特表 2025-500997 金属生成モード及びフロー電池モードを有する溶融金属電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-15

(54)【発明の名称】金属生成モード及びフロー電池モードを有する溶融金属電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/18 20060101AFI20250107BHJP

   H01M 8/14 20060101ALI20250107BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

H01M8/18

H01M8/14

H01M8/04 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024539458

(86)(22)【出願日】2022-12-28

(85)【翻訳文提出日】2024-08-05

(86)【国際出願番号】 IB2022062850

(87)【国際公開番号】W WO2023126858

(87)【国際公開日】2023-07-06

(31)【優先権主張番号】63/294,658

(32)【優先日】2021-12-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518230452

【氏名又は名称】エンライテン イノベーションズ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100102978

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 初志

(74)【代理人】

【識別番号】100205707

【弁理士】

【氏名又は名称】小寺 秀紀

(74)【代理人】

【識別番号】100160923

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 裕孝

(74)【代理人】

【識別番号】100119507

【弁理士】

【氏名又は名称】刑部 俊

(74)【代理人】

【識別番号】100142929

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100148699

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 利光

(74)【代理人】

【識別番号】100188433

【弁理士】

【氏名又は名称】梅村 幸輔

(74)【代理人】

【識別番号】100128048

【弁理士】

【氏名又は名称】新見 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100129506

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 智彦

(74)【代理人】

【識別番号】100114340

【弁理士】

【氏名又は名称】大関 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100214396

【弁理士】

【氏名又は名称】塩田 真紀

(74)【代理人】

【識別番号】100121072

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 和弥

(74)【代理人】

【識別番号】100221741

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 直子

(74)【代理人】

【識別番号】100114926

【弁理士】

【氏名又は名称】枝松 義恵

(72)【発明者】

【氏名】マコウスキー ミコラ

(72)【発明者】

【氏名】バヴァラジュ サイ ブイ．

(72)【発明者】

【氏名】ヒンクリン トーマス アール．

(72)【発明者】

【氏名】ジョンストン ジョシュア ディー．

(72)【発明者】

【氏名】タガート ダニエル エス．

(72)【発明者】

【氏名】シャルボノー バイロン ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】ショーヴェ ミハイル ディー．

(72)【発明者】

【氏名】ゴドウィン ダーシー エス．

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126AA10

5H126BB10

5H126FF10

5H127AA10

5H127BA01

5H127BA57

5H127BB01

5H127BB12

5H127BB37

(57)【要約】

互いに直列に電気的に接続されており、かつ、互いに流体的に並列に配置された複数の溶融金属アノードを備える、複数の二次セルを、溶融金属電池システムは含む。前記システムは、複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバもまた含み、前記溶融金属リザーバの各々は、前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに流体的に接続されており、かつ、溶融金属を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら前記対応する二次セルに対して溶融金属を交換するように構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融金属電池システムであって、
互いに直列に電気的に接続されており、かつ、互いに流体的に並列に配置された複数の溶融金属アノードを備える、複数の二次セルと、
複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバであって、前記溶融金属リザーバの各々が、前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら前記対応する二次セルに対して溶融金属を交換するように構成されている、複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバと
を備える、溶融金属電池システム。

【請求項2】

前記溶融金属が、溶融ナトリウム金属を含む、請求項１に記載の溶融金属電池システム。

【請求項3】

前記溶融金属が、前記溶融金属の流れを駆動するための電動構成要素を必要とせずに、前記複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバと前記複数の二次セルとの間を受動的に流れる、請求項１又は２に記載の溶融金属電池システム。

【請求項4】

外部溶融金属源と前記複数の二次セルとの間に直列に流体接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を前記電気シャント電流が流れることを防止しながら前記外部溶融金属源から前記複数の溶融金属アノードに前記溶融金属を分配するように構成されている、溶融金属分配器
を更に備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項5】

前記溶融金属分配器が、
溶融金属分配ドリップフィーダであって、
前記溶融金属分配器の上部部分から前記溶融金属の液滴を放出することと、
前記溶融金属の前記液滴が、前記溶融金属分配器内の電気絶縁性流体を通って、前記溶融金属分配器の下部分に沿って位置する複数の電気的に隔離されたコンパートメント内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属分配ドリップフィーダ
を備える、請求項４に記載の溶融金属電池システム。

【請求項6】

前記溶融金属分配器が、
前記外部金属源に流体的に接続されており、かつ、前記外部金属源から前記溶融金属分配器内に前記溶融金属を受容するように構成されている、溶融金属入口と、
互いに電気的に隔離されている複数のコンパートメントと、
複数の溶融金属出口であって、各々が、前記複数のコンパートメントのうちの対応するコンパートメントに流体的に接続されており、かつ、前記対応するコンパートメントから前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに前記溶融金属を送達するように構成されている、複数の溶融金属出口と
を備える、請求項４又は５に記載の溶融金属電池システム。

【請求項7】

前記溶融金属分配器が、
前記複数の溶融金属出口に結合されており、かつ、前記溶融金属分配器の構造を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を備える、請求項６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項8】

前記複数の二次セルが、電気を消費して前記複数の溶融金属アノード内で前記溶融金属を生成する充電モードで、及び
前記複数の二次セルが、前記複数の溶融金属アノード内の前記溶融金属を消費して電気を生成する放電モードで、
前記複数の二次セルがフロー電池として動作するように構成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項9】

前記複数の二次セルの各々が、
カソライト流体を収容するカソードコンパートメントと、
前記複数の溶融金属アノードのうちのある溶融金属アノードを収容するアノードコンパートメントと、
前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間に位置付けられており、かつ、前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間で金属イオンを選択的に輸送するように構成されている、イオン選択膜と
を備える、請求項１～８のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項10】

前記複数の二次セルが、
前記カソードコンパートメントから、前記イオン選択膜を通して、前記アノードコンパートメントに前記金属イオンを輸送する工程と、
前記溶融金属を生成するために、前記金属イオンを電子と組み合わせることによって前記アノードコンパートメント内で前記金属イオンを還元する工程と
を含む、充電モードで動作するように構成されている、請求項９に記載の溶融金属電池システム。

【請求項11】

前記複数の二次セルが、
前記金属イオンを形成し電子を放出するために、前記アノードコンパートメント内で前記溶融金属を酸化する工程と、
前記金属イオンを前記アノードコンパートメントから、前記イオン選択膜を通して、前記カソードコンパートメントに輸送する工程と
を含む、放電モードで動作するように構成されている、請求項９に記載の溶融金属電池システム。

【請求項12】

前記複数の二次セルのうちの隣接する二次セル間に位置し、かつ、前記隣接する二次セルを互いに電気的に隔離するように構成されている、隔離プレート
を備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項13】

互いに直列に電気的に接続されている複数の電池ストリングを備え、
前記複数の電池ストリングのうちの各電池ストリングが、
前記複数の二次セルのうちの１つ、１つ以上の追加の溶融金属アノードを備える１つ以上の追加の二次セル、を含む、複数の単位セル
を備える、
請求項１～１２のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項14】

各ストリング内の前記複数の単位セルが、互いに並列に電気的に接続され、
各ストリング内の前記溶融金属アノードが、実質的に等しい電位に維持される、
請求項１３に記載の溶融金属電池システム。

【請求項15】

前記複数のストリングのうちの各ストリングが、交互の順序で配置された複数のカソード及び複数の溶融金属アノードを備え、
前記複数のカソード又は前記複数の溶融金属アノードのうちの少なくとも１つが、前記複数の単位セルのうちの隣接する単位セルによって共有される、
請求項１３又は１４に記載の溶融金属電池システム。

【請求項16】

溶融金属電池システムであって、
互いに直列に電気的に接続されており、かつ、互いに流体的に並列に配置された複数の溶融金属アノードを備える、複数の二次セルと、
溶融金属を貯蔵するように構成された溶融金属貯蔵容器と、
前記複数の二次セルと前記溶融金属貯蔵容器との間に直列に流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら前記複数の溶融金属アノードから前記金属貯蔵容器に前記溶融金属を送達するように構成されている、溶融金属アグリゲータと
を備える、溶融金属電池システム。

【請求項17】

前記溶融金属が、溶融ナトリウム金属を含む、請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項18】

前記溶融金属が、前記溶融金属の流れを駆動するための電動構成要素を必要とせずに、前記複数の二次セル、前記溶融金属アグリゲータ、及び前記溶融金属貯蔵容器の間を受動的に流れる、請求項１６又は１７に記載の溶融金属電池システム。

【請求項19】

前記溶融金属アグリゲータが、
複数の溶融金属入口であって、前記複数の溶融金属入口のうちの各溶融金属入口が、前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに流体的に接続されており、かつ、前記対応する二次セルから前記溶融金属を受容するように構成されている、複数の溶融金属入口と、
前記複数の溶融金属入口の各々から前記溶融金属を受容しかつ前記溶融金属を単一のプール内に組み合わせるように構成されている、溶融金属収集チャンバと、
前記溶融金属貯蔵容器に流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属収集チャンバから前記溶融金属貯蔵容器に前記溶融金属を送達するように構成されている、溶融金属出口と
を備える、請求項１６～１８のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項20】

前記溶融金属アグリゲータが、
前記複数の溶融金属入口に結合されており、かつ、前記溶融金属アグリゲータの構造を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を備える、請求項１６～１９のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項21】

前記溶融金属アグリゲータが、
溶融金属集約ドリップフィーダであって、
前記溶融金属アグリゲータの上部部分から前記溶融金属の液滴を放出することと、
前記溶融金属の前記液滴が、電気絶縁性流体を通って、前記溶融金属アグリゲータの下部分に沿って位置する溶融金属収集チャンバ内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属集約ドリップフィーダ
を備える、請求項１６～２０のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項22】

前記複数の二次セルの各々が、
カソライト流体を収容するカソードコンパートメントと、
前記複数の溶融金属アノードのうちのある溶融金属アノードを収容するアノードコンパートメントと、
前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間に位置付けられており、かつ、前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間で金属イオンを選択的に輸送するように構成されている、イオン選択膜と
を備える、請求項１６～２１のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項23】

前記複数の二次セルが、
前記カソードコンパートメントから、前記イオン選択膜を通して、前記アノードコンパートメントに前記金属イオンを輸送する工程と、
前記溶融金属を生成するために、前記金属イオンを電子と組み合わせることによって、前記アノードコンパートメント内で前記金属イオンを還元する工程と、
前記溶融金属を前記溶融金属貯蔵容器に排出する工程と
によって、溶融金属生成システムとして動作するように構成されている、請求項２２に記載の溶融金属電池システム。

【請求項24】

前記複数の二次セルのうちの隣接する二次セル間に位置し、かつ、前記隣接する二次セルを互いに電気的に隔離するように構成されている、隔離プレート
を備える、請求項１６～２３のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項25】

互いに直列に電気的に接続されている複数の電池ストリングを備え、
前記複数の電池ストリングのうちの各電池ストリングが、
前記複数の二次セルのうちの１つ、１つ以上の追加の溶融金属アノードを備える１つ以上の追加の二次セル、を含む、複数の単位セル
を備える、
請求項１６～２４のいずれか一項に記載の溶融金属電池システム。

【請求項26】

各ストリング内の前記複数の単位セルが、互いに並列に電気的に接続され、
各ストリング内の前記溶融金属アノードが、実質的に等しい電位に維持される、
請求項２５に記載の溶融金属電池システム。

【請求項27】

前記複数のストリングのうちの各ストリングが、交互の順序で配置された複数のカソード及び複数の溶融金属アノードを備え、
前記複数のカソード又は前記複数の溶融金属アノードのうちの少なくとも１つが、前記複数の単位セルのうちの隣接する単位セルによって共有される、
請求項２５又は２６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項28】

外部溶融金属源と前記複数の二次セルとの間に直列に流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を前記電気シャント電流が流れることを防止しながら前記外部溶融金属源から前記複数の溶融金属アノードに前記溶融金属を分配するように構成されている、溶融金属分配器
を更に備える、請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項29】

前記溶融金属分配器が、
溶融金属分配ドリップフィーダであって、
前記溶融金属分配器の上部部分から前記溶融金属の液滴を放出することと、
前記溶融金属の前記液滴が、前記溶融金属分配器内の電気絶縁性流体を通って、前記溶融金属分配器の下部分に沿って位置する複数の電気的に隔離されたコンパートメント内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属分配ドリップフィーダ
を備える、請求項２８に記載の溶融金属電池システム。

【請求項30】

前記溶融金属分配器が、
前記外部金属源に流体的に接続されており、かつ、前記外部溶融金属源から前記溶融金属分配器内に前記溶融金属を受容するように構成されている、溶融金属入口と、
互いに電気的に隔離されている複数のコンパートメントと、
複数の溶融金属出口であって、各々が、前記複数のコンパートメントのうちの対応するコンパートメントに流体的に接続されており、かつ、前記対応するコンパートメントから前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに前記溶融金属を送達するように構成されている、複数の溶融金属出口と
を備える、請求項２８又は２９に記載の溶融金属電池システム。

【請求項31】

前記溶融金属分配器が、
前記複数の溶融金属出口に結合されており、かつ、前記溶融金属分配器の構造を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を備える、請求項３０に記載の溶融金属電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、電気化学電池に関し、より具体的には、溶融ナトリウム又は他の溶融金属を使用する電気化学電池システムに関する。電池は、様々な目的のために、電気エネルギーを貯蔵及び放出するために使用される既知のデバイスである。電気エネルギーを生成するために、電池は、典型的には、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。一般に、単一の電池は、１つ以上のガルバニ電池を含み、セルの各々は、外部回路を介さない限り電気的に隔離される２つの半電池から作製される。放電中、電気化学的還元が、セルの正極で発生する一方、電気化学的酸化が、セルの負極で発生する。セル内の正極及び負極は、互いに物理的に接触しないが、それらは一般に、固体状態若しくは液体状態のいずれか又は組み合わせであり得る１つ以上のイオン伝導性及び電気絶縁性電解質によって化学的に接続される。外部回路又は負荷が、負極に接続される端子及び正極に接続される端子に接続されると、電池は、外部回路を通して電子を駆動する一方、イオンは、電解質を通って移動する。

【背景技術】

【0002】

電池は、様々な様式で分類され得る。例えば、一度だけ完全に放電される電池は、多くの場合、一次電池又は一次セルと称される。対照的に、２回以上放電及び再充電することができる電池は、多くの場合、二次電池又は二次セルと称される。フロー電池又はレドックスフロー電池は、システムを通してイオン選択膜の別個の側にポンプ圧送される液体（すなわち、アノライト及びカソライト）に溶解した２つの化学成分によって、化学エネルギーが提供される、一種の二次セルである。イオン交換が膜を通して発生する一方で、アノライト及びカソライトは、膜の両側の、それらの独自のそれぞれの空間内を循環する。イオン交換は、それぞれ、アノライト及びカソライト内に少なくとも部分的に位置する電極（すなわち、アノード及びカソード）に入る、又は電極から出る電流の流れを伴う。アノライト及びカソライトは、典型的には、イオン交換を促進するが、著しい電流を伝導しないイオン伝導性かつ電気絶縁性の電解質である。そのため、中を通ってアノライト及びカソライトが流れる流体回路は、アノライト流体又はカソライト流体を介して電池セル間に電流を流させることなく、複数の電池セルを貫通することができる。

