ES2554988A2 - Electrochemical energy storage device - Google Patents

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ES2554988A2 ES201490064A ES201490064A ES2554988A2 ES 2554988 A2 ES2554988 A2 ES 2554988A2 ES 201490064 A ES201490064 A ES 201490064A ES 201490064 A ES201490064 A ES 201490064A ES 2554988 A2 ES2554988 A2 ES 2554988A2
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Ander Laresgoiti Rementeria
Laida OTAEGUI AMEZTEGUI
Hisashi Tsukamoto
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CIC ENERGIGUNE
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Abstract

The present invention relates to a metal-air battery that works at high temperatures, said battery comprising a metal-containing electrode, wherein preferably the metal is in molten, solid, or semi-solid state a porous air electrode comprising a mixed electron and oxygen ion conductor and a solid oxide electrolyte being electronically isolator and oxygen ion conductor, methods for its preparation and its use as power source of small devices as well as a power source for automotive applications and as an energy storage device for utility applications as well as for automotive and power electronic applications.

Description

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DESCRIPCIONDESCRIPTION

Dispositivo electroqwmico de almacenamiento de ene^a Campo de la invencionElectrochemical storage device from Jan ^ a Field of the invention

La presente invencion se refiere a una celula electroqwmica con una densidad de energia excepcionalmente alta y vida de funcionamiento larga. En particular, se refiere a una bateria de metal-aire de alta temperatura que incluye un electrodo negativo de metal, un electrodo positivo de aire y un electrolito de oxido solido que es conductor de iones oxigeno. La invencion se refiere ademas a disenos particulares de celulas electroquimicas modulares.The present invention relates to an electrochemical cell with an exceptionally high energy density and long operating life. In particular, it refers to a high-temperature metal-air battery that includes a negative metal electrode, a positive air electrode and a solid oxide electrolyte that is a conductor of oxygen ions. The invention also relates to particular designs of modular electrochemical cells.

AntecedentesBackground

Las baterias recargables, o secundarias, se han usado ampliamente para aplicaciones electronicas, estacionarias y en automoviles. Se han identificado como una de las tecnologias facilitadoras mas importantes en el siglo XXI debido a sus papeles significativos en un futuro energetico verde y sostenible. Existen muchos tipos de baterias recargables tales como baterias de plomo-acido, mquel-cadmio, mquel-hidruro metalico, de flujo redox de vanadio, sodio-azufre y de ion litio. Entre ellas, la bateria a base de Li es una de las mas avanzadas y ha encontrado amplias aplicaciones en los ultimos veinte anos. Sin embargo, las baterias actuales no se ajustan a la demanda en lo que se refiere a energia, potencia, seguridad, vida y coste. Las baterias futuras necesitaran nuevos compuestos quimicos, conceptos de materiales innovadores y tecnicas de fabrication y diseno de celulas revolucionarias.Rechargeable batteries, or secondary ones, have been widely used for electronic, stationary and automotive applications. They have been identified as one of the most important facilitating technologies in the 21st century due to their significant roles in a green and sustainable energy future. There are many types of rechargeable batteries such as lead-acid, nickel-cadmium, metal-hydride, vanadium redox flux, sodium-sulfur and lithium-ion batteries. Among them, Li-based battery is one of the most advanced and has found wide applications in the last twenty years. However, current batteries do not meet demand in terms of energy, power, safety, life and cost. Future batteries will need new chemical compounds, innovative material concepts and manufacturing techniques and revolutionary cell design.

Uno de los posibles sistemas futuros es una bateria de metal-aire tal como de Li-aire o Zn- aire, aunque la de Zn-aire habitualmente no es recargable. Una bateria de litio-aire normalmente incluye un electrodo negativo de metal de litio (o anodo), un electrodo positivo (o catodo) en el que se produce la reaction con oxigeno (por ejemplo, del aire, en ocasiones se denomina un "electrodo positivo de oxigeno”), y un electrolito u otro medio que conduce iones en comunicacion de fluido tanto con el electrodo positivo como con el electrodo negativo. Normalmente, el litio y el oxigeno reaccionan para producir oxidos de litio.One of the possible future systems is a metal-air battery such as Li-air or Zn-air, although Zn-air is usually not rechargeable. A lithium-air battery typically includes a negative lithium metal electrode (or anode), a positive electrode (or cathode) in which the reaction with oxygen occurs (for example, from the air, sometimes referred to as an "electrode oxygen positive ”), and an electrolyte or other medium that conducts ions in fluid communication with both the positive electrode and the negative electrode. Normally, lithium and oxygen react to produce lithium oxides.

Durante la descarga, los iones litio fluyen desde el electrodo negativo a traves del electrolito y/o el medio que conduce iones para reaccionar con el oxigeno en el electrodo positivo paraDuring discharge, lithium ions flow from the negative electrode through the electrolyte and / or the medium that conducts ions to react with oxygen in the positive electrode to

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formar un producto tal como oxido de litio (LiO2) o peroxido de litio (Li2O2) que se deposita en el electrodo positivo. Este se acopla con el flujo de electrones desde el electrodo negativo hasta el positivo a traves de un circuito de carga, que puede utilizarse para producir potencia. El sistema tiene un voltaje de descarga de aproximadamente 2,7 V. Teoricamente, puede facilitarse una densidad de energia de mas de 11000 Wh/kg, sin embargo, en la practica sera muy inferior debido a muchas cuestiones.forming a product such as lithium oxide (LiO2) or lithium peroxide (Li2O2) that is deposited on the positive electrode. This is coupled with the flow of electrons from the negative to the positive electrode through a charging circuit, which can be used to produce power. The system has a discharge voltage of approximately 2.7 V. Theoretically, an energy density of more than 11000 Wh / kg can be provided, however, in practice it will be much lower due to many issues.

Una de las principales cuestiones con la bateria de Li-aire convencional es la escasa capacidad de reciclaje y utilization del anodo de litio. Tras decadas de investigation y desarrollo, solo se han logrado algunos cientos de ciclos para las baterias recargables de litio. Con la retirada y redeposicion repetidas del litio en el anodo, tiende a formarse una dendrita de alta area superficial. Esto no solo reduce la eficiencia de la ciclacion, debido a la reaction con el electrolito para formar capas de superficie de contacto electrolito-solido (SEI) resistivas, sino que tambien posee un grave problema de seguridad debido a la posibilidad de inestabilidad termica. A menos que se mejore la eficiencia de ciclacion del litio, las baterias de Li-aire convencionales lo tendran dificil para competir con las baterias de ion litio. Se ha estimado que con un exceso de tres veces de litio, la densidad de energia volumetrica de la bateria de Li-aire es incluso ligeramente inferior que la de la bateria de ion Li actual. Por tanto, grupos de investigacion estan realizando una tremenda cantidad de trabajo de investigacion para mejorar el rendimiento del electrodo de litio (Kraytsberg, A. et al., Journal of Power Sources, 2011, 196, 886-893; Girishkumar, G. et al., J. Phys. Chem., 2010, 1, 2193-2203). Uno de los enfoques es limitar el contacto entre el electrolito liquido con el anodo de litio. Visco et al. (documentos US2007/117007; US2007/172739; WO2007/062220; WO2007/075867 y WO2010/005686) utilizaron una arquitectura de membrana protectora que conduce los iones Li pero que es impermeable a electrolitos, a la humedad y al aire. Todavia supondria un reto enorme hacer que el anodo de metal de Li convencional tuviera miles de ciclos para aplicaciones en automoviles y servicios publicos.One of the main issues with the conventional Li-air battery is the low capacity for recycling and utilization of the lithium anode. After decades of research and development, only a few hundred cycles have been achieved for rechargeable lithium batteries. With repeated removal and redeposition of lithium in the anode, a dendrite of high surface area tends to form. This not only reduces the efficiency of the cyclization, due to the reaction with the electrolyte to form resistive electrolyte-solid (SEI) contact surface layers, but also has a serious safety problem due to the possibility of thermal instability. Unless the efficiency of lithium cycling is improved, conventional Li-air batteries will have a hard time competing with lithium-ion batteries. It has been estimated that with a three-fold excess of lithium, the volumetric energy density of the Li-air battery is even slightly lower than that of the current Li-ion battery. Therefore, research groups are conducting a tremendous amount of research work to improve the performance of the lithium electrode (Kraytsberg, A. et al., Journal of Power Sources, 2011, 196, 886-893; Girishkumar, G. et al., J. Phys. Chem., 2010, 1, 2193-2203). One of the approaches is to limit the contact between the liquid electrolyte with the lithium anode. Visco et al. (US2007 / 117007; US2007 / 172739; WO2007 / 062220; WO2007 / 075867 and WO2010 / 005686) used a protective membrane architecture that conducts Li ions but is electrolyte, moisture and air impermeable. It would still be a huge challenge to make the conventional Li metal anode have thousands of cycles for applications in cars and public services.

Otra cuestion principal con la bateria de Li-aire convencional con electrolito organico es el catodo de aire. A medida que se forman los productos de reaccion de oxido de litio, a menudo bloquean los poros del catodo y detienen efectivamente la reaccion del electrodo. Como resultado, la mayoria de la disminucion del voltaje de la celula se produce en el catodo de aire (Kraytsberg, A. et al., Journal of Power Sources, 2011, 196, 886-893). Para mejorar el rendimiento del catodo de aire, los investigadores han estado desarrollando catalizadores avanzados con el fin de reducir la sobretension del catodo y aumentar la reversibilidad de la reaccion. Tambien debe prestarse atencion a la arquitectura del catodoAnother main issue with the conventional Li-air battery with organic electrolyte is the air cathode. As lithium oxide reaction products are formed, they often block the pores of the cathode and effectively stop the electrode reaction. As a result, most cell voltage decrease occurs in the air cathode (Kraytsberg, A. et al., Journal of Power Sources, 2011, 196, 886-893). To improve the performance of the air cathode, researchers have been developing advanced catalysts in order to reduce cathode overvoltage and increase the reversibility of the reaction. Attention should also be paid to the cathode architecture

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para mantener un transporte adecuado de ox^geno e iones Li hacia los sitios de reaccion y al mismo tiempo proporcionar espacio suficiente para alojar productos de oxido solido (Kraytsberg, A. et al., Journal of Power Sources, 2011, 196, 886-893).to maintain adequate transport of oxygen and Li ions to the reaction sites and at the same time provide sufficient space to house solid oxide products (Kraytsberg, A. et al., Journal of Power Sources, 2011, 196, 886- 893).

Debido al diseno, la arquitectura y los materiales usados para los diferentes componentes que configuran las baterias de Li-aire descritas en el estado de la tecnica, todavia no son competitivas con otras baterias de litio convencionales, y por tanto no se ha empleado su uso para aplicaciones en automoviles y servicios publicos. Por tanto, es deseable desarrollar nuevos sistemas de baterias que aborden principalmente la baja eficiencia del anodo de metal y el bloqueo de los poros en el electrodo de catodo de aire.Due to the design, architecture and materials used for the different components that make up the Li-air batteries described in the state of the art, they are not yet competitive with other conventional lithium batteries, and therefore their use has not been used for applications in cars and public services. Therefore, it is desirable to develop new battery systems that primarily address the low efficiency of the metal anode and the blocking of the pores in the air cathode electrode.

Por otra parte, se han desarrollado celulas de combustible de oxido solido (SOFC) como tecnologia prometedora que convierte la energia quimica de un combustible en electricidad a traves de una reaccion quimica con oxigeno. La principal caracteristica de una celula de combustible de oxido solido es su electrolito solido que es un conductor de oxigeno. Tambien tiene un catodo y un anodo en los que tienen lugar la mitad de las reacciones de la celula. En el catodo, se reduce el oxigeno a iones oxigeno que entonces se transportan al anodo a traves del electrolito solido bajo carga electrica. En el anodo, el oxigeno reacciona con combustibles que contienen hidrogeno para formar agua.On the other hand, solid oxide fuel cells (SOFC) have been developed as a promising technology that converts the chemical energy of a fuel into electricity through a chemical reaction with oxygen. The main characteristic of a solid oxide fuel cell is its solid electrolyte which is an oxygen conductor. It also has a cathode and an anode in which half of the cell reactions take place. In the cathode, oxygen is reduced to oxygen ions that are then transported to the anode through the solid electrolyte under electric charge. In the anode, oxygen reacts with fuels that contain hydrogen to form water.

Una celula de combustible de oxido solido particular que puede mencionarse es una que contiene un anodo de estano liquido para dirigir la generation de energia a partir de carbon o combustibles JP8 (Tao, T. en SOFC-IX, S.C. Singhal y J. Mizusaki Editors, Quebec City, Canada, 2005, pags. 353-362; Tao, T. et al., ECS Transactions, 2007, 12, 681-690; McPhee, W.A.G. et al, Energy & Fuels, 2009, 23, 5036-5041; Koslowske, M.T. et al., Advances in Solid Oxide Fuel Cells V, 2009, 30; Tao, T. et al., ECS Transactions, 2009, 25, 1115-1124). En un sistema de este tipo, se usa estano como capa liquida que cubre completamente el area de intercambio de oxigeno activo entre el electrolito y el anodo. En particular, el anodo liquido participa como un intermediario para la oxidation de combustible suministrado a la celula de combustible. El anodo sirve como un amortiguador contra los contaminantes del combustible, ya que bloquea el transporte de los constituyentes insolubles o de formation de escoria al electrolito e impide el transporte de los contaminantes de combustible solubles, reduciendo asi la tasa de reacciones entre el contaminante y el electrolito. Tambien se propone que se mejora la eficiencia de uso de la superficie del electrolito con respecto a la tecnologia de anodo solido poroso existente porque la capa de liquido cubre completamente el electrolito. Por tanto, puede esperarse que se produzcan reacciones del oxigeno por todaA particular solid oxide fuel cell that can be mentioned is one that contains a liquid tin anode to direct the generation of energy from carbon or JP8 fuels (Tao, T. in SOFC-IX, SC Singhal and J. Mizusaki Editors , Quebec City, Canada, 2005, pages 353-362; Tao, T. et al., ECS Transactions, 2007, 12, 681-690; McPhee, WAG et al, Energy & Fuels, 2009, 23, 5036-5041 ; Koslowske, MT et al., Advances in Solid Oxide Fuel Cells V, 2009, 30; Tao, T. et al., ECS Transactions, 2009, 25, 1115-1124). In such a system, tin is used as a liquid layer that completely covers the area of active oxygen exchange between the electrolyte and the anode. In particular, the liquid anode participates as an intermediary for the oxidation of fuel supplied to the fuel cell. The anode serves as a buffer against fuel contaminants, as it blocks the transport of insoluble constituents or slag formation to the electrolyte and prevents the transport of soluble fuel contaminants, thus reducing the rate of reactions between the contaminant and the electrolyte. It is also proposed that the efficiency of use of the electrolyte surface is improved with respect to the existing porous solid anode technology because the liquid layer completely covers the electrolyte. Therefore, oxygen reactions can be expected throughout

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la superficie del electrolito cuando se usa un anodo Kquido, en lugar de solo alrededor de Kmites de triple fase entre el combustible, el anodo y el electrolito. Jayakumar et al. (J. Electmchem. Soc., 2010, 157(3), B365-B369) informaron de un dispositivo de este tipo en el que se examinaron el Sn y el Bi a 973 y 1073 K para su uso como anodos en celulas de combustible de oxido solido con electrolito de zircona estabilizada con itria (YSZ). Aunque los voltajes de circuito abierto estaban proximos a lo que se esperaba basandose en sus termodinamicas de oxidacion, su intencion era usar metal fundido como medio para transferir oxigeno a combustibles solidos tales como el carbon. Por tanto, estos sistemas todavia se usaron como dispositivos de conversion de energia.the surface of the electrolyte when a liquid anode is used, instead of just around triple phase kmites between the fuel, the anode and the electrolyte. Jayakumar et al. (J. Electmchem. Soc., 2010, 157 (3), B365-B369) reported such a device in which the Sn and Bi were examined at 973 and 1073 K for use as anodes in fuel cells solid oxide with zircona electrolyte stabilized with yttria (YSZ). Although the open circuit voltages were close to what was expected based on their oxidation thermodynamics, their intention was to use molten metal as a means to transfer oxygen to solid fuels such as carbon. Therefore, these systems were still used as energy conversion devices.

