ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК

1. Батарея, содержащая:
первый электрод;
электролит и
второй электрод,
причем один  или оба из первого и второго электродов содержат железо прямого восстановления.
2. Батарея по п. 1, в которой железо прямого восстановления находится в виде окатышей.
3. Батарея по п. 2, в которой окатыши содержат по меньшей мере примерно 60 мас.% железа по элементарной массе от общей массы окатышей.
4. Батарея по п. 2, в которой:
окатыши содержат по меньшей мере примерно 60 мас.% металлического железа от общей массы окатышей;
окатыши имеют средний размер частиц от 4 мм до 20 мм; и
окатыши составляют по меньшей мере 60 процентов от общей массы по меньшей мере одного из первого и второго электродов.
5. Батарея по п. 4, в которой окатыши содержат по меньшей мере примерно 80 мас.% металлического железа от общей массы окатышей.
6. Батарея по п. 5, в которой окатыши содержат от примерно 90 мас.% до примерно 98 мас.% металлического железа от общей массы окатышей.
7. Батарея по п. 2, в которой окатыши являются сферическими, стержневыми, дискообразными, пластинчатыми, брикетированными или комбинацией данных форм.
8. Батарея по п. 7, в которой окатыши имеют брикетированную форму и содержат горячебрикетированное железо.
9. Батарея по п. 8, в которой горячебрикетированное железо образовано из мелкодисперсного порошкового железа или железных окатышей.
10. Батарея по п. 8, в которой окатыши имеют среднюю длину от примерно 10 мм до примерно 500 мм, среднюю ширину от примерно 5 мм до примерно 250 мм и среднюю высоту от примерно 5 мм до примерно 200 мм.
11. Батарея по п. 1, в которой железо прямого восстановления содержит железную руду, железную руду прямого восстановления, восстановленный таконит, вюстит, магнетит, гематит, цементит, оксид железа или любую их комбинацию.
12. Батарея по п. 1, в которой железо прямого восстановления содержит мелкодисперсные частицы или порошок железа прямого восстановления.
13. Батарея по п. 2, в которой окатыши имеют среднюю внутреннюю пористость в диапазоне от примерно 10% до примерно 90% по объему.
2
2
14. Батарея по п. 2, в которой окатыши имеют среднюю удельную площадь поверхности в диапазоне от примерно 0,19 м/г до примерно 18 м/г.
15. Батарея по п. 2, в которой окатыши имеют средневзвешенный размер пор в диапазоне от 1 до 10 микрон.
16. Батарея по п. 2, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов имеет толщину более 0,1 см.
17. Батарея по п. 2, в которой окатыши имеют сферическую форму и средний диаметр в диапазоне от примерно 0,5 мм до примерно 10 см.
18. Батарея по п. 2, в которой окатыши содержат более 0,5 мас.% кремнеземсодержащих соединений от общей массы окатышей.
19. Батарея по п. 2, в которой окатыши содержат от примерно 1 мас.% до примерно 5 мас.% кремнеземсодержащих соединений по элементарной массе от общей массы окатышей.
20. Батарея по п. 2, в которой окатыши содержат от примерно 1 мас.% до примерно 25 мас.% кремнеземсодержащих соединений по элементарной массе от общей массы окатышей.
21. Батарея по п. 2, в которой упаковочный коэффициент окатышей по меньшей мере в одном из первого и второго электродов составляет от 30% до 74%.
22. Батарея по п. 2, в которой окатыши содержат:
первичную фазу, содержащую железо; и
вторичную фазу, содержащую кремний или другой металл.
23. Батарея по п. 2, в которой окатыши содержат:
первичную фазу, содержащую железо; и
вторичную фазу, содержащую цементит.
24. Батарея по п. 23, в которой вторичная фаза содержит диоксид кремния или силикат.
25. Батарея по п. 23, в которой вторичная фаза содержит титан, ванадий, марганец, магний, кальций, фосфор, углерод, алюминий, цирконий или любые их комбинации.
26. Батарея по п. 2, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов содержит один слой окатышей или множество слоев окатышей.
27. Батарея по п. 2, в которой между окатышами инфильтрирован электролит.
28. Батарея по п. 2, дополнительно содержащая токосъемник, электрически соединенный с окатышами.
29. Батарея по п. 28, в которой токосъемник контактирует с нижней поверхностью по меньшей мере одного из первого и второго электродов, боковыми поверхностями по меньшей мере одного из первого и второго электродов и проходит по меньшей мере через один из первого и второго электродов или любую их комбинацию.
30. Батарея по п. 2, в которой окатыши представляют собой окатыши агломерата спеченного железа.
31. Батарея по п.30, в которой окатыши агломерата спеченного железа получены с использованием печи для обжига с непрерывной подачей, печи для обжига с периодической подачей, шахтной печи или печи любого другого типа
32. Батарея по п. 1, в которой второй электрод дополнительно содержит суспензию или гель.
