、および／または活性ブレイズ材料および反応性材料は、互いの存在下で安定であってもよく、および／または金属間化合物を形成しなくてもよい）。一部の場合において、選択されたＡｌＮセラミックおよびＴｉ活性ブレイズ材料は、Ｌｉに対して熱力学的に安定である。一部の例において、シールは、反応性材料の存在下で熱力学的に安定なセラミック材料、反応性材料と化学的に安定な活性ブレイズ材料を含んでいてもよく、ここで活性ブレイズ材料は、セラミック材料と化学的に反応し（例えばＴｉ＋ＡｌＮ→ＴｉＮ＋Ａｌ）、その反応の化合物生成物（例えばＴｉＮ）は反応性材料の存在下で安定である。

【0165】

方法３２００はさらに、シールに接合するためのスリーブまたはカラーを選択する工程（３２２０）および／またはスリーブまたはカラーに接合するためのデバイスの容器を選択する工程（３２２０）を含むことができる。本明細書において他の場所でより詳細に記載されるように、スリーブまたはカラーは、シールおよび／またはデバイスの１つ以上の他の材料と化学的に適合性である材料を含むことができ、容器は、スリーブまたはカラーおよび／またはデバイスまたはシールの１つ以上の他の材料と化学的に適合性である材料を含むことができる。一部の場合において、選択された順位付けされた材料の１つ以上のペアは、ＣＴＥ一致できる。方法３２００の工程は、異なる順序で行われてもよく、または１つ以上の工程は省略されてもよい。さらに、方法３２００は、一部の場合には、追加または異なる工程（１または複数）を含んでいてもよい。

【0166】

ＣＴＥ不一致を補うことができる構造特徴要素
熱膨張係数（ＣＴＥ）は、シールを設計する場合に考慮されてもよい。種々の材料間における熱膨張係数不一致（ＣＴＥ不一致）は、初期製作加熱および高温シールのブレイズプロセス中において主要な懸案事項ではない場合がある（例えば構成要素は結合されない場合があり、これにより界面のスライドが可能であるため）。一部の例において、冷却中（例えばブレイズが溶融し、結合し、固化した後）、材料は、異なる割合で収縮できる（例えば絶縁体および金属スリーブは大きな応力に曝され得る）。故に、１つ以上の転移ピースが添加されてもよい。転移ピースは、絶縁体およびセル頂部の中間のＣＴＥ値を有していてもよく、および／またはバネ様設計特徴要素を有することができる（例えばニッケル−コバルト鉄合金または４３０ＳＳまたはジルコニウムスリーブ）。一部の場合において、転移ピースは絶縁体に比べて薄い（例えば転移ピースは、絶縁体の厚さの約５０％未満、または約１０％未満の厚さを有することができる）。一部の場合において、ブレイズ材料は、意図された溶接ジョイントから分離される（例えば遠ざけられる）。一部の場合において、シールは、化学的に安定な材料セット（例えば窒化アルミニウムセラミック、チタン−合金ブレイズ、およびニッケル−コバルト鉄合金または４３０ステンレススチールスリーブ）を含み、ＣＴＥ一致でき、またはＣＴＥの差に適応できる設計を有することができる。

【0167】

一部の場合において、シールは、ＣＴＥに厳密に一致されるおよび／またはハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥに一致する材料を含まない。ＣＴＥの不一致は、シールが、密封シールされおよび／または好適な電気絶縁を形成する（例えばバッテリの操作温度において）ように、構造上の特徴要素および／または幾何学形状によって、および／または続く１つ以上のバテッリのスタートアップ（例えば液体金属電極の溶融）によって補うことができる。

【0168】

一部の実施において、電気化学セルは、少なくとも約２００℃の操作温度で液体である液体金属を含む電気伝導性ハウジングを含む。一部の場合において、操作温度は少なくとも約３５０℃である。一部の例において、電気化学セルは、少なくとも約５０ワット時のエネルギーを貯蔵できる。液体金属は、電気化学セルの充電／放電中の電荷を貯蔵／放出するように構成できる。電気化学セルは、液体金属と電気的に接触した伝導体を含むことができ、伝導体は、電気伝導性ハウジングのアパーチャを通して電気伝導性ハウジングから突出する。電気化学セルは、電気伝導性ハウジングに伝導体をシールするシールを含むことができる。一部の場合において、シールは、伝導体を電気伝導性ハウジングから電気的に隔離し、ここでシールを含む材料のＣＴＥは、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体と同じではない。シールは、電気化学セルは密封シールされるような形状（すなわち好適な幾何学形状）を有することができる。

【0169】

シール、伝導性ハウジングおよび／または伝導体の材料は、いずれかの量のＣＴＥ不一致を有することができる。一部の場合において、シール材料（またはこれらの一部）のＣＴＥは、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥとは約１％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約１００％、約１２５％、約１５０％、約３００％、約４００％、約５００％、約６００％、または約７００％で異なる。一部の場合において、シール（またはこれらの一部）のＣＴＥは、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥとは少なくとも約１％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約１００％、少なくとも約１２５％、少なくとも約１５０％、少なくとも約３００％、少なくとも約４００％、少なくとも約５００％、少なくとも約６００％、または少なくとも約７００％で異なる。一部の場合において、第１のシール材料（例えば金属カラー）のＣＴＥは、第２のシール材料（例えば電気的に隔離したセラミック）のＣＴＥとは約１％未満、約５％未満、約１０％未満、約１５％未満、約２０％未満、約２５％未満、約３０％未満、約４０％未満、約５０％未満、約６０％未満、約７０％未満、約８０％未満、約９０％未満、約１００％未満、約１２５％未満、約１５０％未満、約３００％未満、約４００％未満、約５００％未満、約６００％、または約７００％未満で異なる。一部の場合において、第１のシール材料（例えば金属カラー）のＣＴＥは、第２のシール材料（例えば電気的に隔離したセラミック）のＣＴＥとは約１％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約１００％、少なくとも約１２５％、少なくとも約１５０％、少なくとも約３００％、少なくとも約４００％、少なくとも約５００％、少なくとも約６００％、または少なくとも約７００％で異なる。

【0170】

シールのＣＴＥは、操作温度および／またはセルのスタートアップ中（例えば非溶融金属電極から出発）、伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥに対して不一致であることができる（例えば意図的にまたは故意に不一致にさせることができる）。一部の場合において、シールのＣＴＥは、電気化学セルが操作される温度において、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥとは少なくとも約１０％で異なる。一部の例において、シールのＣＴＥは、約−１０℃から操作温度のいずれかまたはすべての温度（例えば、少なくとも約２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、または５００℃）において、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体のＣＴＥとは少なくとも約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、４０％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、または３００％で異なる。

【0171】

一部の場合において、シールの幾何学形状は、可撓性金属構成要素に結合したセラミック材料を含む。可撓性金属構成要素は、電気伝導性ハウジングおよび／または伝導体に対して接合（例えば溶接またはブレイズ）できる。

【0172】

図１０は、ＣＴＥの不一致に関して補うことができる特徴要素の例を示す；例は、ＣＴＥ不一致に適応できるいずれかの構成でフィン、カットまたはベンドを含む（例えば空間柔軟性によって）。例えば、ベンドは、正弦波（水平１００５または垂直１０１０のいずれか）、楕円または環状１０１５、シャープなベンド１０２０などであることができる。特徴要素は、セルおよび／または集電体の頂部の上方、下方またはそれらと同一線上の点において取り付けできる。特徴要素は、セルハウジングおよび／または伝導性フィードスルーに接合でき、それらの一部であることができ、および／またはそれらから切り取ることができる。特徴要素は、コーティングされることができる（例えばセルの内部または外部環境に対する化学的安定性を改善するために）。配向、厚さおよび／または形状は、振動および機械的力からの欠陥に対する安定性および抵抗性を増大するように最適化できる。

【0173】

低ＣＴＥ不一致のための材料選択
一部の場合において、シールの１つ以上の電気伝導性構成要素は、電気絶縁セラミックと一致するまたは約１％、２％、５％、１０％または２０％以内であるＣＴＥを有する電気伝導性セラミック（例えば炭化タングステン）を含む。電気伝導性（ＣＴＥ一致した）セラミックは、絶縁セラミック構成要素および金属カラーの両方に接合できる。接合プロセスは、ブレイジング、拡散結合および／または溶接を含んでいてもよい。伝導性セラミックは、例えば炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、および／または他の炭化物を含んでいてもよい。伝導性セラミックは、伝導性セラミックに対するブレイズの直接湿潤が可能である金属（例えばＣｏまたはＮｉ）の一部（例えば重量、原子、モルまたは体積組成の観点で約２％〜１０％、少なくとも約２％、少なくとも約３％、少なくとも約４％、少なくとも約５％、少なくとも約６％、少なくとも約７％、少なくとも約８％、少なくとも約９％または少なくとも約１０％）と焼結されてもよい。

【0174】

一部の場合において、シールの電気伝導性構成要素は、低ＣＴＥ（例えば約１ｐｐｍ／℃未満、約２ｐｐｍ／℃未満、約３ｐｐｍ／℃未満、約４ｐｐｍ／℃未満、約５ｐｐｍ／℃未満、約６ｐｐｍ／℃未満、約７ｐｐｍ／℃未満、約８ｐｐｍ／℃未満、約９ｐｐｍ／℃未満、約１０ｐｐｍ／℃未満、または約１５ｐｐｍ／℃未満）、低ヤング率（例えば約０．１ＧＰａ未満、約０．５ＧＰａ未満、約１ＧＰａ未満、約１０ＧＰａ未満、約５０ＧＰａ未満、約１００ＧＰａ未満、約１５０ＧＰａ未満、約２００ＧＰａ未満、または約５００ＧＰａ未満）、高延性（例えば降伏強度の約１００％を超える、約２００％を超える、約３００％を超える、約４００％を超える、または約５００％を超える最終強度）またはこれらのいずれかの組み合わせを有する金属を含む。一部の場合において、最終強度は、十分な延性を有するように材料の降伏強度の約５０％を超える、約１００％を超える、または約２００％を超えることができる。一部の場合において、電気伝導性構成要素は、電気伝導性セラミックを含まない。低ＣＴＥ、低ヤング率および／または高延性構成要素の特徴は、セラミックの応力集中を低くでき、欠陥の可能性を低減できる。これらの仕様を満たす金属（内部および外部セル環境に対する腐食耐性に加えて）としては、例えばジルコニウム（Ｚｒ）、高ジルコニウム含有量合金、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、またはモリブデン（Ｍｏ）を挙げることができる。