Los documentos WO03/001617 y WO01/80335 describen dispositivos recargables que tienen una capacidad de modo dual, ya que dichos dispositivos pueden funcionar como celula de combustible y como bateria, e incluyen un anodo de metal liquido, un electrolito y un catodo. Sin embargo, es necesario recargarlos con una fuente quimica con el fin de funcionar de forma dual y solo actuan como bateria proporcionando energia electrica durante un periodo de tiempo corto cuando el suministro de combustible (fuente quimica) se ha agotado o interrumpido. Por tanto, estos sistemas no pueden considerarse como dispositivo de almacenamiento de energia electrica, e incluso menos con propiedades mejoradas con respecto a baterias de metal-aire disponibles actualmente, tal como preve esta invencion.WO03 / 001617 and WO01 / 80335 describe rechargeable devices that have a dual mode capability, since such devices can function as a fuel cell and as a battery, and include a liquid metal anode, an electrolyte and a cathode. However, it is necessary to recharge them with a chemical source in order to operate dually and only act as a battery providing electrical power for a short period of time when the fuel supply (chemical source) has been depleted or interrupted. Therefore, these systems cannot be considered as an electric energy storage device, and even less with improved properties with respect to currently available metal-air batteries, as provided by this invention.

Breve descripcion de la invencionBrief Description of the Invention

Los autores de la presente invencion han encontrado que una bateria de metal-aire en la que difunden iones oxigeno a traves de un electrolito de oxido solido entre electrodos y en la que el anodo de metal funciona en un estado fundido o semifundido, permite que tengan lugar reacciones electroquimicas y supera los problemas derivados del uso de baterias de metal-aire convencionales de la tecnica.The authors of the present invention have found that a metal-air battery in which oxygen ions diffuse through a solid oxide electrolyte between electrodes and in which the metal anode operates in a molten or semi-molten state, allows them to have place electrochemical reactions and overcome the problems arising from the use of conventional metal-air batteries of the technique.

La bateria de metal-aire de la invencion combina la tecnologia de las baterias de metal-aire convencionales con la de las celulas de combustible de oxido solido para proporcionar un sistema de alta energia para muchas aplicaciones en servicios publicos. Esta bateria funciona a alta temperatura, normalmente entre 300-1000°C.The metal-air battery of the invention combines the technology of conventional metal-air batteries with that of solid oxide fuel cells to provide a high energy system for many applications in public services. This battery operates at high temperature, usually between 300-1000 ° C.

En particular, usa el catodo y el electrolito de celulas de combustible de oxido solido (SOFC) y un combustible que contiene metal almacenado en las baterias de metal-aire. SinIn particular, it uses the cathode and solid oxide fuel cell electrolyte (SOFC) and a fuel containing metal stored in the metal-air batteries. Without

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embargo, las reacciones electroqdmicas que tienen lugar en el nuevo sistema de baterias son completamente diferentes de los de las baterias de metal-aire o SOFC tal como se muestra a continuacion.However, the electrochemical reactions that take place in the new battery system are completely different from those in the metal-air or SOFC batteries as shown below.

A diferencia de otros dispositivos electroqdmicos que combinan la tecnologia de baterias de metal-aire con la de celulas de combustible de oxido solido, la bateria de la invencion solo puede recargarse electricamente y usarse como dispositivo de almacenamiento de energia electrica.Unlike other electrochemical devices that combine the technology of metal-air batteries with that of solid oxide fuel cells, the battery of the invention can only be recharged electrically and used as an electrical energy storage device.

Mas en particular, la invencion proporciona un sistema de baterias de metal-aire con densidad de energia superior a la de las baterias de ion litio debido a la alta eficiencia de la utilizacion del metal. Ademas, el uso de un electrolito de oxido solido reduce significativamente la parte de electrolito en el sistema cuando se compara con otras baterias de metal-aire en las que hasta el 70% del peso es electrolito. Esto tambien da como resultado densidades de energia superiores.More particularly, the invention provides a metal-air battery system with energy density greater than that of lithium ion batteries due to the high efficiency of metal use. In addition, the use of a solid oxide electrolyte significantly reduces the portion of electrolyte in the system when compared to other metal-air batteries in which up to 70% of the weight is electrolyte. This also results in higher energy densities.

Como ventaja adicional, tiene una vida dclica mas larga que las celulas de Li-aire convencionales, puesto que no se forma dendrita de litio. La ausencia de formacion de dendrita evita tambien los cortocircuitos y la inestabilidad termica, haciendo asi que el sistema de baterias de metal-aire de la invencion sea mas seguro que las baterias a base de litio convencionales.As an additional advantage, it has a longer life than conventional Li-air cells, since lithium dendrite is not formed. The absence of dendrite formation also prevents short circuits and thermal instability, thus making the metal-air battery system of the invention safer than conventional lithium-based batteries.

En particular, la bateria de metal-aire de la invencion puede cargarse y descargarse electricamente durante mas de 1000 ciclos sin ningun tipo de combustible o fuente qdmica, produciendo asi una eficiencia culombica de aproximadamente 1.In particular, the metal-air battery of the invention can be charged and discharged electrically for more than 1000 cycles without any type of fuel or chemical source, thus producing a choulombic efficiency of approximately 1.

Debido a la alta densidad de energia, como resultado de la alta carga y utilizacion del anodo de metal, y la larga vida dclica, se espera que el coste por kWh de energia sea comparable al, o inferior al, de las baterias de Li-aire o ion litio convencionales.Due to the high energy density, as a result of the high charge and use of the metal anode, and the long cycle life, the cost per kWh of energy is expected to be comparable to, or less than, the Li-batteries conventional air or lithium ion.

La bateria de metal-aire de la invencion tambien es recargable y por tanto puede usarse como dispositivo de almacenamiento de energia.The metal-air battery of the invention is also rechargeable and therefore can be used as an energy storage device.

En comparacion con las celulas de combustible de oxido solido, usa un combustible de metal almacenado en lugar de combustibles gaseosos convencionales y por tanto no necesita un sistema de distribucion de combustible. Ademas, la temperatura deCompared to solid oxide fuel cells, it uses a stored metal fuel instead of conventional gaseous fuels and therefore does not need a fuel distribution system. In addition, the temperature of

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funcionamiento puede reducirse potencialmente y la densidad de potencia por area unitaria es muy superior a la de las celulas de combustible de oxido solido tradicionales.Operation can potentially be reduced and the power density per unit area is much higher than that of traditional solid oxide fuel cells.

Por tanto, un primer aspecto de la presente invencion se refiere a un metodo para el almacenamiento de energia electrica, comprendiendo dicho metodo:Therefore, a first aspect of the present invention relates to a method for storing electric energy, said method comprising:

a) Proporcionar una bateria de metal-aire que comprende: a.1) un electrodo negativo que contiene metal;a) Provide a metal-air battery comprising: a.1) a negative electrode containing metal;

a.2) un electrodo de aire positivo poroso; a.3) un electrolito conductor de iones oxigeno; ya.2) a porous positive air electrode; a.3) an oxygen ion conducting electrolyte; Y

a.4) opcionalmente, una capa de ceramica ubicada entre el electrodo de aire positivo poroso y el electrolito conductor de iones oxigeno,a.4) optionally, a ceramic layer located between the porous positive air electrode and the oxygen ion conducting electrolyte,

b) conectar la bateria de metal-aire a una fuente de energia electrica de modo que dicha bateria de metal-aire se recarga electricamente,b) connect the metal-air battery to an electric power source so that said metal-air battery is recharged electrically,

en el que dicho metodo excluye la conexion de la bateria de metal-aire a una fuente de energia quimica,wherein said method excludes the connection of the metal-air battery to a chemical power source,

y en el que la bateria de metal-aire funciona a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 300 y aproximadamente 1000°C.and in which the metal-air battery operates at temperatures ranging from about 300 to about 1000 ° C.

Un segundo aspecto de la presente invencion se refiere a una bateria de metal-aire que comprende:A second aspect of the present invention relates to a metal-air battery comprising:

a) un electrodo negativo que contiene metal;a) a negative electrode containing metal;

b) un electrodo de aire positivo poroso;b) a porous positive air electrode;

c) un electrolito conductor de iones oxigeno; yc) an oxygen ion conducting electrolyte; Y

d) opcionalmente, una capa de ceramica ubicada entre el electrodo de aire positivod) optionally, a ceramic layer located between the positive air electrode

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poroso y el electrolito conductor de iones oxigeno,porous and oxygen ion conducting electrolyte,

en la que el electrolito esta en contacto con el electrodo negativo que contiene metal en un lado y con el electrodo de aire positivo poroso en el otro lado, o cuando esta presente la capa de ceramica, el electrolito de oxido solido esta en contacto con el electrodo negativo que contiene metal en un lado y con la capa de ceramica en el otro lado,in which the electrolyte is in contact with the negative electrode containing metal on one side and with the porous positive air electrode on the other side, or when the ceramic layer is present, the solid oxide electrolyte is in contact with the negative electrode containing metal on one side and with the ceramic layer on the other side,

en la que el electrodo que contiene metal esta encerrado en una funda de cubierta para aislar el electrodo de cualquier gas o fuente quimica;wherein the metal-containing electrode is enclosed in a cover sheath to isolate the electrode from any gas or chemical source;

en la que la bateria de metal-aire solo puede recargarse mediante electricidad y funciona a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 300 y aproximadamente 1000°C.in which the metal-air battery can only be recharged by electricity and operates at temperatures ranging between approximately 300 and approximately 1000 ° C.

En otro aspecto, la presente invention se refiere a un sistema de modulos que comprende al menos dos baterias de metal-aire apiladas tal como se definio anteriormente.In another aspect, the present invention relates to a module system comprising at least two stacked metal-air batteries as defined above.

Otro aspecto de la presente invencion se refiere a un metodo para fabricar la bateria de metal-aire de la presente invencion, comprendiendo dicho metodo:Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing the metal-air battery of the present invention, said method comprising:

a) proporcionar un electrolito de oxido solido tal como se definio anteriormente;a) providing a solid oxide electrolyte as defined above;

b) colocar el electrodo positivo poroso y el electrodo negativo que contiene metal a cada lado del electrolito de oxido solido;b) place the porous positive electrode and the metal-containing negative electrode on each side of the solid oxide electrolyte;

c) encerrar el electrodo negativo que contiene metal en la funda de cubierta.c) enclose the negative electrode containing metal in the cover sheath.

Otro aspecto de la presente invencion se refiere a un metodo para el almacenamiento de energia electrica, comprendiendo dicho metodo:Another aspect of the present invention relates to a method for storing electrical energy, said method comprising:

a) proporcionar una bateria de metal-aire tal como se definio anteriormente; ya) provide a metal-air battery as defined above; Y

b) conectar la bateria de metal-aire a una fuente de energia electrica de modo que dicha bateria de metal-aire se recarga electricamente;b) connect the metal-air battery to an electric power source so that said metal-air battery is recharged electrically;

en el que dicho metodo excluye la conexion de la bateria de metal-aire a una fuente de energia quimica,wherein said method excludes the connection of the metal-air battery to a chemical power source,

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y en el que la bateria de metal-aire funciona a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 300 y aproximadamente 1000°C.and in which the metal-air battery operates at temperatures ranging from about 300 to about 1000 ° C.

Otro aspecto de la invention se refiere al uso de la bateria de metal-aire tal como se definio anteriormente como fuente de alimentation electrica para aplicaciones en servicios publicos asi como fuente de alimentacion para aplicaciones electronicas de potencia y en automoviles.Another aspect of the invention relates to the use of the metal-air battery as defined above as an electrical power source for applications in public services as well as a power source for electronic power and automobile applications.

Finalmente, otro aspecto de la invencion se refiere al uso de la bateria de metal-aire tal como se definio anteriormente como dispositivo de almacenamiento de energia electrica para aplicaciones en servicios publicos asi como para aplicaciones electronicas de potencia y en automoviles.Finally, another aspect of the invention relates to the use of the metal-air battery as defined above as an electric energy storage device for applications in public services as well as for electronic power and automobile applications.

Breve description de los dibujosBrief description of the drawings

Figura 1. Ilustracion de una celula de metal-aire de alta temperatura.Figure 1. Illustration of a high-temperature metal-air cell.

Figura 2. Ilustracion de dos opciones de un diseno plano de una bateria de metal-aire de alta temperatura.Figure 2. Illustration of two options for a flat design of a high-temperature metal-air battery.

Figura 3. Ilustracion de un diseno tubular de una bateria de metal-aire de alta temperatura.Figure 3. Illustration of a tubular design of a high-temperature metal-air battery.

Figura 4. Configuraciones de celulas de bateria de metal-aire como funcion del material que proporciona soporte mecanico: (a) electrolito; (b) anodo; (c) sustrato inerte.Figure 4. Metal-air battery cell configurations as a function of the material that provides mechanical support: (a) electrolyte; (b) anode; (c) inert substrate.

Figura 5. Ejemplos sobre interconexiones en la configuration plana: a) celulas conectadas en paralelo, option vertical; b) celulas conectadas en serie, option horizontal.Figure 5. Examples of interconnections in the flat configuration: a) cells connected in parallel, vertical option; b) cells connected in series, horizontal option.

Figura 6. Ejemplos sobre interconexiones en la configuracion tubular: a) celulas conectadas en paralelo dentro de un haz; b) varios haces conectados en un apilamiento corto para formar un sistema de modulos.Figure 6. Examples of interconnections in the tubular configuration: a) cells connected in parallel within a beam; b) several beams connected in a short stack to form a module system.

Figura 7. a) Curvas de carga y descarga de una bateria de estano-aire a 800°C; b) Curva de eficiencia de la bateria de estano-aire a 800°C.Figure 7. a) Charge and discharge curves of a tin-air battery at 800 ° C; b) Efficiency curve of the tin-air battery at 800 ° C.

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Figura 8. a) Curvas de carga y descarga de una bateria de estano-aire usando la unidad de repeticion individual del diseno plano a 800°C (el recuadro corresponde a la vista aumentada de las curvas dclicas); b) Curva de eficiencia de la celula conceptual de bateria de estano- aire a 800°C. Fabricacion de la celula bajo gas protector.Figure 8. a) Charge and discharge curves of a tin-air battery using the individual repeating unit of the flat design at 800 ° C (the box corresponds to the enlarged view of the public curves); b) Efficiency curve of the tin-air battery conceptual cell at 800 ° C. Manufacture of the cell under protective gas.

Figura 9. a) Curvas de carga y descarga de una bateria de estano-aire usando la unidad de repeticion individual del diseno plano a 800°C (el recuadro corresponde a la vista aumentada de las curvas dclicas); b) Curva de eficiencia de la celula conceptual de bateria de estano- aire a 800°C. Fabricacion de la celula al aire.Figure 9. a) Charge and discharge curves of a tin-air battery using the individual repeating unit of the flat design at 800 ° C (the box corresponds to the enlarged view of the public curves); b) Efficiency curve of the tin-air battery conceptual cell at 800 ° C. Manufacture of the air cell.

Descripcion detallada de la invencionDetailed description of the invention

Ahora se hara referencia en detalle a algunas realizaciones espedficas de la invencion que incluyen los mejores modos contemplados por los inventores para llevar a cabo la invencion. Ejemplos de estas realizaciones espedficas se ilustran en los dibujos adjuntos. Aunque la invencion se describe conjuntamente con estas realizaciones espedficas, se entendera que no se pretende limitar la invencion a las realizaciones descritas. Por el contrario, se pretende cubrir alternativas, modificaciones y equivalentes ya que pueden incluirse dentro del espmtu y el alcance de la invencion tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. En la siguiente descripcion, se explican numerosos detalles espedficos con el fin de proporcionar una comprension completa de la presente invencion. La presente invencion puede ponerse en practica sin algunos o todos estos detalles espedficos.Reference will now be made in detail to some specific embodiments of the invention that include the best ways contemplated by the inventors for carrying out the invention. Examples of these specific embodiments are illustrated in the accompanying drawings. Although the invention is described in conjunction with these specific embodiments, it will be understood that it is not intended to limit the invention to the described embodiments. On the contrary, it is intended to cover alternatives, modifications and equivalents since they can be included within the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. In the following description, numerous specific details are explained in order to provide a complete understanding of the present invention. The present invention can be put into practice without some or all of these specific details.

En esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un”, "una” y "el/la” incluyen las referencias en plural a menos que el contexto dicte claramente otra cosa. A menos que se defina otra cosa, todos los terminos tecnicos y cientificos usados en el presente documento tienen el mismo significado que el entendido comunmente por un experto habitual en la tecnica a la que pertenece esta invencion.In this specification and in the appended claims, the singular forms "a", "a" and "the" include plural references unless the context clearly dictates otherwise. Unless otherwise defined, all The technical and scientific terms used herein have the same meaning as that commonly understood by a person skilled in the art to which this invention belongs.

En un primer aspecto, la presente invencion proporciona un metodo para el almacenamiento de energia electrica. Este metodo se basa en el uso de una bateria de metal-aire de bajo coste, mejor seguridad y densidad de energia superior para aplicaciones en servicios publicos y otras, en comparacion con las baterias de ion Li y de metal-aire de la tecnica anterior. En particular, el metodo de la invencion usa un sistema de multiples capas que comprende un electrodo de aire poroso, disenado para una actividad catalrtica alta hacia la reduccion/evolucion de oxigeno y conductividad electronica e ionica mixta (o principalmenteIn a first aspect, the present invention provides a method for the storage of electrical energy. This method is based on the use of a low-cost metal-air battery, better safety and higher energy density for applications in public and other services, compared to Li-ion and metal-air batteries of the prior art. . In particular, the method of the invention uses a multi-layer system comprising a porous air electrode, designed for high catalytic activity towards oxygen reduction / evolution and mixed electronic and ionic conductivity (or mainly

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electronica) en un amplio intervalo de temperaturas de funcionamiento (es decir 300- 1000°C), un electrodo de metal y un conductor de iones oxigeno como electrolito.electronic) in a wide range of operating temperatures (ie 300-1000 ° C), a metal electrode and an oxygen ion conductor as an electrolyte.

La figura 1 ilustra el concepto del metodo de la invention que usa una bateria de metal-aire de alta temperatura. A diferencia de las baterias de Li-aire convencionales en las que el litio difunde a traves del electrolito entre electrodos, la bateria usada en el metodo de la invencion transporta iones oxigeno que difunden a traves de un electrolito solido entre electrodos. Las reacciones qtimicas generadas durante el funcionamiento electroqtimico de la bateria de metal-aire se muestran a continuation:Figure 1 illustrates the concept of the method of the invention using a high temperature metal-air battery. Unlike conventional Li-air batteries in which lithium diffuses through the electrolyte between electrodes, the battery used in the method of the invention carries oxygen ions that diffuse through a solid electrolyte between electrodes. The chemical reactions generated during the electrochemical operation of the metal-air battery are shown below:

Anodo:M + xO= o MOx + 2xe"Anode: M + xO = or MOx + 2xe "

Catodo: 1/2xO2(g) + 2xe" o xO=Catodo: 1 / 2xO2 (g) + 2xe "or xO =

Total: M + 1/2xO2(g) o MOxTotal: M + 1 / 2xO2 (g) or MOx

Mas espedficamente, en la descarga, se reduce el gas oxigeno y se disocia en iones oxigeno en el catodo. Los iones oxigeno difunden a traves de un electrolito de oxido solido desde el catodo hasta el anodo y alli reaccionan con el metal y forman un oxido de metal en el anodo. En la carga, se descompone el oxido de metal y se liberan iones oxigeno en el anodo que entonces difunden al catodo para formar gas oxigeno.More specifically, in the discharge, the oxygen gas is reduced and dissociated into oxygen ions in the cathode. The oxygen ions diffuse through a solid oxide electrolyte from the cathode to the anode and there react with the metal and form a metal oxide in the anode. In the charge, the metal oxide decomposes and oxygen ions are released into the anode which then diffuses to the cathode to form oxygen gas.

Por tanto, la reaction electroquimica es reversible y los oxidos de metal formados durante la descarga pueden regenerarse en metal cuando se invierte la corriente, dando lugar a un sistema recargable que puede usarse durante muchos ciclos.Therefore, the electrochemical reaction is reversible and the metal oxides formed during discharge can regenerate into metal when the current is reversed, resulting in a rechargeable system that can be used for many cycles.

La bateria de metal-aire solo puede recargarse electricamente. Por tanto, tras la conexion a una fuente de energia electrica, la bateria de metal-aire se recarga electricamente y esta lista para su uso.The metal-air battery can only be recharged electrically. Therefore, after connection to an electric power source, the metal-air battery is recharged electrically and is ready for use.

El metodo de la invencion solo contempla que la bateria de metal-aire se recargue, electricamente y por tanto, excluye la conexion de la bateria de metal-aire a cualquier otra fuente, tal como una fuente qtimica.The method of the invention only contemplates that the metal-air battery is recharged, electrically and therefore, excludes the connection of the metal-air battery to any other source, such as a chemical source.

A continuacion se describe una explication detallada de los componentes de la bateria de metal-aire.A detailed explanation of the components of the metal-air battery is described below.

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Electrodo negativo que contiene metalNegative electrode containing metal

El electrodo negativo que contiene metal constituye el anodo del sistema de baterias y comprende, como componente principal, al menos un metal, aleacion metalica o compuesto que contiene metal o bien en un estado fundido, solido o bien semisolido.The negative electrode containing metal constitutes the anode of the battery system and comprises, as the main component, at least one metal, metal alloy or metal-containing compound either in a molten, solid or semi-solid state.

En una realization particular de esta invention, el metal se selecciona de elementos alcalinos, elementos de metal alcalinoterreo, elementos del grupo VIB, grupo VIIB, grupo VIIIB, grupo IB, grupo IIB, grupo IIIA y grupo IVA de la tabla periodica. Preferiblemente, el metal se selecciona de estano, bismuto, galio, hierro, cobre, cobalto, mquel, plomo, magnesio, zinc, antimonio, indio, sodio, litio, tungsteno, molibdeno, cerio, titanio, manganeso, niobio, vanadio y aluminio. Mas preferiblemente es estano, bismuto, galio, zinc, sodio, litio y aluminio, incluso mas preferiblemente el metal se selecciona de estano, litio y zinc.In a particular embodiment of this invention, the metal is selected from alkaline elements, alkaline earth metal elements, elements of group VIB, group VIIB, group VIIIB, group IB, group IIB, group IIIA and VAT group from the periodic table. Preferably, the metal is selected from tin, bismuth, gallium, iron, copper, cobalt, nickel, lead, magnesium, zinc, antimony, indium, sodium, lithium, tungsten, molybdenum, cerium, titanium, manganese, niobium, vanadium and aluminum . More preferably it is tin, bismuth, gallium, zinc, sodium, lithium and aluminum, even more preferably the metal is selected from tin, lithium and zinc.

Ademas, en otra realizacion de esta invencion, tambien puede usarse una mezcla de metales como materiales de electrodo en el sistema de baterias de metal-aire. La mezcla de metales puede estar compuesta de los mismos elementos mencionados anteriormente, por ejemplo estano, bismuto, galio, hierro, cobre, cobalto, mquel, plomo, magnesio, zinc, antimonio, indio, sodio, litio, tungsteno, molibdeno, cerio, titanio, manganeso, niobio, vanadio y aluminio. La mezcla de metales se refiere a una mezcla de metales homogenea y/o una mezcla de metales no homogenea, tal como una mezcla heterogenea, metales dopados y otras formas de materiales con mas de una especie de metal tal como una mezcla de metales o bien en forma de particulas, particulas prensadas o bien particulas sinterizadas.In addition, in another embodiment of this invention, a mixture of metals can also be used as electrode materials in the metal-air battery system. The metal mixture may be composed of the same elements mentioned above, for example, tin, bismuth, gallium, iron, copper, cobalt, nickel, lead, magnesium, zinc, antimony, indium, sodium, lithium, tungsten, molybdenum, cerium, titanium, manganese, niobium, vanadium and aluminum. The mixture of metals refers to a mixture of homogeneous metals and / or a mixture of non-homogeneous metals, such as a heterogeneous mixture, doped metals and other forms of materials with more than one species of metal such as a mixture of metals or in the form of particles, pressed particles or sintered particles.

Tambien pueden usarse adiciones en pequenas fracciones de los metales descritos anteriormente para mejorar las propiedades de humectacion y para ajustar los puntos de fusion y por tanto para controlar cuidadosamente la actividad de los metales.Additions can also be used in small fractions of the metals described above to improve the wetting properties and to adjust the melting points and therefore to carefully control the activity of the metals.

Ademas, en otra realizacion de la invencion tambien pueden usarse materiales de metal en aleacion como materiales de electrodo en el sistema de baterias de metal-aire. Los materiales de metal en aleacion pueden estar compuestos por los mismos elementos mencionados anteriormente, por ejemplo estano, bismuto, galio, hierro, cobre, cobalto, mquel, plomo, magnesio, zinc, antimonio, indio, sodio, litio y aluminio.In addition, in another embodiment of the invention, metal alloy materials can also be used as electrode materials in the metal-air battery system. Alloy metal materials may be composed of the same elements mentioned above, for example, tin, bismuth, gallium, iron, copper, cobalt, nickel, lead, magnesium, zinc, antimony, indium, sodium, lithium and aluminum.

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Ademas, en otra realization de esta invention, el electrodo que contiene metal puede ser una combination de los metales, mezcla de metales, materiales de metal en aleacion y compuestos que contienen metales mencionados anteriormenteIn addition, in another embodiment of this invention, the metal-containing electrode may be a combination of metals, mixture of metals, alloy metal materials and compounds containing metals mentioned above.

Preferiblemente, el metal, la aleacion metalica o el compuesto que contiene metal esta en un estado fundido o Kquido. Esto permite una mejor utilization del metal, dando como resultado una densidad de energia practica superior. Ademas, reduce la degradation mecanica y mejora la vida dclica del anodo debido a la funcion de autorregeneracion del liquido.Preferably, the metal, metal alloy or metal-containing compound is in a molten or liquid state. This allows a better utilization of the metal, resulting in a higher practical energy density. In addition, it reduces mechanical degradation and improves the physical life of the anode due to the self-regeneration function of the liquid.

En otra realizacion preferida, el metal, la aleacion metalica o el compuesto que contiene metal puede estar en forma de polvos metalicos finos que pueden interdispersarse con un material conductor para aumentar los sitios de reaction y mejorar la utilizacion de combustible.In another preferred embodiment, the metal, the metal alloy or the metal-containing compound may be in the form of fine metal powders that can be interdispersed with a conductive material to increase the reaction sites and improve fuel utilization.

En otra realizacion, el metal, la aleacion metalica o el compuesto que contiene metal puede estar en forma de un metal solido y comprende una sal fundida que porta oxigeno desde la superficie de contacto del electrolito hasta el metal.In another embodiment, the metal, metal alloy or metal-containing compound may be in the form of a solid metal and comprises a molten salt that carries oxygen from the contact surface of the electrolyte to the metal.

En otra realizacion, el compuesto que contiene metal puede estar en forma de un par redox tal como el sistema Na2S/Na2SO4.In another embodiment, the metal-containing compound may be in the form of a redox pair such as the Na2S / Na2SO4 system.

En otra realizacion particular, el electrodo que contiene metal comprende ademas una matriz porosa que conduce iones o iones-electrones mixta que potencia los sitios activos del electrodo para la reaccion electroquimica, aumentando asi el rendimiento y la eficiencia del sistema. Debe ser porosa con el fin de permitir que se cargue el combustible metalico. Preferiblemente, la matriz porosa que conduce iones o iones-electrones mixta contiene fibras o polvos finos interconectados.In another particular embodiment, the metal-containing electrode further comprises a porous matrix that conducts mixed ions or ion-electrons that enhances the active sites of the electrode for the electrochemical reaction, thereby increasing the performance and efficiency of the system. It must be porous in order to allow the metallic fuel to be loaded. Preferably, the porous matrix that conducts mixed ions or electron ions contains interconnected fibers or fine powders.

Por tanto, en una realizacion preferida, el electrodo negativo que contiene metal comprende una mezcla de:Therefore, in a preferred embodiment, the metal-containing negative electrode comprises a mixture of:

1) un metal, aleacion metalica o compuesto que contiene polvo metalico, y1) a metal, metal alloy or compound containing metal powder, and

2) un polvo o fibra que conduce iones puros o iones-electrones mixto.2) a powder or fiber that conducts pure ions or mixed ion-electrons.

En otra realizacion preferida, el electrodo negativo de metal comprende una mezcla de:In another preferred embodiment, the metal negative electrode comprises a mixture of:

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1) un metal Kquido, aleacion metalica o compuesto que contiene metal y1) a liquid metal, metal alloy or compound containing metal and

2) un polvo o fibra que conduce iones puros o iones-electrones mixto.2) a powder or fiber that conducts pure ions or mixed ion-electrons.

Alternativamente, la matriz porosa que conduce iones o iones-electrones mixta forma un entramado en el que esta contenido el metal, aleacion metalica o compuesto que contiene metal.Alternatively, the porous matrix that conducts mixed ions or electron ions forms a framework in which the metal, metal alloy or metal-containing compound is contained.

En una realization preferida, la matriz porosa que conduce iones esta compuesta por un conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita que comprende un compuesto de formula (I):In a preferred embodiment, the porous ion-conducting matrix is composed of a fluorite-related oxygen ion conductor comprising a compound of formula (I):

[(Ai[(Ai

.x-yA’xA”y)Os]i-z[(Bi.vB’v)O2]z-d.x-yA’xA ”y) Os] i-z [(Bi.vB’v) O2] z-d

(Formula I)(Formula I)

en la que:in which:

A, A’ y A” son diferentes entre si, y A, A’ y A” comprenden cada uno independiente al menos un elemento mono, di o trivalente seleccionado de itrio (Y), sodio (Na), escandio (Sc), samario (Sm), gadolinio (Gd), cerio (Ce), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al) y bismuto (Bi);A, A 'and A "are different from each other, and A, A' and A" each independently comprise at least one mono, di or trivalent element selected from yttrium (Y), sodium (Na), scandium (Sc), samarium (Sm), gadolinium (Gd), cerium (Ce), calcium (Ca), magnesium (Mg), aluminum (Al) and bismuth (Bi);

B y B’ son diferentes entre si, y B y B’ comprenden cada uno independiente un cation seleccionado de zirconio (Zr) y cerio (Ce).B and B ’are different from each other, and B and B’ each independently comprise a selected cation of zirconium (Zr) and cerium (Ce).

v, x, y y z tienen valores desde 0 hasta 1, con la condition de que x+y sea inferior o igual a 1;v, x, y and z have values from 0 to 1, with the proviso that x + y is less than or equal to 1;

s tiene un valor que oscila entre 0,5 y 1,5; ys has a value that ranges between 0.5 and 1.5; Y

d corresponde a desviaciones de sitio con respecto a la estequiometria.d corresponds to site deviations from stoichiometry.

En la formula I, A’ y A” designan cada uno un elemento que sustituye a A en una parte de los sitios A en los oxidos de metal. Ademas, B’ sustituye a B en una parte de los sitios B en el oxido de metal.In formula I, A ’and A” each designate an element that replaces A in a part of the A sites in metal oxides. In addition, B ’replaces B in a part of the B sites in the metal oxide.

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El sitio A en el material de formula I puede incluir al menos un elemento metalico seleccionado de itrio (Y), escandio (Sc), samario (Sm), gadolinio (Gd), cerio (Ce), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al) y bismuto (Bi). A’ y A” que sustituyen a A como elementos dopantes, pueden incluir un elemento diferente de A, por ejemplo, al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en itrio (Y), sodio (Na), escandio (Sc), samario (Sm), gadolinio (Gd), cerio (Ce), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al) y bismuto (Bi).Site A in the material of formula I may include at least one metal element selected from yttrium (Y), scandium (Sc), samarium (Sm), gadolinium (Gd), cerium (Ce), calcium (Ca), magnesium ( Mg), aluminum (Al) and bismuth (Bi). A 'and A ”that substitute A as doping elements, may include an element other than A, for example, at least one element selected from the group consisting of yttrium (Y), sodium (Na), scandium (Sc), samarium (Sm), gadolinium (Gd), cerium (Ce), calcium (Ca), magnesium (Mg), aluminum (Al) and bismuth (Bi).

El sitio B en el material de formula I puede incluir un elemento metalico seleccionado de zirconio (Zr) y cerio (Ce). B’, que sustituye a B como elemento dopante, puede incluir un elemento diferente de B, por ejemplo, un elemento seleccionado de zirconio (Zr) y cerio (Ce).Site B in the material of formula I may include a metal element selected from zirconium (Zr) and cerium (Ce). B ’, which replaces B as a doping element, can include a different element from B, for example, an element selected from zirconium (Zr) and cerium (Ce).

Los compuestos de formula (I) pueden incluir adiciones de aditivos minoritarias, mas en particular oxidos de metal, tales como CaO, Na2O, TiO2, Al2O3, Mn2O3, Y2O3, SiO2, Fe2O3 y CeO2.The compounds of formula (I) may include additions of minor additives, more particularly metal oxides, such as CaO, Na2O, TiO2, Al2O3, Mn2O3, Y2O3, SiO2, Fe2O3 and CeO2.

Ejemplos de conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita incluyen ZrO2 dopado con Y2O3, ZrO2 dopado con CaO, CeO2 dopado con Gd2O3, ZrO2 dopado con Sc2O3, Bi2O3, Bi2O3 dopado con Y2O3.Examples of fluorite-related oxygen ion conductor include ZrO2 doped with Y2O3, ZrO2 doped with Gd2O3, ZrO2 doped with Sc2O3, Bi2O3, Bi2O3 doped with Y2O3.

El conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita tambien puede combinarse con metales que tienen puntos de fusion superiores a 900°C, tales como mquel, hierro o cobre con el fin de proporcionar una matriz porosa que conduce iones-electrones mixta.The fluorite-related oxygen ion conductor can also be combined with metals having melting points greater than 900 ° C, such as nickel, iron or copper in order to provide a porous matrix that conducts mixed ion-electrons.

Alternativamente, el conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita tambien puede combinarse o sustituirse por un oxido de metal de transition de tipo perovskita para proporcionar una matriz porosa que conduce iones-electrones mixta. El oxido de metal de transicion de tipo perovskita es un oxido que tiene la misma estructura cristalina que el CaTiO3 mineral, que normalmente se expresa como ABO3 en el que los sitios A y B del oxido de metal estan sustituidos cada uno con un elemento quimico diferente.Alternatively, the fluorite-related oxygen ion conductor can also be combined or substituted by a transition metal oxide of the perovskite type to provide a porous matrix that conducts mixed ion-electrons. The transition metal oxide of the perovskite type is an oxide that has the same crystalline structure as the mineral CaTiO3, which is normally expressed as ABO3 in which the A and B sites of the metal oxide are each substituted with a different chemical element .

Mas en particular, un oxido de metal de transicion de tipo perovskita tiene una formula (II):More particularly, a perovskite transition metal oxide has a formula (II):

(Ai.xA’x)i-a(Bi.yB’y)i_bO3-d (Formula II)(Ai.xA’x) i-a (Bi.yB’y) i_bO3-d (Formula II)

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en la que:in which:

A y A’ son diferentes entre si y A y A’ comprenden cada uno independiente al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en estroncio (Sr), itrio (Y), samario (Sm), cerio (Ce), bismuto (Bi), lantano (La), gadolinio (Gd), neodimio (Nd), praseodimio (Pr), calcio (Ca), bario (Ba), magnesio (Mg) y plomo (Pb);A and A 'are different from each other and A and A' each comprise at least one element selected from the group consisting of strontium (Sr), yttrium (Y), samarium (Sm), cerium (Ce), bismuth (Bi ), lanthanum (La), gadolinium (Gd), neodymium (Nd), praseodymium (Pr), calcium (Ca), barium (Ba), magnesium (Mg) and lead (Pb);

B y B’ son diferentes entre si, y B y B’ comprenden cada uno independiente al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en iones de metal de transicion tales como titanio (Ti), vanadio (V), manganeso (Mn), cobalto (Co), hierro (Fe), cromo (Cr), mquel (Ni) o cobre (Cu); y galio (Ga);B and B 'are different from each other, and B and B' each independently comprise at least one element selected from the group consisting of transition metal ions such as titanium (Ti), vanadium (V), manganese (Mn), cobalt (Co), iron (Fe), chromium (Cr), nickel (Ni) or copper (Cu); and gallium (Ga);

x esta entre 0 y 1; ex is between 0 and 1; and

y esta entre 0 y 1,and is between 0 and 1,

a, b y d corresponden a desviaciones de sitio con respecto a la estequiometria.a, b and d correspond to site deviations with respect to stoichiometry.

En la formula II, A’ designa un elemento que sustituye a A en una parte de los sitios A en los oxidos de metal para producir un material de tipo n, mejorando la conductividad electrica del oxido de metal. Ademas, B’ sustituye a B en una parte de los sitios B en el oxido de metal para producir un material de tipo p, y por tanto los atomos del sitio B varian facilmente para aumentar la concentracion de vacantes de oxigeno. El aumento en la concentracion de vacantes de oxigeno proporciona conductividad ionica a un material de tipo perovskita, lo que aumenta el transporte de iones oxigeno a o desde el limite de triple fase en el que se produce una reaccion electroqdmica. Pueden usarse metodos de preparation espedficos para inducir deficiencia de sitio y por tanto para mejorar la actividad electroqtimica.In formula II, A 'designates an element that replaces A at a part of the sites A in the metal oxides to produce a n-type material, improving the electrical conductivity of the metal oxide. In addition, B ’replaces B in a part of the B sites in the metal oxide to produce a p-type material, and therefore the B-site atoms vary easily to increase the concentration of oxygen vacancies. The increase in the concentration of oxygen vacancies provides ionic conductivity to a perovskite type material, which increases the transport of oxygen ions to or from the triple phase limit in which an electrochemical reaction occurs. Specific preparation methods can be used to induce site deficiency and therefore to improve electrochemical activity.

El sitio A en el material de formula II puede incluir al menos un elemento metalico seleccionado de estroncio (Sr), itrio (Y), samario (Sm), cerio (Ce), bismuto (Bi), lantano (La), gadolinio (Gd), neodimio (Nd), praseodimio (Pr), calcio (Ca), bario (Ba), magnesio (Mg) y plomo (Pb). A’, que sustituye a A como elemento dopante, puede incluir un donador de electrones diferente de A, por ejemplo, al menos un metal de transicion. Por ejemplo, si el sitio A incluye Sr, A’ puede incluir al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en itrio (Y), samario (Sm), lantano (La), gadolinio (Gd), neodimio (Nd), praseodimio (Pr), calcio (Ca), magnesio (Mg) y bario (Ba).Site A in the material of formula II may include at least one metal element selected from strontium (Sr), yttrium (Y), samarium (Sm), cerium (Ce), bismuth (Bi), lanthanum (La), gadolinium ( Gd), neodymium (Nd), praseodymium (Pr), calcium (Ca), barium (Ba), magnesium (Mg) and lead (Pb). A ’, which replaces A as a doping element, can include an electron donor other than A, for example, at least one transition metal. For example, if site A includes Sr, A 'may include at least one element selected from the group consisting of yttrium (Y), samarium (Sm), lanthanum (La), gadolinium (Gd), neodymium (Nd), praseodymium (Pr), calcium (Ca), magnesium (Mg) and barium (Ba).

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El sitio B en el material de formula II puede incluir al menos un elemento metalico seleccionado de titanio (Ti), manganeso, (Mn), cobalto (Co), hierro (Fe), mquel (Ni), cromo (Cr), vanadio (V), galio (Ga) y cobre (Cu). B’, que sustituye a B como elemento dopante, puede incluir un aceptor de electrones diferente de B, por ejemplo, al menos un metal de transition o al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en titanio (Ti), manganeso (Mn), cobalto (Co), hierro (Fe), cromo (Cr), galio (Ga), tiquel (Ni) y vanadio (V).Site B in the material of formula II may include at least one metal element selected from titanium (Ti), manganese, (Mn), cobalt (Co), iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), vanadium (V), gallium (Ga) and copper (Cu). B ', which replaces B as a doping element, may include an electron acceptor other than B, for example, at least one transition metal or at least one element selected from the group consisting of titanium (Ti), manganese (Mn) , cobalt (Co), iron (Fe), chromium (Cr), gallium (Ga), ticket (Ni) and vanadium (V).

Ejemplos de estos oxidos de metal de transicion de tipo perovskita son (La,Sr)TiO3, (Y,Sr)TiOs, (LaSr)CrO3, (La,Sr)(Cr,V)O3, (La,Sr)(Ga,Mn)O3, (La,Sr,Ca)(Mn,Cr)O3,Examples of these perovskite transition metal oxides are (La, Sr) TiO3, (Y, Sr) TiOs, (LaSr) CrO3, (La, Sr) (Cr, V) O3, (La, Sr) (Ga , Mn) O3, (La, Sr, Ca) (Mn, Cr) O3,

(La,Sr)(Ti,Mn)O3.(La, Sr) (Ti, Mn) O3.

Un ejemplo de un material que conduce iones-electrones mixto es un material compuesto de tipo perovskita-fluorita tal como (SrLa)TiO3 - Ce(La)O2-d.An example of a material that conducts mixed ion-electrons is a composite material of the perovskite-fluorite type such as (SrLa) TiO3-Ce (La) O2-d.

El electrodo que contiene metal o anodo del sistema de baterias de metal-aire normalmente no necesita ningun catalizador porque la reaction electroquimica se lleva a cabo en la superficie del propio metal.The metal-containing electrode or anode of the metal-air battery system usually does not need any catalyst because the electrochemical reaction is carried out on the surface of the metal itself.

En una realization particular, el electrodo de metal esta encerrado en una funda de cubierta. Mediante la expresion "funda de cubierta”, debe entenderse una funda disenada para aislar el electrodo que contiene metal (anodo) de cualquier gas o fuente quimica. Sin embargo, esta funda debe permitir el contacto del electrodo que contiene metal con el electrolito conductor de iones oxigeno. Por tanto, dicha funda de cubierta esta dotada de un lado abierto a traves de cual la funda se fija o se sella al electrolito, permitiendo el contacto de dicho electrolito con el electrodo que contiene metal.In a particular embodiment, the metal electrode is enclosed in a cover sheath. By the expression "cover sheath", a sheath designed to isolate the metal-containing electrode (anode) from any gas or chemical source should be understood. However, this sheath must allow the contact of the metal-containing electrode with the conductive electrolyte of Oxygen ions Therefore, said cover sheath is provided with an open side through which the sheath is fixed or sealed to the electrolyte, allowing the contact of said electrolyte with the metal-containing electrode.

La funda de cubierta tambien actua como una funda de cubierta protectora para proteger dicho electrodo que contiene metal de reacciones que inducen su degradation o desactivacion. Por ejemplo, esta funda puede actuar como una cubierta estanca a gases del electrodo de metal, con el fin de minimizar la exposition a cualquier gas, y en particular para evitar su oxidation en contacto con la atmosfera. Esta funda tambien puede actuar como un separador de camaras y sistema de colector de corriente y/o interconexion.The cover sheath also acts as a protective cover sheath to protect said metal-containing electrode from reactions that induce its degradation or deactivation. For example, this sheath can act as a gas-tight cover of the metal electrode, in order to minimize exposure to any gas, and in particular to prevent its oxidation in contact with the atmosphere. This case can also act as a chamber separator and current collector and / or interconnection system.

Esta funda esta compuesta normalmente por un material electronicamente conductor de manera que puede formar un cable electrico de la bateria. La funda puede estar compuestaThis case is normally composed of an electronically conductive material so that it can form an electric cable of the battery. The cover can be composed

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por cualquier metal que no sea reactivo con los otros componentes del sistema. Con respecto a esto, la funda puede estar compuesta por un metal en aleacion, tal como aceros ferriticos con o sin niquel, por ejemplo los comunmente conocidos como materiales de tipo Crofer. En otra realization, la funda puede estar compuesta por cualquier material conductor ceramico, no reactivo con los otros componentes.for any metal that is not reactive with the other system components. With respect to this, the sheath may be composed of an alloy metal, such as ferritic steels with or without nickel, for example those commonly known as Crofer type materials. In another embodiment, the sheath may be composed of any ceramic conductive material, not reactive with the other components.

Ademas, el material electronicamente conductor puede estar pasivado o recubierto para evitar el envenenamiento por cromo del electrodo de aire o reacciones laterales que inducen degradation.In addition, the electronically conductive material may be passivated or coated to prevent chromium poisoning of the air electrode or side reactions that induce degradation.

En particular, el material electronicamente conductor se trata (se pasiva) o se recubre preferiblemente para producir una capa protectora que evita la reaction de la funda y el electrodo de metal durante el procesamiento y el funcionamiento del sistema de baterias de metal-aire. La capa protectora incluye oxidos de tipo espinela, por ejemplo espinelas que contienen manganeso y cobalto o manganeso, espinales que contienen cobalto y hierro. Otros ejemplos de capas protectoras incluyen oxidos de tipo perovskita de formula II, tales como oxidos de tipo perovskita que contienen La-Sr-Fe o La-Sr-Fe-Cu. Ejemplos adicionales incluyen materiales de tipo fluorita tales como CeO2, y otros oxidos tales como materiales relacionados con Y2O3. Estas capas protectoras pueden generarse “in situ” o pueden depositarse en la parte superior del material electronicamente conductor mediante metodos convencionales tales como sinterizacion reactiva, deposition quimica en fase de vapor, bombardeo catodico, pulverization, recubrimiento por inmersion, serigrafia y otros.In particular, the electronically conductive material is treated (passive) or preferably coated to produce a protective layer that prevents the reaction of the metal sheath and electrode during the processing and operation of the metal-air battery system. The protective layer includes spinel type oxides, for example spinels containing manganese and cobalt or manganese, spinals containing cobalt and iron. Other examples of protective layers include perovskite type oxides of formula II, such as perovskite type oxides containing La-Sr-Fe or La-Sr-Fe-Cu. Additional examples include fluorite type materials such as CeO2, and other oxides such as Y2O3 related materials. These protective layers can be generated "in situ" or can be deposited on top of the electronically conductive material by conventional methods such as reactive sintering, chemical vapor deposition, cathode bombardment, spraying, immersion coating, screen printing and others.

En otra realizacion particular, la funda esta compuesta por un material electricamente aislante, en cuyo caso puede disponerse en el mismo un colector de corriente separado.In another particular embodiment, the sheath is composed of an electrically insulating material, in which case a separate current collector can be arranged therein.

El conjunto de electrodo de metal-funda puede sellarse al electrolito con una combination de una o mas piezas de sellado tales como sellos de vidrio, sellos a base de metal y piezas ceramicas tales como fieltros de tipo alumina o mica, para proporcionar una funda de cubierta tan estanca como sea posible.The metal-sheath electrode assembly may be electrolyte sealed with a combination of one or more sealing parts such as glass seals, metal based seals and ceramic parts such as alumina or mica type felts, to provide a sheath of Cover as tight as possible.

En una realizacion preferida, dicha funda de cubierta es una funda de cubierta estanca a gases.In a preferred embodiment, said cover sheath is a gas tight cover sheath.

Electrodo de aire positivo porosoPorous positive air electrode

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El electrodo de aire positivo poroso constituye el catodo del sistema de baterias de metal- aire usado en el metodo de la invention. Comprende una capa porosa fina compuesta por materiales o materiales compuestos electronica e ionicamente conductores. Debe ser porosa con el fin de permitir que las moleculas de oxigeno alcancen la superficie de contacto electrodo/electrolito.The porous positive air electrode constitutes the cathode of the metal-air battery system used in the method of the invention. It comprises a thin porous layer composed of electronically and ionically conductive materials or composites. It must be porous in order to allow oxygen molecules to reach the electrode / electrolyte contact surface.

En una realization preferida de la invencion, la capa porosa esta compuesta por un oxido de metal de transition de tipo perovskita o materiales compuestos de perovskita con conductores de iones oxigeno relacionados con fluorita, tales como los definidos anteriormente para el electrodo de metal.In a preferred embodiment of the invention, the porous layer is composed of a transition metal oxide of the perovskite type or perovskite composites with fluorite-related oxygen ion conductors, such as those defined above for the metal electrode.

Mas preferiblemente, el oxido de metal de transicion de tipo perovskita, o ABO3, tiene una formula (IN):More preferably, the transition metal oxide of the perovskite type, or ABO3, has a formula (IN):

(Lni_xMx)i-a(Bi_yB’y)i_bO3-d (Formula III)(Lni_xMx) i-a (Bi_yB’y) i_bO3-d (Formula III)

en la que:in which:

Ln es un cation lantanido seleccionado de lantano (La), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), samario (Sm) y gadolinio (Gd);Ln is a lanthanide cation selected from lanthanum (La), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm) and gadolinium (Gd);

M es al menos un cation alcalinoterreo seleccionado de calcio (Ca), estroncio (Sr) y bario (Ba);M is at least one alkaline earth cation selected from calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba);

B y B’ son diferentes entre si, y B y B’ comprenden cada uno independiente al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en cobalto (Co), hierro (Fe), cromo (Cr), cobre (Cu) y manganeso (Mn).;B and B 'are different from each other, and B and B' each independently comprise at least one element selected from the group consisting of cobalt (Co), iron (Fe), chromium (Cr), copper (Cu) and manganese ( Mn) .;

x e y son las proporciones de combination de cationes de sitio A y sitio B que oscilan entre 0x e y are the combination ratios of site A and site B cations ranging from 0

y i; yand i; Y

a, b y d corresponden a desviaciones de sitio atomico con respecto a la estequiometria.a, b and d correspond to atomic site deviations from stoichiometry.

Ejemplos de estos oxidos de metal de transicion de tipo perovskita son (LaSr)CoO3, (La,Sr,Ca)(Mn,Cr)O3 y (La,Sr)(Fe,Co)O3.Examples of these perovskite transition metal oxides are (LaSr) CoO3, (La, Sr, Ca) (Mn, Cr) O3 and (La, Sr) (Fe, Co) O3.

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El conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita normalmente comprende un compuesto de formula (I) o disoluciones mixtas de dos o mas sistemas de oxido tal como se muestra en la formula (I):The fluorite-related oxygen ion conductor typically comprises a compound of formula (I) or mixed solutions of two or more oxide systems as shown in formula (I):

[(Ai[(Ai

-x-yA'xA”y)Os]i-z[(Bi-vB'v)O2]-x-yA'xA ”y) Os] i-z [(Bi-vB'v) O2]

Jz-dJz-d

(Formula I)(Formula I)

en el quein which

A, A' y A” son diferentes entre si, y A, A' y A” comprenden cada uno independiente al menos un elemento mono, di o trivalentes seleccionado de itrio (Y), sodio (Na), escandio (Sc), samario (Sm), gadolinio (Gd), cerio (Ce), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al) y bismuto (Bi);A, A 'and A ”are different from each other, and A, A' and A” each independently comprise at least one mono, di or trivalent element selected from yttrium (Y), sodium (Na), scandium (Sc), samarium (Sm), gadolinium (Gd), cerium (Ce), calcium (Ca), magnesium (Mg), aluminum (Al) and bismuth (Bi);

B y B' son diferentes entre si, y B y B' comprenden cada uno independiente un cation seleccionado de zirconio (Zr) y cerio (Ce).B and B 'are different from each other, and B and B' each independently comprise a cation selected from zirconium (Zr) and cerium (Ce).

v, x, y y z tienen valores desde 0 hasta 1, con la condition de que x+y sea inferior o igual a 1;v, x, y and z have values from 0 to 1, with the proviso that x + y is less than or equal to 1;

s tiene un valor que oscila entre 0,5 y 1,5;s has a value that ranges between 0.5 and 1.5;

d corresponde a desviaciones de sitio con respecto a la estequiometria.d corresponds to site deviations from stoichiometry.

Los compuestos de formula (I) pueden incluir adiciones de aditivos minoritarias, mas en particular oxidos de metal, tales como CaO, Na2O, TiO2, Al2O3, Y2O3, SiO2, Fe2O3 y CeO2.The compounds of formula (I) may include additions of minor additives, more particularly metal oxides, such as CaO, Na2O, TiO2, Al2O3, Y2O3, SiO2, Fe2O3 and CeO2.

Los materiales ceramicos usados para elaborar el catodo no se vuelven electrica e ionicamente activos hasta que alcanzan la alta temperatura y, como consecuencia, la bateria de metal-aire de la invention tiene que funcionar a temperaturas que oscilan entre 300 y 1000°C.The ceramic materials used to make the cathode do not become electrically and ionically active until they reach high temperature and, as a consequence, the metal-air battery of the invention has to operate at temperatures ranging between 300 and 1000 ° C.

En una realization particular, se inserta una barrera en forma de una capa de ceramica entre el catodo y el electrolito con el fin de impedir la reaction quimica entre materiales de catodo y de electrolito y de potenciar los rendimientos electroquimicos. La capa intermedia de barrera esta normalmente compuesta por oxidos relacionados con fluorita a base de cerio tal como se describe en la formula (I).In a particular embodiment, a barrier in the form of a ceramic layer is inserted between the cathode and the electrolyte in order to prevent the chemical reaction between cathode and electrolyte materials and to enhance the electrochemical yields. The intermediate barrier layer is normally composed of cerium-based fluorite-related oxides as described in formula (I).

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Aunque no es esencial para llevar a cabo la presente invention debido a las altas temperaturas a la que funciona la bateria de metal-aire, el catodo puede incluir un material catalrtico que facilita la reduction de ox^geno. El catalizador puede o bien mezclarse fisicamente con el material que forma el electrodo de aire poroso o bien unirse quimicamente al mismo. En el presente documento puede usarse cualquier metal que pueda usarse como material catalizador para un electrodo. En una realization, el metal incluye, pero no se limita a, un metal noble, un oxido de metal, una aleacion metalica, un compuesto intermetalico o mezclas de los metales mencionados anteriormente. Metales nobles incluyen plata, platino, paladio, iridio, osmio, rodio y rutenio. Sin embargo, tambien pueden usarse mezclas o aleaciones de los mismos. Tal catalizador puede usarse o bien de manera individual o bien en combination, aunque pueden incorporarse igualmente otros materiales catalrticos.Although it is not essential to carry out the present invention due to the high temperatures at which the metal-air battery operates, the cathode may include a catalytic material that facilitates the reduction of oxygen. The catalyst can either be physically mixed with the material that forms the porous air electrode or chemically bonded thereto. Any metal that can be used as a catalyst material for an electrode can be used herein. In one embodiment, the metal includes, but is not limited to, a noble metal, a metal oxide, a metal alloy, an intermetallic compound or mixtures of the aforementioned metals. Noble metals include silver, platinum, palladium, iridium, osmium, rhodium and ruthenium. However, mixtures or alloys thereof can also be used. Such a catalyst can be used either individually or in combination, although other catalytic materials can also be incorporated.

Adicionalmente, el electrodo de aire poroso tambien puede encerrarse en una funda que aloja el catodo y un cable electrico asociado. Esta funda puede incluir ademas soportes de electrodo, estructuras de interconexion y/o recoleccion de corriente y similares. Tambien puede incluir al menos una abertura para permitir el paso de aire ambiental al catodo.Additionally, the porous air electrode can also be enclosed in a sheath that houses the cathode and an associated electrical cable. This case may also include electrode holders, interconnection structures and / or current collection and the like. It can also include at least one opening to allow the passage of ambient air to the cathode.

En el funcionamiento de la bateria de metal-aire, el aire pasa al catodo. En el catodo se reduce el oxigeno para formar iones oxigeno, y en el proceso consume electrones. Los iones oxigeno se difunden a traves del electrolito de oxido solido y reaccionan con el metal del anodo y forman un oxido de metal, generando asi electrones que fluyen al catodo a traves de un circuito externo en comunicacion con la funda del anodo y el cable del catodo. En el funcionamiento de la bateria, el metal del anodo se consume y se convierte en un oxido de metal. Cuando se consume todo el metal, la celula deja de funcionar y debe recargarse electricamente para funcionar de nuevo.In the operation of the metal-air battery, the air passes to the cathode. In the cathode, oxygen is reduced to form oxygen ions, and in the process it consumes electrons. The oxygen ions diffuse through the solid oxide electrolyte and react with the anode metal and form a metal oxide, thus generating electrons that flow to the cathode through an external circuit in communication with the anode sheath and the cable of the anode. cathode. In the operation of the battery, the anode metal is consumed and converted into a metal oxide. When all the metal is consumed, the cell stops working and must be recharged electrically to work again.

Electrolito de oxido solidoSolid oxide electrolyte

El electrolito de oxido solido es una membrana dispuesta entre el electrodo de metal y el electrodo de aire poroso. Una vez convertido el oxigeno molecular en iones oxigeno en el catodo de aire, dichos iones oxigeno migran a traves del electrolito al electrodo de metal (anodo). Con el fin de que se produzca tal migration, el electrolito debe presentar una alta conductividad ionica. Sin embargo, su conductividad electronica debe mantenerse lo mas baja posible para impedir perdidas por corrientes de fuga.The solid oxide electrolyte is a membrane disposed between the metal electrode and the porous air electrode. Once the molecular oxygen has been converted to oxygen ions in the air cathode, said oxygen ions migrate through the electrolyte to the metal electrode (anode). In order for such migration to occur, the electrolyte must have a high ionic conductivity. However, its electronic conductivity must be kept as low as possible to prevent losses due to leakage currents.

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El electrolito tambien debe ser estanco a gases para impedir cortocircuitos de especies reactivas a traves del mismo y es conveniente que sea lo mas delgado posible para minimizar las perdidas resistivas en el sistema. Tambien debe ser qwmica, termica y estructuralmente estable a lo largo de un amplio intervalo de temperatura.The electrolyte must also be gas tight to prevent short circuits of reactive species through it and it is desirable that it be as thin as possible to minimize resistive losses in the system. It must also be chemically, thermally and structurally stable over a wide temperature range.

El electrolito debe comprender al menos un material seleccionado del grupo que consiste en oxido de zirconio, oxido de cerio y un grupo de perovskita que consiste en galatos dopados con lantano (LSGM), o cualquier otro material comunmente usado como materiales de electrolito de SOFC. El electrolito de oxido solido tambien puede ser un conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita, tal como zircona estabilizada con itria (“YSZ”), zircona estabilizada con escandia (“ScSZ”), ceria dopada con samaria (“SDC”), ceria dopada con gadolinia (“GDC”), o similares.The electrolyte must comprise at least one material selected from the group consisting of zirconium oxide, cerium oxide and a perovskite group consisting of lanthanum doped gallate (LSGM), or any other material commonly used as SOFC electrolyte materials. The solid oxide electrolyte can also be a fluoride-related oxygen ion conductor, such as yttria stabilized zirconia ("YSZ"), scandia stabilized zirconia ("ScSZ"), ceria doped with samaria ("SDC"), ceria doped with gadolinia ("GDC"), or the like.

El conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita comprende normalmente un compuesto de formula (I):The fluorite-related oxygen ion conductor typically comprises a compound of formula (I):

[(Ai-x-yA’xA”y)Os]i-z[(Bi-vB’v)O2]z-d (formula I)[(Ai-x-yA’xA ”y) Os] i-z [(Bi-vB’v) O2] z-d (formula I)

en la quein which

A, A’ y A” son diferentes entre si, y A, A’ y A” comprenden cada uno independiente al menos un elemento mono, di o trivalente seleccionado de itrio (Y), sodio (Na), escandio (Sc), samario (Sm), gadolinio (Gd), cerio (Ce), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al) y bismuto (Bi);A, A 'and A "are different from each other, and A, A' and A" each independently comprise at least one mono, di or trivalent element selected from yttrium (Y), sodium (Na), scandium (Sc), samarium (Sm), gadolinium (Gd), cerium (Ce), calcium (Ca), magnesium (Mg), aluminum (Al) and bismuth (Bi);

B y B’ son diferentes entre si, y B y B’ comprenden cada uno independiente un cation seleccionado de zirconio (Zr) y cerio (Ce);B and B 'are different from each other, and B and B' each independently comprise a selected cation of zirconium (Zr) and cerium (Ce);

v, x, y y z tienen valores de desde 0 hasta 1, con la condicion de que x+y sea inferior o igual a 1;v, x, y and z have values from 0 to 1, with the proviso that x + y is less than or equal to 1;

s tiene un valor que oscila entre 0,5 y 1,5;s has a value that ranges between 0.5 and 1.5;

d corresponde a desviaciones de sitio con respecto a la estequiometria.d corresponds to site deviations from stoichiometry.

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Los compuestos de formula (I) pueden incluir adiciones menores de aditivos, mas en particular oxidos de metal, tales como CaO, Na2O, TiO2, Al2O3, Y2O3, SiO2, Fe2O3 y CeO2.The compounds of formula (I) may include minor additions of additives, more particularly metal oxides, such as CaO, Na2O, TiO2, Al2O3, Y2O3, SiO2, Fe2O3 and CeO2.

Ejemplos de materiales que conducen iones que tambien pueden usarse como electrolito para el sistema de baterias de metal-aire de la invencion son:Examples of materials that conduct ions that can also be used as an electrolyte for the metal-air battery system of the invention are:

(BiOi,5)x(YOi,5)i-x; (Ba,Th)xGdi-xOi,5; (LaxSri-x)(GayMgi-y)O3; (CeO2)x(GdOi,5)i-x;(BiOi, 5) x (YOi, 5) i-x; (Ba, Th) xGdi-xOi, 5; (LaxSri-x) (GayMgi-y) O3; (CeO2) x (GdOi, 5) i-x;

(ZrO2)x(ScOi,5)i-x; (ZrO2)x(YOi,5)i-x, (CaO)i-x(ZrO2)x; LaCaAlO2, en los que x es un valor de desde 0 hasta i, o cualquier otro conductor ionico de tipo fluorita tal como se describio anteriormente.(ZrO2) x (ScOi, 5) i-x; (ZrO2) x (YOi, 5) i-x, (CaO) i-x (ZrO2) x; LaCaAlO2, in which x is a value from 0 to i, or any other ionic conductor of the fluorite type as described above.

El electrolito se prepara mediante metodos comunes conocidos por los expertos en la tecnica, particularmente siguiendo procedimientos tales como los usados cuando se fabrican celulas de combustible de oxido solido.The electrolyte is prepared by common methods known to those skilled in the art, particularly by following procedures such as those used when solid oxide fuel cells are manufactured.

Un aspecto adicional de la invencion se refiere a una bateria de metal-aire que comprende:A further aspect of the invention relates to a metal-air battery comprising:

a) un electrodo negativo que contiene metal;a) a negative electrode containing metal;

b) un electrodo de aire positivo poroso;b) a porous positive air electrode;

c) un electrolito conductor de iones oxigeno; yc) an oxygen ion conducting electrolyte; Y

d) opcionalmente, una capa de ceramica ubicada entre el electrodo de aire positivo poroso y el electrolito conductor de iones oxigeno,d) optionally, a ceramic layer located between the porous positive air electrode and the oxygen ion conducting electrolyte,

en la que el electrolito esta en contacto con el electrodo negativo que contiene metal en un lado y con el electrodo de aire positivo poroso en el otro lado, o cuando esta presente la capa de ceramica, el electrolito de oxido solido esta en contacto con el electrodo negativo que contiene metal en un lado y con la capa de ceramica en el otro lado,in which the electrolyte is in contact with the negative electrode containing metal on one side and with the porous positive air electrode on the other side, or when the ceramic layer is present, the solid oxide electrolyte is in contact with the negative electrode containing metal on one side and with the ceramic layer on the other side,

en la que el electrodo que contiene metal esta encerrado en una funda de cubierta para aislar el electrodo de cualquier gas o fuente quimica;wherein the metal-containing electrode is enclosed in a cover sheath to isolate the electrode from any gas or chemical source;

en la que la bateria de metal-aire solo puede recargarse mediante electricidad y funciona a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 300 y aproximadamente i000°C.in which the metal-air battery can only be recharged by electricity and operates at temperatures ranging between approximately 300 and approximately 1000 ° C.

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Los componentes de la bateria de metal-aire de la invencion, es decir, el electrodo negativo que contiene metal y su funda de cubierta estanca, el electrodo de aire positivo poroso, el electrolito conductor de iones oxigeno; y la capa de ceramica opcional ubicada entre el electrodo de aire positivo poroso y el electrolito conductor de iones oxigeno son aquellos tal como se mencionaron anteriormente en el presente documento.The components of the metal-air battery of the invention, that is, the negative electrode containing metal and its sealed cover sheath, the porous positive air electrode, the oxygen ion conducting electrolyte; and the optional ceramic layer located between the porous positive air electrode and the oxygen ion conducting electrolyte are those as mentioned hereinbefore.

La bateria de metal-aire de la invencion esta caracterizada porque el electrodo que contiene metal (anodo) esta encerrado en una funda de cubierta que permite el contacto del electrodo que contiene metal con el electrolito conductor de iones oxigeno. Tal como se menciono anteriormente, la funda de cubierta esta disenada para aislar el electrodo que contiene metal de cualquier gas o fuente quimica de modo que el funcionamiento de la bateria solo puede producirse a traves de la carga y descarga electroquimica. La funda de cubierta que encierra el electrodo que contiene metal es lo suficientemente eficiente para garantizar la eficiencia culombica del sistema de baterias.The metal-air battery of the invention is characterized in that the metal-containing electrode (anode) is enclosed in a cover sheath that allows contact of the metal-containing electrode with the oxygen ion conducting electrolyte. As mentioned earlier, the cover sheath is designed to isolate the metal-containing electrode from any gas or chemical source so that battery operation can only occur through electrochemical charge and discharge. The cover sheath that encloses the metal-containing electrode is efficient enough to guarantee the culinary efficiency of the battery system.

Preferiblemente, la funda de cubierta es una funda de cubierta estanca a gases que permite producir una eficiencia culombica de 1.Preferably, the cover sheath is a gas-tight cover sheath that allows to produce a culinary efficiency of 1.

Por consiguiente, la bateria de metal-aire de la invencion funciona como dispositivo de almacenamiento de energia electrica y no como dispositivo de conversion de energia y tiene una capacidad de almacenamiento potencial alta ya que no se usa ningun tanque de combustible o suministro de gas para recargar la bateria.Accordingly, the metal-air battery of the invention functions as an electrical energy storage device and not as an energy conversion device and has a high potential storage capacity since no fuel tank or gas supply is used for recharge the battery.

El sistema de baterias de metal-aire de la invencion puede incluir otros componentes adicionales tales como capas intermedias, capas de contacto, tampones y capas protectoras. Por ejemplo, cuando se usan materiales basados en bismuto como electrolito de oxido solido, debe colocarse una capa intermedia entre el electrodo que contiene metal y el electrolito con el fin de evitar reacciones entre ambos componentes del sistema de baterias de metal-aire.The metal-air battery system of the invention may include other additional components such as intermediate layers, contact layers, buffers and protective layers. For example, when bismuth-based materials are used as solid oxide electrolyte, an intermediate layer must be placed between the metal-containing electrode and the electrolyte in order to avoid reactions between both components of the metal-air battery system.

En una realizacion particular de la invencion, el electrodo que contiene metal encerrado en la funda de cubierta, el electrolito y el catodo se incorporan en una funda de bateria. Esta funda de bateria tiene un orificio de suministro de oxigeno en la proximidad del catodo para suministrar el oxigeno al catodo. Tambien incluye terminales de electrodo que se extienden desde el interior hacia el exterior de la funda de bateria y que estan respectivamenteIn a particular embodiment of the invention, the electrode containing metal enclosed in the cover sheath, the electrolyte and the cathode are incorporated into a battery case. This battery case has an oxygen supply hole in the vicinity of the cathode to supply oxygen to the cathode. It also includes electrode terminals that extend from the inside to the outside of the battery case and that are respectively

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conectados al catodo y al anodo para permitir que la corriente fluya desde un electrodo hacia el otro.connected to the cathode and anode to allow current to flow from one electrode to the other.

Esta funda de bateria tambien puede estar dotada de un gas protector reductor/inerte, tal como argon o nitrogeno, con el fin de impedir la penetracion de oxigeno al interior de la funda de cubierta que encierra el electrodo que contiene metal.This battery case may also be provided with a reducing / inert protective gas, such as argon or nitrogen, in order to prevent the penetration of oxygen into the cover case that encloses the metal-containing electrode.

Ademas, la funda de bateria puede disenarse de tal manera que tambien incluya distribution de gas para electrodo de aire, para garantizar la recogida de corriente del electrodo de aire con distribucion de flujo de aire suficiente para potenciar la reaction electroqwmica.In addition, the battery case can be designed in such a way that it also includes gas distribution for air electrode, to ensure the collection of current from the air electrode with sufficient air flow distribution to enhance the electrochemical reaction.

Tal como apreciaran los expertos en la tecnica, el sistema de baterias de la presente invention puede implementarse en una variedad de configuraciones y disenos. Puede adoptar un diseno plano (figura 2) en el que se fabrica una estructura plana de catodo (3), electrolito (1) y anodo (2) para formar una celula o bateria de metal-aire. La figura 3 ilustra un diseno tubular en el que combustibles metalicos estan contenidos dentro de un conjunto tubular para formar una celula.As those skilled in the art will appreciate, the battery system of the present invention can be implemented in a variety of configurations and designs. It can adopt a flat design (figure 2) in which a flat cathode structure (3), electrolyte (1) and anode (2) is manufactured to form a metal-air cell or battery. Figure 3 illustrates a tubular design in which metal fuels are contained within a tubular assembly to form a cell.

Debe observarse que en las figuras 2 a 6 de la presente invencion el elemento (1) corresponde al electrolito, el elemento (2) al anodo, el elemento (3) al catodo, el elemento (4) a la funda de cubierta, el elemento (5) a un colector de corriente y el elemento (6) a un sistema de sellado.It should be noted that in Figures 2 to 6 of the present invention the element (1) corresponds to the electrolyte, the element (2) to the anode, the element (3) to the cathode, the element (4) to the cover sheath, the element (5) to a current collector and element (6) to a sealing system.

Pueden apilarse multiples celulas o baterias de metal-aire para formar un apilamiento o sistema de modulos. Por tanto, otro aspecto de la presente invencion se refiere a un sistema de modulos que comprende al menos dos baterias de metal-aire apiladas tal como se definio anteriormente. Este sistema comprende baterias de metal-aire que repiten unidades apiladas en un modulo con potencia de salida variable dependiendo de la aplicacion final.Multiple metal-air cells or batteries can be stacked to form a stack or module system. Therefore, another aspect of the present invention relates to a module system comprising at least two stacked metal-air batteries as defined above. This system comprises metal-air batteries that repeat units stacked in a module with variable output power depending on the final application.

Las unidades de repetition de la bateria de metal-aire estan conectadas por medio de disenos que minimizan las perdidas ohmicas y garantizan un flujo de aire suficiente al catodo de aire.The repeating units of the metal-air battery are connected by means of designs that minimize ohmic losses and guarantee sufficient air flow to the air cathode.

Los materiales usados para interconectar las unidades de repeticion de la bateria de metal- aire pueden ser metalicos o ceramicos, con el recubrimiento/tratamientos requeridos para garantizar la compatibilidad con otros componentes.The materials used to interconnect the repeating units of the metal-air battery can be metallic or ceramic, with the coating / treatments required to ensure compatibility with other components.

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En una realizacion particular, la funda de cubierta disenada para aislar el electrodo de metal y para impedir que se exponga a cualquier gas actua como colector de corriente y/o interconector. Esta funda comprende una parte secundaria conectada al electrodo de aire, que actua como colector de corriente y/o sistema de distribucion de gas y/o interconector entre celulas.In a particular embodiment, the cover sheath designed to insulate the metal electrode and to prevent it from being exposed to any gas acts as a current collector and / or interconnector. This case comprises a secondary part connected to the air electrode, which acts as a current collector and / or gas distribution system and / or interconnector between cells.

El sistema de modulos puede sellarse por medio de pastas y/o fieltros de sellado ceramicos o metalicos que soportan las condiciones de funcionamiento.The module system can be sealed by means of ceramic and metal pastes and / or sealing felts that support the operating conditions.

En una realizacion particular, el sistema de modulos tiene una configuracion plana o tubular. En la configuracion plana (figura 4), el dispositivo electroqdmico plano puede soportarse mecanicamente por el electrolito (figura 4a) o por uno de los electrodos (figura 4b) o por un material de sustrato inerte (8) de naturaleza o bien metalica o bien ceramica (figura 4c). En la configuracion tubular, el dispositivo electroqdmico tubular puede soportarse mecanicamente por el electrolito o por uno de los electrodos o un material de sustrato inerte con uno o ambos extremos abiertos.In a particular embodiment, the module system has a flat or tubular configuration. In the flat configuration (figure 4), the flat electrochemical device can be mechanically supported by the electrolyte (figure 4a) or by one of the electrodes (figure 4b) or by an inert substrate material (8) of a nature either metallic or ceramic (figure 4c). In the tubular configuration, the tubular electrochemical device can be mechanically supported by the electrolyte or by one of the electrodes or an inert substrate material with one or both ends open.

El diseno final dependera de la aplicacion prevista.The final design will depend on the intended application.

Las unidades de repeticion de la bateria de metal-aire estan electricamente conectadas entre si. Las conexiones electroqdmicas entre unidades de repeticion individuales para formar el apilamiento o sistema de modulos pueden ser o bien en serie o bien en paralelo.The repeating units of the metal-air battery are electrically connected to each other. The electrochemical connections between individual repeating units to form the stacking or module system can be either in series or in parallel.

En una realizacion particular, cada unidad de repeticion de la bateria de metal-aire, en configuracion o bien plana o bien tubular, esta conectada en paralelo con la unidad de repeticion de la bateria de metal-aire adyacente para formar un haz. El conjunto de haces se conecta adicionalmente en serie para acumular las especificaciones de potencia espedficas.In a particular embodiment, each metal-air battery repeat unit, in either flat or tubular configuration, is connected in parallel with the adjacent metal-air battery repeat unit to form a beam. The set of beams is further connected in series to accumulate the specific power specifications.

En otra realizacion particular, cada unidad de repeticion de la bateria de metal-aire, en configuracion o bien plana o bien tubular, esta conectada en serie con la unidad de repeticion de la bateria de metal-aire adyacente para formar un haz. El conjunto de haces se conecta adicionalmente en paralelo o en serie para acumular las especificaciones de potencia espedficas.In another particular embodiment, each metal-air battery repeating unit, in either flat or tubular configuration, is connected in series with the adjacent metal-air battery repeating unit to form a beam. The set of beams is additionally connected in parallel or in series to accumulate the specific power specifications.

La figura 5 ilustra ejemplos de unidades de repeticion individuales planas apiladas en hacesFigure 5 illustrates examples of flat individual repeating units stacked in bundles

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con conexiones (7) internas o bien en serie o bien en paralelo. Mas detalladamente, la figura 5a muestra celulas planas conectadas en paralelo a traves de la funda conductora del anodo. La conexion en paralelo de los catodos puede realizarse mediante una placa conductora que puede estar perforada, corrugada o disenada y mecanizada de tal manera que permite conduction electrica y flujo de gas suficiente. Este ejemplo puede colocarse de manera vertical para garantizar contacto del anodo con el electrolito y la funda de metal. Puede conectarse adicionalmente un haz con el siguiente o bien en paralelo o bien en serie segun las especificaciones del sistema. La figura 5b muestra una modification de la configuration plana en la que se introduce una parte conductora adicional que actua como interconexion del catodo de una celula con el anodo de la siguiente celula en conexion de haz en serie. Esta parte adicional puede estar perforada en determinadas regiones, corrugada o disenada y mecanizada de tal manera que permite conduccion electrica y flujo de gas suficiente. Puede conectarse adicionalmente un haz al siguiente o bien en paralelo o bien en serie segun especificaciones del sistema.with internal connections (7) either in series or in parallel. In more detail, Figure 5a shows flat cells connected in parallel through the conductive sheath of the anode. The parallel connection of the cathodes can be carried out by means of a conductive plate that can be perforated, corrugated or designed and mechanized in such a way that it allows electrical conduction and sufficient gas flow. This example can be placed vertically to ensure contact of the anode with the electrolyte and metal sheath. A beam with the following can be connected additionally either in parallel or in series according to the system specifications. Figure 5b shows a modification of the flat configuration in which an additional conductive part that acts as an interconnection of the cathode of a cell with the anode of the next cell in serial beam connection is introduced. This additional part may be perforated in certain regions, corrugated or designed and machined in such a way that it allows electrical conduction and sufficient gas flow. An additional beam can be connected to the next one either in parallel or in series according to system specifications.

La figura 6a muestra un ejemplo de un haz de sistema tubular con conexiones internas entre celulas, como option preferida, en paralelo. Entonces se conectan haces o bien en serie o bien en combinaciones de serie y paralelo con el fin de acumular las especificaciones requeridas del modulo del sistema (figura 6b).Figure 6a shows an example of a tubular system beam with internal connections between cells, as a preferred option, in parallel. Then beams are connected either in series or in series and parallel combinations in order to accumulate the required specifications of the system module (Figure 6b).

Otro aspecto de la presente invention se refiere a un metodo para fabricar la bateria de metal-aire de la presente invencion. Dicho metodo comprende:Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing the metal-air battery of the present invention. Said method comprises:

a) proporcionar un electrolito de oxido solido tal como se definio anteriormente;a) providing a solid oxide electrolyte as defined above;

b) colocar el electrodo positivo poroso y el electrodo negativo que contiene metal a cada lado del electrolito de oxido solido;b) place the porous positive electrode and the metal-containing negative electrode on each side of the solid oxide electrolyte;

c) encerrar el electrodo negativo de metal en la funda de cubierta.c) enclose the negative metal electrode in the cover sheath.

Debe observarse que el orden de las etapas b) y c) no esta particularmente limitado. Sin embargo, en una realization preferida el electrodo negativo que contiene metal se deposita y procesa sobre el electrolito antes de encerrar el electrodo en la funda de cubierta.It should be noted that the order of stages b) and c) is not particularly limited. However, in a preferred embodiment the negative electrode containing metal is deposited and processed on the electrolyte before encasing the electrode in the cover sheath.

La estructura obtenida siguiendo las etapas de a) a c) puede instalarse adicionalmente en una funda de bateria y sellarse estrechamente para producir la bateria de metal-aire.The structure obtained following steps a) to c) can be additionally installed in a battery case and sealed tightly to produce the metal-air battery.

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En una realization preferida, esta funda de bateria esta dotada de un gas protector reductor/inerte, tal como argon o nitrogeno, con el fin de impedir la penetration de oxigeno al interior de la funda de cubierta que encierra el electrodo que contiene metal.In a preferred embodiment, this battery case is provided with a reducing / inert protective gas, such as argon or nitrogen, in order to prevent the penetration of oxygen into the cover case that encloses the metal-containing electrode.

En una realizacion particular, cuando se fabrica un sistema de baterias de metal-aire con diseno plano, el electrolito solido puede prepararse a partir de formulaciones en polvo mediante colada laminar, colada en barbotina, calandrado laminar y similares. Posteriormente se sinteriza el electrolito a alta temperatura para lograr una densidad completa antes de depositar los electrodos.In a particular embodiment, when a metal-air battery system with flat design is manufactured, the solid electrolyte can be prepared from powder formulations by laminar casting, slip casting, laminating calendering and the like. Subsequently, the electrolyte is sintered at high temperature to achieve full density before depositing the electrodes.

En otra realizacion particular, cuando se fabrica un sistema de baterias de metal-aire con diseno tubular, el electrolito solido puede prepararse mediante extrusion, colada en barbotina, presion isostatica y similares. Posteriormente se sinteriza el electrolito a alta temperatura para lograr una densidad completa antes de depositar los electrodos.In another particular embodiment, when a metal-air battery system with tubular design is manufactured, the solid electrolyte can be prepared by extrusion, slip casting, isostatic pressure and the like. Subsequently, the electrolyte is sintered at high temperature to achieve full density before depositing the electrodes.

Preferiblemente, el electrolito solido se fabrica grueso y denso con el fin de actuar como sustrato o soporte del sistema de baterias.Preferably, the solid electrolyte is made thick and dense in order to act as a substrate or support for the battery system.

En otra realizacion particular, la etapa b) del procedimiento de la invention se lleva a cabo depositando y procesando en polvo, el electrodo positivo poroso y el electrodo negativo que contiene metal a cada lado del electrolito de oxido solido.In another particular embodiment, step b) of the process of the invention is carried out by depositing and processing in powder, the porous positive electrode and the metal-containing negative electrode on each side of the solid oxide electrolyte.

La deposition de los electrodos a cada lado del electrolito supone la preparation previa de formulaciones en suspension que comprenden materiales en polvo que constituyen dichos electrodos. Dichas formulaciones en suspension pueden prepararse moliendo con medios de zircona los polvos con aglutinantes a base de agua o a base de compuestos organicos y aditivos adecuados para lograr una reologia adecuada que proporcione microestructuras con objetivos en cuanto a grosor, porosidad y permeation. El material ceramico en polvo usado para fabricar los electrodos puede molerse, calcinarse y tamizarse antes de preparar las suspensiones para la deposicion de electrodos.The deposition of the electrodes on each side of the electrolyte involves the prior preparation of suspension formulations comprising powder materials constituting said electrodes. Said suspension formulations can be prepared by grinding with powders of zircona with water-based binders or based on suitable organic compounds and additives to achieve a suitable rheology that provides microstructures with objectives in terms of thickness, porosity and permeation. The ceramic powder material used to make the electrodes can be ground, calcined and screened before preparing the suspensions for electrode deposition.

Una vez preparadas las formulaciones en suspension, se lleva a cabo la deposicion de los electrodos a cada lado del electrolito mediante colada laminar, calandrado laminar, recubrimiento por inmersion, pulverization, serigrafia, deposicion quimica en fase de vapor, deposicion fisica en fase de vapor, bombardeo catodico, deposicion electroforetica,Once the suspension formulations have been prepared, the deposition of the electrodes on each side of the electrolyte is carried out by means of laminar casting, laminar calendering, immersion coating, pulverization, screen printing, chemical deposition in vapor phase, physical deposition in vapor phase , cathode bombardment, electrophoretic deposition,

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sinterizacion reactiva y similares.reactive sintering and the like.

Una vez depositados los electrodos a cada lado del electrolito de oxido solido, se someten a un procesamiento en polvo con el fin de obtener un electrodo solido.Once the electrodes are deposited on each side of the solid oxide electrolyte, they are subjected to a powder processing in order to obtain a solid electrode.

En la etapa de procesamiento en polvo, se ajustan las atmosferas y temperaturas como funcion de los polvos, la tecnica de deposition usada y la geometria o configuration del sistema, pero incluyen atmosferas oxidantes, inertes o reductoras.In the powder processing stage, the atmospheres and temperatures are adjusted as a function of the powders, the deposition technique used and the geometry or configuration of the system, but include oxidizing, inert or reducing atmospheres.

Una vez se han ubicado el electrodo positivo poroso y el electrodo negativo que contiene metal a cada lado del electrolito de oxido solido, se encierra el electrodo que contiene metal en una funda de cubierta. Esta funda de cubierta se fija o sella al electrolito a traves de su lado abierto por medio de agentes de sellado, tales como sellos de vidrio, sellos a base de metal y piezas ceramicas tales como fieltros de tipo alumina o mica, para proporcionar una funda de cubierta tan estanca como sea posible.Once the porous positive electrode and the metal-containing negative electrode on each side of the solid oxide electrolyte have been placed, the metal-containing electrode is enclosed in a cover sheath. This cover sheath is fixed or sealed to the electrolyte through its open side by means of sealing agents, such as glass seals, metal based seals and ceramic pieces such as alumina or mica type felts, to provide a sheath Cover as tight as possible.

Esta manera de colocar los electrodos a cada lado del electrolito es particularmente util cuando se fabrica un sistema de baterias de metal-aire con diseno plano.This way of placing the electrodes on each side of the electrolyte is particularly useful when manufacturing a metal-air battery system with flat design.

Sin embargo, como alternativa, la etapa b) puede llevarse a cabo depositando en primer lugar y procesando en polvo el electrodo positivo poroso sobre un lado del electrolito de oxido solido siguiendo un procedimiento como el descrito anteriormente. Posteriormente, se fija o sella la funda de cubierta al bloque de electrolito/catodo positivo obtenido anteriormente, y entonces se coloca el electrodo negativo de metal previamente obtenido, preferiblemente como electrodo solido, dentro de la funda de cubierta y se recubre con una tapa sellante.However, as an alternative, step b) can be carried out by first depositing and processing the porous positive electrode on powder on one side of the solid oxide electrolyte following a procedure as described above. Subsequently, the cover sheath is fixed or sealed to the previously obtained positive electrolyte / cathode block, and then the previously obtained negative metal electrode, preferably as a solid electrode, is placed inside the cover sheath and coated with a sealing cap .

Cuando se desea un diseno tubular, la etapa b) se lleva a cabo preferiblemente depositando en primer lugar y procesando en polvo el electrodo positivo poroso sobre un lado del electrolito de oxido solido siguiendo un procedimiento tal como se describio anteriormente. Posteriormente, se coloca el electrodo negativo de metal previamente obtenido, preferiblemente como electrodo solido, dentro de un tubo que actua como una funda de cubierta y entonces se fija en el lado libre del electrolito de oxido solido.When a tubular design is desired, step b) is preferably carried out by first depositing and processing the porous positive electrode on powder on one side of the solid oxide electrolyte following a procedure as described above. Subsequently, the previously obtained negative metal electrode, preferably as a solid electrode, is placed inside a tube that acts as a cover sheath and then fixed on the free side of the solid oxide electrolyte.

Debido a las excelentes propiedades de la bateria de metal-aire de la presente invention, en particular su alta densidad de energia y larga vida dclica, puede usarse como fuente deDue to the excellent properties of the metal-air battery of the present invention, in particular its high energy density and long cycle life, it can be used as a source of

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alimentacion de pequenos dispositivos as^ como fuente de alimentacion para aplicaciones en automoviles, tales como vehteulos electricos y coches hforidos. Ademas, tambien puede usarse como dispositivo de almacenamiento de energia para aplicaciones en servicios publicos as^ como para aplicaciones electronicas de potencia y en automoviles.power supply of small devices as well as power supply for automobile applications, such as electric vehicles and horrid cars. In addition, it can also be used as an energy storage device for applications in public services as well as for power electronic applications and in automobiles.

La presente invention se describira ahora en detalle a modo de ejemplos que sirven para ilustrar la construction y las pruebas de realizaciones ilustrativas. Sin embargo, se entendera que la presente invencion no se limita en absoluto a los ejemplos expuestos a continuacion.The present invention will now be described in detail by way of examples that serve to illustrate the construction and tests of illustrative embodiments. However, it will be understood that the present invention is not limited at all to the examples set forth below.

Ejemplo 1Example 1

Celulas a escala de laboratorio usando estano fundido y otros electrodos de metal.Laboratory scale cells using molten tin and other metal electrodes.

Se uso un electrolito de zircona dopada con itrio (YSZ) fino para depositar un material de catodo de perovskita o perovskita que contiene La-Sr-Fe o La-Sr-Co y se horneo en aire a una temperatura de entre 800 y 1200°C. Se horneo conjuntamente Pt para la recoleccion de corriente en pruebas a escala de laboratorio. Puede insertarse una capa intermedia de ceria dopada con samario o gadolinio o itrio (SDC, GDC, YDC) entre capas de catodo y de electrolito durante el procesamiento del sistema de catodo. Entonces se sello el sistema de electrolito-catodo usando una pasta sellante a base de ceramica en un tubo de alumina o cuarzo. Se coloco el material solido de anodo de metal de estano dentro del tubo sobre el lado libre del electrolito. Entonces se coloco el sistema de recoleccion de corriente de metal, soldado a alambres de Pt antes de la pasivacion/recubrimiento, dentro del tubo evitando el contacto con el material de anodo solido. Se introdujo gas protector reductor/inerte en el lado del anodo y se calento el sistema hasta la temperatura de funcionamiento. Una vez que estaba el material del anodo en estado fundido, se introdujo el colector de corriente en el anodo fundido y se inicio la operation de descarga/carga con gas inerte o en una realization cerrada.A zircona electrolyte doped with yttrium (YSZ) was used to deposit a perovskite or perovskite cathode material containing La-Sr-Fe or La-Sr-Co and baked in air at a temperature between 800 and 1200 ° C. Pt was baked together for the collection of current in laboratory scale tests. An intermediate layer of ceria doped with samarium or gadolinium or yttrium (SDC, GDC, YDC) can be inserted between cathode and electrolyte layers during cathode system processing. The electrolyte-cathode system was then sealed using a ceramic-based sealant paste in an alumina or quartz tube. The solid tin metal anode material was placed inside the tube on the free side of the electrolyte. The metal current collection system, welded to Pt wires before the passivation / coating, was then placed inside the tube avoiding contact with the solid anode material. Reducing / inert protective gas was introduced on the side of the anode and the system was heated to operating temperature. Once the anode material was in the molten state, the current collector was introduced into the molten anode and the unloading / loading operation was started with inert gas or in a closed realization.

Se sometieron a prueba los perfiles de descarga y carga a 800°C. Tal como se muestra en la figura 7, el sistema es electroquimicamente reversible.The discharge and load profiles at 800 ° C were tested. As shown in Figure 7, the system is electrochemically reversible.

A nivel de la celula de laboratorio, se han sometido a prueba otros materiales como materiales solidos de anodo de metal en las condiciones descritas anteriormente. En la siguiente tabla se facilitan valores iniciales de capacidades, medidos a lo largo de un areaAt the laboratory cell level, other materials such as solid metal anode materials have been tested under the conditions described above. The following table provides initial values of capacities, measured throughout an area

bidimensional activa de aproximadamente 2 cm2 para Sn, Sn-W, Bi y Sn-Mn.Two-dimensional active of approximately 2 cm2 for Sn, Sn-W, Bi and Sn-Mn.

Material de anodo  Anode material
Capacidad (mAh)  Capacity (mAh)

Sn  Sn
30  30

W  W
319  319

Bi  Bi
168,8  168.8

Sn-Mn  Sn-Mn
16  16

Sn-Ti  Sn-Ti
30  30

Ejemplo 2Example 2

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Se construyeron celulas unitarias de repetition individuales usando estano fundido como electrodo de metal usando el diseno de sistema plano (figura 2a).Individual repeating unit cells were constructed using molten tin as a metal electrode using the flat system design (Figure 2a).

Se uso un electrolito de zircona dopada con itrio (YSZ) fino para depositar un material de 10 catodo de perovskita o perovskita que contiene La-Sr-Fe o La-Sr-Co y se horneo en aire a una temperatura de entre 800 y 1200°C. Se horneo conjuntamente Pt para la recoleccion de corriente en pruebas a escala de laboratorio. Puede insertarse una capa intermedia de ceria dopada con samario o gadolinio o itrio (SDC, GDC, YDC) entre capas de catodo y de electrolito durante el procesamiento del sistema de catodo. Entonces se sello el sistema de 15 electrolito-catodo usando una cinta sellante de vidrio a un material conductor de manera electronica, que va a usarse como recipiente para el metal de anodo solido. La primera fase de sellado se realizo en aire. Se coloco el anodo solido en el recipiente y se cubrio con una tapa metalica sellada con cinta sellante de vidrio. La segunda fase se horneo bajo argon. El sistema es una realization cerrada que impide la fuga de gas. Ademas, se coloco la celula 20 bajo gas protector inerte, asegurando que no penetraba oxigeno en el lado del anodo. La recoleccion de corriente se realizo directamente mediante el recipiente de metal de anodo que era un material conductor, en el que se soldaron alambres de Pt antes de la pasivacion/recubrimiento del recipiente de metal. Se hizo fluir gas protector reductor/inerte al sistema cerrado y entonces se calento hasta la temperatura de funcionamiento. Se 25 sometieron a prueba los perfiles de descarga y carga a 800°C. Tal como se muestra en la figura 8, el sistema es electroquimicamente reversible, obteniendo mas de 1300 ciclos con una eficiencia del 100%.A zircona electrolyte doped with yttrium (YSZ) was used to deposit a material of 10 cathode of perovskite or perovskite containing La-Sr-Fe or La-Sr-Co and baked in air at a temperature between 800 and 1200 ° C. Pt was baked together for the collection of current in laboratory scale tests. An intermediate layer of ceria doped with samarium or gadolinium or yttrium (SDC, GDC, YDC) can be inserted between cathode and electrolyte layers during cathode system processing. The electrolyte-cathode system is then sealed using a glass sealant tape to an electronically conductive material, which is to be used as a container for the solid anode metal. The first sealing phase was carried out in air. The solid anode was placed in the container and covered with a metal lid sealed with glass sealing tape. The second phase is baked under argon. The system is a closed realization that prevents gas leakage. In addition, cell 20 was placed under inert protective gas, ensuring that no oxygen penetrated the anode side. The current collection was carried out directly by means of the anode metal container that was a conductive material, in which Pt wires were welded before passivation / coating of the metal container. Reducing / inert protective gas was flowed to the closed system and then heated to operating temperature. The discharge and load profiles were tested at 800 ° C. As shown in Figure 8, the system is electrochemically reversible, obtaining more than 1300 cycles with 100% efficiency.

Ejemplo 3Example 3

Se construyeron celulas unitarias de repetition individuales usando estano fundido como electrodo de metal usando el diseno de sistema plano (figura 2a). V^a de procesamiento rentable alternativa.Individual repeating unit cells were constructed using molten tin as a metal electrode using the flat system design (Figure 2a). V ^ a of cost effective alternative processing.

Se uso un electrolito de zircona dopada con itrio (YSZ) fino para depositar un material de catodo de perovskita o perovskita que contiene La-Sr-Fe o La-Sr-Co y se horneo en aire a una temperatura de entre 800 y 1200°C. Se horneo conjuntamente Pt para la recoleccion de corriente en pruebas a escala de laboratorio. Puede insertarse una capa intermedia de ceria 10 dopada con samario o gadolinio o itrio (SDC, GDC, YDC) entre capas de catodo y de electrolito durante el procesamiento del sistema de catodo. Entonces se sello el sistema de electrolito-catodo usando una cinta sellante de vidrio a un material conductor de manera electronica, que va a usarse como recipiente para el metal de anodo solido. La primera fase de sellado se realizo en aire. Se coloco el anodo solido en el recipiente y se cubrio con una 15 tapa metalica sellada con cinta sellante de vidrio. La segunda fase tambien se proceso en aire. El sistema es una realization cerrada hermetica, en la que no se necesita gas protector inerte. La recoleccion de corriente se realizo directamente mediante el recipiente de anodo que era un material conductor, en el que se soldaron alambres de Pt antes de la pasivacion/recubrimiento de la funda de cubierta del metal. Se calento el sistema hasta la 20 temperatura de funcionamiento. Se sometieron a prueba los perfiles de descarga y carga a 800°C. Tal como se muestra en la figura 9, el sistema es electroquimicamente reversible, obteniendo mas de 500 ciclos con una eficiencia del 100%. Esta alternativa incluye recargado electrico completo a 800°C como condicionamiento inicial de la celula.A zircona electrolyte doped with yttrium (YSZ) was used to deposit a perovskite or perovskite cathode material containing La-Sr-Fe or La-Sr-Co and baked in air at a temperature between 800 and 1200 ° C. Pt was baked together for the collection of current in laboratory scale tests. An intermediate layer of ceria 10 doped with samarium or gadolinium or yttrium (SDC, GDC, YDC) can be inserted between cathode and electrolyte layers during cathode system processing. The electrolyte-cathode system is then sealed using a glass sealing tape to an electronically conductive material, which is to be used as a container for the solid anode metal. The first sealing phase was carried out in air. The solid anode was placed in the container and covered with a metal lid sealed with glass sealing tape. The second phase was also processed in air. The system is a tight closed realization, in which no inert protective gas is needed. The current collection was carried out directly by means of the anode container which was a conductive material, in which Pt wires were welded before the passivation / coating of the metal cover sheath. The system was heated to 20 operating temperature. The discharge and load profiles at 800 ° C were tested. As shown in Figure 9, the system is electrochemically reversible, obtaining more than 500 cycles with 100% efficiency. This alternative includes full electric recharging at 800 ° C as initial cell conditioning.

Claims (6)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 REIVINDICACIONES Metodo para el almacenamiento de ene^a electrica, comprendiendo dicho metodo:Method for the storage of electrical energy, said method comprising: a) proporcionar una bateria de metal-aire que comprende:a) provide a metal-air battery comprising: a.1) un electrodo negativo que contiene metal (2);a.1) a negative electrode containing metal (2); a.2) un electrodo de aire positivo poroso (3);a.2) a porous positive air electrode (3); a.3) un electrolito conductor de iones oxigeno (1); ya.3) an oxygen ion conducting electrolyte (1); Y a.4) opcionalmente, una capa de ceramica ubicada entre el electrodo de aire positivo poroso (3) y el electrolito conductor de iones oxigeno (1),a.4) optionally, a ceramic layer located between the porous positive air electrode (3) and the oxygen ion conducting electrolyte (1), b) conectar la bateria de metal-aire a una fuente de energia electrica de modo que dicha bateria de metal-aire se recarga electricamente,b) connect the metal-air battery to an electric power source so that said metal-air battery is recharged electrically, en el que el electrodo negativo que contiene metal (2) esta encerrado en una funda de cubierta (4) para aislar el electrodo de cualquier gas o fuente quimica, y en el que dicha funda de cubierta (4) esta dotada de un lado abierto a traves del cual se fija o sella la funda de cubierta al electrolito (1), permitiendo el contacto de dicho electrolito (1) con el electrodo que contiene metal (2),wherein the negative electrode containing metal (2) is enclosed in a cover sheath (4) to isolate the electrode from any gas or chemical source, and in which said cover sheath (4) is provided with an open side through which the cover sheath is fixed or sealed to the electrolyte (1), allowing the contact of said electrolyte (1) with the metal-containing electrode (2), en el que dicho metodo excluye la conexion de la bateria de metal-aire a una fuente de energia quimicawherein said method excludes the connection of the metal-air battery to a chemical energy source y en el que la bateria de metal-aire funciona a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 300 y aproximadamente 1000°C.and in which the metal-air battery operates at temperatures ranging from about 300 to about 1000 ° C. Bateria de metal-aire que comprende:Metal-air battery comprising: a) un electrodo negativo que contiene metal (2);a) a negative electrode containing metal (2); b) un electrodo de aire positivo poroso (3);b) a porous positive air electrode (3); 55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 c) un electrolito conductor de iones oxigeno (1); yc) an oxygen ion conducting electrolyte (1); Y d) opcionalmente, una capa de ceramica ubicada entre el electrodo de aire positivo poroso (3) y el electrolito conductor de iones oxigeno (1),d) optionally, a ceramic layer located between the porous positive air electrode (3) and the oxygen ion conducting electrolyte (1), en la que el electrolito (1) esta en contacto con el electrodo negativo que contiene metal (2) en un lado y con el electrodo de aire positivo poroso (3) en el otro lado, o cuando esta presente la capa de ceramica, el electrolito de oxido solido (1) esta en contacto con el electrodo negativo que contiene metal (2) en un lado y con la capa de ceramica en el otro lado,wherein the electrolyte (1) is in contact with the negative electrode containing metal (2) on one side and with the porous positive air electrode (3) on the other side, or when the ceramic layer is present, the solid oxide electrolyte (1) is in contact with the negative electrode containing metal (2) on one side and with the ceramic layer on the other side, en la que el electrodo que contiene metal (2) esta encerrado en una funda de cubierta (4) para aislar el electrodo de cualquier gas o cualquier fuente quimica, y en la que la funda de cubierta (4) esta dotada de un lado abierto a traves del cual se fija o sella la funda de cubierta (4) al electrolito (1), permitiendo el contacto de dicho electrolito (1) con el electrodo que contiene metal (2), estando fabricada dicha funda de cubierta (4) de un material conductor de manera electronica seleccionado de un metal o un material ceramico, que no reacciona con los otros componentes de la bateria, estando dicho material conductor opcionalmente pasivado o recubierto; yin which the electrode containing metal (2) is enclosed in a cover sheath (4) to isolate the electrode from any gas or any chemical source, and in which the cover sheath (4) is provided with an open side through which the cover sheath (4) is fixed or sealed to the electrolyte (1), allowing said electrolyte (1) to contact the metal-containing electrode (2), said cover sheath (4) being made of an electronically conductive material selected from a metal or ceramic material, which does not react with the other components of the battery, said conductive material being optionally passivated or coated; Y en la que la bateria de metal-aire solo puede recargarse mediante electricidad y funciona a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 300 y aproximadamente 1000°C.in which the metal-air battery can only be recharged by electricity and operates at temperatures ranging between approximately 300 and approximately 1000 ° C. Bateria de metal-aire segun la reivindicacion 2, en la que el electrodo negativo que contiene metal (2) comprende al menos un metal, una aleacion metalica o un compuesto que contiene metal, en la que el metal, la aleacion metalica o el compuesto que contiene metal esta en un estado fundido, solido o semisolido.Metal-air battery according to claim 2, wherein the negative metal-containing electrode (2) comprises at least one metal, a metal alloy or a metal-containing compound, wherein the metal, the metal alloy or the compound Containing metal is in a molten, solid or semi-solid state. Bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, en la que el metal se selecciona de estano, bismuto, galio, hierro, cobre, cobalto, mquel, plomo, magnesio, zinc, antimonio, indio, sodio, litio y aluminio.Metal-air battery according to any of claims 2 or 3, wherein the metal is selected from tin, bismuth, gallium, iron, copper, cobalt, nickel, lead, magnesium, zinc, antimony, indium, sodium, lithium and aluminum. Bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en la que el metal, la aleacion metalica o el compuesto que contiene metal esta en un estado fundido o en forma de polvo.Metal-air battery according to any of claims 2 to 4, wherein the metal, the metal alloy or the metal-containing compound is in a molten or powder form. 55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 Bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en la que el electrodo que contiene metal (2) comprende ademas una matriz porosa que conduce iones o iones-electrones mixta.Metal-air battery according to any of claims 2 to 5, wherein the metal-containing electrode (2) further comprises a porous matrix that conducts mixed ions or ion-electrons. Bateria de metal-aire segun la reivindicacion 6, en la que el electrodo negativo que contiene metal (2) comprende:Metal-air battery according to claim 6, wherein the negative electrode containing metal (2) comprises: una mezcla de:a mix of: 1) un metal, aleacion metalica o compuesto que contiene polvo metalico, y1) a metal, metal alloy or compound containing metal powder, and 2) una fibra o polvo que conduce iones o iones-electrones mixto; o2) a fiber or powder that conducts mixed ions or electron ions; or una mezcla de:a mix of: 1) un metal liquido, aleacion metalica o compuesto que contiene metal y1) a liquid metal, metal alloy or compound containing metal and 2) una fibra o polvo que conduce iones o iones-electrones mixto.2) a fiber or powder that conducts mixed ions or ion-electrons. Bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, en la que la matriz porosa que conduce iones comprende un conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita que comprende un compuesto de formula (I):Metal-air battery according to any of claims 6 to 7, wherein the porous matrix that conducts ions comprises a fluorite-related oxygen ion conductor comprising a compound of formula (I): [(Ai.x-yA’xA”y)Os]i-z[(Bi-vB’v)O2]z-d (Formula I)[(Ai.x-yA’xA ”y) Os] i-z [(Bi-vB’v) O2] z-d (Formula I) en la quein which A, A’ y A” son diferentes entre si, y A, A’ y A” comprenden cada uno independiente al menos un elemento mono, di o trivalente seleccionado de itrio (Y), sodio (Na), escandio (Sc), samario (Sm), gadolinio (Gd), cerio (Ce), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al) y bismuto (Bi);A, A 'and A "are different from each other, and A, A' and A" each independently comprise at least one mono, di or trivalent element selected from yttrium (Y), sodium (Na), scandium (Sc), samarium (Sm), gadolinium (Gd), cerium (Ce), calcium (Ca), magnesium (Mg), aluminum (Al) and bismuth (Bi); B y B’ son diferentes entre si, y B y B’ comprenden cada uno independiente un cationB and B ’are different from each other, and B and B’ each independently comprise a cation 55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 seleccionado de zirconio (Zr) y cerio (Ce);selected from zirconium (Zr) and cerium (Ce); v, x, y y z tienen valores desde 0 hasta 1, con la condicion de que x+y sea inferior o igual a 1;v, x, y and z have values from 0 to 1, with the proviso that x + y is less than or equal to 1; s tiene un valor que oscila entre 0,5 y 1,5; ys has a value that ranges between 0.5 and 1.5; Y d corresponde a desviaciones de sitio con respecto a la estequiometria.d corresponds to site deviations from stoichiometry. Bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en la que la matriz porosa que conduce iones-electrones mixta comprende un conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita segun la reivindicacion 8 y/oMetal-air battery according to any of claims 6 to 8, wherein the porous matrix conducting mixed ion-electrons comprises a fluorite-related oxygen ion conductor according to claim 8 and / or - un oxido de metal de transicion de tipo perovskita de formula (II):- a perovskite transition metal oxide of the formula (II): en la que:in which: (Al-xA’x)l-a(Bl_yB’y)l_bO3-d(Al-xA’x) l-a (Bl_yB’y) l_bO3-d (Formula II)(Formula II) A y A’ son diferentes entre si y A y A’ son cada uno independientemente al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en estroncio (Sr), itrio (Y), samario (Sm), cerio (Ce), bismuto (Bi), lantano (La), gadolinio (Gd), neodimio (Nd), praseodimio (Pr), calcio (Ca), bario (Ba), magnesio (Mg) y plomo (Pb);A and A 'are different from each other and A and A' are each independently at least one element selected from the group consisting of strontium (Sr), yttrium (Y), samarium (Sm), cerium (Ce), bismuth (Bi ), lanthanum (La), gadolinium (Gd), neodymium (Nd), praseodymium (Pr), calcium (Ca), barium (Ba), magnesium (Mg) and lead (Pb); B y B’ son diferentes entre si y, B y B’ incluyen al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en iones de metal de transicion y galio (Ga);B and B ’are different from each other and, B and B’ include at least one element selected from the group consisting of transition metal ions and gallium (Ga); x tiene valores desde 0 hasta 1;x has values from 0 to 1; y tiene valores desde 0 hasta 1;and has values from 0 to 1; a, b y d corresponden a desviaciones de sitio con respecto a la estequiometria.a, b and d correspond to site deviations with respect to stoichiometry. Bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, en la que el electrodo de aire positivo poroso (3) comprende un conductor de electrones e iones oxigeno mixto.Metal-air battery according to any of claims 2 to 9, wherein the porous positive air electrode (3) comprises a mixed oxygen and electron ion conductor. 55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 Bateria de metal-aire segun la reivindicacion 10, en la que el conductor de electrones e iones oxigeno mixto comprendido en el electrodo positivo de aire poroso esta compuesto por:Metal-air battery according to claim 10, wherein the mixed oxygen electron and ion conductor comprised in the positive porous air electrode is composed of: - un oxido de metal de transicion de tipo perovskita de formula (IN):- a perovskite transition metal oxide of formula (IN): (Lni_xMx)i-a(Bi_yB’y)i_bO3-d (Formula III)(Lni_xMx) i-a (Bi_yB’y) i_bO3-d (Formula III) en la que:in which: Ln es un cation lantanido seleccionado de lantano (La), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), samario (Sm) y gadolinio (Gd);Ln is a lanthanide cation selected from lanthanum (La), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm) and gadolinium (Gd); M es al menos un cation alcalinoterreo seleccionado de calcio (Ca), estroncio (Sr) y bario (Ba);M is at least one alkaline earth cation selected from calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba); B y B’ son diferentes entre si, y B y B’ incluyen al menos un elemento seleccionado de cobalto (Co), hierro (Fe), cromo (Cr), cobre (Cu) y manganeso (Mn);B and B ’are different from each other, and B and B’ include at least one element selected from cobalt (Co), iron (Fe), chromium (Cr), copper (Cu) and manganese (Mn); x e y son las proporciones de la combination de cationes de sitio A y sitio B que oscilan entre 0 y 1; yx e y are the proportions of the combination of cations of site A and site B ranging between 0 and 1; Y a, b y d corresponden a desviaciones de sitio atomico con respecto a la estequiometria.a, b and d correspond to atomic site deviations from stoichiometry. oor un material compuesto de un oxido de metal de transicion de tipo perovskita tal como se definio anteriormente con un conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita de formula (I):a material composed of a perovskite transition metal oxide as defined above with a fluorite-related oxygen ion conductor of formula (I): [(Ai[(Ai -x-yA’xA”y)Os]l-z[(Bl-vB’v)O2]-x-yA’xA ”y) Os] l-z [(Bl-vB’v) O2] Jz-dJz-d (Formula I)(Formula I) en la quein which A, A’ y A” son diferentes entre si, y A, A’ y A” comprenden cada uno independiente alA, A ’and A” are different from each other, and A, A ’and A” each comprise independent 55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 menos un elemento mono, di o trivalente seleccionado de itrio (Y), sodio (Na), escandio (Sc), samario (Sm), gadolinio (Gd), cerio (Ce), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al) y bismuto (Bi);minus a mono, di or trivalent element selected from yttrium (Y), sodium (Na), scandium (Sc), samarium (Sm), gadolinium (Gd), cerium (Ce), calcium (Ca), magnesium (Mg), aluminum (Al) and bismuth (Bi); B y B’ son diferentes entre si, y B y B’ comprenden cada uno independiente un cation seleccionado de zirconio (Zr) y cerio (Ce);B and B 'are different from each other, and B and B' each independently comprise a selected cation of zirconium (Zr) and cerium (Ce); v, x, y y z tienen valores desde 0 hasta 1, con la condicion de que x+y sea inferior o igual a 1;v, x, y and z have values from 0 to 1, with the proviso that x + y is less than or equal to 1; s tiene un valor que oscila entre 0,5 y 1,5;s has a value that ranges between 0.5 and 1.5; d corresponde a desviaciones de sitio con respecto a la estequiometria.d corresponds to site deviations from stoichiometry. Bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11, en la que el electrolito conductor de iones oxigeno (1) es un conductor de iones oxigeno relacionado con fluorita de formula (I):Metal-air battery according to any one of claims 2 to 11, wherein the oxygen ion conducting electrolyte (1) is a fluorite-related oxygen ion conductor of formula (I): [(A1-x-yA’xA”y)Os]1-z[(B1-vB’v)O2]z-d (Formula I)[(A1-x-yA’xA ”y) Os] 1-z [(B1-vB’v) O2] z-d (Formula I) en la quein which A, A’ y A” son diferentes entre si, y A, A’ y A” comprenden cada uno independiente al menos un elemento mono, di o trivalente seleccionado de itrio (Y), sodio (Na), escandio (Sc), samario (Sm), gadolinio (Gd), cerio (Ce), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al) y bismuto (Bi);A, A 'and A "are different from each other, and A, A' and A" each independently comprise at least one mono, di or trivalent element selected from yttrium (Y), sodium (Na), scandium (Sc), samarium (Sm), gadolinium (Gd), cerium (Ce), calcium (Ca), magnesium (Mg), aluminum (Al) and bismuth (Bi); B y B’ son diferentes entre si, y B y B’ comprenden cada uno independiente un cation seleccionado de zirconio (Zr) y cerio (Ce).B and B ’are different from each other, and B and B’ each independently comprise a selected cation of zirconium (Zr) and cerium (Ce). v, x, y y z tienen valores desde 0 hasta 1, con la condicion de que x+y sea inferior o igual a 1;v, x, y and z have values from 0 to 1, with the proviso that x + y is less than or equal to 1; s tiene un valor que oscila entre 0,5 y 1,5;s has a value that ranges between 0.5 and 1.5; d corresponde a desviaciones de sitio con respecto a la estequiometria.d corresponds to site deviations from stoichiometry. 13. Sistema de modulos que comprende al menos dos baterias de metal-aire apiladas segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12.13. Module system comprising at least two stacked metal-air batteries according to any one of claims 2 to 12. 5 14. Bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12 o sistema de5. Metal-air battery according to any of claims 2 to 12 or system of modulos segun la reivindicacion 13, que esta disenado en forma plana o tubular.modules according to claim 13, which is designed flat or tubular. 15. Metodo para fabricar el sistema de baterias de metal-aire segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12, comprendiendo dicho metodo:15. Method for manufacturing the metal-air battery system according to any one of claims 2 to 12, said method comprising: 1010 - proporcionar un electrolito conductor de iones oxigeno (1) tal como se definio anteriormente;- providing an oxygen ion conducting electrolyte (1) as defined above; - colocar el electrodo de aire positivo poroso (3) y el electrodo negativo que- place the porous positive air electrode (3) and the negative electrode that 15 contiene metal (2) a cada lado del electrolito de oxido solido;15 contains metal (2) on each side of the solid oxide electrolyte; - encerrar el electrodo negativo de metal en la funda de cubierta estanca (4).- enclose the negative metal electrode in the waterproof cover (4). 16. Metodo para el almacenamiento de energia electrica, comprendiendo dicho metodo:16. Method for storing electrical energy, said method comprising: 20twenty a) proporcionar una bateria de metal-aire segun las reivindicaciones 2 a 12;a) providing a metal-air battery according to claims 2 to 12; b) conectar la bateria de metal-aire a una fuente de energia electrica de modo que dicha bateria de metal-aire se recarga electricamente,b) connect the metal-air battery to an electric power source so that said metal-air battery is recharged electrically, 2525 en el que dicho metodo excluye la conexion de la bateria de metal-aire a una fuente de energia quimica.wherein said method excludes the connection of the metal-air battery to a chemical energy source. 17. Uso de la bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12 o17. Use of the metal-air battery according to any of claims 2 to 12 or 30 sistema de modulos segun la reivindicacion 13, como fuente de alimentacion para30 module system according to claim 13, as a power source for aplicaciones en servicios publicos asi como fuente de alimentacion para aplicaciones electronicas de potencia y en automoviles.applications in public services as well as power supply for power electronic applications and in automobiles. 18. Uso de la bateria de metal-aire segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12 o18. Use of the metal-air battery according to any of claims 2 to 12 or 35 sistema de modulos segun la reivindicacion 13, como dispositivo de almacenamiento35 module system according to claim 13, as storage device de energia para aplicaciones en servicios publicos asi como para aplicacionesof energy for applications in public services as well as for applications electronicas de potencia y en automoviles.Power and car electronics.
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