【0003】

溶融ナトリウム電池は、従来の二次セルのアノード及びアノライトの両方を溶融ナトリウム金属（元素記号Ｎａ）で置き換える特殊なタイプの二次セルである。溶融ナトリウム電池の一例が、２０１８年７月１０日に付与された米国特許第１０，０２０，５４３号（特許文献１）に詳細に説明されており、その開示全体が、参照により本明細書に組み込まれる。溶融ナトリウム電池を放電するとき、正に帯電したナトリウムイオンすなわちカチオン（Ｎａ^＋）が、膜のアノード側のナトリウム金属内で電子（ｅ^－）から分けられる。Ｎａ^＋イオンは、イオン選択膜を通過し、膜の反対側のカソライトと反応する一方、電子は、外部回路を通して駆動される。反対の反応が、溶融ナトリウム電池を充電するときに発生する。Ｎａ^＋イオンは、カソライトからイオン選択膜を通過し、膜のアノード側で電子と結合してナトリウム金属を形成する。

【0004】

いくつかの電池システムでは、電池セルによって提供される個々のセル電圧が積み重なって、電池システム全体により大きい電圧を提供するように、複数の電池セルを互いに直列に電気的に接続することが望ましい。複数の電池セルを直列に電気的に接続する原理は、フロー電池を含むほとんどのタイプの電池に容易に適用することができる。このように構成されたフロー電池は、典型的には、互いに流体的に並列に又は流体的に直列に配置され得る、各電池セルのカソード側を通ってカソライトを循環させる単一のカソライト流体回路を有する。同様に、フロー電池は、互いに流体的に並列に又は流体的に直列に配置され得る、各電池セルのアノード側を通ってアノライトを循環させる単一のアノライト流体回路を含み得る。

【0005】

しかしながら、複数の溶融ナトリウム電池セルを互いに直列に接続しようとすることは、溶融ナトリウム金属が、従来の電池電解質の電気伝導率（すなわち、従来の水性電解質の場合は５０℃で約５００ｍＳ／ｃｍ、従来の非水又は有機電解質の場合は１１５℃で約５０ｍＳ／ｃｍ）よりも数桁高い電気伝導率（すなわち、９８℃で約１×１０^６ｍＳ／ｃｍ）を有するため、困難であり得る。これは、溶融ナトリウム金属を介して溶融ナトリウム電池セル間を電流が流れることができ、それにより、電池セルにわたる電位（すなわち、電圧）を均等化し、直列に電気的に接続されたときに、セル電圧が積み重なるのを阻止するため、問題となり得る。本開示は、溶融ナトリウム電池システムで生じるこれら及び他の課題に対処する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第１０，０２０，５４３号

【発明の概要】

【0007】

概要
本開示の一実装形態は、溶融金属電池システムである。互いに直列に電気的に接続されており、かつ、互いに流体的に並列に配置された複数の溶融金属アノードを有する、複数の二次セルを、当該システムは含む。システムは、複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバを含む。溶融金属リザーバの各々は、複数の二次セルのうちの対応する二次セルに流体的に接続されており、溶融金属を介して複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら、対応する二次セルに対して溶融金属を交換するように構成されている。

【0008】

いくつかの実施形態では、溶融金属は、溶融ナトリウム金属を含む。

【0009】

いくつかの実施形態では、溶融金属は、溶融金属の流れを駆動するための電動構成要素を必要とせずに、複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバと複数の二次セルとの間を受動的に流れる。

【0010】

いくつかの実施形態では、システムは、
外部溶融金属源と複数の二次セルとの間に直列に流体的に接続されており、かつ、溶融金属を介して複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら外部溶融金属源から複数の溶融金属アノードに溶融金属を分配するように構成されている、溶融金属分配器
を含む。

【0011】

いくつかの実施形態では、溶融金属分配器は、
溶融金属分配器の上部部分から溶融金属の液滴を放出することと、
溶融金属の液滴が、溶融金属分配器内の電気絶縁性流体を通って、溶融金属分配器の下部分に沿って位置する複数の電気的に隔離されたコンパートメント内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属分配ドリップフィーダ
を含む。

【0012】

いくつかの実施形態では、溶融金属分配器は、
外部金属源に流体的に接続されており、かつ、外部金属源から溶融金属分配器内に溶融金属を受容するように構成されている、溶融金属入口と、
互いに電気的に隔離されている複数のコンパートメントと、
複数の溶融金属出口であって、各々が、複数のコンパートメントのうちの対応するコンパートメントに流体的に接続されており、かつ、対応するコンパートメントから複数の二次セルのうちの対応する二次セルに溶融金属を送達するように構成されている、複数の溶融金属出口と、
を含む。

【0013】

いくつかの実施形態では、溶融金属分配器は、
複数の溶融金属出口に結合されており、かつ、溶融金属分配器の構造を介して複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を含む。

【0014】

いくつかの実施形態では、
複数の二次セルが、電気を消費して複数の溶融金属アノード内で溶融金属を生成する充電モードで、及び
複数の二次セルが、複数の溶融金属アノード内で溶融金属を消費して電気を生成する放電モードで、
複数の二次セルがフロー電池として動作するように構成される。

【0015】

いくつかの実施形態では、複数の二次セルの各々は、
カソライト流体を収容するカソードコンパートメントと、
複数の溶融金属アノードのうちのある溶融金属アノードを収容するアノードコンパートメントと、
カソードコンパートメントとアノードコンパートメントとの間に位置付けられており、かつ、カソードコンパートメントとアノードコンパートメントとの間で金属イオンを選択的に輸送するように構成されている、イオン選択膜と
を含む。

【0016】

いくつかの実施形態では、複数の二次セルは、
カソードコンパートメントから、イオン選択膜を通して、アノードコンパートメントに金属イオンを輸送する工程と、
溶融金属を生成するために、金属イオンを電子と組み合わせることによってアノードコンパートメント内で金属イオンを還元する工程と
を含む、充電モードで動作するように構成される。

【0017】

いくつかの実施形態では、複数の二次セルは、
金属イオンを形成し電子を放出するために、アノードコンパートメント内で溶融金属を酸化する工程と、
アノードコンパートメントから、イオン選択膜を通してカソードコンパートメントに金属イオンを輸送する工程と
を含む、放電モードで動作するように構成される。

【0018】

いくつかの実施形態では、システムは、
複数の二次セルのうちの隣接する二次セルの間に位置し、かつ、隣接する二次セルを互いに電気的に隔離するように構成されている、隔離プレート
を含む。

【0019】

いくつかの実施形態では、システムは、互いに直列に電気的に接続されている複数の電池ストリングを含む。複数の電池ストリングのうちの各電池ストリングは、
複数の二次セルのうちの１つ、１つ以上の追加の溶融金属アノードを含む１つ以上の追加の二次セル、を含む、複数の単位セル
を含み得る。

【0020】

いくつかの実施形態では、各ストリング内の複数の単位セルは、互いに並列に電気的に接続されており、各ストリング内の溶融金属アノードは、実質的に等しい電位に維持される。

【0021】

いくつかの実施形態では、複数のストリングのうちの各ストリングは、交互の順序で配置される複数のカソード及び複数の溶融金属アノードを含む。複数のカソード又は複数の溶融金属アノードのうちの少なくとも１つは、複数の単位セルのうちの隣接する単位セルによって共有され得る。

【0022】

本開示の別の実装形態は、互いに直列に電気的に接続されており、かつ、互いに流体的に並列に配置された複数の溶融金属アノードを有する、複数の二次セル、を含む、溶融金属電池システムである。システムは、溶融金属を貯蔵するように構成された溶融金属貯蔵容器と、複数の二次セルと溶融金属貯蔵容器との間に直列に流体的に接続された溶融金属アグリゲータと、を含む。溶融金属アグリゲータは、溶融金属を介して複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら複数の溶融金属アノードから金属貯蔵容器に溶融金属を送達するように構成される。

【0023】

いくつかの実施形態では、溶融金属は、溶融ナトリウム金属を含む。

【0024】

いくつかの実施形態では、溶融金属は、溶融金属の流れを駆動するための電動構成要素を必要とせずに、複数の二次セル、溶融金属アグリゲータ、及び溶融金属貯蔵容器の間を受動的に流れる。

【0025】

いくつかの実施形態では、溶融金属アグリゲータは、複数の溶融金属入口を含み、複数の溶融金属入口のうちの各溶融金属入口は、複数の二次セルのうちの対応する二次セルに流体的に接続されており、かつ、対応する二次セルから溶融金属を受容するように構成される。溶融金属アグリゲータは、複数の溶融金属入口の各々から溶融金属を受容しかつ溶融金属を単一のプール内に組み合わせるように構成されている、溶融金属収集チャンバを含み得る。溶融金属アグリゲータは、溶融金属貯蔵容器に流体的に接続されており、かつ、溶融金属収集チャンバから溶融金属貯蔵容器に溶融金属を送達するように構成されている、溶融金属出口を含み得る。

【0026】

いくつかの実施形態では、溶融金属アグリゲータは、
複数の溶融金属入口に結合されており、かつ、溶融金属アグリゲータの構造を介して複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を含む。

【0027】

いくつかの実施形態では、溶融金属アグリゲータは、
溶融金属アグリゲータの上部部分から溶融金属の液滴を放出することと、
溶融金属の液滴が、電気絶縁性流体を通って、溶融金属アグリゲータの下部分に沿って位置する溶融金属収集チャンバ内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属集約ドリップフィーダ
を含む。

【0028】

いくつかの実施形態では、複数の二次セルの各々は、
カソライト流体を収容するカソードコンパートメントと、
複数の溶融金属アノードのうちのある溶融金属アノードを収容するアノードコンパートメントと、
カソードコンパートメントとアノードコンパートメントとの間に位置付けられており、かつ、カソードコンパートメントとアノードコンパートメントとの間で金属イオンを選択的に輸送するように構成されている、イオン選択膜と
を含む。

【0029】

いくつかの実施形態では、複数の二次セルは、
カソードコンパートメントから、イオン選択膜を通して、アノードコンパートメントに金属イオンを輸送する工程と、
溶融金属を生成するために、金属イオンを電子と組み合わせることによって、アノードコンパートメント内で金属イオンを還元する工程と、
溶融金属貯蔵容器に溶融金属を排出する工程と
によって、溶融金属生成システムとして動作するように構成される。

【0030】

いくつかの実施形態では、システムは、
複数の二次セルのうちの隣接する二次セルの間に位置し、かつ、隣接する二次セルを互いに電気的に隔離するように構成されている、隔離プレート
を含む。

【0031】

いくつかの実施形態では、システムは、互いに直列に電気的に接続されている複数の電池ストリングを含む。複数の電池ストリングのうちの各電池ストリングは、
複数の二次セルのうちの１つ、１つ以上の追加の溶融金属アノードを含む１つ以上の追加の二次セル、を含む、複数の単位セル
を含み得る。

【0032】

いくつかの実施形態では、各ストリング内の複数の単位セルは、互いに並列に電気的に接続されており、各ストリング内の溶融金属アノードは、実質的に等しい電位に維持される。

【0033】

いくつかの実施形態では、複数のストリングのうちの各ストリングは、交互の順序で配置される複数のカソード及び複数の溶融金属アノードを含む。複数のカソード又は複数の溶融金属アノードのうちの少なくとも１つは、複数の単位セルのうちの隣接する単位セルによって共有され得る。

【0034】

いくつかの実施形態では、システムは、
外部溶融金属源と複数の二次セルとの間に直列に流体的に接続されており、かつ、溶融金属を介して複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら外部溶融金属源から複数の溶融金属アノードに溶融金属を分配するように構成されている、溶融金属分配器
を含む。

【0035】

いくつかの実施形態では、溶融金属分配器は、
溶融金属分配器の上部部分から溶融金属の液滴を放出することと、
溶融金属の液滴が、溶融金属分配器内の電気絶縁性流体を通って、溶融金属分配器の下部分に沿って位置する複数の電気的に隔離されたコンパートメント内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属分配ドリップフィーダ
を含む。

【0036】

いくつかの実施形態では、溶融金属分配器は、外部金属源に流体的に接続されており、かつ、外部金属源から溶融金属分配器内に溶融金属を受容するように構成されている、溶融金属入口と、互いに電気的に隔離されている複数のコンパートメントと、複数の溶融金属出口であって、各々が、複数のコンパートメントのうちの対応するコンパートメントに流体的に接続されており、かつ、対応するコンパートメントから複数の二次セルのうちの対応する二次セルに溶融金属を送達するように構成されている、複数の溶融金属出口と、を含む。

【0037】

いくつかの実施形態では、溶融金属分配器は、
複数の溶融金属出口に結合されており、かつ、溶融金属分配器の構造を介して複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を含む。

【図面の簡単な説明】

【0038】

本開示は、同様の参照番号が同様の要素を指す、添付の図面と共に考慮される以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。

【0039】

【図1】いくつかの実施形態による、溶融ナトリウム電池システム（「システム」）の第１の斜視図である。

【図2】いくつかの実施形態による、システムの第２の斜視図である。

【図3】いくつかの実施形態による、システム内の電気接続の概略図である。

【図4】いくつかの実施形態による、フロー電池充電モードにおけるシステム内の流体の流れの図である。

【図5】いくつかの実施形態による、フロー電池放電モードにおけるシステム内の流体の流れの図である。

【図6】いくつかの実施形態による、ナトリウム生成モードにおけるシステム内の流体の流れの図である。

【図7】いくつかの実施形態による、システムのストリングのセルを通る流体の流れの図である。

【図8】いくつかの実施形態による、システムのストリングのセルを通る流体の流れの別の図である。

【図9】いくつかの実施形態による、システムのナトリウム分配器の第１の斜視図である。

【図10】いくつかの実施形態による、ナトリウム分配器の第２の斜視図である。

【図11】いくつかの実施形態による、ナトリウム分配器の第１の切欠き図である。

【図12】いくつかの実施形態による、ナトリウム分配器の第２の切欠き図である。

【図13】いくつかの実施形態による、システムのナトリウムアグリゲータの斜視図である。

【図14】いくつかの実施形態による、システムのナトリウムアグリゲータの第１の切欠き図である。

【図15】いくつかの実施形態による、システムのナトリウムアグリゲータの第２の切欠き図である。

【図16】いくつかの実施形態による、システムと共に使用することができる分配器の切欠き斜視図である。

【図17】いくつかの実施形態による、第１の集約貯蔵フロー電池モードにおけるシステム内の流体の流れの図である。

【図18】いくつかの実施形態による、第２の集約貯蔵フロー電池モードにおけるシステム内の流体の流れの図である。

【図19】いくつかの実施形態による、本明細書に開示される特徴の地理的に分散された実装形態の図である。

【図20】いくつかの実施形態による、システムの単位セルを充電するときに発生し得る電気化学反応を例示する図である。

【図21】いくつかの実施形態による、システムの単位セルを放電するときに発生し得る電気化学反応を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

詳細な説明
概説
図を一般的に参照すると、様々な例示的な実施形態による、溶融ナトリウム電池システム及びその構成要素が示されている。溶融ナトリウム電池システムは、複数の二次セル（すなわち、充電式電池セル）を含み得、その各々は、溶融ナトリウム金属アノードと、イオン選択膜（「膜」という用語は、本明細書では、任意の好適なタイプのセパレータを指すために使用される）と、カソライトが（例えば、外部ポンプを介して）循環するカソードコンパートメントと、を含む。イオン選択膜は、溶融ナトリウム金属アノードとカソライトコンパートメントとの間に位置付けられ、二次セルを充電又は放電するときに、正に帯電したナトリウムカチオン（Ｎａ^＋）が通過することを可能にする。放電するとき、ナトリウムイオンカチオン（Ｎａ^＋）は、膜のアノード側のナトリウム金属内で電子（ｅ^－）から分けられ、イオン選択膜を通過し、膜の反対側のカソライトと反応する一方、電子は、外部回路を通して駆動される。充電するとき、反対の反応が発生し、Ｎａ^＋イオンは、カソライトからイオン選択膜を通過し、膜のアノード側で電子（ｅ^－）と結合して、ナトリウム金属（Ｎａ）を形成する。このプロセスが、図２０及び図２１に例示されている。

