(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵システムであって、
ａ．負電極、電解質、および正電極をそれぞれ含む複数の電気化学セルであって、前記負電極、前記電解質、および前記正電極の少なくとも２つは前記電気化学セルの動作温度において液体状態にあり、前記複数の電気化学セルは直列および／または並列に接続される、複数の電気化学セルと、
ｂ．前記複数の電気化学セルを支持するフレームであって、前記フレームは、熱管理流体を前記複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させる１つ以上の流体流通路を備える、フレームと、
ｃ．前記フレームの要素を囲む断熱材であって、エネルギー源からの追加エネルギーを使用することなく動作温度を維持するために、自己発熱構成において前記エネルギー貯蔵システムの連続動作を可能にする断熱材と、
を備え、
前記エネルギー貯蔵システムの加熱域中央又は加熱域中央付近における断熱材の量は、前記エネルギー貯蔵システムの加熱域周辺の断熱材の量よりも少ない、エネルギー貯蔵システム。
【請求項２】
前記フレームは管、パイプ、または筒型トラスを含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項３】
前記熱管理流体は空気、ガス、オイル、溶融塩、水、または蒸気である、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項４】
前記動作温度は１５０℃と７５０℃の間である、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項５】
前記自己発熱構成にあるとき、前記エネルギー貯蔵システムは前記断熱材によって規則動作中にその内部温度を前記動作温度より高い温度に昇温でき、前記エネルギー貯蔵システムはアクチュエータを作動させ、自然対流によって駆動される前記１つ以上の流体流通路に前記熱管理流体を貫流させることによって、その内部温度をほぼ前記動作温度に維持する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項６】
前記フレームの前記１つ以上の流体流通路に前記熱管理流体を通すように構成および配置される流体流通系をさらに備える、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項７】
前記負電極はアルカリもしくはアルカリ土類金属を含有する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項８】
前記アルカリもしくはアルカリ土類金属はリチウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、またはその組み合わせである、請求項７に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項９】
前記アルカリもしくはアルカリ土類金属はナトリウムである、請求項７に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１０】
前記電解質はアルカリもしくはアルカリ土類金属の塩を含有する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１１】
ａ．フレーム構造体によって支持される複数の電気化学セルを備えたエネルギー貯蔵システムを提供する工程であって、前記複数の電気化学セルの個々のセルは負電極、電解質、および正電極を含み、前記負電極、前記電解質、および前記正電極の少なくとも２つは前記個々の電気化学セルの動作温度において液体状態にあり、前記フレーム構造体は、熱管理流体を前記複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させる１つ以上の流体流通路を備え、前記エネルギー貯蔵システムは、前記フレーム構造体のフレームの要素を囲む断熱材であって、エネルギー源からの追加エネルギーを使用することなく動作温度を維持するために、自己発熱構成において前記エネルギー貯蔵システムの連続動作を可能にする断熱材を備える、工程と、
ｂ．前記熱管理流体を前記１つ以上の流体流通路に通す工程と、
を含み、
前記エネルギー貯蔵システムの加熱域中央又は加熱域中央付近における断熱材の量は、前記エネルギー貯蔵システムの加熱域周辺の断熱材の量よりも少ない、エネルギー貯蔵システムの運用方法。
【請求項１２】
前記熱管理流体は、前記個々のセルもしくはセルの複数部分の温度を前記動作温度に維持するために前記１つ以上の流体流通路に通される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱管理流体を前記１つ以上の流体流通路に通すとき、前記個々のセルの前記温度の変動幅は５時間未満の期間において最大で±６０℃である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記正電極は錫、鉛、ビスマス、アンチモン、テルル、セレン、又はその組み合わせを含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１５】
前記複数の電気化学セルのうちの所定の電気化学セルは、前記負電極と電気的に結合される負極用電流リードと、前記正電極と電気的に結合されるセルハウジングと、をさらに含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１６】
前記負極用電流リードは、前記セルハウジングから電気的に分離される、請求項１５に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１７】
前記複数の電気化学セルのうちの第１のセットは、少なくとも一つの電気化学セルの負極用電流リードが少なくとも他の電気化学セルのセルハウジングと電気的に結合されるように、直列に接続される、請求項１５に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの電気化学セルの前記負極用電流リードは、ろう付け又は溶接によって、前記少なくとも他の電気化学セルの前記セルハウジングと電気的に結合される、請求項１７に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの電気化学セルと前記少なくとも他の電気化学セルの間に配置される複数の絶縁性スペーサをさらに含む、請求項１７に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項２０】
前記複数の電気化学セルのうちの前記第１のセットは、前記複数の電気化学セルのうちの少なくとも他のセットと、直列又は並列構成で結合される、請求項１７に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項２１】
前記複数の電気化学セルのうちの前記第１のセットは、前記複数の電気化学セルのうちの少なくとも他のセットと、バスバー又は相互接続要素によって結合される、請求項２０に記載のエネルギー貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１３年１１月１日に出願された米国仮特許出願第６１／８９８，６４２号の優先権を主張する。同特許出願は、その全体が参照によって本願明細書に援用されている。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな装置が、上昇（ｅｌｅｖａｔｅｄ）温度もしくは高温での使用を念頭に置いて構成されている。かかる装置の例として、エネルギー貯蔵装置、例えば昇温温度もしくは高温で使用できる電池（例えば、液体金属電極を含むもの）等が挙げられる。そ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することができる装置である。かかる装置は、ときに３００℃またはそれを超える温度で動作することがありうる。エネルギー貯蔵装置（例えば電池）は送配電網内において、あるいはスタンドアロンシステムの一部として使用されうる。電池は多くの家庭用途および工業用途で使用されうる。電池は電源（例えば、風力または太陽光等の再生可能なエネルギー資源によって生成される電力）から充電し、後に電気エネルギーの消費が求められたときの放電に備えることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本明細書では、昇温温度もしくは高温で使用できる装置、例えば、電池システム（本明細書では「電池」ともいう）等に関連してさまざまな制約が認識されている。例えば、一部の電池システムは、高温（例えば、少なくとも約１００℃または３００℃）において動作し、かつ反応性物質（例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、またはカルシウムの反応性金属蒸気）を含有する。かかる電池は動作によって発熱することがあり、そのような熱は安定な動作温度を維持するためにシステムから除去する必要がありうる。ある場合において、例えば電池が遊休状態等のとき、熱は発生せず、電池をある所与の稼働状態に維持するために（例えば、電極および／または電解質を溶融状態に維持するために）システムに熱を付与することが必要になる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、エネルギー貯蔵システム、ならびにエネルギー貯蔵システムを運用するシステムおよび方法を提供する。エネルギー貯蔵システムの運用（例えば、熱管理または温度制御）は、熱管理流体をエネルギー貯蔵システムに、もしくはエネルギー貯蔵システムから、提供する工程を含みうる。ある場合において、熱管理流体は、エネルギー貯蔵システムならびにシステムの他の部分（例えば、貯蔵容器、コンデンサ、またはシステム内の他の構成要素）に提供され（例えば、接触させられ）うる。熱管理流体はエネルギー貯蔵システムの１つ以上の部分と接触しうる。例えば、本明細書中のシステムおよび方法は、エネルギー貯蔵システムのフレーム内に熱管理流体を貫流させることができる。その目的は、システムをある動作温度に維持すること、システムをエネルギー効率よく運用すること、システムの動作寿命を延ばすこと、および／または顧客に最大の価値を供給できる（例えば、システムの稼働から最大の利益（価値）を引き出すことができる）期間（例えば、時間的な期間、またはある所与の供給および／または需要レベルにある期間）にわたってシステムを稼働（例えば、ピークエネルギー需要の時間帯にわたって放電）できるようにすること、である。
【０００５】
本開示の一態様において、エネルギー貯蔵システムは、負電極、電解質、および正電極をそれぞれ含む複数の電気化学セルを備える。負電極、電解質、および正電極の少なくとも１つ、２つ、またはすべては電気化学セルの動作温度において液体状態にある。上記複数の電気化学セルは直列および／または並列に接続される。エネルギー貯蔵システムはまた、上記複数の電気化学セルを支持するフレームを備える。フレームは、熱管理流体を上記複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させる１つ以上の流体流通路を備える。
【０００６】
一実施形態において、フレームは管、パイプ、または筒型トラスを含む。別の実施形態において、熱管理流体は空気、ガス、オイル、溶融塩、水、または蒸気である。別の実施形態において、ガスはアルゴンまたは窒素である。別の実施形態において、動作温度は約１５０℃と７５０℃の間である。別の実施形態において、システムはフレーム要素を囲む断熱材をさらに備える。別の実施形態において、少なくとも２日に一度の頻度で充電および／または放電されるとき、システムは断熱材によって自己発熱構成において連続動作が可能である。別の実施形態では、自己発熱構成にあるとき、システムは断熱材によって規則動作（ｒｅｇｕｌａｒ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）中にその内部温度を動作温度より高い温度に昇温できる。ここにおいて、システムは、アクチュエータを作動させ、自然対流によって駆動される１つ以上の流体流通路に熱管理流体を貫流させることによって、その内部温度をほぼ動作温度に維持する。
【０００７】
一実施形態において、システム内の所定位置からの熱除去を助けるために、システムは流体流通路の少なくとも一部分に沿って断熱材をさらに備える。別の実施形態において、断熱材は、流体流通路のうちシステムの加熱域に隣接する部分において厚さが他より薄い。
【０００８】
一実施形態において、熱管理流体は電気化学セルと接触しない。別の実施形態において、フレームは電気化学セルを直列および／または並列構成で機械的／構造的に支持する。別の実施形態において、フレームは耐食性を有する。別の実施形態において、フレームはステンレス鋼を含有する。別の実施形態において、フレームは熱管理流体に対して化学的耐性を有する。別の実施形態において、フレームは反応性金属に対して化学的耐性を有する。別の実施形態において、システムは、フレームの１つ以上の流体流通路に熱管理流体を通すように構成および配置される流体流通系をさらに備える。別の実施形態において、流体流通系は、システムの温度を動作温度に維持するように選択されるある調整可能な流量で熱管理流体を提供するように、構成またはプログラムされる。別の実施形態において、システムは少なくとも１０個の電気化学セルを備える。別の実施形態において、フレームは、上記複数の電気化学セルの少なくともサブセットを含むチャンバを備える。別の実施形態において、上記複数の電気化学セルの少なくともサブセットは直列に接続されている。
【０００９】
一実施形態において、フレームは複数の並列流体流通路を備える。別の実施形態において、並列流体流通路の少なくとも２つを流れる流体流量は別々に制御可能である。別の実施形態において、フレームは複数の直交する流体流通路を備える。別の実施形態において、フレームは矩形の箱である。別の実施形態において、フレームの寸法は、熱伝達を選択的に加速するように構成される。
【００１０】
一実施形態において、システムは、熱エネルギーを貯蔵するように構成される循環流体流通系をさらに備える。ここにおいて、１つ以上の流体流通路が循環流体流通系の流体流通路と流体連通している。別の実施形態において、循環流体流通系は熱エネルギー貯蔵媒体を備える。別の実施形態において、熱エネルギー貯蔵媒体は溶融塩、砂利、砂、蒸気、または水を含有する。
【００１１】
一実施形態において、負電極はアルカリもしくはアルカリ土類金属を含有する。別の実施形態において、アルカリもしくはアルカリ土類金属はリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、またはその組み合わせである。
【００１２】
一実施形態において、正電極は第１２族元素を含有する。別の実施形態において、第１２族元素は亜鉛、カドミウム、および水銀から成る群から選択される。別の実施形態において、正電極は錫、鉛、ビスマス、アンチモン、テルル、およびセレンの１つ以上をさらに含有する。別の実施形態において、正電極は錫、鉛、ビスマス、アンチモン、テルル、およびセレンの１つ以上を含有する。
【００１３】
一実施形態において、電解質はアルカリもしくはアルカリ土類金属の塩を含有する。別の実施形態において、システムは、断熱材料の１つ以上の層を含む断熱パッケージをさらに備える。別の実施形態において、システムは、エネルギー貯蔵システムの高温域と低温域との間の接続を容易にするように構成および適合された貫通部をさらに備える。別の実施形態において、システムは、貫通部を遠回り経路上で通過する少なくとも１本のワイヤをさらに備える。ここにおいて、ワイヤの長さは貫通部の長さの少なくとも２倍である。別の実施形態において、接続はワイヤ、センサ、セル電流接続部、またはセル電圧接続部を含む。
【００１４】
本開示の別の態様において、エネルギー貯蔵システムの運用方法は、（ａ）フレーム構造体によって支持される複数の電気化学セルを備えたエネルギー貯蔵システムを提供する工程であって、上記複数の電気化学セルの個々のセルは負電極、電解質、および正電極を含み、負電極、電解質、および正電極の少なくとも１つ、２つ、またはすべては個々の電気化学セルの動作温度において液体状態であり、フレーム構造体は、熱管理流体を上記複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させる１つ以上の流体流通路を備える、工程と、（ｂ）熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通す工程と、を含む。
【００１５】
一実施形態において、熱管理流体は、個々のセルもしくはセルの複数部分の温度を動作温度に維持するために１つ以上の流体流通路に通される。別の実施形態において、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通すとき、個々のセルの温度は約±６０℃の範囲内に維持される。別の実施形態において、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通すとき、個々のセルの温度の変動幅は、１０時間、９時間、８時間、７時間、６時間、５時間、４時間、３時間、２時間、１時間、またはそれ未満の期間において最大で約±６０℃である。
【００１６】
一実施形態において、熱管理流体を通す工程は、エネルギー貯蔵システムの効率および／または動作寿命を最大化するために実施される。別の実施形態において、熱管理流体は経時的に変動する流量で通される。別の実施形態において、熱管理流体は、（ｉ）エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度；（ｉｉ）エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度の変化率；（ｉｉｉ）エネルギー貯蔵システムは充電中か放電中か遊休中か；（ｉｖ）エネルギー貯蔵システムの予想される将来の動作；および（ｖ）現在の、もしくは予想される市場環境、のうちの少なくとも１つに依存する流量で通される。別の実施形態において、熱管理流体は、（ｉ）〜（ｖ）の少なくとも１つ、２つ、３つ、４つ、または少なくともすべてに依存する流量で通される。別の実施形態において、エネルギー貯蔵システムの予想される将来の動作は、エネルギー貯蔵システムの将来の充電、放電、および／または遊休動作の時間および程度（ｅｘｔｅｎｔ）を含む。別の実施形態において、現在の、もしくは予想される市場環境はエネルギー価格を含む。
【００１７】
一実施形態において、熱管理流体は、１つ以上の流体流通路と流体連通する流体流通系の助力のもとで１つ以上の流体流通路に通される。別の実施形態において、流体流通系はファン、ポンプ、または対流支援による流れを含む。
【００１８】
一実施形態において、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通す工程は、上記複数の電気化学セルからの熱エネルギーを少なくとも約１ワット（Ｗ）の速度で放散または付与する。別の実施形態において、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通す工程は、最大約１００キロワット（ｋＷ）の速度で上記複数の電気化学セルから熱エネルギーを放散する、または上記複数の電気化学セルに熱エネルギーを付与する。
【００１９】
一実施形態において、上記方法は、エネルギー貯蔵システムの少なくとも一部分を潜在的に危険な事象に応答して急速冷却する工程をさらに含む。別の実施形態において、潜在的に危険な事象は地震またはセルの破断（ｂｒｅａｃｈ）である。別の実施形態において、急速冷却時、上記複数の電気化学セルの最高温部の温度がその動作温度から電解質の凝固点を下回る温度まで約４時間未満で降下する。
【００２０】
一実施形態において、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通す工程は、熱管理流体を複数の流体流通路に通す工程を含む。別の実施形態において、熱管理流体は強制および／または自然対流を用いて通される。別の実施形態において、熱管理流体の流れは自然対流を用いて通され、かつ１つ以上の流体流通路のうちのある所与の流体流通路を開くアクチュエータによって制御される。
【００２１】
本開示の別の態様は、１つ以上のコンピュータプロセッサと、それに結合されたメモリとを備えたシステムを提供する。メモリは、１つ以上のコンピュータプロセッサによる実行時に、上記または本明細書の別所に記載のいずれかの方法を実施する機械実行可能なコードを含む、コンピュータ可読媒体を含む。
【００２２】
一部の実施形態において、エネルギー貯蔵システムを調整する制御システムは、（ａ）少なくとも１つのコンピュータプロセッサと、（ｂ）コンピュータプロセッサに動作可能に結合されるメモリと、を備え、メモリは、コンピュータプロセッサによる実行時に、ある方法を実施する機械実行可能なコードを含み、上記方法は、エネルギー貯蔵システムを支持するフレーム構造体の中の１つ以上の流体流通路に熱管理流体を通す工程を含み、ここにおいて、流体流通路は、熱管理流体をエネルギー貯蔵システムの複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させ、ここにおいて、上記複数の電気化学セルの個々のセルは負電極、電解質、および正電極を含み、ここにおいて、負電極、電解質、および正電極の少なくとも２つは個々の電気化学セルの動作温度において液体状態にある。
【００２３】
一実施形態において、コンピュータプロセッサとメモリとは、エネルギー貯蔵システムの高温域の外側に位置する。別の実施形態において、エネルギー貯蔵システムは、高温域に、または高温域と熱的に連通する状態にある、温度センサをさらに備える。別の実施形態において、温度センサはコンピュータプロセッサと電子的な通信状態にある。
【００２４】
一部の実施形態において、熱管理流体をエネルギー貯蔵システムの１つ以上の流体流通路に通すようにプログラムされたコンピュータシステムが提供される。エネルギー貯蔵システムは、フレーム構造体によって支持される複数の電気化学セルを備え、上記複数の電気化学セルの個々のセルは負電極、電解質、および正電極を含み、ここにおいて、負電極、電解質、および正電極の少なくとも１つ、２つ、またはすべては個々の電気化学セルの動作温度において液体状態にあり、ここにおいて、フレーム構造体は、熱管理流体を上記複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させる１つ以上の流体流通路を備える。
【００２５】
一実施形態において、熱管理流体を通す工程は、個々のセルもしくはセルの複数部分の温度を動作温度に維持するために実施される。別の実施形態において、熱管理流体を通す工程は、エネルギー貯蔵システムの効率および／または動作寿命を最大化するために実施される。別の実施形態において、熱管理流体は経時的に変動する流量で通される。
【００２６】
一実施形態において、熱管理流体は、（ｉ）エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度、（ｉｉ）エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度の変化率；（ｉｉｉ）エネルギー貯蔵システムは充電中か放電中か遊休中か；（ｉｖ）エネルギー貯蔵システムの期待される（または予想される）将来の動作；（ｖ）現在の、もしくは予想される市場環境、の少なくとも１つに依存する流量で通される。別の実施形態において、熱管理流体は、（ｉ）〜（ｖ）の少なくとも１つ、２つ、３つ、４つ、または少なくともすべてに依存する流量で通される。別の実施形態において、エネルギー貯蔵システムの予想される将来の動作は、エネルギー貯蔵システムの将来の充電、放電、および／または遊休動作の時間および程度を含む。別の実施形態において、現在の、もしくは予想される市場環境はエネルギー価格を含む。
【００２７】
本開示の別の態様は、１つ以上のコンピュータプロセッサによる実行時に、上記または本明細書の別所に記載のいずれかの方法を実施する機械実行可能なコードを備えた、コンピュータ可読媒体を提供する。
【００２８】
一部の実施形態において、コンピュータ可読媒体が提供され、コンピュータ可読媒体は、１つ以上のコンピュータプロセッサによる実行時に、ある方法を実施する機械実行可能なコードを含み、上記方法は、エネルギー貯蔵システムを支持するフレーム構造体の中の１つ以上の流体流通路に熱管理流体を通す工程を含み、ここにおいて、流体流通路は、熱管理流体をエネルギー貯蔵システムの複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させ、ここにおいて、上記複数の電気化学セルの個々のセルは負電極、電解質、および正電極を含み、ここにおいて、負電極、電解質、および正電極の少なくとも２つは個々の電気化学セルの動作温度において液体状態にある。
