專利名稱：：包括氧化物離子蓄電池電池組的電氣存儲(chǔ)裝置和模塊配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：一種電氣存儲(chǔ)裝置包括傳導(dǎo)陰離子的電解質(zhì)，其中在電解質(zhì)的任一側(cè)上的電極之間存在離子轉(zhuǎn)移。本發(fā)明還涉及使用電解質(zhì)氧化物離子導(dǎo)體用于存儲(chǔ)電能的模塊、電池組和電池電化學(xué)配置，其中在兩個(gè)電極之間存在氧化物離子轉(zhuǎn)移。
背景技術(shù)：
：高溫固態(tài)氧化物電解質(zhì)燃料電池在本領(lǐng)域中是公知的，并且典型地在高于約500°C的溫度下，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為直流電能。需要這種溫度以使得固態(tài)電解質(zhì)是充分導(dǎo)電的。穩(wěn)定的氧化鋯為主要電解質(zhì)。這種燃料電池例如由美國專利No.4，395，Amisenberg)教導(dǎo)。固態(tài)氧化物燃料電池(“S0FC”)的大體工作原理和大體反應(yīng)被示于現(xiàn)有技術(shù)圖1中，該圖是自明的?？諝夂退枰臍怏w燃料(比如天然氣)二者均被單獨(dú)地利用以在約800°C至約1000°C生成電。這種類型SOFC利用金屬/陶瓷燃料電極10、氣體重整天然氣燃料和陶瓷、致密固態(tài)電解質(zhì)11以及多孔陶瓷空氣電極12。不使用金屬，因?yàn)閮H僅陶瓷或金屬陶瓷可以耐受這些高溫。燃料13用F示出并且氧化劑或空氣A用14示出。N.Q.Minh^hCeramicFuelCells,Τ.Am.CeramicSoc.,76[3]563-588,1993中的百科全書出版物詳細(xì)地描述包括管狀、三角形和其它配置的各種燃料電池設(shè)計(jì)，以及所使用的材料和附帶的電化學(xué)反應(yīng)。例如，該文章非常詳盡地描述串聯(lián)的節(jié)段電池(捆綁和套筒插頭)、單片(協(xié)流和交叉流)以及平板設(shè)計(jì)。也討論了比如鎳或鈷/氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯之類的金屬陶瓷燃料電極(陽極)材料以及它們的熱膨脹系數(shù)問題。除了生成能量之外，蓄電池(battery)也存儲(chǔ)能量。電能存儲(chǔ)對(duì)于電氣經(jīng)濟(jì)的有效擴(kuò)散并且對(duì)于許多可再生能技術(shù)的實(shí)施是極其重要的。在過去二十年期間，在便攜、運(yùn)輸以及負(fù)載均衡和中心備份應(yīng)用的領(lǐng)域中，對(duì)于電能存儲(chǔ)的需求顯著地增加。當(dāng)前電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)僅僅是成本太高而無法滲入主要新市場(chǎng)，還需要更高的性能，并且環(huán)境上可接受的材料是優(yōu)選的。大量地需要電能存儲(chǔ)科學(xué)和技術(shù)中的轉(zhuǎn)換變化，以允許主要市場(chǎng)擴(kuò)大所需的在更低成本和更長(zhǎng)壽命下的更高和更快能量存儲(chǔ)。大多數(shù)這些變化需要新材料和/或創(chuàng)新構(gòu)思，其中演示了更快速且可逆地與陽離子和/或陰離子反應(yīng)的更大的氧化還原能力。蓄電池到目前為止是存儲(chǔ)電能的最常見形式，范圍涵蓋標(biāo)準(zhǔn)日常鉛酸電池，由在美國專利No.4，078，125中教導(dǎo)的用于核潛艇的新型鐵-銀蓄電池，以及由fe/^aiesa/等人在美國專利No.5，856，047中、ZZiajaffla在美國專利No.6，399，247Bl以及Young等人在美國專利No.7,261,970中教導(dǎo)的鎳-金屬氫化物(NiMH)蓄電池。還已知的是美國專利No.3，977，901(.Buzzelli)中,/se/^er^·在美國專利No.4，054,729中，美國專利公開2006/0063051；2007/0077491；2007/0259234(Sf秘為Jang，Burchardt和fitoa等人)中教導(dǎo)的金屬-空氣電池，以及另外在美國專利公開2003/0143457和2004/0M1537(分別為Kashino等XMOkuyama等人)中教導(dǎo)的空氣蓄電池。由Ohata在美國專利No.7，396，612B2中教導(dǎo)鋰離子蓄電池。這些在后面的金屬-空氣、鎳-金屬氫化物和鋰離子蓄電池電池需要液態(tài)電解質(zhì)系統(tǒng)。蓄電池在尺寸上涵蓋手表中使用的紐扣電池到兆瓦負(fù)載均衡應(yīng)用。它們通常是高效存儲(chǔ)裝置，其中除了在最高功率密度之外，輸出能量典型地超過90%的輸入能量?？稍俪潆娦铍姵亟?jīng)過幾年發(fā)展，從鉛酸經(jīng)過鎳-鎘和鎳-金屬氫化物(NiMH)發(fā)展到鋰離子。NiMH蓄電池是用于比如計(jì)算機(jī)和移動(dòng)電話之類的電子裝置的最初的主力，但是它們從該市場(chǎng)幾乎已經(jīng)完全被鋰離子蓄電池取代，因?yàn)楹笳叩母吣芰看鎯?chǔ)容量的原因。目前，MMH技術(shù)是在混合電動(dòng)車輛中使用的主要蓄電池，但是如果鋰蓄電池的安全和壽命可以改進(jìn)的話，它可能被更高功率能量以及現(xiàn)在更低成本的鋰蓄電池取代。對(duì)于先進(jìn)蓄電池，鋰離子是用于大多數(shù)可再充電電子裝置的主要電源。需要一種明顯新的電能存儲(chǔ)裝置，其可以容易地根據(jù)需要而快速且可逆地放電和充電高容量的能量。還需要一種裝置，其是簡(jiǎn)單的并且可以工作多年而不需要主要的維護(hù)。還需要一種裝置，其不需要在含碳的燃料氣體(比如天然氣燃料、碳?xì)浠衔锶剂?或者其重整副產(chǎn)品(比如H2燃料)上工作。這種裝置必須具有■簡(jiǎn)單電池和模塊結(jié)構(gòu)；■在一個(gè)實(shí)施例中，高于約4000C至5000C工作溫度，以實(shí)現(xiàn)用于放電和充電界面反應(yīng)的輕便動(dòng)力；■高的理論能量密度；■全固態(tài)部件；-低系統(tǒng)成本；以及-低功率損耗電流收集。本發(fā)明的主要目的是提供滿足上述需求的蓄電池電池，電池組和模塊配置。
發(fā)明內(nèi)容通過提供一種電氣存儲(chǔ)裝置來滿足上述需求以及實(shí)現(xiàn)上述目的，該電氣存儲(chǔ)裝置包括傳導(dǎo)陰離子的電解質(zhì)和兩個(gè)電極，其中在電解質(zhì)的任一側(cè)上的電極之間存在離子轉(zhuǎn)移，其中一個(gè)電極為用于離子的貯存器并且其中離子可以在電極之間來回轉(zhuǎn)移。離子包括選自由02_，CO32",S2_，PO43-,Γ,F_和Cl_及其混合物構(gòu)成的群組的帶負(fù)電的離子。此處，不需要?dú)怏w燃料用于工作?；竟ぷ魇居陔S后討論的圖2A和2B中。通過提供一種電池組也可以滿足上述需要以及實(shí)現(xiàn)上述目的，該電池組使用結(jié)合有氧化物離子電解質(zhì)導(dǎo)體的金屬電極，能夠在充電和放電模式中工作，以在金屬電極中存儲(chǔ)電能，其中，放電模式為yMe+x/2O2=MeyOx以及充電模式為Mey0x=x/202+yMe，其中x/y=0.5至3·0并且Me=金屬。本發(fā)明還存在一種電池組，該電池組包括多個(gè)電氣連接的實(shí)心或中空細(xì)長(zhǎng)管狀電池，每個(gè)電池能夠在充電和放電模式中工作，每個(gè)電池包括單相或雙相金屬材料，其可以被氧化以用作具有高于400°C的熔點(diǎn)的第一電極；以及第二電極材料，其可以將空氣轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)；以及它們之間的電解質(zhì)，其可以轉(zhuǎn)移氧化物離子，其中金屬第一電極為氧氣的貯存器，以及其中放電模式為yMe+x/2O2=MeyOx,以及在充電模式中Mey0x=x/202+yMe，其中x/y=0.5至3.0，其中Me=金屬，以及其中該電池組存儲(chǔ)電能并且具有空氣源以接觸第二電極材料。優(yōu)選地，多個(gè)電池組可以被連接以最終提供模塊。優(yōu)選地，金屬第一電極具有高于500°C的熔點(diǎn)。重要的是指出，不使用氣體燃料。附加地，可以使用比如圖18A中所示的平面幾何形狀。這能夠適用于所有此處描述的電池組。如此處使用的術(shù)語“貯存器”定義為是指與陰離子有關(guān)的物質(zhì)可以被捕獲/保持在電極中并且能夠釋放。術(shù)語“中空細(xì)長(zhǎng)管狀電池”在該文本中稍后被定義。氧化物離子為02_。術(shù)語“固態(tài)電池(cell)”包括管狀、三角形和任何其它幾何配置，比如方形、三角形等的截面。本發(fā)明還存在一種存儲(chǔ)模塊，其包括多個(gè)電氣互連的電池組，每個(gè)電池組包括多個(gè)電氣連接的中空細(xì)長(zhǎng)管狀電池，每個(gè)電池能夠在充電和放電模式中工作，每個(gè)電池包括單相或雙相金屬材料，其可以被氧化以用作具有高于500°C的熔點(diǎn)的第一電極；以及第二電極材料，其可以將空氣轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)；以及它們之間的電解質(zhì)，其可以轉(zhuǎn)移氧離子，其中金屬第一電極為氧氣的貯存器，以及其中放電模式為yMe+x/2A=MeyOx，并且充電模式為Mey0x=x/202+yMe,x/y=0.5至3.0，其中Me=金屬，以及其中電池組存儲(chǔ)電能并且具有空氣源以接觸第二電極材料。這種存儲(chǔ)模塊可以有效地在從550°C至650°C的中等/高的溫度下工作。為了更好理解本發(fā)明，可以參考在附圖中示出的本發(fā)明的示例性優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖1說明現(xiàn)有技術(shù)SOFC的工作原理；圖2A說明基于陰離子A導(dǎo)體的本發(fā)明的能量存儲(chǔ)裝置的最寬廣示例，其利用了含有A的氣體并且消除對(duì)氣體燃料的需要；圖2B說明本發(fā)明的電能存儲(chǔ)裝置的一個(gè)實(shí)施例的工作原理，其利用空氣并且消除對(duì)氣體燃料的需要；圖3說明本發(fā)明的電能存儲(chǔ)裝置的兩個(gè)電極反應(yīng)的示例；圖4A-C說明可以在本發(fā)明中使用的，包括固態(tài)內(nèi)部金屬電極襯底的各種可能管狀電池配置；圖5為對(duì)于各種金屬和氧化物材料，EMF(對(duì)空氣，伏特)對(duì)T(K)的曲線圖；圖6為對(duì)于各種金屬和氧化物材料，理論能量密度對(duì)T(K)的曲線圖；圖7為對(duì)于各種金屬和氧化物材料，熱動(dòng)力學(xué)電氣效率對(duì)T(K)的曲線圖；圖8為對(duì)于各種金屬和氧化物材料，成本($/kWeh)對(duì)T(K)的曲線圖；圖9為對(duì)于各種金屬材料，最大電流密度對(duì)時(shí)間的曲線圖；圖IOA為電池有效面積為850cm2的，最大安培小時(shí)對(duì)各種金屬材料的曲線圖；圖IOB為每cm2最大安培小時(shí)對(duì)各種金屬材料的曲線圖11為在放電過程期間在金屬電極中發(fā)生的金屬氧化的兩個(gè)并行機(jī)制的示意圖，其中在界面僅僅考慮混合傳導(dǎo)相；圖12為在放電過程期間在金屬電極處發(fā)生的金屬氧化的兩個(gè)并行機(jī)制的示意圖，其中在體中考慮混合傳導(dǎo)相；圖13為體積穩(wěn)定混合傳導(dǎo)材料的電解質(zhì)界面框架中含有的金屬電極顆粒的示意圖；圖14為金屬海綿被氣相化氧化的分離的金屬電極和集流器的示意圖；圖15為在金屬氧化期間控制/減輕任何體積膨脹問題從而保護(hù)電解質(zhì)的分級(jí)金屬電極結(jié)構(gòu)的示意圖16為基于多孔空氣電極襯底的管狀模塊中基本重復(fù)氧化物離子蓄電池電池單元的示意性截面圖17為示出基于多孔金屬襯底的管狀模塊中的基本重復(fù)氧化物蓄電池電池單元的示意性截面圖18Α為平面模塊中基本重復(fù)氧化物離子蓄電池電池單元的示意性截面圖；圖18Β為德爾塔或三角形模塊中基本重復(fù)氧化物離子蓄電池電池單元的示意性截面圖19為使用化學(xué)充電的氧化物離子蓄電池模塊的基本重復(fù)單元的示意圖；圖20最佳地示出本發(fā)明，該圖為每個(gè)電池被銅焊到管板中的電池組的示意性視圖，其中電池并聯(lián)且電池組串聯(lián)；圖21說明在電氣串聯(lián)連接的電池組的三維視圖中的一個(gè)實(shí)施例；以及圖22為電池模塊的一個(gè)實(shí)施例的三維視圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的電氣存儲(chǔ)裝置的最寬廣工作原理示于圖2Α中，其中不含燃料的氣體16接觸A氣體電極17，以及其中傳導(dǎo)A的導(dǎo)體/電解質(zhì)18緊挨著A氣體電極和金屬電極19布置，其中存在電路、負(fù)載20和DC電源21。此處，存在傳導(dǎo)陰離子的電解質(zhì)，在該電解質(zhì)中存在位于電極任一側(cè)上的電極之間的離子轉(zhuǎn)移，這種離子選自02_，CO2",S2",PO43-,Γ，F(xiàn)—和Cl—的至少一種。本發(fā)明的氧化物離子蓄電池配置的一個(gè)實(shí)施例的工作原理示意性示于圖2Β中。在放電模式中，在氧氣化學(xué)勢(shì)的梯度的驅(qū)動(dòng)力下，氧化物離子陰離子從高氧氣分壓側(cè)(這種情況下，空氣側(cè))遷移到低氧氣分壓側(cè)(金屬-金屬氧化物電極)。在充電模式中，在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)力下，氧化物離子被迫使從低氧氣分壓側(cè)遷移到高氧氣分壓側(cè)。此處，空氣16’接觸空氣電極17’。氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)位于空氣電極和金屬(金屬-金屬氧化物)電極19’之間。負(fù)載示為20’，并且D.C.電源示為21’。在充電和放電過程期間發(fā)生的對(duì)應(yīng)電極反應(yīng)在圖3中說明。在放電模式下，金屬被氧化為金屬氧化物并且放熱，而在充電模式下，金屬氧化物被還原為金屬并且吸熱。放電過程為yMe+x/2A=MeyOx，其中Me=金屬以及充電過程為Mey0x=x/202+yMe,其中x/y優(yōu)選地為從0.5至3.0。此處，空氣電極示為17’’，電解質(zhì)示為18’’以及金屬電極示為19’’。管狀電池配置是優(yōu)選的并且為了簡(jiǎn)化而將始終說明這種配置。然而，這不應(yīng)以任何方式理解為是限制性的，因?yàn)榇颂幇ㄆ渌爸锌?、?xì)長(zhǎng)管狀電池”結(jié)構(gòu)，如由Jl5eZ^arg在美國專利No.4，728，584中描述的起皺設(shè)計(jì)，以及由美國專利申請(qǐng)公開No.U.S.2008/0003478A1(Creifler等人)描述的三角形、四邊形、橢圓形、階梯三角形和曲折形，在此處所有都定義為“中空細(xì)長(zhǎng)管狀”電池。用于在本發(fā)明中使用的各種中空細(xì)長(zhǎng)管狀電池設(shè)計(jì)示于圖4A、4B和4C中。另外，圖18B中的三角形“德爾塔類型電池”會(huì)是有用的。在圖4A、4B和4C中，空氣或氧化劑為24，凈化惰性(非燃料)氣體為25，空氣電極為26，電解質(zhì)為27，金屬電極為28，陶瓷互連為29，以及金屬“襯底”為30。由于本發(fā)明的復(fù)雜的性質(zhì)，有時(shí)將來回地回顧各圖。以管狀方式的電池配置顯示于圖4A中，但是不使用燃料氣體，僅僅使用空氣。存在總共4個(gè)功能層內(nèi)多孔金屬支撐襯底30、空氣電極沈、電解質(zhì)27和外金屬電極觀。多孔金屬襯底管是“直通的”。氧化劑空氣被饋送到多孔金屬管的內(nèi)表面中。外金屬或金屬電極停留在由惰性氣體保護(hù)的封閉環(huán)境中。圖4A的多孔金屬襯底30可以包括鐵素體不銹鋼，其主要含有狗，Cr和Mn金屬以及比如Ti，Nb,Zr，Ce,La和Y的較少添加劑?？諝怆姌O層可包括電傳導(dǎo)相LaMnO3基鈣鈦礦和氧化物離子傳導(dǎo)相摻雜氧化鈧的氧化鋯的雙相混合物。電解質(zhì)層可包括含有摻雜氧化鈧的氧化鋯的單相。多孔金屬襯底也可以被多孔空氣電極替代。圖4B中的空氣電極沈可包括摻Ca的LaMn03。這種情況下，在細(xì)長(zhǎng)管狀表面上也需要包括摻Ca的LaCrO3等的陶瓷互連條。圖4B示出此空氣電極支撐的氧化物離子蓄電池配置的截面圖，同樣沒有使用燃料氣體。另一電池配置示意性示于圖4C中。在圖4C中，金屬電極管或?qū)嵭臈U觀被用作支撐襯底的示例，其中空氣到達(dá)電池外部，其中不使用燃料氣體。固態(tài)中心金屬電極觀可以是圓形、方形、不規(guī)則或任何幾何形狀，因而此處使用的術(shù)語“固態(tài)電池”可以是任何的這些形狀。金屬電極桿可以或者是致密的，或者是多孔的。電解質(zhì)和空氣電極層依次沉積在金屬電極襯底上。在這種設(shè)計(jì)中，保護(hù)性惰性氣體不再是必要的。本發(fā)明的電池的最重要部件是金屬電極觀，其用作氧氣的貯存器。除了具有高于400°C的熔點(diǎn)的需要之外，其它重要準(zhǔn)則為-熱動(dòng)力學(xué)EMF(電動(dòng)勢(shì))；■理論能量密度(MJoule/kg金屬)；-熱動(dòng)力學(xué)電氣效率；■成本($/kWatt電氣小時(shí)eh)[e=電力；h=小時(shí)]；■最大電流密度(確定性能)；以及■最大充電存儲(chǔ)(安培小時(shí)/cm2)。基于這些考慮，金屬電極可包括&，Y，La，Ti，Zr，Hf，Ce，Cr，Mn，F(xiàn)e,Co,Ni,Cu,Nb，Ta，V,Mo，Pd和W中的任何單相金屬材料，以及ScIc2O3，Y-Y2O3,La-Lii2O3，Ti-TiO2jZr-ZrO2,Hf-HfO2,Ce-CeO2,Cr-Cr2O3,Mn-Mn2O3,Mn-Mn3O4,Mn-MnO，F(xiàn)e-FeO，F(xiàn)e-Fe3O4,Fe-Fe2O3,Co-CoO,Co-Co3O4,Co-Co2O3,Ni-NiO,Cu-Cu2O,Cu-CuO，Nb-NbO，Nb-NbO2,Nb-Nb2O5，Ta-Ta2O5,V-V2O5,V-VO2,V-V2O3,V-VO,Mo-MoO2,Mo-MoO3,Pd-PdO和W-WO3中的任何雙相材料。在雙相組成中，金屬與金屬氧化物比例范圍為從0:100至100:0，以及更窄地為50:50至100:0。然而，為了確定優(yōu)選材料，上述準(zhǔn)則被進(jìn)一步考慮并且候選示于圖5-10A和IOB中，所有這些圖是自明的。圖5示出Ti/TiO2,Cr/Cr203，Μη/Μη203，Mo/Mo02，F(xiàn)eA7eOJZWO3的系統(tǒng)中的高EMF值。圖6還示出Ti/Ti202，Cr/Cr203，Μη/Μη203，Μο/Μο&和i^e/FeO的系統(tǒng)中的高比能量密度。圖7還示出在Ti/Ti02，Cr/Cr203，F(xiàn)e/!^e0，Mn/Mn203和i^e/FeO的系統(tǒng)中在感興趣溫度范圍中的高熱動(dòng)力學(xué)電氣效率。圖8還示出成本，其越低越好。出色的成本候選為W/W03，F(xiàn)e/i^0，Mn/Mn2O3,Cu/Cu20，Ti/Ti02和Cr/Cr203。圖9還示出在W/W03，F(xiàn)e/i^eO，Μη/Μη203和Co/CoO的系統(tǒng)中可獲得的高的最大電流密度。圖IOA和IOB還示出在W/W03，i^/Fe0和Μη/Μη203的系統(tǒng)中高的最大存儲(chǔ)容量?；诖藬?shù)據(jù)和其它考慮，優(yōu)選金屬電極將優(yōu)選地含有下述中至少一個(gè)Ti，Cr，Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Mo和W中的單相金屬材料，以及Ti-TiO2,Cr-Cr2O3,Mn-Mn2O3,Fe-FeO,Co-CoO,Ni-NiO,Cu-Cu2O,Mo-MoO2和W-WO3中的任何雙相材料；其中最優(yōu)選材料為下述中至少一個(gè)=FeA7eOJrVMn2O3,W/W03和Mo/Mo&；其中W/W03此時(shí)是主要候選。從廣泛的觀點(diǎn)來看，金屬電極包括兩種和多于兩種的金屬形成的合金的任何組合以及任何的兩種和多于兩種的氧化物形成的固溶體的任何組合。附加地，第二空氣電極可以是在固定溫度保持固定的氧氣分壓的任何固相，并且氧化劑氣體供料可以是任何含有氧氣的氣體。發(fā)生金屬氧化(其涉及氧化物皮形成(oxidescaleformation)并且是公知的)，在放電過程期間金屬體積中的膨脹可以在兩個(gè)并行化學(xué)機(jī)制中理解，如圖11所示。機(jī)制-1為金屬電極32的固態(tài)電化學(xué)氧化以形成金屬氧化物皮33。反應(yīng)可以寫成yMe+X02=Mey0x+2Xe’，優(yōu)選地發(fā)生在電解質(zhì)(02_)34和金屬/電傳導(dǎo)氧化物皮(e’)之間的界面35的三相邊界處。只要形成的傳導(dǎo)氧化物皮(也就是e’)具有傳導(dǎo)02_和e’二者的能力，機(jī)制-1繼續(xù)。機(jī)制-2涉及金屬的氣相氧化，其中分子&首先在三相邊界處的孔中生成，發(fā)出到達(dá)金屬氧化物皮和體金屬的電子。電化學(xué)反應(yīng)可以表述為02_=1/202+加’，接著是氣相反應(yīng)yMe+X/202=Mey0x。此氧化過程的繼續(xù)依賴于形成的氧化物皮的電氣屬性和微結(jié)構(gòu)這二者?；旌系?2_和e’導(dǎo)體以及多孔結(jié)構(gòu)是更快的氣相氧化的兩種有利因素。兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的機(jī)制最終產(chǎn)生氧化物皮33在電極上金屬顆粒的表面上的完全覆蓋。對(duì)于兩種情形，電流必須通過氧化物皮和金屬顆粒被收集。因此，形成的氧化物皮的電氣屬性對(duì)于金屬電極正常運(yùn)轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的。如果形成的氧化物為不良電氣導(dǎo)體，則氧氣流或電流將快速停止。在圖11中的電解質(zhì)界面處所示的混合傳導(dǎo)相也可以延伸到金屬電極的體之內(nèi)。圖12示出這種布置的示意圖。反應(yīng)表面積大幅提升以產(chǎn)生更快的氧化動(dòng)力學(xué)。此外，圖12中的混合導(dǎo)體相38也可以提供附加電子通路用于電流收集。在沒有混合導(dǎo)電激活層的情況下，僅機(jī)制-1盛行。在這種情況下，氧化動(dòng)力學(xué)完全由形成的氧化物皮的電氣屬性主導(dǎo)并且整體氧化動(dòng)力學(xué)通常更慢。因此，位于金屬電極和電解質(zhì)39的界面處的激活層對(duì)于使氧化物離子蓄電池電池充分起作用是必須的。金屬電極示為40且所述皮示為41。然而，與放電金屬電極關(guān)聯(lián)的主要問題之一是當(dāng)金屬被氧化時(shí)的體積膨脹。通常，體積膨脹是2至3倍的，這取決于氧化物中氧氣分子的數(shù)目。這種體積變化將引起金屬電極潛在散裂脫離底層，最終可能導(dǎo)致金屬電極的分層。如何消除或至少減輕散裂問題變成重要的工程任務(wù)。解決散裂問題的有效技術(shù)方法之一是建立“框架”作為電解質(zhì)的延伸，其中框架是這樣的材料，其傳導(dǎo)02_和e’二者并且在充電和放電過程二者下均是穩(wěn)定的。候選材料之一為CeO2基氧化物離子導(dǎo)體，其已知在低氧氣分壓下是混合導(dǎo)體。另一良好候選為電解質(zhì)材料和貴(notable)金屬的混合物，其中在氧化還原周期時(shí)兩個(gè)相確實(shí)在體積上是穩(wěn)定的。圖13演示金屬電極43如何部分包含在混合傳導(dǎo)材料的框架44中。金屬氧化物皮示為45。框架結(jié)構(gòu)的混合導(dǎo)體的功能是雙重的。第一，該結(jié)構(gòu)對(duì)于控制體積膨脹的金屬-金屬氧化物顆粒以及保持導(dǎo)電路徑不中斷是非常有效的。第二，發(fā)生機(jī)制-1和-2氧化過程的反應(yīng)部位(區(qū)域)顯著地增加，從而給予更快得多的氧化動(dòng)力學(xué)以及因此更高的存儲(chǔ)容量。電流46經(jīng)由混合導(dǎo)電框架結(jié)構(gòu)和金屬/金屬氧化物相二者被收集，從而產(chǎn)生降低的歐姆電阻。解決與氧化有關(guān)的散裂的另一方式是使用離開金屬電極的單獨(dú)一套集流器。圖14示出這種構(gòu)思的布置。金屬氧化僅僅經(jīng)由氣相發(fā)生，而不是固態(tài)電化學(xué)路線。從電解質(zhì)和界面混合導(dǎo)體的界面形成的氣體A分子在放電過程期間使金屬海綿氧化，并且在充電過程期間反過來。此處，框架材料示為48，金屬電極示為49，皮示為50并且電流路徑示為51。電流僅僅通過框架材料48被收集。在充電/放電周期期間，金屬和金屬氧化物中的體積變化發(fā)生在框架結(jié)構(gòu)的孔內(nèi)。解決與氧化有關(guān)的散裂的另一方式是使用金屬電極中微結(jié)構(gòu)的濃度中的分級(jí)。圖15示意性示出該構(gòu)思的布置。在靠近電解質(zhì)M的界面區(qū)域53處，氧化物電解質(zhì)相的濃度較高，為70體積％至95體積％，在該截面區(qū)域53上方，氧化物相逐漸被金屬相稀釋，如在位置55處，其中電解質(zhì)變?yōu)?5體積％至70體積％。整個(gè)結(jié)構(gòu)在金屬電極的外表面以全金屬相結(jié)束。利用這種結(jié)構(gòu)，來自氧化的應(yīng)力可以在功能層各處被減緩。可用以形成精細(xì)框架以及沉積金屬電極顆粒的技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)上述構(gòu)思是關(guān)鍵的。所述技術(shù)其中之一是使用例如等離子體噴射方法以形成牢固附著的精細(xì)結(jié)構(gòu)化的混合導(dǎo)電框架，通過濕法化學(xué)方法可以使比如金屬電極顆粒的精細(xì)金屬成分的基質(zhì)滲入該框架?；|(zhì)中從0.01至1微米的高表面積納米尺寸金屬顆粒將顯著地增加金屬電極的反應(yīng)性。因而，框架含有精細(xì)金屬成分/顆粒。往回參考圖2，本發(fā)明的電池的其它部件包括空氣電極和02_(氧離子)導(dǎo)體/電解質(zhì)?？諝怆姌O17為約10微米至1000微米厚的復(fù)合氧化物并且可以包括摻雜和未摻雜的鈣鈦礦族中的氧化物或者氧化物的混合物，比如摻雜了導(dǎo)電的稀土混合氧化物和/或Co，Ni,Cu,Fe,Cr,Mn及其組合的氧化物的LaMnO3,CaMnO3,LaNiO3,LaCoO3,LaCr03。電解質(zhì)18轉(zhuǎn)移氧離子，并且通常是固態(tài)氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯的致密的氣密層，厚度約為20微米至100微米?，F(xiàn)在參考圖16和17，電池組給出了許多優(yōu)點(diǎn)以提供一種鞏固的氧化物離子蓄電池1)電池組和模塊系統(tǒng)可以大為簡(jiǎn)化。因?yàn)闆]有氣體燃料被使用，可以消除SOFC的相關(guān)子系統(tǒng)，比如重整器、脫硫器和耗盡燃料再循環(huán)回路，導(dǎo)致顯著成本降低。此外，在SOFC中碰到的耗盡燃料和污濁空氣的常見燃燒不再存在。因此，系統(tǒng)可靠性也大幅改進(jìn)。2)雙電荷的氧化物離子使得能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有電氣存儲(chǔ)裝置中的最高的理論能量密度。3)氧化物離子蓄電池中的大多數(shù)金屬-金屬氧化物系統(tǒng)在性能上優(yōu)于在鋰離子蓄電池中使用的材料。4)所有電池和模塊部件是固態(tài)的，根據(jù)這一點(diǎn)蓄電池系統(tǒng)需要最少的維護(hù)。5)通過提升的溫度工作而被熱激活的更快的充電和放電速率。6)在提升溫度下可逆氧化還原反應(yīng)確保延長(zhǎng)的壽命以及在每個(gè)存儲(chǔ)周期期間最小的能量損耗。在電池組和模塊級(jí)，圖16示意性說明基本重復(fù)的兩個(gè)氧化物離子蓄電池電池單元60，其由多孔空氣電極61支撐，優(yōu)選為管狀，經(jīng)由陶瓷互連62串聯(lián)連接?？諝怆姌O管為直通的，也就是說，沒有端蓋。電極示為63，薄膜電解質(zhì)示為64以及惰性氣體輸入和輸出分別示為65和66。這種設(shè)計(jì)消除了昂貴空氣饋送管的使用，如果空氣電極管為單端封閉的方式，則使用這種空氣饋送管。此外，圖17示意性說明基本重復(fù)的兩個(gè)氧化物離子蓄電池電池單元70，其基于多孔金屬襯底，優(yōu)選地管71。通過在環(huán)境溫度將一個(gè)電池的金屬電極與另一電池的金屬襯底接合，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電池之間的電氣連接。金屬襯底的使用允許容易圍起金屬電極隔室。傳統(tǒng)焊接和銅焊技術(shù)可以被容易地應(yīng)用以密封蓄電池電池外腔室。本發(fā)明的氧化物離子蓄電池也可以構(gòu)建在平面幾何形狀模塊80上，其中圖18A示出這種設(shè)計(jì)的截面圖。與管狀幾何形狀相同，不需要燃料或燃料系統(tǒng)。蓄電池電池的襯底可以是空氣電極陰極81、金屬電極82、電解質(zhì)83以及具有中心氧化劑/空氣通道85的基于鐵素體不銹鋼的金屬互連84。在圖17中，空氣電極示為72，金屬電極示為73，電解質(zhì)示為膜74，其中惰性氣體輸入輸出分別示為75和76，并且致密金屬節(jié)段示為78。