"第1の元素および第2の元素を含む正電極を画定する第1の液体相であって、該第1の元素および該第2の元素はアルカリ金属以外の元素である、第1の液体相と、該アルカリ金属のカチオンを含む第2の液体相であって、該第2の液体相は第1の境界面および第2の境界面を画定し、該第1の液体相は該第1の境界面で該第2の液体相と接触している、第2の液体相と、該第1の液体相から離間した、該アルカリ金属を含む負電極を画定する第3の液体相であって、該第3の液体相は該第2の境界面で該第2の液体相と接触している、第3の液体相とを含み、該第1の境界面と該第2の境界面とは離間しており、該第1の相は該第3の相の体積の減少または増大に対応してそれぞれ増大または減少する体積を有する、装置。アルカリ金属、第1の元素および第2の元素を含む正電極を画定する第1の液体相であって、該第1の元素および該第2の元素はアルカリ金属以外の元素である、第1の液体相と、該アルカリ金属のカチオンを含む第2の液体相であって、該第2の液体相は第1の境界面および第2の境界面を画定し、該第1の液体相と第2の液体相は該第1の境界面で接触している、第2の液体相を含み、該第1の境界面と第2の境界面とは離間しており、該第1の液体相は、使用中に、増大または減少する体積を有する、装置。第1の元素および第2の元素を含む正電極を画定する第1の固体相であって、該第1の元素および該第2の元素はアルカリ金属以外の元素である、第1の固体相、該アルカリ金属のカチオンを含む第2の固体相であって、該第2の固体相は第1の境界面および第2の境界面を画定し、該第1の固体相は該第1の境界面で該第2の固体相と接触している、第2の固体相と、該第1の液体相から離間した、該アルカリ金属を含む負電極を画定する第3の固体相であって、該第3の固体境界面は該第2の境界面で該第2の固体相と接触している、第3の固体相を含み、該第1の境界面と該第2の境界面とは離間している、装置。アルカリ金属、第1の元素および第2の元素を含む正電極を画定する第1の固体相であって、該第1の元素および該第2の元素は該アルカリ金属以外の元素である、第1の固体相と、該アルカリ金属のカチオンを含む第2の固体相であって、該第2の固体相は第1の境界面および第2の境界面を画定し、該第1の固体相と該第2の固体相は該第1の境界面で接触している、第2の固体相を含み、該第1の境界面と該第2の境界面とは離間している、装置。前記第1の元素および前記第2の元素は独立に、化学周期表の第IVA族、第VA族および第VIA族元素から選択される、請求項1、2、3または4のいずれか1項に記載の装置。前記第1の元素および前記第2の元素は、スズ、鉛、ビスマス、アンチモン、テルルおよびセレンの少なくとも1つを含む、請求項5に記載の装置。前記第1の元素および前記第2の元素は、鉛およびアンチモンである、請求項6に記載の装置。前記アルカリ金属は、それぞれ異なった化学ポテンシャルで前記第1の相と前記第3の相に存在し、前記第1と第3の相間に電圧を発生させる、請求項1または3に記載の装置。前記アルカリ金属は、前記第1の元素および前記第2の元素と組み合わせると、化学ポテンシャルの変化を呈するように選択される、請求項2または4に記載の装置。前記アルカリ金属は、ナトリウムまたはリチウムである、請求項1または4に記載の装置。前記第2の液体相は、前記第2の液体相全体に分布した耐熱性粒子を含む、請求項1、2、3または4に記載の装置。前記耐熱性粒子は金属酸化物を含む、請求項11に記載の装置。前記第2の相は、前記アルカリ金属のハロゲン化物塩を含む、請求項1、2、3または4に記載の装置。前記第2の相は、1つ以上のハロゲン化物、ビストリフリミド、フルオロスルファノアミン、パークロレート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、カーボネートまたは水酸化物から選択されるアルカリ金属の塩を含む、請求項1、2、3または4に記載の装置。前記第1の相は、第1の密度を有し、前記第2の相は、該第1の密度よりも低い第2の密度を有し、前記第3の相は、該第2の密度よりも低い第3の密度を有する、請求項1または3に記載の装置。前記第1の相は、第1の密度を有し、前記第2の相は、該第1の密度よりも低い第2の密度を有する、請求項2または4に記載の装置。外部装置との間で電気エネルギーを交換するように構成される、請求項1または4に記載の装置。さらに、前記の3つの相と、前記第1の相に電気的に接続された電極と、前記第3の相に電気的に接続された電極とを含有するセルを含む、請求項1または4に記載の装置。外部回路から移動した電気エネルギーを貯蔵する方法であって、該方法は、アルカリ金属以外の第1の元素および第2の元素を含む正電極を画定する第1の液体相と、該アルカリ金属のカチオンを含み、該第1の液体相と接触し、第1の境界面および第2の境界面を画定する第2の液体相と、該第1の液体相から離間した、該アルカリ金属を含む負電極を画定し、該第2の境界面と接触する第3の液体相であって、該第1の境界面と該第2の境界面は離間している、第3の液体相とを含む、少なくとも1つの電気化学装置であって、該外部回路と接続されるように構成される電気化学装置を提供すること、該外部回路を装置の負極および正極に電気的に接続すること、該外部回路を稼動して、電気エネルギーを生成または得て、該アルカリ金属を該第1の液体相から、該第2の液体相を経て、該第3の液体相へまたはその逆に移動させることであって、ここで該第1の相の体積は、エネルギーを該外部回路へ、または該外部回路から該電気化学装置へ移動させる第3の相の体積がそれぞれ減少または増大するのに対応して増大または減少する、ことを含む、方法。外部回路から移動した電気エネルギーを貯蔵する方法であって、該方法は、アルカリ金属以外の第1の元素および第2の元素を含む正電極を画定する第1の液体相と、該アルカリ金属のカチオンを含み、該第1の液体相と接触し、第1の境界面および第2の境界面を画定する第2の液体相であって、該第1の境界面と該第2の境界面は離間している、第2の液体相とを含む、少なくとも1つの電気化学装置であって、該外部回路と接続されるように構成される電気化学装置を提供すること、該外部回路を該装置の負極および正極に電気的に接続すること、該外部回路を稼動して、電気エネルギーを生成し、アルカリ金属を該第2の液体相へ、または該第2の液体相から移動させ、該第1の液体相の体積がそれぞれ増大または減少することにより、エネルギーを該外部回路へ、または該外部回路から該電気化学装置へ移動させることを含む、方法。