【0041】

いくつかの実施形態では、複数の二次セル（本明細書では「単位セル」、「電池セル」、「二次セル」などの用語で称される）は、互いに直列及び／又は並列に配置されて、電池ストリング（本明細書では「ストリング」、「電池ストリング」などの用語で称される）を形成する。各電池ストリングは、１つ以上の単位セルを含み得る。いくつかの実施形態では、電池ストリング内の単位セルは、互いに並列に電気的に配置される。例えば、電池ストリングは、各々が、１．５ボルト（Ｖ）及び２０アンペア（Ａ）で動作し、かつ電池ストリングが１．５Ｖの組み合わせ電圧及び２００Ａの電流を有するように、互いに並列に電気的に接続され得る１０個（又は任意の数）の単位セルを含み得る。ナトリウム金属及びカソライト流体は、互いに平行に、互いに直列に、又はそれらの任意の組み合わせで、電池ストリング内の単位セルの各々を通って流れることができる。複数の電池ストリングを一緒に接続して、スタックを形成することができる。例えば、スタックは、スタックが２４Ｖのスタック電圧及び２００Ａの電流を有するように、互いに直列に（例えば、電気バスバーを介して）電気的に接続された１６個（又は任意の数）の電池ストリングを含み得る。特定の電圧及び電流値が、例として本明細書に提供されるが、これらの値は、変化することができ、限定的であるとみなされるべきではないことに留意されたい。ナトリウム金属は、互いに並列に、スタック内の電池ストリングの各々を通って流れることができる一方、カソライト流体は、互いに直列に、互いに並列に、又はそれらの任意の組み合わせで、スタック内の電池ストリングの各々を通って流れることができる。

【0042】

溶融ナトリウム電池システムは、フロー電池モード及びナトリウム生成モードを含む複数のモードで動作することができる。両方のモードにおいて、各ストリングは、最初に単位セルを充填する、すなわち「プライミング」するために、ナトリウム分配器からプライミングナトリウムのストリング固有の流れを受容する。ナトリウム分配器は、外部ナトリウム源からナトリウムを受容し、ストリングの各々にナトリウムを互いに並列に分配するように構成され得る。有利には、ナトリウム分配器は、プライミングナトリウムのストリング固有の流れを介して、及び／又はナトリウム分配器の構造（例えば、壁、表面など）を介して、電流がストリング間を流れることを防止することによって、互いに電気的に隔離された状態にストリングを維持するように構成され得る。単位セルを初期量のナトリウムでプライミングすると、ナトリウム分配器は、もはや必要でない。ナトリウム分配器のこれら及び他の特徴を、以下でより詳細に説明する。

【0043】

フロー電池モードでは、溶融ナトリウム電池システムは、電池を充電又は電池を放電するように動作することができる。電池を充電するとき、電気が消費され、Ｎａ^＋イオンは、カソライトからイオン選択膜を通過し、膜のアノード側（すなわち、溶融ナトリウムアノード内）で電子（ｅ^－）と結合して、上で説明されるようにナトリウム金属（Ｎａ）を形成する。溶融ナトリウムアノード内で生成されたナトリウム金属は、（例えば、生成されたナトリウムが、ナトリウムアノード内でより多くの体積を占有する結果として）ストリング固有のナトリウム出口を介して単位セルの外に押し出され、ストリング固有のナトリウムリザーバに流入する。いくつかの実施形態では、ストリング固有のナトリウムリザーバは、電池ストリングの上方に物理的に位置し（すなわち、より高い重力位置エネルギーを有する）、電池を充電するときに生成されたナトリウム金属を貯蔵するための追加の容量として機能する。電池を放電するときには、逆の反応が発生する。ナトリウム金属は、ストリング固有のナトリウムリザーバから単位セルの溶融ナトリウムアノードに流入し、単位セル内で消費されて、ナトリウムイオンＮａ^＋及び電子を生成する。Ｎａ^＋イオンは、イオン選択膜を通過してカソライトと反応する一方、電子は、電気の形態で電池から排出される。ストリング固有のナトリウムリザーバは、各ストリングが、単一のナトリウムリザーバ内にナトリウムのみを提供し、かつその同じナトリウムリザーバからナトリウムを受容するように、互いに物理的及び電気的に隔離されている。

【0044】

ナトリウム生成モードでは、溶融ナトリウム電池システムは、電池がフロー電池モードで充電しているときと同様の様式で動作する。電気が消費され、Ｎａ^＋イオンが、カソライトからイオン選択膜を通過し、膜のアノード側（すなわち、溶融ナトリウムアノード内）で電子（ｅ^－）と結合して、上で説明されるようにナトリウム金属（Ｎａ）を形成する。溶融ナトリウムアノード内で生成されたナトリウム金属は、ストリング固有のナトリウム出口を介して単位セルの外に押し出される。しかしながら、ナトリウム生成モードでは、生成されたナトリウムをストリング固有のナトリウムリザーバに貯蔵する必要はない。生成されたナトリウムの各ストリング固有の流れを別個のリザーバに提供する代わりに、生成されたナトリウムのストリング固有の流れは、ナトリウムアグリゲータに送達される。ナトリウムアグリゲータは、複数のストリングからナトリウムのストリング固有の流れを受容し、ナトリウムのストリング固有の流れを単一のナトリウムプール内に集約し（例えば、組み合わせる、収集する、合流させるなど）、集約されたナトリウムを外部ナトリウム貯蔵容器に送達する。有利には、ナトリウムアグリゲータは、ナトリウムのストリング固有の流れを介して、及び／又はナトリウムアグリゲータの構造（例えば、壁、表面など）を介して、電流がストリング間を流れることを防止することによって、互いに電気的に隔離された状態にストリングを維持するように構成され得る。ナトリウムアグリゲータのこれら及び他の特徴を、以下でより詳細に説明する。

【0045】

電池システムは、本開示全体を通して主に溶融ナトリウム電池システムとして説明されるが、様々な他の溶融アルカリ金属、他のタイプの溶融金属（すなわち、非アルカリ金属）、溶融金属合金又は共融物、純粋な溶融金属（すなわち、複数の異なる金属の混合物ではない）、及び／又は他の導電性流体、物質、若しくは材料を、本明細書に提供される教示から逸脱することなく、溶融ナトリウム金属の代わりに使用し得ることが企図される。本明細書で提供される特定のタイプの化学物質、物質、及び材料は、本開示のシステム及び方法を実施するのに好適であろうが、限定するものとみなされるべきではない例である。

【0046】

電池システム
ここで図１及び図２を参照すると、いくつかの実施形態による、システム１００の斜視図が、示されている。システム１００は、フロー電池システム、溶融アルカリ金属電池システム、溶融ナトリウム電池システム、アルカリ金属生成システム、ナトリウム生成システムなどであり得る。システム１００は、ベース１０２、ベース１０２上に装着された第１のサブシステム１０４、及びベース１０２上に装着された第２のサブシステム１０６を含むように示されている。第１のサブシステム１０４及び第２のサブシステム１０６は、第１のバスバー１０８によって直列に接続され得る。第１のサブシステム１０４及び第２のサブシステム１０６は、実質的に同様に構成され得る。

【0047】

第１のサブシステム１０４は、スタックアセンブリ１１０、分配器１１２（例えば、ナトリウム分配器、プライミング分配器）、及びアグリゲータ１１４（例えば、ナトリウムアグリゲータ、シャントブレイク）を含むとして示されている。スタックアセンブリ１１０は、複数のストリング１１６（ストリング１１６ａ～ｈとして示される）を含む。示される例では、スタックアセンブリ１１０のストリング１１６は、４つのストリング１１６（例えば、ストリング１１６ａ～ｄ及び１１６ｅ～ｈ）のセットにグループ化され、ストリング１１６の各グループは、エンドプレート１１８ａ～ｄによって境界付けられる。各グループ内のストリング１１６は、隣接するストリング１１６を互いに流体的及び電気的に隔離するように構成された隔離プレート１２０（隔離プレート１２０ａ～ｆで示される）によって互いに隔てられる。スタックアセンブリ１１０はまた、図３を参照して更に詳細に説明されるように、ストリング１１６間に電気接続を提供する（すなわち、ストリング１１６を互いに直列に電気的に接続する）バスバー１２２（バスバー１２２ａ～ｇとして示される）を含む。

【0048】

各ストリング１１６は、少なくとも図１及び図２に視認できる外壁によって画定されるハウジングを含む。他の図に示され、それらを参照して説明されるように、各ストリング１１６は、例えば、ナトリウムカチオンを還元すること（すなわち、Ｎａ^＋イオンに電子を追加すること）によってナトリウム原子（Ｎａ）を生成して電気を貯蔵するように充電し、例えば、ナトリウム金属を酸化して（すなわち、ナトリウム原子から電子を分けて）ナトリウムカチオンＮａ^＋を生成することによって、電気を生成するように放電することができる１つ以上のセル（例えば、電池セル、単位セル、二次セルなど）を含む。隔離プレート１２０は、隣接するストリング１１６間の電気的隔離を提供する。エンドプレート１１８はまた、スタックアセンブリ１１０に電気的隔離及び構造的支持を提供する。

【0049】

分配器１１２は、ストリング１１６間の電気的隔離を提供しながら、共通のソース又は入口（例えば、外部ナトリウム源）から複数のストリング１１６に導電性流体（例えば、流体アルカリ金属、溶融ナトリウム）を分配するように構成される。分配器１１２は、管材１２４（例えば、各ストリング１１６ａ～ｇに対して１つのチューブ、示された例では８つのチューブ）によって複数のストリング１１６に接続されており、その結果、流体は、それらの間を流れることができる。図１及び図２に示されるように、分配器１１２は、分配器１１２内の流体にかかる重力が、流体をストリング１１６に向かって／ストリング１１６内に下向きに流れさせ、ストリング１１６ａ～ｇを完全に充填させるように、スタックアセンブリ１１０の上方に物理的に装着される。分配器１１２及びそれによって提供される電気的隔離の追加の詳細が、図９～図１２を参照して説明される。

【0050】

アグリゲータ１１４は、ストリング１１６間の電気的隔離を提供しながら、複数のストリング１１６ａ～ｇから導電性流体（例えば、流体アルカリ金属、流体ナトリウム）を受容し、導電性流体を共通のレセプタクル又は共通の出口に（例えば、ライン１２５を介して）集約するように構成される。アグリゲータ１１４は、管材１２６（例えば、各ストリング１１６に対して１つのチューブ、示された例では８つのチューブ）によって、複数のストリング１１６に接続されており、その結果、流体は、それらの間を流れることができる。図１及び図２に示されるように、スタックアセンブリ１１０からアグリゲータ１１４に流入するときに、流体が、重力の方向に逆らって流れる必要があるように、アグリゲータ１１４は、スタックアセンブリ１１０の上方に物理的に装着される。これは、導電性流体が、スタックアセンブリ１１０内で生成され、導電性流体の追加の質量／体積が生成されるにつれてスタックアセンブリの外に押し出される結果として、生じ得る。アグリゲータ１１４及びそれによって提供される電気的隔離の詳細が、例えば、図１３～図１６を参照して、以下に提供される。

【0051】

分配器１１２及びアグリゲータ１１４は、ストリング１１６に導電性流体のストリング固有の流れを互いに並列に送達し、ストリング１１６から導電性流体のストリング固有の流れを互いに並列に収集／集約するように動作する。分配器１１２は、外部ソースから導電性流体を受容し、導電性流体をストリング固有の流れに分割し、ストリング固有の流れを個別のストリング１１６に送達する。スタックアセンブリ１１０内では、導電性流体のストリング固有の流れは、導電性流体を介して隣接するストリング１１６間に電流が流れることを防止するために、隣接するストリング１１６間の隔離プレート１２０及びエンドプレートによって、互いに流体的及び電気的に隔離されて維持される。アグリゲータは、個別のストリング１１６から導電性流体のストリング固有の流れを受容し、ストリング固有の流れを単一の合流ストリームに組み合わせ又は集約し、導電性流体の合流ストリームを外部貯蔵容器に提供する。

【0052】

いくつかの実施形態では、分配器１１２、ストリング１１６、アグリゲータ１１４、及び／又はシステム１００の他の構成要素の間の導電性流体の流れは、受動的に発生し、したがって、受動的な流れとして特徴付けることができる。受動的な流れは、重力、自然に誘発される流体流（例えば、対流）、変位（例えば、ストリング１１６内の流体の膨張若しくは生成）によって駆動されるか、又は別様に、流れを駆動するために、ポンプ、圧縮機、ファンなどの能動（例えば、電動）構成要素を必要とせずに、受動的に発生する流れを含み得る。例えば、分配器１１２、分配器１１２に原料供給する外部流体源、及び／又はストリング固有のリザーバは、ストリング１１６内で空間が利用可能であるときに、重力が、導電性流体をそのような構成要素からストリング１１６に受動的に下向きに流入させるように、ストリング１１６の上方（例えば、ストリング１１６の真上、及び／又はストリング１１６の上方の高位であるが、ストリング１１６の水平方向に横）に位置付けられ得る。これは、ストリング１１６をプライミングするとき、及び／又はストリング１１６内の導電性流体を消費して、ストリング１１６内の空間を解放するとき（例えば、フロー電池放電モード中）に発生し得る。別の例として、ストリング１１６内の導電性流体の生成（例えば、ナトリウム生成モード又はフロー電池充電モード中）は、ストリング１１６内で導電性流体の質量を増加させ得る。ストリング１１６内の導電性流体の質量の増加は、ストリング１１６内の流体の圧力及び／又は体積の増加を引き起こし得、それにより、ストリング１１６内に収まらない過剰な導電性流体を、変位によって、ストリング１１６の外に押し出させることがある。変位した導電性流体は、導電性流体の追加の質量がストリング１１６内で生成されるにつれて、重力の方向に逆らってストリング１１６を受動的に流出し、ストリング１１６の上方に位置するアグリゲータ１１４及び／又は外部リザーバに流入し得る。

【0053】

第２のサブシステム１０６は、第１のサブシステム１０６と実質的に同様に構成され、同等又は同一のスタックアセンブリ、分配器、及びアグリゲータを含む。図１及び図２に示されるように、入口ポート１２８及び出口ポート１３０は、第２のサブシステム１０６の一端に位置付けられる。他の実施形態では、入口ポート１２８及び出口ポート１３０は、第２のサブシステム１０６の反対側の端部にある。同様の入口ポート及び出口ポートをエンドプレート１１８ａ及び／又はエンドプレート１１８ｄに（例えば、エンドプレート１１８ａ上に入口ポートを、及びエンドプレート１１８ｄ上に出口ポートを）提供することができる。入口ポート１２８は、第２のサブシステムに入るカソライトの流れのための入口点を提供し、出口ポート１３０は、第２のサブシステムから出るカソライトの流れのための出口点を提供する。カソライトは、図４～図８に示され、それらを参照して説明されるように、システム１００のセルを通って流れることができる。

【0054】

カソライトは、任意の好適なタイプの正の電解質又は正極溶液を含み得る。いくつかの実施形態では、カソライトは、導電性流体とイオン（例えば、ナトリウムイオン又は他のカチオン）を交換することができる任意のタイプの流体であるか、又はそれを含むことができる。好適なカソライトの例としては、以下に限定されないが、硫化ナトリウム、ハロゲン化ナトリウム、硫化アルミニウム、ハロゲン化アルミニウム、及び／又は２０２０年８月４日に付与された米国特許第１０，７３４，６８６号、２０１５年３月３日に付与された米国特許第８，９６８，９０２号、２０２１年９月９日に公開された米国特許出願公開第２０２１／０２８０８９８号、並びに／若しくは２０２１年９月９日に公開された米国特許出願公開第２０２１／０２７７５２９号に説明されている正の電解質又は正極溶液のいずれかが挙げられる。これらの特許及び特許出願公開の各々の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。カソルティエは、ストリング１１６内のカソードコンパートメントを通って流れることができ、カソードコンパートメント内に少なくとも部分的に位置する１つ以上のカソード（すなわち、正極）に流体的に接触することができる。カソードは、例えば、ニッケル、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）_２）、硫黄複合材料、塩化スルフリルを含むハロゲン化硫黄、この段落で先に引用された特許若しくは特許出願公開のいずれかに説明されている正極材料のうちのいずれか、及び／又は他の任意の好適な正極材料を含む任意の好適なカソード材料から作製されるか、又はそれらを含み得る。

