BR112020018806A2

BR112020018806A2 - depósito de energia eletroquímica

Info

Publication number: BR112020018806A2
Application number: BR112020018806-9A
Authority: BR
Inventors: Peter Heidebrecht; Wolfgang Jabczynski; Peter Steigner; Dirk Merkel; Domnik Bayer; Jesus Enrique Zerpa Unda
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-11-17
Also published as: EP3785310A1; US20210151819A1; AU2019260135A1; WO2019206864A1; TW201946314A; CN112136226A; KR20210005130A; JP2021522658A; CA3097614A1

Abstract

A invenção refere-se a um depósito de energia eletroquímica compreendendo pelo menos uma célula eletroquímica (5) e uma estrutura de suporte (3), em que as células eletroquímicas (5) são acomodadas de maneira suspensa na estrutura de suporte (3).

Description

“DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA” DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[001] A invenção procede de um depósito de energia eletroquímica tendo pelo menos uma célula eletroquímica.

[002] Os depósitos de energia eletroquímica geralmente também são chamados de bateria ou acumulador. As baterias recarregáveis ou acumuladores são, em particular, utilizados para poder armazenar e utilizar energia elétrica. Para armazenar grandes quantidades de energia elétrica, são necessárias baterias recarregáveis potentes correspondentes. Para tanto, é possível, por exemplo, utilizar baterias à base de sódio fundido e enxofre. Para atingir a capacidade necessária, uma pluralidade de células eletroquímicas que estão eletricamente conectadas umas às outras são normalmente empregadas nos depósitos de energia eletroquímica. Essas células eletroquímicas que operam com base em um metal alcalino fundido como ânodo e um participante da reação catódica, geralmente enxofre, são descritas em, por exemplo, WO-A 2017/102697. Para este propósito, o metal alcalino fundido e o participante da reação catódica são separados por um eletrólito sólido que é permeável aos cátions. Uma reação do metal alcalino com o participante da reação catódica ocorre no cátodo. Isto é, por exemplo, quando se usa sódio como metal alcalino e enxofre como participante da reação catódica, a reação de sódio e enxofre para formar polissulfeto de sódio. Para carregar o depósito de energia eletroquímica, o polissulfeto de sódio é redissociado em sódio e enxofre no eletrodo pela introdução de energia elétrica.

[003] As células eletroquímicas individuais são geralmente empilhadas em pacotes de bateria ou, como alternativa, dispostas paralelamente umas às outras em um compartimento. No entanto, esta disposição tem a desvantagem de que o controle uniforme da temperatura das células individuais pode ser alcançado apenas com dificuldade. Em particular, a passagem de um meio de controle de temperatura através do arranjo leva a um aumento de temperatura com o aumento da distância de fluxo do meio de controle de temperatura como resultado do calor absorvido pelo meio de controle de temperatura das células individuais e, assim, a um resfriamento mais pobre das células eletroquímicas. No entanto, isso é desvantajoso para a operação do depósito de energia eletroquímica. Em particular, existe o risco de ocorrerem danos às células eletroquímicas individuais se a temperatura aumentar muito.

Quando isso leva a danos ao eletrólito sólido, pode resultar em uma reação descontrolada que pode levar a um incêndio no depósito de energia eletroquímica, que pode ser controlado apenas com dificuldade.

[004] Os depósitos de energia correspondentes compreendendo baterias de enxofre e sódio são descritos, por exemplo, em JP-A 2000-297989 ou US-B 7,955,725.

[005] É um objetivo da presente invenção fornecer um depósito de energia eletroquímica compreendendo células eletroquímicas, em que o controle de temperatura uniforme é possível.

[006] Este objetivo é alcançado por um depósito de energia eletroquímica compreendendo pelo menos uma célula eletroquímica e uma estrutura de suporte, em que a pelo menos uma célula eletroquímica é acomodada de forma suspensa na estrutura de suporte.

[007] Diferentemente das células eletroquímicas horizontais ou verticais, é possível que um meio de controle de temperatura passe uniformemente em torno das células eletroquímicas suspensas, para que estas sejam resfriadas uniformemente. Em particular, é possível realizar o fluxo do meio de controle de temperatura paralelamente às células de uma maneira simples como resultado do meio de controle de temperatura fluindo de cima para baixo ou, em alternativa, de baixo para cima. Uma outra vantagem é que, em caso de possível dano a uma célula eletroquímica individual, os materiais de partida usados e o produto de reação fluem para baixo na placa sob as células, o que pode, particularmente no caso de componentes altamente reativos, oferecer segurança adicional, uma vez que o calor que surge na reação não é transferido diretamente para as células adjacentes. Além disso, o material que saiu de uma célula eletroquímica no caso de tal dano pode ser facilmente descartado. Uma outra grande vantagem é que a estrutura de suporte usada, em particular as partes de suporte da estrutura de suporte, não entram em contato com os reagentes usados nas células eletroquímicas se ocorrerem danos às células individuais e os reagentes usados se esgotarem. Em primeiro lugar, isso aumenta a segurança da construção, uma vez que, no caso de danos às células eletroquímicas individuais, a construção não é totalmente danificada.