外部電源、次いで外部負荷を前記装置に連続的に電気的接続することを含む、請求項19または20に記載の方法。前記外部回路は発電所である、請求項19または20に記載の方法。前記外部回路は送電線である、請求項19または20に記載の方法。前記外部回路は、再生可能エネルギー源から変換されたエネルギーを送達する、請求項19または20に記載の方法。前記装置は無停電電源を提供するシステムの一部である、請求項19または20に記載の方法。前記アルカリ金属はナトリウムまたはリチウムである、請求項19または20に記載の方法。前記第2の液体相は、該第2の液体相全体に分散した耐熱性粒子を含む、請求項19または20に記載の方法。前記第2の相は、該アルカリ金属のハロゲン化物塩を含む、請求項19または20に記載の方法。請求項1または2に記載の2つ以上の装置を含む、電池。請求項3または4に記載の2つ以上の装置を含む、電池。電気的に直列接続された、請求項29または30に記載の複数の電池を含む、システム。電気的に並列接続された、請求項29または30に記載の複数の電池を含む、システム。電気的に直列および並列接続された、請求項29または30に記載の複数の電池を含む、システム。前記装置は約30kWh未満の総容量を有する、請求項1、2、3または4に記載の装置。前記装置は約30kWhを超える総容量を有する請求項1、2、3または4記載の装置。外部回路から移動した電気エネルギーを貯蔵する方法であって、該方法は、アルカリ金属以外の第1の元素および第2の元素を含む正電極を画定する第1の液体相と、該アルカリ金属のカチオンを含み、該第1の液体相と接触し、第1の境界面および第2の境界面を画定する第2の液体相と、該第1の液体相から離間した、該アルカリ金属を含む負電極を画定し、該第2の境界面と接触する第3の液体相であって、該第1の境界面と該第2の境界面は離間している、第3の液体相を含む、少なくとも1つの電気化学装置であって、該外部回路と接続されるように構成される電気化学装置を提供すること、該外部回路を装置の負極および正極に電気的に接続すること、該外部回路を稼動して、電力を取り込み、該アルカリ金属を該第3の液体相から、該第2の液体相を経て、該第1の液体相へ移動させることであって、該第1の相は、エネルギーを該電気化学装置から該外部回路へ移動させる該第3の相の体積が減少するのに対応して増大する体積を有する、ことを含む、方法。多様な実施形態の概要本発明の第1の実施形態において、電気化学セルは3つの異なった相を有している。第1の相は、アルカリ金属以外の2つの元素を有する正電極を画定している。第2の相はアルカリ金属のカチオンを含み、2つの別々の境界面を画定している。第1の相は一方の境界面で第2の相と接触している。第3の相は負電極を画定し、アルカリ金属を含んでいる。この相は第1の相から離間しており、他方の境界面で第2の相と接触している。第1および第3の相は、セルの稼動中、互いを犠牲にしてそれぞれ減少または増大する体積を有している。その結果として、第2の相は第1のポジションから第2のポジションに変位する。第1、第2および第3の相は、固体であっても、液体であっても、または固体もしくは液体状態の組み合わせであってもよい。好ましい実施形態において、アルカリ金属はそれぞれ異なった化学ポテンシャルで第1と第3の相に存在し、第1と第3の相間に電圧を発生させる。別の実施形態は、2つの異なった相を有する電気化学セルを含む。第1の相は正電極を画定し、アルカリ金属、およびアルカリ金属以外の他の2つの元素を含んでいる。第2の液体相はアルカリ金属のカチオンを含み、2つの別々の境界面を画定している。第1の相は一方の境界面で第2の相と接触している。一部の実施形態において、第1、第2および第3の相は固体である。他の実施形態において、第1、第2および第3の相は液体である。他の実施形態において、上記の相は固体または液体状態の組み合わせである。アルカリ金属は、好ましくは、第1および第2の元素と組み合わせると化学ポテンシャルの変化を呈するように選択される。セルが稼動して、電気エネルギーの送達または取り込みを行い、第2の液体相から第1の液体相へまたはその逆にアルカリ金属を移動させる間、第1の相の体積は増大または減少し、こうして、電気化学セルから外部回路へまたはその逆にエネルギーが移動する。結果として、第2の相は第1のポジションから第2のポジションへと変位する。様々な実施形態において、アルカリ金属以外の2つの元素は独立に、化学周期表の第IVA族、第VA族および第VIA族の元素から選択される。好ましい実施形態において、これらの元素は、スズ、鉛、ビスマス、アンチモン、テルルおよびセレンのいずれか1つから独立に選択される。他の好ましい実施形態において、これらの元素は鉛およびアンチモンである。アルカリ金属はナトリウムまたはリチウムであってよい。第2の相は第2の液体相全体に分布した耐熱性粒子を含んでいてよい。加えて、耐熱粒子は金属酸化物を含んでいてよい。第2の相はアルカリ金属の塩を含むことができる。アルカリ金属の塩は、1つ以上のハロゲン化物、ビストリフリミド、フルオロスルファノアミン、パークロレート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、カーボネートまたは水酸化物から選択されてよい。一定の実施形態において、電気化学セルは、それぞれ他とは異なる密度を有する3つの相を含んでいる。したがって、第1の相は第1の密度を有し、第2の相は第1の密度よりも低い第2の密度を有し、第3の相は第2の密度よりも低い第3の密度を有している。同様に、他の実施形態において、電気化学セルは互いに異なる密度を有する2つの相を含んでいる。それゆえ、第1の相は第1の密度を有し、第2の相は第1の密度よりも低い第2の密度を有している。一定の実施形態において、電気化学セルは、外部装置との間で電気エネルギーを交換するように構成されている。