电极单元制造技术

本发明专利技术涉及一种用于存储电能的电化学装置的电极单元，包括：固体电解质(3)和多孔电极(7)，所述固体电解质(3)划分用于阴极材料的隔室和用于阳极材料的隔室，并且所述多孔电极(7)被延伸地连接到所述固体电解质(3)，且所述阴极材料在放电期间沿着所述多孔电极(7)流动。在远离所述固体电解质(3)的一侧，所述多孔电极(7)被用段壁(9)朝着用于所述阴极的所述隔室而覆盖，所述段壁(9)包括在所述阴极材料的所述流动方向上的入口开口(15)，所述阴极材料通过所述入口开口进渗透到所述多孔电极(7)中，与所述多孔电极(7)中的所述阳极材料起化学反应，并通过所述流动方向下游的开口(17)从所述多孔电极(7)排出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于存储电能的电化学装置的电极单元，包括固体电解质和多孔固体电极，固体电解质划分用于熔融阳极材料的隔室以及用于熔融阴极材料的隔室，且多孔电极通过非电子传导中间层被连接到固体电解质，且熔融阴极材料在充电或放电期间沿着电极流动。
技术介绍
通过化石燃料火电站产生电能与CO2的产生相关联，并且因此对温室效应具有相当的影响。从可再生能源(例如，风能、太阳能、地热能或水电)产生能量避免了此缺点。另外，经常在与能量需求所处的地方而不同的位置处产生能量。若要克服此系统性缺点，必须储存、缓冲且可能地甚至输送所产生的能量。针对此背景，不可能使稳定电网仅基于可再生能源。因此相应地需要通过廉价且节能的高度有效系统来补偿并且缓冲这些波动。当前在工业规模上使用抽水蓄能电站存储电能，其中利用由水的高度的大地测量差(geodetic difference)引起的势能来转换成电。然而，这样的抽水蓄能电站的构造受地形及环境考虑限制。利用空气压缩来储存能量的压力蓄能电厂受其相对低效率限制。诸如超电容器或飞轮的其它形式的能量储存旨在用于其它目标市场，特别是短期储存。使用电池可特别存储电能，其各种设计已被工业地实施。特别地，出于此目的有必要使用可再充电的电池。例如，从DE-A 26 35 900或DE-A 26 10 222已知相应的电池，其基于作为阳极的熔融(molten)碱金属和阴极反应伙伴(partner)(通常地，硫)而起作用。通过阳离子可渗透的固体电解质划分熔融碱金属和阴极反应伙伴。碱金属与阴极上的阴极反应伙伴起反应。例如，当使用钠作为碱金属且硫作为阴极反应伙伴时，这是多硫化钠。通过施加电能，将电极上的多硫化钠分裂回钠和硫来给电池充电。通过使用其中所使用的反应物量由额外的储存容器而增加的电池，增加基于熔融碱金属和阴极反应伙伴的电池的储存容量。将液体钠供应到固体电解质以用于放电。液体钠同时充当阳极并且形成阳离子，通过阳离子传导固体电解质将阳离子输送至阴极。在阴极处，流动至阴极的硫被还原成多硫化物，即，与钠离子起反应以产生多硫化钠。可将对应的多硫化钠收集于另一容器中。备选地，也可能将多硫化钠与硫一起收集于阴极隔室周围的容器中。由于密度的差别，硫上升并且多硫化钠沉淀。也可利用此密度的差别以带来沿着阴极的流动。例如，在WO 2011/161072中描述了对应的电池设计。在使用基于钠及硫的氧化还原系统操作的电池中，在用以产生多硫化钠的钠与硫的反应上以大概90％的高水平的效率获得电能。通过颠倒过程(通过引入电并且将多硫化钠分解成硫和钠)来给电池充电。由于所有电化学反应物呈熔融形式并且直至相对高温度才达到离子传导陶瓷膜的理想传导率范围，这样的电池的操作温度常规地约为300℃。电池中所使用的固体钠离子传导电解质常规地为β〞-氧化铝。