Em segundo lugar, também é possível usar materiais de construção relativamente simples, em particular aço carbono, em vez de aço inoxidável, que é estável à corrosão pelos reagentes usados, para a estrutura de suporte.

[008] Para tornar possível o fluxo simultâneo de um meio de controle de temperatura em torno das células eletroquímicas, é vantajoso que a estrutura de suporte juntamente com as células eletroquímicas nela acomodadas de maneira suspensa sejam encerradas por um compartimento. A parede do compartimento pode ser feita de qualquer material. Dependendo do tamanho das células eletroquímicas e do número de células eletroquímicas, é possível, por exemplo, que o invólucro seja de metal, em particular aço, ou então, como alternativa, que uma construção em alvenaria seja fornecida como compartimento no caso de um grande depósito de energia eletroquímica. Para tornar transportável um grande depósito de energia eletroquímica, também é possível, como alternativa, usar uma compartimento semelhante a um contêiner de transporte padrão, por exemplo, um contêiner de 6,096 m (20 pés) ou um contêiner de 12,192 (40 pés). Estes podem então ser movidos por meio dos meios de transporte habituais empregados para transportar tais contêineres de transporte padrão. Uma outra vantagem do uso de tais contêineres de transporte padrão é que uma pluralidade de tais contêineres pode ser conectada para formar um grande depósito de energia a fim de fornecer uma maior capacidade de armazenamento ou uma maior potência disponível do depósito de energia eletroquímica. Devido às elevadas temperaturas a que funcionam as células de enxofre e metal alcalino, em particular células de enxofre e sódio, é também vantajoso que a compartimento seja isolado termicamente. O isolamento térmico pode ser aplicado tanto na parte interna do compartimento quanto na parte externa do compartimento. Também é possível fornecer uma parede dupla para o compartimento e instalar o isolamento entre as paredes.

[009] A fim de permitir a montagem simples do depósito de energia eletroquímica, é dada preferência à estrutura de suporte que compreende pelo menos um quadro com um dispositivo de retenção no qual as células eletroquímicas estão suspensas. A utilização de um quadro com um dispositivo de retenção adicional no qual as células eletroquímicas estão suspensas permite realizar a pré-montagem fora do compartimento. Neste caso, as células eletroquímicas são introduzidas primeiro no dispositivo de retenção e este último é unido ao quadro. Em alternativa, também é possível que o dispositivo de retenção seja introduzido primeiro no quadro e o dispositivo de retenção seja então fornecido com as células eletroquímicas. Em uma etapa posterior, o quadro, juntamente com o dispositivo de retenção com as células eletroquímicas aí acomodadas, é então introduzida em uma armação principal que também faz parte da estrutura de suporte.

[0010] Para permitir uma montagem simples, a armação principal tem, de preferência, trilhos sobre os quais, pelo menos um quadro é empurrada.

A utilização de trilhos auxilia adicionalmente na montagem do depósito de energia eletroquímica.

[0011] Como trilhos na armação principal da estrutura de suporte,

é possível usar, por exemplo, perfis em U ou perfis em L convencionais. Aqui, apenas tem de ser assegurado que os trilhos corram paralelos uns aos outros, de modo que os quadros não emperrem ou caiam entre os trilhos ao serem empurrados sobre os trilhos devido a possíveis espaçamentos variáveis.

[0012] O número de células eletroquímicas fornecidas por quadro depende do tamanho das células eletroquímicas utilizadas. As células eletroquímicas utilizadas no depósito de energia eletroquímica são de preferência células de sódio e enxofre. Essas células de sódio e enxofre são geralmente cilíndricas e têm um diâmetro na faixa de 6 a 20 cm e um comprimento na faixa de 50 a 200 cm. As células de sódio e enxofre correspondentes são conhecidas dos técnicos no assunto e são, por exemplo, descritas em WO-A 2017/102697.

[0013] O dispositivo de retenção no qual as células eletroquímicas estão suspensas é de preferência uma placa na qual existem recortes nos quais as células eletroquímicas são penduradas. O uso de uma placa com recortes nos quais as células eletroquímicas são penduradas como dispositivo de retenção permite um fluxo uniforme do meio de controle de temperatura através do compartimento no qual a estrutura de suporte é acomodada. O meio de controle de temperatura é para este fim alimentado acima das placas, com o espaço no compartimento acima das placas atuando como distribuidor. O meio de controle de temperatura então flui uniformemente através dos recortes nas placas para a região em que as células eletroquímicas estão suspensas. O meio de controle de temperatura flui através dele de cima para baixo uniformemente ao longo de toda a área da seção transversal do depósito de energia eletroquímica em uma direção paralela às células eletroquímicas suspensas. A fim de obter um fluxo uniforme de cima para baixo ao longo de todo o comprimento das células, também é possível fornecer uma outra placa com aberturas por baixo das células, sob a qual o meio de controle de temperatura coleta e, em seguida, é retirado do compartimento. No caso de empacotamento suficientemente denso das células eletroquímicas, em que as células eletroquímicas quase se tocam, também é possível utilizar o espaço abaixo das células como coletor, uma vez que o meio de controle de temperatura irá essencialmente fluir de cima para baixo entre as células através do canais formados por causa da forma cilíndrica das células.