たとえば、外部装置はエネルギー源またはエネルギー負荷であってよい。また、電気化学セルは、3つの相と、第1の相と電気的に接続された1つの電極と、第3の相と電気的に接続された別の電極とを収容する容器を含んでいてよい。とりわけ、電気化学セルは約30kWh未満の総容量を有している。他の実施形態において、電気化学セルは約30kWhを超える総容量を有している。他の実施形態によれば、電池は上述した電気化学セルと同様な2つ以上の電気化学セルを含んでいる。他の実施形態において、システムは、電気的に直列接続された、上述した電池と同様な複数の電池を含んでいる。あるいは、システムは、電気的に並列接続された複数の上記電池、または、電気的に直列および並列接続された上記複数の電池を含んでいてよい。他の実施形態において、一方法により、外部回路から移動した電気エネルギーが貯蔵される。そのために、該方法は3つの液体相を有する少なくとも1つの電気化学セルを提供する。第1の液体相は正電極を画定し、アルカリ金属以外の2つの元素を含んでいる。第2の液体相はアルカリ金属のカチオンを含み、2つの別々の境界面を画定する。第1の相は一方の境界面で第2の相と接触する。第3の液体相は負電極を画定し、アルカリ金属を含んでいる。この相は第1の相から離間しており、他方の境界面で第2の相と接触している。この電気化学セルは外部回路と接続されるように構成されている。外部回路は、電気化学セルの負極および正極と電気的に接続される。外部回路は稼動されて、電気エネルギーを動かし、アルカリ金属は第1の液体相から第2の液体相を経て第3の液体相へまたはその逆に移動する。第1の相の体積は減少または増大する一方で、第3の相の体積はそれぞれ増大または減少し、こうして、エネルギーは外部回路へ、かつ外部回路から電気化学セルへ移動する。結果として、第2の相は第1のポジションから第2のポジションへと変位する。他の実施形態において、一方法により、電気エネルギーは電気化学セルから外部回路へと放出される。該方法は3つの液体相を有する少なくとも1つの電気化学セルを提供することを含む。第1の液体相は正電極を画定し、アルカリ金属以外の2つの元素を含んでいる。第2の液体相はアルカリ金属のカチオンを含み、2つの別々の境界面を画定する。第1の相は一方の境界面で第2の相と接触する。第3の液体相は負電極を画定し、アルカリ金属を含んでいる。この相は第1の相から離間しており、他方の境界面で第2の相と接触している。この電気化学セルは外部回路と連続的に接続されるように構成されている。外部回路は、電気化学セルの負極および正極と電気的に接続される。外部回路は連続的に稼動されて、電気エネルギーを動かし、アルカリ金属は第3の液体相から第2の液体相を経て第1の液体相へまたはその逆に移動し、第1の相の体積は増大または減少する一方で、第3の相の体積はそれぞれ減少または増大し、こうして、エネルギーは電気化学セルから外部回路へまたはその逆に移動する。結果として、第2の相は第1のポジションから第2のポジションへと変位する。他の実施形態において、別の方法により、外部回路から移動した電気エネルギーが貯蔵される。該方法は2つの液体相を有する少なくとも1つの電気化学セルを提供する。第1の液体相は正電極を画定し、アルカリ金属以外の2つの元素を含んでいる。第2の液体相はアルカリ金属のカチオンを含み、2つの別々の境界面を画定する。第1の相は一方の境界面で第2の相と接触する。この電気化学セルは外部回路と接続されるように構成されている。外部回路は、電気化学セルの負極および正極と電気的に接続される。外部回路は稼動されて、電気エネルギーを動かし、アルカリ金属は、第2の液体相を経て、第1の液体相へまたは第1の液体相から移動する。第1の相の体積はセルの稼動中減少または増大し、こうして、エネルギーは外部回路へ、または外部回路から電気化学セルへ移動する。結果として、第2の相は第1のポジションから第2のポジションへと変位する。一部の実施形態において、上記方法は、1つ以上の発電所および送電線、または再生可能エネルギー源から変換されたエネルギーを送達する外部回路に接続された電気化学セルを含んでいる。一部の実施形態において、当該方法は、無停電電源を提供するシステムの一部である電気化学セルを含んでいる。上記方法は、アルカリ金属がナトリウムまたはリチウムである電気化学セルを含んでいる。一部の実施形態において、上記方法は、第2の液体相が第2の液体相の全体に分布した耐熱性粒子を含んだ電気化学セルを含んでいる。とりわけ、上記方法は、第2の相がアルカリ金属のハロゲン化物を含んだ電気化学セルを含んでいてよい。例示的な実施形態の説明例示的な実施形態において、装置たとえば電池は、アルカリ金属でない2つの元素を有する正電極、およびアルカリ金属成分を有する負電極を有している。これらの電極は連携して、電解質をわたってエネルギーを効果的に貯蔵かつ送達する。これらの電極および電解質は好ましくは液体相であるが、一部の実施形態は固相の電極および電解質を保持するものもある。以下、様々な実施形態の詳細を説明する。本明細書中で使用される場合、電池なる用語は、正電極、負電極および電解質を有する個々の電気化学セルまたはセルユニット、ならびに多種多様な電気化学セルを有する構成も含んでいてよい。図1は、全体として符号10で表された、本発明の例示的な実施形態に一致した構成のアルカリ金属イオンエネルギー貯蔵セルを示している。セル10は3つの異なった構成要素:活性金属電極とも称される、負電極として機能する溶融金属体14;正電極として機能する導電性多元素液体16;および両者の中間に介在するイオン伝導電解質20を有している。導電層14、16および20は、図示したように、導電性を有しかつ内部絶縁シース24を機械的に支持する容器22内に閉じ込められている。シース24は、容器22を介して負電極14と正電極16との間の導電による短絡を防止する。容器22は、図示したように、導電性を有する蓋26によってカバーされている。電気絶縁シール29は、容器22から蓋26を電気絶縁することで、溶融構成要素および蒸気を容器22内に閉じ込める。蓋26の、負電極14と接触している部分は負極集電体27として機能し、電子は該集電体を通り、蓋26と接触した負端子28を経て外部源またはシンク図示しないに達することができる。