【0175】

一部の実施において、シールは、セラミック、１つ以上のブレイズ材料および１つ以上の金属カラーを含む。例えば、２つの金属カラーは、セラミックに接合されてもよく、セラミックの両側の１つに接合されてもよい。こうした金属カラーそれぞれはさらに、追加の金属カラー（１または複数）に接合されてもよい。故に、化合物金属カラーは、２つ以上の金属カラーを含むものが創出され得る。一部の例において、化合物金属カラーは、少なくとも２つの金属カラーを含み、これらのうち少なくとも１つの金属カラーは、セラミックに好適に接合される材料を含み（１つのタイプのブレイズを用いる）、少なくとも１つの金属カラーは、シールまたはセルの別の構成要素に好適に接合される材料を含む（例えば別のタイプのブレイズを用いる）。２つの金属カラーはまた、接合されてもよい（例えばさらに別のタイプのブレイズを用いる）。一部の例において、シールの金属カラーを互いにおよび／またはセルの他の部分に接合するために使用されるブレイズの少なくとも一部（例えばすべて）は、同じタイプであってもよい。他の例において、ブレイズのすべては、異なるタイプであってもよい。さらに、１つ以上の金属カラーは、ブレイズではなく溶接されてもよく、または溶接およびブレイズされてもよい。シールは、１つ以上の化合物金属カラーを含んでいてもよい。一部の例において、シールは、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、４０またはそれ以上の個々の金属カラーを含む。例において、シールは、２つの化合物金属カラーを形成する４つの個々の金属カラーを含む。一部の例において、個々の金属カラーの少なくとも一部は、同じ材料を含んでいてもよい。例えば、同じ材料を含む金属カラーは、金属カラーを同様の材料（例えば同様のセルハウジングまたは伝導体材料）と接合するために使用されてもよい。

【0176】

一部の場合において、シールは、セラミック、ブレイズ材料、第１の（例えば薄い）金属カラー、および／または第２の金属カラーを含む。第１の金属カラーは、セラミックに対してブレイズされてもよく、第２の金属カラーは第１の金属カラーにブレイズされてもよい。一部の場合において、第１の金属カラーは、低ＣＴＥ材料、例えばジルコニウム（Ｚｒ）またはタングステン（Ｗ）であり、第２の金属カラーは、鉄合金、例えばスチール、ステンレススチールまたは４００シリーズステンレススチール（例えば４３０ステンレススチール）である。一部の例において、第１の金属カラーは、約１０マイクロメートル（μｍまたはミクロン）厚さ、約２０μｍ厚さ未満、約５０μｍ厚さ未満、約１００μｍ厚さ未満、約１５０μｍ厚さ未満、約２５０μｍ厚さ未満、約５００μｍ厚さ未満、約１，０００μｍ厚さ未満、約１，５００μｍ厚さ未満、または約２，０００μｍ厚さ未満である。

【0177】

一部の場合において、シールは、セラミック、ブレイズ、第１の金属カラー、第２の金属カラー、および第３の金属カラーを含む。第１の金属カラーは、セラミックの１つの部分に接合されてもよく、第２の金属カラーは第１の金属カラーに接合されてもよい。第３の金属カラーは、第１の金属カラーおよび第３の金属カラーが、電子絶縁セラミック材料によって分離されるように、セラミックの異なる部分に接合されてもよい。第１の金属カラーとセラミックとの間および第３の金属カラーとセラミックとの間のジョイントの両方が密封性であってもよい。一部の場合において、シールはさらに、第３の金属カラーに接合する第４の金属カラーを含む（例えば第１の金属カラーはセラミックの１つの部分に接合され、第２の金属カラーは第１の金属カラーに接合され、第３の金属カラーはセラミックの別の部分に接合され、第４の金属カラーは第３の金属カラーに接合される）。第１の金属カラーを第２の金属カラーを接合するために使用されるブレイズ材料は、本明細書に記載されるブレイズ組成物のいずれかを含んでいてもよく、または同様であってもよい。第１の金属カラーまたは第２の金属カラーは、セル蓋に接合されてもよい（例えば本明細書に記載されるブレイズ組成物のいずれかと同様のブレイズ組成物を用いてまたは溶接される）。第３の金属カラーは、第４の金属カラーにまたは負極電流リードに直接接合されてもよい（例えば開示のブレイズ組成物のいずれかを用いてブレイズされる）。

【0178】

図２３は、１つのセラミック構成要素（例えばＡｌＮ）２３０５を含むシール２３００の例である。セラミック構成要素はワッシャーであってもよい。セラミック構成要素は電気絶縁性であってもよい。セラミック構成要素２３０５は、第１の金属−セラミック間ジョイント（例えばブレイズ）２３１５を介して第１の金属カラー（例えばＺｒ）２３１０と接合される。第１の金属カラー２３１０は、第１の金属間ジョイント（例えば溶接、ブレイズ）２３２５を介して第２の金属カラー（例えば４３０ＳＳ）２３２０と接合される。第２の金属カラー２３２０は、第２の金属間ジョイント（例えば溶接、ブレイズ）２３３５を介して、セル蓋（例えば４３０ＳＳ）２３３０に接合される。シールはさらに、第２の金属−セラミック間ジョイント（例えばブレイズ）２３４５を介してセラミック構成要素２３０５に接合される第３の金属カラー（例えばＺｒ）２３４０を含む。第３の金属カラー２３４０は、第３の金属間ジョイント（例えば溶接、ブレイズ）２３５５を介して伝導体（例えば負極電流リード）２３５０と接合される。シール２３００は、１つ以上のギャップ（例えば空気ギャップ）２３６０を含んでいてもよい。

【0179】

一部の場合において、第１の、第２の、第３の、および／または第４の金属カラーは、本明細書において他の場所でより詳細に記載される接合された材料のＣＴＥの不一致を緩和するために構造上の特徴要素を含む。こうした構成は、単純な溶接（例えばＴＩＧ溶接またはレーザー溶接）またはブレイジングによって、１つ以上の金属カラー（例えば第１の金属カラー、または第３の金属カラー）に対するセラミックの機械的にロバストな接合、およびセル蓋または電流伝導性ロッド（本明細書においては「伝導体」も同様）に対する１つ以上の金属カラー（例えば第２の金属カラー、または第３のもしくは第４の金属カラー）の接合を可能にしてもよい。

【0180】

ブレイズされたセラミックシール
ブレイズされたセラミックシールは、反応性材料（例えば液体金属を有する電気化学セル）を含むシステムまたは容器を密封シールおよび／または電気的にシールするために使用されてもよい。図１１は、ブレイズされたセラミックシールを有する電気化学セルを示す。セルハウジング１１０５は、空のヘッドスペース１１１０、溶融負極（例えば放電中のアノード）１１１５、溶融正極（例えば放電中のカソード）１１２０およびその間に配設される溶融電解質１１２５を有することができる。液体金属アノードは、ハウジングを通過し、負極端子として作用する伝導性フィードスルー１１３０と接触できる。伝導性フィードスルーは、シール１１３５によってハウジングから電気的に隔離できる。液体金属カソードは、正極端子として作用できるハウジングと接触できる。

【0181】

一部の場合において、ブレイズされたセラミックシールは、サブアセンブリを含む。サブアセンブリは、１つ以上（例えば２つ）の可撓性のバネ様構成要素（本明細書においては金属スリーブと称される）に結合した絶縁セラミックを含むことができる。サブアセンブリが製作された後、スリーブは、他のセル構成要素、例えばセル蓋および／または負極電流リードにブレイズできるまたは溶接できる。あるいは、ジョイントのすべては、ブレイジングによって完全なキャップアセンブリに創出できる（例えば許容誤差限界が十分厳しい場合）。ブレイズ材料と材料が曝される雰囲気との間の化学的適合性ならびに高温操作および熱サイクリング中の熱ロバスト性は、サブアセンブリの設計中に評価できる。一部の例において、セラミック材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）であり、ブレイズは、チタン合金、チタンドープされたニッケル合金、ジルコニウム合金またはジルコニウムドープされたニッケル合金である。

【0182】

図１２は、セルの内部１２０５および外部１２１０環境に対して熱力学的に安定な材料でブレイズされたセラミックシールの概略図を示す。こうした材料はコーティングを必要としない場合がある。種々の材料は、１つ以上の幾何学形状または構造上の特徴要素１２１５（例えば可撓性金属ベンド、フィンまたはフォールド）で適応できる不一致ＣＴＥを有することができる。ＣＴＥ適応特徴要素１２１５は、一方の端部においてセルハウジング１２２０（例えば４００−シリーズステンレススチール）に溶接でき、他方の端部においてセラミック材料１２３５の第１の金属化表面１２３０にブレイズできる１２２５。セラミック材料１２３５は、本明細書に記載されるように、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）または酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）であることができる。セラミック材料は、ブレイズ１２４５によって集電体（伝導性フィードスルー）１２４０にブレイズできる。ブレイズ１２４５は、例えば鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）を含むことができる。ブレイズ１２４５は、セラミック１２５０の第２の金属化合物表面と接触できる（例えばチタンまたは窒化チタン）。互いに隣接して配置される材料のいくつかの層は不一致を緩和できるＣＴＥ勾配をもたらすことができる。

【0183】

図１３は、セラミックおよび／またはブレイズ材料が内部１２０５および外部１２１０環境に対して熱力学的に不安定であるシールを示す。一部の例において、コーティングが、シールまたはエンクロージャ構成要素の外側１３０５および／または内側１３１０に適用できる。