[0014] Para suspender as células eletroquímicas de maneira estável no dispositivo de retenção e, em particular, impedir que se movam no caso de movimento do dispositivo de retenção, por exemplo, quando este é empurrado para a armação principal, ou em caso de movimento do compartimento, e havendo o risco de as células eletroquímicas caírem do retentor, como resultado, os dispositivos de retenção devem ser configurados de modo que a queda das células seja evitada. Isto pode ser conseguido, por exemplo, por cada dispositivo de retenção ter de preferência uma abertura e uma fenda adjacente à abertura e também um suporte que inclui um ângulo com a superfície da placa na faixa de pelo menos 45°, de preferência na faixa de 90 a 180°, com o suporte disposto na lateral da abertura voltado para a fenda. Neste caso, um suporte na célula eletroquímica é, para a montagem, roscado através da abertura sobre o suporte e no estado montado projeta-se para baixo através da fenda atrás do suporte. O suporte então evita que escorregue a suspensão da célula eletroquímica. Para montagem em um dispositivo de retenção correspondente, a suspensão da célula eletroquímica tem um suporte dobrado em pelo menos 90° em seu canto voltado para fora da célula eletroquímica. A suspensão é então passada através da fenda e o suporte repousa sobre a placa usada como dispositivo de retenção. Para este efeito, o suporte é particularmente preferencialmente dobrado em 90°.

[0015] A fim de produzir os recortes com uma abertura e uma fenda adjacente à abertura e também um suporte que inclui um ângulo com a superfície da placa, na placa, é dada preferência à introdução de uma fenda em forma de U na placa nas respectivas posições em que as células eletroquímicas devem ser suspensas, com uma perna da fenda em forma de U duas vezes mais longa que a outra. O suporte produzido desta forma entre as duas pernas da fenda em forma de U é então dobrado para cima em uma aresta de curvatura que corre paralela à base da fenda em forma de U. Como alternativa, é claro que também é possível cortar toda a abertura e, posteriormente, soldar em um suporte. No entanto, é dada preferência para formar uma fenda em forma de U e dobrar o suporte na direção para cima.

[0016] A fim de permitir a pré-montagem fora do compartimento, é necessário fazer os quadros e o dispositivo de retenção de um tamanho que ainda seja manuseável. As células eletroquímicas individuais são de preferência suspensas em filas paralelas no dispositivo de retenção. No caso de células de enxofre e sódio como células eletroquímicas, cada quadro é preferencialmente fornecido com 6 a 60 células. Estes são suspensos de preferência em 1 a 5 filas, em particular em 1 ou 2 filas, com 5 a 20 células eletroquímicas e em particular 8 a 12 células eletroquímicas suspensas em cada fila. A vantagem de apenas 1 ou 2 linhas por quadro é que cada célula é diretamente acessível após a retirada de um quadro. O número de células eletroquímicas por linha ainda permite um bom manuseio dos quadros individuais. O número de células por linha na faixa de 5 a 20 e de preferência de 8 a 12 também evita a curvatura do dispositivo de retenção.

[0017] Quando uma placa com aberturas é usada como dispositivo de retenção, a espessura da placa é selecionada de forma que, dependendo do número de eletrodos suspensos na placa, uma retenção estável seja possível, ou seja, reter as células sem que a placa se curve. Quando se usam células de enxofre e sódio e de 1 a 5 filas por célula, cada uma com 5 a 20 células eletroquímicas, a espessura da placa usada como dispositivo de retenção está preferencialmente na faixa de 2 a 10 mm.

[0018] Como alternativa às placas que têm aberturas como dispositivo de retenção, também é possível usar suportes nos quais as células eletroquímicas individuais são penduradas. Os suportes adequados neste caso são, por exemplo, suportes em U duplo, suportes em T, suportes em L ou então perfis ocos com qualquer forma de secção transversal. Para evitar que as células eletroquímicas escorreguem nos suportes ou escorreguem destes, as suspensões das células eletroquímicas têm, cada uma, um gancho que se adapta de preferência à geometria do suporte. Além disso, é vantajoso fornecer os suportes com batentes que estão em cada caso dispostos em ambos os lados da suspensão da célula eletroquímica de modo que o deslizamento lateral das células eletroquímicas seja bloqueado pelos batentes. Os batentes podem ser unidos ao suporte quer positivamente, por exemplo por soldadura, brasagem ou colagem, ou ainda por fricção, por exemplo por aparafusamento.

[0019] No entanto, é dada preferência ao uso de uma placa com aberturas como dispositivo de retenção.

[0020] A fim de evitar que as células eletroquímicas individuais batam umas contra as outras durante a montagem ou durante o transporte do depósito de energia eletroquímica, as células eletroquímicas têm, de preferência, cada uma, um espaçador em sua extremidade inferior. Como espaçadores, é possível usar, por exemplo, anéis que encerram as células eletroquímicas em sua extremidade inferior. Os anéis são preferencialmente feitos de um material resistente ao calor, eletricamente não condutor, por exemplo, um material de fibra mineral. Como alternativa, também é possível fornecer uma placa com recortes através dos quais as células eletroquímicas são passadas como espaçadoras. Por meio de tal placa, as células eletroquímicas individuais seriam fixadas em suas posições e não poderiam mais se mover. No entanto, é dada preferência a cada célula sendo fornecida com um espaçador separado, a fim de permitir a substituição simples de células eletroquímicas individuais.