容器22の、正電極16と接触した部分は正極集電体23として機能し、電子は該集電体を通り、容器22に接続された正端子30を経て外部ソースまたは負荷に達することができる。負端子28と正端子30は、一方のセルユニットの負端子28を別のセルユニット10の正端子30に接続することにより個々のセルユニットを直列配置しやすくするように配向されて、電池を形成する。また、セル10は、1充放電または2温度変化により生成される3相システムの全体的な体積変化を吸収し得るように、負電極14を覆う不活性ガス層32も有している。任意に、蓋26またはシール29は圧力安全弁図示しないを含んでいる。容器22および蓋26はそれぞれ、所要の導電性、機械的強度、および液体状電極14、16と電解質20による化学的攻撃に対する耐性を有する材料から形成されている。一部の化学的性質からして、軟鋼が容器22および蓋26に適した材料であり得る。シース24は電気絶縁材料から形成されていてよく、2つの液体状電極14、16と電解質20に対する耐食性を有している必要があろう。一部の化学的性質からして、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナおよびマグネシアがシース24に適した材料であり得る。シール29は1つ以上の材料、たとえばマグネシアセメント、アルミノホウ酸塩ガラス、および当業者に公知の他の高温シーラントで形成されていてよい。当業者は容器22および他の上記成分を、従来の方法で、電極および電解質の化学的性質を考慮した適用に求められるように構成することが可能である。例示的な実施形態において、電極14、16および電解質20は、簡易かつ経済的な構成、堅牢性、電気エネルギーの急速かつ効率的な受容および送達と両立し得る化学的特性や物性が確立するように構成されている。したがって、上述したように、溶融電極14、16の化学的組成を、活性アルカリ金属、たとえばそれぞれ熱力学的活性度の異なるリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムまたはセシウムを含むように連携して調合して、電極14、16間に電圧を発生させる。負電極14と正電極16との間に活性アルカリ金属の熱力学的差異を生み出すために、電極14、16の少なくとも一方は、アルカリ金属以外の1つ以上の付加的元素を含んでいる。この種の付加的元素はいずれも、たとえば、液体状組成の電極14または16に混和可能であって、アルカリ金属と合金を形成するか、または稼動条件下でアルカリ金属との化合物中に存在していてよい。好ましくは、付加的元素は当該合金が600°C未満の温度で溶融するようにして選択される。1つ以上の付加的元素は、セル10が充電状態にある際に、負電極14と比較して、熱力学的活性度が相対的に低い活性アルカリ金属環境として正電極16を構成するようにして選択される。正電極16は、従来活性アルカリ金属の合金と称される、液体相の溶液であってよい。あるいは、正電極16は活性アルカリ金属の液体相化合物および1つ以上の他の元素を含んでいてよい。正電極金属と電気陰性度のより低い金属との合金化により、液体金属合金の融点を低下させることができるつまり、アンチモンは631°Cで融解するが、他方、鉛-アンチモン共晶合金は253°Cで融解する。これは、次に、セルがより低温で稼動および/またはより効率的に稼動することを可能にする。また、カソード材料の融点の低下も、カソード中のアルカリ金属の溶解限度を増加させることができ、このことはカソードの容量増加とセルのエネルギー貯蔵容量当たりのコスト低減とを表している。さらに、より低温でのセル稼動はセルの腐食低下と稼動寿命拡大の可能性をもたらすことになろう。電極14、16のための付加的元素の選択にあたっては、数多くの要因が重要である。たとえば、これらの要因には、とりわけ、電極14、16における化学平衡と溶解熱力学、双方の電極と電解質20との相互作用、それらの相対密度、融点および沸点が含まれる。低融点および高沸点を有する合金を作り出す元素を選択するのが好ましい。電極14または16中のこれらの付加的元素はいずれも、理想的には、競合的な電荷輸送路をもたらして所定の電極反応が回避されるような方法で電解質中のイオンと相互作用しないものである。既述したように、正電極16はアルカリ金属に加えて、少なくとも2つの付加的元素を含んでいる。したがって、正電極16は、以下に述べる充放電シーケンス中、常に多元素性である。二元または高次の組成の正電極16は、1つの付加的元素しか含んでいない電極の場合に可能と考えられる温度と比較して、より低温でセル10が稼動することを可能にする物理的特性を有し得る。正電極16への配合に適切であり得る元素は、元素の周期表第IIIA族、第IVA族、第VAおよび第VIA族の1つ以上の元素、たとえばアルミニウム、ガリウム、インジウム、シリコン、ゲルマニウム、スズ、鉛、プニコゲン、たとえばヒ素、ビスマスおよびアンチモン、ならびにカルコゲン、たとえばテルルおよびセレンを含んでいる。1つ以上の付加的元素はそれぞれ、少なくとも5、10、25以上の濃度で正電極16中に存在していてよい。電極14、16は、当業者に公知のように、たとえば、物理的特性の調整のために、または放電規模の電気化学的モニタリングを可能とするために、他の化学種を含んでいてよい。たとえば、1つ以上の遷移金属または半金属、たとえば銅、シリコン、鉄またはガリウムが、密度および/または融点を調整するために、少量で添加されてよい。セル10の電解質20は、本明細書中で活性カチオンと称される、活性アルカリ金属の塩、および1つ以上の支持化合物を含んだ液体であってよい。一実施形態において、電解質20はさらに、他の電解質成分とペーストを形成する1つ以上の構成要素を含んでいてよい。たとえば、電解質20は、溶融塩によって発揮される毛管力によって電解質中に保持される、耐熱性化合物、たとえばアルミナまたはマグネシアの充填剤粒子を含んでいてよい。充填剤は増粘剤として作用し、セル10において、電解質20中の高流動性液体、たとえば溶融塩の使用を容易にし、こうして、所与のセル電圧に対して相対的に高い電流密度を得ることができよう。