CN104170144A - 用于电能存储器的堆 - Google Patents

用于电能存储器的堆 Download PDF

Info

Publication number
CN104170144A
CN104170144A CN201380014934.4A CN201380014934A CN104170144A CN 104170144 A CN104170144 A CN 104170144A CN 201380014934 A CN201380014934 A CN 201380014934A CN 104170144 A CN104170144 A CN 104170144A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
heap
depression
water vapour
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380014934.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104170144B (zh
Inventor
W.德伦克汉
H.格雷纳
J.罗思费舍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=47598791&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN104170144(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN104170144A publication Critical patent/CN104170144A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104170144B publication Critical patent/CN104170144B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2418—Grouping by arranging unit cells in a plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明涉及一种用于电能存储器的堆，具有至少一个包括存储器电极(38)和与空气供给设备(28)连接的空气电极(34)的存储器单元(4)，并且空气供给设备(28)包括空气分配板(48)，其特征在于，堆(2)此外包括与存储器电极(38)接触的水蒸汽供给设备(70)，并且空气分配板(48)包括水蒸汽供给设备(70)的至少一个元件。

Description

用于电能存储器的堆
技术领域
一种用于电能存储器的堆(Stack)。
背景技术
为存储例如通过再生能源或通过处于最优效率下运行且临时在电网中不需要其的发电场产生电流的情况下累积的多余电流，使用了不同的技术方案。其中之一是可再充电氧化物电池(Rechargeable Oxide Battery,ROB)。ROB通常在600℃至800℃之间的温度下运行，其中输送到电单元(Zelle)的空气电极的氧被转化为氧离子、被运输通过固体电解质且被带到对置的存储器电极。在此处发生氧化还原反应，所述氧化还原反应根据充电或放电过程接收电流或产生电流。由于对于该过程所需要的高的温度，对于所使用的单元材料的材料选择和单元部件的构造以及存储器介质的布置是很复杂的。特别地，单独的部件在多次在所述运行温度下运行了氧化还原循环之后受损。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种基于ROB的电能存储器，所述电能存储器相对于现有技术保证了廉价的、安装技术上简单地构造的且耐热的堆或存储器单元的结构。
上述技术问题的解决方案在于根据权利要求1的前序部分的电能存储器。
根据权利要求1的用于电能存储器的堆包括至少一个存储器单元，所述存储器单元又包括存储器电极(负电极)和空气电极(正电极)。空气电极在此与空气供给设备连接，其中空气供给设备包括空气分配板。根据本发明的堆的特征在于，堆此外包括与存储器电极接触的水蒸汽供给设备，并且空气分配板此外包括水蒸汽供给设备的至少一个元件。
本发明的优点在于，空气分配板同时包括水蒸汽供给设备。即，空气分配和水蒸汽分配组合并且集成在一个部件内。这导致堆安装的明显简化。安装成本可因此明显降低。此外，也明显降低了所需的结构空间。这此外导致所需的结构空间的每体积单位可存储更多的能量。电能存储器可因此更廉价地制造且需要更少的位置。