[0021] Como alternativa a um anel que é composto de um material resistente ao calor, eletricamente não condutor e envolve a célula eletroquímica, também seria possível fornecer suportes que são fixados diretamente à célula eletroquímica como espaçadores e de preferência revestir cada suporte com um material isolante para evitar que as células adjacentes possam ser danificadas pelos espaçadores.

[0022] A fim de ser capaz de controlar a temperatura das células eletroquímicas, isto é, aquecê-las ou resfriá-las conforme necessário, o invólucro possui preferencialmente uma entrada e uma saída para o meio de controle de temperatura. A entrada para o meio de controle de temperatura está particularmente preferencialmente localizada acima das células eletroquímicas e a saída está localizada abaixo das células eletroquímicas. Quando placas com aberturas nas quais as células eletroquímicas estão suspensas são usadas para suspender as células eletroquímicas, essas placas atuam como distribuidores para o meio de controle de temperatura, de modo que o meio de controle de temperatura flua uniformemente em torno de todas as células eletroquímicas dentro do compartimento. A entrada para o meio de controle de temperatura está neste caso localizada acima das placas. Para evitar que o meio de controle de temperatura que fluiu através das placas servindo como distribuidores flua diretamente para a saída do meio de controle de temperatura, em vez do meio de controle de temperatura fluir paralelamente às células eletroquímicas para baixo através do compartimento, é possível usar uma placa tendo recortes, por exemplo, por baixo das células eletroquímicas, e posicionar a saída por baixo desta placa. Como alternativa, também é possível configurar os espaçadores das células eletroquímicas de modo que eles deixem aberturas individuais abertas entre as células eletroquímicas, de modo que um coletor, através do qual o meio de controle de temperatura pode então ser retirado, seja formado por baixo dos espaçadores.

[0023] A fim de alcançar uma distribuição uniforme do fluxo de gás nas células eletroquímicas, as aberturas são feitas de preferência suficientemente pequenas para produzir uma queda de pressão que está significativamente acima das diferenças de pressão no espaço distribuidor acima da placa com aberturas. Como alternativa, também é possível fornecer tamanhos diferentes para as aberturas ao longo do comprimento do módulo, a fim de obter um fluxo de gás uniforme. No entanto, é dada preferência a fazer as aberturas tão pequenas que uma queda de pressão que é significativamente acima das diferenças de pressão no espaço do distribuidor seja produzida.

[0024] Se não for possível produzir fluxo de gás uniforme através do dispositivo de retenção para as células eletroquímicas, por exemplo, quando os suportes são usados em vez de uma placa com aberturas ou quando as aberturas têm que ser feitas tão grandes que a queda de pressão através das aberturas é muito pequena para produzir um fluxo uniforme, também é possível fornecer um distribuidor de gás adicional acima do dispositivo de retenção para as células eletroquímicas. Para o propósito, é possível utilizar, por exemplo, uma placa com aberturas ou então uma placa com válvulas. Uma placa com aberturas por meio das quais é produzido um fluxo de gás uniforme sobre as células eletroquímicas é preferida como distribuidor de gás. Quando se utiliza um distribuidor de gás adicional, também é possível, como alternativa, colocá-lo sob as células eletroquímicas e direcionar o fluxo de gás de baixo para cima. No entanto, é dada preferência a um distribuidor de gás acima das células eletroquímicas e o gás flui de cima para baixo.

[0025] Quando as células de enxofre e sódio são usadas como células eletroquímicas, o aquecimento é inicialmente necessário para a inicialização. Aqui, é necessário aumentar a temperatura das células eletroquímicas individuais para uma temperatura que está acima do ponto de fusão dos reagentes. Assim que os reagentes derretem e a célula eletroquímica pode ser colocada em operação, o calor é liberado nas células ao carregar ou descarregar, de modo que o resfriamento das células eletroquímicas é geralmente necessário.

[0026] É dada preferência ao uso de um gás como meio de controle de temperatura para as células eletroquímicas. É dada preferência particular a gases inertes em relação aos reagentes utilizados, isto é, metais alcalinos, em particular sódio, enxofre e o polissulfureto de metal alcalino correspondente. Os gases adequados são, em particular, nitrogênio, dióxido de carbono ou gases nobres.

[0027] A fim de aquecer o gás até a temperatura necessária para colocar o depósito de energia eletroquímica em operação ou para remover o calor liberado dentro das células eletroquímicas durante a operação, está presente um canal ao qual a entrada e a saída do meio de controle de temperatura fora do compartimento estão conectadas, com um trocador de calor e um dispositivo de transporte para o meio de controle de temperatura sendo acomodado no canal. Quando gases são usados como meio de controle de temperatura, um soprador é utilizado como dispositivo de transporte. Isso deve ser configurado de forma que resista às temperaturas durante a operação do depósito de energia eletroquímica. Como trocadores de calor, é possível usar quaisquer trocadores de calor conhecidos por um técnico no assunto por meio dos quais os gases podem ser aquecidos ou alternativamente resfriados.