【0184】

図１４、図１５、図１６および図１７は、ブレイズされたセラミックシールのさらなる例を示す。一部の場合において、シールは、大きな距離でハウジング上方に延びる。図１４は、セル上のシールの例を示し、これは有利なことには、コーティングを必要とせず、ＣＴＥ不一致適応特徴要素を必要とせず、および／または操作、製作または輸送の間の振動および機械的力に対して増大した構造上の安定性を提供できる。この例において、ハウジング１４０５は集電体１４１０からシールできる。この配列は、セルの外側１４２０からセルの内側１４１５を密封シールできる。シールの構成要素は、垂直に配列でき、第１のブレイズ１４２５、セラミック１４３５、セラミックの第１の金属化表面１４３０、第２のブレイズ１４４０、およびセラミックの第２の金属化表面１４４５を含むことができる。

【0185】

図１５は、操作、製造および輸送中の振動および機械的力に対して構造上の安定性を提供できるシール１５２０を示す。この例において、ＣＴＥ適応特徴要素１５０５は、ハウジング１５１０と集電体１５１５との間に配設される。シール１５２０は、セラミックおよびセラミックの金属化表面と接触する２つのブレイズを含むことができる。一部の場合において、シールは、内側１５２５および／または外側１５３０にコーティングされる。一部の場合において、コーティング（１または複数）は、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を含むことができる。

【0186】

図１６は、二次機械的負荷保持構成要素１６０５を有するシール１６１０を示す。負荷保持構成要素は、一部の場合において電気絶縁性である。一部の例において、負荷保持構成要素は密封シールを形成しない。シール１６１０（例えばセラミック、セラミックの金属化表面と接触する２つのブレイズなどを含む）は、集電体１６２０からセルハウジング１６１５を密封シールできる。

【0187】

図１７は、二次バックアップシール１７０５（例えば主要シール１７１０に欠陥がある場合）の例を示す。二次シールはまた、主要シールに欠陥がある場合に主要シール上に落ちるおよび／またはそのシールにわたって結合できる。一部の場合において、二次シールは、主要シールの欠陥の場合に溶融し、流動性になるガラスを含む。溶融二次シールは、欠陥を生じた主要シールに注ぎ落すことができ、リークをブロックできる。一部の場合において、シール１７０５および／またはシール１７１０は、軸対称であることができる（例えばセル蓋のアパーチャを通して垂直軸の周りのドーナツ形状）。

【0188】

図１８は、シール構成またはサブアセンブリ（例えば酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）コーティングおよび鉄系ブレイズまたはチタン系ブレイズを有するアルミナまたはジルコニアシール）の別の例を示す。シールはカラー１８０５を含むことができる。カラーは、機械的支持体を提供できる。カラーは、ロッドに溶接されたフェライトステンレススチールを含むことができる。シール構成は、伝導体１８１０を含むことができる。伝導体は、フェライトステンレススチール（例えば約１２のＣＴＥを有する）から製造できる。伝導体は、１つ以上の反応性材料に対して耐性（例えば液体リチウムに対して耐性）であることができる。伝導体は、相転移により機械的特性または形態を変化させる可能性は低い。伝導体は、３０４ステンレススチールよりも約４０％高い電気伝導率を有することができる。シールはブレイズ１８１５を含むことができる。ブレイズは、セラミックワッシャー１８２０の上方および下方に配設できる。ブレイズは鉄系であることができる。ブレイズは、約１２のＣＴＥを有することができ、高温に耐えることができる（例えば８５０℃以上）。セラミックワッシャー１８２０は、アルミナ（例えば約７のＣＴＥを有する）、またはジルコニア（例えば約１１のＣＴＥを有する四角形）で製造できる。ジルコニアワッシャーの低ＣＴＥ不一致は、クラッキングなく、より高いブレイジング温度が可能になり得る。セルハウジング１８２５は、フェライトスチールから製造でき、セラミックを通した機械的支持体をカラーに提供できる（例えばセラミックワッシャー）。シール構成は、コーティング（例えばスプレーコーティング）１８３０（例えば酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を含む）を含むことができる。コーティングは、セルハウジング（例えば蓋）に提供できる。コーティングは、反応性材料（例えばリチウム（Ｌｉ）蒸気）に対して抵抗性であり、安価でありおよび／またはセラミック適合性を緩和できる。

【0189】

ブレイズ界面の長さ（例えば水平範囲）は、ブレイズされている最も薄い構成要素の厚さの約３〜６倍であることができる。厚さとブレイズ界面長さとの比が低過ぎる場合（例えば約３未満）、シール領域は、機械的に弱すぎる場合があるので、ブレイズされたジョイントを共に保持できない。比が高過ぎる場合（例えば約６を超える）、ＣＴＥ不一致によるスリーブに対する応力により、スリーブが破断し、セラミックから離れる場合がある。一部の場合において、ブレイズ界面は、高温でジョイントを形成し、製作後に室温まで冷却することによって誘導されたスリーブ、ブレイズおよびセラミックのＣＴＥ不一致によって誘導される応力を吸収する。

【0190】

図１９は、金属スリーブの厚さの約３〜６倍に等しいブレイズ長さを有するサブアセンブリの例を示す。金属スリーブ（例えばニッケル−コバルト鉄合金、ジルコニウム合金）は、約０．０１インチ、約０．００８０インチ、約０．００６０インチ、約０．００３０インチ、または約０．００１５インチの厚さを有することができる。サブアセンブリは、ブレイズ１９０５、１つ以上の（例えばニッケル−コバルト鉄合金またはステンレススチール）スリーブ（例えば１９１０および１９１５）および絶縁体１９２０を含むことができる。

【0191】

図２０は、ＣＴＥ不一致に適応できるサブアセンブリの形状の例を示す。サブアセンブリ（すなわちシール）は、スリーブ（例えばニッケル−コバルト鉄合金スリーブ）２００５および絶縁体（例えばセラミック）２０１０を有することができる。圧縮力は、示された矢印２０１５の方向に作用し得る。セラミック材料は、高い圧縮レベルに耐えることができる。一部の場合において、シール設計は、信頼性のあるシールを提供するためにセラミックのこの特徴を利用できる。圧縮シールを製造するために、シールの外側材料は、シールの内側材料よりも高いＣＴＥ値を有することができる。加工処理および製作の間、サブアセンブリは加熱されることができ、材料を膨張させる。ブレイズの融点に到達した後、ブレイズジョイントが形成でき、冷却時においてはより高いＣＴＥ材料が、内側材料よりも高い割合で収縮でき、圧縮シールを創出する。高温ブレイジング操作および後続の冷却により、スリーブ（例えばニッケル−コバルト鉄合金またはステンレススチールスリーブ）は、中心の絶縁体の収縮が少ないので、圧縮力をシールされた結合界面に適用できる（例えばニッケル−コバルト鉄合金またはステンレススチール／絶縁体界面）。図２０の例は、シーリングジョイントを形成するためにＴｉ−合金ブレイズを利用し、冷却中に形成された圧縮力２０１５を利用して、スリーブ２００５（例えばニッケル−コバルト鉄合金スリーブ）を絶縁体（例えばセラミック）２０１０に押し付けるので、安定なロバスト性のシールを提供する。図２０のシールは、周方向シールの例である。

【0192】

図２１は、複数のセラミック構成要素を含むシール２１００の例である。セラミック構成要素はワッシャーであってもよい。セラミック構成要素は電気絶縁性であってもよい。シールは、セルハウジング（例えばセル蓋）２１２５から伝導体（例えば負極電流リード）２１２０を電気的に隔離できる（例えば密封シールによって）。図２１のシールは、積み重ねたシール設計の例である。このシール設計において、３つの別個のセラミック構成要素（例えばＡｌＮ）２１０５ａ、２１０５ｂおよび２１０５ｃは、互いに重なり合って垂直に位置付けられる。セラミック構成要素（例えば絶縁体）は、１つ以上の金属スリーブまたはカラー２１１０、２１１５および２１３０（例えば可撓性ジョイントを形成するジルコニウム金属、ジルコニウム合金、またはニッケル−コバルト鉄合金）の間に配設される。一部の場合において、カラー２１３０は使用されなくてもよく、カラー２１１５はセルハウジング２１２５に直接接合されてもよい。セラミック２１０５ｂは、シーリングを提供してもよい。セラミック構成要素２１０５ａおよび２１０５ｃは、応力および／またはシールのための支持体を提供してもよい。セラミック構成要素２１０５ａおよび２１０５ｃはシーリングを提供してもよく、または提供しなくてもよい。一部の状況において、セラミック構成要素２１０５ａおよび２１０５ｃは破断してもよい（例えば破断して離れ落ちてもよい）。こうした状況において、中心（この場合は中央）セラミック構成要素によって提供されるシーリングは、影響され得ない。

【0193】

セラミック構成要素２１０５ｂは、第１の金属−セラミック間ジョイント（例えばブレイズ）２１３５を介して第１の金属カラー（例えばＺｒ）２１１５に接合される。第１の金属カラー２１１５はさらに、第４の金属−セラミック間ジョイント２１７０を介してセラミック構成要素２１０５ａに接合されてもよい。一部の場合において、第１の金属−セラミック間ジョイント２１３５および第４の金属−セラミック間ジョイント２１７０は、同じタイプのジョイントである（例えば同じブレイズ材料を含む）。第１の金属カラー２１１５は、第１の金属間ジョイント（例えば溶接、ブレイズ）２１４０を介して第２の金属カラー（例えば４３０ＳＳ）２１３０に接合される。第２の金属カラー２１３０は、第２の金属間ジョイント（例えば溶接、ブレイズ）２１４５を介して、セル蓋（例えば４３０ＳＳ）２１２５に接合される。シールはさらに、第２の金属−セラミック間ジョイント（例えばブレイズ）２１５０を介してセラミック構成要素２１０５ｂに接合される第３の金属カラー（例えばＺｒ）２１１０を含む。第３の金属カラー２１１０はさらに、第３の金属−セラミック間ジョイント（例えばブレイズ）２１６５を介してセラミック構成要素２１０５ｃに接合されてもよい。一部の場合において、第２の金属−セラミック間ジョイント（例えばブレイズ）２１５０および第３の金属−セラミック間ジョイント２１６５は、同じタイプのジョイントである（例えば同じブレイズ材料を含む）。第３の金属カラー２１１０は、第３の金属間ジョイント（例えば溶接、ブレイズ）２１５５を介して伝導体（例えば負極電流リード）２１２０と接合される。シール２１００は、１つ以上のギャップ（例えば空気ギャップ）２１６０を含んでいてもよい。