【0055】

様々な実施形態では、カソライトは、互いに直列に、互いに並列に、又はそれらの任意の組み合わせで、ストリング１１６のいくつか又は全てを通って流れる。いくつかの実施形態では、カソライトは、導電性流体よりも著しく低い導電率を有し、ストリング１１６を通って流れるときに、物理的及び電気的に分離して維持される必要はない。カソライトを通るごく小さい電流が、予想される（例えば、ストリング１１６及び／又はカソライト流路の配向及び配置に応じて変化し得る、場合によっては１パーセント未満の損失）。しかしながら、導電性カソライトが使用された場合、カソライトに対して同様の隔離措置を取り得ることが企図される。

【0056】

電気的接続
ここで図３を参照すると、いくつかの実施形態による、システム１００内の電気接続のブロック図が示されている。図３は、第１のエンドプレート１１８ａと第２のエンドプレート１１８ｂとの間にＮ個のストリング１１６（Ｎは正の整数）を有する例示的なスタックアセンブリ１１０を示し、ストリング１１６は、ストリング１ １１６ａ、ストリング２ １１６ｂ、ストリング３ １１６ｃ、ストリング４ １１６ｄ、最大でストリングＮ １１６までとして例示されている。様々な実施形態では、任意の正の整数値のＮが、可能である。例示されるように、各ストリング１１６は、負端子（－）及び正端子（＋）を有する。いくつかの実施形態では、各ストリング１１６は、ストリング１１６にわたって、すなわち、負端子（－）と正端子（＋）との間に電圧差を提供するように構成される。電圧差は、いくつかの実装形態では約１．５Ｖであり得、様々な実施形態、用途、シナリオなどでは、異なる大きさを有し得る（例えば、各ストリング１１６についてＸボルト）。

【0057】

隔離プレート１２０は、隣接するストリング１１６を互いに電気的に隔離する。示されるように、第１の隔離プレート１２０ａは、ストリング１ １１６ａをストリング２ １１６ｂから電気的に隔離し、第２の隔離プレート１２０ｂは、ストリング２ １１６ｂをストリング３ １１６ｃから電気的に隔離し、第３の隔離プレート１２０ｃは、ストリング３ １１６ｃをストリング４ １１６ｄから電気的に隔離し、第４の隔離プレート１２０ｈは、ストリング４ １１６ｄを後続のストリングから電気的に隔離し、第Ｍの隔離プレート１２０ｍは、ストリングＮ １１６Ｎを、先行するストリング１１６（Ｍ＝Ｎ－１）から隔離する。それにより、隔離プレート１２０は、望ましくない又は意図しない電流の流れ（すなわち、シャント電流）、電圧正規化、及び／又は複数のストリング１１６にわたる他の電気的相互作用を防止するのに役立つ。

【0058】

図３は、ストリング１１６を直列に接続するために、隣接するストリング１１６の正端子及び負端子に接続されたバスバー１２２を示す。示されるように、第１のバスバー１２２ａは、ストリング１ １１６ａとストリング２ １１６ｂとの間の唯一の電気的接続が、ストリング１ １１６ａの正端子とストリング２ １１６ｂの負端子との間にあるように、隔離プレート１２０ａの周りで、ストリング１ １１６ａの正端子をストリング２ １１６ｂの負端子に接続する。第２のバスバー１１２ｂは、ストリング２ １１２ｂの正端子を、隔離プレート１２０ｂの周りで、ストリング３ １１６ｃの負端子に接続し、バスバー１２２ｃ、ｄ、ｈ、…、ｍについても同じように続き、その結果、ストリングＮ １１６ｎに至るまで、各ストリングの正端子が後続のストリングの負端子に接続された状態で、ストリング１１６が、直列に接続される。Ｎ個のストリング１１６の場合、図３の実施形態は、Ｍ＝Ｎ－１個のバスバー１２２を含む。

【0059】

Ｎ個のストリング１１６の各々が、Ｘボルトの電圧差（Ｘは、例えば、１．５Ｖ、３Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖなどの任意の値であり得る）を提供するとき、図３に示される直列配置に起因して、Ｎ個のストリング１１６にわたる電圧差は、Ｎ×Ｘにほぼ等しい。図３に示されるストリング１１６の配置は、それによって、スタックアセンブリ１１０が、例えば、任意の個々のストリング１１６によって提供又は処理され得る電圧よりも著しく大きい電圧を提供又は処理することを可能にする。以下で詳細に説明されるように、図３の電気的配置を使用して、システム１００でアルカリ金属生成モード（例えば、ナトリウム生成モード）及び充電並びに放電フロー電池モードを提供することができる。

【0060】

フロー電池モード
ここで図４及び図５を参照すると、いくつかの実施形態による、フロー電池充電モード及び放電モードにおけるシステム１００内の流体の流れが、示されている。フロー電池充電モードで動作するとき（図４）、システム１００は、外部電気を受け取り、正に帯電したカチオン（例えば、Ｎａ^＋）を還元することによって、中性ナトリウム原子（又はいくつかの他の同様に反応性の材料、例えば、別のアルカリ金属）を生成及び貯蔵することによって、電気を貯蔵エネルギーに変換する。フロー電池放電モードで動作するとき（図５）、システム１００は、ナトリウム原子から電子を分けて、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）をカソライトに移送する酸化反応を通して電気を生成する。これらのモードは、以下で更に詳細に説明されるように、スタックアセンブリ１１０の異なるコンパートメント及び導管を通るナトリウム及びカソライトの流れを提供することによって、部分的に達成される。

【0061】

システム１００は、システム１００を通るカソライトの循環を提供する構成要素、例えば、カソライトタンク４００、ポンプ４０２、及び図４に例示される流路を提供する様々な管材、導管などを更に含み得る。カソライトタンク４００は、カソライト流体を保持するように構成され、いくつかの実施形態では、カソライト流体の撹拌（例えば、かき混ぜ、混合）を提供し得る。カソライト流体は、例えば、その開示全体が、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第１０，０２０，５４３号に説明されているように、図４の充電モードの動作中にＮａ^＋イオンを放棄し、図５の放電モードの動作中にＮａ^＋イオンを引き受けるのに好適な分子を含むか、又はそれらで構成され得る。ポンプ４０２は、カソライトをカソライトタンク４００からポンプ圧送し、ストリング１１６を通して、かつストリング１１６を横切って、カソライトタンク４００に戻すように動作する。ポンプ４０２は、例えば、スタックアセンブリ１１０を通るカソライトの一定流量を提供するように制御され得る。カソライトタンク４００は、過剰又は予備のカソライトを貯蔵又は引き受けて、例えば、充電及び放電動作中のカソライトの総体積の変化を可能にする。

【0062】

カソライトは、ストリング１１６内の経路を通って流れるように示されている。ストリング１１６内の経路は、図７及び図８に、より詳細に例示されている。カソライト流路は、カソライトが、ポンプ４０２によって駆動されてシステム１００を通って循環するときに、ストリング１１６のいずれかを通って流れることができるように、ストリング１１６を通って連続している。カソライトは、好ましくは、カソライトが、システム１００を通って循環するときに、電流がストリング１１６間を流れる経路を提供しないように、電気絶縁性である。

【0063】

システム１００はまた、ストリング１１６に入る、及びストリング１１６を出るナトリウムの流れを容易にする構成要素を含む。具体的には、システム１００は、ストリング１１６内で発生する反応の開始に十分な初期量のナトリウムでストリング１１６をプライミングするための構成要素（分配器１１２及び外部ナトリウム源４０４を含む）、及びストリング１１６内で生成されたナトリウムを貯蔵するための構成要素（ナトリウムリザーバ４０６を含む）を含む。

【0064】

外部ナトリウム源４０４は、スタックアセンブリ１１０をプライミングする際に使用するために利用可能な（例えば、タンク、リザーバ、容器内にある）ナトリウム（又は他の実施形態では、他の好適な材料）の任意の外部ソースであり得る。いくつかの実施形態では、外部ナトリウム源４０４は、図６に示されるナトリウム貯蔵容器６００である。ナトリウム分配器１１２は、外部ナトリウム源４０４からナトリウムを取得し（例えば、外部ナトリウム源４０４からナトリウム分配器１１２にポンプ圧送される、重力送りを介してナトリウム分配器１１２に流入する、外部ナトリウム源４０４内の圧力によって移送されるなど）、ナトリウムを別個のストリング１１６に分配するように構成される。図３に例示されるように、ストリング１１６は、組み合わされて、スタックアセンブリ１１０にわたってより大きい電圧差を提供する、各ストリングにわたる電圧差を有する目的で、直列に電気的に配置されているため、ナトリウム金属を介したストリング１１６間の電気伝導を防止することに課題が存在する。有利には、分配器１１２は、統一されたソースから（例えば、外部ナトリウム源４０４からの単一のチューブを介して）ナトリウムを受容し、別個のライン内のナトリウム間の電気的隔離を提供しながら、別個のストリング１１６まで延びる別個のラインにナトリウムを分配するように構成される。分配器１１２の例が、図９～図１２に示されており、それらを参照して、以下で詳細に説明される。

【0065】

ナトリウムリザーバ４０６は、ストリング１１６の各々について別個のリザーバを含み、その結果、ナトリウムリザーバ４０６の各々は、別個のストリング１１６からのナトリウム間の混合、接触などなしに、ストリング１１６のうちの１つからナトリウムを受容する。ナトリウムリザーバ４０６は、一緒に結合されて、例えば、共通のヘッドスペースと、ナトリウムリザーバ４０６を画定する異なるコンパートメントと、を有する配置で、例えば、１つ以上の非導電性及びナトリウム適合性材料（例えば、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、電気絶縁コーティングでコーティングされた鋼）から作製された壁を共有し得る。図４及び図５は、ストリング１ １１６ａに接続されたナトリウムリザーバ１ ４０６ａ、ストリング２ １１６ｂに接続されたナトリウムリザーバ２ ４０６ｂ、ストリング３ １１６ｃに接続されたナトリウムリザーバ３ ４０６ｃ、ストリング４ 1１６ｄに接続されたナトリウムリザーバ４ ４０６ｄからストリングＮ １１６ｎに接続されたナトリウムリザーバＮ４０６ｎまでを示している。この配置は、他の設計で発生し得るように、ナトリウムを介してストリング１１６間を電流が流れることを防止するために、ナトリウムを各ストリングから電気的に隔離する。

【0066】

フロー電池充電モード（図４に例示される）では、システム１００は、まず、ナトリウム分配器１１２によってプライミングされ、それにより、開始量のナトリウムが、外部ナトリウム源４０４からストリング１１６内に提供される。電圧が、外部電圧源によって、スタックアセンブリ１１０にわたって印加される。印加された電圧は、ストリング１１６の各々にわたる電圧差を提供する。ポンプ４０２は、カソライトを、ストリング１１６を通して循環させるように動作する。ストリング１１６の各々にわたる電圧差により、Ｎａ^＋カチオンが、カソライトから膜を通ってアノードコンパートメントに引き込まれ、そこでＮａ^＋カチオンが、電子（外部電圧源からの電流によって提供される）と結合して、ナトリウム原子を生成する。この反応は、各ストリング１１６内でナトリウム原子を生成し続け、これが、各ストリング１１６内のナトリウム経路内で材料の体積の増加をもたらし、それにより、ナトリウムが、ストリング１１６の外に押し出されて、それぞれのナトリウムリザーバ４０６に押し込まれる。それにより、ナトリウム原子が、生成されて、ナトリウムリザーバ４０６に貯蔵され、電気が、電気化学エネルギーの形態で貯蔵される。

【0067】

フロー電池放電モード（図５に例示される）では、システム１００は、電気を出力するように動作する。ナトリウムは、ナトリウムリザーバ４０６から（例えば、底部ドローポート又はドリップチューブから）それぞれのストリング１１６に流れ（例えば、重力によってストリング１１６に引き込まれる）、ストリング１１６内のナトリウム原子は、電子を失い、Ｎａ^＋カチオンが、膜を横切ってカソライト内に流れ、カソライトは、ポンプ４０２の動作によって循環し続ける。過剰な電子は、カソードに移動し、それにより、システム１００から流出することができる電気を生成する。それによって、システム１００は、フロー電池放電モードで動作するときに、貯蔵されたナトリウム原子から電気を生成するように構成される。

【0068】

ナトリウム生成モード
ここで図６を参照すると、いくつかの実施形態による、ナトリウム生成モードにおけるシステム１００内の流体の流れが示されている。図４及び図５と同様に、ナトリウム分配器１１２は、ある量のナトリウム（図６にプライミングナトリウムとして示される）を外部ナトリウム源４０４からストリング１１６に導入することによって、ナトリウム生成モードをプライミングするように動作することができる。ナトリウム生成モードでは、システム１００は、図６に示されるように配置され、（図７及び図８を参照してより完全に説明されるような反応を介して）ストリング１１６によって生成されたナトリウムは、別々にナトリウムアグリゲータ１１４に流れる。ポンプ４０２は、カソライトタンク４００を通すことを含む、スタックアセンブリ１１０を通して、カソライトを循環させるように動作する。いくつかの実施形態では、カソライトタンク４００は、例えば、十分に大きい体積を有することによって、外部ソースなどによって補充されることによってなどで、無期限の時間にわたってナトリウムを生成するように、システムの連続的な動作のために十分なカソライトを提供するカソライトのソースである。

【0069】

ナトリウムアグリゲータ１１４は、別個のストリング１１６からのナトリウムをナトリウム貯蔵容器６００への単一の出力に集約するように構成される。ナトリウム貯蔵容器６００は、（例えば、図４及び図５の別個のナトリウムリザーバ４０６とは対照的に）全てのストリング１１６からナトリウムを受容する単一の統一された空間を提供する。次いで、貯蔵容器６００内のナトリウムは、他の用途のための貴重な物質として取り出すことができる。有利には（及び図１３～図１６を参照して以下で詳述されるように、ナトリウムアグリゲータ１１４は、各ストリングによって出力されるナトリウムをナトリウム貯蔵容器６００内の単一の混合体積に集約しながら、各ストリング１１６内のナトリウム間の電気的隔離を維持するように構成される。各ストリング１１６内のナトリウム間の電気的隔離を維持することによって、電流が、ナトリウムを通してストリング１１６間に流れることはできず、ストリング１１６を、異なる電圧に保持することができる。したがって、ナトリウムアグリゲータ１１４は、図３に例示されるストリング１１６間の直列電気接続を可能にする上で重要な役割を果たす。

【0070】

ナトリウム生成モードでは、生成されたナトリウムは、ナトリウムアグリゲータ１１４を介してスタックアセンブリ１１０から取り出され、生成後にストリング１１６に戻って流入することが防止される。これは、図５のフロー電池放電モードにおいて、生成されたナトリウムが、スタックアセンブリ１１０に戻って流入することが可能なフロー電池モードとは区別される。ナトリウム生成モード及びフロー電池モードの両方で、ナトリウム分配器１１２は、プライミング段階中に（及び、いくつかのシナリオでは、メンテナンス目的で）ナトリウムをスタックアセンブリ１１０に提供するように動作するが、ナトリウム生成モードの実行時に単位セルがナトリウムでプライミングされた（例えば、充填された）後には、もはや必要とされない。いくつかの実施形態では、ナトリウム分配器１１２は、単位セルがプライミングされた後、スタックアセンブリ１１０から流体的に分離されて（例えば、バルブを閉じることによって、管材を外すことによってなど）、ナトリウム生成モード又はフロー電池モードの動作時の生成段階（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ）中に、ナトリウム分配器１１２を介してストリング１１６間に電流が流れないことを更に確実にすることができる。いくつかの実施形態では、ナトリウム貯蔵容器６００は、将来のプライミング動作で使用するために、外部ナトリウム源４０４にナトリウムを提供することができるか、又は他の実施形態では、単一の構成要素をナトリウム貯蔵容器６００及び外部ナトリウム源４０４の両方として使用することができる。