33. Батарея по п. 1, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов представляет собой композитный металлический электрод, содержащий смесь окатышей и композицию с более мелкими металлическими частицами.
34. Батарея по п. 33, в которой композиция с более мелкими металлическими частицами представляет собой порошковое металлическое сырье.
35. Батарея по п. 34, в которой порошковое металлическое сырье смачивается электролитом.
36. Батарея по п. 33, в которой композиция с более мелкими металлическими частицами содержит мелкодисперсные частицы железа прямого восстановления, губчатое железо, распыленное железо или любую их комбинацию.
37. Батарея по п. 36, в которой окатыши содержат таконит прямого восстановления.
38. Батарея по п. 2, в которой окатыши были синтезированы на первой стадии работы установки накопления энергии двойного назначения, содержащей батарею, и загружены по меньшей мере в один из первого и второго электродов на второй стадии работы установки накопления энергии двойного назначения.
39. Батарея по п. 2, в которой:
окатыши упакованы в слой, так что между двумя или более окатышами, контактирующими друг с другом, образованы макропоры; и
каждый окатыш содержит микропоры на соответствующих внешних поверхностях.
40. Батарея по п. 39, в которой окатыши сплавлены вместе.
41. Батарея по п. 2, в которой окатыши предварительно химически, механически, термически, электрически и/или электрохимически обрабатывают для сплавления по меньшей мере части окатышей в уплотненный слой.
42. Батарея по п. 41, дополнительно содержащая насос, выполненный с возможностью пропускания жидкого электролита через окатыши в уплотненном слое.
43. Батарея по п. 2, в которой каждый окатыш содержит микропоры на своих соответствующих внешних поверхностях.
44. Батарея по п. 2, в которой окатыши содержат поры, полученные замачиванием окатышей в травильной ванне перед введением по меньшей мере в один из первого и второго электродов.
45. Батарея по п. 44, в которой травильная ванна представляет собой кислотную ванну.
2
3
46. Батарея по п. 1, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов дополнительно содержит добавочные окатыши, содержащие BiO или сульфид металла.
2
2
47. Батарея по п. 46, в которой добавочные окатыши содержат FeS, FeS, NaS или их комбинацию.
48. Батарея по п. 2, в которой окатыши представляют собой окатыши спеченного железа, состоящие из раздробленных предшественников железа прямого восстановления и/или мелкодисперсных частиц железа прямого восстановления.
49. Батарея по п. 2, в которой окатыши предварительно механически, химически, электрически, электрохимически и/или термически обрабатывают перед введением по меньшей мере в один из первого и второго электродов.
50. Батарея по п. 2, в которой предварительная обработка включает предварительный заряд окатышей.
3
51. Батарея по п. 2, в которой окатыши первоначально состоят по меньшей мере из части цементита (FeC) перед работой батареи.
52. Батарея по п. 1, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов дополнительно содержит слой порошкового железа, выполненный с возможностью образования межфазной границы между окатышами и токосъемником батареи.
53. Батарея по п. 1, дополнительно содержащая систему мониторинга, выполненную с возможностью мониторинга состояния заряда (SOC) и/или исправности по меньшей мере одного из первого и второго электродов.
54. Батарея по п. 53, в которой система мониторинга содержит один или более датчиков, подключенных к контроллеру.
55. Батарея по п. 54, в которой один или более датчиков выбраны из группы, состоящей из тензорезистора, мессбауэровского спектрометра, ПЗС-детектора, ультразвукового преобразователя, ион-чувствительного электрода, термопары и датчика газа.
56. Батарея по п. 2, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов представляет собой композитный металлический электрод, содержащий смесь окатышей и проводящего материала, распределенного между отдельными окатышами.
57. Батарея по п. 56, в которой проводящий материал содержит одно или более проводящих волокон, один или более проводов, одну или более сеток и/или один или более листов.
58. Батарея по п. 1, в которой первый электрод представляет собой отрицательный электрод и содержит железо прямого восстановления.
59. Батарея по п. 1, дополнительно содержащая систему подачи добавок, выполненную с возможностью введения одной или более добавок в электролит.
60. Батарея по п. 59, в которой система подачи добавок подает жидкие добавки или твердые добавки.
61. Батарея по п. 59, в которой одна или более добавок включают соль.
62. Батарея по п. 61, в которой соль представляет собой карбонатную соль или полисульфидную соль.
63. Батарея по п. 59, в которой одна или более добавок включают добавку на основе серы.
64. Батарея по п. 59, в которой одна или более добавок включают поверхностно-активную добавку.
65. Батарея по п. 59, в которой одна или более добавок выполнены с возможностью уменьшения саморазряда и/или подавления реакции выделения водорода.