【００２９】
一実施形態において、熱管理流体は、個々のセルもしくはセルの複数部分の温度を動作温度に維持するために１つ以上の流体流通路に通される。別の実施形態において、熱管理流体は、エネルギー貯蔵システムの効率および／または動作寿命を最大化するために１つ以上の流体流通路に通される。別の実施形態において、熱管理流体は経時的に変動する流量で１つ以上の流体流通路に通される。別の実施形態において、熱管理流体は、（ｉ）エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度；（ｉｉ）エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度の変化率；（ｉｉｉ）エネルギー貯蔵システムが充電中か放電中か遊休中か；（ｉｖ）エネルギー貯蔵システムの予想される将来の動作；および（ｖ）現在の、もしくは予想される市場環境、の少なくとも１つ、２つ、３つ、４つ、または少なくともすべてに依存する流量で、１つ以上の流体流通路に通される。別の実施形態において、エネルギー貯蔵システムの予想される将来の動作は、エネルギー貯蔵システムの将来の充電、放電、および／または遊休動作の時間および程度を含む。別の実施形態において、現在の、もしくは予想される市場環境はエネルギー価格を含む。
【００３０】
本開示のさらなる態様および利点は、以下に詳述する説明から当業者には容易に明らかになるであろう。ただし、以下では本開示の例示的な実施形態を図示および説明しているにすぎない。言うまでもなく、本開示はそれ以外の異なる実施形態が可能であり、いずれも開示内容を逸脱することなく、そのいくつかの詳細はさまざまな自明な点で改変が可能である。したがって、図面および明細書は限定ではなく例示であるとみなすべきである。
【００３１】
［参照による援用］
本明細書中に言及されるすべての刊行物、特許、および特許出願は、参照によって本明細書に援用される。これは、各個別の刊行物、特許、または特許出願が参照によって援用されることを具体的かつ個別に示すのと同じ作用をもつ。
【００３２】
本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載している。本発明の特徴および利点は、本発明の原理が内包される例示的な実施形態について記載する以下の詳細な説明、ならびに以下に挙げる添付の図面（本明細書では「図」ともいう）を参照することによってさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】電気化学セル（Ａ）、および電気化学セルの集積体（すなわち電池）（ＢおよびＣ）の説明図である。
【図２】集電体と電気的に連通し、かつハウジングの開口部を貫通する、導体を有する、バッテリハウジングの概略的な説明用断面図である。
【図３】電気化学セルまたは電池の側断面図である。
【図４】金属間化合物層を有する電気化学セルまたは電池の側断面図である。
【図５】セルパックの例を示す図である。
【図６】導電フィードスルーの上面とセルの底面との間のろう付け接続の例を示す図である。
【図７】セルパックの積層体（コアともいう）の例を示す図である。
【図８】熱管理流体がフレームを流れる例を示す図である。
【図９】中央ボックス管の断熱インサートの例を示す図である。
【図１０】熱管理流体用のダクトを備えた電気化学セルのコアの例を示す図である。
【図１１】本開示のコンピュータシステムの例を示す図である。
【図１２】複数の断熱層と１つの貫通部を備えた断熱構造体部分の例を示す図である。
【図１３Ａ】終端キャップを備えた貫通部の例を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの貫通部にワイヤを設けたものを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本明細書では本発明のさまざまな実施形態について図示および記載してきたが、かかる実施形態が一例を示すにすぎないことは当業者には自明であろう。本発明から逸脱することなく、当業者は多くの変形、変更、および置換に想到しうる。また、本明細書に記載する本発明の諸実施形態に対してさまざまな代替的形態が使用されうることを理解するべきである。
【００３５】
本明細書にいう「セル」の語は概ね電気化学セルを指す。セルは材料「Ａ」の負電極と材料「Ｂ」の正電極とを含むことができ、これをＡ｜｜Ｂと書く。正電極と負電極は電解質によって隔てることができる。セルはまた、ハウジング、１つ以上の集電体、および高温電気分離シールをも含むことができる。ある場合において、セルは幅約４インチ、奥行き約４インチ、高さ約２．５インチとすることができる。ある場合において、セルは幅約８インチ、奥行き約８インチ、高さ約２．５インチとすることができる。いくつかの例において、電気化学セルの任意の所与の寸法（例えば、高さ、幅、または奥行き）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インチとすることができる。一例において、セル（例えば各セル）は、約４インチ×４インチ×２．５インチの寸法をもつことができる。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インチの寸法をもつことができる。ある場合において、セルはおよそ少なくとも約７０ワット時のエネルギー貯蔵容量を有しうる。ある場合において、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うる。
【００３６】
本明細書にいう「モジュール」の語は、概ね互いに並列に取り付けられた（例えば、あるセルのセルハウジングを、隣接するセルのセルハウジングに機械的に接続することによる）複数個のセル（例えば、概ね水平な結束面上に互いに接続されるセル）を指す。ある場合において、セルは、セル本体の一部を成す、および／またはセル本体に接続される、結合要素部（例えば、セル本体の主要部から突き出たタブ）によって互いに接続される。モジュールは複数の並列セルを含むことができる。モジュールは任意の数のセル、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個、またはそれより多いセルを含むことができる。ある場合において、モジュールは少なくとも約４、９、１２、または１６個のセルを含む。ある場合において、モジュールは約７００ワット時のエネルギーの貯蔵、および／または少なくとも約１７５ワット（Ｗ）の電力の供給を行うことができる。ある場合において、モジュールは少なくとも約１０８０ワット時のエネルギーの貯蔵、および／または少なくとも約５００ワットの電力の供給を行うことができる。ある場合において、モジュール少なくとも約１０８０ワット時のエネルギーの貯蔵、および／または少なくとも約２００ワット（例えば、約５００ワット）の電力の供給を行うことができる。ある場合において、モジュールは単一のセルを含むことができる。
【００３７】
本明細書にいう「パック」の語は、概ね異なる電気的接続によって（例えば鉛直方向に）互いに取り付けられたモジュール群を指す。パックは任意の数のモジュール、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個、またはそれより多いモジュールを含むことができる。ある場合において、パックは少なくとも約３つのモジュールを含む。ある場合において、パックは少なくとも約２キロワット時のエネルギーの貯蔵、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）の電力の供給を行うことができる。ある場合において、パックは少なくとも約３キロワット時のエネルギーの貯蔵、および／または少なくとも約０．７５キロワット（ｋＷ）（例えば、少なくとも約１．５キロワット）の電力の供給を行うことができる。ある場合において、パックは少なくとも約６つのモジュールを含む。ある場合において、パック約６キロワット時のエネルギーの貯蔵、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）の電力の供給を行うことができる。
【００３８】
本明細書にいう「コア」の語は、概ね異なる電気的接続によって（例えば、直列および／または並列に）互いに取り付けられた複数のモジュールまたはパックを指す。コアは任意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個、またはそれより多いパックを含むことができる。ある場合において、コアが制御された状態で電気エネルギーを効率的に貯蔵および還流（ｒｅｔｕｒｎ）できるようにする、機械的、電気的、および熱的システムをもコアは含む。ある場合において、コアは少なくとも約１２個のパックを含む。ある場合において、コアは少なくとも約３５キロワット時のエネルギーの貯蔵、および／または少なくとも約７キロワットの電力の供給を行うことができる。ある場合において、コアは少なくとも約２５キロワット時のエネルギーの貯蔵、および／または少なくとも約６．２５キロワットの電力の供給を行うことができる。ある場合において、コアは少なくとも約３６個のパックを含む。ある場合において、コアは少なくとも約２００キロワット時のエネルギーの貯蔵、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、またはそれを超える電力の供給を行うことができる。
【００３９】
本明細書にいう「コア筐体」または「ＣＥ」の語は、概ね異なる電気的接続によって（例えば、直列および／または並列に）互いに取り付けられた複数のコアを指す。ＣＥは任意の数のコア、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個、またはそれより多いコアを含むことができる。ある場合において、ＣＥは、適切なバイパス電子回路と並列に接続されるコアを含む。それにより、あるコアが通電されていない間、それ以外のすべてのコアが引き続きエネルギーを貯蔵および還流できる。ある場合において、ＣＥは少なくとも４つのコアを含む。ある場合において、ＣＥは少なくとも約１００キロワット時のエネルギーの貯蔵、および／または約２５キロワットの電力の供給を行うことができる。ある場合において、ＣＥは４つのコアを含む。ある場合において、ＣＥは約１００キロワット時のエネルギーの貯蔵、および／または約２５キロワットの電力の供給を行うことができる。ある場合において、ＣＥは約４００キロワット時のエネルギーの貯蔵、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、またはそれを超える電力の供給を行うことができる。
【００４０】
本明細書にいう「システム」の語は、概ね異なる電気的接続によって（例えば、直列および／または並列に）互いに取り付けられた複数のコアまたはＣＥを指す。システムは任意の数のコアまたは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個、またはそれより多いコアを含むことができる。ある場合において、システムは２０個のＣＥを含む。ある場合において、システムは約２メガワット時のエネルギーの貯蔵、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）の電力の供給を行うことができる。ある場合において、システムは５つのＣＥを含む。ある場合において、システムは約２メガワット時のエネルギーの貯蔵、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、またはそれを超える電力の供給を行うことができる。
【００４１】
ある所与のエネルギー容量と電力容量を有する一群のセル（例えば、コア、ＣＥ、システム等）（例えば、ある所与量のエネルギーを貯蔵可能なＣＥもしくはシステム）は、ある所与の（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％を供給するように構成されうる。例えば、１０００ｋＷシステムは５００ｋＷで動作することもできうるが、５００ｋＷシステムは１０００ｋＷで動作することは不可能でありうる。ある場合において、ある所与のエネルギー容量と電力容量を有するシステム（例えば、ある所与量のエネルギーを貯蔵可能なＣＥもしくはシステム）は、ある所与の（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、または約２００％未満等を供給するように構成されうる。例えば、システムは、そのエネルギー容量を供給中の電力レベルで消費するのに要しうる時間より短い時間にわたってその定格電力容量を超える電力を供給するように（例えば、システムの定格電力より大きい電力を、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％未満に対応する時間にわたって供給するように）構成しうる。
【００４２】
本明細書にいう「電池」の語は、概ね直列および／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。電池は任意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。電池は少なくとも１回の充電／放電または放電／充電サイクル（「サイクル」）を行いうる。
【００４３】
本明細書にいう「鉛直」の語は、概ね重力加速度ベクトル（ｇ）に平行な方向を指す。
【００４４】
本明細書にいう「充電カットオフ電圧」または「ＣＣＶ」の語は、概ねセルが満充電もしくは実質的に満充電状態のときの電圧、例えば定電流モードのサイクルにあるときに電池において使用される電圧カットオフ限界値を指す。
【００４５】
本明細書にいう「開路電圧」または「ＯＣＶ」の語は、概ねあらゆる回路もしくは外部負荷から切断されているとき（すなわち、電流がセル内を流れていないとき）のセル（例えば、満充電もしくは部分充電状態）の電圧を指す。
【００４６】
本明細書にいう「電圧」または「セル電圧」の語は、概ねセル（例えば、何らかの充電状態または充電／放電条件にあるもの）の電圧を指す。ある場合において、電圧またはセル電圧は開路電圧でありうる。ある場合において、電圧またはセル電圧は充電中または放電中の電圧とすることができる。
【００４７】
本開示の電圧は、接地（０ボルト（Ｖ））等の基準電圧、または電気化学セル内の対向電極の電圧を基準として解釈もしくは表示されうる。
【００４８】
［電気化学セル、装置、およびシステム］
本開示は、電気化学エネルギー貯蔵装置（例えば電池）およびシステムを提供する。電気化学エネルギー貯蔵装置は一般に、ハウジング内にシールされた（例えば、気密密閉された）少なくとも１つの電気化学セル（本明細書では「セル」や「電池セル」ともいう）を備えている。セルは、電気エネルギー（例えば、電位が印加された電子）を負荷、例えば、電子機器、別のエネルギー貯蔵装置、または送配電網等に供給するように構成することができる。
【００４９】
本開示の電気化学セルは、負電極と、負電極に隣接する電解質と、電解質に隣接する正電極と、を含むことができる。負電極は電解質によって正電極から分離することができる。負電極は放電時にアノードになることができる。正電極は放電時にカソードになることができる。
【００５０】
いくつかの例において、電気化学セルは液体金属電池セルである。いくつかの例において、液体金属電池セルは、液体（例えば溶融）金属負電極と液体（例えば溶融）金属、メタロイド、および／または非金属正電極との間に配置される液体電解質を含むことができる。ある場合において、液体金属電池セルは、溶融アルカリ土類金属（例えば、マグネシウム、カルシウム）もしくはアルカリ金属（例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム）の負電極、電解質、および溶融金属の正電極を有する。溶融金属の正電極は、例えば、錫、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、正電極はＰｂまたはＰｂ−Ｓｂ合金を含むことができる。正電極は、１種類以上の遷移金属またはｄブロック元素（例えば、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ）をも、単体で、または例えばＺｎ−Ｓｎ合金もしくはＣｄ−Ｓｎ合金等、他の金属、メタロイド、もしくは非金属と組み合わせて含むことができる。いくつかの例において、正電極は、安定な酸化状態を１つのみ有する金属またはメタロイド（例えば、酸化状態が１つのみの金属）を含むことができる。本明細書では、金属もしくは溶融金属の正電極、または正電極の説明は、金属、メタロイド、および非金属の１つ以上を含む電極を指しうる。正電極は、列記した材料例の１つ以上を含みうる。一例において、溶融金属の正電極は鉛およびアンチモンを含むことができる。いくつかの例において、溶融金属の正電極は、正電極内部で合金化したアルカリもしくはアルカリ土類金属を含みうる。
【００５１】
いくつかの例において、電気化学エネルギー貯蔵装置は液体金属の負電極、液体金属の正電極、および液体金属の負電極と液体金属の正電極とを分離する液体塩電解質を含む。負電極は、アルカリもしく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、またはその組み合わせを含むことができる。正電極は、遷移金属またはｄブロック元素（例えば第１２族）、元素の周期表の第ＩＩＩＡ族、第ＩＶＡ族、第ＶＡ族、および第ＶＩＡ族から選択される元素、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、けい素、ゲルマニウム、錫、鉛、ピニコゲン（例えば、砒素、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、およびセレン）、またはその組み合わせを含むことができる。いくつかの例において、正電極は、元素の周期表の第１２族元素、例えば亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、および水銀（Ｈｇ）の１つ以上を含有する。ある場合において、正電極は共晶または非共晶（ｏｆｆ−ｅｕｔｅｃｔｉｃ）混合物（例えば、ある場合においてセルの動作温度の低下が可能となるもの）を形成しうる。いくつかの例において、正電極は第１の正電極化学種と第２の正電極化学種とを含有し、第２の電極化学種に対する第１の正電極化学種の比（モル％）は約２０：８０、４０：６０、５０：５０、または８０：２０である。いくつかの例において、正電極はＳｂとＰｂとを含有し、Ｐｂに対するＳｂの比（モル％）は約２０：８０、４０：６０、５０：５０、または８０：２０である。いくつかの例において、正電極は約２０モル％〜８０モル％の第１の正電極化学種を含有し、それが第２の正電極化学種と混合された状態にある。ある場合において、正電極は約２０モル％〜８０モル％のＳｂを（例えばＰｂと混合された状態で）含有する。ある場合において、正電極は約２０モル％〜８０モル％のＰｂを（例えばＳｂと混合された状態で）含有する。いくつかの例において、正電極は、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇの１つ以上、またはそれ以外の金属、メタロイド、もしくは非金属と組み合わされた（１または複数の）かかる材料を含有する。上記それ以外の金属、メタロイド、もしくは非金属には、例えば、Ｚｎ−Ｓｎ合金、Ｚｎ−Ｓｎ合金、Ｃｄ−Ｓｎ合金、Ｚｎ−Ｐｂ合金、Ｚｎ−Ｓｂ合金、またはＢｉ等がある。一例において、正電極は１５：８５、５０：５０、７５：２５、または８５：１５モル％のＺｎ：Ｓｎを含有することができる。
【００５２】
電解質は塩（例えば溶融塩）、例えばアルカリもしくはアルカリ土類金属塩を含むことができる。アルカリもしくはアルカリ土類金属塩は、活性アルカリもしくはアルカリ土類金属のふっ化物、塩化物、臭化物、またはよう化物等のハロゲン化物、またはその組み合わせとすることができる。一例において、電解質（例えば、タイプ１またはタイプ２の化学構成（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）のもの）は塩化リチウムを含む。いくつかの例において、電解質は、ふっ化ナトリウム（ＮａＦ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）、よう化ナトリウム（ＮａＩ）、ふっ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、よう化リチウム（ＬｉＩ）、ふっ化カリウム（ＫＦ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、よう化カリウム（ＫＩ）、ふっ化カルシウム（ＣａＦ２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、臭化カルシウム（ＣａＢｒ２）、よう化カルシウム（ＣａＩ２）、またはその任意の組み合わせを含有することができる。別の例において、電解質は塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）を含む。代替例として、活性アルカリ金属の塩は、例えば、非塩化物のハロゲン化物、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、またはその組み合わせとすることができる。ある場合において、電解質は塩の混合物（例えば、２５：５５：２０モル％のＬｉＦ：ＬｉＣｌ：ＬｉＢｒ、５０：３７：１４モル％のＬｉＣｌ：ＬｉＦ：ＬｉＢｒ等）を含有することができる。電解質は低い（例えば、最小の）電子コンダクタンスを示しうる（例えば、ＰｂＣｌ２⇔ＰｂＣｌ３の原子価反応を経て電解質中に電子短絡が生じ、電子コンダクタンスが上昇しうる）。例えば、電解質は、電子輸率（すなわち電子の輸送によって生じる（電子とイオンの）電荷のパーセンテージ）が約０．０３％または０．３％以下でありうる。
【００５３】
ある場合において、電気化学エネルギー貯蔵装置の負電極および正電極は、エネルギー貯蔵装置の動作温度において液体状態にある。両電極を液体状態に維持するため、電池セルを任意の好適な温度に加熱してもよい。いくつかの例において、電池セルは約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／または維持しうる。電池セルは、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℃の温度に加熱、および／または維持しうる。その場合、負電極、電解質、および正電極を液体（または溶融）状態とすることができる。いくつかの状況において、電池セルは約２００℃から約６００℃までの間、約５００℃から約５５０℃までの間、または約４５０℃から約５７５℃までの間に加熱される。
【００５４】
いくつかの実装において、電気化学セルまたはエネルギー貯蔵装置は、少なくとも部分的に、または完全に、自己発熱型でありうる。例えば、サイクル動作の非効率性のもとでもシステムが十分な発熱を行い、動作温度を維持するためにシステムに追加エネルギーを供給しなくても、セルをある所与の動作温度（例えば、液体成分の少なくとも１つの凝固点より高いセル動作温度）に維持できるよう、電池は十分に断熱、十分な速度で充電、放電、および／または調和されうる、および／または十分なパーセンテージの時間、サイクル動作を行われうる。
【００５５】
本開示の電気化学セルは、充電（またはエネルギー貯蔵）モードと放電モードとの間でサイクル動作するように適合されうる。いくつかの例において、電気化学セルは、満充電、部分充電もしくは部分放電、または完全放電することができる。
【００５６】