在圖16和17二者中，惰性氣體的封閉腔室示為77和77’。在圖18B中示出德爾塔類型、德爾塔/三角形非常高密度的電池90。此“三角形配置”被定義為電池具有Δ德爾塔之字形或波浪形幾何形狀以及用于氧化劑的中空內(nèi)部91，如圖18Β所述，其具有平坦基底92，中心空氣通路91，可選的陶瓷空氣電極支撐93，固態(tài)電解質(zhì)94，互連器95，可選的鎳或其它鍍層96和電極97。往回參考圖2和3，并且重申充電過程是放電過程的逆過程，也就是說，電解質(zhì)中的氧化物離子在電場(chǎng)下從金屬電極被驅(qū)動(dòng)到空氣電極。所進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)由下述內(nèi)容表述在金屬電極Mey0x+he，=yMe+x02"在空氣電極x02_=x/202+2xe，總反應(yīng)Mey0x=x/202+yMe熱力學(xué)上來說，充電和放電過程應(yīng)是可逆的。然而，實(shí)際動(dòng)力學(xué)決定性地確定氧化物離子蓄電池的存儲(chǔ)容量和循環(huán)率。對(duì)于充電過程，特別地在電場(chǎng)下，缺乏金屬氧化物分解的動(dòng)力學(xué)。充電和放電過程很可能是不可逆的，引起在每個(gè)存儲(chǔ)周期的更慢的充電速率、更高能量損耗并且因此降低電氣效率。圖19示出利用化學(xué)充電構(gòu)思的氧化物離子蓄電池模塊110的示意圖。在這種配置中，氧化物離子蓄電池首先被放電以允許氧化金屬第一電極111中的金屬。在氧化物離子蓄電池完全放電之后，比如5%H2A2混合物的氣體115隨后沖入模塊腔室。在所有金屬氧化物被轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘僦?，蓄電池?zhǔn)備好下一次再放電。預(yù)期化學(xué)充電速率比傳統(tǒng)電學(xué)充電更快得多。此處，空氣內(nèi)電極示為112，薄膜電解質(zhì)示為113。多孔金屬管114示為支撐電極和電解質(zhì)。致密管節(jié)段示為116?，F(xiàn)在參考圖20，詳細(xì)示出利用至少兩個(gè)電池形成電池組的電池群組的整體示意圖。在此系統(tǒng)中，多個(gè)氧化物離子電池集成為有用的電源組。圖20示出將氧化物離子電池集成為有用的電源組的機(jī)械構(gòu)思。電池180將被機(jī)械且電氣連接到管板182?？梢酝ㄟ^將電池銅焊到板來形成這種連接。金屬支撐的電池180可以制造成具有在電池的一側(cè)上可用的空氣電極附著點(diǎn)以及在電池的相對(duì)端上可用的金屬電極附著點(diǎn)。在電池的兩側(cè)上具有電極簡(jiǎn)化了電池之間的電氣連接。一個(gè)管板將所有電池的空氣電極連接在一起，而相對(duì)管板將所有金屬電極連接在一起。這些管板形成它們之間的隔離區(qū)帶。這使得所有蓄電池電池電氣并聯(lián)。管板必須通過襯墊彼此電氣隔離。每個(gè)管板成為蓄電池電流的電氣導(dǎo)體?？諝饬鬟^氧化物離子電池的中心，其提供在放電模式中將被電離的氧氣?？諝馔ㄟ^空氣氣室(plenum)184進(jìn)入電池，其提供到達(dá)每個(gè)電池的相等空氣流?？諝獠粌H提供用于電化學(xué)反應(yīng)的氧氣，而且提供對(duì)電池的冷卻，因?yàn)榉烹娀瘜W(xué)反應(yīng)釋放熱量，該熱量必須從電池移除。在污濁空氣離開電池之后，它被收集在廢氣氣室186。廢氣氣室還確保每個(gè)電池產(chǎn)生相等數(shù)量的廢氣流。熱廢氣被收集在氣室中并且隨后用管道輸送到混合閥。在混合氣體進(jìn)入空氣入口氣室184之前，污濁熱廢氣空氣與送入的新鮮空氣混合以預(yù)熱混合氣體?？諝庑枰活A(yù)熱以最小化跨過電池的軸向溫度梯度。預(yù)熱溫度由與送入空氣混合的廢氣流的數(shù)量控制，所述送入空氣是由兩個(gè)閥188和再循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)190控制。此空氣電極廢氣再循環(huán)避免了對(duì)外部空氣/廢氣回收裝置的需求。無氧氣的氣體需要被提供到隔離體積/區(qū)帶并且因而被提供到氧化物離子電池的金屬電極以防止此電極的非電化學(xué)氧化。氮?dú)鈿怏w以及氧氣吸氣劑可以用于提供無氧氣的環(huán)境。氮?dú)?)氣室192提供這種環(huán)境。氣室最初裝入氮?dú)?。此氣室?yīng)是防漏的，但是如果存在少量泄露，則會(huì)需要補(bǔ)充氮?dú)狻１拘铍姵亟M構(gòu)思需要金屬電極必須保持在無氧氣的環(huán)境中以防止金屬電極的非電化學(xué)氧化。此無氧氣的環(huán)境需要在蓄電池組中建立單獨(dú)氣室以及此氣室應(yīng)是盡可能防漏的。此外，此氣室會(huì)需要裝入無氧氣的氣體以保護(hù)蓄電池電池金屬電極。此氣室和氣體使蓄電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜并且增加成本。消除對(duì)該氣室和無氧氣的氣體的需要的一種方式是對(duì)金屬電極涂敷氣密層，該氣密層將防止蓄電池組內(nèi)部的空氣氧化該金屬電極。因此，僅僅那些經(jīng)過電解質(zhì)層行進(jìn)的氧化物將涉及金屬電極的氧化?？梢詰?yīng)用于金屬電極的氣密薄層的一個(gè)這種示例是摻雜氧化鈧的氧化鋯。這是可以在蓄電池電池電解質(zhì)中使用的相同材料。此層可以利用等離子體噴射工藝來應(yīng)用。一套電氣并聯(lián)的氧化物離子電池將被分組成電池組。每個(gè)電池組中電池的數(shù)目將由蓄電池系統(tǒng)所需的電流確定。電池組隨后將電氣串聯(lián)連接以形成更高蓄電池電壓。每個(gè)電池組隨后將電氣連接到前一電池組的僅僅一側(cè)。另一端將與前一電池組電氣隔離從而確保串聯(lián)電氣布置。圖21示出電池組的構(gòu)思，其中每個(gè)電池組電氣串聯(lián)連接以增加蓄電池工作電壓。電池組的每一端電氣連接到在一側(cè)上的下一個(gè)電池組。管板充當(dāng)在各電池組之間轉(zhuǎn)移電流的導(dǎo)體。電池組的相對(duì)端與前一電池組電氣隔離。三個(gè)電池組210被示為示例，其中電子流e’用路徑示出。另一新穎構(gòu)思將是集成熱存儲(chǔ)的使用。在放電模式中，氧化物離子電池反應(yīng)是放熱的并且釋放熱量。在充電模式中，電池反應(yīng)是吸熱的并且需要熱量。如果隊(duì)氣室192用熱存儲(chǔ)介質(zhì)填充，則在電池放電時(shí)此介質(zhì)可以吸收熱量并且在充電模式期間將此熱量往回提供到電池。此熱存儲(chǔ)構(gòu)思將極大改進(jìn)蓄電池系統(tǒng)的整體效率。本發(fā)明的電池組的附加優(yōu)點(diǎn)包括1)重要的是不使用氣體燃料。2)與大量生產(chǎn)的管殼式熱交換器相似的高密度、低成本氧化物離子蓄電池模塊配置構(gòu)造技術(shù)。3)蓄電池模塊將由電氣串聯(lián)連接的并聯(lián)電流路徑蓄電池組構(gòu)成，以形成更高電壓。4)蓄電池電池和管板之間的低成本銅焊密封；此密封提供機(jī)械連接、電氣連接以及空氣環(huán)境和無氧氣的環(huán)境之間的密封。5)管板收集電流，支撐電池的重量，并且促進(jìn)銅焊電池。6)根據(jù)需要，允許蓄電池電池的金屬電極側(cè)上的惰性環(huán)境以防止非電化學(xué)氧化。7)廢氣空氣再循環(huán)以預(yù)熱新鮮的送入空氣。8)充電和放電周期之間的熱存儲(chǔ)。9)殼體材料與蓄電池管襯底相同以容納熱膨脹。10)電流路徑通過管襯底；消除蓄電池電池的捆扎，這提高產(chǎn)量，消除昂貴工藝步驟并且因此降低成本。11)消除對(duì)沉積在蓄電池電池上的互連層的需求，這消除昂貴工藝步驟，提高產(chǎn)量并且因此降低成本。12)管板電極之間的低成本隔離材料。13)550°C至650°C的工作溫度允許使用低成本不銹鋼材料用于模塊構(gòu)造。14)直通的空氣設(shè)計(jì)；消除空氣饋送管，簡(jiǎn)化模塊設(shè)計(jì)，減少模塊部件的數(shù)目。15)根據(jù)需要通過機(jī)械熱交換過程，有可能使用配置以直接加熱送入的空氣。圖22示出模塊220，其可以用于收納多達(dá)約500個(gè)電池組。在一個(gè)實(shí)施例中，模塊尺度將為3.4m高度x3.7m寬度xl.9m深度。對(duì)電能存儲(chǔ)存在巨大需求。所需的存儲(chǔ)尺寸范圍涵蓋智能卡裝置的幾毫瓦到大負(fù)載均衡子站的若干兆瓦。此處描述的可再充電氧化物離子蓄電池可以滿足用于各種電子部件、運(yùn)輸、負(fù)載均衡、電力質(zhì)量以及比如太陽能和風(fēng)能的可再生資源的商業(yè)化的功率存儲(chǔ)需求。這些可再生能源趨于連續(xù)波動(dòng)，但是社會(huì)要求穩(wěn)定的、可靠地電能供應(yīng)。解決方案是發(fā)展電網(wǎng)規(guī)模的、高效的且付得起的氧化物離子蓄電池電能存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，其中能量可以在本地存儲(chǔ)并且根據(jù)供應(yīng)和需求預(yù)期而分配。這種系統(tǒng)將使電力設(shè)施業(yè)務(wù)發(fā)生完全革命化。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述本發(fā)明的特定實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，鑒于公開內(nèi)容的整體教導(dǎo)，可以發(fā)展對(duì)那些細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改和替代。因此，所公開的具體實(shí)施例旨在僅僅是說明性的，而非限制關(guān)于本發(fā)明的范圍，其中所附權(quán)利要求以及其任何和所有等同物的全部寬度范圍給出本發(fā)明的范圍。權(quán)利要求1.一種包括傳導(dǎo)陰離子的電解質(zhì)和兩個(gè)電極的電氣存儲(chǔ)裝置，其中在電解質(zhì)的任一側(cè)上的電極之間存在離子轉(zhuǎn)移，其中一個(gè)電極為用于離子的貯存器以及其中離子能夠在電極之間來回轉(zhuǎn)移。2.權(quán)利要求1的電氣存儲(chǔ)裝置，其中當(dāng)該裝置處于充電和放電模式時(shí)，離子在電極之間來回轉(zhuǎn)移，該離子包括選自由02_，CO/",S2",PO43-,Γ，F(xiàn)_和Cl_構(gòu)成的群組的帶負(fù)電的離子，并且氣體燃料不被使用。3.權(quán)利要求1的電氣存儲(chǔ)裝置，其中一個(gè)電極為金屬電極并且第二電極為氣體電極，并且其中該金屬電極為用于離子的貯存器。4.權(quán)利要求1的電氣存儲(chǔ)裝置，其中一個(gè)電極為金屬電極，該金屬電極包括兩種和多于兩種的金屬形成的合金的任何組合以及任何兩種和多于兩種的氧化物形成的固溶體的組合，以及其中該金屬電極包括含有金屬成分的導(dǎo)電框架。5.電氣連接以提供電池組的多個(gè)權(quán)利要求1的電氣存儲(chǔ)裝置。6.一種蓄電池電池，其使用結(jié)合有氧化物離子電解質(zhì)導(dǎo)體的金屬電極和空氣電極，該電池能夠在充電和放電模式中工作，以在金屬電極中存儲(chǔ)電能，其中，放電模式為yMe+x/2O2=MeyOx充電模式為Mey0x=x/202+yMe,以及其中x/y=0.5至3.0且Me=金屬。7.