66. Батарея по п. 1, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов находится под действием сжимающей силы.
67. Батарея по п. 1, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов содержит дополнительный проводящий материал.
68. Батарея по п. 67, в которой дополнительный проводящий материал окружает железосодержащие окатыши.
69. Батарея по п. 67, в которой дополнительный проводящий материал представляет собой фольгу, лист, экран или провод.
70. Способ работы установки накопления энергии, включающий:
работу установки накопления энергии для получения активных материалов и
применение активных материалов в установке накопления энергии для длительного накопления энергии.
71. Способ по п. 70, в котором при получении активных материалов используют возобновляемую энергию.
72. Объемная система накопления энергии, содержащая:
одну или более батарей, причем по меньшей мере одна из указанных одной иди более батарей содержит:
первый электрод;
электролит и
второй электрод, причем один или оба из первого и второго электродов содержат железо прямого восстановления.
73. Объемная система накопления энергии по п. 72, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов, содержащий железо прямого восстановления, представляет собой отрицательный электрод, содержащий окатыши железа прямого восстановления.
74. Объемная система накопления энергии по п. 73, в которой по меньшей мере один из первого и второго электродов дополнительно содержит добавочные окатыши.
2
2
3
75. Объемная система накопления энергии по п. 74, в которой добавочные окатыши состоят из FeS, FeS, BiO или сульфида металла.
76. Объемная система накопления энергии по п. 72, в которой железо прямого восстановления представляет собой окатыши спеченного железа, состоящие из раздробленных предшественников железа прямого восстановления и/или мелкодисперсных частиц железа прямого восстановления.
77. Объемная система накопления энергии по п. 72, в которой железо прямого восстановления состоит из окатышей железа прямого восстановления, которые предварительно механически, химически и/или термически обрабатывают перед введением по меньшей мере в один из первого и второй электродов.
78. Объемная система накопления энергии по п. 72, в которой железо прямого восстановления содержит по меньшей мере примерно 60 мас.% металлического железа от общей массы окатышей, железо прямого восстановления содержит окатыши прямого восстановления железа, имеющие средний размер от 4 мм до 20 мм и железные окатыши прямого восстановления составляют по меньшей мере 60 процентов от общей массы по меньшей мере одного из первого и второго электрода.
79. Объемная система накопления энергии по п. 78, в которой объемная система накопления энергии представляет собой систему длительного накопления энергии (LODES).
80. Система длительного накопления энергии, выполненная с возможностью удержания электрического заряда в течение по меньшей мере 24 часов, при этом система содержит:
а) корпус;
b) первый электрод, содержащий:
(i) от примерно 60% до примерно 90% железа и
2
2
3
2
(ii) от примерно 1% до примерно 40% компонента, содержащего один или более материалов, выбранных из группы, состоящей из SiO, AlO, MgO, CaO и TiO;
c) второй электрод и
d) электролит.
2
81. Система по п. 80, содержащая от примерно 1,5% до примерно 7,5% SiO.
2
3
82. Система по п. 80, содержащая от примерно 0,3% до примерно 3% AlO.
83. Система по п. 80, содержащая от примерно 0,25% до примерно 2% MgO.
84. Система по п. 80, содержащая от примерно 0,75% до примерно 2,5% СаО.
2
85. Система по п. 80, содержащая от примерно 0,25% до примерно 1,5% TiO.
2
86. Система по п. 80, содержащая от 1% до 10% SiO.
2
3
87. Система по п. 80, содержащая от 0,2% до 5% AlO.
88. Система по п. 80, содержащая от 0,1% до 10% MgO.
89. Система по п. 80, содержащая от 0,9% до 10% СаО.
2
90. Система по п. 80, содержащая от 0,05% до 5% TiO.
0
91. Система по пп. 80, 81, 84, 88 или 90, в которой по меньшей мере 50% железа представляет собой Fe.
92. Система по пп. 80, 81, 84, 88 или 90, в которой по меньшей мере 50% железа представляет собой металлическое железо.
0
2+
3+
93. Система по пп. 80, 81, 84, 88 или 90, в которой железо содержит Fe, Fe и Fe.
94. Системы по пп. 80, 81, 87, 83 или 89, или 90, в которых система накопления имеет номинальную мощность по меньшей мере примерно 100 МВт, время работы в номинальном режиме по меньшей мере примерно 100 часов и номинальное энергопотребление по меньшей мере примерно 2000 МВт/ч.
95. Системы по пп. 80, 81, 87, 83 или 89, или 90, в которых система накопления имеет номинальную мощность от примерно 50 МВт до примерно 500 МВт, время работы в номинальном режиме от примерно 25 часов до примерно 500 часов и номинальное энергопотребление от примерно 3000 МВт-ч до примерно 90 000 МВт/ч.