また、電解質20のペースト調合も電解質中の活性アルカリ金属の溶解度を減少させ、セル10の効率を向上させることができよう。セル10は、電極14、16間にペーストとして構成された電解質20を保持するために、構造部材図示せず、たとえば網状体を含んでいてよい。一部の実施形態において、活性アルカリ金属塩は、活性アルカリ金属のハロゲン化物、たとえば塩化物である。あるいは、活性アルカリ金属の塩は、たとえば非塩化ハロゲン化物、ビストリフリミド、フルオロスルファノアミン、パークロレート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、カーボネートまたは水酸化物であってよい。支持化合物は、一般に、イオン伝導度を高めるためおよび/または電解質を通じた導電性を阻止するために加えられる。支持電解質はアニオン、たとえばハロゲン化物、ビストリフリミド、フルオロスルファノアミン、パークロレート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、カーボネートまたは水酸化物、およびカチオン、たとえばアルカリ金属またはアルカリ土類金属、イミド、アミン、アンモニウム、ホスホニウムまたはピロリジニウムを含んでいてよい。当業者には、電解質20中のイオンは錯体状態であってよいことが理解されよう。電解質20に対する他の添加剤により、粘度を低下させ、融点を引き下げ、密度を変化させ、蒸気圧を減少させ、または、電解質20中の中性活性アルカリ金属の溶解度を低下させて、漏電電流もしくは自己放電を最小化する錯体生成リガンドを導入することができる。支持電解質と他のいずれの添加剤も、活性アルカリ金属の酸化還元に対する電極反応を制限するのに十分に負の生成自由エネルギーを有していてよい。電解質組成の選択に関する情報を堤供するこれらおよび他の考慮は当業者に公知である。一実施形態において、電極14、16および電解質20の組成は、全液体稼動が相対的に低温、たとえば約500°Cまたは400°C未満の温度で達成されるように調合されてよい。相対的に低温での稼動は電解質20中の金属ナトリウムの溶解度を低下させることができる。セル構成要素の蒸発、構造的弱さ、補助材料の化学的攻撃等の難点、および電極14、16および電解質20の流動性の維持に要される電力は、稼動温度が低下するにつれてより管理しやすくなり、セル10の稼動コストを低減すると期待される。電極14、16および電解質20はさらに、それらの密度がセル10内でのそれらの機能に一致して序列化されるように調合されてよい。図1に示したように、負電極14/電解質20/正電極16の順序でそれぞれの密度が増加または減少する様々な実施形態は、融解すると自発的に垂直に重なった例示される積層構造に自己集合し、ビレットからのより簡易な製造を可能にすることができ得る。アルカリ金属イオンセル10によるエネルギー貯蔵はセルの稼動温度を達成または維持するための特定の方法になんら限定されるものではない。14、16および20のいずれの液体相を形成する構成要素も別々の加熱炉で十分に過熱されて融解され、容器22に移されることが可能となり得る。別のアプローチにおいて、たとえば容器22の壁面内部に配置された外部ヒータ図示せずが稼動前または稼動中に使用されてよい。あるいはプロフィールの達成および管理に関する技術、および液体アルカリ金属電極を使用した電力貯蔵の実現に潜在的に有用と思われる他の実用的な態様の電気冶金システム、たとえば溶融塩と液体金属で使用される装置の構成は当業者に公知であると共に、たとえば共同所有である係属中の米国特許出願第11/839,413号、出願日2007年8月15日、第12/505,937号、出願日2009年7月20日、第12/839,130号、出願日2010年7月19日、および米国特許第4,999,097号および第5,185,068号に記載されており、上記全ての文献の開示内容の全体は参照により本発明に組み込まれる。セル10は、先の参照により組み込まれる米国特許出願第12/839,130号に記載されているように、負電極14、正電極16および液体電解質の場合にあっては電解質20を構成する1つ以上のそれぞれの層内に循環を発生させるように構成された循環生成装置を含んでいてよい。発生した循環により、1つ以上の層の液体材料が電解質20と電極14または16との間のそれぞれの境界面の一方または双方に向かう流れが引き起こされると共に、その逆の流れが引き起こされる。例示されるアルカリ金属イオンセル10は、2つの導電溶融電極14、16の間で電気化学経路を経て、本明細書中において活性アルカリ金属と称されるアルカリ金属の輸送によってエネルギーの受容または送達を行う。活性アルカリ金属のカチオンを含んだ液体電解質20は、充放電中、活性アルカリ金属のイオン輸送を可能とする。本発明の電気化学セルは、好ましくは、カソードとしてのアルカリ金属と他の2つの元素との三元合金を最初に融解することにより、完全に放電された状態で構成される。次いで、電解質が加えられる。次いで、負電極集電体が取り付けられて、セルはアルゴンで満たされたテスト容器中で稼動温度まで加熱される。図2A~2Cは充電中のセル10の機能を示したものである。図2Aは非充電状態または放電状態のセル10を示している。充電前に、正電極16は活性アルカリ金属原子を含んでいる。負電極14は、活性金属-電解質境界面42で、電解質20に接している。同様に、正電極16は、別の合金-電解質境界面46で、電解質20に接している。以下に図示して説明するように、これらの境界面は充放電中移動し、電解質全体の体積は維持される一方で、正負の電極の体積は互いの犠牲によって増加または減少する。換言すれば、正電極16は、負電極14の体積の減少または増加のそれぞれに対応して増加または減少する体積を有している。具体的に、図2Bは充電プロセスを示している。充電を開始するために、端子28と30は外部充電回路48に接続され、該充電回路は活性アルカリ金属を正電極16から、電解質20を経て、負電極14の化学ポテンシャルの高い中性金属に向かわせる。充電中、電子流は外部回路から、負極集電体27を経て、負電極14中に流れ込み、活性金属-電解質境界面42に達する。活性カチオンMは、電解質20を横切って、活性金属-電解質境界面42に向かって移動する。