いくつかの実装において、電気化学エネルギー貯蔵装置の充電モード中に、外部電力源（例えば、発電機または送配電網）から受け取る電流によって金属正電極中の金属原子が１つ以上の電子を放出し、正電荷を有するイオン（すなわちカチオン）として電解質中に溶出しうる。同時に、それと同じ化学種のカチオンは電解質中を移動することができ、そのカチオンは負電極において電子を受け取って中性の金属化学種に変化しうる。これは負電極の質量を増加させる。正電極から活性金属化学種が失われ、かつ負電極に活性金属が付加することによって、電気化学エネルギーが貯蔵される。ある場合において、正電極から金属が失われ、かつそのカチオンが電解質に付加することにより、電気化学エネルギーが貯蔵できる。ある場合において、正電極から活性金属化学種が失われ、かつそれが負電極に付加することと、正電極から１種類以上の金属（例えば異なる金属）が失われ、かつそれが（例えばカチオンとして）電解質に付与されることを組み合わせることで、電気化学エネルギーが貯蔵できる。エネルギー放出モードでは、電気的負荷を電極に結合すると、それまでに付加された負電極中の金属化学種が金属負電極から放出され、電解質中をイオンとして通過し、中性化学種として正電極に堆積（場合によっては正電極材料と合金化）しうる。このとき、このイオンの流れとともに、それと調和する電子の外部流が外部回路／負荷を流れる。ある場合において、以前に電解質中に放出された正電極材料の１種類以上のカチオンは、中性化学種として正電極に堆積（場合によっては正電極材料と合金化）しうる。このとき、このイオンの流れとともに、それと調和する電子の外部流が外部回路／負荷を流れる。電気化学的に促進されるこの金属合金化反応は、それまでに蓄積された電気化学エネルギーを電気的負荷に放出する。
【００５７】
充電状態において、負電極は負電極材料を含むことができ、正電極は正電極材料を含むことができる。放電時（例えば電池を負荷に結合しているとき）、負電極材料は１つ以上の電子と負電極材料のカチオンとを生成する。いくつかの実装において、カチオンは電解質中を正電極材料まで移動し、正電極材料と反応（例えば、それによって合金を形成）する。いくつかの実装において、正の金属化学種のイオン（例えば正電極材料のカチオン）は正電極において電子を受け取り、正電極において金属として析出する。充電時には、いくつかの実装において、正電極の合金は分解して負電極材料のカチオンを生成する。これは電解質中を負電極まで移動する。いくつかの実装において、正電極における１種類以上の金属化学種は分解して負電極材料のカチオンを電解質中に生成する。いくつかの例において、イオンは電解質中をアノードからカソードへ、またはその逆向きに移動することができる。ある場合において、イオンは、ある種のイオンが入ると同じ種類のイオンが電解質から放出される押し出し方式で電解質中を移動することができる。例えば、放電時、アルカリ金属のアノードとアルカリ金属塩化物の電解質とは、アルカリ金属のカチオンをカソードに提供できる。それをもたらす過程は、アノードにおいて形成されるアルカリ金属カチオンが電解質と反応し、アルカリ金属カチオンを電解質からカソードに放出する過程である。このときアノードにおいて形成されるアルカリ金属カチオンは必ずしも電解質中をカソードまで移動しなくてもよい。カチオンはアノードと電解質との界面において形成され、カソードと電解質との界面において受け取られうる。
【００５８】
本開示はタイプ１とタイプ２のセルを提供する。それらのセルは活性成分（例えば、負電極、電解質、および正電極）の組成に基づいて変動しえ、またこの組成によって定義することができ、さらにセルの動作モード（例えば、低電圧モードか高電圧モードか）に基づいて変動しうる。セルは、タイプ２モードの動作で使用するように構成された材料を含有することができる。セルは、タイプ１モードの動作で使用するように構成された材料を含有することができる。ある場合において、セルは高電圧（タイプ２）動作モードと低電圧（タイプ１）動作モードの両方で動作できる。例えば、通常はタイプ１モードで使用するように構成された正および負電極材料を有するセルは、タイプ２の動作モードで動作することができる。セルは、タイプ１とタイプ２の動作モードの間で循環することができる。セルは、最初にタイプ１モードである電圧（例えば０．５Ｖ〜１Ｖ）に充電（または放電）した後に、タイプ２モードでそれより高い電圧（例えば１．５Ｖ〜２．５Ｖ、または１．５Ｖ〜３Ｖ）に充電（その後に放電）することができる。ある場合において、タイプ２モードで動作するセルは、タイプ１モードで動作するセルの電圧を超えうる電極間電圧で動作することができる。ある場合において、タイプ２のセルの化学構成は、タイプ１モードで動作するタイプ１のセルの化学構成の電圧を超えうる電極間電圧で動作することができる。タイプ２のセルはタイプ２モードで動作することができる。
【００５９】
例示的なタイプ１のセルでは、放電時に、負電極において形成されたカチオンが電解質中に移動することができる。同時に、電解質は、それと同じ化学種のカチオン（例えば負電極材料のカチオン）を正電極に提供することができる。それはカチオンから中性電荷の金属化学種に還元され、正電極と合金化しうる。放電状態では、負電極から負電極材料（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ）が（例えば、部分的もしくは完全に）失われうる。充電時、正電極の合金は分解して負電極材料のカチオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋）を生成できる。これは電解質へと移動する。次に、電解質はカチオン（例えば、負電極材料のカチオン）を負電極に提供することができる。そこでカチオンは外部回路からの１つ以上の電子を受け取り、中性の金属化学種に戻される。この金属化学種は負電極に再び付加してセルを充電状態にする。タイプ１のセルは押し出し方式で動作することができる。この方式では、カチオンが電解質に入り込むことで同じ種類のカチオンが電解質から放出される。
【００６０】
例示的なタイプ２のセルでは、放電状態において、電解質は負電極材料のカチオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋）を含有し、正電極は正電極材料（例えば、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｈｇ）を含有する。充電時、電解質による負電極材料のカチオンは、１つ以上の電子（例えば、負極集電体からのもの）を受け取り、負電極材料を含有する負電極を形成する。いくつかの例において、負電極材料は液体であり、湿潤して負極集電体の発泡（または多孔質）構造体となる。いくつかの例において、負極集電体は発泡体（または多孔質）構造体を含有しなくてよい。いくつかの例において、負極集電体は、金属、例えばタングステン（例えばＺｎによる腐食を回避するため）、炭化タングステン、またはモリブデンの、Ｆｅ−Ｎｉ発泡体を含有しない負極集電体を含有しうる。同時に、正電極の正電極材料は電子を（例えば正極集電体に）与え、正電極材料のカチオン（例えば、Ｓｂ３＋、Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋、Ｂｉ３＋、Ｚｎ２＋、Ｈｇ２＋）として電解質中に溶解する。電解質中の鉛直近傍において、正電極材料のカチオンの濃度は、電解質のカチオン材料の原子量および拡散運動の仕方に基づいて（例えば、正電極材料からの上向き距離の関数として）変動しうる。いくつかの例において、正電極材料のカチオンは正電極に近い電解質において濃度が高い。
【００６１】
いくつかの実装において、タイプ２モードで動作できるセルの組立時には負電極材料の提供が不要でありうる。例えば、（１または複数の）かかるセルを備えたＬｉ｜｜Ｐｂセルもしくはエネルギー貯蔵装置は、Ｌｉ塩電解質とＰｂもしくはＰｂ合金（例えばＰｂ−Ｓｂ）の正電極のみを有する放電状態において組立可能である（すなわち、組立時に必ずしもＬｉ金属は必要ない）。
【００６２】
本開示の電気化学セルについて、これまでいくつかの例においてタイプ１モードまたはタイプ２モードで動作するものとして記載してきたが、これ以外の動作モードが可能である。タイプ１モードおよびタイプ２モードは例として提示するものであり、本明細書に開示する電気化学セルのさまざまな動作モードを制限するものではない。
【００６３】
ある場合において、電気化学セルは、液体金属の負電極（例えばナトリウム（Ｎａ）もしくはリチウム（Ｌｉ））と、イオン伝導性（例えばβ’’アルミナセラミック）固体電解質と、液体正電極と、を含む。かかるセルは高温電池とすることができる。１つ以上のかかるセルを電気化学エネルギー貯蔵装置内に設けることができる。負電極は、アルカリもしく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、マグネシウム、カルシウム、またはその組み合わせを含むことができる。正電極は、液体カルコゲンまたは溶融カルコゲニド（例えば、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、またはテルル（Ｔｅ））、および／または遷移金属のハロゲン化物（例えばＮｉＣｌ３、ＦｅＣｌ３）および／または他の（例えば担持）化合物（例えば、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、臭化物塩）を含有する溶融塩、またはその任意の組み合わせを含有しうる。いくつかの例において、イオン伝導性固体電解質は、昇温温度もしくは高温（例えば、約２００℃超、約２５０℃超、約３００℃超、または約３５０℃超）においてナトリウムイオンを伝導できるベータアルミナ（例えば、β’’アルミナ）セラミックである。いくつかの例において、イオン伝導性固体電解質は約１００℃超、約１５０℃超、約２００℃超、約２５０℃超、約３００℃超、または約３５０℃超で動作する。
【００６４】
［電池とハウジング］
本開示の電気化学セルは、さまざまな使用および用途に好適でありうる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的に結合するように構成でき、スイッチはさらに外部電力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、スイッチの第１の極および／または別のセルハウジングに電気的に結合された導電性の容器と、スイッチの第２の極および／または別のセルハウジングに電気的に結合された導電性の容器蓋と、を備えうる。セルは容器の空洞部内に配置することができる。セルの電極のうち第１のもの（例えば、正電極）は、容器のある端壁に接触させて電気的に結合することができる。セルの電極のうち第２のもの（例えば、負電極）は、容器蓋において導電フィードスルーもしくは導体（例えば、負極用電流リード）に接触させて電気的に結合することができる。絶縁シール（例えば、接着されたセラミック環）がセルの負電位部分と容器の正電位部分とを電気的に分離（例えば、負極用電流リードと正極用電流リードとを絶縁）しうる。一例において、負極用電流リードと容器蓋（例えば、セルキャップ）とを互いに電気的に分離することができ、このとき負極用電流リードとセルキャップとの間に誘電性シーラント材料を設けることができる。代替例として、ハウジングは絶縁シース（例えば、アルミナ製シース）または耐食性かつ導電性のシースもしくはるつぼ（例えば、グラファイト製のシースもしくはるつぼ）を備えることができる。ある場合において、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／または容器でありうる。
【００６５】
本明細書にいう電池は複数の電気化学セルを含むことができる。（１または複数の）セル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／または並列の構成で互いに電気的に結合することができる。直列接続の場合、第１のセルの正端子は第２のセルの負端子に接続される。並列接続の場合、第１のセルの正端子は、第２のセルおよび／または追加的な（１または複数の）セルの正端子に接続できる。同様に、セルモジュール、パック、コア、ＣＥ、およびシステムは、セルについて上述したのと同じ要領で直列および／または並列に接続することができる。
【００６６】
以下に図面を参照する。図中、同じ参照番号は同様の部分を表す。推察されるように、図中の形状および特徴部分は必ずしも同じ縮尺ではない。
【００６７】
図１を参照すると、電気化学セル（Ａ）はアノードとカソードとを備えたユニットである。本明細書に記載のとおり、セルは電解質を含み、ハウジング内に封止されうる。ある場合において、電気化学セルは積層（Ｂ）されて電池（すなわち、１つ以上の電気化学セルの集積体）を形成できる。セルは並列、直列、または並列と直列の両方の構成（Ｃ）に配置できる。さらに、セルモジュール、パック、コア、ＣＥ、および／またはシステムを直列および／または並列に接続できる。相互接続部１０１が個々のセルおよび／またはセルのグループどうしを接続しうる。
【００６８】
セルは複数のグループ（例えば、それぞれ１つ以上の電気化学セルを含む複数のモジュール、パック、コア、ＣＥ、システム、またはその他のグループ）単位に構成することができる。ある場合において、電気化学セルのかかるグループは、（例えば、個々のセルを調整／制御するのと合わせて、または調整／制御する代わりに）ある所与の数のセルをグループレベルでまとめて制御または調整可能にしてもよい。
【００６９】
電池は、個々のセルまたはセルのグループを繰り返し付加する形で組み立てうる。一例において、セルをモジュールの形態に組み立て、それを積層してパックを形成し、さらにそれを相互接続してコアを形成することができる。ある場合において、パックをトレイ上に（例えば、鉛直方向および／または水平方向に）組み立ててもよい。これは電気化学セルのグループの別の例である。トレイを（例えば、鉛直方向および／または水平方向に）組み立ててコアを形成することができる。また、コアをさらに相互接続してＣＥおよびシステムを形成することができる。別の例において、コアをモジュールの形態に組み立て、それを（例えば、鉛直方向および水平方向に）相互接続してコアを形成することができる。さらに別の例において、セルを積層して１つのセルタワーを形成することができる（例えば図１の構成Ｂを参照）。これは電気化学セルのグループのさらに別の例である。次に、互いに鉛直方向に積み重ねた複数のセルをそれぞれ備えた複数のセルタワーをまとめて、例えば、パックを形成することができる。このように、一例において、それぞれ４つのセルを有する４つのタワーを（２×２型配列のタワーの形態に配置して）相互接続することにより、各モジュールが２×２型配列のセルを備えた、４モジュールの積層体を備えたパックを組み立てることもできる。組立のために使用されるセルのグループは、調整／制御のために使用されるセルのグループと同じであってもよいし、同じでなくてもよい。セルのグループはさまざまなフレームによって支持されてもいい（例えば、パックまたはコア）し、さまざまなフレームを含んでいてもいい（例えば、トレイまたはタワー）。セルの異なるグループのフレームは組立時に接続しうる。
【００７０】
本明細書の別所により詳細に記載するように、個々のセルもしくはその（１または複数の）部分、セルのグループ、または（１または複数の）かかるセルを備えた装置もしくはシステム（例えば、電池等のエネルギー貯蔵装置を備えたエネルギー貯蔵システム）は、例えば熱管理システムにより、温度について維持および／または調整することができる。熱管理システムは、エネルギー貯蔵装置／システムを運用するために、エネルギー貯蔵装置／システムのさまざまな部分にわたって、および／またはシステム全体にわたって分散配置されうる。いくつかの実装では、本明細書のシステムの熱管理のために１つ以上のフレームが使用されうる。かかる熱管理フレームは構造上の支持をも提供しうる。熱管理システムの少なくとも一部分はフレームの接続によって組み立てうる。フレームは、例えば、熱管理流体を含む流体流通路および／またはダクトの系を形成するように構成しうる。ある場合において、フレームは、１つ以上の電気化学セルと（例えば、熱管理流体を介して）熱的接触を行うように構成しうる。
【００７１】
本開示の電気化学セル（例えば、タイプ２モードで動作するタイプ１のセル、タイプ１モードで動作するタイプ１のセル、またはタイプ２のセル）は、適切な多量のエネルギー（例えば、かなり多量のエネルギー）の貯蔵、かかる入力の受け取り（「取り込み」）、放出、および／または還流が可能でありうる。いくつかの例において、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、取り込み、放出、および／または還流できる。いくつかの例において、電池は少なくとも約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、取り込み、放出、および／または還流できる。ある電気化学セルおよび／または電池に貯蔵されるエネルギーの量は、その電気化学セルおよび／または電池に取り込まれるエネルギーの量よりも（例えば、非効率性および損失によって）少ないことがあると認識されている。セルは、本明細書に記載するどの電流密度で動作するときにも、かかるエネルギー貯蔵容量を有することができる。
【００７２】
セルは、少なくとも約１０ミリアンペア毎平方センチメートル（ｍＡ／ｃｍ２）、２０ｍＡ／ｃｍ２、３０ｍＡ／ｃｍ２、４０ｍＡ／ｃｍ２、５０ｍＡ／ｃｍ２、６０ｍＡ／ｃｍ２、７０ｍＡ／ｃｍ２、８０ｍＡ／ｃｍ２、９０Ａ／ｃｍ２、１００ｍＡ／ｃｍ２、２００ｍＡ／ｃｍ２、３００ｍＡ／ｃｍ２、４００ｍＡ／ｃｍ２、５００ｍＡ／ｃｍ２、６００ｍＡ／ｃｍ２、７００ｍＡ／ｃｍ２、８００ｍＡ／ｃｍ２、９００ｍＡ／ｃｍ２、１Ａ／ｃｍ２、２Ａ／ｃｍ２、３Ａ／ｃｍ２、４Ａ／ｃｍ２、５Ａ／ｃｍ２、または１０Ａ／ｃｍ２の電流密度で電流を供給可能とすることができる。ここに、電流密度は電解質の有効断面積に基づいて決定される。また断面積は、充電または放電過程において電解質中のイオンの正味の流れの方向に直交する面積である。いくつかの例において、セルは、少なくとも約１０％、２０％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、９０％、９５％等の直流（ＤＣ）効率で動作可能とすることができる。いくつかの例において、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％等の充電効率（例えば、クーロン充電効率）で動作可能とすることができる。
【００７３】
充電状態において、本開示の電気化学セル（例えば、タイプ２モードで動作するタイプ１のセル、タイプ１モードで動作するタイプ１のセル、またはタイプ２のセル）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、かかる電圧で動作できる）。ある場合において、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の開路電圧（ＯＣＶ）を有することができる。一例において、セルは、約０．５Ｖ超、約１Ｖ超、約２Ｖ超、または約３Ｖ超の開路電圧を有する。ある場合において、セルの充電カットオフ電圧（ＣＣＶ）は充電状態において約０．５Ｖ〜１．５Ｖ、１Ｖ〜３Ｖ、１．５Ｖ〜２．５Ｖ、１．５Ｖ〜３Ｖ、または２Ｖ〜３Ｖである。ある場合において、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。ある場合において、セルの電圧（例えば、動作電圧）は充電状態において約０．５Ｖと１．５Ｖの間、１Ｖと２Ｖの間、１Ｖと２．５Ｖの間、１．５Ｖと２．０Ｖの間、１Ｖと３Ｖの間、１．５Ｖと２．５Ｖの間、１．５Ｖと３Ｖの間、または２Ｖと３Ｖの間である。セルは（１または複数の）かかる電圧（例えば、電圧、ＯＣＶ、および／またはＣＣＶ）を、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サイクル、またはそれより多いサイクル（本明細書では「充電／放電サイクル」ともいう）以下および超で動作しているときに提供できる。セルは、容量の実質的な低下なく動作できる。セルの動作温度での動作中、セルは液体（または溶融）状態の負電極、電解質、および正電極を有することができる。
【００７４】
本開示の電気化学セルは、任意の好適な（例えば、送配電網の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。いくつかの例において、応答時間は約１００ミリ秒（ｍｓ）、約５０ｍｓ、約１０ｍｓ、約１ｍｓ等である。ある場合において、応答時間は約１００ミリ秒（ｍｓ）以内、約５０ｍｓ以内、約１０ｍｓ以内、約１ｍｓ以内等である。
【００７５】
セルの集積体もしくは配列（例えば、電池）は、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等、任意の好適な数のセルを含むことができる。いくつかの例において、電池は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、１，０００、２，０００、５，０００、１０，０００、２０，０００、５０，０００、１００，０００、５００，０００、または１，０００，０００個のセルを備える。
【００７６】
いくつかの実装において、１種類以上のセルを本開示のエネルギー貯蔵システムに含むことができる。例えば、エネルギー貯蔵装置は、タイプ２のセル、またはタイプ１のセルとタイプ２のセルとの組み合わせ（例えば、５０％のタイプ１セルと５０％のタイプ２セル）を備えることができる。かかるセルはタイプ２モードで動作できる。ある場合において、セルの第１の部分がタイプ１モードで動作しえ、セルの第２の部分がタイプ２モードで動作しうる。
【００７７】
本開示の電池は、送配電網とともに使用する（すなわち、グリッドスケールの電池）、またはその他の負荷もしくは用途とともに使用するのに好適な多量のエネルギー（例えば、かなり多量のエネルギー）を貯蔵、取り込み、放出、および／または還流可能でありうる。いくつかの例において、電池は約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、また約１００ＭＷｈを貯蔵、取り込み、放出、および／または還流できる。いくつかの例において、電池は少なくとも約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、取り込み、放出、および／または還流できる。
【００７８】
いくつかの例において、セルおよびセルハウジングは積み重ね可能である。任意の好適な数のセルを積み重ねることができる。セルは横に並べて、上下に重ねて、またはその両方の形態に積み重ねることができる。いくつかの例において、少なくとも約３、６、１０、５０、１００、または５００個のセルが積層される。ある場合において、１００個のセルの積層体は、少なくとも５０ｋＷｈのエネルギーを貯蔵、取り込み、放出、および／または還流できる。セルの第１の積層体（例えば、１０個のセル）をセルの第２の積層体（例えば、別の１０個のセル）に電気的に接続し、それによって電気的に連通するセルの個数を増やす（例えば、この例では２０）ことができる。いくつかの例において、エネルギー貯蔵装置は１〜１０、１１〜５０、５１〜１００、またはそれより多い電気化学セルの積層体を含む。
【００７９】
電気化学エネルギー貯蔵装置は１つ以上の個別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内に収容でき、容器は容器蓋（例えば、セルキャップ）とシール要素とを含むことができる。装置は少なくとも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個のセルを含むことができる。容器蓋は、例えば、容器を容器蓋から電気的に分離するためにシール（例えば、環状誘電性ガスケット）を用いうる。かかる構成要素は絶縁材料から製造されうる。絶縁材料としては、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、またはその組み合わせ（例えば、セラミック、酸化けい素、酸化アルミニウム、窒化ほう素、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、炭化けい素、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、酸化けい素、酸化アルミニウムを含むその他の酸化物、または窒化リチウム、酸化ランタン、あるいはその任意の組み合わせ）等が挙げられる。シールは１つ以上の方法によって気密密閉性をもつようにしうる。例えば、絶縁性に加えて密閉性も実現するため、容器蓋と容器の間において比較的高い圧縮力（例えば、約１，０００ｐｓｉ超または約１０，０００ｐｓｉ超）をシールに与えうる。あるいは、溶接、ろう付け、または該当セル構成要素を絶縁性シーラント材料に接合するその他の化学接着材料によって、シールを接着してもよい。
【００８０】
図２に、導電ハウジング２０１と導体２０２とを備える電池を概略的に示す。導体２０２は、集電体２０３と電気的に連通する。図２の電池はエネルギー貯蔵装置のセルとすることができる。導体はハウジングとは電気的に分離することができ、ハウジングの開口部を通ってハウジングから突き出ることができる。それにより、第１と第２のセルが積層されるときに、第１のセルの導体は第２のセルのハウジングと電気的に連通する。
【００８１】