不能用这样的陶瓷来排除机械故障。在这种情况下，可发生钠与硫之间的不受控反应，这归因于其放热性质导致电池中的不期望的温度上升。为了在此情况下将温度上升保持为尽可能地小，例如，从JP-A 10270073已知使用铝置换物，通过铝置换物(displacer)将用于固体电解质的钠侧上的钠的隔室限制成具有0.01mm至0.2mm的宽度的间隙。此处通过在置换物的热处理期间的塑性变形与弹性回弹的组合而产生间隙，该置换物被引入到规地为管状构造的固体电解质中。为了将这种电池系统的内阻保持为尽可能低，电流通过金属供应线被施加在正极侧和负极侧上，该金属供应线必须不仅是在周围介质中耐腐蚀的，也是高度导电的。因此，现有技术更喜欢由铝或铝合金制成的电导体，因为例如铜，虽然高度导电，但对于硫和多硫化物没有足够的耐腐蚀性。在此描述的阳极和电流导体设计的缺点是对于铝和硫具有潜在的提高的不稳定反应，尤其是对于铝和多硫化钠。在发生陶瓷膜的机械故障的情况下，不仅可预期到放热钠硫反应，也可预期到放热铝硫反应，金属与多硫化钠类似地剧烈地起反应，如其与硫一样。然而，在WO2011/161072中描述的电池设计的另一缺点是当使用多孔电极时，在放电期间硫进入电极的上部区域，并起反应以形成多硫化钠。这留在电极中。随着放电操作继续，多硫化钠被进一步还原，且由此占用更多的钠，因此降低了电化学势，且电极中的电压从而降低。在某些情况下，钠摄取会随着完全转化为硫化钠(Na2S)而尽可能多，并形成固体，且堵塞电极的固体或钠和硫被至少从系统去除，用于进一步的充电循环，因此导致充电/放电寿命的下降。现有技术已知的电池的又一个缺点是，在充电期间增加的硫是电绝缘的，其可导致内阻的不受控制增加，以及由此充电电压的增加。
技术实现思路
本专利技术的目的因此是提供一种电极单元，其没有呈现现有技术已知的电极的缺点。所述目标是由用于存储电能的电化学装置的电极单元实现的，包括固体电解质和多孔固体电极，所述固体电解质划分用于熔融阴极材料的隔室以用于熔融阳极材料的隔室，并且所述多孔电极被通过非电子传导的中间层延伸地(extensively)连接到所述固体电解质，并且所述熔融阴极材料在充电或放电期间沿着所述多孔电极流动，其中，在远离所述固体电解质的侧上，所述多孔电极被用延伸管(extensive tube)或片金属壁而朝着用于所述熔融阴极材料的所述隔室而覆盖，所述延伸管或片金属壁包括在所述阴极材料的流动方向的入口开口，所述阴极材料通过所述入口开口渗透到所述多孔电极中，在所述多孔电极中起电化学反应，并通过流动方向下游的出口开口从所述多孔电极排出。根据本专利技术的装置提供了通过所述多孔电极的均匀流动，由此在所述放电过程，不仅确保物质更均匀的分布，还确保来自所述电池的均匀的电功率。随着所述放电过程的进行，电池功率不会下降。出于本专利技术的目的，阳极材料应视为意指在放电期间被供应至所述阳极侧的液体反应物。所述阳极材料优选为导电的，特别地，使用液体碱金属作为所述阳极材料。例如，合适的阳极材料为锂、钠、钾，特别为钠或钾。所述阴极材料为与所述阳极材料起电化学反应的液体反应物。所述阴极材料常规地通过与所述阳极材料起化学反应来形成盐。例如，合适的阴极材料为硫或多硫化物。此处以液体形式使用所述阴极材料。仅通过对流及扩散进行通过所述多孔电极的输送。以此方式可能省去泵或提供强制输送的类似装置。这些装置的缺点通常为其需要然后不再可得的电。强制输送装置的另一缺点为其经受的耗损。