【0071】

ストリングの構成
ここで図７を参照すると、いくつかの実施形態による、システム１００の例示的なストリング１１６の図が、示されている。示される例では、各ストリング１１６は、ストリング１ １１６ＡのセルＡ７００ａ及びセルＢ７００ｂ、並びにスティング２ １１６ｂのセルＣ７００ｃ及びセルＤ７００ｄとして図７に示される２つのセルを有する。各セル７００は、電池セル（すなわち、二次セル、単位セルなど）として特徴付けられ得る。各セル７００では、放電モードにおいて、各セル７００にわたって電圧を生成することができるか、又は充電モードにおいて、各セル７００にわたる電圧を使用して、ナトリウムを生成する（若しくはさもなければ、エネルギーを貯蔵する）ことができるように、カソライトは、溶融ナトリウム（又は他の実施形態では他のアノード材料）から膜の反対側に提供される。本明細書の実施形態における膜は、ナトリウムイオン選択的であり、ＮａＳＩＣＯＮ又はβアルミナ材料であり得る。

【0072】

図７に示されるように、セルＡ７００ａ及びセルＢ７００ｂは、内部を通る平行な流体の流れのために、及びセルＡ７００ａとセルＢ７００ｂとがカソードを共有する（共有カソード７０２ａ）ように配置される。すなわち、ストリング１ １１６ａは、カソライトが通って流れることができ、システム１１０の動作中にカソライトで充填される、カソライトチャンバ７０４ａを含む。カソライトチャンバ７０４ａは、共有カソード７０２ａによって分割され、その結果、カソライトは、カソード７０２ａの２つの側面に沿って平行に流れることができる。カソライトチャンバ７０４ａは、カソライトチャンバ７０４ａ内のカソライトをストリング１１６ａの第１のアノードチャンバ７０８ａから隔てる第１の膜７０６ａによって、及びカソライトチャンバ７０４ａを第２のアノードチャンバ７０８ｂから隔てる第２の膜７０６ｂによって、境界される。共有カソード７０２ａは、第１の膜７０６ａと第２の膜７０８ａとの間でほぼ等間隔に位置付けられており、その結果、カソライトは、第１の膜７０６ａと共有カソード７０２ａとの間、及び第２の膜７０６ｂと共有カソード７０２ａとの間のカソライトチャンバ７０４ａの領域を通って流れることができる。セルＡ７００ａは、第１のアノードチャンバ７０８ａ、第１の膜７０６ａ、カソライトチャンバ７０４ａの一部分、及び共有カソード７０２ａの組み合わせによって画定される一方、セルＢ７００ｂは、第２のアノードチャンバ７０８ｂ、第２の膜７０６ｂ、カソライトチャンバ７０４ａの一部分、及び共有カソード７０２ａの組み合わせによって画定される。したがって、カソード７０２ａは、ストリング１ １１６ａ内の隣接する単位セル７００ａと７００ｂとの間で共有される。

【0073】

ストリング１ １１６ａはまた、第１のアノードチャンバ７０８ａを第２のアノードチャンバ７０８ｂと流体的に接続するナトリウム導管（例えば、チューブ、パイプなど）７１０ａを含むように示されている。ナトリウム導管７１０ａは、ナトリウム（又は他のアノード材料）が、ストリング１ １１６ａのアノードチャンバ７０８ａ、ｂを通って、及びそれらの間を、並びに隔離プレート１２０ａに位置付けられた出口７１２ａまで流れることを可能にする。図７に例示されるように、ナトリウム及びカソライトの両方が、同じ方向に、反対方向に、又はそれらの任意の組み合わせで、各ストリング１１６を通って平行に流れることができる。

【0074】

ストリング２ １１６ｂは、ストリング１１６ａと実質的に同様に配置されるとして示されており、共有カソード７０２ｂ、カソライトチャンバ７０４ｂ、第１の膜７０６ｃ、第２の膜７０６ｄ、第１のアノードチャンバ７０８ｃ、第２のアノードチャンバ７０８ｄ、導管７１０ｂ、及び出口７１２ｂを含む対応する構成要素を含む。図７は、ストリング１ １１６ａのカソライトチャンバ７０４ａが、ストリング２ １１６ｂのカソライトチャンバ７０４ｂと流体連通していることを例示しており、その結果、カソライトは、ストリング１ １１６ａのカソライトチャンバ７０４ａを通って、ストリング２ １１６ｂのカソライトチャンバ７０４ｂに流入することができる。図７はまた、ストリング１のアノードチャンバ７０８ａ、ｂ及び導管７１０ａが、ストリング２ １１６ｂのアノードチャンバ７０８ｃ、ｄ及び導管７１０ｂから隔てられていること（少なくとも隔離プレート１２０ａによってそれらから電気的に隔離されていることを含む）を例示している。したがって、カソライトは、ストリング１ １１６ａとストリング２ １１６ｂとの間で共有される一方、ナトリウム（又は他の流体アノード）は、隣接するストリング１１６から電気的に及び流体的にの両方で隔離されている。

【0075】

ここで図８を参照すると、いくつかの実施形態による、システム１００のストリング１１６の別の図が、示されている。図８に示される例では、各ストリング１６６、各ストリング１１６は、ストリング１ １１６ａのセルＡ７００ａ、セルＢ７００ｂ、セルＣ７００ｃ、及びセルＤ７００ｄとして示される４つのセルを含む。図７の例のように、セルＡ７００ａ及びセルＢ７００ｂは、図７を参照して説明されたように配置された、第１の共有カソード７０２ａ、カソライトチャンバ７０４ａの部分、第１の膜７０６ａ、第２の膜７０６ｂ、第１のアノードチャンバ７０８ａ、及び第２のアノードチャンバ７０８ｂで構成される。

【0076】

図８の例では、ストリング１ １１６ａは、第２のアノードチャンバ７０８ｂを使用して、セルＢ７００ｂとセルＣ７００ｃとの間に共有アノードを提供することによって、追加のセル（セルＣ７００ｃ及びセルＤ７００ｄ）を備える。示されるように、第２のアノードチャンバ７０８ｂは、第２の膜７０６ｂによって、及び第３の膜７０６ｃによって画成される。第３の膜７０６ｃは、第２のアノードチャンバ７０８ｂを、第３の膜７０６ｃと第２の共有カソード７０２ｂとの間のカソライトチャンバ７０４ａの一部分から隔てる。共有カソード７０２ｂは、セルＣ７００ｃ及びセルＤ７００ｄの要素である。セルＤ７００ｄはまた、第４の膜７０６ｄによってカソライトチャンバ７０４ａから隔てられた第３のアノードチャンバ７０８ｃを含み、その結果、カソライトは、カソライトチャンバ７０４ａを通って第４の膜７０６ｄと第２の共有カソード７０２ｂとの間を流れることができる。示されるように、ストリング１ １１６ａは、それによって、２つのカソード及び第３のアノードチャンバを使用して４つのセルを提供する。任意の数のセル（例えば、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個など）を有するストリングは、本開示の範囲内である。

【0077】

ナトリウム分配器
ここで図９～図１２を参照すると、いくつかの実施形態による、分配器１１２の様々な図が示されている。分配器１１２は、外部ナトリウム源４０４と、システム１００のストリング１１６との間に直列に接続可能であり、溶融ナトリウムを介してストリング１１６間に電気シャント電流が流れることを防止しながら外部ナトリウム源４０４からストリング１１６に流体ナトリウムを分配するように構成される。図９は、分配器１１２の第１の斜視図を示し、図１０は、分配器１１２の第２の斜視図を示し、図１１は、分配器１１２の第１の切欠き図を示し、図１２は、分配器１１２の第２の切欠き図を示す。

【0078】

図９～図１２に示されるように、分配器１１２は、チャンバ９００と、チャンバ９００の上部壁９０４に位置付けられたナトリウム入口９０２と、チャンバ９００の上部壁９０４に位置付けられたガス入口９０６と、ナトリウム入口９０２と複数の出口９０８との間にチャンバ９００が配置されるように、チャンバ９００の底壁９１０から延在する複数の出口９０８と、を含む。チャンバ９００は気密であり、その結果、流体は、ナトリウム入口９０２、ガス入口９０６、及び出口９０８を介してのみ、チャンバ９００の内部に入るか、又はそれから出ることができる。ガス入口９０６は、ナトリウムと反応しない不活性ガスのソースに接続可能であり、不活性ガスをチャンバ９００内に（例えば、大気圧よりも高い圧力で）供給して、ナトリウムによって占有されていないチャンバ９００内の任意の空間を、ナトリウムと反応しない物質で充填することを可能にする。チャンバ９００は、非導電性材料から作製され得る。ナトリウム入口９０２は、外部ナトリウム源４０４（図４～図６に示される）に接続可能であり、外部ナトリウム源４０４からチャンバ９００の内部にナトリウムを導入するように構成される。ナトリウム入口９０２は、チャンバ９００内へのナトリウムの流れ又は滴下の速度を調節することができる。ナトリウム入口９０２は、チャンバ９００の上面９０４上で実質的に中央に位置するとして示されている。

【0079】

各出口９０８は、チャンバ９００の底面９１０から延在する管状又はノズル形状を有するとして示されている。出口９０８は、電気絶縁性材料から作製され得る。各出口９０８は、管材１２４を介して、対応するストリング１１６に流体的に接続されており、かつ、分配器１１２から対応するストリング１１６にナトリウムを送達するように構成され得る。図９～図１２に示されるように、出口９０８は、２つの対称な４個の行（合計８つの出口９０８）に配置されるが、他の数の出口９０８又は他の配置も可能である。出口９０８の数は、分配器１１２によってサービスされるストリング１１６の数と一致する。各出口９０８は、チャンバ９００を各出口９０８の先端１１０２から電気的に絶縁する、電気絶縁性のナトリウム適合性材料又は他の材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））から作製された継手１１００を含み得る。したがって、各出口９０８の先端１１０２をスタックアセンブリ１１０に接続するチューブが、異なる電圧レベルにさらされた場合でも、継手１１００によって提供される電気的絶縁が、分配器１１２の構造を介してストリング１１６間に著しい電流が流れないことを確実にする。

【0080】

いくつかの実施形態では、各出口９０８は、流体が、チャンバ９００と各出口９０８の先端１１０２との間の空隙を通って滴下するように、バルブ、流量制限器、狭い領域、ノズル、フレアノズル、ドリップ形成デバイスなどを含む。空隙は、出口９０８内（すなわち、チャンバ９００と先端１１０２との間）に電気シャントブレイクを提供して、分配器１１２を介してストリング１１６間を電気シャント電流が流れるのを遮断することができる。いくつかの実施形態では、ガス入口９０６を介して分配器１１２に提供される加圧ガスの圧力は、チャンバ９００を出口９０８に接続するオリフィスにおける導電性流体の液滴の形成を容易にするように制御（例えば、調整、調節、変調など）され得る。例えば、コントローラは、オリフィスにわたる圧力差を測定又は計算し、ガス入口９０６を介して提供される加圧ガスの圧力を（例えば、ポンプ又は他の圧力制御デバイスを動作させることによって）調整して、液滴形成を促進する設定値又は目標レベルに圧力差を維持することができる。

【0081】

チャンバ９００は、複数のコンパートメント９１２を含み、各コンパートメント９１２は、出口９０８のうちの１つに対応し、かつそれと整列している。コンパートメント９１２は、チャンバ９００の底壁９１０からチャンバ９００の上部壁９０４に向かって途中まで延在する隔壁によって画定され、チャンバ９００の上部壁９０４とコンパートメント９１２との間に空間を残す。コンパートメント９１２は、（流体レベルがコンパートメント９１２の高さを下回る場合に）電流が、別個のコンパートメント９１２内の流体間を流れないように、（例えば、隔壁の材料組成に起因して）互いに電気的に隔離されている。例えば、チャンバ９００、コンパートメント９１２などは、ナトリウムと適合性又は非反応性の非導電性材料（例えば、ＰＭＰ）から作製され得る。図１２に見られるように、コンパートメント９１２は、コンパートメント９１２の高さが、複数のコンパートメント９１２の共通の隅部において部分的に減少される溢出領域９１４によって接続される。溢出領域９１４は、チャンバ１１０内の流体レベルが溢出領域９１４を超えるときに、コンパートメント９１２間の流体の分配を容易にする。いくつかの実施形態では、コンパートメント９１２の上方かつチャンバ９００内に共通のヘッドスペースを提供することによって、一定の圧力を（例えば、ガス入口９０６を通して加圧ガスを導入することによって）コンパートメント９１２にわたって調整することができ、それにより、有利には、一定の滴下速度又は液滴サイズでの分配器１１２からの分配をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、溢出領域９１４を、コンパートメント９１２の上方に（例えば、共通のヘッドスペース内に）位置する分配器プレートに置き換えて、コンパートメント９１２にわたって流体を均等に分配することができる。分配器プレートは、流体が分配器プレートの上に溜まり、オリフィスを通って、下に位置するコンパートメント９１２内に実質的に均等に流れる（ｆｌｏｗ）ように（例えば、滴下する、流れる（ｓｔｒｅａｍ）など）、蒸留カラムトレイ（例えば、平面状の表面にわたって分布する多くの小さいオリフィスを有する平面状の表面）と同様に構成され得る。

【0082】

ナトリウムアグリゲータ
ここで図１３～図１５を参照すると、いくつかの実施形態による、アグリゲータ１１４の複数の図が示されている。アグリゲータ１１４は、ストリング１１６とナトリウム貯蔵容器６００との間に直列に流体接続され（図６に示されるように）、流体ナトリウムを介してストリング１１６間を電気シャント電流が流れることを防止しながらストリング１１６からナトリウム貯蔵容器６００に流体ナトリウムを送達するように構成され得る。図１３は、第１の斜視図を示し、図１４は、第１の切欠き図を示し、図１５は、第２の切欠き図を示す。

【0083】

アグリゲータ１１４は、チャンバ１３００と、チャンバ１３００の上部壁１３０４から上向きに延在する複数の入口１３０２と、を含むとして示されている。アグリゲータ１１４はまた、チャンバ１３００が、入口１３０２と出口１３０６との間にあるように、チャンバ１３００の底壁１３０８から下向きに延在する出口１３０６を含む。アグリゲータ１１４はまた、チャンバ１３００に接続されており、かつ、チャンバ１３００内への不活性ガスの導入を可能にする、ガス入口１３１０を含む。

【0084】

出口１３０６は、チャンバ１３００の底壁１３０８上で中央に位置するとして示されており、底壁１３０８は、重力が、チャンバ１３００内の流体を出口１３０６に向かって及び出口１３０６内に引き込むように、出口１３０６に向かって傾斜している。底壁１３０８はまた、入口１３０２からチャンバ１３００に滴下する流体の飛散を低減又は排除するために、入口１３０２に関連して配置されたスプラッシュ防止部材１４０２（例えば、隆起、傾斜、突起など）を含むとして示されている。チャンバ１３００は、構造的支持のために、底壁１３０８から上部壁１３０４まで延在する内部支持ストラット１４００を含むとして示されている。

【0085】

各入口１３０２は、水平先端１５００及び垂直導管１５０２を含む。水平先端１５００は、ストリング１１６から流体ナトリウムを受容し、次いで、流体ナトリウムは、垂直導管１５０２にゆっくりと移動する。垂直導管１５０２は、ナトリウムが、垂直導管１５０２を通って滴下し、各垂直導管１５０２の底部に位置する末端部１５０４を出るように構成される。それによって、入口１３０２は、流体ナトリウムの液滴を、末端部１５０４から、チャンバ１３００内に、例えば、スプラッシュ防止部材１４０２の上に、チャンバ１３００の容積を通して（例えば、ガス入口１３１０を介して提供される不活性ガスを通して）落下させる。いくつかの実施形態では、ガス入口１３１０を介してアグリゲータ１１４に提供される不活性ガスの圧力を制御して（例えば、調整する、調節する、変調するなど）、末端部１５０４における流体ナトリウムの液滴の形成を容易にすることができる。例えば、コントローラは、末端部１５０４にわたる圧力差を測定又は計算し、ガス入口１３１０を介して提供される加圧ガスの圧力を（例えば、ポンプ又は他の圧力制御デバイスを動作させることによって）調整して、液滴形成を促進する設定値又は目標レベルに圧力差を維持することができる。入口１３０２は、水平先端１５００をチャンバ１３００から電気的に結合解除するために、電気隔離性の材料、継手などを含み得る。

【0086】

流体は、不活性ガス（例えば、非導電性ガス）又は他の電気絶縁性流体を通って落下する液滴としてチャンバ１３００に入るため、流体は、チャンバ１３００の内部からストリング１１６へ戻る、又はその逆の導電性経路を提供しない。追加的に、液滴が、複数の入口１３０２から同時に落下しているときでも、液滴は、互いに電気的に隔離され、その結果、異なる入口１３０２間に電気的接続は生じない。したがって、アグリゲータ１１４は、異なるストリング１１６間の、又は様々な実施形態では、複数の入口１３０２に導電性流体を提供する任意の様々な流体源間の電気的連通を防止しながらアグリゲータ１１４の出口１３０６で流体ナトリウムを集約する。

【0087】

ナトリウムマニホールド
ここで図１６を参照すると、いくつかの実施形態による、システム１００と共に使用することができるマニホールド１６００の切欠き斜視図が示されている。マニホールド１６００は、本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、図１並びに図２及び図９～図１２に例示されるような分配器１１２、及び／又は図１並びに図２及び図１３～図１５に例示されるようなアグリゲータ１１４の代わりに使用することができる。マニホールド１６００は、電圧が、スタックアセンブリ１１０にわたって提供されている間に、ストリング１１６間に電気的接続を生じることなく、共通のソースから複数のストリング１１６に流体を分配するように構成することができる。マニホールド１６００は、複数のストリング１１６から受容された流体を集約し、集約された流体を、電圧が、スタックアセンブリ１１０にわたって提供されている間に、ストリング１１６間に電気的接続を生じることなく、共通のソースに提供するように構成することができる。いくつかの実施形態では、マニホールド１６００は、ストリング１１６を互いに電気的に隔離したままにしないが、依然として、システム動作の起動段階中にストリング１１６をプライミングし、及び／又は電気シャントブレイクが必要とされないときに、システム動作のシャットダウン段階中にストリング１１６をパージするために使用することができる。代替的に、マニホールド１６００は、以下に説明されるように、マニホールド１６００内の導電性流体を介して、及び／又はマニホールド１６００の物理的構造を介して、電流がストリング１１６間を流れることを防止することによって、ストリング１１６を互いに電気的に隔離したままにするように構成することができる。

【0088】

マニホールド１６００は、本体１６０１と、本体１６０１から延在する複数のノズル１６０２（例えば、８つのノズル１６０２）と、を含む。ノズル１６０２は、例えば、図１６に示されるように、各ノズル１６０２が１つのチューブ又はパイプに接続された状態で、（図１及び図２の描画と同様に）各ノズル１６０２が１つのストリング１１６と流体的に連通可能であるように、管材１２４に接続される。いくつかの実施形態では、マニホールド１６００は、ノズル１６０２を通過するときに、マニホールド１６００内の導電性流体を強制的に個々の液滴又は他の不連続な流体ストリームに分解させることによって、導電性流体のストリームを分解する電気シャントブレイク（例えば、空隙、電気絶縁性流体の隙間など）を生じさせることができる。ノズル１６０２は、図１６に示されるように「Ｖ」形状に配向され得るか、又は代替的に、導電性流体の液滴が空隙を通って垂直に滴下することを可能にするように、垂直に配向され得る。いくつかの実施形態では、ノズル１６０２は、先で説明されるように、分配器１１２及び／又はアグリゲータ１１４と同様に、電流が、マニホールド１６００の物理的構造を通って別個のストリング１１６間に流れることを防止するために、電気絶縁性材料から作製される。

【0089】

本体１６０１は、中央導管（ボア、チャネル、通路、開口部など）１６０４を含む。中央導管１６０４は、ノズル１６０２の内部先端１６０６と整列するように配置される。中央導管１６０４は、例えば、管材（チューブ、パイプなど）を介して、ナトリウムのソース及び／又はレセプタクル（例えば、外部ナトリウム源４０４、ナトリウム貯蔵容器６００、それらの何らかの組み合わせ）に接続することができるポート１６０８と連通可能である。したがって、ナトリウムは、中央導管１６０４及び内部先端１６０６を介して、ノズル１６０２に、又はノズル１６０２から流れることができる。

【0090】

マニホールド１６００は、ポート１６０８において受容されたナトリウムを複数のノズル１６０２に実質的に均等に分配することによって、システム１００のプライミングを容易にすることができる。そのようなシナリオでは、ナトリウムは、ポート１６０８を通って、及び中央導管１６０４に沿って内部先端１６０６に流入し、そこでナトリウムは、ノズル１６０２に入る。ナトリウムの圧力／流れが、ナトリウムを、ノズル１６０２を通って管材１２４に入るように上向きに押すことができる。ノズル１６０２の全てへの流入を確実にする背圧を提供するために、各ノズル１６０２内の小さいオリフィスを含むことができる。内部先端１６０６、ノズル１６０２、中央導管１６０４などはまた、ノズル１６０２の各々への実質的に均一な流れを確実にするチョーク流れ効果を生じるようにサイズ決めすることができる。プライミング段階の終わりに、ナトリウムは、ポート１６０８を介して中央導管１６０４へ、又は中央導管１６０４内へ流れるのを停止する（例えば、外部ソースからナトリウムを駆動するポンプの動作の終了などによる）。次いで、ナトリウムは、ノズル１６０２から下向きに流れ、内部先端１６０６を介して中央導管１６０４に入ることができる。

【0091】

いくつかの実施形態では、マニホールド１６００はまた、導管１６０４における、ストリング１１６からのナトリウムの集約を容易にすることができる。例えば、ナトリウムは、ナトリウムの液滴が、中央導管１６０４に近接する内側先端１６０６の外側オリフィスで形成され、次いで（例えば、別個に、及び空隙を通って）中央導管１６０４内に滴下する速度で、管材１２４を介してノズル１６０２に流れ得る。代替的又は追加的に、ノズル１６０２は、管材１２４に近接して（例えば、管材１２４に接続されたノズル１６０２の縮径部分で）ナトリウムの液滴を形成させ、次いで、管材１２４と内部先端１６０６との間のノズル１６０２内の空隙を通って滴下させることができる。次いで、ナトリウムは、内部先端１６０６を通って、中央導管１６０４に流入することができる。それにより、ノズル１６０２は、異なるストリング１１６（及び管材１２４の異なるセクション）内のナトリウム間の電気的切断を維持しながら、中央導管１６０４において、管材１２４からのナトリウムの集約を提供するように構成することができる。

【0092】

いくつかの実施形態では、マニホールド１６００は、フロー電池放電モードで動作するとき（すなわち、ナトリウムを消費して電気を生成するとき）、外部ナトリウム源４０４及び／又はナトリウム貯蔵容器６００からストリング１１６にナトリウムを分配することができる。マニホールド１６００を使用又は修正して、例えば、ノズル１６０２内に電気シャントブレイクを生じさせることにより、フロー電池放電モードにおいてストリング１１６間の電気的隔離を提供することができることが企図される。いくつかの実施形態では、ノズル１６０２は、図１６の前景のノズル１６０２のサブセットと同様の逆「Ｖ」形状を有し、各ノズル１６０２は、逆「Ｖ」形状の中央の中心点から下向きに延在する一対の脚を有する。ノズル１６０２の各脚の端部は、ノズル１６０２を貫通する導管よりも小さい直径を有するオリフィス（例えば、内部先端１６０６と同様）などの流量制限器を含み得る。そのような構成は、いずれかの方向にノズル１６０２を出るときに、ナトリウムをノズル１６０２内に溜まらせ、流量制限器において液滴を形成させることができる。液滴は、流量制限器から、空隙を通って流量制限器の下方に滴下することができ、それにより、二方向のシャントブレイクを提供する。

【0093】

いくつかの実施形態では、システム１００は、ノズル１６０２内及び／又は中央導管１６０４内の流体ナトリウムの圧力を制御して（例えば、調整する、調節する、変調するなど）、マニホールド１６００内の流量制限器又は他のオリフィスにおける流体ナトリウムの液滴の形成を容易にするように構成することができる。例えば、コントローラは、流量制限器にわたる圧力差を測定又は計算し、中央導管１６０４内の流体ナトリウムの圧力を調整することができる（例えば、先で説明される分配器１１２及びアグリゲータの構成と同様に、加圧ガスを中央導管１６０４に提供することによって）。コントローラは、ナトリウム及び／又は加圧ガスのためのポンプ又は他の圧力制御デバイスを動作させて、圧力差を、ノズル１６０２の一方又は両方の端部におけるマニホールド１６００内の液滴形成を促進する設定値又は目標レベルに維持することができる。

【0094】

集約貯蔵を伴うフロー電池モード
ここで図１７を参照すると、いくつかの実施形態による、集約貯蔵を伴うフロー電池モードに配置されたシステム１００の例示が示されている。充電モード中に生成されたナトリウムは、スタックアセンブリ１１０を出て、ナトリウムアグリゲータ１１４に流れ、ナトリウムアグリゲータ１１４は、図６を参照してより詳細に説明されたように、ナトリウム貯蔵容器６００内にナトリウムを集約する。図１７に示されるように、ナトリウム貯蔵容器６００は、生成されたナトリウムが、放電モード中にスタックアセンブリ１１０のストリング１１６内に流れて戻ることができるように、ナトリウム分配器１１２を介してスタックアセンブリ１１０に戻るように接続される。ナトリウム貯蔵容器６００からの生成されたナトリウムは、それによって、スタックアセンブリ１１０内にループバックし、ナトリウムからの、貯蔵されたエネルギーの放出を提供することができる。

【0095】

ナトリウム分配器１１２及びナトリウムアグリゲータ１１４が図１７に示されているが、これらの構成要素のうちの一方又は両方をナトリウムマニホールド１６００に交換することができることが企図される。いくつかの実施形態では、分配器１１２は、図１～図２及び図１３～図１５に示されるアグリゲータ１１４の逆バージョンとして実装することができる。追加的に、ナトリウム分配器１１２又はアグリゲータ１１４を、図１７に示される構成から省略して、充電モードでのみ動作するシステム１００のバージョン（すなわち、分配器１１２を省略することによって）、又は放電モードでのみ動作するシステム（すなわち、アグリゲータ１１４を省略することによって）を提供することができる。充電又は放電に特化したシステムの例を、図１９を参照してより詳細に説明する。これら及び他の修正は、図１７に示される実施形態だけでなく、本明細書に説明される他の実施形態のいずれについても行うことができる。

【0096】

動作時に、分配器１１２は、ナトリウム貯蔵容器６００に貯蔵されているナトリウムを、別個のストリング１１６に提供されるナトリウムの別個のストリームに分解する（例えば、分配する、分けるなど）ように構成される。各ストリング１１６で電圧ステップを可能にするために、分配器１１２は、別個のストリング１１６に提供されるナトリウムの別個のストリーム間に電気的隔離を提供する。他の実施形態と同様に、分配器１１２は、溶融ナトリウム金属の液滴が、分配器１１２内の電気絶縁性流体（例えば、不活性ガス）を通って、分配器１１２の下部分に沿って位置し、複数のストリング１１６まで延びる別個の管材に接続されている複数の電気的に隔離されたコンパートメント内に落下するように、分配器１１２の上部部分から溶融ナトリウム金属の液滴を放出するように構成されているナトリウム分配ドリップフィーダであり得る。

【0097】

いくつかの実施形態では、分配器１１２は、例えば、ナトリウム貯蔵容器６００にナトリウムがないことがある初期プライミング段階中に、外部ソース４０４から追加的又は代替的にナトリウムを受容するように構成される。図１７に示されるように、バルブ１７０２は、ナトリウムの流路に沿って配置され、分配器１１２が、ナトリウムを外部ソース４０４から受容するか、それともナトリウム貯蔵容器６００から受容するかを選択するように動作可能である。いくつかの実施形態では、バルブ１７０２はまた、外部ソース４０４もナトリウム貯蔵容器６００もナトリウム分配器１１２に流体的に接続されていないオフ位置を有し得る。バルブ１７０２はまた、ナトリウム分配器１１２、ナトリウム貯蔵容器６００、及び／又は外部ソース４０４を互いに電気絶縁して、システム１００内に電気シャントブレイク（すなわち、不要な電流の遮断）を更に提供することが可能であり得ることが企図される。

【0098】

ここで図１８を参照すると、いくつかの例による、フロー電池モードを提供するシステム１００の別の実装形態の例示が示されている。図１８の例では、ナトリウムマニホールド１６００が示され、ストリング１１６によって生成されたナトリウムの集約（ナトリウム貯蔵容器６００内への供給のため）と、ナトリウム貯蔵容器６００又は外部ソース４０４からのナトリウムの分配又は分解と、の両方を提供することができる。上で説明されるように、マニホールド１６００は、マニホールド１６００を通るナトリウムの流れの方向に応じて、図９～図１２に示されるような分配器１１２及び／又は図１３～図１５に示されるようなアグリゲータ１１４の機能を実行することができる。したがって、マニホールド１６００は、ストリング１１６間に二方向のシャントブレイクを提供することができる汎用構成要素である。

【0099】

図１８の例では、ストリング１１６は、まず、マニホールド１６００によって、外部ナトリウム源４０４から様々なストリング１１６内にナトリウムを分配することによってプライミングされ得る。ストリング１１６はまた、ナトリウムがいくらかナトリウム貯蔵容器６００に収容されている場合、ナトリウム貯蔵容器６００に貯蔵されたナトリウムからプライミングされ得ることが企図される。しかしながら、場合によっては、ナトリウム貯蔵容器６００は、最初は空であり得、ナトリウムがストリング１１６によって生成された後にのみ、ナトリウムを収容する。ストリング１１６をプライミングした後、システム１００は、ナトリウムがストリング１１６内で生成され、マニホールド１６００に流れる充電モード又はナトリウム生成モードで動作することができる。マニホールド１６００は、別個のストリング１１６内のナトリウム間の電気的隔離を維持しながら、ナトリウム貯蔵容器６００に貯蔵するために、別個のストリング１１６からナトリウムを集約する。それにより、生成されたナトリウムは、ナトリウム貯蔵容器６００に貯蔵される。生成されたナトリウムはまた、外部ナトリウム源４０４に貯蔵され得ることが企図されるが、いくつかの実施形態では、外部ナトリウム源４０４は、プライミングナトリウムを供給するためにのみ使用され、ストリング１１６がプライミングされた後には使用されない。

【0100】

システム１００はまた、放電モードで動作することができ、ナトリウム貯蔵容器からのナトリウムは、マニホールド１６００を通って複数のストリング１１６に流れて戻る（例えば、滴下する）。マニホールド１６００は、ストリング１１６間の電気的隔離を維持しながら（例えば、本明細書の他の箇所で説明されるように、ナトリウムを、空隙を通して滴下することによって）、ストリング１１６に実質的に均等にナトリウムを分配することができる。それにより、ナトリウムは、ストリング１１６に到達し、そこでスタックアセンブリ１１０からの出力として提供される電気を生成するストリング１１６内の電気化学反応で消費される。放電モードで動作している間にストリング１１６にナトリウムがなくなると、ストリング１１６内でより多くのスペースが利用可能になり得る。ナトリウムマニホールド１１６、ナトリウム貯蔵容器６００、及び／又は外部ナトリウム源４０４は、重力が、ストリング内へのナトリウムの下向きの流れを引き起こし、ストリング１１６にナトリウムを送達するために動力ポンプが必要とされないように、ストリング１１６の上に物理的に位置付けられ得る。図１８の例では、各ストリング１１６は、動作モードに応じて、ナトリウムが、内部を通ってストリング１１６への出入りの両方をする１つの開放ナトリウムポートを含む。他の実施形態で使用される他のナトリウムポートは、この構成では必要とされないため、封止又は閉鎖することができる。

【0101】

地理的に分散した充電及び放電
ここで図１９を参照すると、いくつかの実施形態による、システム１００の、地理的に分散した実装形態を描画する図が示されている。いくつかの実施形態では、システム１００の構成要素は、あるサイトで充電し、別のサイトで放電することを可能にするために、複数の位置又は物理的サイトにわたって分散され得る。上で考察されたように、システム１００は、（ナトリウム原子の価電子の形態で）電気を貯蔵するために充電モードで、及び（当該価電子の放出を可能にする反応によって）電気を生成するために放電モードで使用することができる。図１９の実装形態は、生成されたナトリウム原子の第１の位置（充電サイト１９００として示される）から第２の位置（放電サイト１９０２に示される）への輸送、それによってまた、貯蔵された電気（すなわち、生成されたナトリウムに化学エネルギーとして貯蔵された電気）を第１の位置から第２の位置に輸送することを例示する。第２の位置では、システム１００の一部分は、電気を出力するために、貯蔵されたエネルギーをナトリウム原子から得るために使用され得る。そうすることによって、電気は、第１の位置から第２の位置に移送される。

【0102】

例示的な一シナリオとして、充電サイト１９００は、グリーンな、再生可能な、非汚染性の、非炭素排出の、及び／又は低コスト若しくは無料のエネルギーに対する高い利用可能性を有する地理的領域（例えば、高い地熱活動を有する地域、高い日射照度を有する地域、強風を有する地域、既存のエネルギー生産設備を有する地域）に位置することができる一方、放電サイト１９０２は、そのようなエネルギー利用可能性のない地理的領域（例えば、化石燃料ベースのエネルギー生産へのアクセスのみを有する地域、エネルギーグリッドから切断された地域など）に位置することができる。そのようなシナリオでは、充電サイト１９００から放電サイト１９０２へのナトリウムの輸送は、放電サイト１９０２が、充電サイト１９００で利用可能なグリーンな、再生可能な、非汚染性の、非炭素排出の、及び／又は低コスト若しくは無料のエネルギーから恩恵を受けることを可能にすることによって、汚染（例えば、炭素排出量の低減、温室効果ガスの低減など）及びコスト削減を低減することができる。

【0103】

いくつかの実施形態では、充電サイト１９００及び放電サイト１９０２は、同じ物理的サイトであり得る。このシナリオでは、生成されたナトリウムは、貯蔵のためにサイト外に（又はサイト内の貯蔵位置又は建物に）輸送され、次いで、後の時間又は日に、サイトに戻すことができる。例えば、ナトリウムは、季節ベースで電気を生成するために、生成／貯蔵、輸送、及び使用することができる（例えば、太陽光の利用可能性が高い乾季中に充電して、太陽光の利用可能性が低い雨季中に放電する、需要の少ない季節中に充電して、需要の高い季節中に放電するなど）。

【0104】

図１９に示されるように、充電サイト１９００は、電源１９０４からエネルギーを受け取る。電源は、スタックアセンブリ１１０の第１のインスタンス（スタックアセンブリ１１０ａとして示される）に接続されて、スタックアセンブリ１１０ａにわたって電圧を提供するために使用される。電源からのエネルギーは、電源１９０４からの余分な電子がナトリウム原子内に貯蔵されるように、カソライトからナトリウムイオンを引き出し、価電子を追加してナトリウム原子を生成する反応を駆動するために使用される（例えば、図２１に示されるように）。次に、ナトリウムは、例えば、スタックアセンブリ１１０のナトリウム生成モードを参照して図６に例示されるように、スタックアセンブリ１１０ａを出てアグリゲータ１１４に流れる。アグリゲータ１１４は、上記で詳細に説明されたように、ストリング１１６間の電流の流れを防止しながらナトリウム貯蔵容器６００内にナトリウムを集約する。他の実施形態と同様に、アグリゲータ１１４は、マニホールド１６００で置き換えられ得る。

【0105】

図１９の例では、ナトリウム貯蔵容器６００は、輸送車両１９０６上に位置付けられている（例えば、輸送車両１９０６と一体化されている、その上に積載可能である、など）。輸送車両１９０６は、トラック（又は道路を走行する他の車両）、列車、船舶、飛行機などであり得る。輸送車両１９０６は、ナトリウム貯蔵容器６００内にナトリウムを携行しながら、充電サイト１９００から放電サイト１９０２に移動するように構成される。他の実施形態では、輸送車両１９０６は、中を通ってナトリウム６００が流れることができる、充電サイト１９００を放電サイト１９０２に接続するパイプラインと置き換えられる。輸送車両１９０６及び／又はナトリウム貯蔵容器６００は、輸送車両１９０６の衝突（ｃｒａｓｈ）、衝突（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）などの事態を含む、輸送中のナトリウムの漏出、溢出などを防止するように堅牢に設計され得る。ナトリウム貯蔵容器６００は、好ましくは、ナトリウムの長期安定性を確実にする材料から作製される。

【0106】

輸送車両１９０６が放電サイト１９０２に到達すると、ナトリウム貯蔵容器６００は、スタックアセンブリの第２のインスタンス（スタックアセンブリ１１０ｂとして示される）にサービスする分配器１１２に接続される。分配器１１２は、ナトリウムを通じたストリング間の電流の流れを防止しながらナトリウム貯蔵容器６００からスタックアセンブリ１１０ｂの異なるストリングにナトリウムを分配する。他の実施形態と同様に、分配器１１２は、マニホールド１６００に置き換えることができる。スタックアセンブリ１１０ｂは、放電モードで動作し、その結果、ナトリウム原子は、価電子を放棄し、Ｎａ^＋イオンが、カソライトに流入する。放出された価電子は、電気負荷１９０８に供給される電気として、スタックアセンブリから流出する。電気負荷１９０８は、様々な実施形態では、エネルギーグリッド、建物電気システム、プラント、装置の特定のユニット又はセット（例えば、製造装置）などであり得る。

【0107】

図１９は、カソライト（ここではＮａ^＋イオンで濃縮されている）を輸送車両１９０６（又は異なる輸送車両）上に、例えばカソライトタンク４００内に提供して戻すことができることを更に例示する。次いで、輸送車両１９０６は、カソライトを充電サイト１９００に輸送し、そこでカソライトは、充電サイト１９００のスタックアセンブリ１１０ａに提供される。いくつかの実施形態では、カソライトはまた、充電サイト１９００から放電サイト１９０２に輸送される。この配置は、ナトリウム（原子及びイオン）は、廃棄物（例えば、副生成物など）が全く又はほとんど生じないように、充電サイト１９００及び放電サイト１９０２の両方を通ってループすることを可能にする。それにより、ナトリウムベースのエネルギー輸送を、図１９の地理的に分散されたシステムを使用して提供することができる。

【0108】

例示的な実施形態の構成
数値範囲に関して本明細書で使用される場合、「およそ」、「約」、「実質的に」という用語、及び同様の用語は、一般に、開示された値の±１０％を意味する。「およそ」、「約」、「実質的に」という用語、及び同様の用語が構造的特徴に適用される場合（例えば、その形状、サイズ、配向、方向などを説明するために）、これらの用語は、例えば、製造又は組み立てプロセスに起因し得る構造のわずかな変化を包含するように意図されており、本開示の主題が関連する当業者によって一般的なかつ受け入れられている使用法と調和した広い意味を有することを意図している。したがって、これらの用語は、説明及び特許請求される主題の実質的でない又は重要でない修正又は変更が、添付の特許請求の範囲に記載される本開示の範囲内であるとみなされることを示すものと解釈されるべきである。

【0109】

図面及び説明は、方法ステップの特定の順序を例示し得るが、そのようなステップの順序は、上記で別途指定がない限り、描画され、説明されるものとは異なり得る。また、上記で別途指定がない限り、２つ以上のステップが同時に、又は部分的に同時に実行され得る。そのような変形は、例えば、選択されたソフトウェア及びハードウェアシステムに、及び設計者の選択に依存し得る。全てのそのような変形は、本開示の範囲内である。同様に、説明された方法のソフトウェア実装は、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップ、及び決定ステップを達成するために、ルールベースのロジック及び他のロジックを有する標準的なプログラミング技術で達成され得る。

【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】

【手続補正書】

【提出日】2024-11-07

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融金属電池システムであって、
互いに直列に電気的に接続されており、かつ、互いに流体的に並列に配置された複数の溶融金属アノードを備える、複数の二次セルと、
複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバであって、前記溶融金属リザーバの各々が、前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら前記対応する二次セルに対して溶融金属を交換するように構成されている、複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバと
を備える、溶融金属電池システム。

【請求項2】

前記溶融金属が、溶融ナトリウム金属を含む、請求項１に記載の溶融金属電池システム。

【請求項3】

前記溶融金属が、前記溶融金属の流れを駆動するための電動構成要素を必要とせずに、前記複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバと前記複数の二次セルとの間を受動的に流れる、請求項１に記載の溶融金属電池システム。

【請求項4】

外部溶融金属源と前記複数の二次セルとの間に直列に流体接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を前記電気シャント電流が流れることを防止しながら前記外部溶融金属源から前記複数の溶融金属アノードに前記溶融金属を分配するように構成されている、溶融金属分配器
を更に備える、請求項１に記載の溶融金属電池システム。

【請求項5】

前記溶融金属分配器が、
溶融金属分配ドリップフィーダであって、
前記溶融金属分配器の上部部分から前記溶融金属の液滴を放出することと、
前記溶融金属の前記液滴が、前記溶融金属分配器内の電気絶縁性流体を通って、前記溶融金属分配器の下部分に沿って位置する複数の電気的に隔離されたコンパートメント内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属分配ドリップフィーダ
を備える、請求項４に記載の溶融金属電池システム。

【請求項6】

前記溶融金属分配器が、
前記外部金属源に流体的に接続されており、かつ、前記外部金属源から前記溶融金属分配器内に前記溶融金属を受容するように構成されている、溶融金属入口と、
互いに電気的に隔離されている複数のコンパートメントと、
複数の溶融金属出口であって、各々が、前記複数のコンパートメントのうちの対応するコンパートメントに流体的に接続されており、かつ、前記対応するコンパートメントから前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに前記溶融金属を送達するように構成されている、複数の溶融金属出口と
を備える、請求項４に記載の溶融金属電池システム。

【請求項7】

前記溶融金属分配器が、
前記複数の溶融金属出口に結合されており、かつ、前記溶融金属分配器の構造を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を備える、請求項６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項8】

前記複数の二次セルが、電気を消費して前記複数の溶融金属アノード内で前記溶融金属を生成する充電モードで、及び
前記複数の二次セルが、前記複数の溶融金属アノード内の前記溶融金属を消費して電気を生成する放電モードで、
前記複数の二次セルがフロー電池として動作するように構成されている、請求項１に記載の溶融金属電池システム。

【請求項9】

前記複数の二次セルの各々が、
カソライト流体を収容するカソードコンパートメントと、
前記複数の溶融金属アノードのうちのある溶融金属アノードを収容するアノードコンパートメントと、
前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間に位置付けられており、かつ、前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間で金属イオンを選択的に輸送するように構成されている、イオン選択膜と
を備える、請求項１に記載の溶融金属電池システム。

【請求項10】

前記複数の二次セルが、
前記カソードコンパートメントから、前記イオン選択膜を通して、前記アノードコンパートメントに前記金属イオンを輸送する工程と、
前記溶融金属を生成するために、前記金属イオンを電子と組み合わせることによって前記アノードコンパートメント内で前記金属イオンを還元する工程と
を含む、充電モードで動作するように構成されている、請求項９に記載の溶融金属電池システム。

【請求項11】

前記複数の二次セルが、
前記金属イオンを形成し電子を放出するために、前記アノードコンパートメント内で前記溶融金属を酸化する工程と、
前記金属イオンを前記アノードコンパートメントから、前記イオン選択膜を通して、前記カソードコンパートメントに輸送する工程と
を含む、放電モードで動作するように構成されている、請求項９に記載の溶融金属電池システム。

【請求項12】

前記複数の二次セルのうちの隣接する二次セル間に位置し、かつ、前記隣接する二次セルを互いに電気的に隔離するように構成されている、隔離プレート
を備える、請求項１に記載の溶融金属電池システム。

【請求項13】

互いに直列に電気的に接続されている複数の電池ストリングを備え、
前記複数の電池ストリングのうちの各電池ストリングが、
前記複数の二次セルのうちの１つ、１つ以上の追加の溶融金属アノードを備える１つ以上の追加の二次セル、を含む、複数の単位セル
を備える、
請求項１に記載の溶融金属電池システム。

【請求項14】

各ストリング内の前記複数の単位セルが、互いに並列に電気的に接続され、
各ストリング内の前記溶融金属アノードが、実質的に等しい電位に維持される、
請求項１３に記載の溶融金属電池システム。

【請求項15】

前記複数のストリングのうちの各ストリングが、交互の順序で配置された複数のカソード及び複数の溶融金属アノードを備え、
前記複数のカソード又は前記複数の溶融金属アノードのうちの少なくとも１つが、前記複数の単位セルのうちの隣接する単位セルによって共有される、
請求項１３に記載の溶融金属電池システム。

【請求項16】

溶融金属電池システムであって、
互いに直列に電気的に接続されており、かつ、互いに流体的に並列に配置された複数の溶融金属アノードを備える、複数の二次セルと、
溶融金属を貯蔵するように構成された溶融金属貯蔵容器と、
前記複数の二次セルと前記溶融金属貯蔵容器との間に直列に流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら前記複数の溶融金属アノードから前記金属貯蔵容器に前記溶融金属を送達するように構成されている、溶融金属アグリゲータと
を備える、溶融金属電池システム。

【請求項17】

前記溶融金属が、溶融ナトリウム金属を含む、請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項18】

前記溶融金属が、前記溶融金属の流れを駆動するための電動構成要素を必要とせずに、前記複数の二次セル、前記溶融金属アグリゲータ、及び前記溶融金属貯蔵容器の間を受動的に流れる、請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項19】

前記溶融金属アグリゲータが、
複数の溶融金属入口であって、前記複数の溶融金属入口のうちの各溶融金属入口が、前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに流体的に接続されており、かつ、前記対応する二次セルから前記溶融金属を受容するように構成されている、複数の溶融金属入口と、
前記複数の溶融金属入口の各々から前記溶融金属を受容しかつ前記溶融金属を単一のプール内に組み合わせるように構成されている、溶融金属収集チャンバと、
前記溶融金属貯蔵容器に流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属収集チャンバから前記溶融金属貯蔵容器に前記溶融金属を送達するように構成されている、溶融金属出口と
を備える、請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項20】