【0194】

一部の場合において、シーリングは、積み重ねた様式においてセラミック（例えば図２１の界面／ジョイント２１５０および２１３５に沿って）の平行面の両側に接合された金属カラー（例えば図２１において金属カラー２１１０および２１１５）に接合された中心セラミック（例えば図２１の中央セラミック２１０５ｂ）によって提供される。２つの追加のセラミック構成要素（例えば図２１において頂部セラミック２１０５ａおよび底部セラミック２１０５ｃ）は、設計に含まれ、中心セラミック（例えば図２１のブレイジング界面／ジョイント２１７０および２１６５に沿って）に結合された面と反対の各金属カラーの面に接合される。３つのセラミック構成要素を有する積み重ねた構成は、金属カラーの両側において対称なブレイズ長さを創出し得る。金属カラーの両側における対称なブレイズ長さを含むブレイズジョイントは、金属カラーの対称的な力を創出し得る。これは、ブレイズジョイントの強度全体を向上し得る（例えば応力集中を最小限にし、張力下で金属、圧縮下セラミック構成要素を配置することによって）。一部の場合において、平坦な金属表面に結合される平坦なセラミック表面を含むジョイントは、面シールであると考えられる。

【0195】

異なる適用が異なるシール設計から有益となり得る。周方向（例えば円錐）シール設計（例えば図２０を参照）は、単一セラミック構成要素を有するロバスト性シール設計を提供し得る。セラミック上の角度のある周方向表面により、容易なアセンブリが可能となり得る（例えばこうした部分は、許容誤差が厳密な固定器具を必要とすることなく、またはブレイジングの前に注意深いアセンブリを必要とせずに適切な構成になり得る）。周方向設計は、一部の場合において、ブレイジング温度から冷却した後にセラミック上の金属によって働く主要な力が半径方向に対称性の圧縮力であり得るので（例えば張力よりも圧縮において一般に強いセラミックのため）、金属カラーとセラミックとの間のより大きなＣＴＥ不一致に耐えることができる。積み重ねたシール設計（例えばただ１つのセラミックを用いるスタックされた設計の特別な場合と考慮され得る図２１または図２３を参照のこと）は、周方向シールによって必要とされ得るような、外側直径を機械加工する代わりに、および／または特定の円錐角度（例えば垂直配向に対して約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０、または７５度、これらの角度未満または少なくともこれらの角度の円錐角度）に対してセラミックの側部を機械加工する代わりに、セラミックの頂部および底部において平坦な平行表面のより単純な機械加工に基づいて低コストの構成要素が可能となり得る。スタックされた設計はまた、（例えばシーリング界面が設計高さに対して垂直であるので）より低いシール高さを有する設計が可能となり得る。開示のシール（例えば図２０、図２１、および図２３のシール）は、シールに対する応力を平衡化するのに役立つように軸に対して対称であり得る。一部の構成において、積み重ねた構成は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０またはそれ以上のセラミック構成要素を含んでいてもよい。セラミック構成要素の数は、所与のシール構成において力を平衡化するように構成されてもよい。一部の場合において、セラミック構成要素は、中心（例えば中央）セラミック構成要素の２つの側に対称に分配されてもよい。一部の場合において、セラミック構成要素は、中心（例えば中央）セラミック構成要素の２つの側において非対称に分配されてもよい。一部の場合において、セラミック構成要素は、シーリングを提供する１つ以上のセラミック構成要素（例えば２つの側において）の周りにいずれかの構成において分配されてもよい。さらに、セラミック構成要素および／または金属カラーの厚さは、所与のシール構成において力を平衡化するために選択されてもよい。例えば、セラミックに接合されたまたは結合された金属カラー（例えば第１の金属カラーまたは第３の金属カラー）は、第１の厚さを有していてもよく、他の金属カラーにのみ接合または結合する金属カラー（例えば化合物金属カラーにおいて）は、第２の厚さを有していてもよく、伝導体、セルハウジング蓋および／またはハウジングの他の部分に接合または結合される金属カラーは、第３の厚さを有していてもよい（例えば第３の厚さは、金属カラーがまたセラミックに直接接合される場合には第１の厚さに等しくてもよい）。

【0196】

ブレイジングは、スリーブまたは可撓性ジョイント（例えば図２１に示されるような平衡化シール）の両側においてまたはジョイント（例えば図２３に示されるような非平衡化シール）の一方の側にだけ提供できる。各金属スリーブの両側のブレイジングは、シーリング界面が直面する力を平衡化できる。平衡化シール設計の利点は、システムの冷却中に存在し、セラミックに適用される力を制限し、トルクを最小限にできることであり得る。こうした構成は、張力下にスリーブ（例えばニッケル−コバルト鉄合金スリーブ）および圧縮下にセラミックを配置できる。例において、シールの平衡化は、応力（例えば製作後冷却プロセス中に発生する応力）をセラミックの張力強度よりも小さくできる。別の例において、シールの平衡化は、歪（例えば製作後の冷却プロセスの中に発生する歪）を、セラミックの歪強度（例えばセラミックが破断前に耐えることができる最大歪）よりも小さくできる。セラミックは所与の強度を有していてもよい。一部の例において、セラミック材料、例えばＡｌＮ、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、ＴｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４の強度値（例えば張力強度、最終強度、降伏強度）は、約１０メガパスカル（ＭＰａ）、５０ＭＰａ、１００ＭＰａ、１５０ＭＰａ、２００ＭＰａ、２５０ＭＰａ、３００ＭＰａ、３５０ＭＰａ、４００ＭＰａ、４５０ＭＰａ、５００ＭＰａ、５５０ＭＰａ、６００ＭＰａ、６５０ＭＰａ、７００ＭＰａ、７５０ＭＰａ、８００ＭＰａ、９００ＭＰａ、１，０００ＭＰａ、１，５００ＭＰａ、２，０００ＭＰａ、３，０００ＭＰａ、または５，０００ＭＰａより大きくできる。

【0197】

図２２は、ＣＴＥの不一致により、シールのための製作後の冷却プロセス中に発生する応力および歪を予測するコンピュータによるモデルからの結果の画像を提供することによってシールにおける力の例を示す（可塑変形を組み込むことはない）。モデルは、８５０℃において接触界面においてセラミックおよび金属構成要素を共に接合すること、および２５℃にシステムを冷却することを含むプロセスに関して線形弾性モデルを用いて得られたセラミックおよび金属構成要素を共に接合することを含むプロセスのために線形弾性モデルを用いて得られるミーゼスの応力分布（例えば応力誘導された機械的欠陥の可能性についての洞察を与える、立体的三次元で適用される力に基づく計算された応力分布、例えば計算されたミーゼス応力が材料の強度を超える場合に、材料は機能しなくなると予測される）。図２２の左側の例の画像において、シールは、１つだけのセラミック絶縁体を含む（例えば図２３に示されるように）。図２２の右側の例の画像において、シールは、３つのセラミック絶縁体を含む（例えば図２１に示されるように）。これらの例に示されるように、図２２の左側の単一セラミックシールは、図２２の右側の３つのセラミックシールよりも大きなミーゼス応力および／または歪に供され得る。図２２のシェードは、ミーゼス応力の異なるレベルを表し、応力が増大する方向の矢印２２０５によって示されるように、白色は０応力であり、黒色は規模で最大応力である。

【0198】

サブアセンブリが冷却される間に、応力が構築され得、シールがセル頂部アセンブリの構成要素の残りと接合される場合に、即時の欠陥または欠陥を導く。（例えば図７および図８において温度の関数としてＣＴＥの急な変化によって示されるように）ニッケル−コバルト鉄合金は約４２５℃にて相転移を生じ得るので、それはその温度未満でアニーリングされない限り、より高い応力レベルを維持できる。一部の場合において、ニッケル−コバルト鉄合金のアニーリングは、８５０℃にて３０分のソークによって完了され、サブアセンブリにおいて高い応力を最終的に得ることができる。高温ブレイズ材料は、それらがデバイス（例えば液体金属バッテリ）の操作温度にて長期間生じ得る形状または特性の変化を導く相転移の後でグレイン成長を行わないので、４３０ステンレススチールスリーブを使用してもよい。

【0199】

図２４は、セル頂部２４０５、サブアセンブリ２４１０および伝導体２４１５を有するセルキャップアセンブリの分解図を示す。セル頂部は、いずれかの好適な幾何学形状を有することができる（例えばそれがセル本体と相互作用し、特徴要素、例えばガス管理（必要に応じて）および溶接されるべきサブアセンブリのためのホールを可能にする限り）。例えば、セル頂部は、伝導体／サブアセンブリのための第１のアパーチャおよびガス管理接続のための第２のアパーチャ）を含むことができる。各アパーチャは、開示のシールを用いてシールされてもよい。一部の場合において、伝導体は、低いＣＴＥを有する（例えば結果としてこの部分はセラミックを短絡せずまたはクラックを生じず、欠陥を生じない）。