活性カチオンと電子は境界面42で会合し、還元半電池反応Me-→Mで消費される。半電池反応で生じた中性活性アルカリ金属原子Mは負電極14にもたらされる。活性アルカリ金属Mが負電極14に集積するにつれて、活性金属-電解質境界面42は負極集電体27からさらに離れる。合金-電解質境界面46で、正電極の活性アルカリ金属原子Mは半電池反応M→Me-で酸化される。活性カチオンMが電解質20に入り込むにつれて、電子は解放されて、正極集電体23を通過して外部充電回路48に達する。活性アルカリ金属原子Mの酸化によって正電極16は収縮し、合金-電解質境界面46は正極集電体23に向かって移動する。図2Cは最終充電状態のセル10を示している。充電は、活性アルカリ金属原子の喪失によって、少なくとも正電極16の組成を変化させた。事実、一部の実施形態において、正電極16は、充放電サイクルのこの点において、名目上、活性アルカリ金属を含んでいなくてよい。負電極14の厚さは正電極16の犠牲によって増大した。充電プロセスは活性カチオンについては保守的であることから、電解質20の厚さは基本的に不変である。溶融活性金属電極14に蓄積された活性アルカリ金属は、外部電気路が2つの電極14、16を結び付けない限りほぼ永続的に保たれると考えられる貯蔵電気エネルギーを表している。セル10内の半電池反応は、電極14、16において電解質と接触したままである液体相生成物を発生させる。電極14、16および電解質20は液体状態のままであるが、活性アルカリ金属および活性カチオンは、電気化学経路を経て充放電を機構化するのに利用可能である。この可逆性によって、活性アルカリ金属イオンセルがエネルギー貯蔵用電池での使用に適したものとなる。図3A~3Cはセル10の放電を示したものである。図3Aは充電状態のセル10を示しており、他方、図3Bは、放電を開始させる外部負荷49に接続されたセル端子28、30を示している。放電中、活性アルカリ金属は活性カチオンとして、負電極14から自発的に移動して、電解質20を経て、正電極16の化学ポテンシャルのより低い中性金属に戻る。電子流は正極集電体23と正電極16を経てセル内に流れ込み、合金-電解質境界面46に達する。活性カチオンMは、電解質20を横切って、合金-電解質境界面46に向かって移動する。活性カチオンMと電子は、境界面46において、還元半電池反応Me-→Mで消費される。生成した中性活性アルカリ金属原子Mは正電極16にもたらされる。活性アルカリ金属Mが負電極16に集積するにつれて、合金-電解質境界面46は正極集電体23からさらに離れる。活性金属-電解質境界面42で、負電極16の活性アルカリ金属原子Mは半電池反応M→Me-で酸化される。生成した活性カチオンMは電解質20に入り込み、解放された電子は負極集電体27を通過して外部負荷49に達する。活性アルカリ金属原子の酸化によって負電極14は減少し、活性金属-電解質境界面42を負極集電体27に向かって移動させる。図3Cは最終放電状態のセル10を示している。充電は、活性アルカリ金属原子の増加によって、少なくとも正電極16の組成を変化させた。正電極16の厚さは負電極14の犠牲によって増大した。放電プロセスは活性アルカリ金属カチオンについては保守的であることから、理想的には、電解質20の厚さは不変である。図2A~2Cおよび3A~3Cに示した充放電シーケンスは使用中に予測されるセル10の例を表している。代替的な実施形態において、完全に放電が行われた場合、負電極14全体は完全に使用されてよく、すなわち、負電極14を構成する液体全体は正電極16に移動する。これは図2A~2C、3A~3Cに示した実施形態とは異なっている。さらに、一部の実施形態にあっては、固相電極14、16および/または固相電解質20によってセル10を実現することができよう。固相電極はセル10の輸送に好ましくあり得る。充電-放電サイクルを通じて電解質層の厚さがほぼ一定であることにより、電極の厚さと比較して相対的に薄い電解質層の使用が可能である。薄い電解質層により、溶融ハロゲン化物の元来低い抵抗率と相俟って、電解質と関連した抵抗過電圧を最小化することができる。セル10のエネルギー容量は、負電極14および正電極16によって収容可能なそれぞれの活性アルカリ金属量が少なければ少ないほど、制限され得る。エネルギー容量は、原理的に電解質20の質量の増加またはそれと関連したIRドロップを招来することなく、電極14、16の材料量を高めることによって増大させることが可能である。たとえば、電解質20の厚さは、電極14、16のいずれかの厚さのたった10、20または50のレベルであってよい。場合により、電解質は、溶融金属、たとえば正電極の合金よりも容易に、容器の底を湿らすことが観察された。望ましくないことに、この湿潤化は正電極と容器との間の電気伝導を阻害する。したがって、場合により、正極集電体23として機能するたとえば別の金属材料のプラグを圧縮嵌めによって容器22の底に導入することが望ましくあり得る。正電極16の合金は電解質20よりも大きな湿潤性を有し、こうして、溶融正電極16と正端子30との間の導電経路を保護するのが好ましい。代替的な実施形態によれば、セル10図1および電池50図4について示したように、容器22の内側表面を電気絶縁するためのコストならびに複雑さが取り除かれる。そのため、集電体27は負電極に接触し、その場合、負電極は、容器22とは物理的に接触することがない一方で、集電体27および電解質20のみ接触することができる形状を有している。別の代替的な実施形態において、アルカリ金属イオンエネルギー貯蔵セルは、容器22の振動ないし傾斜時に電極14、16の2つ導電液体の混合が妨げられて、堅牢性が向上するように構成されている。液体電極に関するこの種の特徴は、先の参照によって本明細書に組み込まれる、共同所有である係属中の米国特許出願第12/505,937号および第12/839,130号に記載されている。アルカリ金属イオンセル10図1または50図4は電気の急速な受容と放出が可能であり、こうして、需給のミスマッチを克服することができる。このエネルギー貯蔵セルは、地理的位置に関する制限なしに、たとえば北極圏の寒さや砂漠の暑さのような極端な温度でも稼動することができ、また移動式構造物で実現可能である。