为了达成整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极单元，用于存储电能的电化学装置，包括：固体电解质(3)和多孔电极(7)，所述固体电解质(3)划分用于阴极材料的隔室和用于阳极材料的隔室，并且所述多孔电极(7)延伸地连接到所述固体电解质(3)，并且所述阴极材料在放电期间沿着所述多孔电极(7)流动，其中，在远离所述固体电解质(3)的侧上，所述多孔电极(7)被用段壁(9)朝着用于所述阴极材料的所述隔室而覆盖，所述段壁(9)包括在所述阴极材料的流动方向的入口开口(15)，所述阴极材料通过所述入口开口渗透到所述多孔电极(7)中，与所述多孔电极(7)中的所述阳极材料起化学反应，并通过在流动方向下游的开口(17)从所述多孔电极(7)排出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.11 EP 12171490.1;2012.06.11 US 61/657,9151.一种电极单元，用于存储电能的电化学装置，包括：
固体电解质(3)和多孔电极(7)，所述固体电解质(3)划分用于阴
极材料的隔室和用于阳极材料的隔室，并且所述多孔电极(7)延伸地连接
到所述固体电解质(3)，并且所述阴极材料在放电期间沿着所述多孔电极
(7)流动，其中，在远离所述固体电解质(3)的侧上，所述多孔电极(7)
被用段壁(9)朝着用于所述阴极材料的所述隔室而覆盖，所述段壁(9)
包括在所述阴极材料的流动方向的入口开口(15)，所述阴极材料通过所
述入口开口渗透到所述多孔电极(7)中，与所述多孔电极(7)中的所述
阳极材料起化学反应，并通过在流动方向下游的开口(17)从所述多孔电
极(7)排出。
2.根据权利要求1所述的电极单元，其中所述段壁(9)包括横向于
流动方向而定向的多行入口开口(15)和出口开口(17)，所述入口开口
(15)和出口开口(17)在流动方向上交替，并且流动障碍(19)被容纳
在所述多孔电极中，在流动方向的每种情况下，所述流动障碍在所述入口
开口(15)的上游和所述出口开口(17)的下游。
3.根据权利要求1或2所述的电极单元，其中在每种情况下，一行出
口开口(17)后面紧跟着一行入口开口(15)。
4.根据权利要求1到3中的一项所述的电极单元，其中在所述阴极材
料的所述流动方向上跟随所述出口开口(17)的所述入口开口(15)被以
相对于所述出口开口(17)的交错方式而布置。
5.根据权利要求1到4中的一项所述的电极单元，其中盖罩(11)与
所述段壁(9)邻近，所述盖罩(11)被构造为使得所述盖罩(11)沿着所
述电极(7，9)形成流动通道(13)。
6.根据权利要求5所述的电极单元，其中所述盖罩(11)为波状构造。
7.根据权利要求1到6中的一项所述电极单元，其中所述固体电解质

\t(3)为圆柱形构造，并且所述多孔电极(7)包封所述固体电解质(3)。
8.根据权利要求7所述的电极单元，其中所述段壁(9)为包封所述
多孔电极(7)的至少一个套管，所述入口开口(15)和出口开口(17)被
在所述套管中形成。
9.根据权利要求7或8所述的电极单元，其中所述段壁(9)包括至
少两个套管，所述入口开口(15)在每种情况下被在所述套管的一端处形
成，并且所述出口开口被在相对端形成，并且所述套管被相对于彼此在所
述多孔电极上旋转，使得一个套管的所述出口开口(17)被以相对于下游
套管的所述入口开口(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·胡贝尔，J·E·泽勒帕恩达，A·K·杜尔，W·亚布茨尼斯基，K·弗赖塔格，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE