(57)【要約】【課題】エネルギ蓄積装置を提供する。【解決手段】エネルギ蓄積装置は、第１の表面及び第２の表面を持つ隔離板を含む。第１の表面は陰極室の少なくとも一部分を画成し、また第２の表面は陽極室を画成する。陰極室は、隔離板を通って伝導することのできるイオンを形成するアルカリ金属ハロゲン化物を含む。陽極室は、消費可能な流体で充填される容積を持つ。消費可能な流体の量は、陽極室の容積の９０容積％よりも多い。また更に、消費可能な流体はアルカリ金属ハロゲン化物のイオン種と反応する。また、エネルギ蓄積装置を封止する方法も提供される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極室の少なくとも一部分を画成する第１の表面と陽極室を画成する第２の表面とを持つ隔離板を有するエネルギ蓄積装置であって、
前記陰極室が、前記隔離板を通って伝導することのできるイオンを形成するアルカリ金属ハロゲン化物を有し、
前記陽極室の容積が９０容積％よりも多い量の消費可能な流体で充填されており、該消費可能な流体がアルカリ金属ハロゲン化物のイオン種と反応すること、
を特徴とするエネルギ蓄積装置。
【請求項２】
前記消費可能な流体は酸素を有する、請求項１記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項３】
前記陽極室内の前記酸素は前記装置の初期充電中に消費可能である、請求項２記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項４】
前記装置の充電中の前記酸素の消費はサイクル毎に前記陽極室を真空化する、請求項３記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項５】
前記陽極室の真空化は前記隔離板の両側の前記陰極室と前記陽極室との間の圧力差を低減する、請求項４記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項６】
前記陽極室は、ナトリウム、リチウム及びカリウムより成る群から選択された１種類以上の金属を有している、請求項１記載のエネルギ蓄積装置。。
【請求項７】
前記アルカリ金属ハロゲン化物は、リチウム、ナトリウム、カリウム、塩素、フッ素又はヨウ素の内の少なくとも１種類を有している、請求項１記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項８】
前記隔離板はアルカリ金属イオン伝導体であり、またアルカリ金属βアルミナ、アルカリ金属β”アルミナ、アルカリ金属βガレート又はアルカリ金属β”ガレートの内の少なくとも１種類を有している、請求項１記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項９】
陰極室の少なくとも一部分を画成する第１の表面と陽極室を画成する第２の表面とを持つ隔離板を有するエネルギ蓄積装置であって、
前記陰極室が、前記隔離板を通って伝導することのできるイオンを形成するアルカリ金属ハロゲン化物を有し、
前記陽極室の容積が９０容積％よりも多い量の酸素で充填されていること、
を特徴とするエネルギ蓄積装置。
【請求項１０】
陰極室の少なくとも一部分を画成する第１の表面と陽極室を画成する第２の表面とを持つ隔離板を有するエネルギ蓄積装置であって、
前記陰極室が、前記隔離板を通って伝導することのできるイオンを形成するアルカリ金属ハロゲン化物を有し、前記陰極室又は前記陽極室の内の少なくとも一方は標準圧力に対して部分真空下で封止され、前記陽極室は９０重量％よりも多量の流体が充填されている、エネルギ蓄積装置。
【請求項１１】
前記陰極室及び前記陽極室の各々は約１００℃〜約６００℃の温度で封止される、請求項１０記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１２】
前記陰極室及び前記陽極室の各々は部分真空下で封止される、請求項１０記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１３】
流体又は固体の物理的状態への反応によって消費すべき消費可能な流体をエネルギ蓄積装置内の陽極室に充填する段階と、
前記消費可能な流体を反応させるように前記エネルギ蓄積装置を充電する段階と、
流体又は固体の物理的状態への前記消費可能な流体の反応時に前記陽極室内の圧力を低減する段階と、
を有する方法。
【請求項１４】
更に、前記消費可能な流体の消費時に前記陽極室内に真空を生成させることによって隔離板の両側での陰極室に対する前記陽極室の圧力差を低減する段階を有している請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
更に、前記消費可能な流体として酸素を選択する段階を有している請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ蓄積装置用のシールに関する実施形態を含む。本発明は、電気化学的セルを封止する方法に関する実施形態を含む。
【背景技術】
【０００２】
負電極にナトリウムを使用する高温の再充電可能な蓄電池／セルについて開発研究が行われている。液体ナトリウム陽極が、ナトリウム・イオン伝導性固体電解質によって陰極から隔離され、且つ大気圧で互いから封止されている。固体電解質として適当な物質には、βアルミナ隔離板電解質（ＢＡＳＥ）として知られているようなβアルミナ及びβ”アルミナが挙げられる。セルの充電及び放電の間、陽極及び陰極隔室／室の容積が、隔離板を通り抜けるナトリウム・イオンの通過に起因して変化し、また両電極における圧力レベルも変化する。充電及び放電中の隔離板の両側における圧力レベルの変化は、疲労により隔離板の信頼性及び寿命を低減する。また、イオンの移動は隔離板の劣化を引き起こす虞がある。この結果として隔離板に亀裂が生じる虞があり、これはセルの故障を生じさせることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３４６８７０９号
【特許文献２】米国特許第４９９７７３２号
【特許文献３】米国特許第５３８０５９６号
【特許文献４】ＷＯ１９９２０１１６６３号
【特許文献５】日本国特許第２１２２３０１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在入手可能なものとは異なるエネルギ蓄積装置を提供することは望ましいと考えられる。また、現在入手可能な方法とは異なる電気化学的セルを封止する方法を提供することも望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、エネルギ蓄積装置が提供される。このエネルギ蓄積装置は、第１の表面及び第２の表面を持つ隔離板を含む。第１の表面は陰極室の少なくとも一部分を画成し、また第２の表面は陽極室を画成する。陰極室は、隔離板を通って伝導することのできるイオンを形成するアルカリ金属ハロゲン化物を含む。陽極室は、消費可能な流体(consumable fluid)が充填される容積を持つ。消費可能な流体の量は陽極室の容積の９０容積％よりも多い。また更に、消費可能な流体はアルカリ金属ハロゲン化物のイオン種と反応する。
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、エネルギ蓄積装置が提供される。このエネルギ蓄積装置は、第１の表面及び第２の表面を持つ隔離板を含む。第１の表面は陰極室の少なくとも一部分を画成し、また第２の表面は陽極室を画成する。陰極室は、隔離板を通って伝導することのできるイオンを形成するアルカリ金属ハロゲン化物を含む。陽極室は、酸素が充填される容積を持つ。酸素の量は陽極室の容積の９０容積％よりも多い。
【０００７】
本発明の一実施形態ではエネルギ蓄積装置が提供される。この装置は隔離板を含む。隔離板は、陰極室の少なくとも一部分を画成する第１の表面、及び陽極室を画成する第２の表面を持つ。陰極室は、隔離板を通って伝導することのできるイオンを形成するアルカリ金属ハロゲン化物を含む。陰極室又は陽極室の少なくとも一方は、標準圧力に対して部分真空下で封止される。陽極室には９０重量％よりも多量の流体が充填される。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、エネルギ蓄積装置を形成する（封止する）方法が提供される。この方法は、陽極室に消費可能な流体を充填する段階を含む。消費可能な流体は装置の動作中に消費される。本方法は、エネルギ蓄積装置を充電する段階、及び流体又は固体の物理的状態への消費可能な流体の反応時に陽極室内の圧力を低減する段階を含む。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、封止された内部室を持つエネルギ蓄積装置に関する様々な実施形態を含む。本発明は、エネルギ蓄積装置内の電気化学的セルを封止する方法に関する様々な実施形態を含む。
【００１０】
本書で用いる「陰極物質」とは、充電中に電子を供給し且つ酸化還元反応の一部として存在する物質である。また「陽極物質」とは、充電中に電子を受け取り且つ酸化還元反応の一部として存在する物質である。明細書及び特許請求の範囲の全体を通じて用いられている「近似」を表す言葉は、ほぼ関連している基本的な機能に変化を生じさせることなく許容範囲内で変わることのある任意の定量的表現を修飾するために適用することができる。従って、「約」のような用語によって修飾される値は、指定された正確な値に限定されない。場合によっては、「近似」を表す言葉は、その値を測定するための計器の精度に対応することがある。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、エネルギ蓄積装置が提供される。このエネルギ蓄積装置は、第１の表面及び第２の表面を持つ隔離板を有する。第１の表面は陰極室の少なくとも一部分を画成し、また第２の表面は陽極室を画成する。陰極室は、隔離板を通って伝導することのできるイオンを形成するアルカリ金属ハロゲン化物を有する。陽極室は、消費可能な流体が充填される容積を持つ。消費可能な流体の量は陽極室の容積の９０容積％よりも多い。また更に、消費可能な流体はアルカリ金属ハロゲン化物のイオン種と反応する。
【００１２】
隔離板は外被内に配置される。隔離板は、軸に対して垂直な断面の輪郭を円形、三角形、四角形、又は星形とすることができる。
【００１３】
隔離板は、使用中にアルカリ金属イオンを伝導するアルカリ金属イオン伝導固体電解質である。隔離板用に適当な物質としては、アルカリ金属β’アルミナ、アルカリ金属β”アルミナ、アルカリ金属β’ガレート、又はアルカリ金属β”ガレートを挙げることができる。一実施形態では、隔離板はβアルミナを含む。一実施形態では、隔離板の一部分がαアルミナであり、隔離板の別な部分がβアルミナである。αアルミナは、βアルミナよりも接合（例えば、圧着）するのに比較的よく適していることがあり、エネルギ蓄積装置の封止及び／又は製造に役立つことができる。
【００１４】
隔離板は、限定するものではないが、酸化リチウム、マグネシア、酸化亜鉛、イットリア又は同様な酸化物を少量添加することによって安定化することができる。これらの安定化剤は単独で又は互いに組み合わせて、或いは他の物質と組み合わせて使用することができる。隔離板は、ときにはβアルミナ隔離板電解質（ＢＡＳＥ）と呼ぶが、１つ又複数の種類のドーパントを含むことができる。適当なドーパントとしては、鉄、ニッケル、銅、クロム、マンガン、コバルト又はモリブデンから選択された遷移金属の酸化物を挙げることができる。このようなドーパントを持つ隔離板は、β”アルミナ隔離板電解質と呼ばれており、βアルミナよりも高いナトリウム・イオン伝導度を持つ。３００℃における一形態のβ”アルミナ隔離板電解質のナトリウム・イオン伝導度は、約０．２Ω-1ｃｍ-1〜約０．４Ω-1ｃｍ-1である。
【００１５】
β”アルミナに対する安定化剤の量は０．５重量％よりも多くすることができる。一実施形態では、その量は、β”アルミナ物質の全重量に基づいて定められ、約０．５重量％〜約１重量％、約１重量％〜約２重量％、約２重量％〜約３重量％、約３重量％〜約４重量％、約４重量％〜約５重量％、約５重量％〜約１０重量％、約１０重量％〜約１５重量％、約１５重量％〜約２０重量％、又は約２０重量％超である。
【００１６】
隔離板は、一実施形態では、少なくとも１つの壁を持つ管状容器とすることができる。壁は厚さを持つことができ、また壁の両側間のイオン伝導度及び抵抗は部分的に厚さに左右されることがある。適当な厚さは５ｍｍ（ミリメートル）未満とすることができる。一実施形態では、厚さは、約５ｍｍ〜約４ｍｍ、約４ｍｍ〜約３ｍｍ、約３ｍｍ〜約２ｍｍ、約２ｍｍ〜約１．５ｍｍ、約１．５ｍｍ〜約１．２５ｍｍ、約１．２５ｍｍ〜約１．１ｍｍ、約１．１ｍｍ〜約１ｍｍ、約１ｍｍ〜約０．７５ｍｍ、約０．７５ｍｍ〜約０．６ｍｍ、約０．６ｍｍ〜約０．５ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約０．４ｍｍ、約０．４ｍｍ〜約０．３ｍｍ、又は約０．３ｍｍ未満である。
【００１７】
一実施形態では、隔離板の少なくとも１つの表面上にカチオン促進剤物質を配置することができる。カチオン促進剤物質としては、例えば、セレンが挙げられる。少なくとも１つの隔離板表面は、約１０ｎｍ（ナノメートル）よりも大きい表面粗さＲＭＳを持つ。一実施形態では、表面粗さＲＭＳは、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約３０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約７０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約８０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約９０ｎｍ〜約１００ｎｍである。別の実施形態では、隔離板の表面にアルカリ金属イオン・ウィッキング(wicking) 物質を突き合わせて配置してもよい。
【００１８】
随意選択により、１つ以上のシム構体を容積内に配置することができる。シム構体は外被の容積内に隔離板を支持する。シム構体は、使用中でのセルの動きによって惹起される振動から隔離板を保護し、従って外被に対する隔離板の相対的な移動を低減又は除去することができる。シム構体は、存在する場合、外被に対する集電装置として機能することができる。集電装置としてのシム構体の利用は、溶融陽極レベルが充電及び放電中に上昇及び下降する場合に役立つと考えられる。シム構体は隔離板に隣接して薄い隙間を提供して、隔離板の表面に対する溶融陽極物質の薄層のウィッキング(wicking) を促進するようにすることができる。このウィッキングは蓄電池の充電状態とは無関係であり、且つ陽極物質の溶融液面高さとは無関係である。
【００１９】
隔離板は第１の表面及び第２の表面を持つことができる。第１の表面は陰極室の一部分を画成することができ、また第２の表面は陽極室を画成するすることができる。これらの２つの室は隔離板を介して互いにイオン連通状態にすることができる。
【００２０】
陰極室は陰極物質を含有する。陰極物質は、充電状態に依存して元素形態で又は塩として存在することができる。すなわち、陰極物質は元素形態及び／又は塩形態で存在し、塩形態の重量％に対する元素形態の重量％の比は充電状態に基づいて定めることができる。陰極物質はアルカリ金属を含有することができ、また陰極物質の塩形態はハロンゲン化物とすることができる。陰極物質として使用するための適当な物質としては、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、銅、クロム、錫、ヒ素、タングステン、モリブデン、及び鉄が挙げられる。一実施形態では、陰極物質は、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、銅、クロム、錫、ヒ素、タングステン、モリブデン及び鉄の中から選択された２種類以上の金属を含むことができる。アルカリ金属のハロゲン化物は、塩素、フッ素及びヨウ素を含むことができる。一実施形態では、陰極物質は２種類の陰極物質、すなわち、第１の陰極物質及び第２の陰極物質を含有することができる。第１の陰極物質としては、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、銅、クロム及び鉄を挙げることができる。第２の陰極物質は第１の陰極物質とは異なるものであって、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、銅、クロム及び鉄を挙げることができる。他の適当な第２の陰極物質としては、錫及び／又はヒ素を挙げることができる。他の適当な第２の陰極物質としては、タングステン、チタン、ニオブ、モリブデン、タンタル及びバナジウムを挙げることができる。第１の陰極物質は、約１００：１よりも小さい比率で第２の金属に対して存在することができる。一実施形態では、第１の陰極物質は、添加金属に対して、約１００：１〜約５０：１、約５０：１〜約１：１、或いは約１：１〜約１：５０、約１：５０〜約１：９５の比率で存在することができる。
【００２１】
陰極物質は自立状態又は液体／溶融状態とすることができるが、一実施形態では、陰極物質は電子伝導性支持構造上に配置される。支持構造は、発泡体、メッシュ、織物、フェルト、或いは複数の詰め込んだ粒子、繊維、ウィスカーとすることができる。一実施形態では、適当な支持構造を炭素で形成することができる。適当な炭素の形態は網状発泡体である。支持構造は金属で形成することができる。
【００２２】
陰極物質は支持構造の外側表面に固定することができる。支持構造は大きい表面積を持つことができる。支持構造上の陰極物質は隔離板の第１の表面に隣接していて且つ該隔離板表面から離れるように延在することができる。支持構造は第１の表面から約０．０１ｍｍよりも大きい厚さまで延在することができる。一実施形態では、厚さは、約０．０１ｍｍ〜約０．１ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約１ｍｍ、約１ｍｍ〜約５ｍｍ、約５ｍｍ〜約１０ｍｍ、約１０ｍｍ〜約１５ｍｍ、約１５ｍｍ〜約２０ｍｍである。より大きい容量の電気化学的セルについては、厚さは、２０ｍｍよりも大きくすることができる。
【００２３】
硫黄又は燐含有添加剤を陰極物質中に配置することができる。陰極中の硫黄又は燐の存在は、塩の再結晶化及び結晶粒成長を低減又は防止することができる。例えば、硫黄元素、硫化ナトリウム又は硫化トリフェニルを陰極に配置することができる。
【００２４】
陽極室と陰極室との間の隔離板を通って輸送されるイオン物質は、一実施形態では、アルカリ金属である。適当なイオン物質は、ナトリウム、リチウム及びカリウムの内の１種類以上を含むことができる。陽極室は一量の陽極物質を受けて貯蔵することができる。陽極物質は使用中に溶融する。陽極物質に使用するのに適した添加剤は、金属脱酸素剤を含むことができる。適当な金属脱酸素剤は、マンガン、バナジウム、ジルコニウム、アルミニウム又はチタンの内の１種類以上を含むことができる。他の有用な添加剤は、溶融陽極物質による隔離板表面の濡れ(wetting) を増大させる物質を含むことができる。更に、或る添加剤は、隔離板全体を通じて実質的に一様な電流の流れを保証するために、集電装置に対して隔離板の接触又は濡れを増大させることができる。
【００２５】
他の添加剤は性能に影響を及ぼすことができる。このような性能添加剤は、幾つかの有用例を挙げると、イオン伝導度を増大させ、荷電陰極種の溶解度を増大又は減少させ、溶融電解質による固体電解質の濡れを改善し、或いは陰極ミクロドメイン(microdomain) の熟成を防止することができる。一実施形態では、添加剤は、アルカリ金属ハロゲン化物、ハロゲン化アルミニウム及びハロゲン化亜鉛の全組合せモル数に比べて約５モル％未満である量で存在することができる。
【００２６】
陽極室は更に消費可能な流体を収容する。陽極室の容積内の消費可能な流体の量は、約９０容積％よりも多くすることができる。一実施形態では、消費可能な流体の量は、約９０容積％〜９２容積％、約９２容積％〜９４容積％、約９４容積％〜９６容積％、約９６容積％〜９８容積％とすることができる。一実施形態では、消費可能な流体の量は、約９８容積％よりも多くすることができる。消費可能な流体は、装置を製造している間に、陽極室を封止する前に陽極室の容積内に充填することができる。
【００２７】
陰極及び陽極室は封止構造によって隔離板に対して封止することができる。装置の封止は装置の内容物と環境との間のシールを提供し（維持し）、また漏洩及び汚染を防止する。また、封止構造は、陰極室及び陽極室を環境から及び互いから隔離する。
【００２８】
封止構造は、ガラス質組成物、サーメット、又はそれらの組合せで構成することができる。適当なガラス質封止組成物としては、限定するものではないが、燐酸塩、珪酸塩、硼酸塩、ゲルマニウム酸塩、バナジウム酸塩、ジルコン酸塩、ヒ酸塩、及びそれらの様々な形態、例えば、硼珪酸塩、アルミノ珪酸塩、珪酸カルシウム、二元アルカリ珪酸塩、アルカリ硼酸塩、又はそれらの２つ以上の組合せを挙げることができる。サーメットはアルミナ及び耐火金属を含有することができる。適当な耐火金属は、モリブデン、レニウム、タンタル又はタングステンの内の１種類以上を含むことができる。代替態様では、隔離板の端部分はαアルミナを含むことができる。αアルミナは、第２の室を閉鎖する蓋に直接に接合することができる。適当な接合(bonding) 方法としては、熱圧着、拡散接合、又は薄膜金属化をあげることができ、これらの内の各々は溶接又はろう付け技術と共に用いることができる。
【００２９】
封止構造は、或る温度範囲で内容物と環境との間のシールを維持するように動作可能である。陰極室及び陽極室の各々は、一実施形態では、動作温度範囲は、約１００℃〜約２００℃、約２００℃〜約３００℃、約３００℃〜４００℃、約４００℃〜約５００℃、約５００℃〜約６００℃である。隔離板は、ハロゲン及び陽極物質の存在下で食刻又は穴あけすることはできない。
【００３０】
封止構造は、標準大気圧で封止されたとき、陰極室及び陽極室内の圧力レベルを維持する。これらの圧力レベルは、室内の陰極物質及び陽極物質の上の空気柱に依存する。空気柱の容積は、電気化学的セルの充電及び放電中の隔離板を介したアルカリ金属イオンの輸送時に変化する。この結果として、陽極室及び陰極室内の空気柱の圧縮及び膨張が生じる。空気柱のこれらの変化は隔離板の両側での圧力レベルを変化させ、この圧力レベルの変化は隔離板の強度に影響を及ぼし且つその信頼性を低減させる。
【００３１】
陰極室及び陽極室は、標準圧力に対して部分真空下で封止することができる。それは、室内の圧力レベルが標準圧力よりも低いことを意味する。標準圧力とは、装置の外側の環境の圧力、すなわち、大気圧であってよい。閉鎖された系において大気圧の低減は、部分真空と呼ばれる。真空とは、系から空気を排出することによって生成される圧力差である。１トル〜１０-3トルの真空は、部分真空と見なすことができる。１トル（Ｔｏｒｒ；通常の真空の圧力単位）は、１ｍｍの液体水銀の圧力計の読みに等価な圧力であり、すなわち、１トル＝１／７６０ａｔｍ＝１．３３３×１０-3バール＝１３３．３Ｐａである。