權(quán)利要求6的蓄電池電池，其中金屬電極包括任何選自由&，Y，La，Ti，Zr，Hf，Ce，Cr,Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Nb,Ta，V，Mo，Pd和W構(gòu)成的群組的單相金屬材料，以及任何選自由Sc-Sc2O3,Y-Y2O3,La-La2O3,Ti-TiO2,Zr-ZrO2,Hf-HfO2,Ce-CeO2,Cr-Cr2O3,Mn-Mn2O3,Mn-Mn3O4,Mn-MnO,Fe-FeO，F(xiàn)e-Fe3O4,Fe-Fe2O3,Co-CoO,Co-Co3O4,Co-Co2O3,Ni-NiO,Cu-Cu2O,Cu-CuO，Nb-NbO，Nb-NbO2,Nb-Nb2O5，Ta-Ta2O5,V-V2O5,V-VO2,V-V2O3,V-VO,Mo-MoO2,Mo-MoO3,Pd-PdO和W-WO3構(gòu)成的群組的雙相材料。8.權(quán)利要求7的蓄電池電池，其中在雙相組成中，金屬與金屬氧化物比例范圍為從O100至1000，并且氣體燃料不被使用。9.權(quán)利要求6的蓄電池電池，其中金屬電極包括任何選自由Ti，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Mo和W構(gòu)成的群組的單相金屬材料以及任何選自由Ti-TiO2,Cr-Cr2O3，Mn-Mn2O3，F(xiàn)e-FeO,Co-CoO,Ni-NiO,Cu-Cu2O,Mo-MoO2和W-WO3構(gòu)成的群組的雙相金屬材料。10.權(quán)利要求6的蓄電池電池，其中金屬電極包括任何選自由Mn，F(xiàn)e，Mo和W構(gòu)成的群組的單相金屬材料以及任何選自由Mn-Mn2O3，F(xiàn)e-FeO,Mo-MoO2和W-WO3構(gòu)成的群組的優(yōu)選的雙相金屬材料。11.權(quán)利要求6的蓄電池電池，其中金屬電極選自由Fe-i^eO，Mn-Mn2O3,W-WO3和Mo-MO2構(gòu)成的群組。12.權(quán)利要求6的蓄電池電池，其中金屬電極包括兩種金屬形成的合金的任何組合以及任何兩種氧化物形成的固溶體的任何組合。13.權(quán)利要求6的蓄電池電池，其中電解質(zhì)傳導(dǎo)陰離子以及其中金屬電極包括含有金屬成分的導(dǎo)電框架。14.一種電池組，其包括多個(gè)電氣連接的實(shí)心或中空細(xì)長(zhǎng)管狀電池，每個(gè)電池能夠在充電和放電模式中工作，每個(gè)電池包括單相或雙相金屬材料，其可以被氧化以用作具有高于400°C的熔點(diǎn)的第一電極；以及第二電極材料，其可以將空氣轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)；以及它們之間的電解質(zhì)，其可以轉(zhuǎn)移氧化物離子，其中金屬電極為氧氣的貯存器，其中放電模式為yMe+x/2O2=MeyOx,充電模式為Mey0x=x/2仏+yMe，其中x/y=0.5至3.0，Me=金屬，以及其中電池組存儲(chǔ)電能并且具有空氣源以接觸第二電極材料。15.權(quán)利要求14的電池組，其中第一電極具有高于500°C的熔點(diǎn)，氣體燃料不被使用并且固態(tài)電池能夠具有任何幾何形狀。16.權(quán)利要求14的電池組，其中第二電極能夠處于在固定溫度下保持固定的氧氣分壓的任何固相，并且氧化劑氣體供料能夠是任何含有氧氣的氣體。17.權(quán)利要求14的電池組，其中金屬電極包括任何選自由Sc，Y，La,Ti，Zr，Hf，Ce,Cr,Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Nb,Ta，V，Mo，Pd和W構(gòu)成的群組的單相金屬材料，以及任何選自由Sc-Sc2O3,Y-Y2O3,La-La2O3,Ti-TiO2,Zr-ZrO2,Hf-HfO2,Ce-CeO2,Cr-Cr2O3,Mn-Mn2O3,Mn-Mn3O4,Mn-MnO,Fe-FeO，F(xiàn)e-Fe3O4,Fe-Fe2O3,Co-CoO,Co-Co3O4,Co-Co2O3,Ni-NiO,Cu-Cu2O,Cu-CuO，Nb-NbO，Nb-NbO2,Nb-Nb2O5，Ta-Ta2O5,V-V2O5,V-VO2,V-V2O3,V-VO,Mo-MoO2,Mo-MoO3,Pd-PdO和W-WO3構(gòu)成的群組的雙相材料，在雙相組成中，金屬與金屬氧化物比例范圍為從0:100至100:0,并且氣體燃料不被使用。18.權(quán)利要求14的電池組，其中在雙相組成中，金屬與金屬氧化物比例范圍為從0:100至100:0，并且氣體燃料不被使用。19.權(quán)利要求14的電池組，其中金屬電極包括任何選自由Ti，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Mo和W構(gòu)成的群組的單相金屬材料以及任何選自由Ti-TiO2,Cr-Cr2O3，Mn-Mn2O3，F(xiàn)e-FeO,Co-CoO,Ni-NiO,Cu-Cu2O,Mo-MoO2和W-WO3構(gòu)成的群組的雙相金屬材料。20.權(quán)利要求14的電池組，其中金屬電極包括任何選自由Mn，F(xiàn)e,Mo和W構(gòu)成的群組的單相金屬材料以及任何選自由Mn-Mn2O3，F(xiàn)e-FeO,Mo-MoO2和W-WO3構(gòu)成的群組的優(yōu)選的雙相金屬材料。全文摘要公開了一種可再充電電氣存儲(chǔ)裝置，其中一個(gè)實(shí)施例利用傳導(dǎo)陰離子(“A”)的電解質(zhì)(18)和兩個(gè)電極(17，19)之間的離子轉(zhuǎn)移，其中一個(gè)電極優(yōu)選地為含有金屬和金屬氧化物的混合物的金屬電極19，使得在操作期間，氧化物離子在充電和放電模式中在兩個(gè)電極(17，19)之間往返，并且金屬電極(19)用作與陰離子“A”有關(guān)的物質(zhì)的貯存器。文檔編號(hào)H01M12/08GK102473987SQ201080035665公開日2012年5月23日申請(qǐng)日期2010年6月25日優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日發(fā)明者P.利青格爾K.,黃K.,J.許斯M.,塔蒂比M.,沃爾特邁爾N.,D.沃拉S.,路春申請(qǐng)人:西門子能源公司