前記溶融金属アグリゲータが、
前記複数の溶融金属入口に結合されており、かつ、前記溶融金属アグリゲータの構造を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を備える、請求項１９に記載の溶融金属電池システム。

【請求項21】

前記溶融金属アグリゲータが、
溶融金属集約ドリップフィーダであって、
前記溶融金属アグリゲータの上部部分から前記溶融金属の液滴を放出することと、
前記溶融金属の前記液滴が、電気絶縁性流体を通って、前記溶融金属アグリゲータの下部分に沿って位置する溶融金属収集チャンバ内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属集約ドリップフィーダ
を備える、請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項22】

前記複数の二次セルの各々が、
カソライト流体を収容するカソードコンパートメントと、
前記複数の溶融金属アノードのうちのある溶融金属アノードを収容するアノードコンパートメントと、
前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間に位置付けられており、かつ、前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間で金属イオンを選択的に輸送するように構成されている、イオン選択膜と
を備える、請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項23】

前記複数の二次セルが、
前記カソードコンパートメントから、前記イオン選択膜を通して、前記アノードコンパートメントに前記金属イオンを輸送する工程と、
前記溶融金属を生成するために、前記金属イオンを電子と組み合わせることによって、前記アノードコンパートメント内で前記金属イオンを還元する工程と、
前記溶融金属を前記溶融金属貯蔵容器に排出する工程と
によって、溶融金属生成システムとして動作するように構成されている、請求項２２に記載の溶融金属電池システム。

【請求項24】

前記複数の二次セルのうちの隣接する二次セル間に位置し、かつ、前記隣接する二次セルを互いに電気的に隔離するように構成されている、隔離プレート
を備える、請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項25】

互いに直列に電気的に接続されている複数の電池ストリングを備え、
前記複数の電池ストリングのうちの各電池ストリングが、
前記複数の二次セルのうちの１つ、１つ以上の追加の溶融金属アノードを備える１つ以上の追加の二次セル、を含む、複数の単位セル
を備える、
請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項26】

各ストリング内の前記複数の単位セルが、互いに並列に電気的に接続され、
各ストリング内の前記溶融金属アノードが、実質的に等しい電位に維持される、
請求項２５に記載の溶融金属電池システム。

【請求項27】

前記複数のストリングのうちの各ストリングが、交互の順序で配置された複数のカソード及び複数の溶融金属アノードを備え、
前記複数のカソード又は前記複数の溶融金属アノードのうちの少なくとも１つが、前記複数の単位セルのうちの隣接する単位セルによって共有される、
請求項２５に記載の溶融金属電池システム。

【請求項28】

外部溶融金属源と前記複数の二次セルとの間に直列に流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を前記電気シャント電流が流れることを防止しながら前記外部溶融金属源から前記複数の溶融金属アノードに前記溶融金属を分配するように構成されている、溶融金属分配器
を更に備える、請求項１６に記載の溶融金属電池システム。

【請求項29】

前記溶融金属分配器が、
溶融金属分配ドリップフィーダであって、
前記溶融金属分配器の上部部分から前記溶融金属の液滴を放出することと、
前記溶融金属の前記液滴が、前記溶融金属分配器内の電気絶縁性流体を通って、前記溶融金属分配器の下部分に沿って位置する複数の電気的に隔離されたコンパートメント内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属分配ドリップフィーダ
を備える、請求項２８に記載の溶融金属電池システム。

【請求項30】

前記溶融金属分配器が、
前記外部金属源に流体的に接続されており、かつ、前記外部溶融金属源から前記溶融金属分配器内に前記溶融金属を受容するように構成されている、溶融金属入口と、
互いに電気的に隔離されている複数のコンパートメントと、
複数の溶融金属出口であって、各々が、前記複数のコンパートメントのうちの対応するコンパートメントに流体的に接続されており、かつ、前記対応するコンパートメントから前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに前記溶融金属を送達するように構成されている、複数の溶融金属出口と
を備える、請求項２８に記載の溶融金属電池システム。

【請求項31】

前記溶融金属分配器が、
前記複数の溶融金属出口に結合されており、かつ、前記溶融金属分配器の構造を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を備える、請求項３０に記載の溶融金属電池システム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0037】

いくつかの実施形態では、溶融金属分配器は、
複数の溶融金属出口に結合されており、かつ、溶融金属分配器の構造を介して複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を含む。
[本発明１００１]
溶融金属電池システムであって、
互いに直列に電気的に接続されており、かつ、互いに流体的に並列に配置された複数の溶融金属アノードを備える、複数の二次セルと、
複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバであって、前記溶融金属リザーバの各々が、前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら前記対応する二次セルに対して溶融金属を交換するように構成されている、複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバと
を備える、溶融金属電池システム。
[本発明１００２]
前記溶融金属が、溶融ナトリウム金属を含む、本発明１００１の溶融金属電池システム。
[本発明１００３]
前記溶融金属が、前記溶融金属の流れを駆動するための電動構成要素を必要とせずに、前記複数の電気的に隔離された溶融金属リザーバと前記複数の二次セルとの間を受動的に流れる、本発明１００１又は１００２の溶融金属電池システム。
[本発明１００４]
外部溶融金属源と前記複数の二次セルとの間に直列に流体接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を前記電気シャント電流が流れることを防止しながら前記外部溶融金属源から前記複数の溶融金属アノードに前記溶融金属を分配するように構成されている、溶融金属分配器
を更に備える、本発明１００１～１００３のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１００５]
前記溶融金属分配器が、
溶融金属分配ドリップフィーダであって、
前記溶融金属分配器の上部部分から前記溶融金属の液滴を放出することと、
前記溶融金属の前記液滴が、前記溶融金属分配器内の電気絶縁性流体を通って、前記溶融金属分配器の下部分に沿って位置する複数の電気的に隔離されたコンパートメント内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属分配ドリップフィーダ
を備える、本発明１００４の溶融金属電池システム。
[本発明１００６]
前記溶融金属分配器が、
前記外部金属源に流体的に接続されており、かつ、前記外部金属源から前記溶融金属分配器内に前記溶融金属を受容するように構成されている、溶融金属入口と、
互いに電気的に隔離されている複数のコンパートメントと、
複数の溶融金属出口であって、各々が、前記複数のコンパートメントのうちの対応するコンパートメントに流体的に接続されており、かつ、前記対応するコンパートメントから前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに前記溶融金属を送達するように構成されている、複数の溶融金属出口と
を備える、本発明１００４又は１００５の溶融金属電池システム。
[本発明１００７]
前記溶融金属分配器が、
前記複数の溶融金属出口に結合されており、かつ、前記溶融金属分配器の構造を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を備える、本発明１００６の溶融金属電池システム。
[本発明１００８]
前記複数の二次セルが、電気を消費して前記複数の溶融金属アノード内で前記溶融金属を生成する充電モードで、及び
前記複数の二次セルが、前記複数の溶融金属アノード内の前記溶融金属を消費して電気を生成する放電モードで、
前記複数の二次セルがフロー電池として動作するように構成されている、本発明１００１～１００７のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１００９]
前記複数の二次セルの各々が、
カソライト流体を収容するカソードコンパートメントと、
前記複数の溶融金属アノードのうちのある溶融金属アノードを収容するアノードコンパートメントと、
前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間に位置付けられており、かつ、前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間で金属イオンを選択的に輸送するように構成されている、イオン選択膜と
を備える、本発明１００１～１００８のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１０１０]
前記複数の二次セルが、
前記カソードコンパートメントから、前記イオン選択膜を通して、前記アノードコンパートメントに前記金属イオンを輸送する工程と、
前記溶融金属を生成するために、前記金属イオンを電子と組み合わせることによって前記アノードコンパートメント内で前記金属イオンを還元する工程と
を含む、充電モードで動作するように構成されている、本発明１００９の溶融金属電池システム。
[本発明１０１１]
前記複数の二次セルが、
前記金属イオンを形成し電子を放出するために、前記アノードコンパートメント内で前記溶融金属を酸化する工程と、
前記金属イオンを前記アノードコンパートメントから、前記イオン選択膜を通して、前記カソードコンパートメントに輸送する工程と
を含む、放電モードで動作するように構成されている、本発明１００９の溶融金属電池システム。
[本発明１０１２]
前記複数の二次セルのうちの隣接する二次セル間に位置し、かつ、前記隣接する二次セルを互いに電気的に隔離するように構成されている、隔離プレート
を備える、本発明１００１～１０１１のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１０１３]
互いに直列に電気的に接続されている複数の電池ストリングを備え、
前記複数の電池ストリングのうちの各電池ストリングが、
前記複数の二次セルのうちの１つ、１つ以上の追加の溶融金属アノードを備える１つ以上の追加の二次セル、を含む、複数の単位セル
を備える、
本発明１００１～１０１２のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１０１４]
各ストリング内の前記複数の単位セルが、互いに並列に電気的に接続され、
各ストリング内の前記溶融金属アノードが、実質的に等しい電位に維持される、
本発明１０１３の溶融金属電池システム。
[本発明１０１５]
前記複数のストリングのうちの各ストリングが、交互の順序で配置された複数のカソード及び複数の溶融金属アノードを備え、
前記複数のカソード又は前記複数の溶融金属アノードのうちの少なくとも１つが、前記複数の単位セルのうちの隣接する単位セルによって共有される、
本発明１０１３又は１０１４の溶融金属電池システム。
[本発明１０１６]
溶融金属電池システムであって、
互いに直列に電気的に接続されており、かつ、互いに流体的に並列に配置された複数の溶融金属アノードを備える、複数の二次セルと、
溶融金属を貯蔵するように構成された溶融金属貯蔵容器と、
前記複数の二次セルと前記溶融金属貯蔵容器との間に直列に流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止しながら前記複数の溶融金属アノードから前記金属貯蔵容器に前記溶融金属を送達するように構成されている、溶融金属アグリゲータと
を備える、溶融金属電池システム。
[本発明１０１７]
前記溶融金属が、溶融ナトリウム金属を含む、本発明１０１６の溶融金属電池システム。
[本発明１０１８]
前記溶融金属が、前記溶融金属の流れを駆動するための電動構成要素を必要とせずに、前記複数の二次セル、前記溶融金属アグリゲータ、及び前記溶融金属貯蔵容器の間を受動的に流れる、本発明１０１６又は１０１７の溶融金属電池システム。
[本発明１０１９]
前記溶融金属アグリゲータが、
複数の溶融金属入口であって、前記複数の溶融金属入口のうちの各溶融金属入口が、前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに流体的に接続されており、かつ、前記対応する二次セルから前記溶融金属を受容するように構成されている、複数の溶融金属入口と、
前記複数の溶融金属入口の各々から前記溶融金属を受容しかつ前記溶融金属を単一のプール内に組み合わせるように構成されている、溶融金属収集チャンバと、
前記溶融金属貯蔵容器に流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属収集チャンバから前記溶融金属貯蔵容器に前記溶融金属を送達するように構成されている、溶融金属出口と
を備える、本発明１０１６～１０１８のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１０２０]
前記溶融金属アグリゲータが、
前記複数の溶融金属入口に結合されており、かつ、前記溶融金属アグリゲータの構造を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を備える、本発明１０１６～１０１９のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１０２１]
前記溶融金属アグリゲータが、
溶融金属集約ドリップフィーダであって、
前記溶融金属アグリゲータの上部部分から前記溶融金属の液滴を放出することと、
前記溶融金属の前記液滴が、電気絶縁性流体を通って、前記溶融金属アグリゲータの下部分に沿って位置する溶融金属収集チャンバ内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属集約ドリップフィーダ
を備える、本発明１０１６～１０２０のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１０２２]
前記複数の二次セルの各々が、
カソライト流体を収容するカソードコンパートメントと、
前記複数の溶融金属アノードのうちのある溶融金属アノードを収容するアノードコンパートメントと、
前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間に位置付けられており、かつ、前記カソードコンパートメントと前記アノードコンパートメントとの間で金属イオンを選択的に輸送するように構成されている、イオン選択膜と
を備える、本発明１０１６～１０２１のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１０２３]
前記複数の二次セルが、
前記カソードコンパートメントから、前記イオン選択膜を通して、前記アノードコンパートメントに前記金属イオンを輸送する工程と、
前記溶融金属を生成するために、前記金属イオンを電子と組み合わせることによって、前記アノードコンパートメント内で前記金属イオンを還元する工程と、
前記溶融金属を前記溶融金属貯蔵容器に排出する工程と
によって、溶融金属生成システムとして動作するように構成されている、本発明１０２２の溶融金属電池システム。
[本発明１０２４]
前記複数の二次セルのうちの隣接する二次セル間に位置し、かつ、前記隣接する二次セルを互いに電気的に隔離するように構成されている、隔離プレート
を備える、本発明１０１６～１０２３のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１０２５]
互いに直列に電気的に接続されている複数の電池ストリングを備え、
前記複数の電池ストリングのうちの各電池ストリングが、
前記複数の二次セルのうちの１つ、１つ以上の追加の溶融金属アノードを備える１つ以上の追加の二次セル、を含む、複数の単位セル
を備える、
本発明１０１６～１０２４のいずれかの溶融金属電池システム。
[本発明１０２６]
各ストリング内の前記複数の単位セルが、互いに並列に電気的に接続され、
各ストリング内の前記溶融金属アノードが、実質的に等しい電位に維持される、
本発明１０２５の溶融金属電池システム。
[本発明１０２７]
前記複数のストリングのうちの各ストリングが、交互の順序で配置された複数のカソード及び複数の溶融金属アノードを備え、
前記複数のカソード又は前記複数の溶融金属アノードのうちの少なくとも１つが、前記複数の単位セルのうちの隣接する単位セルによって共有される、
本発明１０２５又は１０２６の溶融金属電池システム。
[本発明１０２８]
外部溶融金属源と前記複数の二次セルとの間に直列に流体的に接続されており、かつ、前記溶融金属を介して前記複数の二次セル間を前記電気シャント電流が流れることを防止しながら前記外部溶融金属源から前記複数の溶融金属アノードに前記溶融金属を分配するように構成されている、溶融金属分配器
を更に備える、本発明１０１６の溶融金属電池システム。
[本発明１０２９]
前記溶融金属分配器が、
溶融金属分配ドリップフィーダであって、
前記溶融金属分配器の上部部分から前記溶融金属の液滴を放出することと、
前記溶融金属の前記液滴が、前記溶融金属分配器内の電気絶縁性流体を通って、前記溶融金属分配器の下部分に沿って位置する複数の電気的に隔離されたコンパートメント内に落下することを可能にすることと
を行うように構成されている、溶融金属分配ドリップフィーダ
を備える、本発明１０２８の溶融金属電池システム。
[本発明１０３０]
前記溶融金属分配器が、
前記外部金属源に流体的に接続されており、かつ、前記外部溶融金属源から前記溶融金属分配器内に前記溶融金属を受容するように構成されている、溶融金属入口と、
互いに電気的に隔離されている複数のコンパートメントと、
複数の溶融金属出口であって、各々が、前記複数のコンパートメントのうちの対応するコンパートメントに流体的に接続されており、かつ、前記対応するコンパートメントから前記複数の二次セルのうちの対応する二次セルに前記溶融金属を送達するように構成されている、複数の溶融金属出口と
を備える、本発明１０２８又は１０２９の溶融金属電池システム。
[本発明１０３１]
前記溶融金属分配器が、
前記複数の溶融金属出口に結合されており、かつ、前記溶融金属分配器の構造を介して前記複数の二次セル間を電気シャント電流が流れることを防止するように構成されている、複数の電気隔離継手
を備える、本発明１０３０の溶融金属電池システム。

【国際調査報告】