ある場合において、セルは負極集電体と、負電極と、電解質と、正電極と、正極集電体とを含む。負電極は負極集電体の一部とすることができる。代替例として、負電極は負極集電体から隔たっているが、負極集電体とは電気的に連通している。正電極は正極集電体の一部とすることができる。代替例として、正電極は正極集電体から隔たっているが、正極集電体と電気的に連通している。
【００８２】
セルハウジングは、導電性容器と、集電体と電気的に連通する導体と、を含むことができる。導体は容器の開口部を通ってハウジングから突き出てもよく、容器とは電気的に分離されうる。第１と第２のハウジングが積層されるとき、第１のハウジングの導体は第２のハウジングの容器と接触しうる。
【００８３】
いくつかの例において、導体がハウジングおよび／または容器から突き出す開口部の面積は、ハウジングおよび／または容器の面積に比して小さい。ある場合において、ハウジングの面積に対する開口部の面積の比は、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。ある場合において、ハウジングの面積に対する開口部の面積の比は、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、または約０．５以下である。
【００８４】
セルは、導電ハウジングと、集電体と電気的に連通する導体と、を含むことができる。導体はハウジングの開口部を通ってハウジングから突き出し、ハウジングとは電気的に分離されうる。ハウジングの面積に対する開口部の面積の比は、約０．３、０．２、０．１５、０．１、０．０５、０．０１、０．００５、または０．００１未満（例えば、約０．１未満）でありうる。
【００８５】
セルハウジングは、導電性容器と、集電体と電気的に連通する導体と、を含むことができる。導体は容器の開口部を通って容器から突き出ることができ、容器とは電気的に分離されている。容器の面積に対する開口部の面積の比は、約０．３、０．２、０．１５、０．１、０．０５、０．０１、０．００５、または０．００１未満（例えば、約０．１未満）でありうる。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超のエネルギーを貯蔵、取り込み、放出、および／または還流できるセルを内包可能とすることができる。ハウジングは、少なくとも約２５Ｗｈのエネルギーを貯蔵、取り込み、放出、および／または還流できるセルを内包可能とすることができる。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、取り込み、放出、および／または還流可能とすることができる。
【００８６】
図３は電気化学セルまたは電池３００の側断面図である。電気化学セルまたは電池３００は、ハウジング３０１と、ハウジングの開口部を貫通し、かつ液体金属の負電極３０３と電気的に連通する導電フィードスルー（すなわち、導体、例えば導体棒）３０２と、液体金属の正電極３０５と、液体金属電極３０３、３０５の間の液体塩電解質３０４と、を含む。本明細書の別所に開示するとおり、セルまたは電池３００は、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」）で稼働されるセル化学構成とともに使用するように構成できる。導体３０２は、（例えば、絶縁シールを用いて）ハウジング３０１とは電気的に分離されうる。負極集電体３０７は、スポンジのように挙動する発泡材３０３を含みえ、負電極液体金属が発泡体内にしみこんでいる。液体金属の負電極３０３は溶融塩電解質３０４と接触している。液体塩電解質は液体金属の正電極３０５とも接触している。液体金属の正電極３０５は、ハウジングの両側壁に沿って、および／または底壁に沿って、ハウジング３０１と電気的に連通することができる。
【００８７】
ハウジングは容器と容器蓋（例えば、セルキャップ）とを含みうる。容器と容器蓋とは機械的に接続され（例えば、溶接され）うる。ある場合において、機械的接続は化学的接続を含みうる。いくつかの例において、容器蓋は容器とは電気的に分離されている。その場合、セルの蓋は負極用電流リードとは電気的に分離されていてもいいし、されていなくてもよい。いくつかの例において、容器蓋は容器（例えば、セル本体）と電気的に接続されている。そのとき、セルの蓋は負極用電流リードとは電気的に分離されうる。動作時（例えば、溶融状態にあるとき）、容器蓋と容器とは、電子的に（例えば、直接的な電気接続により、例えば蓋とセル本体との間の溶接接合等を介して、あるいは電解質と電極の間のイオンの働きによって）接続することができる。負極用電流リードは、例えば絶縁性の気密シールの使用によって、容器および／または容器蓋（例えば、セルキャップ）に対して電気的に分離しうる。いくつかの例において、負極用電流リードと容器蓋との間に絶縁障壁（例えば、シール）が設けられうる。代替例として、シールはガスケットの形態で例えば容器蓋と容器との間に設置することができる。いくつかの例において、電気化学セルまたは電池３００は、１つ以上の開口部を貫通し、かつ液体金属の負電極３０３と電気的に連通する、２つ以上の導体を含みうる。いくつかの例において、液体負電極３０３と（液体）正電極３０５との間の電解質３０４内に分離構造体（図示せず）を配置してもよい。
【００８８】
ハウジング３０１は導電性材料から製造することができる。導電性材料としては、例えば、鋼、鉄、ステンレス鋼、低炭素鋼、グラファイト、ニッケル、ニッケル基合金、チタン、アルミニウム、モリブデン、タングステン、または窒化物（例えば、炭化けい素または炭化チタン）等の導電性化合物、あるいはその組み合わせ（例えば、合金）等が挙げられる。
【００８９】
ハウジング３０１はハウジング内部要素３０６を備えうる。ハウジング内部要素３０６は、シース（例えば、グラファイト製シース）、コーティング、るつぼ（例えば、グラファイト製のるつぼ）、表面処理、ライニング、またはその任意の組み合わせ）を含みうるが、これらには限定されない。一例において、ハウジング内部要素３０６はシースである。別の例において、ハウジング内部要素３０６はるつぼである。さらに別の例において、ハウジング内部要素３０６はコーティングまたは表面処理である。ハウジング内部要素３０６は伝熱性、断熱性、導電性、絶縁性、またはその任意の組み合わせを有しうる。ある場合において、ハウジング内部要素３０６はハウジング保護のため（例えば、ハウジングのステンレス鋼材料の防食のため）に提供されうる。ある場合において、ハウジング内部要素は液体金属の正電極に対して濡れ防止性を有することができる。ある場合において、ハウジング内部要素は液体電解質に対して濡れ防止性を有することができる。
【００９０】
ハウジングは、単体金属もしくは化合物のライニング要素（例えば、セル本体より薄いライニング要素）、またはコーティング（例えば、導電性コーティング）を備えうる。例として、グラファイト製ライニングを施した鋼製ハウジング、または窒化物コーティングもしくはライニング（例えば、窒化ほう素、窒化アルミニウム）、チタンコーティングもしくはライニング、または炭化物コーティングもしくはライニング（例えば、炭化けい素、炭化チタン）を施した鋼製ハウジング、等が挙げられる。コーティングは、正電極液体金属に対して濡れ防止性を有する表面をはじめ、好ましい特性および機能を示すことができる。ある場合において、ライニング（例えば、グラファイト製ライニング）は、セルハウジング内に設ける前もしくは後に、空気中において室温より高温で加熱することによって乾燥する、または真空オーブンで乾燥する、ことができる。ライニングの乾燥または加熱により、電解質、正電極、または負電極をセルハウジングに加える前に、ライニングから水分を除去することができる。
【００９１】
ハウジング３０１は、断熱性および／または絶縁性のシースもしくはるつぼ３０６を含みうる。この構成において、負電極３０３は、正電極３０５に対して電気的に接続される（すなわち、短絡される）ことなく、シースもしくはるつぼによって規定されるハウジング３０１の両側壁間を横方向に伸びうる。あるいは、負電極３０３は、負電極の第１の末端３０３ａと負電極の第２の末端３０３ｂとの間を横方向に伸びうる。シースもしくはるつぼ３０６が備わらない場合、負電極３０３の直径（または、図３に３０３ａから３０３ｂまでの距離として示される他の特徴的寸法）は、ハウジング３０１によって規定される空洞部の直径（または、図３に距離Ｄとして示される直方体容器に対する幅等の、他の特徴的寸法）より小さい値でありうる。
【００９２】
るつぼは、るつぼとセルハウジングとの間に位置する液体金属もしくは半固体金属の導電性合金の薄層を用いて、セルハウジングと電子的に接触するように作成することができる。材料としては、例えば、元素Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｅ、またはその組み合わせが挙げられる。
【００９３】
ハウジング内部要素（例えば、シース、るつぼ、および／またはコーティング）３０６は、断熱性、伝熱性、および／または絶縁性、もしくは導電性の材料から製造することができる。そのような材料としては、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、窒化ほう素、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、酸化けい素、酸化リチウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。例えば、図３に示すように、シース（またはその他の）ハウジング内部要素３０６は、第１のシース端部３０６ａと第２のシース端部３０６ｂとの間を横方向に伸びることができる環状断面形状を有する。シースの寸法（図３に３０６ａから３０６ｂまでの距離として示されるもの）は、シースがハウジング空洞部３０１によって規定される空洞部の両側壁と接触し、かつ両側壁に押しつけられるときのものでありうる。代替例として、ハウジング内部要素３０６は容器の腐食を防止する、および／またはカソード材料が側壁を濡らすのを防止するために使用でき、電子伝導性の材料から製造されうる。そのような材料としては、鋼、ステンレス鋼、タングステン、モリブデン、ニッケル、ニッケル基合金、グラファイト、チタン、または窒化チタンが挙げられる。例えば、シースは極めて薄くてもよく、コーティングであってもよい。コーティングは壁面の内側のみを被覆することができ、かつ／または容器の内側の底面をも被覆することができる。ある場合において、シース（例えば、グラファイト製シース）は、セルハウジング内に設ける前もしくは後に、空気中において室温より高温で加熱することによって乾燥しうるか、または真空オーブンで乾燥しうる。ライニングの乾燥または加熱により、電解質、正電極、または負電極をセルハウジングに加える前にライニングから水分を除去しうる。
【００９４】
セルの１つ以上の壁との短絡を最小限に抑える、もしくは防止するために、セルは、セルの１つ以上の壁と、負電極、電解質、および／または正電極との間に、絶縁性もしくは導電性を有し、かつ化学的に安定な、シースもしくはコーティングを含むことができる。ある場合において、セルは、非鉄容器もしくは容器ライニングで形成することができる。非鉄容器もしくは容器ライニングとして、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）が挙げられる。容器または容器ライニングの材料は導電性でありうる。
【００９５】
セルは、シースの代わりに、セルハウジングの両側壁および底部内面を内張りする導電性るつぼまたはコーティングを含みうる。これはセルハウジングライナと呼ばれ、正電極がセルハウジングと直接的に接触するのを防止する。セルハウジングライナは、セルハウジングとセルハウジングライナもしくはシースとの間における正電極の濡れを防止しえ、また正電極がセルハウジングの底面と直接的に接触するのを防止しうる。シースは極めて薄くてもよく、コーティングであってもよい。コーティングは壁面の内側のみを被覆することができ、かつ／または容器の内側の底面をも被覆することができる。シースはハウジング３０１に完璧に適合する寸法でなくてよい。完璧に適合すると、セルライニングとセルハウジングとの間の電流の流れが阻害されうる。セルハウジングとセルライニングとの間に十分な電子伝導を実現するため、融点が低い金属（例えば、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ）の液体を用いて、シース／コーティングとセルハウジングとの間に強い電気的接続を実現することができる。この層によってセルの製造および組立を簡単化できる。
【００９６】
ハウジング３０１は、第１の（例えば、負極）集電体もしくはリード３０７と、第２の（例えば、正極）集電体３０８とをも含むことができる。負極集電体３０７は導電性材料、例えば、ニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）発泡体、穴のあいた鋼製ディスク、複数枚の波形鋼板、複数枚の膨張金属メッシュ等から製造しうる。負極集電体３０７はプレートまたは発泡体として構成しえ、第１の集電体端部３０７ａと第２の集電体端部３０７ｂとの間を横方向に伸びることができる。負極集電体３０７は、ハウジング３０１によって規定される空洞部の直径より小さいか同様の集電体直径を有しうる。ある場合において、負極集電体３０７は、負電極３０３の直径（または、図３に３０３ａから３０３ｂまでの距離として示される他の特徴的寸法）より小さいか同様の集電体直径（または、図３に３０７ａから３０７ｂまでの距離として示される他の特徴的寸法）を有しうる。正極集電体３０８はハウジング３０１の一部として構成されうる。例えば、ハウジングの底部端壁は図３に示すように正極集電体３０８として構成しうる。あるいは、集電体はハウジングとは別個のものでありえ、ハウジングに電気的に接続されうる。ある場合において、正極集電体はハウジングに電気的に接続されなくてもよい。本開示は、負極および／または正極集電体の構成についていかなる特定の構成にも限定されない。
【００９７】
負電極３０３は負極集電体（例えば、発泡体）３０７の内部に包含することができる。この構成において、電解質層は発泡体３０７の底面、両側面、および／または上面と接触する。発泡体（すなわち、負電極材料）内に含まれる金属は、例えば液体金属の負電極が発泡体内に吸収および保持されること等により、ハウジング３０１の両側壁から離れた状態に維持することができ、したがって、絶縁シース３０６がなくともセルは動作可能となる。ある場合において、グラファイト製シースまたはグラファイト製セルハウジングライナ（例えば、グラファイト製のるつぼ）は、正電極が両側壁に沿って濡れるのを防止するために用いられうる。それによってセルの短絡が防止できる。
【００９８】
電流は、一表面に沿って電解質と接触する液体金属の正電極および／または負電極の全体にわたって実質的に均等に分布しうる（すなわち、表面を流れる電流は、表面の任意の部分を流れる電流が平均電流密度から実質的に逸脱しない程度に均一でありうる）。いくつかの例において、表面のある面積にわたって流れる電流の最大密度は、表面全体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。いくつかの例において、表面のある面積にわたって流れる電流の最小密度は、表面全体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、または約９５％以上である。
【００９９】
図３に「上方視点」および「下方視点」とそれぞれ記載したように、上または下方向から見ると、セルまたは電池３００の断面形状は、電池の設計要件に基づいて円形、楕円形、正方形、長方形、多角形、湾曲形状、対称形、非対称形、またはその他の複合形状とすることができる。一例において、セルまたは電池３００は円形もしくは正方形断面を有する軸対称である。セルまたは電池３００の構成要素（例えば、図３の構成要素）は、セルまたは電池内で軸対称に配置されうる。ある場合において、１つ以上の構成要素は、例えば軸３０９の中心から外れる等、非対称に配置されうる。
【０１００】
正電極および負電極材料の合計体積は、電池の体積（例えば、出荷容器等、電池の最外ハウジングによって規定されるもの）の少なくとも約５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、または９５％でありうる。ある場合において、アノードとカソード材料の合計体積は、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。正電極および負電極材料の合計体積は、正電極または負電極の成長もしくは膨張、または縮小もしくは収縮によって、動作中に（例えば、高さにおいて）それぞれ増加または減少しうる。一例において、放電時、負電極（放電中はアノード）の体積は負電極材料が正電極（放電中はカソード）に移動することによって減少しうる。このとき正電極の体積は（例えば、合金化反応の結果として）増加する。負電極の体積減少は正電極の体積増加と等しくてもいいし、等しくなくてもいい。正電極と負電極材料は互いに反応して固体もしくは半固体の相互反応化合物（本明細書では「相互反応生成物」ともいう）を形成しうる。これは正電極および／または負電極材料の密度と同じか、より低い、またはより高い密度を有しうる。電気化学セルまたは電池３００内の材料の質量は一定でありうるが、１種類、２種類、またはそれより多い相（例えば、液体または固体）が存在してもよく、かかる相のそれぞれはある材料組成を含みうる（例えば、セルの材料および相中にアルカリ金属が変動濃度で存在しうる：液体金属の負電極は高濃度のあるアルカリ金属を含みえ、液体金属の正電極はそのアルカリ金属の合金を含みえ、そのアルカリ金属の濃度は動作中に変動しえ、かつ液体金属の正電極と負電極の相互反応生成物はそのアルカリ金属をある一定もしくは可変の化学量論比で含みうる）。相および／または材料は異なる密度を有しうる。材料は両電極の相間および／または材料間を輸送されるため、合計電極体積の変動が生じうる。
【０１０１】
ある場合において、セルは、液体、半液体（もしくは半固体）、または固体である１種類以上の合金生成物を含むことができる。合金生成物は、負電極、正電極、および／または電解質とは混合しない（または、ある場合には溶解可能な）ものとすることができる。合金生成物はセルの充電または放電中の電気化学過程から形成することができる。
【０１０２】
合金生成物は負電極、正電極、および／または電解質の元素成分を含むことができる。合金生成物は負電極、正電極、または電解質とは異なる密度、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。合金生成物の位置は、負電極、電解質、および正電極と比較した合金生成物の密度の関数とすることができる。合金生成物は、負電極、正電極、または電解質の中、または負電極と電解質との間もしくは正電極と電解質との間のある位置（例えば、界面）、またはその任意の組み合わせに存在しうる。一例において、合金生成物は正電極と電解質との間の金属間化合物である（例えば、図４参照）。ある場合において、いくらかの電解質が金属間化合物と正電極との間にしみこみうる。別の例において、合金生成物は、セルの化学構成、温度、および／または充電状態に応じて、セル内の別の位置に存在したり、異なる化学量論比／組成の材料で形成したりすることができる。
【０１０３】
図４は、金属間化合物層４１０を有する電気化学セルまたは電池４００の側断面図である。金属間化合物層４１０は、負電極４０３および正電極材料４０５に由来する材料の相互反応化合物を含むことができる。例えば、液体金属の負電極４０３はアルカリもしく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、液体金属の正電極４０５は遷移金属、ｄブロック（例えば第１２族）、第ＩＩＩＡ族、第ＩＶＡ族、第ＶＡ族、または第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、金属間化合物層４１０はその相互反応化合物または生成物（例えば、アルカリ鉛化物、アンチモン化物、またはビスマス化物、例えば、Ｎａ３Ｐｂ、Ｌｉ３Ｓｂ、Ｋ３Ｓｂ、Ｍｇ３Ｓｂ２、Ｃａ３Ｓｂ２、またはＣａ３Ｂｉ２）を含むことができる。金属間化合物層４１０の上側界面４１０ａは電解質４０４と接触し、金属間化合物層４１０の下側界面４１０ｂは正電極４０５と接触する。相互反応化合物は、放電中に、液体金属の正電極（この構成では液体金属のカソード）４０５と液体塩電解質４０４との間の界面において形成されうる。相互反応化合物（または生成物）は固体または半固体とすることができる。一例において、金属間化合物層４１０は、液体金属のカソード４０５と液体塩電解質４０４との間の界面において形成することができる。ある場合において、金属間化合物層４１０は液体特性を示しうる（例えば、金属間化合物は半固体でありうるか、または隣接する１つ以上の相／材料より粘度もしくは密度が高いものでありうる）。
【０１０４】
セル４００は第１の集電体４０７と第２の集電体４０８とを備える。第１の集電体４０７は負電極４０３と接触し、第２の集電体４０８は正電極４０５と接触する。第１の集電体４０７は導電フィードスルー４０２と接触する。セル４００のハウジング４０１は、断熱性および／または絶縁性のシース４０６を含むことができる。一例において、液体金属の負電極４０３はマグネシウム（Ｍｇ）を含み、液体金属の正電極４０５はアンチモン（Ｓｂ）を含み、金属間化合物層４１０はＭｇとＳｂ（ＭｇｘＳｂ、ただし「ｘ」は０より大きい数）、例えばアンチモン化マグネシウム（Ｍｇ３Ｓｂ２）等を含む。Ｍｇ｜｜Ｓｂの化学構成を有するセルは、電解質内にマグネシウムイオンならびに他の塩（例えば、ＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、またはその組み合わせ）を含みうる。ある場合において、セルは放電状態において負電極にＭｇが不足し、正電極はＭｇ−Ｓｂの合金を含む。そのような場合、充電時にＭｇが正電極から供給され、陽イオンとして電解質中を通過し、Ｍｇとして負極集電体上に堆積する。いくつかの例において、セルは少なくとも約５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、または７５０℃の動作温度を有し、ある場合において約６５０℃から約７５０℃の間の動作温度を有する。充電状態において、セルのすべて、もしくは実質的にすべての構成要素を液体状態とすることができる。代替的な化学構成が存在する。その例として、電解質中にハロゲン化カルシウム成分（例えば、ＣａＦ２、ＫＦ、ＬｉＦ、ＣａＣｌ２、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＣａＢｒ２、ＫＢｒ、ＬｉＢｒ、またはその組み合わせ）を含有し、約５００℃より高温で動作するＣａ−Ｍｇ｜｜Ｂｉ、電解質中にハロゲン化カルシウム成分（例えば、ＣａＦ２、ＫＦ、ＬｉＦ、ＣａＣｌ２、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＣａＢｒ２、ＫＢｒ、ＬｉＢｒ、またはその組み合わせ）を含有し、約５００℃より高温で動作するＣａ−Ｍｇ｜｜Ｓｂ−Ｐｂ、リチウムイオンを含有するハロゲン化物電解質（例えば、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、またはその組み合わせ）を含有し、約３５０℃と約５５０℃との間で動作するＬｉ｜｜Ｐｂ−Ｓｂセル、および電解質の一部としてハロゲン化ナトリウム（例えば、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＮａＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＦ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＦ、ＫＩ、ＣａＣｌ２、ＣａＦ２、ＣａＢｒ２、ＣａＩ２、またはその組み合わせ）を含有し、約３００℃より高温で動作するＮａ｜｜Ｐｂセルが挙げられる。ある場合において、放電反応の生成物は金属間化合物（例えば、Ｍｇ｜｜Ｓｂセルの化学構成ではＭｇ３Ｓｂ２、Ｌｉ｜｜Ｐｂ−Ｓｂの化学構成ではＬｉ３Ｓｂ、Ｃａ−Ｍｇ｜｜Ｂｉの化学構成ではＣａ３Ｂｉ２、またはＣａ−Ｍｇ｜｜Ｐｂ−Ｓｂの化学構成ではＣａ３Ｓｂ２）でありうる。ここに、金属間化合物層は、例えば、正電極と電解質との界面における、ｘ方向に沿った水平方向の成長および膨張、および／またはｙ方向に沿った鉛直方向の成長もしくは膨張により、明確な固相として発達しうる。この成長は、セルまたは電池４００の中心に位置する対称軸４０９について軸対称であってもいいし、軸非対称であってもよい。ある場合において、金属間化合物層は、タイプ１の動作モードにおいて観察されるが、タイプ２の動作モードでは観察されない。例えば、金属間化合物層（例えば、図４の金属間化合物層）は、タイプ２のセルの動作中には形成されないことがありうる。
【０１０５】
個々の電気化学セルどうし、および／または電気化学セルのグループ（例えば、モジュール、タワー、パック、トレイ、コア、ＣＥ、システム、または１つ以上の電気化学セルを含むその他のグループ）どうしの間に有線もしくは無線の相互接続を形成してもよい。ある場合において、セルのグループどうしを１つ以上のセル間相互接続を介して連結しうる。ある場合において、セルのグループどうしをグループレベルの相互接続を介して連結しうる。グループレベルの相互接続は、グループの１つ以上の個々のセルとの１つ以上の相互接続をさらに含みうる。相互接続は構造的および／または電気的でありうる。セルおよび／またはセルのグループは、水平方向または鉛直方向に組み立て（または積み重ね）うる。組み立てた、かかるセルおよび／またはセルのグループは、直列または並列構成に配置しうる。さらに、セルのグループはさまざまなフレームによって支持されうる。フレームは、構造的な支持を提供しえ、相互接続の形成に関与、もしくは形成を支援しえ（例えば、セルのグループ上のフレームどうしを係合させる、または接続する）、および／または熱管理システムの一部となりうる（例えば、熱管理フレームと協調しうる）。例えば、相互接続は構造的、電気的、および／または熱的でありうる。
【０１０６】
電気化学セルは直列および／または並列に配置することによって電気化学エネルギー貯蔵システム（例えば、電池）を形成できる。エネルギー貯蔵システムは、フレーム（例えば、構造的な支持およびシステムの熱管理の両方に使用できるフレーム）に囲まれた、電気化学セルのモジュール、パック、コア、ＣＥ、および／またはシステムを含むことができる。
【０１０７】
図５は、３つのモジュール５０５を備えたセルパック５００の例を示す。各モジュールは、並列接続５１０された１２個のセル５３０を備える。モジュールはセルパックフレーミング（本明細書では「フレーム」ともいう）５１５によって定位置に保持されている。フレーム５１５はフレームの最上部要素５２０を含む。セルは直接上下に積み重ねられ、あるセルの負極電流端子５２５は別のセル（例えば、その上のセル）のハウジングと直接的に接触している。セル群の最上層の負極電流端子には、直上の別のセルのハウジングは存在せず、代わりに負極バスバー５３５と接触（例えば、ろう付け、溶接）可能となっている。
【０１０８】
いくつかの構成において、モジュール内に形成される並列接続５１０は、１つの個片（または構成要素）を、セル材料のための複数のポケットと合わせて用いて形成できる。この個片は打ち抜きで作製した構成要素とすることができ、セルどうしを直接電気的に接続できる。いくつかの例において、打ち抜きによるポケット付き導電ハウジングは、セル間に障壁を形成しない。ある場合において、ポケット付き導電ハウジングはポケットを互いに対してシールする。この導電ハウジングは個別的な導電性セルハウジングよりも製造と組み立てを容易にできる。いくつかの構成において、並列接続５１０はモジュール内のセルのハウジングの直接的な接触によって形成できる。
【０１０９】
鉛直方向に積み重ねる場合、電気化学セルはその上に積み重ねられたセルの重量を支える。セルはこの重量を支持するように製造することができる。ある場合において、セルの層間にセル間スペーサ６４０が設けられる。これらのスペーサはその上のセルの重量を分散する、および／または負極電流端子にかかる重量のいくらかを軽減することができる。ある場合において、負極電流端子はシールによってハウジングとは電気的に分離される。このシールは電気化学セルの構造的構成要素の中で最も弱い可能性があるため、スペーサはシールにかかる力の量を低減することができる。
【０１１０】
いくつかの実装において、液体金属電池は、それぞれが導電ハウジングと、集電体と電気的に連通する導体と、を備えた複数の電気化学セルを備える。導電ハウジングは、セルの動作温度において液体状態にある、負電極、電解質、および正電極を含むことができる。導体は導電ハウジングの開口部を通って導電ハウジングから突き出ることができ、またシールによって導電ハウジングとは電気的に分離することができる。この複数の電気化学セルは直列に積み重ねることができ、このとき、第１のセルの導体は第２のセルの導電ハウジングと電気的に接触する。液体金属電池は、電気化学セルどうしの間に配置される複数の非ガス式スペーサをも含むことができる。ある場合において、電気化学セルは鉛直方向に積層される。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個、またはそれより多い電気化学セルを直列に積層できる。ある場合において、電池は、直列に積層された上記複数の電気化学セルのそれぞれと並列に接続される、少なくとも１つの追加的な電気化学セルをさらに備える。例えば、鉛直方向に積層される各セルは、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個、またはそれより多い追加的な電気化学セルと並列に接続することができる。ある場合において、導電ハウジングは導電経路の一部である。
【０１１１】
非ガス式スペーサ（本明細書では「スペーサ」ともいう）は固体材料とすることができる。ある場合において、スペーサはセラミック材料を含む。セラミック材料の非限定的な例として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ほう素（ＢＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、イットリア部分安定化ジルコニア（ＹＰＳＺ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、カルコゲニド、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、二酸化けい素（ＳｉＯ２）、石英、ガラス、またはその任意の組み合わせが挙げられる。ある場合において、スペーサは絶縁性を有する。スペーサは任意の好適な厚さを有することができる。ある場合において、スペーサの厚さは、導体が導電ハウジングから突き出す距離にほぼ等しい（例えば、スペーサの厚さは、導体が導電ハウジングから突き出す距離の約０．００５％、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、または約０．５％以内とすることができる）。
【０１１２】
セルどうしの接続は、許容差および最適な導電経路に基づいてさまざまな方式で構成できる。ある構成において、あるセルにおける負極用電流リードの上面をその上のセルの底面に直接接合（例えば、ろう付け、溶接）することができる（例えば、図６参照）。他の構成としては、例えば、代替的な直接接合の（例えば、代替的なろう付け接合の）構成、例えば、内側の棒と外側の固定具との熱膨張率（ＣＴＥ）の違いによって強化される外径ろう付けがある。例えば、第２のセルの導電ハウジングの凹部に嵌合する第１のセルの導体によって、２つのセルを接続できる。ただし、導体のＣＴＥは導電ハウジングのＣＴＥより大きい。
【０１１３】
ある場合において、図６に示すように、第１のセル６１０の導体６０５は第２のセル６２５の導電ハウジング６２０にろう付け６１５されている。ろう付け材料は任意の好適な材料とすることができる。ろう付け材料の非限定的ないくつかの例としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、りん（Ｐ）、ほう素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、けい素（Ｓｉ）、またはその任意の組み合わせを含有する材料が挙げられる。セルは、カソード６３０と、電解質６３５と、集電体および導体６０５に接続されたアノード６４０と、を含むことができる。導体はセルの蓋６５０を貫いて挿入できる。ある場合において、セルはいくらかの空きヘッドスペース６４５を有する。
【０１１４】
いくつかの実装において、導体６０５はセルの蓋６５０内のシール６６０を貫いて挿入できる。導体（例えば、負極用電流リード）６０５は剛体でありうる。シール６６０は剛体でなくてもよい。組立時に追加セルが追加されると、最下位セル６１０の導体６０５に（例えば、位置６１５において）かかる重量は最上位セル６２５のハウジング６２０の分が増える可能性がある。いくつかの例において、圧縮力の結果、シール６６０が（導体６０５およびアノード６４０とともに）セル６１０へと下がる場合、セル６１０と６２５との間の鉛直間隔は減少しうる。モジュールが互いに電気的に分離される状態を確実にするため、セルの表面にわたってスペーサ（例えば、セラミック）６５５を設けることで、その上のセルを支えることができる。この構成において、セルハウジングはシステムに対する主構造支持体として用いることができる。セラミックスペーサ６５５は、最上位セル６２５（および組立時に追加される任意の追加セル）の重量を支える必要性からシール６６０を解放することができる。いくつかの構成において、スペーサ６５５の上面と最上位セル６２５のハウジング６２０の底面との間に最初は隙間がありえ（例えば、スペーサの厚さは、最初は、導体が導電ハウジングから突き出る距離より若干小さくすることができる）、（１または複数の）追加セルを追加する（例えば、最下位セル６１０のハウジングの上面と最上位セル６２５のハウジングの底面との隙間が減少する）組立中に、スペーサ（例えば、セラミック）を圧縮状態に置くことができる。その結果、アノードとカソードの間の変位（本明細書では「アノード・カソード変位」ともいう）（例えば、セル６１０におけるアノード６４０とカソード６３０の間の組立後の最終変位）は、ある場合に、非ガス式スペーサによって決定できる。いくつかの構成において、スペーサを直ちに圧縮状態に置くことができる（例えば、スペーサの厚さを、導体が最初に導電ハウジングから突き出る距離より若干大きくする場合）。
【０１１５】
鉛直方向に直列に積層されるセルどうしは、６５０から６４０までの高さ、および／またはアノード・カソード変位（ＡＣＤ）が６５５の寸法許容差によって決まるように、直接的な（例えば、柔軟性のない（ｈａｒｄ））電気的接続を介して連結できる。いくつかの例において、６５０から６４０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等とすることができる。いくつかの例において、ＡＣＤは約３ｍｍ、約５ｍｍ、約７ｍｍ、約１０ｍｍ、約１５ｍｍ、またはそれより大きい値とすることができる。図６は、かかる接続が構成される様子の一例を示している。
【０１１６】
鉛直方向に直列に積層されるセルどうしは、セル接続１つ当たりの抵抗値が例えば約１００ミリオーム（ｍΩ）、１０ｍΩ、１ｍΩ、または０．１ｍΩ未満に下がるような、直接的な電気的接続を用いて接続できる。図６は、かかる接続が構成される様子の一例を示している。図６はまた、異なるＣＴＥを用いたシール接続の例を提示している。
【０１１７】
複数のセルパックをさまざまな構成で直列および並列に連結してコア、ＣＥ、またはシステムを構成することができる。電気化学セルの各種グループの数および配置は、所望のシステム電圧ならびにエネルギー貯蔵容量を得るように選択できる。そのパック、コア、ＣＥ、またはシステムを高温断熱でまとめて密閉し、それによって、充電および／または放電中にセルから提供される（例えば、放出される）エネルギーを用いて自己加熱できるシステムを構築できる。例えば、図７はパックを構成する様子の一例であり、ある面内の複数のセルパックが並列または直列に互いに接続される（７０５）一方、パックが直接上下に直列に接続される（７１０）様子を示している。
【０１１８】
（例えば、ろう付けや溶接等の直接接続でありうる、１つのパック内のセル間接続とは異なり、）パックそれ自体を１つ以上のバスバーを介して鉛直方向および水平方向に互いに接続することができる。ある場合において、バスバーは（例えば、昇温および動作の全期間を通してシステムの非等温膨張に対応するために）可撓性であるか、または可撓性部分を備える。ある場合において、バスバーは、柔軟な（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）相互接続要素（例えば、編組の金属もしくは金属合金、または湾曲したシート状金属）を含むか、またはかかる要素を介して接続される。かかる要素はバスバー（の残り部分）と同じ材料を含んでもいいし、含まなくてもよい。上記バスバーおよび／または柔軟な相互接続要素は、導電性材料（例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、アルミニウム−銅基合金、またはその任意の組み合わせ）を含むことができる。パックは、（例えば、そのパックを追加パックと相互接続できるように）他の、もしくは追加的な相互接続をさらに備えうる、もしくは形成しうる。いくつかの実装において、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うる（例えば、パックレベルの電気的接続／相互接続に対してバスバーのみを使用するようにしてもよい）。
【０１１９】
バスバーはセルとの電気的接続を並列連結の形で行う（例えば、セルの並列連結体、パックの並列連結体、等）ために使用できる。いくつかの例において、バスバーは一群のセルもしくはセルモジュールを並列連結構成に構成するために使用できる。その方法として、バスバーはそれらのセルもしくはセルモジュールのすべてにおいて同じ端子（例えば、セルもしくはセルモジュールのすべての負端子、あるいはセルもしくはセルモジュールのすべての正端子）と電気的に接続される。例えば、正極バスバーおよび／または負極バスバーを使用しうる。正極バスバーはハウジングに接続できる。また可撓性である必要があってもいいし、なくてもよい。いくつかの場合には、正極バスバーを使用しなくてもよい。負極バスバーをセル本体（例えば、パック内の個々のセルのセル本体）の１つ以上の内部（または表面上）の特徴部と結合し、強固な電気的接続を行うことができる。ある場合において、負極バスバーを導電フィードスルー（例えば、負極用電流リード）に取り付けることができる。ただし、その場合は熱膨張に備えて柔軟性がいくらか必要になりうる。例えば、比較的剛性のバスバーコアと上記フィードスルーとの可撓性接続が、フィードスルーとバスバーとの間の柔軟な特徴部（例えば、１つまたは複数のスパイラルアームを備えたスパイラルパターン）を用いて実現しうる。ある場合において、バスバーは十分に柔軟であり、柔軟な特徴部が不要でありうる。セルが鉛直方向に互いに上下に積層される構成では、セル積層体（例えば、セルパック積層体）の上面にあるバスバーは、負極バスバーのみを含むことが可能である（例えば、積層体の正端子が積層体の最下位セルにあることによる）。
【０１２０】
コアは、電気的に直列および／または並列に接続される複数のパックの形態で設計されうる。コアの一部を成すパックは、熱管理下にある単一のチャンバ（本明細書では「熱チャンバ」ともいう）内に含まれ（例えば、すべてが含まれ）うる。例えば、ある一群のパックを断熱材で囲み、それによってパック（例えば、すべてのパック）どうしを良好な熱的接触状態に維持（例えば、キープ）し、かつパック（例えば、パックのすべて）を周囲環境から断熱しうる。ある場合において、コアは、断熱材の少なくとも一部分の内面近くに設けた電気ヒータ、内部加熱域の全体に分散する、および／またはセルパックに接続された電気ヒータ、またはその組み合わせを含む。コアは、フレーム（例えば、内部金属フレーム）をさらに備えうる。ある場合において、パックは、鉛直および／または水平方向の積層体の形態に配置されたトレイ上に配置される。各トレイはパックに対する機械的な支持を提供できる（例えば、トレイはフレームを備えることができる）。複数のトレイ（例えば、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、３０、またはそれより多いトレイ）をコアに組み立てることができる。トレイはコア内の内部金属フレームによって支えることができる。
【０１２１】
断熱材および／またはフレームは、本明細書に記載するセルのさまざまなグループに対して提供されうる。断熱材および／または（１または複数の）フレームは、ある一群のセルが冷却可能なように、断熱材が除去可能なように、およびセルの個々の、もしくは複数群のサブグループ（もしくは個々のセル）を切り離し、除去、および／または交換可能なように、構成しうる。例えば、断熱材および／またはフレームは、コア（および／または本開示の任意のシステム）が冷却可能なように、断熱材が除去可能なように、個々の、もしくは複数群のパックをコアから切り離しおよび除去して１個のパックを切り離し、除去、および交換可能なように、またはその任意の組み合わせが可能なように、設計しうる。ある場合において、トレイはコアから切り離しおよび除去して、１個のパックを切り離し、除去、および交換可能なように、またはその任意の組み合わせが可能なようにできる。動作を再開できるよう、その後にコアを組み立て直して動作温度まで加熱することができる。断熱材および／またはフレームは、個々のセルもしくはその（１または複数の）部分、セルのグループ、または（１または複数の）かかるセルを含む装置もしくはシステム、の熱管理（例えば、モジュール式の熱管理）ができるようにさらに構成しうる。
【０１２２】
［熱管理］
本開示の、上昇温度もしくは高温で動作するシステム／装置（例えば、電池等のエネルギー貯蔵装置）は、熱管理システムを含むことができる。ある場合において、上昇温度装置は高温装置でありえ、またその逆もありうる。いくつかの例において、エネルギー貯蔵システム／装置は複数の電気化学セルを備えることができる。各電気化学セルは、負電極と、電解質と、正電極と、を含むことができる。負電極、電解質、および正電極の少なくとも１つは電気化学セルの動作温度において液体状態とすることができる。
【０１２３】
いくつかの実装において、本明細書中の装置（例えば、電池）の熱管理は、正常動作中の過断熱（過剰な断熱を行うこと）および冷却を含みうる。加熱は装置の始動時に行うことができる。例えば、１つ以上のセル（セルはセルの１つ以上のグループに体系化されうる）を備えた電池を含む電池システムの始動時に、（例えば、１つ以上のセルの金属電極および／または電解質の少なくとも１つが溶融するために、および／または電池が機能するために）加熱を実施することができる。加熱は任意の形態のヒータを用いて実現しうる。ヒータの例として、例えば、電力源（例えば、送配電網を経由した発電機、バックアップ用電池システム、ディーゼル発電機等のオンサイト発電機、風車タービンや太陽光システム等の再生可能発電機）からの電気エネルギーを変換する電気抵抗式ヒータが挙げられる。システムの加熱完了後にもシステムに対して加熱を行うことができる。その目的は、充電、放電、および／または休止の動作モード中、または長期休止期間中、もしくは規則的な（もしくは正常な）または意図した動作パワーレートより低いパワーレートで電池の充電および／または放電が行われる期間中に、システムの温度を管理することにある。電池がその動作温度付近またはそれより高温にあるとき、電池は電池内に貯蔵したエネルギーから電力を供給することによって電池自身を温かい温度に維持できうる（例えば、電池はそれ自身のヒータにそのエネルギーを放出しうる）。電池の断熱は、ひとたび加熱されれば、遊休時間中（例えば、電池が充電も放電も行っていないとき）は電池が（例えば、電池の熱チャンバ内で）熱を保持するように設計できる。しかし、電池の動作中は、ある場合において熱チャンバが過熱しうる。サイクル期間中（例えば、電池の充電中および／または放電中）の装置の温度（例えば、装置チャンバもしくは容器内の温度）を調整するため、熱管理システムが（例えば、高温域の冷却のために）使用できる。セルの構成要素は動作のために熱を必要としうるため、セルおよび／またはセルのグループ（例えば、パック）を過度に断熱してできるだけ多くの熱を捕捉して保持する一方で、所与の（例えば、最適な）熱境界の維持を助けるために１つ以上の熱管理流体に自然運動もしくは強制運動を行わせる（１または複数の）機構を提供するように、システムを構成しうる。この（１または複数の）機構は、熱管理システムによって作動させうる。かかる作動式冷却機構は、高いシステム信頼性、性能のロバスト性、および高効率動作を可能にしうる。ある場合において、この（１または複数の）冷却機構は、作動式の受動型冷却を含みうる（例えば、通気口／対流チャネルを開く、通気口／弁を開いて自然対流によるシステム冷却を可能にする）。ある場合において、この（１または複数の）冷却機構は、能動型冷却を含みうる（例えば、熱管理流体の流れを開始する、もしくは増やす）。ある場合において、冷却機構は作動式の受動型冷却と能動型冷却の組み合わせを含みうる。
【０１２４】
一例において、システムがシステムの内部温度を規則動作中でのシステムの動作温度よりも高い温度に（例えば、標準動作温度よりも高い温度に）上げることができる量の断熱材をシステムは備える。システムは、アクチュエータ、例えば、弁もしくはリフトゲート等を作動させることにより、内部温度をほぼある所与の（例えば、所望の）動作温度に、または同温度より約１０℃、２０℃、５０℃、１００℃、もしくは２００℃低い温度以内に維持し、それにより、自然対流によって駆動される１つ以上の流体流通路を流体（例えば、熱管理流体）が貫流可能にしうる。システムは、正常／規則動作下において自己発熱しえ、かつその動作温度の維持のために作動式の受動的冷却による冷却を必要としうる。
【０１２５】
いくつかの実装において、熱管理システムは、（例えば、設置地域における自然災害等によって電池システムの緊急シャットダウンが求められる状況において）緊急冷却のための機構を提供しうる。緊急冷却は、１つ以上の特定信号を受信したときに熱管理コンピュータシステムによって起動されうる。かかる（１または複数の）信号は、システム（例えば、電池システム、または電池システムを包含するより大規模なシステム）内から受信される（１または複数の）信号、および／または緊急冷却手続きを開始するべき旨を示す（１または複数の）外部信号（例えば、地震警報）を含みうる。緊急冷却は、熱を電池システムから熱管理流体および／または環境（例えば、周囲大気）中に放出／排出する１つ以上の機構を備えうる。例えば、緊急冷却は、熱管理流体の流量の増加、システム内の（１または複数の）通気口もしくはその他の（１または複数の）熱除去構造体の部分もしくは完全開放、および／またはシステムから除去可能な熱エネルギーが増えるように、システムに供給される熱管理流体の温度を変更する過程を含みうる。
【０１２６】
かかる（１または複数の）機構を実装するように構成される（例えば、電池システム内の）熱管理システムは、電池のフレーム（例えば、支持フレーム）内に組み込み、（１または複数の）熱管理流体がシステム（例えば、電池システム）内を貫流するようにできる。ある場合において、熱管理流体はどのセルまたはセル構成要素にも接触することなくシステム（例えば、電池システム）内を貫流しうる。ある場合において、かかる機能／機構は、電池もしくはその一部の１つ以上の構造部材（例えばコアの構造支持部材、例えばフレーム等）と一体的に（ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ）形成され（例えば、同構造部材に組み込まれ）うる。ある場合において、かかる機能／機構は、１つ以上の構造支持部材（例えば、コアの構造支持部材）に取り付けられうる。ある場合において、構造支持部材は（例えば、構造支持を提供するとともに、必要に応じて排熱する機構を提供する）両用構成要素として設計できる。
【０１２７】
高温セルを備えた高温システム（例えば、コア）の動作時、セルは充電および／または放電過程中に発熱しうる。システムがある期間内に連続的に、十分な頻度で、および／また十分な稼働強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）（例えば、十分に高い充電／放電速度）で運用される場合、および充電および／または放電過程を通して生じる熱が（例えば、セルの１つ以上のパックを囲む断熱材によって）少なくとも部分的に閉じ込められるようにシステムが構成されている場合、そのようなシステムは、追加的な熱を（例えば、電気ヒータの使用によって）付与しなくても、セルをその動作温度またはそれより高い温度に連続的に維持しうる。ある場合において、正常または規則的な（例えば、意図した）動作（例えば、５時間の充電、続く７時間の休止、続く５時間の放電、続く７時間の休止を毎日繰り返す）を通して生じる熱の量は、環境中に失われる熱の量と同等でありうる。
【０１２８】
正常または規則的な動作は、充電／放電動作の１つ以上の測定指標、例えば、全体的な（例えば、平均）充電／放電速度（例えば、満充電に要する時間、完全放電に要する時間）、充電もしくは放電されるエネルギーの量（例えば、充電／放電時におけるエネルギー貯蔵容量の変化）、および／またはエネルギー効率（例えば、ある期間にわたるエネルギー効率）等を含みうる、または上記測定指標で定義されうる。動作パラメータ（例えば、充電もしくは放電速度）は経時的に変動しうる。そのため、動作の測定指標は平均または全体的な値で提供されうる（例えば、たとえ放電速度が経時的に変動する場合でも２４時間の平均放電を指定しうる；充電／放電プロファイルにかかわらず、同じ充電の状態に戻ったときにシステムは充電／放電についてある所与の測定指標を有しうる）。かかる（１または複数の）充電／放電測定指標を有するシステムは、自己発熱しうる（例えば、かかる条件下での充電／放電時、非効率性によってエネルギーの一部が放散して必要な熱を供給しうる）か、またはある所与量の追加エネルギー（例えば、送配電網に放電されるエネルギーの約１０％未満）を使用して熱を供給しうる。
【０１２９】
正常または規則的な動作は、少なくとも約１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、８時間、１０時間、１２時間、１４時間、または２０時間でシステムを（例えば、最低から完全もしくは最大充電に）満充電できる速度でシステムを充電する過程を含みうる。正常または規則的な動作は、少なくとも約１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、８時間、１０時間、１２時間、１４時間、または２０時間でシステムを完全に放電できる速度でシステムを（例えば、完全もしくは最大充電から最低充電に）放電する過程を含みうる。正常または規則的な動作は、約１時間未満、約２時間未満、約４時間未満、約６時間未満、約８時間未満、約１２時間未満、約１４時間未満、約１８時間未満、約２０時間未満、約２４時間未満、約３６時間未満、または約４８時間未満の期間システムを充電および／または放電する過程を含みうる。正常または規則的な動作は、システムの充電および／または放電中に通過した蓄積電荷もしくはエネルギー（例えば、１回の充電および／または放電サイクル、または複数の充電／放電サイクルによる蓄積エネルギーで、例えば、１Ｗｈの充電、１Ｗｈの放電、１．５Ｗｈの充電、および１．５Ｗｈの放電、したがって全体で２．５Ｗｈの放電（すなわち、１Ｗｈ＋１．５Ｗｈ）を行うことによるもの）を含み、それによってその定格エネルギー貯蔵容量の少なくとも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、１００％、１１０％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２５０％、３００％、４００％、５００％、７５０％、１０００％、２０００％、５０００％、または１０，０００％であるエネルギー量をある所与の期間（例えば、約２週間、１週間、４日、４８時間、２４時間、１２時間、８時間、４時間、または１時間以下）以内に（例えば、送配電網に）放出しうる。システムは、部分的および／または完全な放電および／または充電サイクルをある所与の期間内に複数回行うことにより、その定格エネルギー容量より多くのエネルギーをその所与の期間内に放出しうる）。正常または規則的な動作は、ある所与の（例えば、いくらかの）期間にわたって休止する過程を、充電および／または放電の間に含みうる。休止期間は、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、１０時間、１２時間、１４時間、１８時間、２０時間、２４時間、３６時間、または４８時間未満でありうる。システムは、ある所与の平均効率のもとでかかる充電／放電の測定指標で運用されうる。例えば、全体的なＤＣ間エネルギー効率は少なくとも約３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、または９９％でありうる。正常または規則的な動作は、あるエネルギー蓄積量（例えば、その定格エネルギー容量の少なくとも約５０％、その定格エネルギー容量の少なくとも約８０％）を放電する過程、あるエネルギー蓄積量（例えば、その定格エネルギー容量の少なくとも約５０％、またはその定格エネルギー容量のなくとも約８０％）を充電する過程、ある期間にわたって休止しない、もしくは、充電／放電、および／または充電／充電、および／または充電／放電の動作モードの間のある蓄積期間（例えば、約２０時間未満、約１６時間未満）にわたって休止する過程、あるＤＣ間往復エネルギー効率（例えば、約９０％未満、約８０％未満、または約７０％未満）を達成する過程、および／またはある所与の期間（例えば、約４８時間未満もしくは約２４時間未満）以内にかかる充電／放電の測定指標で動作する過程、を含みうる。
【０１３０】
かかるシステムは、システムがこのように動作しているかぎりにおいて、そのセルを、ある所与のセル動作温度（例えば、目標セル動作温度）またはそれより高い温度に維持可能でありうる。このように、好適な量の断熱材を提供することにより、および他の熱損失経路を介して（例えば、断熱材経由ではなく、通気口、熱管理流体、等を介して）熱損失を管理することにより、電池システムは、発生する熱と環境中に放出される熱とがバランスするように構成できる。ある場合において、好適な量の断熱材を提供することにより、他の熱損失経路を介して（例えば、断熱材経由ではなく、通気口、熱管理流体、等を介して）熱損失を管理することにより、さらにはシステムを規則的に（例えば、連続的に、高頻度で）稼働させることにより、電池システムは、発生する熱と環境中に放出される熱とがバランスするように構成できる。
【０１３１】
ある場合において、セル内には（例えば、長期的な）不活動の期間（例えば、セルが充電も放電もしていない期間）が存在できる。断熱材は、（例えば、セルの充電もしくは放電によっても熱が生じていないときに金属電極を溶融状態に維持するために）セルからの熱損失を防止するために使用できる。断熱材は、セルが不活動のとき、および／またはヒータによる補足的な加熱力が供給されないときに、ある所与の期間（例えば、ある有限の期間、例えば、少なくとも約３０分、１時間、２時間、４時間、６時間、８時間、１０時間、１２時間、１８時間、２４時間、２日、５日、１０日、２０日、１カ月、またはそれより長い期間）にわたってセルを動作温度またはそれより高い温度に維持するように設計しうる。
【０１３２】
ある場合において、システム（例えば、電池システム等のエネルギー貯蔵システム）は、システムが（例えば、本来意図される、もしくはシステム仕様によって指定されるものより、正常または規則的な動作より）低い規則性、および／または低い稼働強度で使用されるときでさえ、加熱しなくても動作するように設計しうる。システムの動作の規則性の指標は、ある場合において、ある所与の（例えば、指定の）期間中におけるシステムの使用のパーセンテージに基づきうる。例えば、システムが能動的に充電および／または放電しうる期間は、所与の期間の約９９．５％、９９％、９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６０％、５５％、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％以下、またはそれより低い値以下である（例えば、電池は３日間にわたる時間の約２０％未満において充電または放電モードでありうる）。システムの動作の稼働強度の指標は、ある場合において、ある所与の（例えば、指定の）期間中における平均充電または放電電力をその最大定格電力容量に対するパーセンテージで表した値に基づきうる。この所与の期間は休止（例えば、定格電力の０％）の期間を含みうる。例えば、システムは、所与の期間において、その定格電力の約９９％、９５％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、５％、１％以下、またはそれより低い値以下の平均充電または放電電力を有しうる。いくつかの例において、所与の（例えば、指定の）期間は、少なくとも約１時間、２時間、５時間、１０時間、１２時間、２４時間、３６時間、２日、３日、４日、５日、１週間、２週間、または４週間に等しいか、またはそれ以上でありうる。
【０１３３】
正常に／規則的に動作するとき（例えば、少なくとも２日に１サイクル、もしくはそのエネルギー容量の少なくとも５０％が少なくとも２日ごとに放電されるようにサイクル動作するとき）、システムは断熱材によって（例えば、完全に）自己発熱できうる。例えば、少なくとも２日に１回の頻度で充電および放電（またはサイクル動作）を行うとき、システムは断熱材によって自己発熱構成において連続動作が可能である。いくつかの例において、正常／規則動作は、少なくとも１日、２日、３日、４日等に１回のサイクル動作（かかる動作に関わる充電／放電の測定指標の一例）を含みうる。
【０１３４】
その場合（例えば、不活動の期間中、あるいは、より低い規則性、またはより低い稼働強度で用いられるとき）、熱損失速度を向上させ、それによって過熱を防止するために、過剰量の断熱材（例えば、熱損失速度の低減）ならびに作動式の受動的冷却、例えば、弁、リフトゲート、もしくは（１または複数の）その他の熱除去機構の開放、を行う能力をもつようにシステムを構成することが望ましいかもしれない。ある場合において、システムの熱維持区域（例えば、熱チャンバを備えた区域）の外側から空気を輸送できる、システム内の冷却チャネルを作動させ、システムの（例えば、内部の）１つ以上の（例えば、専用）チャネルを空気が移動するようにしうる。システム内で加熱された空気は、システムの１つ以上のチャネルを通ってシステムの外に（例えば、安全に）流出できる。このとき、強制空気対流システム（例えば、ファン、ブロワ、エアハンドラ等）を用いてもいいし、用いなくてもよい。ある場合において、空気輸送チャネルは、熱除去機能が作動するときに自然対流が生じるように構成しうる。
【０１３５】
不活動の期間中、あるいは、より低い規則性、またはより低い稼働強度で用いられるとき、システムは、システムに熱を付与しなくても、ある所与の温度（例えば、ある所定の最低動作下限温度、例えば、少なくとも約３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、４７５℃、５００℃、５５０℃、または６００℃等）より高い温度で継続して動作し（または「休止」動作モードで存在し、いつでも充電もしくは放電できる状態にあり）うる。したがって、高温電池のロバストシステム設計は、システムの過断熱と作動式の受動的冷却の実施とを含みうる。かかるシステム構成は、不活動の期間中、および／またはより低い規則性／稼働強度での使用中に、より効率的な動作を可能にしうるとともに、正常に（例えば、セルが充電もしくは放電される活動期間中、および／または規則的／高い稼働強度での使用中に、意図したとおりに）動作するときに効率的な動作を可能にしうる。過断熱と作動式の受動的冷却は、ある場合において、システムがより低い規則性またはより低い稼働強度で用いられる期間に、より高い効率となりうる（例えば、最も効果的に利用されうる）。
【０１３６】
熱管理システムは、過熱防止のため（例えば、特にシステムが断熱されうるため）、充電および／または放電中に生じる熱を（例えば、能動的冷却もしくは作動式の受動的冷却を用いて）放散する必要がありうる。例えば、熱管理システムは、正常な／規則的な充電中、および／または、より強い電力放電中に生じる熱を放散するように構成できる。ある場合において、休止期間中、および／または低い稼働強度での動作中（例えば、低い充電および／または放電速度での動作時）にシステムを最低動作温度より高い温度に維持するため、ヒータを用いてシステムに熱を付与することができる。
【０１３７】
［フレームを用いた熱管理］
熱管理システムは、冷却用コンジットとして構成される、装置の１つ以上の構造部材の助力のもとで、実装されうる。ある場合において、熱管理システムは、装置上の１つ以上のフレームの助力のもとで、実装されうる。本明細書には、例えば高温電池等の、上昇温度もしくは高温装置における（１または複数の）熱管理用コンジットを備えたフレーム構造体の例をいくつか記載している。
【０１３８】
本開示のエネルギー貯蔵システムは、複数の電気化学セルの少なくとも一部を支持するフレームを備えることができる。フレームは、熱管理流体を上記複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させる１つ以上の流体流通路を有することができる。熱管理流体は任意の好適な流体とすることができる。これには、空気、浄化／清浄化空気、ガス（例えば、ヘリウム、アルゴン、超臨界ＣＯ２）、オイル、水、溶融塩、または蒸気が挙げられるが、これらには限定されない。ガスの例として、アルゴンまたは窒素が挙げられる。ある場合には周囲空気を使用しうる。ある場合に、熱管理流体は大きい熱容量を有する。
【０１３９】
図８は、電池（例えば、液体金属電池）等のエネルギー貯蔵装置のフレーム８０１構造体を熱管理流体が流れる例を示す。フレームは、装置内もしくは装置を備えたシステム内に１つ以上の機能（例えば、複数のクリティカルな機能）を有しうる。かかる（１または複数の）機能の例として以下のものが挙げられるが、これらには限定されない：（ｉ）装置／システム内のセルおよび／またはセルのグループ（例えば、モジュール、パック、および／またはコア）に対して機械的な支持を提供する、（ｉｉ）セルまたはセルのグループが互いに直接短絡しない、または接地された接続部と短絡しないようにする、（ｉｉｉ）セルおよび／またはセルのグループ（例えば、モジュールおよび／またはパック）と他の電気的に活性でない構造部材との間に絶縁性を維持する、および／または（ｉｖ）電池（または電池システム）の熱管理を助けるために熱管理流体が流れる経路を提供する。ある場合において、フレーム８０１はフレーム要素８０５（例えば、フレームを構築するためにつなぎあわせることができるフレームの個片）を含む（例えば、同個片で構築する）ことができる。フレーム要素８０５は、例えば、管、パイプ、または筒型トラスを含むことができる。フレーム要素は互いに溶接できる。ある場合において、フレーム８０１は一体的に形成できる。ある場合において、フレーム８０１および／またはその（１または複数の）部分は装置／システム内の他の（１または複数の）フレームと連結できる。ある場合において、熱管理流体の流通路はフレーム構造体の１つ以上の部分と溶接、または他の方法で接続もしくは連結しうる。例えば、フレーム８０１もしくは個々の（１または複数の）フレーム要素８０５上の１つ以上の流体導入口または放出口に対して外部配管を連結しうる。（１または複数の）流体導入口／（１または複数の）放出口は、フレーム内または（１または複数の）フレーム要素内の流体流コンジットと流体連通しうる。
【０１４０】
フレームは任意の好適なサイズまたは形状とすることができる。ある場合において、フレームは矩形の箱であり、例えば、図８に示すように任意の数の鉛直および水平フレーム要素８０５を含む。フレームは、電気化学セルを直列および／または並列構成で機械的および／または構造的に支持できる。ある場合において、フレームは、任意の数のセルを有する複数のサブセット（例えば、本明細書の別所に記載するようなセルのグループ）に電気化学セルを区分する。サブセット内の電気化学セルは並列および／または直接に接続できる。さらに、本明細書の別所により詳しく記載するように、フレームは他の（１または複数の）フレームと連結および／または他の方法で接続できる。例えば、セルのグループはフレームを含む（および／またはフレーム内部に包含されるか、もしくはフレームによって支持される）ことができ、またフレームを用いてセルのグループをより大きなユニットに組み立てることができる。組立は隣接フレーム内の流体コンジットの連結過程を含みうる。
【０１４１】
フレーム（またはその任意の一部分）は断熱材とインタフェースするように構成しうる。いくつかの実装において、フレームは、断熱材を取り付ける拘束もしくはつなぎ位置の働きをする１つ以上の特定領域もしくは部分を含むことができる。いくつかの例において、断熱材は、フレーム（またはその任意の一部分）に恒久的に接続（例えば、溶接もしくは接合）されうる剛性の金属接続部を介してフレームに取り付けうる。他の例において、断熱材は、（例えば、点検時のアクセスや定期的な交換を容易にするために）接続点が取り外し可能もしくは交換可能となるようにフレームに接続しうる。フレームに対する断熱材の組立は、組立体の断熱領域（例えば、断熱材および／または断熱材を貫通するコンジットもしくは接続部を含む領域）が、組立体の被断熱領域（例えば、装置の熱チャンバを含む領域、またはシステムの熱維持区域）と、組立体の非断熱領域および／または周囲環境との間に直接的な熱経路を形成しないように行いうる。
【０１４２】
絶縁体の実装は、多層構成（例えば、図１２参照）を含みうる。例えば、断熱構造体（例えば、図１２の断熱材の部分１２００等）は、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、または４０の層を含みうる。これらの層（またはその任意のサブセット）は、同一、類似（例えば、化学的に類似の材料を含む、もしくは少なくとも約１０％  ４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％の共通材料を含む混合物を含む）、または異なる材料で、形成されうる。ある場合において、ある所与の断熱構造体内の層の少なくとも約、または約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、または１００％、またはほぼいずれかの値未満、は同一または類似である。ある場合において、層構造は断熱性能を補強しうる。例えば、層間の空気もしくは結合材料の薄膜は、追加的な断熱界面を形成しうる。
【０１４３】
フレームは、上記複数の電気化学セルの少なくともサブセットを含有するチャンバを含むことができる。フレームまたはチャンバは、任意の数の電気化学セル（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、またはそれより多い個数）を含有できる。ある場合において、フレームまたはチャンバは、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５０、少なくとも約６０、少なくとも約８０、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、または少なくとも約７００個の電気化学セルを含む。チャンバは熱チャンバとすることができる。ある場合において、フレームまたはチャンバは複数の熱チャンバを含むことができる。
【０１４４】
図８を引き続き参照すると、フレームは１つまたは複数の流体流通路を含むことができる。いくつかの実装において、それらの流体流通路は並行でありうる。例えば、並行流体流通路は複数備わりうる。流体流通路の少なくとも一部分は（例えば、本開示の制御システムによって）別々に制御可能でありうる。かかる制御は、１つ以上の流通路の開放／閉止、（１または複数の）流量の制御もしくは維持、流体温度の制御もしくは維持、等を含みうる。例えば、並行流体流通路の少なくとも２つの流体流量（例えば、質量流量、体積流量）を別々に制御可能にできる。熱管理流体は例えば８１０において１つ以上の開口を通って流体流通路に入ることができる。流体はその後、任意の数の（例えば、直交、並行）流体流通路８０５を通ってフレームを流れることができる。個々の流体流通路は、円形、正方形、長方形、卵形（ｏｖａｌ）、または他の好適な形状の断面形状を有しうる。流体流通路は、約０．１ｃｍ２未満、約０．５ｃｍ２未満、約１ｃｍ２未満、約２ｃｍ２未満、約５ｃｍ２未満、約１０ｃｍ２未満、約２０ｃｍ２未満、約５０ｃｍ２未満、または約１００ｃｍ２未満の断面積を有しうる。流体は例えば８１５において１つ以上の開口を通って流体流通路を出ることができる。代替的な構成において、流体は８１５においてフレームに入り、８１０において出ることができる。さらに、それに代わりって、もしくはそれに加えて、流体は、フレームの任意の外面もしくは境界において（例えば、導入口／放出口８１０または８１５を含む外面／境界に直交もしくは隣接する外面において）フレームに入る、および／またはフレームを出ることができる。ある場合において、熱管理流体は第１の開口を通ってフレームに入り、複数の流体流通路に分割され、第２の開口を通って流出する。ある場合において、熱管理流体は２つ以上の異なる開口を通ってフレームに入る。熱管理流体は、各流通路内の流体を隔てる異なる熱流通路（例えば、それぞれが１つ以上の異なる開口、例えば、別個の導入口および／または別個の放出口等、と流体連通するもの）を流れうる。それにより、システムは各流通路の流体流量を別々に制御可能となる（例えば、それぞれがそれ自身の流体流制御アクチュエータ、例えば、ライフゲートまたは弁等によって制御される）。かかる流体制御は、本開示の方法を実施するように構成された制御システム（例えば、図１１のシステム１１００）の助力のもとで実現されうる。
【０１４５】
ある場合において、熱管理流体は電気化学セルと接触しない（例えば、熱管理流体はフレーム要素内に保持できる）。フレームは、プラスチック、アルミニウム、鋼、またはステンレス鋼を含む任意の好適な材料から製造できる。フレームは耐食性を有することができる。ある場合において、フレームは熱管理流体と接触し、かつ熱管理流体に対して化学的耐性を有する。本開示は、フレームの複数の使用法（「複合使用」）を実現する。これには例えば、高温域の中央と直接的に接触し、装置／システムの最高温点から熱を吸収する（例えば、熱を除去する）ことが含まれる。ある場合において、熱管理流体はセルとは接触しない（例えば、それにより、セルの寿命が延び、かつシステムの複雑さが低減する）。フレームは、反応性物質（例えば、反応性金属）、例えば、電気化学セルに用いられる反応性金属等、に対して化学的耐性を有する（例えば、そのことにより、電気化学セルの１つに漏れが生じた場合にも、フレームはその構造を維持できる）。
【０１４６】
フレームは、熱伝達を選択的に加速する特徴もしくは特性（例えば、形状的特徴）を有することができる（例えば、フレーム要素の厚さまたは組成、および／または（１または複数の）流体流通路の断面積もしくは直径を変えることで、電気化学セルと熱管理流体との間を通過する熱量を増減できる）。例えば、フレームもしくはその一部の寸法（例えば、フレーム内の流体流通路の厚さ、断面積、もしくは直径、またはフレーム全体の熱質量）を、（例えば、システム内でのフレームもしくはフレームの一部の位置に従って）熱伝達を選択的に加速するように構成できる。さまざまな形状的特徴によってさまざまな構成の熱管理流体ルーティングが可能になりうる。ある場合において、流体流通路をセルの間またはセルのグループの間（例えば、パックの間）にルーティングすることで、システムからの選択的な熱除去が可能になりうる。ある場合において、流体は１つ以上のセルハウジング（もしくはその一部）、またはフレーム、相互接続部、もしくは個々のセルもしくはセルのグループに関わるその他の構造部材もしくは熱伝達部材上に、直接ルーティングできる。ある場合において、流体は、ダクト、管、フィン、またはその他の熱伝達部材を介してルーティングしえ、かつ同部材は１つ以上のセルハウジング（またはその一部）と接触するか、またはフレーム、相互接続部、もしくは個々のセルもしくはセルのグループに関わるその他の構造部材もしくは熱伝達部材と接触する。
【０１４７】
システムは断熱可能である。ある場合において、断熱材がフレーム（またはフレーム要素）を囲む、および／または（１または複数の）流体流チャネルの内部に提供される。流体流チャネル内部の断熱材は、熱伝達流体（本明細書では「熱管理流体」ともいう）と流体流チャネル（例えば、ステンレス鋼フレーム）の１つ以上の構造部分との間に断熱を提供できる。断熱材はシステムの熱管理を促進するように分散できる。システム／装置および／またはフレームの中央における、もしくは中央付近の（例えば、中央に対向する）（例えば、加熱域における、もしくは加熱域付近の）断熱材の量（例えば、体積、質量、厚さ、合計断熱能力、等）は、システム／装置および／またはフレームの周辺部における、もしくは周辺部付近の（例えば、加熱域もしくはその付近ではない、または中央とは逆の方向を向く）断熱材の量より少なくしうる。例えば、システム内の所定位置からの熱除去を助けるために、システムは流体流通路の少なくとも一部分に沿って断熱材を備えうる。任意の部分に沿った断熱材の量は、位置に応じて変化しうる。例えば、加熱域に近い、もしくは隣接する位置には最低量の断熱材が提供されうる（例えば、断熱材は、システムの加熱域に隣接する流体流通路の部分において相対的に薄い、および／または断熱材は、加熱域の中央付近もしくは中央に隣接する流体流通路の部分において相対的に薄い、および／または断熱材は、ある特定のセルのグループの付近もしくは同グループに隣接する流体流通路の部分において相対的に薄い）。
【０１４８】
図９は、システムにおいて高温の度合いが低い部分よりシステムにおいて高温の度合いが高い部分からより多くの熱を排出するように構成された断熱材の分布例である。図に示すように、方形管９１０（高さ（または長さ）９２５および幅９３０を有する）の中に断熱インサート９０５を設け、それによって、（例えば、任意の熱管理流体流通路の長さ（または高さもしくは幅）方向に温度勾配が存在する場合に）上下領域９１５における管内の断熱を中央部９２０の断熱よりも強めるようにすることができる。いくつかの例において、装置／システム内部の、または装置／システム（例えば、パック）の一部における、温度勾配を低減もしくは最小化するために、装置／システム（例えば、コア）のある特定位置から熱を選択的に取り出すように、流通路もしくはチャネルに対して断熱材を内張りすることができる。
【０１４９】
ある場合において、システムはダクト管を備える。図１０を参照すると、電気化学セルのグループ１０１０（例えば、フレームによって囲まれたもの）の間にダクト管１００５を設けることができる。ダクト管には（例えば、フレームを流れる熱管理流体に加えて、もしくは代わりって）熱管理流体を流すことができる。フレーム要素を流れる熱管理流体は、ダクト管を流れる流体と同じまたは異なるものとすることができる。断熱材の端もしくは隙間に沿って、または断熱材を貫通するように、追加的なダクト管を追加できる。いくつかの例において、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１５、１６、１８、２０個、またはそれより多い水平、鉛直、螺旋形、湾曲型、および／またはその他のダクトが提供されうる。
【０１５０】
流体ダクト、流体流通路（例えば、大容量流通路および小容量細管）、および直接流体接触界面は、さまざまなサイズおよび容量（例えば、流体流量、流体種別、セルハウジング材料、ダクト材料、流体流通路材料、等によって決まる熱伝達能力、の熱伝達要素／界面の階層体系を形成できる。異なる領域もしくは状況には異なる種類の熱伝達要素が好適でありうる（例えば、流通路および／またはダクトのサイズは流体と（１または複数の）セルの温度差に応じて構成されうる、または好適な構成は動作温度に基づいて選択されうる）。
【０１５１】
システムは、フレームおよび／またはダクト管の１つ以上の流体流通路に熱管理流体を通すように構成および配置される流体流通系をさらに備えることができる。流体流通系はポンプ、ファン、ブロワ、および／または熱管理流体を移動させるその他の好適な装置を備えることができる。流体流の誘導に使用する装置は、流体流通路の導入口付近の低温域、流体流通路の放出口付近、またはシステムの高温域の内部と流体流通路の内部もしくは周辺に、設けることができる。ある場合において、流体流通系は、個々の流体流チャネルもしくは流通路を通して熱管理流体を移動させる、複数のポンプ、ファン、ブロワ、および／またはその他の好適な装置を備えることができる。例えば、ポンプもしくはファンは個々の流体流通路に対して設けることができる。別の例において、流体は、互いに流体連通された複数の（例えば、並列の）流体流通路を、流通路の１つの内部もしくは位置に設けられたポンプもしくはファンによって貫流させられうる；残りの流通路を流れる流体移動は、ベンチュリ効果によって生じうる。ある場合において、流体流（例えば、冷却）流通路への流体の流入を可能にする前（例えば、流体の流入を認める前）に、システムへの熱衝撃を防止するために流体の前処理（例えば、予熱）が行われうる。
【０１５２】
いくつかの例において、流体流通系はシステムの高温域内のある特定もしくは異なる領域に対して個別の熱制御を実施できる（例えば、システムは１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、５０、またはそれより多い個別の制御区域を備えうる）。ある場合において、流体流チャネルは、セルの１つ以上の特定グループ（例えば、パックまたは一群のパック）の目標のある熱管理（例えば、冷却）を行うように構成できる。高温域内の特定領域に対して熱制御を行うことで、熱管理／制御システムは、システム全体（例えば、電池、および／または電池を含むシステム）の等温性を向上させうる。それにより、システム内の温度勾配の存在およびシフトによって生じうるシステムへの応力が低減もしくは最小化される。
【０１５３】
いくつかの実装において、流体流通系は常時動作する。例えば、流れが完全に停止した場合、ファン（流体流通系の構成要素の一例）および／または流体流通系の（１または複数の）その他の構成要素が過熱および／または溶解することがある（したがって、例えば、ファンには５５０℃の環境に適合した定格が求められる）。そのため、システムは遊休期間中に少量の空気流を（例えば、装置もしくはシステム（例えば、コア）の底部において）緩衝域として維持し、それによって流体流（例えば、冷却）流通路もしくは管の内部にわずかな正圧（または過剰圧力）を生成しうる。これにより、システムの底面（または、ある所与の面）を通した熱損失が最小限になり、かつファン（および／または流体流通系の（１または複数の）その他の構成要素）が確実に十分に低温に維持される（例えば、ある指定の低温域内、またはある所与の最高もしくは定格温度未満に確実にとどまる）。ある場合において、少量の空気流はファンによって提供される。
【０１５４】
いくつかの実装において、流体流通系は（例えば、能動的に流体を流体流通路に強制流入させるファン、ブロワ、またはポンプがなくても）受動的に動作する。装置もしくはシステムを流れる熱管理流体の運動は主として自然対流によって駆動できる。例えば、システムは、ガスもしくは空気を加熱されるシステム空洞部（例えば、熱チャンバ）へ流入、および／または、同部から流出可能にする、流体流通路の導入口および／または放出口に、弁、ダンパ、または「リフトゲート」の構成要素を備えうる。高温空気（またはガス）が上昇し、それより低温の空気（またはガス）を流体流チャンバに向けて引き下ろす現象を利用することにより、この対流過程は、高温空気を上昇させて（例えば、煙突のような）流体流通路から流出させることができる。ある場合において、自然対流は、流体流通路の導入口（例えば、流体流通路が周囲温度、外部環境からシステムの高温域に移り変わる位置）を加熱域（本明細書では「高温域」ともいう）の底部付近に位置づけることによって、また流体流通路の出口を加熱域の上面付近に位置づけることによって、有効化および／または強化される。
【０１５５】
いくつかの例において、流体流通系は、システムもしくはシステムの一部の温度を動作温度（例えば、約１５０℃と７５０℃の間、または約４５０℃と５５０℃の間）に維持するように選択されるある調整可能な流量で熱管理流体を提供するように、構成またはプログラムされる。流体流通系は、管理／制御システムの（または管理／制御システムと通信状態にある）１つ以上のコンピュータまたはプロセッサによって制御されうる（例えば、流体流通系は熱管理／制御システムによって制御されうる）。いくつかの例において、熱管理システムと流体流通系とは、システムの全体的な信頼性向上のために冗長構成のコンピュータまたはプロセッサによって制御される。
【０１５６】
流体流通系は、熱管理流体を提供してシステムの少なくとも一部分もしくはシステム全体（例えば、エネルギー貯蔵装置もしくはシステム）を急速冷却するように構成またはプログラムされうる。急速冷却は、非常もしくは破局的事象（例えば、セル活性成分の破局的な漏れ、火災、地震、洪水等）の場合、または計画もしくは計画外保守工程（例えば、故障セルもしくはセルパック、管理／制御システム用ボード、および／またはその他のシステム構成要素の交換を目的としたもの）の場合に、必要とされうる、および／または所望されうる。例えば、急速冷却は、システム／装置内の１つ以上のセルの（例えば、気密密閉性の喪失に至る）故障もしくは破損時に使用されうる。かかる故障もしくは破損は、熱管理を提供するように構成された制御システムによって検出されうる。ある場合において、セル破損は小規模でありえ、セルおよび／または電池性能が何日または何週間（例えば、１、２、５、１０、１５、もしくは２０日間、または数週間）かにわたって段階的に劣化する状況が生じうる。他の場合において、セル破損はセルおよび／または電池性能における即時的な（例えば、約１、５、１０、３０、４０、５０、もしくは６０秒未満以内、約１、２、５、１０、２０、３０、４０、もしくは５０分未満以内、約１、２、３、４、６、８、１０、１２、１６、もしくは２０時間未満以内、または約１日未満以内の）劣化を引き起こしえ、システムは充電および／または放電を直ちに停止させる必要がありうる。セル破損によるセルおよび／または電池性能の即時的な劣化の場合、冷却過程を加速するために非常冷却工程、例えば、１つ以上のファン／ブロワの始動、および／または弁／リフトゲートの開放等を開始しうる。熱管理システムのファン／ブロワは、ある場合において、緊急冷却工程中にのみ開始されうる。ある場合において、急速冷却はシステムの温度がある所与の温度（例えば、臨界（安全）温度）、例えば、電解質（例えば、溶融塩）および／または電極（例えば、液体金属）の凝固点等を超えたとき、またはある特定の活性セル材料の可燃温度（ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を超えたときにのみ開始されうる。いくつかの例において、臨界温度は約５５０℃、５００℃、４５０℃、４００℃、３５０℃、３００℃、２５０℃、２００℃、１５０℃、または１００℃以上である。急速冷却は、システムの１つ以上の流体流通路における熱管理流体の流量を増加させることを含みうる。流量は選択的に制御されうる。かかる流体流通路の少なくとも一部分は、故障もしくは非常条件が検出されるシステムの部分（例えば、故障セル）に隣接しうる。
【０１５７】
緊急冷却過程は急速冷却工程を含みうる。かかる過程（または方法）は、制御システムによって開始および／または制御されうる。その方法は、潜在的に危険な事象（例えば、地震および／またはセル破損）に応答して、エネルギー貯蔵システムの少なくとも一部分を急速冷却するために用いられうる。その方法は、システムがある所与の条件にあるとき、例えば、システム（またはその一部）がある所与の動作温度（例えば、本明細書中の任意の動作温度）以上（例えば、少なくとも約５℃、１０℃、２０℃、５０℃、または１００℃超）になったとき、またはある所与の臨界温度（例えば、臨界凝固温度）以上（例えば、少なくとも約５℃、１０℃、２０℃、５０℃、または１００℃超）になったときに実行されうる。急速冷却時、システム、装置、またはその一部（例えば、電池内の電気化学セルの少なくとも１つ）の温度は、ある所与のしきい値を下回りうる。一例において、電気化学セルの少なくとも１つにおける温度は、１つ以上のセル構成要素の凝固点を下回りうる（例えば、複数の電気化学セルにおける最高温部は、その動作温度から電解質の凝固点より低い温度まで下がることができる）。降温はある所与の期間（「冷却所要時間」）内に達成されうる。例えば、冷却は約５秒、１０秒、３０秒、４５秒、１分、２分、５分、１０分、２０分、３０分、４５分、６０分、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、３０時間、３６時間、４２時間、または４８時間未満で達成されうる。一例において、複数の電気化学セルにおける最高温部は、その動作温度から電解質の凝固点より低い温度に約４時間未満で低下できる。
【０１５８】
システムから除去される熱の少なくとも一部は大気もしくは環境中に放出される（例えば、失われる）。ある場合において、システムから除去される熱の少なくとも一部は別の用途（例えば、家屋の暖房もしくはコージェネレーションによる産業プロセス、または電子部品の低温下の防止）において貯蔵もしくは使用できる。いくつかの実装において、熱エネルギーを貯蔵するように構成された循環流体流通系を含むシステムが提供できる。（例えば、装置の）１つ以上の流体流通路を循環流体流通系のある流体流通路と流体連通させることができる。循環流体流通系は熱エネルギー貯蔵媒体を含むことができる。熱エネルギー貯蔵媒体は、任意の好適な媒体を含むことができる。媒体の例として、溶融塩（例えば、本明細書に記載する任意の溶融塩）、砂利、砂、蒸気、または水が挙げられるが、これらには限定されない。熱エネルギー貯蔵媒体は貯蔵容器内に格納されうる。ある場合において、熱エネルギー貯蔵媒体は熱管理流体とすることができる。
【０１５９】
［断熱と熱障壁］
エネルギー貯蔵装置またはシステムの構成要素の少なくとも一部（例えば、電気化学セル、セルのグループ、例えばパックやフレーム等）を、断熱境界によって、エネルギー貯蔵装置またはシステムの他の室温要素から断熱しうる。熱境界（例えば、（１または複数の）熱障壁を含む熱境界）の片側が、セルの動作にとって好適な（例えば、必要な）温度以上に維持できる（例えば、高温域）一方で、熱境界の他方側を室温もしくは周囲温度条件により近い温度に維持可能にする（例えば、低温域）、（１または複数の）熱障壁を規定することを断熱材は支援できる。
【０１６０】
断熱材は、熱伝達に関するインピーダンス（本明細書では「熱インピーダンス」ともいう）が既知の（例えば、高い）材料を含有しうる。かかる材料は、シート、タイル、ラップ、テープ、または他の（例えば、同様の）フォームファクタでパッケージ化されえ、このとき、高温の領域（本明細書では「高温域」ともいう）の周囲にパッケージ化されうる。上で図１２を参照して説明したように、ある場合において、断熱材の異なる層を同じアセンブリ（例えば、フレームの形に組み立てられた、断熱材を含むアセンブリ）内に用いてもよい。例えば、ある層は第１の熱インピーダンスを有する断熱物を使用しえ、後続の層は１つ以上の異なる熱インピーダンス（例えば、第２の熱インピーダンス、第３の熱インピーダンス等）を有する材料を含有しうる。断熱材は一群もしくはひとパッケージの構成要素を含みうる。断熱パッケージは断熱材の１つ以上の層（例えば、断熱材料の１つ以上の層）を含むことができる。いくつかの例において、断熱材の層には取り外し可能および／または交換可能な構成要素（例えば、タイル）が組み込まれうる。いくつかの例において、断熱パッケージにはモータもしくはサーボドライブによって移動可能な層が含まれえ、もしくは組み込まれえ、システムの温度管理の補助に用いられうる。例えば、制御システムはアクチュエータ（例えば、モータまたはサーボドライブ）を作動させて、断熱パッケージの断熱特性が変化（例えば、低下）するように断熱パッケージの１つ以上の部分の位置もしくは構成を変化させえ、それによってシステムの熱損失の速度を上昇、維持、または低減しうる。かかる過程は制御システムによって制御しえ、またシステムの熱管理制御の一部でありうる。
【０１６１】
（例えば、断熱材の内側にある）電気化学セルをエネルギー貯蔵システムの（例えば、断熱材の外側にある）他の構成要素に接続するために、断熱材は、ワイヤ、センサ、および／または大電流／高電圧（例えば、セル電流もしくはセル電圧）接続部（本明細書では「接続部」と総称）が貫通できる専用の領域もしくは部分（「貫通部」）を有しうる。例えば、貫通部は、管理／制御システム（例えば、図１１のシステム１１００）と通信状態にあるワイヤおよび／またはセンサを保持しうる。かかるセンサは、例えば、システムの高温域に設けられた、またはシステムの高温域と熱的に連通する、１つ以上の温度センサを含みうる。いくつかの例において、貫通部は電圧（例えば、低電圧）検知ワイヤのみを保持する。電圧検知ワイヤは少量の電流（例えば、約１０ミリアンペア（ｍＡ）未満もしくは約１ｍＡ未満）のみを扱う（例えば、耐えられる）ように設計されうる。いくつかの例において、貫通部は、電圧検知ワイヤ、および／または電流をセルへ／から分配するワイヤを保持する。いくつかの例において、貫通部は、バスバーに至る大電流および／または高電圧ワイヤを保持する。貫通部は、例えば、円形、長方形、正方形、卵形、または多角形の断面を有しうる。かかる貫通部は、約０．０００１平方センチメートル（ｃｍ２）超、約０．００１ｃｍ２超、約０．０１ｃｍ２超、約０．１ｃｍ２超、約１ｃｍ２超、または約１０ｃｍ２超）の断面積を有しうる）。
【０１６２】
図１２は断熱構造体部分１２００の一例である。断熱構造体部分１２００は、第１の断熱層１２０５と、第２の断熱層１２１０と、第３の断熱層１２１５とを備える。第１の断熱層１２０５の第１の表面は、高温（例えば、内側）域１２２５内の（もしくはそれに隣接する）フレーム（もしくは（１または複数の）フレーム要素）１２２０と接触できる、またはそれに隣接する位置に配置できる。フレーム１２２０は流通路（例えば、空気流通路）１２３５を含むことができる。第１の断熱層１２０５の第２の表面は、第２の断熱層１２１０の第１の表面と接触できる、またはそれに隣接する位置に配置できる。第２の断熱層１２１０の第２の表面は第３の断熱層１２１５の第１の表面と接触できる、またはそれに隣接する位置に配置できる。第３の断熱層１２１５の第２の表面は、外皮１２３０と接触できる、またはそれに隣接する位置に配置できる。外皮１２３０は冷温もしくは低温（例えば、外側）域１２４０と対向しうる。本明細書の装置の断熱材は、ある場合において、少なくとも約１、２、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３５、４０、４５、５０、７５、または１００の断熱構造体部分（例えば、構造体部分１２００等）を含みうる。
【０１６３】
貫通部（例えば、高熱効率貫通部）１２４５は、層１２０５の第１の表面から層１２０５と層１２１０と層１２１５と外皮１２３０とを通って冷温／低温域１２４０に至るコンジットを提供する。ワイヤ、センサ、および／または大電流／高電圧接続部（図示せず）が高温域／側１２２５から冷温／低温域／側１２４０に貫通しうる。
【０１６４】
貫通部は良好な熱効率によって貫通部を経る過剰な熱損失を制限もしくは防止しうる。ある場合において、貫通部には熱インピーダンスが高い（１または複数の）材料を充填でき、それによってシステムの高温域からそれより低温の領域への（例えば、１つ以上の低温域への）熱伝達を制限もしくは低減することができる。充填材料は均一であってもよいし（例えば、１種類の材料が貫通部全体を満たす）、または不均一であってもよい（例えば、１つの貫通部において２種類以上の異なる材料が充填材として使用される）。ある場合において、貫通部は、貫通部を経る熱伝達を制限もしくは低減しうる１つ以上の栓および／または１つ以上の終端キャップを備えることができる。（１または複数の）栓および／または（１または複数の）終端キャップは、熱インピーダンスが高い材料を貫通構造体内に内包しうる。いくつかの例において、点検もしくは修理の一環として貫通部とともにタイル（またはシート、ラップ、テープ等）を取り外しうるようにして、貫通構造体全体を断熱材のタイル（またはシート、ラップ、テープ等）上に搭載することができる。
【０１６５】
図１３Ａは終端キャップ１３２０を備えた貫通部１３００の一例である。貫通部１３００は断熱層１３０５、１３１０、および１３１５で囲むことができる。あるいは、貫通部１３００は充填材１３０５、１３１０、および１３１５を含む（例えば、それらで充填する）ことができる。貫通部は、導電性の構成要素（図示せず）、例えば、（１または複数の）電圧検知ワイヤ、（１または複数の）大電流通電ワイヤ、または熱測定に関わる（１または複数の）ワイヤ（例えば、熱電対ワイヤ）等を備えうる。断熱層もしくは充填材１３０５、１３１０、および１３１５は、高温域１３２５と冷温（例えば、室温）域１３４０の間に配置されうる。貫通部の壁面もしくは境界１３３０に終端キャップ１３２０を取り付けうる。壁面１３３０は貫通部の長さ１３４５全域にわたって伸びてもいいし、そうでなくてもよい。ある場合において、壁面１３３０は最後の充填材１３１５を越えて伸びうる。その場合、充填材１３１５と終端キャップ１３２０の間に空隙１３３５が形成されうる。ある場合において、貫通部は壁面１３３０を備えなくてもよく、終端キャップ１３２０が最後の充填材１３１５に対して直接取り付けられうる。その場合、空隙１３３５が形成されてもいいし、されなくてもよい。終端キャップ１３２０は１つ以上のフランジ１３５０を有することができる。
【０１６６】
貫通部を通過するワイヤは、特殊な材料（例えば、システムの動作温度またはそれより高い温度において安定的な材料、抗酸化材料、システムの動作温度において好適な（例えば、十分な、および／または高い）導電性を有する材料）を含有しうる。そのような材料として、例えば、ニッケル、アルミニウム、青銅、真鍮、ステンレス鋼、またはその任意の組み合わせ等が挙げられる。かかる材料は、熱によるワイヤの腐食を制限もしくは低減しうる。貫通部内のワイヤは、高温で安定な材料から、導電性がより高いが高温安定性に劣る材料（例えば、銅）へと（例えば、順次）変化しうる。いくつかの例において、貫通部内のワイヤは、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、またはそれより多くの異なる部分を含む。それらの部分は異なる材料を含有しうる。それらの部分は一体的に形成するか、または互いに接合（例えば、溶接）することで、複合ワイヤを形成しうる。ある場合において、これらの材料は、高温側に隣接する貫通部の領域における高温安定性が最も高い（かつ、ある場合に導電性はより低い）材料から、低温側に隣接する領域における導電性が最も高い（かつ、ある場合に高温安定性はより低い）材料へと、順番に配置されうる。
【０１６７】
貫通部は、貫通構造体に組み込まれた（例えば、貫通構造体と一体的に形成された）ワイヤを備えうる。ある場合において、システム内の異なる貫通部は、ワイヤ長、貫通部内でのワイヤの位置、および／またはワイヤ間の間隔が上記異なる貫通部の間で同じであるように設計されうる。ある場合において、貫通部は、貫通部内を浮遊するワイヤを備えうる。ある場合において、ワイヤは、熱インピーダンスが高い材料中に鋳込まれ、もしくは設置されうる。このとき、ワイヤは、システムの高い温度（例えば、高温）域と低い温度（例えば、冷温／低温、室温）域との間に直線的な接続を形成しない。このように配線されたワイヤは貫通部内に過剰な長さが組み込まれ、それにより、ワイヤが貫通部内の熱インピーダンス材料の不均一層を通過するときに、ワイヤによって伝達される熱エネルギーが放出できるようにしうる。ワイヤの（実際の）長さは、例えば、高温域から冷温域までの距離（例えば、貫通部の長さ）より少なくとも約１．５倍、少なくとも約２倍、少なくとも約５倍、少なくとも約１０倍、少なくとも約５０倍、または少なくとも約１００倍長いものでありうる。これは、ワイヤと電子部品との相互接続、および／またはシステム点検用アクセス／接触の領域の安全化を容易に、および／または確実に行うのを助けうる。
【０１６８】
図１３Ｂは貫通部１３００の別の例であり、貫通部１３００はワイヤ１３５５をさらに備える。ワイヤ１３５５（または複数のかかるワイヤ）は、遠回り（例えば、ジグザグ、スパイラル、ヘリカル）の（貫通部を通る）パターンもしくは経路を有しうる。これにより、高温域１３２５から冷温域１３４０への直接的な熱的開口を防止できる。貫通部内の１つ以上のワイヤを通って伝達される熱の速度は、次の１つ以上と関係しうる、もしくはそれらに依存しうる：高温域と冷温域との温度差、（１または複数の）ワイヤの断面積、（１または複数の）ワイヤの（１または複数の）材料の熱伝導率、および（１または複数の）ワイヤの長さの逆数。ある場合において、断面積をさらに低減すると、破断および／または酸化しやすい、機械的にもろいワイヤが生じうる。ワイヤを通って伝達される熱の量を低減するため、ワイヤは貫通部の長さよりかなり長い長さを有しうる。ワイヤの長さは余分なワイヤループ１３６０によって増加しえ、ワイヤを通って伝達される熱の量が低減されうる。ワイヤはヘリカルコイルの形状、例えば、高温域から冷温域にかけて円形の幾何学的経路に沿って螺旋を描くワイヤ等の形に構成しうる。ヘリカル構造の軸は、高温域から冷温域に至る熱流通路の方向とほぼ並行（例えば、実質的に並行）とすることができる。ワイヤは他の形状、例えば、卵形、正方形、長方形、多角形、および／またはその他の断面形状を有するヘリカル型形状等に構成しうる。熱放散により、熱が冷温側（例えば、室温域）１３４０の電子部品に結合することを低減もしくは防止しうる。
【０１６９】
貫通部は赤外線（ＩＲ）反射コーティングを含みうる。ＩＲコーティングは赤外線損失を介した熱伝達を制限もしくは低減するために貫通部に塗布されうる。いくつかの例において、ワイヤを保持する貫通部は、摩擦によるワイヤ断熱材の損失を防止するために、ワイヤ断熱材（例えば、ワイヤ断熱材料）の摩耗を低減するコーティングを備えうる。
【０１７０】
［エネルギー貯蔵システムの運用方法］
本開示はエネルギー貯蔵システムの運用方法を提供する。ある場合において、この方法は、フレーム構造体によって支持される複数の電気化学セルを備えたエネルギー貯蔵システムを提供する工程を含む。上記複数の電気化学セルの個々のセルは負電極、電解質、および正電極を含むことができる。負電極、電解質、および正電極の少なくとも１つは、個々の電気化学セルの動作温度において液体状態とすることができる。フレーム構造体は、熱管理流体を上記複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させる１つ以上の流体流通路を含むことができる。ある場合において、上記方法は、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通す工程を含む。
【０１７１】
上記方法は、任意の数の目的を達成するために実行できる。ある場合において、熱管理流体を通す工程は、個々のセルもしくはその１つ以上の一部（本明細書では「セルの複数部分」ともいう）、セルのグループ、または（１または複数の）かかるセルを備えた装置もしくはシステムの温度を動作温度（例えば、約１５０℃と７５０℃の間）に維持するために実施される。ある場合において、熱管理流体を通す工程は、エネルギー貯蔵システムの効率および／または動作寿命を向上させる、もしくは最大化するために実施される。
【０１７２】
熱管理流体は経時的に変動する流量で通すことができる。いくつかの例において、熱管理流体は、（ａ）エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度；（ｂ）エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度の変化率；（ｃ）エネルギー貯蔵システムが充電中か放電中か遊休中か；（ｄ）エネルギー貯蔵システムの予想される将来の動作；および／または（ｅ）現在の、もしくは予想される市場環境、に依存する流量で通される。エネルギー貯蔵システムの予想される将来の動作は、エネルギー貯蔵システムの将来の充電、放電、および／または遊休動作の時間および程度を含むことができる。現在の、もしくは予想される市場環境は、エネルギー価格を含むことができる
熱管理流体は、１つ以上の流体流通路と流体連通する流体流通系の助力のもとで１つ以上の流体流通路に通すことができる。いくつかの例において、流体流通系は、通気口、ダンパ、リフトゲート、弁、ファン、ポンプ、または対流支援による流れ（例えば、強制および／または自然対流）を含む。
【０１７３】
熱は任意の好適な速度でシステムに付与、またはシステムから除去できる。ある場合において、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通す工程は、上記複数の電気化学セルからの熱エネルギーを約１ワット（Ｗ）、約１０Ｗ、約５０Ｗ、約１００Ｗ、約５００Ｗ、約１キロワット（ｋＷ）、約５ｋＷ、約１０ｋＷ、約５０ｋＷ、約１００ｋＷ、約５００ｋＷ、または約１０００ｋＷの速度で放散または付与する。いくつかの例において、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通す工程は、上記複数の電気化学セルからの熱エネルギーを、少なくとも約１ワット（Ｗ）、少なくとも約１０Ｗ、少なくとも約５０Ｗ、少なくとも約１００Ｗ、少なくとも約５００Ｗ、少なくとも約１キロワット（ｋＷ）、少なくとも約５ｋＷ、少なくとも約１０ｋＷ、少なくとも約５０ｋＷ、少なくとも約１００ｋＷ、少なくとも約５００ｋＷ、または少なくとも約１０００ｋＷの速度で放散または付与する。いくつかの例において、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通す工程は、上記複数の電気化学セルからの熱エネルギーを、最大で約１ワット（Ｗ）、最大で約１０Ｗ、最大で約５０Ｗ、最大で約１００Ｗ、最大で約５００Ｗ、最大で約１キロワット（ｋＷ）、最大で約５ｋＷ、最大で約１０ｋＷ、最大で約５０ｋＷ、最大で約１００ｋＷ、最大で約５００ｋＷ、または最大で約１０００ｋＷの速度で放散または付与する。
【０１７４】
システムまたはその任意の個別セルの温度は、任意の好適な許容差で維持できる。ある場合において、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通すとき、温度は、目標温度設定値から約１℃、２℃、５℃、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、または２５０℃低い温度以内に維持される。ある場合において、個々のセルの温度の変動幅は、５時間以内の期間にわたって最大で約１℃、２℃、５℃、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、または２５０℃である。
【０１７５】
［制御システム、方法、およびアルゴリズム］
本明細書には、本開示の方法を実施するようにプログラムされたコンピュータ制御システムが提示されている。かかる制御システム（本明細書では「システム」または「管理／制御システム」ともいう）は、熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通すようにプログラムされたコンピュータ、および／または熱管理流体を１つ以上の流体流通路に通すアルゴリズムを含むコンピュータ可読媒体を備えることができる。このように、制御システムは熱管理／制御システムを含むことができる。
【０１７６】
いくつかの実装において、システムはエネルギー貯蔵システムを含む。エネルギー貯蔵システムは、１つ以上の電気化学エネルギー貯蔵セルを備えた電気化学エネルギー貯蔵装置を含むことができる。システム（例えば、エネルギー貯蔵システム、電気化学エネルギー貯蔵装置）は、熱区域（例えば、高温域）を含むことができる。熱区域は電気化学エネルギー貯蔵セルを含みうる。システムは装置に結合されたコンピュータシステムをさらに備えることができる。コンピュータシステムは、装置の充電および／または放電、装置の熱管理、またはその組み合わせを調整できる。コンピュータシステム（例えば、コントローラ）は、故障（例えば、電気化学エネルギー貯蔵装置の電気化学セルのシールの破れ）を示す条件システム／装置の１つ以上の電気化学セルを監視できる。コンピュータシステムはかかる故障もしくは破れ条件を利用して熱管理応答を開始しうる。コンピュータシステムは、１つ以上のコンピュータプロセッサと、コンピュータプロセッサに結合されたメモリ位置と、を含むことができる。メモリ位置は、コンピュータプロセッサによる実行時に上記または本明細書の別所に記載のいずれかの方法を実施する機械実行可能なコードを含む。コンピュータシステム（例えば、コンピュータプロセッサ、メモリ、および／またはコンピュータシステムの他の構成要素）は熱区域内には存在しない。コンピュータシステムは、熱区域と（例えば、ワイヤ、センサ、および／または大電流／高電圧（例えば、セル電流もしくはセル電圧）接続部を介して）電子的に通信しうる。ある場合において、コンピュータシステムは、熱区域（例えば、高温域）内の１つ以上の構成要素と電子的に通信しうる。例えば、システムの高温域にはには、（例えば、１つ以上の電気化学セルをモニタリングする、または電気化学セルの１つ以上のグループをモニタリングする）１つ以上の温度センサを設置しえ、温度センサは、測定データを高温域の外側のコンピュータシステムに提供しうる。（１または複数の）温度センサは、例えばコンピュータプロセッサと電子的な通信状態にあることができる。
【０１７７】
いくつかの実装において、システムは、フレーム構造体によって支持される複数の電気化学セルを備える。上記複数の電気化学セルの個々のセルは負電極、電解質、および正電極を含むことができる。負電極、電解質、および正電極の少なくとも１つ、２つ、またはすべては、個々の電気化学セルの動作温度において液体状態とすることができる。フレーム構造体は、熱管理流体を上記複数の電気化学セルの少なくともサブセットと熱的に連通させる１つ以上の流体流通路を備えることができる。
【０１７８】
熱管理流体は、任意の好適な目的のために経時的に変動する流量で通すことができる。いくつかの例において、熱管理流体を通す工程は、個々のセルもしくはセルの複数部分の温度を動作温度に維持するために実施される。いくつかの例において、熱管理流体を通す工程は、エネルギー貯蔵システムの効率および／または動作寿命を向上させる、または最大化するために実施される。本明細書の別所により詳しく記載するように、流量は、例えば、エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度、エネルギー貯蔵システムまたはその電気化学セルの温度の変化率、エネルギー貯蔵システムは充電中か放電中か遊休中か、エネルギー貯蔵システムの予想される将来の動作、現在の、もしくは予想される市場環境、またはその任意の組み合わせに依存する場合がある。
【０１７９】
図１１は、本開示のエネルギー貯蔵システムの１つ以上のプロセスパラメータを制御もしくは調整するようにプログラムされた、あるいは構成されたシステム１１００を示す。システム１１００は、本明細書に開示する方法を実施するようにプログラムされたコンピュータサーバ（「サーバ」）１１０１を備える。サーバ１１０１は、中央処理装置（ＣＰＵ、本明細書では「プロセッサ」および「コンピュータプロセッサ」ともいう）１１０５を備える。これはシングルコアもしくはマルチコアのプロセッサ、または並列処理のための複数のプロセッサとすることができる。サーバ１１０１は、メモリ１１１０（例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ）、電子記憶装置１１１５（例えば、ハードディスク）、１つ以上の他のシステムと通信するための通信インタフェース１１２０（例えば、ネットワークアダプタ）、および周辺機器１１２５、例えばキャッシュ、その他のメモリ、データストレージ、および／または電子ディスプレイアダプタをも備える。メモリ１１１０、記憶装置１１１５、インタフェース１１２０、および周辺機器１１２５は、通信用バス（実線）を介してマザーボード等のＣＰＵ１１０５と通信状態にある。記憶装置１１１５は、データを格納するデータ記憶装置（またはデータリポジトリ）とすることができる。サーバ１１０１は、通信インタフェース１１２０の助力のもとでコンピュータネットワーク（「ネットワーク」）１１３０に動作可能に結合することができる。ネットワーク１１３０はインターネット、インターネットおよび／またはエクストラネット、またはインターネットと通信状態にあるイントラネットおよび／またはエクストラとすることができる。ネットワーク１１３０は、ある場合において、電気通信および／またはデータ網である。ネットワーク１１３０は１つ以上のコンピュータサーバを備えることができ、それによってクラウドコンピューティング等の分散型コンピューティングを可能にできる。ネットワーク１１３０は、ある場合にサーバ１１０１の助力のもとで、ピアツーピアネットワークを実現できる。それにより、サーバ１１０１に結合された装置がクライアントもしくはサーバとして動作しうる。サーバ１１０１は、直接、もしくはネットワーク１１３０を介して、エネルギー貯蔵システム１１３５と結合できる。
【０１８０】
システムは管理／制御システムボード（「ボード」）を備えうる。ボードはデータ収集能力を有することができる。例えば、ボードはデータ収集ボードを備えることができる。ボードはデータ（例えば、収集したデータ）の格納および／または処理が可能でありうる。例えば、電池管理システムボードは、入力をデジタル信号に変換するのではなく（あるいはそれに加えて）、データの格納および／または処理が可能でありうる。
【０１８１】
記憶装置１１１５はエネルギー貯蔵システム１１３５のプロセスパラメータを格納できる。プロセスパラメータは充電および放電パラメータを含むことができる。サーバ１１０１は、ある場合において、サーバ１１０１の外部にある（例えば、イントラネットもしくはインターネットを介してサーバ１１０１と通信状態にあるリモートサーバ上に位置する）１つ以上の追加的データ記憶装置を含むことができる。
【０１８２】
サーバ１１０１はネットワーク１１３０を介して１つ以上の遠隔コンピュータシステムと通信できる。図示した例において、サーバ１１０１は遠隔コンピュータシステム１１４０と通信状態にある。遠隔コンピュータシステム１１４０は、例えば、パーソナルコンピュータ（例えば、ポータブルＰＣ）、スレートもしくはタブレットＰＣ（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰａｄ、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ｇａｌａｘｙ  Ｔａｂ）、電話機、スマートフォン（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ、Ａｎｄｒｏｉｄ対応機器、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標））、または携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。
【０１８３】
いくつかの状況において、システム１１００は単一のサーバ１１０１を備える。他の状況において、システム１１００は、イントラネットおよび／またはインターネットを介して互いに通信状態にある複数のサーバを備える。
【０１８４】
本明細書に記載する方法は、サーバ１１０１の電子的格納位置、例えば、メモリ１１１０もしくは電子記憶装置１１１５等に格納される、機械（またはコンピュータプロセッサ）で実行可能なコード（またはソフトウエア）によって実施できる。使用時、コードはプロセッサ１１０５によって実行できる。ある場合において、コードは記憶装置１１１５から検索でき、プロセッサ１１０５が容易にアクセスできるようにメモリ１１１０に格納できる。いくつかの状況において、電子記憶装置１１１５を含まないようにでき、機械実行可能な命令はメモリ１１１０に格納される。あるいは、コードは第２のコンピュータシステム１１４０上で実行できる。コードは、コードを実行するように適合されたプロセッサを有する機械とともに用いるようにプレコンパイルおよび構成できでもいいし、実行時間中にコンパイルできてもよい。コードを供給する際のプログラミング言語は、プレコンパイルされた形態またはコンパイルされる形態でコードが実行可能なように選択できる。
【０１８５】
サーバ１１０１等、本明細書において提供されるシステムおよび方法の諸態様は、プログラミングにおいて具現化できる。技術のさまざまな態様は「製品」または「製造品」であると考えられえ、それは一般に、ある種の機械可読媒体に搭載される、もしくはかかる媒体において具現化される、機械（またはプロセッサ）実行可能なコード、および／または関連データの形態である。機械実行可能なコードは、メモリ（例えば、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ）等の電子記憶装置、またはハードディスクに格納できる。「ストレージ」タイプの媒体は、コンピュータやプロセッサ等のあらゆる有形のメモリ、またはその関連モジュール、例えば、さまざまな半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブ等を含むことができる。それらはソフトウエアプログラミングのための非一時的記憶をいつでも提供しうる。ソフトウエアの全部または一部は、インターネットまたはその他の各種電気通信ネットワークを介して時々通信されうる。かかる通信は、例えば、あるコンピュータもしくはプロセッサから別のそれへの、例えば、管理サーバもしくはホストコンピュータからアプリケーションサーバのコンピュータプラットフォームへの、ソフトウエアのロードを可能にしうる。したがって、ソフトウエア要素を搬送しうる別のタイプの媒体は、有線および光陸線ネットワークならびにさまざまな無線リンクを介して、ローカル機器間の物理インタフェースを越えて使用されるような、光波、電波、および電磁波を含む。かかる波を搬送する物理要素、例えば、有線もしくは無線リンク、光リンク等も、ソフトウエアを搬送する媒体とみなしうる。本明細書にいうコンピュータないし機械「可読媒体」等の語は、非一時的な有形の「記憶」媒体に限定されない場合、実行のためにプロセッサに命令を提供する処理に関与する任意の媒体を指す。
【０１８６】
したがって、コンピュータ実行可能なコード等の機械可読媒体は多くの形態を取りえる。これには、有形の記憶媒体、搬送波媒体、または物理的な伝送媒体が含まれるが、それらには限定されない。不揮発性記憶媒体は、例えば、光学もしくは磁気ディスク、例えば、（１または複数の）任意のコンピュータ内のあらゆる記憶装置等、例えば、図面に示すようなデータベースの実装に用いられうるもの等を含む。揮発性記憶媒体はダイナミックメモリ、例えば、かかるコンピュータプラットフォームのメインメモリを含む。有形の伝送媒体は、同軸ケーブル；銅線および光ファイバを含む。これにはコンピュータシステム内のバスを含む線が含まれる。搬送波伝送媒体は、電気もしくは電磁信号、または音響波または光波、例えば、無線周波（ＲＦ）および赤外線（ＩＲ）データ通信中に生成されるもの、の形態を取りうる。したがって、コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、例えば次のものを含む：フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、その他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、もしくはＤＶＤ−ＲＯＭ、その他の光学媒体、パンチカード紙テープ、穴のパターンをもつその他の物理的記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、その他のメモリチップもしくはカートリッジ、搬送波伝送データもしくは命令、かかる搬送波を伝送するケーブルもしくはリンク、またはコンピュータがプログラミングコードおよび／またはデータを読み出しうるその他の任意の媒体。コンピュータ可読媒体のこれらの形態の多くは、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行のためにプロセッサに送る処理に関与しうる。
【０１８７】
エネルギー貯蔵システムのさまざまなパラメータは、ユーザの電子機器のユーザインタフェース（ＵＩ）においてユーザに提示することができる。ＵＩの例として、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）およびウェブベースのユーザインタフェースが挙げられるが、これらには限定されない。ＵＩ（例えば、ＧＵＩ）はユーザの電子機器のディスプレイに提示できる。ディスプレイは容量型または抵抗型タッチパネルとすることができる。かかるディスプレイは、本開示の他のシステムおよび方法とともに使用できる。
【０１８８】
本開示の装置、システム、および方法は、他の装置、システム、および／または方法と組み合わせうる、もしくはそれらによって改変されうる。他の装置、システム、および／または方法には、例えば、米国特許第３，６６３，２９５号明細書（「ＳＴＯＲＡＧＥ  ＢＡＴＴＥＲＹ  ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ」）、米国特許第３，７７５，１８１号明細書（「ＬＩＴＨＩＵＭ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＣＥＬＬＳ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＦＵＳＥＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ」）、米国特許第８，２６８，４７１号明細書（「ＨＩＧＨ−ＡＭＰＥＲＡＧＥ  ＥＮＥＲＧＹ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＤＥＶＩＣＥ  ＷＩＴＨ  ＬＩＱＵＩＤ  ＭＥＴＡＬ  ＮＥＧＡＴＩＶＥ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」）、米国特許出願公開第２０１１／００１４５０３号明細書（「ＡＬＫＡＬＩＮＥ  ＥＡＲＴＨ  ＭＥＴＡＬ  ＩＯＮ  ＢＡＴＴＥＲＹ」）、米国特許出願公開第２０１１／００１４５０５号明細書（「ＬＩＱＵＩＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ  ＢＡＴＴＥＲＹ」）、米国特許出願公開第２０１２／０１０４９９０号明細書（「ＡＬＫＡＬＩ  ＭＥＴＡＬ  ＩＯＮ  ＢＡＴＴＥＲＹ  ＷＩＴＨ  ＢＩＭＥＴＡＬＬＩＣ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ」）、および米国特許出願公開第２０１４／００９９５２２号明細書（「ＬＯＷ−ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ  ＬＩＱＵＩＤ  ＭＥＴＡＬ  ＢＡＴＴＥＲＩＥＳ  ＦＯＲ  ＧＲＩＤ−ＳＣＡＬＥＤ  ＳＴＯＲＡＧＥ」）に記載される電池および電池要素等が挙げられる。上記文献のそれぞれは、その全体が参照によって本願明細書に援用されている。
【０１８９】
本開示のエネルギー貯蔵装置は、グリッドスケールの設備または独立した設備において用いられうる。本開示のエネルギー貯蔵装置は、ある場合において、乗り物、例えば、スクーター、オートバイ、自動車、トラック、列車、ヘリコプター、航空機、ならびにロボット等の他の機械的装置への動力供給に使用できる。
【０１９０】
バッテリハウジングの構成要素が上記の例以外の材料から製造しうることは当業者ならわかるであろう。導電性バッテリハウジング構成要素の１つ以上は、例えば、鋼以外の金属から、および／または１種類以上の導電性複合材料から製造しうる。別の例において、絶縁性構成要素の１つ以上は上述したガラス、雲母、およびバーミキュライト以外の誘電体から製造しうる。したがって、本発明はいかなる特定のバッテリハウジング材料にも限定されない。
【０１９１】
カソードに関連して記載する本開示の任意の態様は、少なくともいくつかの構成においてアノードにも等しく適用できる。同様に、１つ以上の電池電極および／または電解質は、代替的な構成において液体でなくともよい。一例において、電解質はポリマーまたはゲルとすることができる。さらなる例において、少なくとも１つの電池電極は固体またはゲルとすることができる。さらに、いくつかの例において、電極および／または電解質は金属を含有していなくてもよい。本開示の諸態様は、多様なエネルギー貯蔵／変換装置に適用可能であり、液体金属電池に限定されない。
【０１９２】
本明細書に用いる用語は具体的な実施形態を説明する目的で用いられており、本発明の範囲を限定する意図はないことを理解するべきである。なお、本明細書で用いる単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈から明らかに不適当である場合を除いて複数形の内容を含む。また、別途定義がないかぎり、本明細書に用いるすべの科学技術用語は、本発明が属する分野の当業者が一般に理解するものと同じ意味をもつ。
【０１９３】
本発明の好ましい実施形態についてこれまで図示および説明してきたが、これらの実施形態が一例を示すにすぎないことは当業者には自明であろう。本発明から逸脱することなく当業者は多くの変形、変更、および置換に想到することであろう。本発明の実施にあたっては、本明細書に記載した本発明の諸実施形態に対してさまざまな代替的形態が使用されうることを理解するべきである。以下に示す特許請求の範囲が本発明の範囲を規定すること、およびそれら特許請求の範囲の範囲内にある方法および構造、ならびにその均等物が権利範囲に含まれることが意図されている。
【図１】
0006649883.tif 000002
【図２】
0006649883.tif 000003
【図３】
0006649883.tif 000004
【図４】
0006649883.tif 000005
【図５】
0006649883.tif 000006
【図６】
0006649883.tif 000007
【図７】
0006649883.tif 000008
【図８】
0006649883.tif 000009
【図９】
0006649883.tif 000010
【図１０】
0006649883.tif 000011
【図１１】
0006649883.tif 000012
【図１２】
0006649883.tif 000013
【図１３Ａ】
0006649883.tif 000014
【図１３Ｂ】
0006649883.tif 000015