Trocadores de calor adequados são, por exemplo, trocadores de calor de placas ou trocadores de calor de casco e tubo. Para aumentar a área de transferência de calor, os tubos ou placas individuais do trocador de calor podem ser fornecidos com aletas adicionais. Para aquecer o gás, é possível usar não apenas um trocador de calor, mas também qualquer outro dispositivo de aquecimento, por exemplo, um aparelho de aquecimento elétrico.

[0028] Como meio de transferência de calor por meio do qual o meio de controle de temperatura usado para controlar a temperatura das células é resfriado ou aquecido, é possível usar qualquer meio de controle de temperatura que seja estável à temperatura apropriada. Óleos ou gases sintéticos de transferência de calor são particularmente adequados aqui.

[0029] As formas de realização da invenção são representadas nas figuras e são explicadas em mais detalhes na descrição a seguir.

[0030] As Figuras mostram: - Figura 1: um depósito de energia eletroquímica compreendendo uma pluralidade de células eletroquímicas, - Figura 2: uma seção de uma estrutura de suporte para as células eletroquímicas, - Figura 3: uma abertura em um dispositivo de retenção para acomodar uma célula eletroquímica, - Figura 4: a abertura representada na Figura 3 com um suporte acomodado no mesmo para a fixação das células eletroquímicas, e - Figura 5: um depósito de energia eletroquímica tendo um circuito de controle de temperatura que é mostrado esquematicamente.

[0031] A Figura 1 mostra um depósito de energia eletroquímica com uma pluralidade de células eletroquímicas em uma representação tridimensional.

[0032] Um depósito de energia eletroquímica (1) compreende uma estrutura de suporte (3) com células eletroquímicas (5) fixadas de uma maneira suspensa na estrutura de suporte (3).

[0033] A estrutura de suporte (3) compreende uma armação principal (7) com escoras (9). As escoras (9) são conectadas a suportes transversais (11). Além disso, a estrutura de suporte (3) na forma de realização mostrada aqui compreende uma placa inferior (13). No entanto, também é possível fornecer, por exemplo, escoras transversais como alternativa à placa inferior (13).

[0034] Para ajudar na clareza, a escora dianteira direita é mostrada cortada na Figura 1. Para dar uma armação principal estaticamente estável (7), todas as escoras (9) nos cantos da armação principal (7) têm de preferência a mesma configuração. As escoras individuais (9) podem, por exemplo, conforme mostrado aqui, ser configuradas como tubos quadrados. Como alternativa, também é possível solidificar as escoras (9) ou configurá-las em perfis em L, T ou T duplo. Também é possível usar perfis ocos com qualquer outra seção transversal, por exemplo, uma seção transversal redonda. No entanto, é dada preferência à configuração das escoras (9) como perfis ocos quadrados.

[0035] Os suportes transversais (11) podem, como as escoras (9), ter quaisquer formas, por exemplo perfis ocos com qualquer seção transversal, por exemplo, perfis redondos ou perfis quadrados, com perfis ocos quadrados também sendo preferidos aqui. Além dos perfis ocos mencionados, também é possível usar aqui perfis em L, T, U ou T duplo para os suportes transversais (11).

[0036] Os trilhos (15) são fornecidos adicionalmente na armação principal (7) para acomodar as células eletroquímicas. Os dispositivos de retenção (17) para as células eletroquímicas (5) são empurrados para os trilhos (15). Os trilhos (15) aqui são de preferência perfis em L ou perfis em U.

[0037] Na forma de realização representada aqui, os trilhos são instalados ao longo dos lados longos da armação principal (7). Isto tem a vantagem de que o dispositivo de retenção (17) pode ser mantido mais curto do que quando é empurrado transversalmente ao longo do lado comprido da armação principal (7), de modo que a curvatura do dispositivo de retenção (17) é reduzida ou vantajosamente evitada aqui.

[0038] Quando é necessário empurrar o dispositivo de retenção

(17) sobre o lado comprido da armação principal (7), o lado comprido é preferencialmente subdividido por meio de escoras adicionais (9), de modo que uma pluralidade de dispositivos de retenção (17) são empurrados um ao lado do outro na armação principal (7). Dependendo do comprimento da armação principal (7), é assim possível, por exemplo, empurrar dois, três ou mais dispositivos de retenção (17) lado a lado na armação principal.

[0039] Uma seção de uma estrutura de suporte para as células eletroquímicas é ilustrada na Figura 2.

[0040] Além do dispositivo de retenção (17), a estrutura de suporte compreende adicionalmente, de preferência, um quadro (19) no qual o dispositivo de retenção (17) assenta. O dispositivo de retenção (17) é, de preferência, como mostrado aqui, uma placa com recortes (21).

[0041] A fim de permitir a colocação simples do dispositivo de retenção (17) configurado como placa no quadro (19), o quadro é, de preferência, como mostrado aqui, feito de perfis em L.

[0042] As células eletroquímicas (5) têm cada uma duas suspensões (23) na forma de realização mostrada aqui. As suspensões (23) são passadas através dos recortes (21) e repousam com um suporte (25) no dispositivo de retenção (17) configurado como placa. Uma suspensão mais estável das células eletroquímicas individuais (5) é alcançada pelo uso de duas suspensões (23), de modo que as células podem, como resultado, oscilar em um grau menor do que quando apenas uma suspensão (23) é fornecida. Claro, também é possível, como alternativa, fornecer apenas uma suspensão (23) ou então mais de duas suspensões (23).

[0043] Para montar o depósito de energia eletroquímica (1), o quadro (19) fornecido com o dispositivo de retenção (17) configurado como placa e as células eletroquímicas (5) são então empurradas para os trilhos (15) da armação principal (7).

[0044] Uma possível forma de realização de um recorte (21) em que uma suspensão (23) é acomodada é mostrada em detalhes na Figura 3.

[0045] O recorte (21) formado no dispositivo de retenção (17) configurado como placa tem uma abertura (27) e uma fenda (29) adjacente à abertura (27). Além disso, um suporte (31) está disposto na extremidade da abertura (27) voltada para a fenda (29), com o suporte (31) incluindo, de preferência, um ângulo com a superfície do dispositivo de retenção (17) configurado como placa na faixa de 45 a 180° e, particularmente, de preferência 90°. Quando uma célula eletroquímica é pendurada, o suporte (31) atua como trava que evita que a célula eletroquímica deslize para fora do dispositivo de retenção.

[0046] A Figura 4 mostra o recorte (21) representado na Figura 3 com uma suspensão (23) nele acomodada. A suspensão (23) tem o suporte (25) que é dobrado essencialmente a 90° e no qual o dispositivo de retenção (17) é configurado como placa assenta. O suporte (25) da suspensão (23) estando em justaposição com o suporte (31) que é dobrado para cima evitando que a suspensão (23) seja capaz de deslizar na direção da abertura (27) e cair através da abertura (27). Aqui, a suspensão (23) é passada através da fenda (29).

[0047] Além da forma de realização mostrada aqui, em que a suspensão (23) é configurada como uma tira com uma seção transversal retangular, qualquer outra forma de seção transversal é possível para a suspensão (23). Assim, ela também pode ser configurada, por exemplo, como um fio tendo uma seção transversal redonda ou então como uma pluralidade de fios que estão dispostos um ao lado do outro e também são unidos a outros fios transversais. Qualquer outra configuração também é possível para a suspensão (23). No entanto, devido ao método simples de fabricação, é preferida uma configuração em faixa, conforme ilustrado aqui.

[0048] Para produzir o recorte (21), é possível recortá-lo completamente e posteriormente fixar o suporte (31) na extremidade da abertura (27) voltada para a fenda (29), com o suporte (31) neste caso podendo, por exemplo, ser soldado, braseado, colado por adesivo ou então aparafusado ou rebitado. No entanto, é dada preferência à introdução de uma fenda em forma de U no dispositivo de retenção (17) configurado como placa, com uma perna da fenda em forma de U sendo pelo menos duas vezes mais longa que a outra perna. Em uma borda curvada paralela à base da fenda em forma de U na extremidade da perna mais curta, o suporte (31) é então dobrado para cima. Isso evita ter que anexar um suporte dedicado (31) em cada recorte (21).

[0049] Se os recortes individuais (27) devem ser estampados para fora do dispositivo de retenção (17) configurados como placa, também é possível, no entanto, fornecer qualquer outro batente que evite que a suspensão (23) deslize para fora da fenda (29) para a abertura (27) e, assim, sendo capaz de escorregar do dispositivo de retenção em vez do suporte (31) mostrado aqui.

Quando tal batente diferente de um suporte (31) é fixado, ele pode, conforme descrito acima, ser unido ao dispositivo de retenção (17) configurado como placa por, por exemplo, soldagem, colagem por adesivo, brasagem, aparafusamento ou rebitagem.

[0050] Uma vez que o calor é geralmente liberado durante o carregamento e durante a descarga, independentemente do tipo de células eletroquímicas, o resfriamento é necessário para evitar o superaquecimento das células eletroquímicas individuais. Além disso, quando as células de enxofre e metal alcalino são usadas, é necessário trazer o depósito de energia eletroquímica à temperatura de operação, ou seja, uma temperatura que está acima do ponto de fusão do sódio e do enxofre, antes de ser colocado em operação. Para isso, é necessário o controle da temperatura do depósito de energia eletroquímica.

[0051] Tal controle de temperatura é geralmente efetuado por meio de um circuito de controle de temperatura, como é esquematicamente mostrado na Figura 5.

[0052] A fim de ser capaz de controlar a temperatura das células eletroquímicas do depósito de energia eletroquímica, o depósito de energia eletroquímica tem um compartimento (35). O compartimento (35) envolve a armação principal (7) juntamente com as células eletroquímicas (5) suspensas nele. A fim de aumentar a eficiência energética do depósito de energia, o compartimento (35) é de preferência isolado termicamente. O isolamento térmico pode ser instalado no interior das paredes individuais do compartimento ou no exterior. Como alternativa, também é possível fazer o compartimento (35) a partir de um material isolante térmico. O compartimento (35) pode, por exemplo, ser feito de folhas de metal, em particular de folhas de aço, que são isoladas termicamente no interior ou no exterior. Para o isolamento térmico, é possível usar qualquer material de isolamento conhecido por um técnico no assunto.

Como alternativa, também é possível fazer o compartimento de um material mineral, por exemplo, como alvenaria. No entanto, a vantagem do compartimento (35) feito de chapas de aço é que, neste caso, é possível fornecer um depósito de energia elétrica transportável, enquanto um depósito de energia eletroquímica em uma posição fixa também pode ser encerrado por um compartimento de alvenaria (35).

[0053] O compartimento (35) tem uma entrada (37) e uma saída (39) para um meio de controle de temperatura. Para obter um controle de temperatura uniforme das células eletroquímicas individuais, o meio de controle de temperatura flui preferencialmente em torno delas de cima para baixo. A fim de obter um fluxo uniforme do meio de controle de temperatura em torno de todas as células eletroquímicas, a entrada (37) está, de preferência, localizada acima do dispositivo de retenção (17). Se o dispositivo de retenção (17) for configurado como placa com recortes (21) formados no mesmo, o dispositivo de retenção no ao mesmo tempo atua como distribuidor para o meio de controle de temperatura.

O espaço acima dos dispositivos de retenção serve como distribuidor e o meio de controle de temperatura flui através dos recortes (21) para as células eletroquímicas (5). A saída (39) está então presente sob as células eletroquímicas (5). A fim de evitar o fluxo transversal, também é vantajoso que uma placa perfurada sob a qual o meio de controle de temperatura é coletado seja fornecida sob as células eletroquímicas (5). Como alternativa, um equipamento suficientemente denso com células eletroquímicas (5) também é possível, de modo que células eletroquímicas adjacentes (5) virtualmente se tocam e canais através dos quais o meio de controle de temperatura flui de cima para baixo são formados entre as células eletroquímicas. Para os presentes fins, “quase toque” significa que a distância é feita tão pequena quanto possível, mas permanece suficientemente grande para as células eletroquímicas (5) adjacentes não entrarem em contato, a fim de evitar um curto-circuito. O meio de controle de temperatura, então, coleta sob as células eletroquímicas e pode ser retirado através da saída (39).

[0054] Para evitar que as células eletroquímicas individuais batam umas contra as outras durante, em particular, a montagem do depósito de energia eletroquímica (1) ou durante o transporte do depósito de energia eletroquímica (1) ou então para evitar que as células eletroquímicas entrem em contato durante a operação, as células são de preferência fornecidas com um espaçador em sua extremidade inferior. Como espaçador, é possível usar, por exemplo, um anel (41) como está representado esquematicamente na Figura 1.

O anel (41) é de preferência feito de um material resistente ao calor e não condutor que deve ser estável às temperaturas que surgem no compartimento (35). No entanto, como alternativa ao anel (41), espaçadores que são revestidos com um material elástico para evitar danos no contato com células adjacentes também podem ser fixados diretamente como espaçadores às células eletroquímicas individuais. Além disso, também é possível fornecer uma placa com aberturas através das quais as células eletroquímicas são passadas. Aqui, outras aberturas através das quais o meio de controle de temperatura pode fluir são fornecidas adicionalmente a fim de tornar possível o controle de temperatura das células eletroquímicas.

[0055] O meio de controle de temperatura retirado do compartimento (35) através da saída (39) é então transportado através de um trocador de calor (43), um dispositivo de aquecimento (45) e um dispositivo de transporte (47) e subsequentemente reintroduzido no compartimento (35) através da entrada (37). Os trocadores de calor (43), o dispositivo de aquecimento (45) e o dispositivo de transporte (47) estão preferencialmente dispostos num canal que pode ser configurado como tubo ou então como canal com qualquer outra seção transversal, por exemplo como canal retangular.

[0056] O trocador de calor (43) serve, em particular, para resfriar o meio de controle de temperatura quando o meio de controle de temperatura é usado para resfriar as células eletroquímicas, como é necessário, por exemplo, no caso de células de enxofre e metal alcalino durante os processos de carga e descarga. Aqui, o meio de controle de temperatura transfere calor para um meio de controle de temperatura adicional no trocador de calor (43); por exemplo, água ou qualquer outro meio de controle de temperatura usual, por exemplo um óleo de transferência de calor, pode ser usado aqui como meio de controle de temperatura.

[0057] Quando o calor deve ser fornecido para a operação da célula eletroquímica ou então para a inicialização da célula eletroquímica, o dispositivo de aquecimento é fornecido. O meio de controle de temperatura é aquecido no dispositivo de aquecimento. O aquecimento pode ocorrer direta ou indiretamente, sendo o aquecimento indireto efetuado, por exemplo, pelo uso de um meio de controle de temperatura que transfere calor para o meio de controle de temperatura a fim de controlar a temperatura das células eletroquímicas. No entanto, somente meios de controle de temperatura que são estáveis em temperaturas acima da temperatura à qual o meio de controle de temperatura deve ser aquecido podem ser usados aqui. Os meios de aquecimento adequados seriam, por exemplo, fundidos de sal. É dada preferência, portanto, ao uso de um dispositivo de aquecimento no qual o meio de controle de temperatura é aquecido eletricamente ou indutivamente ou então pela combustão de um combustível.

[0058] Em alternativa à forma de realização com o trocador de calor (43) para arrefecimento e um dispositivo de aquecimento (45) separado, conforme aqui representado, também é possível utilizar apenas um trocador de calor que é utilizado tanto para aquecimento como para arrefecimento. Para este efeito, a temperatura do meio de controle de temperatura pode ser variada para aquecimento e para resfriamento ou o uso é feito de um aparelho combinado que esfria por meio de um meio de controle de temperatura e para aquecimento compreende elementos de aquecimento elétrico adicionais por meio dos quais o meio de controle de temperatura pode ser aquecido quando necessário para controlar a temperatura das células eletroquímicas.

[0059] O dispositivo de transporte (47) é dependente do meio de controle de temperatura usado. Um gás é geralmente usado como meio de controle de temperatura para controlar a temperatura das células eletroquímicas (5), de modo que o dispositivo de transporte (47) seja um soprador.

[0060] Para evitar a ocorrência de uma reação química no caso de dano a uma célula eletroquímica, um gás inerte em relação aos reagentes usados nas células eletroquímicas é usado como meio de controle de temperatura. Os meios de controle de temperatura preferidos são nitrogênio, dióxido de carbono ou gases nobres, como argônio. É dada preferência particular ao nitrogênio.

[0061] O dispositivo de transporte (47) é dimensionado de modo que uma quantidade de meio de controle de temperatura suficiente para controlar a temperatura das células eletroquímicas possa ser transportada através do compartimento (35).

[0062] Lista de Números de Referência: -1 Depósito de energia eletroquímica; -3 Estrutura de suporte; -5 Célula eletroquímica; -7 Armação principal; -9 Escoras; - 11 Suporte transversal; - 13 Placa inferior; - 15 Trilho; - 17 Dispositivo de retenção; - 19 Quadro; - 21 Recorte; - 23 Suspensão; - 25 Suporte; - 27 Abertura; - 29 Fenda; - 31 Suporte; - 35 Compartimento; - 37 Entrada; - 39 Saída; - 41 Anel; - 43 Trocador de calor; - 45 Dispositivo de aquecimento; e - 47 Dispositivo de transporte.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, caracterizado por compreender pelo menos uma célula eletroquímica (5) e uma estrutura de suporte (3), em que a pelo menos uma célula eletroquímica (5) é acomodada de uma maneira suspensa na estrutura de suporte (3).

2. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela estrutura de suporte (3) juntamente com a pelo menos uma célula eletroquímica (5) acomodada na mesma de forma suspensa ser encerrada por um compartimento (35).

3. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela estrutura de suporte (3) compreender pelo menos um quadro (19) com um dispositivo de retenção (17) no qual as células eletroquímicas (5) estão suspensas.

4. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo dispositivo de retenção (17) ser uma placa na qual foram formados recortes (21) nos quais as células eletroquímicas (5) estão suspensas.

5. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelos recortes (21) compreenderem cada um uma abertura (27) e uma fenda (29) adjacente à abertura (27), e também um suporte (31) que inclui um ângulo para a superfície da placa na faixa de 45 a 180, com o suporte (31) sendo disposto no lado da abertura (27) voltado para a fenda (29).

6. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por cada uma das células eletroquímicas (5) ter uma suspensão (23) que em sua extremidade voltada para fora da célula eletroquímica (5) tem um suporte (25) dobrado pelo menos 90°.

7. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 6, caracterizado pela suspensão (23) da célula eletroquímica (5) ter sido passada através da fenda (29) e repousar com o suporte (25) dobrado em 90° sobre a placa.

8. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela estrutura de suporte (3) compreender uma armação principal (7) tendo trilhos (15) sobre os quais pelo menos uma estrutura (19) foi empurrada.

9. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelas células eletroquímicas (5) terem, cada uma, um espaçador (41) em sua extremidade inferior.

10. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo compartimento (35) ter uma entrada (37) e uma saída (39) para um meio de controle de temperatura.

11. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela entrada (37) e pela saída (39) serem dispostas de modo que o meio de controle de temperatura flua de cima para baixo ao longo das células eletroquímicas (5).

12. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 11, caracterizado pela entrada (37) para o meio de controle de temperatura estar disposta acima do dispositivo de retenção (17).

13. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado por um canal ao qual a entrada (37) e a saída (39) para o meio de controle de temperatura estão conectadas fora do compartimento (35) ser fornecido, com um calor trocador (43)

e um dispositivo de transporte (47) para o meio de controle de temperatura sendo acomodado no canal.

14. DEPÓSITO DE ENERGIA ELETROQUÍMICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelas células eletroquímicas (5) serem células de enxofre e sódio.