電力容量は大容量、たとえば10平方メートル当たり1MWレベルとすることができ、住宅使用向けの多様な中規模容量から、産業用および電力管理用の多様な大規模容量に至るまで拡張適用が可能である。いくつかのアプローチにより、アルカリ金属イオンエネルギー貯蔵セルの容量を拡大し、数メガワットMWレベルの大規模適用の要件に合わせることも可能である。1つのアプローチにおいて、電極14、16を増量し、こうして、セル内で移動し得るアルカリ金属の質量を高めることにより、単一の大型アルカリ金属イオンエネルギー貯蔵セルで拡張可能性を十分に引き出すことができ得る。別のアプローチにおいて、直列に接続された多数の小型アルカリ金属イオンセルを含んだ電池により、大規模システムとして必要なパワーエレクトリクスと一体化して、より高い電池電圧をより実用的にもたらすことができよう。さらに別のアプローチにおいて、個々のセルの故障に起因する障害に対する堅牢性を高めるために、多数のセルを直列および並列接続によって相互接続することができる。アルカリ金属イオンエネルギー貯蔵セルの使用可能性の1つは、大規模発電機における使用である。エネルギー需要の日周変動はプラント効率を低下させ、結果として、24時間にわたる最適出力レベルでの発電機稼動を妨げることによって、排出を増加させる。電力容量1MW超の高容量電気エネルギー貯蔵装置により、需要低下期における発電機から貯蔵装置への電力ダウンロード、次いで、需要増加期における電力網への電力アップロードによって実施される負荷平準化が実現され、こうして、電力プラントを電力スパイクの少ない、より一定なレベルで稼動することが可能である。アルカリ金属イオンエネルギー貯蔵セルの第2の使用可能性は、再生可能エネルギー源コンバータでの使用である。供給の変動は再生可能エネルギー源によって生じる電力の管理を困難とする。風力および太陽エネルギーのようなエネルギー源は間欠的にしか生じない。適切な電力貯蔵が行われない限り、風がやんだり空が雲で覆われたりした場合の稼動に備えて待機している追加的な発電機が必要である。余分な発電機という形を取ったこうした未活用資本は、結局のところ、再生可能エネルギー源の普及規模を制限することになろう。再生可能エネルギー源と連携して使用される、信頼性のある高容量電気貯蔵装置はもっぱら負荷平準化を可能とし、こうして、電力網への再生可能エネルギー源の導入を支援することになろう。また、こうした組み合わせは、電力網から離れた遠隔地域、たとえば燃料の定期的な送達が困難な地域において、間欠発電を行う再生可能エネルギー源を発電機の代替手段として使用することを支援し得る。アルカリ金属イオンエネルギー貯蔵セルの第3の使用可能性は、送電線の支援に使用することである。送電および配電システムは、一般に、貯蔵容量を有していない。したがって、電力網は即時の需要に対処しなければならない。送電線の負荷がその容量に近づくにつれて、送電線は重度の抵抗損を招来し、これによってその効率は低下する。さらに、得られる抵抗加熱はシステム要素を融解し、送電線障害を引き起こすことがある。負荷中心における電力供給の増加に使用可能な所要の電力容量数十MWを有するポータブル発電機は、騒音、汚染をもたらすことがある上に、定期的な燃料補給が必要である。送電線が容量制限に達するときに送電線のグレードアップないし交換は、非常なコストと時間を要し、公衆の反対に直面することが多い。負荷中心の近傍に配置されたリロケーション可能なアルカリ金属イオンエネルギー貯蔵ユニットによって、日周ピーク時間帯に送電線によって送電されるエネルギーの一部を供給し、こうして、送電線の負荷需要を軽減させることができる。理想的には、貯蔵ユニットは、たとえば送電線容量の少なくとも2~20これは、典型的には、500MWレベルであるに相当する有意な分量を提供するであろう。こうしたユニットにより、送電線グレードアップの必要性を見送ることが可能である。あるいは、ポータブルアルカリ金属イオンエネルギー貯蔵ユニットの普及によって、システム障害後の非常用電源を供給し、または新たな送電線の布設中の電力送達を維持することが可能である。こうした貯蔵ユニットは、その後、もはや必要がなくなれば配置換えすることが可能である。負荷中心からの配電システムも、たとえ遥かに低い負荷であれ、同様な問題を生ずるが、ポータブル電力貯蔵ユニットの使用によって同様に対処することが可能である。商業および居住のために一定な電気供給を必要とする消費者は、停電によって特に被害を受けやすい。補助発電機は、フル出力レベルに達するまでに時間がかかるため、予備用としてはとうてい理想的なものではない。これらの消費者は、電力網停電発生時に電気を提供するように構成された予備発電システムまたは無停電電源システムUPSから恩恵を受けることができよう。電力中断時に放電するように構成された充電済みのアルカリ金属イオンエネルギー貯蔵ユニットにより、こうした必要に対処することができる。最後に、電圧異常に敏感な設備は、送達電力の電圧低下または他の不整合によって悪影響を受ける恐れがある。所望の電力レベルからのずれを除去すべく放電するように構成された充電済みアルカリ金属イオンエネルギー貯蔵ユニットの形のUPSは、高度な電力品質を確保するために、電力網と当該設備との間のバッファとして機能することができる。大規模電力貯蔵の多くは、おおよそ30kWh超の容量で実施されると期待される。容量30kWh未満のアルカリ金属イオンエネルギー貯蔵セルは、小規模の商業用または居住用レベルで実施可能であり、こうした場合には、セルの充電にエネルギー源、たとえば太陽パネルまたは個々の風力タービンを使用することができる。こうしたシステムは、商業用または居住用設備のエネルギーの必要性を維持する連続的な電気源を提供し得る。これらのタイプのセルシステムは、送電線による電気の導入が途方もないかあるいは実用的ではない、電力網から外れた遠隔地で有利に使用することができる。勿論、かかるシステムは、様々な他の環境、たとえば都市または郊外環境において使用され得る。こうして、アルカリ金属イオンエネルギー貯蔵セルは、合金組成に低コストで豊富な金属を使用する一方で、高電流能力を達成し得る。本明細書で述べた様々な組み合わせにおける、アルカリ金属、電解質および合金の選択は、自己集合性セルを可能にすると共に、低コストの製造を実現する。実施例1:本明細書中でナトリウム-アンチモン-鉛セルと称される一実施形態において、セルの活性アルカリ金属はナトリウムであり、これは負電極の重量のたとえば60または80超を占めてよい。正電極のナトリウム活性を改変する付加的元素はアンチモンと鉛である。電解質は、当該共晶組成がTm<400°Cで融解する、たとえばNaCl、KClおよびLiClをベースとしている。セルの好ましい稼動温度はおよそ400°Cであってよい。セルが充電された状態において、負電極は市販の純ナトリウムであってよく、正電極は当初は、原子比率1:1にて全面的にアンチモンと鉛で構成されたバイメタル電極であってよく、電解質は、ペーストを構成すべく酸化アルミニウム粒子と混合されたNaCl-KCl-LiCl共晶混合物であってよい。ナトリウム、アンチモンおよび鉛の比率は、図5同図は、Na、PbおよびSbによる二元三角形の縁および三元三角形の内部合金の融点を示しているに示した温度線図に従って選択されてよい。図5から分かるように、電気化学セルの稼動中、正電極の組成は変化し、したがって、合金の融点は充電状態2/3Sb:1/3Pb。これは250~300°Cの範囲で融解するから放電状態2/5Na:2/5Sb:1/5Pb。これは450~500°Cの範囲で融解するへと変化する。例示的なセルの放電の間、ある量のナトリウムが、原子ベースで見て正電極16のアンチモンの量に等しくなるまで、負電極から正電極に移動するため、正電極は最終的にナトリウム、アンチモンおよび鉛の比率が2:2:1の組成を有する。当初組成および最終組成は、500°C未満の温度でセルの低温稼動を可能とする液体である。放電完了後、活性金属電極の質量およびサイズは、充電状態のセルと比較して減少している。完全に充電されたナトリウム-アンチモン-鉛セルの開路電圧は1Vレベルであってよい。たとえばナトリウム-アンチモン-鉛セルの実際の開路電圧は、ネルンストの式で表されるように、電極の活性アルカリ金属の活性によって影響される。これらの活性はセルの開路電圧を予測される電圧超過もしくは電圧未満の値にシフトさせるような非理想性を示し得る。活性アルカリ金属質量が電極間で変動し、それぞれの化学ポテンシャルがセルの開路電圧を変化させるために、開路電圧は充電-放電サイクルにわたって一定でない場合がある。実施例2:様々な組成すなわち、40:60mol、30:70molおよび18;82molのSb-Pb合金中に金属Liを堆積させた。Liを堆積させると、Li-Sb-Pb合金とLiとの間で電圧が記録された。図6には、様々なSb-Pb濃度での500°C時の電圧がLi濃度の関数としてグラフ化して示されている。驚くべきことに、500°C時に測定された40~60molSb-Pb合金対Li∥Sb-Pbセル図6中のLiの電圧は、純Sb対Li∥Sbセル中のLiの電圧よりも高いことが観察された。こうした結果を、稼動温度にて液体融点450°CであるSb-Pb合金中にLiを堆積させることと比較して、固体アンチモン融点670°C中にLiを堆積させることによるエントロピー効果であると考えたつまり、液体中の混合エントロピーが反応の自由エネルギーの変化に寄与し、これが、次に、セル電圧を増加させる。様々なSb-Pbモル比のLi∥Sb-Pbセルが構成され、首尾よく稼動された。セルは、あらかじめ融解されたLi-Sb-Pbをカソードとして、完全に放電された状態で構成された。電解質LiF-LiCl-LiIが加えられ、負電極集電体が取り付けられて、セルは、アルゴンで満たされたテスト容器中で稼動温度まで加熱された。セルは0.88Vの開路電圧を示したが、これは滴定実験から得られた結果に一致している。セルは高い電流密度で首尾よくサイクルに付され250mA/cm2図7A、7Bおよび8A、8Bを参照、高いクーロン効率と高いLi利用度を示した。一部のセルはLi2Sb2Pb329molLi組成の金属合金で集成され、サイクルの放電部分で一貫して高いセル電圧0.88V開路電圧を維持した。セルは充電電圧1.06Vと放電電圧0.68Vを示した図7B。これらの電圧は、通電時にもたらされるIR過電圧のせいで、開路ゼロ電流電圧0.88Vとは異なっていた。図8A、8Bから分かるように、合金中のLiの量に基づく理論容量は1Ahであり、セルは容量0.85Ahで首尾よくサイクルに付され、Sb-Pb合金中のLiの高い利用度と高い溶解度を実証した。また、セルは最初の12サイクルの間、99.5の高いクーロン効率を示した。往復エネルギー効率は65であった。さらなるセルがLi8.182Sb3Pb745molLi組成の合金で構成され、高いLi利用度を示し、容量1.35Ahを達成した理論容量1.5Ahに対して、または90Li利用度。実施例3:様々な組成すなわち、40:60mol、30:70molおよび18:82molのSb-Pb合金中に金属Naを堆積させた。Naを堆積させると、Na-Sb-Pb合金とNaとの間で電圧が記録された。図9には、様々なSb-Pb濃度での500°C時に測定された電圧がNa濃度の関数としてグラフ化して示されている。上述した本発明のエネルギー貯蔵装置の実施形態は、容量、経済性、柔軟性および長寿命を組み合わせることができる。本発明の具体的な特徴が一部の実施形態および図面に含まれ、その他には含まれていないとしても、各特徴は本発明の他の任意または全ての特徴と組み合わせることができることを理解されたい。したがって、上記は、小規模、中規模および大規模システム向け貯蔵への非常に有利なアプローチを表し、商業的エネルギー管理の向上に向けての非常に有利なアプローチも表していると理解されよう。本明細書で使用された用語および表現は、説明のための用語として使用され、制限を意図するものではなく、こうした用語および表現の使用は、図示や説明した特徴またはそれらの特徴の一部の均等物をなんら排除するものではない。以上に説明し、図面に例示した本発明の実施形態は単に例示を意図しているにすぎない。当業者には数多くの変更および改変が明白であろう。そうした変更および改変の全ては、添付の特許請求の範囲のいずれかに定義された本発明の範囲に含まれるものである。"