【００３２】
一実施形態では、陰極室又は陽極室の一方が標準圧力に対して部分真空下で封止される。別の実施形態では、陰極室及び陽極室が標準圧力に対して部分真空下で封止される。一実施形態では、陰極室のみが標準圧力に対して部分真空下で封止される。部分真空下で封止された室内の圧力レベルは、約１トル未満にすることができる。一実施形態では、部分真空下で封止された室内の圧力レベルは、約１トル〜約１０-1トル、約１０-1トル〜約１０-2トル、約１０-2トル〜約１０-3トルにすることができる。一実施形態では、部分真空は、真空ポンプを使用することによって室内に生じさせることができる。
【００３３】
陽極室内の圧力レベル／部分真空はまた、陽極室に充填された消費可能な流体の含有量（重量）に左右されることがある。陽極室に充填された消費可能な流体の含有量は、９０重量％よりも多くすることができる。一実施形態では、消費可能な流体の含有量は、約９０重量％〜９２重量％、約９２重量％〜９４重量％、約９４重量％〜９６重量％、約９６重量％〜９８重量％とすることができる。一実施形態では、消費可能な流体の含有量は、約９８重量％よりも多くすることができる。
【００３４】
消費可能な流体は、セルを製造している間に、陽極室を封止する前に陽極室の容積に充填することができる。消費可能な流体はアルカリ金属ハロゲン化物のイオン種と反応することができる。或る量の消費可能な流体がアルカリ金属と反応することができ、且つ電気化学的セルの充電中に消費させることができる。一実施形態では、アルカリ金属と反応するとき、消費可能な流体は流体へ消費させることができる。別の実施形態によれば、消費可能な流体は固体へ消費させることができる。その後のサイクルにおける充電中に益々多量の消費可能な流体を消費させることができる。一実施形態では、消費可能な流体は液体であってよい。別の実施形態では、消費可能な流体は気体であってよい。該気体はアルカリ金属と反応して、固体を形成することができる。固体への気体の消費により、圧力レベルを低下させ且つ陽極室内に部分真空を生成することができる。一実施形態では、気体は酸素であってよい。
【００３５】
部分真空下では、陰極室及び陽極室は、標準圧力に比べて室内の圧力をより低くすることができ、従って、圧力レベルの変化は陰極室から陽極室への及びその逆へのアルカリ金属の輸送時に最小にすることができる。陰極室及び陽極室の圧力レベルの差が小さくなればなるほど、装置の動作中の差圧がより小さくなる。両室間の差圧の減少は、隔離板にかかる応力を小さくして、隔離板の信頼性を高める。この結果、隔離板の寿命がより長くなる。
【００３６】
電気化学的セルは放電した状態で組み立てることができる。電気化学的セルの陽極室と陰極室との間に電圧を印加し、電気化学的反応を逆転することにより、電気化学的セルを充電することができる。セルの反応は次のように表される。
【００３７】
２ＮａＣｌ＋陰極物質→（陰極物質）Ｃｌ2 ＋２Ｎａ
充電中、陰極室内の塩化ナトリウムが印加電位によって分解されて、ナトリウム・イオン及び塩素イオンを形成する。ナトリウム・イオンは、印加電位の影響下で、隔離板を通って伝導して、外部回路からの電子と組み合わさって陽極室内にナトリウムを形成し、また塩素イオンは、第１の物質内の遷移金属と反応して金属塩化物を形成し、且つ電子を放出して外部回路へ戻す。初めての充電中に陽極室内に形成されたナトリウムは、陽極室内の酸素と反応して、酸化ナトリウムを形成する。酸化ナトリウムはセルの動作温度では固体である。このようなナトリウムによる酸素の消費は、陽極室を真空化する。全ての酸素が消費され且つ充電が継続しているとき、液体形態のナトリウムが陽極室内部を充填し始める。放電中、ナトリウム・イオンは隔離板を通って伝導して反応を逆転し、電子を生成する。
【００３８】
本書に記載した実施形態は、特許請求の範囲に列挙された本発明の要素に対応する要素を持つ組成、構造、系及び方法の様々な例である。本明細書により、通常の技術的な知識を有する者は、特許請求の範囲に列挙された本発明の要素に同様に対応する代替の要素を持つ実施形態を作成し使用することができよう。従って、発明の範囲は、特許請求の範囲の記載の通りである組成、構造、系及び方法を含み、また更に、特許請求の範囲の記載から実質的に差異のない他の構造、系及び方法を含む。本書には特定の特徴及び実施形態のみを例示し説明したが、当業者には多数の修正及び変更を為すことができよう。特許請求の範囲は全てのこのような修正及び変更を包含する。