【0200】

図２５、図２６および図２７は、シールの種々の特徴要素の例を示す。図２５のシールは、腐食耐性金属、例えばモリブデン、タングステン、６３０ＳＳまたは４３０ＳＳ２５０５（例えば約４ｐｐｍ／℃未満、または約１０ｐｐｍ／℃未満の低ＣＴＥを有する）およびセラミック２５１０（例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ））を利用する。シールは、（例えば金属２５０５とセラミック２５１０との間の）低減されたまたは最小限の応力構築を可能とするために、ＣＴＥ一致構成要素２５１５（例えば約５．５ｐｐｍ／℃にて）を含む。ＣＴＥ一致構成要素２５１５は、例えばモリブデン、またはタングステンおよび／またはモリブデンの合金を含むことができる。こうした材料の例は、実施例１に提供される。シールは、機械的負荷のためにロバスト設計を有し、電気ブリッジング短絡に対して抵抗性である。シールは、低プロファイル設計２５２０（例えば約０．２５インチ）を有し、（例えばレーザーによってまたはサブアセンブリの間に）商業的に拡張可能な様式２５２５において溶接またはブレイズされることができる。

【0201】

図２６において、シール部分は、シールがセル蓋の表面を超えて延長しないように、セルに沈ませる。シールはガス管理ポートおよびモリブデンの代わりにニッケル−コバルト鉄合金を含むことができる。反転金属カラー２６０５は、デブリの捕捉を低減または排除できる。一部の場合において、内側直径ブレイズ（例えばニッケル−コバルト鉄合金と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）との間）２６１０は結果として所望でない量の応力をもたらし得る。

【0202】

図２７に示されるセルは、真空ブレイジングプロセスによってシールできる。シールは、セル頂部より下方に約３／８インチ進入でき、セル頂部の上方に約０．０５インチ延びる。セルは、図２６のセルと比較する場合に、構造上の容量を増大できる。設計は、ブレイジングの後に、中心ピンの添加を可能にでき、アセンブリ中のさらなる制御および柔軟性を可能にする。一部の場合において、金属ピース間のより小さいギャップは、セラミック２７０５の湿潤によって短絡を導き得る。

【0203】

一部の実施において、シール、サブアセンブリ、伝導体および／またはハウジングは、構造上の特徴要素（例えば合わせ特徴要素）を含んでいてもよく、または本明細書においてシーリング配列の固定接続を促進するために、構造上の部材、例えばフランジ、フック、レッジ、インターロック特徴要素、溶接可能なタブ、ブレイズ可能なタブ、スナップフィット、スクリューフィット、スクリュー、ナット、ボルトおよび／または他の構造上の部材と組み合わせてもよい。一部の場合において、こうした合わせ特徴要素は、溶接、ブレイジング、コーティング、金属化構造、ＣＴＥ不一致のための構造上の特徴要素などと合わせて使用され得る。さらに、シール、サブアセンブリ、伝導体および／またはハウジングは、セルとセル群との間の相互接続を促進するために構造状の特徴要素を含み得る。一部の場合において、こうした特徴要素は、相互接続の結果としてシール上に作用する応力および力を低減または最小限にすることを対象とし得る。さらに、本明細書のシールは、種々の相互接続特徴要素（例えば電流移動プレート）と合わせて使用するために構成されてもよい。シールの構成は、こうした場合に、例えば材料の考慮（例えばシールの材料適合性および相互接続）、所望のシステム抵抗性（例えば所与の抵抗を有するシールの選択影響）、空間および操作条件の考慮（例えば所与の相互接続配列および／または操作条件によって強いられた空間制約と適合性であるシールの選択影響）などを含み得る。

【0204】

相互接続
ワイヤまたはワイヤレス（例えば直接金属間）相互接続は、個々の電気化学セル間および／または電気化学セル群間（例えばモジュール、パック、コア、ＣＥ、システム、または１つ以上の電気化学セルを含むいずれかの他の群）で形成されてもよい。一部の場合において、セルの群は、１つ以上のセル相互接続を介して接合されてもよい。一部の場合において、セルの群は、群レベルの相互接続を介して接合されてもよい。群レベルの相互接続はさらに、群の１つ以上の個々のセルとの１つ以上の相互接続を含んでいてもよい。相互接続は、構造上および／または電気的であってもよい。セルおよび／またはセルの群は、水平にまたは垂直にアセンブリ（またはスタック）されてもよい。こうしたアセンブリセルおよび／またはセルの群は、直列または並列構造において配列されてもよい。さらに、セルの群は、種々のフレームによって支持されてもよい。フレームは、構造上の支持体を提供してもよく、および／または相互接続の形成に関与または役立ってもよい（例えばセルの群におけるフレームは対になってもよく、または接続されてもよい）。

【0205】

一部の実施において、相互接続は、システム（例えばバッテリ）の抵抗（例えば内部抵抗）を低減するように構成されてもよい。低システム抵抗を有するバッテリ（例えばこうしてバッテリがエネルギーを効率良く貯蔵でき、電力を送達できるようになる）は、一部の場合において所望され得る。システム抵抗は、電気化学セル間、電気化学セル内、および電気化学セルの群間のような電流フロー経路に沿って複数の抵抗の合わせた影響によって決定できる。一部の場合において、電気化学セルまたはこれらの群は、相互接続を用いて接続される。一部の例において、相互接続はワイヤである。しかし、最も短い可能性としての電気接続は、一般に、最も低いシステム抵抗を導き得る。故に、本開示は、（例えばブレイジングによって）互いにセルの直接接続を記載しており、一部の場合には電気化学セルを接続するためのワイヤの使用を低減または削減する。

【0206】

一部の実施において、バッテリは、直列に接続された複数の電気化学セルを含み、ここでバッテリは、少なくとも約１０ｋＷｈのエネルギーを貯蔵でき、バッテリは、少なくとも約２５０℃の操作温度を有し、電気化学セルのそれぞれは、少なくとも１つの液体金属電極を有する。バッテリはいずれかの好適なサイズであることができる。一部の場合において、バッテリは、少なくとも約１０キロワット時のエネルギーを貯蔵できる。一部の場合において、バッテリは、少なくとも約３０キロワット時のエネルギーを貯蔵できる。一部の場合において、バッテリは、少なくとも約１００キロワット時のエネルギーを貯蔵できる。

【0207】

バッテリの内部抵抗は、いずれかの好適に低い抵抗性であることができる。一部の場合において、バッテリの内部抵抗（例えば操作温度における）は、約２．５^＊ｎ^＊Ｒであり、式中、「ｎ」はバッテリの直列接続モジュールの数であり、「Ｒ」（本明細書において「Ｒ_{モジュール}」とも称される）は、個々のモジュールまたは並列接続されたモジュールそれぞれの抵抗である。一部の例において、Ｒの逆数は、例えば以下で与えられるような、所与のモジュールの各電気化学セルの抵抗の逆数の合計である、

【数1】

【0208】

式中、「ｍ」は１つのモジュールにおけるセルの数である。各モジュールは、並列構成において複数の電気化学セルを含むことができる。隣接モジュールの電気化学セルは、直列構成において配列できる（例えばモジュールにおける個々のセルは、隣接モジュールにおける対応する個々のセルと直列に接続でき、例えば第１のモジュールの個々のセルが第１のモジュールの上方に位置する第２のモジュールの個々のセルと直列に接続される構成において接続できる）。一部の場合において、バッテリの内部抵抗（例えば操作温度における）は、約２^＊ｎ^＊Ｒ、約１．５^＊ｎ^＊Ｒ、約１．２５^＊ｎ^＊Ｒ、または約１．０５^＊ｎ^＊Ｒである。一部の場合において、バッテリの内部抵抗（例えば操作温度における）は、約２．５^＊ｎ^＊Ｒ未満、約２^＊ｎ^＊Ｒ未満、約１．５^＊ｎ^＊Ｒ未満、約１．２５^＊ｎ^＊Ｒ未満、または約１．０５^＊ｎ^＊Ｒ未満である。一部の場合において、総システム抵抗（例えば操作温度における）は、相互接続、バスバー、接続界面における表面接触抵抗などの抵抗寄与により約１．０^＊ｎ^＊Ｒを超える。バッテリは、直列および並列に接続された電気化学セルを含むことができる。直列（すなわちｎ）に接続される電気化学セルモジュール（または並列接続モジュール）の数は、いずれかの好適な数であることができる。一部の例において、ｎは、少なくとも３、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも１０、少なくとも１２、少なくとも１５、少なくとも１６、少なくとも２０、少なくとも３２、少なくとも４８、少なくとも５４、少なくとも６４、少なくとも１０８、少なくとも１２８、少なくとも２１６、または少なくとも２５６である。例において、ｎは、３（例えばパックを含むバッテリに関して）、６（例えばパックを含むバッテリに関して）、または２１６（例えばコアを含むバッテリに関して）である。

【0209】

個々の電気化学セルおよび／または電気化学セルの群間のワイヤまたはワイヤレス（例えば直接金属間）相互接続は、所与の内部抵抗を有することができる。一部の場合において、電気化学セルは、ワイヤで相互接続されない。一部の例において、直列接続（例えばワイヤレスセル間接続または電流移動プレート接続）は、２５０℃を超える操作温度において、約０．０５ミリｏｈｍ（ｍＯｈｍ）、約０．１ｍＯｈｍ、０．５ｍＯｈｍ、約１ｍＯｈｍ、約２ｍＯｈｍ、約５ｍＯｈｍ、約１０ｍＯｈｍ、約５０ｍＯｈｍ、約１００ｍＯｈｍ、または約５００ｍＯｈｍの内部抵抗を有する接続を用いて創出される。一部の例において、直列接続は、約２５０℃を超える操作温度において、約０．０５ｍＯｈｍ未満、約０．１ｍＯｈｍ未満、約０．５ｍＯｈｍ未満、約１ｍＯｈｍ未満、約２ｍＯｈｍ未満、約５ｍＯｈｍ未満、約１０ｍＯｈｍ未満、約５０ｍＯｈｍ未満、約１００ｍＯｈｍ、または約５００ｍＯｈｍの内部抵抗を有する接続を用いて創出される。一部の例において、抵抗は、第１の電気化学セルの伝導体と、第２のセルの電気伝導性ハウジングとの間の直接電気接続によって測定される。一部の場合において、１つ以上のバスバーおよび／または相互接続は、セルのいずれかの２つの群間の接続を創出するために使用できる。一部の例において、こうした接続は、約０．０１ｍＯｈｍ、約０．０５ｍＯｈｍ、約０．１ｍＯｈｍ、約０．２ｍＯｈｍ、約０．５ｍＯｈｍ、約１ｍＯｈｍ、約５ｍＯｈｍ、約１０ｍＯｈｍ、約５０ｍＯｈｍ、または約１００ｍＯｈｍの内部抵抗を有する。一部の例において、こうした接続は、約０．０１ｍＯｈｍ未満、約０．０５ｍＯｈｍ未満、約０．１ｍＯｈｍ未満、約０．２ｍＯｈｍ未満、約０．５ｍＯｈｍ未満、約１ｍＯｈｍ未満、約５ｍＯｈｍ未満、約１０ｍＯｈｍ未満、約５０ｍＯｈｍ未満、または約１００ｍＯｈｍ未満の内部抵抗を有する。一部の例において、抵抗は、以下の式に従ってバスバー（または相互接続）を通して電流が流れる間に、バスバー（および／または相互接続）にわたる電圧降下によって測定される：Ｒ_バスバー＝Ｖ／Ｉ、式中「Ｒ_バスバー」は、バスバー（および／または相互接続）の抵抗であり、「Ｖ」はバスバー（および／または相互接続）にわたる測定された電圧降下であり、「Ｉ」はバスバー（および／または相互接続）を通って流れる電流である。セル間接続の内部抵抗に関連して記載される開示のいずれかの態様は、少なくとも一部の構成においてセルの群間の接続に等しく適用してもよく、逆も同様である。さらに、直列接続の内部抵抗に関連して記載される開示のあらゆる態様は、少なくとも一部の構成において並列接続に等しく適用してもよく、逆も同様である。

【0210】

一部の実施において、電気化学エネルギー貯蔵システムは、第２の電気化学セルに隣接する少なくとも第１の電気化学セルを含む。第１のおよび第２の電気化学セルのそれぞれは、負極集電体、負極、電解質、正極および正極集電体を含むことができる。負極、電解質および正極の少なくとも１つは、第１のまたは第２の電気化学セルの操作温度にて液体状態にあることができる。第１の電気化学セルの正極集電体は、第２の電気化学セルの負極集電体に直接金属間接合（例えばブレイズまたは溶接）できる。一部の例において、負極集電体は負極電流リードを含む。

【0211】

一部の場合において、第１のおよび第２の電気化学セルはワイヤによって接続されない。一部の場合において、電気化学エネルギー貯蔵システムは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、またはそれ以上の電気化学セル毎に１または少数の相互接続を含む。一部の場合において、電気化学エネルギー貯蔵システム（例えばバッテリ）は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、７５、１００、１５０、２００、またはさらなる電気化学セル毎に１つの相互接続を含む。

【0212】

図２８は、３つのモジュール２８０５を含むセルパック２８００の例を示す。モジュールのそれぞれは、並列に接続２８１０された１２個のセル２８３０を含む。モジュールは、フレーム２８２０の頂部構成要素を含むセルパックフレーミング（本明細書においては「フレーム」も同様）２８１５と共に適切に保持される。セルは、別のセル（例えばその上のセル）のハウジングと直接接触した１つのセルの負極電流端子２８２５で互いに重なり合って直接スタックされる。セルの頂部層の負極電流端子は、真上の別のセルのハウジングを有しておらず、その代わりに負極バスバー２８３５に接触できる（例えばブレイズできる）。

【0213】

一部の構成において、モジュールに製造された並列接続２８１０は、セル材料のための複数のポケットを用いて単一ピース（または構成要素）を用いて創出できる。このピースは、セル間の直接電気接続を可能にするスタンプ加工された構成要素であることができる。一部の例において、スタンプ加工されたポケット付き電気伝導性ハウジングは、セル間のバリアを創出しない。一部の場合において、ポケット付き電気伝導性ハウジングは互いにポケットをシールする。この電気伝導性ハウジングは、個々の電気伝導性セルハウジングよりも製造およびアセンブリが容易であることができる。一部の構成において、モジュールにおいて製造される並列接続２８１０は、モジュール中のセルのハウジングの直接接続によって創出できる。

【0214】

垂直にスタックされる場合、電気化学セルは上方にスタックされたセルの重量を保持する。セルは、この重量を支持するように構成できる。一部の場合において、セル間スペーサー６４０は、セルの層間に配置される。これらのスペーサーは、上方のセルの重量を分散できおよび／または負極電流端子に適用される重量の一部を緩和できる。一部の場合において、負極電流端子は、ハウジングからシールで電気的に隔離される。このシールは、電気化学セルの最も弱い構造上の構成要素であり得るので、スペーサーがシールに適用される力の量を低減できる。

【0215】

一部の実施において、液体金属バッテリは、複数の電気化学セルを含み、それぞれは集電体と電気的に連通した電気伝導性ハウジングおよび伝導体を含む。電気伝導性ハウジングは、セルの操作温度において液体状態にある負極、電解質および正極を含むことができる。伝導体は、電気伝導性ハウジングのアパーチャを通して電気伝導性ハウジングから突出でき、電気伝導性ハウジングからシールにより電気的に隔離できる。複数の電気化学セルは、第２のセルの電気伝導性ハウジングと電気接触する第１のセルの伝導体と直列にスタックできる。液体金属バッテリはまた、電気化学セル間に配設される複数の非ガス状スペーサーを含むことができる。一部の場合において、電気化学セルは垂直にスタックされる。例えば、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３６、４０、４８、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２１６、２５０、２５６、３００、３５０、４００、４５０、５００、７５０、１０００、１５００、２０００またはこれ以上の電気化学セルは直列でスタックできる。一部の場合において、バッテリはさらに、直列にスタックされた複数の電気化学セルのそれぞれに並列に接続された少なくとも１つの追加の電気化学セルを含む。例えば、垂直にスタックされたセルのそれぞれは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、１６、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、７５０、１０００、１５００、２０００またはそれ以上の追加の電気化学セルと並列に接続できる。一部の場合において、電気伝導性ハウジングは、電流伝導経路の一部である。

【0216】

非ガス状スペーサー（本明細書においては「スペーサー」も同様）は固体材料であることができる。一部の場合において、スペーサーはセラミック材料を含む。セラミック材料の非限定例としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、イットリア部分安定化ジルコニア（ＹＰＳＺ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、カルコゲニド、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、石英、ガラス、またはこれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。一部の場合において、スペーサーは電気絶縁性である。

【0217】

スペーサーは、いずれかの好適な厚さを有することができる。一部の場合において、スペーサーの厚さは、伝導体が電気伝導性ハウジングから突出する距離にほぼ等しい（例えばスペーサーの厚さは、伝導体が電気伝導性ハウジングから突出する距離の約０．００５％、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％または約０．５％以内であることができる）。

【0218】

大部分の力（例えばセルの上方に垂直にスタックされた電気化学セルの重量）は、一般にシールよりもスペーサーおよび／またはハウジングにより保持される。非ガス状スペーサーおよび／または電気伝導性ハウジングは、いずれかの好適な高いパーセンテージの適用される力を支持できる。一部の場合において、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％、または約９５％の力が、非ガス状スペーサーおよび／または電気伝導性ハウジングに適用される。一部の場合において、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、または少なくとも約９５％の力は、非ガス状スペーサーおよび／または電気伝導性ハウジングに適用される。

【0219】

電気伝導性ハウジングおよび／またはシールに適用されたいずれかの適切な量の力が存在できる。一部の例において、シールに適用される応力は、シールが支持できる力よりも大きくはない。一部の場合において、シールに適用される力は、約１０、約１５、約２０、約２５、約３０、約３５、約４０、約４５、約５０、約６０、約７０、約８０、約１００、約１２０、約１５０、または約２００ニュートンである。一部の場合において、シールに適用される力は、約１０ニュートン未満、約１５ニュートン未満、約２０ニュートン未満、約２５ニュートン未満、約３０ニュートン未満、約３５ニュートン未満、約４０ニュートン未満、約４５ニュートン未満、約５０ニュートン未満、約６０ニュートン未満、約７０ニュートン未満、約８０ニュートン未満、約１００ニュートン未満、約１２０ニュートン未満、約１５０ニュートン未満、または約２００ニュートン未満である。一部の場合において、ハウジングに適用される力は、約１００ニュートン、約５００ニュートン、約１０００ニュートン、約５０００ニュートン、または約１００００ニュートンである。一部の場合において、ハウジングに適用される力は、少なくとも約１００ニュートン、少なくとも約５００ニュートン、少なくとも約１０００ニュートン、少なくとも約５０００ニュートン、または少なくとも約１００００ニュートンである。

【0220】

電気伝導性ハウジングおよび／またはシールに適用されたいずれかの適切な量の圧力が存在できる。一部の例において、シールに適用される圧力は、シールが支持できる圧力以下である。一部の場合において、シールに適用される圧力は、平方インチあたり約１、約１０、約５０、約１００、約２００、約３００、または約５００ポンドである（ｐｓｉ）。一部の場合において、シールに適用される圧力は、平方インチあたりの約１未満、約１０未満、約５０未満、約１００未満、約２００未満、約３００未満、または約５００ポンド（ｐｓｉ）未満である。一部の場合において、ハウジングに適用される圧力は、平方インチあたりの約５００、約１０００、約２０００、約２５００、約３０００、約５０００、または約１００００ポンド（ｐｓｉ）である。一部の場合において、ハウジングに適用される圧力は、平方インチあたり少なくとも約５００、少なくとも約１０００、少なくとも約２０００、少なくとも約２５００、少なくとも約３０００、少なくとも約５０００、または少なくとも約１００００ポンド（ｐｓｉ）である。

【0221】

セル間接続は、許容誤差および最適な伝導性経路に基づいて種々の方法で構成できる。１つの構成において、１つのセルにおける負極電流リードの頂部面は、その上方のセルの底部に直接金属間接合（例えばブレイズ、溶接）できる（例えば図２９を参照）。他の構成は、内側ロッドおよび外側固定器具（図３０）の熱膨張係数（ＣＴＥ）の内側ロッドおよび外側固定器具（例えば図３０を参照）の熱膨張係数（ＣＴＥ）の差によって向上される、例えば代替直接金属間接合（例えば代替ブレイズ接合）構成、例えば外側直径ブレイズを含むことができる。

【0222】

一部の場合において、図２９に示されるように、第１のセル２９１０の伝導体２９０５は、第２のセル２９２５の電気伝導性ハウジング２９２０にブレイズされる２９１５。ブレイズ材料は、いずれかの好適な材料であることができる。ブレイズ材料の一部の非限定例は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む材料が挙げられる。セルは、集電体および伝導体２９０５に接続されたカソード２９３０、電解質２９３５およびアノード２９４０を含むことができる。伝導体は、セル蓋２９５０を通して供給できる。一部の場合において、セルは、一部の空のヘッドスペース２９４５を有する。

【0223】

一部の実施において、伝導体２９０５は、セル蓋２９５０においてシール２９６０を通してフィードできる。伝導体（例えば負極電流リード）２９０５は剛性であってもよい。シール２９６０は剛性でなくてもよい。追加のセルがアセンブリの間に添加されるので、増大した重量は、頂部セル２９２５のハウジング２９２０によって底部セル２９１０の伝導体２９０５に対して働き得る（例えば位置２９１５において）。一部の例において、セル２９１０と２９２５との垂直間隔は、シール２９６０（伝導体２９０５およびアノード２９４０と共に）が圧縮力の結果としてセル２９１０に対して下方に移動する場合に低下し得る。モジュールが互いに電気的に隔離することを確実にするために、スペーサー（例えばセラミック）２９５５は、それらの上方のセルを支持するセルの表面にわたって配置できる。この構成において、セルハウジングは、システムのための主要構造支持体として使用できる。セラミックスペーサー２９５５は、シール２９６０の頂部セル２９２５（およびアセンブル中に添加されるいずれかの追加のセル）の重量を支持する必要性を緩和できる。一部の構成において、初期に、スペーサー２９５５の頂部と頂部セル２９２５のハウジング２９２０の底部との間のギャップがあってもよく（例えばスペーサーの厚さは、伝導体が電気伝導性ハウジングから初期に突出する距離よりわずかに小さくできる）、スペーサー（例えばセラミック）は、追加のセル（１または複数）が添加される（例えば底部セル２９１０のハウジングの頂部と頂部セル２９２５のハウジングの底部との間の間隔が低減する）ときに、アセンブリ中に圧縮状態に置かれることができる。結果として、アノードとカソードとの間の変位（本明細書においては「アノード−カソード変位」も同様）（例えばセル２９１０におけるアノード２９４０とカソード２９３０との間のアセンブリ後の最終変位）は、一部の場合において、非ガス状スペーサーによって決定できる。一部の構成において、スペーサーは、すぐに圧縮状態に置かれることができる（例えばスペーサーの厚さは、伝導体が電気伝導性ハウジングから初期に突出するよりもわずかに大きい場合）。

【0224】

一部の場合において、熱膨張係数（ＣＴＥ）の差は、２つのセルを接続するために使用できる。図３０に示されるように、第１のセル３００５の伝導体が第２のセル３０１０の電気伝導性ハウジングの埋め込まれた部分にあり、伝導体３０１５の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、電気伝導性ハウジング３０２０のＣＴＥより大きい。

【0225】

伝導体のＣＴＥは、電気伝導性ハウジングのＣＴＥよりも大きいいずれかの量であることができる。一部の場合において、伝導体のＣＴＥは、電気伝導性ハウジングのＣＴＥより約２％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、または約１００％大きい。一部の場合において、伝導体のＣＴＥは、電気伝導性ハウジングのＣＴＥよりも少なくとも約２％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約１００％大きい。

【0226】

直列で垂直にスタックされたセルは、直接または硬質電気接続を通して取り付けられることができ、こうして２９５０から２９４０までの高さおよび／またはアノード−カソード変位（ＡＣＤ）は、２９５５の寸法許容誤差によって決定できる。一部の例において、２９５０から２９４０までの高さは、少なくとも約３ミリメートル（ｍｍ）、少なくとも約５ｍｍ、少なくとも約７ｍｍ、少なくとも約１０ｍｍ、少なくとも約１５ｍｍなどであることができる。一部の例において、ＡＣＤは約３ｍｍ、約５ｍｍ、約７ｍｍ、約１０ｍｍ、約１５ｍｍまたはそれ以上であることができる。図２９は、こうした接続が構成され得る方法の例である。

【0227】

直列で垂直にスタックされたセルは、セル接続あたりの抵抗が、例えば約１００ｍＯｈｍ未満（または本明細書において他の場所で記載される別の内部抵抗値）に低減されるように、直接（例えば金属間）電気接続を用いて接続できる。図２９は、こうした接続が構成され得る方法の例である。図２９はまた、ＣＴＥ不一致シール接続の例を提供する。

【0228】

一部の実施において、セルは、負極電流リードまたは底部セルの伝導体および頂部セルのセル本体（例えば電気伝導性ハウジング）に接続（例えば溶接）できる電流移動プレートによって垂直に接合できる。負極電流リードは、シールを通して底部セルのハウジングから突出できる。例えば、複数のセルは、セルモジュールまたは部分セルモジュールに並列に接続でき、次いで他のセルモジュールまたは部分セルモジュールを用いて、垂直の積み重ねを介して直列に接続できる。垂直の積み重ねは、１つのセルからセル本体またはその上方のセルのセル本体上の特徴要素への電流移動プレートを接続することによって実施できる（例えばセルパックの基礎を形成する）。電流移動プレートは、伝導性材料、例えば本明細書に記載されるいずれかの伝導性材料から形成できる。電流は、溶接できるまたはそうでなければ別の表面（例えばセル本体または隣接セルのセル本体の特徴要素）と直接金属間接合できる１つ以上の表面（例えば平坦表面）を含むことができる。電流移動プレートは、負極電流リードを含むセル表面の周囲に向かって負極電流リードから延びることができる。こうした構成により、電気接続は、セル間またはセルアセンブリにおいて狭い空間においてより好都合に行われることができるようになる（例えばセルの垂直の積み重ね中のより好都合なアクセス）。

【0229】

電流移動プレートは、溶接／接合プロセスおよび／または加熱中および／または冷却中の熱膨張差ならびに／あるいはセルおよび／またはパックが互いに重なり合って垂直にスタックされる場合に生じる応力によって生じ得るシール（例えば負極電流リードの周りのシール）に対する応力を低減するために歪緩和機能と組み合わせてもよく、またはこの機能を含んでいてもよい。一部の場合において、シールに対する応力は、電気絶縁性非ガス状（例えばセラミック）スペーサーを含むことによって低減され得る。非ガス状スペーサーは、電流移動プレートおよび／または電流移動プレートにスタックされるセルからの重量を支持でき、ハウジング（例えばセルキャップ）に重量を向け、それによってシールを通して伝送される適用重量部分を低減する。一部の場合において、歪緩和機能は、電流移動プレートに柔軟性を与えるためにスパイラルパターン（例えば単一スパイラルアームまたは複数のスパイラルアーム）または電流移動プレートの他の特徴要素を含んでいてもよく、セルが互いに重なり合ってスタックされる場合にシールが直面するまたはＣＴＥ不一致により加熱中に直面する応力を低減してもよい。スパイラルパターンは、１つ以上のスパイラルアームを含んでいてもよい。スパイラルアームは、例えば約０．５ｍｍ厚さ、約１ｍｍ厚さ、約２ｍｍ厚さまたは約４ｍｍ厚さであってもよい。スパイラルアームは、直径が約１ｃｍ、約２ｃｍ、約３ｃｍまたは約４ｃｍまたはそれ以上である円形または楕円外部形状を有するスパイラルを創出し得る。一部の場合において、電流移動プレートは、歪緩和特徴要素が必要でないように十分柔軟性であってもよい。

【0230】

セルパックは、コア、ＣＥまたはシステムを製造するために種々の構成において直列および並列に取り付けることができる。電気化学セルの種々の群の数および配列は、所望のシステム電圧およびエネルギー貯蔵容量を創出するように選択できる。パック、コア、ＣＥ、またはシステムは、次いでセルの充電および放電から創出されるエネルギーを用いて自己加熱できるシステムを創出するために高温断熱において共に封入できる。例えば図３１は、パックが構成できる方法の例であり、所与の面におけるセルパックは並列３１０５に互いに接続される一方で、互いの上に直接接続されたパックは直列３１１０に接続されること示す。

【0231】

パック自体は、バスバーを通して互いに垂直および水平に接続できる（例えば一般にブレイズまたは溶接のような直接接続であることができるパック内のセル間接続とは異なる）。一部の場合において、バスバーは、可撓性であり、または可撓性セクションを含む（例えば加熱および操作全体を通してシステムの非等温膨張に適応するため）。

【0232】

バスバーは、並列ストリングでセルと電気的接続を製造するために使用できる（例えばセルの並列ストリング、パックの並列ストリングなど）。一部の例において、バスバーは、セルまたはセルモジュールのすべてにおいて同じ端子と電気的に接続されることによって並列ストリング構成に一組のセルまたはセルモジュールを構成するために使用できる（例えばセルまたはセルモジュールのすべての負極端子またはセルまたはセルモジュールのすべての正極端子）。例えば正極バスバーおよび／または負極バスバーが使用されてもよい。正極バスバーは、ハウジングに接続でき、可撓性である必要があってもよくまたは必要でなくてもよい。一部の場合において、正極バスバーは使用され得ない。負極バスバーは、１つ以上のセル本体（例えばパック中の個々のセルのセル本体）における（上の）特徴要素に接合でき、強力な電気接続を提供する。一部の場合において、負極バスバーは、伝導性フィードスルー（例えば負極電流リード）に取る付けることができ、これらは熱膨張のためにある程度の柔軟性を必要とする場合がある。例えば、相対的に剛性のバスバーコアとフィードスルーとの間の可撓性接続は、フィードスルーとバスバーとの間の柔軟性特徴要素を用いて達成されてもよい。柔軟性特徴要素は、所望のパターンの平坦なバスバーから材料を切断するおよび／または除去することによって創出され得るスパイラルパターン（例えば単一スパイラルアームまたは複数のスパイラルアーム）を含んでいてもよい。スパイラルパターンは、１つ以上のスパイラルアームを含んでいてもよい。スパイラルアームは、例えば約０．５ｍｍ厚さ、約１ｍｍ厚さ、約２ｍｍ厚さまたは約４ｍｍ厚さであってもよい。スパイラルアームは、直径が約１ｃｍ、約２ｃｍ、約３ｃｍまたは約４ｃｍまたはそれ以上である円形または楕円外部形状を有するスパイラルを創出し得る。一部の場合において、バスバーは、柔軟性特徴要素が必要でないように十分柔軟性であってもよい。

【0233】

１つ以上の相互接続は、一方のパックのバスバーを別のセルパックのバスバーに接続するために使用でき、それによって並列または直列でセルパックを配置する。一部の場合において、一方のセルパックの負極バスバーは、柔軟性相互接続構成要素（本明細書のいては「相互接続」も同様）を用いて別のセルパックの正極バスバーに接続される。一部の場合において、相互接続は編組金属または金属合金であってもよい。一部の場合において、相互接続は、シート金属から製造され、約１／３２インチ厚さ、約１／１６インチ厚さ、約１／８インチ厚さ、または約１／４インチ厚さベンドシートの形態をとってもよい。一部の場合において、相互接続は、バスバーと同じ伝導性材料を含んでいてもよい。一部の場合において、正極バスバーおよび相互接続は同じ構成要素である。

【0234】

バスバーおよび／または相互接続構成要素は、伝導性材料を含むことができる。例えば、バスバーおよび／または相互接続構成要素は、ステンレススチール、ニッケル、銅、アルミニウム−銅系合金、またはこれらのいずれかの組み合わせを含むことができる（これらから製造できる）。

【0235】

パックはさらに、他の相互接続（例えばパックが追加のパックと相互接続できる）を含んでいてもよく、または形成してもよく、それらとしては追加の相互接続、追加のバスバーおよび／または追加の接続界面が挙げられるが、これらに限定されない。一部の実施において、バスバーはパックレベルの電気的接続／相互接続を提供するために使用されてもよい（例えばバスバーだけがパックレベルの電気的接続／相互接続のために使用されてもよい）。

【0236】

セルが互いの頂部に垂直にスタックされる構成において、セルスタックの頂部にあるバスバー（例えばセルパックスタック）は、負極バスバーだけを含むことができる（例えばスタックの正極端子は、スタックの底部セルにあることができる）。

【0237】

断熱および／またはフレームは、コア（および／または開示のいずれかのシステム）が冷却可能となる、絶縁が除去可能となる、個々のパックもしくはパックのセットが切断されコアから除去可能となり、単一パックが切断、除去もしくは交換が可能になる、またはこれらのいずれかの組み合わせであるように設計されてもよい。次いでコアは、再アセンブリでき、操作温度まで加熱して、操作を再開できる。

【0238】

個々のセルまたは所与の群のセルに対して本明細書に記載される種々の相互接続構成は、少なくとも一部の構成において他の群のセル（またはこれらの一部）に等しく適用してもよい。１つの例において、相互接続、例えばセルブレイズ正極および負極集電体、熱膨張係数の差によって向上したブレイズ、セル本体またはセル本体の特徴要素の接続（例えば接合）などは、セルの群、例えばモジュール、パックなどに適用（または適合）されてもよい。別の例において、相互接続、例えばセルおよび／またはモジュール中のスタンプ加工されたポケット付き電気伝導性ハウジングは、セルの群、例えばモジュール、パックなどに適用（または適合）されてもよい。さらに別の例において、相互接続、例えばパックなどの間のバスバー／相互接続は、一部の場合に、セルの群、例えばコアなどに適用（または適合）されてもよい。さらに、応力緩和構成（例えばセル間の電流移動プレート、スペーサー、スパイラル緩和または柔軟性特徴要素／パターンなど）および電気的／構造上の特徴要素（例えば端部キャップなど）は、一部の場合において、本明細書のセルのいずれかの群に適用（または適合）されてもよい。種々の相互接続構成は、群のレベルまたは個々のセルに適用されてもよい。故に、例において、セル間に使用されるスペーサーは、パック間のスペーサーとして使用するために構成されてもよく、セル間の電流移動プレートは、モジュール間の使用のために構成されてもよく、モジュール内のセル本体を接続するためにセル本体の特徴要素を含む相互接続界面は、隣接パックなどの上の外側セルのセル本体を接続するために構成されてもよい。さらに、直列接続を形成することに関連して記載される相互接続は、一部の場合において、並列接続を形成するために適合されてもよく、逆も同様である。

【0239】

本開示のデバイス、システムおよび方法は、他のデバイス、システムおよび／または方法、例えば米国特許第３，６６３，２９５号（「ＳＴＯＲＡＧＥ ＢＡＴＴＥＲＹ ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ」）、米国特許第３，７７５，１８１号（「ＬＩＴＨＩＵＭ ＳＴＯＲＡＧＥ ＣＥＬＬＳ ＷＩＴＨ Ａ ＦＵＳＥＤ ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ」）、米国特許第８，２６８，４７１号（「ＨＩＧＨ−ＡＭＰＥＲＡＧＥ ＥＮＥＲＧＹ ＳＴＯＲＡＧＥ ＤＥＶＩＣＥ ＷＩＴＨ ＬＩＱＵＩＤ ＭＥＴＡＬ ＮＥＧＡＴＩＶＥ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」）、米国特許公開第２０１１／００１４５０３号（「ＡＬＫＡＬＩＮＥ ＥＡＲＴＨ ＭＥＴＡＬ ＩＯＮ ＢＡＴＴＥＲＹ」）、米国特許公開第２０１１／００１４５０５号（「ＬＩＱＵＩＤ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＢＡＴＴＥＲＹ」）、米国特許公開第２０１２／０１０４９９０号（「ＡＬＫＡＬＩ ＭＥＴＡＬ ＩＯＮ ＢＡＴＴＥＲＹ ＷＩＴＨ ＢＩＭＥＴＡＬＬＩＣ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ」）、および米国特許公開第２０１４／００９９５２２号（「ＬＯＷ−ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＬＩＱＵＩＤ ＭＥＴＡＬ ＢＡＴＴＥＲＩＥＳ ＦＯＲ ＧＲＩＤ−ＳＣＡＬＥＤ ＳＴＯＲＡＧＥ」）に記載されるバッテリおよびバッテリ構成要素と組み合わせてもよく、またはこれらにより変更されてもよく、これらそれぞれは全体として本明細書において参照により組み込まれる。

【0240】

開示のエネルギー貯蔵デバイスは、グリッドスケール設定またはスタンドアロン設定に使用されてもよい。開示のエネルギー貯蔵デバイスは、一部の場合において、車両、例えばスクーター、オートバイ、車、トラック、電車、ヘリコプター、飛行機、および他の機械的デバイス、例えばロボットに電力を与えるために使用できる。

【0241】

当業者は、バッテリハウジング構成要素は、上記で提供される例以外の材料から構成されてもよいことを認識する。１つ以上の電気伝導性バッテリハウジング構成要素は、例えばスチール以外の金属および／または１つ以上の電気伝導性複合体から構成されてもよい。別の例において、１つ以上の電気絶縁構成要素は、上述のガラス、雲母およびバーミキュライト以外の誘電体から構成されてもよい。故に本発明は、いかなるの特定のバッテリハウジング材料にも限定されない。

【0242】

カソードに関連して記載される開示のいずれかの態様は、少なくとも一部の構成においてアノードに等しく適用できる。同様に、１つ以上のバッテリ電極および／または電解質は、代替構成において液体でなくてもよい。例において、電解質はポリマーまたはゲルであることができる。さらなる例において、少なくとも１つのバッテリ電極は、固体またはゲルであることができる。さらに、一部の例において、電極および／または電解質は金属を含んでいてなくてもよい。開示の態様は、液体金属バッテリに限定されることなく、種々のエネルギー貯蔵／変換デバイスに適用可能である。

【0243】

［実施例］
［実施例１］構成材料
タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）の合金、例えば表３に列挙されるものは、開示のシールに使用できる。合金は、電気絶縁セラミック（例えば窒化アルミニウム）にブレイズされる構成要素（例えばＷまたはＭｏ）として使用できる。一部の場合において、タングステンおよび／またはモリブデン合金は、セラミックと一致された熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し（例えばセラミックのＣＴＥの約１％内、約５％内、または約１０％内）、酸化に対して抵抗性であり、および／または攻撃、合金化および／または負極の金属蒸気（例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウムまたはカルシウム蒸気）または溶融塩からの腐食に対して抵抗性である。

【表3】

【0244】

本明細書で使用された技術用語は、特定の実施形態を記載する目的のために使用され、本発明の範囲を制限することを意図しないことが理解されるべきである。本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の単数形態は、文脈において明確に示されない限り、複数の参照を含むことに留意すべきである。加えて、特に規定しない限り、本明細書に使用されるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。

【0245】

本発明の好ましい実施形態が本明細書において示され、記載されているが、こうした実施形態が例としてのみ提供されることは当業者にとって明らかである。ここで多数のバリエーション、変更および置換は、本発明から逸脱することなく当業者にとって生じる。本明細書に記載される本発明の実施形態に対する種々の代替が本発明を実施する際に使用されてもよいことが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲を規定し、これらの特許請求の範囲およびこれらの均等物の範囲内にある方法および構造はこれらに含まれることを意図する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】