在本发明的优选的实施方式中，空气分配板具有至少两个相互分离的凹陷，所述凹陷分别具有用于运行介质供给和运行介质导出的孔。所述凹陷用于空气供给或水蒸汽供给。所述凹陷因此是空气供给设备或水蒸汽供给设备的组成部分。运行介质(Betriebsmittel)在此一般地理解为提供所需的空气或所需的水蒸汽，但运行介质也可以是冲洗气体，诸如氮气或氮气水蒸汽混合物，根据过程状态将不同的运行介质通过空气供给设备内的孔或水蒸汽供给设备内的孔传导。在此，可合适的是使得空气供给设备以及水蒸汽供给设备在空气分配板内分别具有带有孔的两个凹陷，其中各凹陷中的一个用于运行介质供给并且另一个凹陷用于运行介质导出。
在堆的另外的有利的实施方式中，所述堆此外具有底板和至少一个所谓的中间连接器板(整体式部件)。底板以及中间连接器板或整体式部件在此分别具有至少两个垂直贯通的空隙，所述空隙在板堆叠为组装的堆时分别形成至少一个空气通道和至少一个水蒸汽通道。
在此，空气分配板内的各一个凹陷与空气通道连接并且空气分配板内的第二凹陷与水蒸汽通道连接。
基本上合适的是，设置至少两个水蒸气通道，所述水蒸汽通道分别与空气分配板内的各一个凹陷连接。在此，特别地涉及用于水蒸汽供给的水蒸汽通道和用于水蒸汽导出的水蒸汽通道。
此外，优选地设置与空气电极连接的覆盖板。在此涉及堆的封闭板，所述封闭板又优选地具有凹陷，所述凹陷与空气通道连接并且从凹陷的至少一个孔导向与空气电极直接接触的通道。该布置导致以覆盖板，即堆的封闭板，将用于空气供给的通道通过空气电极引导并且由此将所述通道转向并且在另外的通道内又偏转回到空气分配板。
附图说明
本发明的另外的实施方式和另外的特征根据如下附图详细描述。带有相同的附图标记的特征则在不同的实施方式中保留共同的附图标记。在此涉及仅示例性的实施方式，所述实施方式不受保护范围的限制。
附图中：
图1示出了ROB的工作方式的示意性图示，
图2示出了ROB内的堆的结构的分解图示，
图3以相反的观察方向示出了图2中的分解图示，
图4示出了存储器单元的详细图示的层结构，
图5示出了在空气供给侧观察的整体式部件，
图6示出了在存储器侧观察的整体式部件，
图7示出了整体式部件的横截面图示，
图8示出了带有空气供给设备和水蒸汽供给设备的基板的俯视图，
图9示出了根据图8的基板的替代实施方式，
图10示出了覆盖板，
图11至图16示出了空气供给的不同的流动方向。
具体实施方式
根据图1示意性地描述了ROB的工作方式，描述至对于本发明的描述所需的程度。ROB的通常结构在于，通过正电极将特别是空气的过程气体通过气体供给部28装入，其中从空气中获取氧。由此原因，正电极在下文中称为空气电极。氧以氧离子(O2-)的形式通过靠放在正电极上的固体电解质36到达负电极38。在负电极上布置了以多孔材料的形式的存储器介质，所述多孔材料根据运行状态(充电/放电)以元素形式或氧化物形式存在，所述材料包含起作用的可氧化的材料，特别是金属，例如铁。由此原因，负电极也称为存储器电极，其中在下文中使用该概念。
通过在电池的运行状态中的气态的氧化还原对，例如H2/H2O，被运输通过固体电解质的氧离子通过用作存储器介质的多孔体的孔通道被运输到或吸到可氧化的材料，即金属。根据进行充电过程还是放电过程，将金属氧化或将金属氧化物还原，并且为此所需的氧通过气态氧化还原对H2/H2O提供或运输回到固体电解质(该机制被称为往返机制)。
现在根据图2和图3示出了堆的结构，所述堆又在其整体上是电能存储器的组成部分，其中为此通常将多个堆组合。图2中的分解图示被构造为如下形式，即，观察方向指向各存储器单元4的空气供给侧18，其中存储器侧20分别被隐藏。图3则仅图示了图2的视图旋转了180°的情况。图3以从下向上的方式示出了生产技术方面有利的安装次序。单独的部件根据图2依次从下向上解释。首先布置了覆盖板42，在所述覆盖板42上安装了用于空气供给的通道24。相对于基板42可见的电能存储器单元4的侧称为空气供给侧18。基板42具有平面50，在所述平面50上安放了密封件46。密封件46例如由玻璃薄膜制造，所述玻璃薄膜在相应的600℃至800℃之间的温度下具有所要求的密封特征。在密封件46上安放了电极结构22，其中在此正电极34向下指向通道24。对于电极结构的工作方式，还参考图4详细论述。
在电极结构22上安放了整体式部件16(也称为中间连接器板，其中在下文中使用该概念)，其中在电极结构22的方向上安装了以凹陷13的形式的用于存储器介质14的接收部12。在此涉及中间连接器板16的存储器侧20，所述中间连接器板16在反转的根据图3的分解图示中类似地可见。
中间连接器板16在背侧上又具有空气供给侧18，所述空气供给侧被构造为类似于基板42的空气供给侧18。该侧空气供给侧18也具有平面50，在所述平面50上又安装了密封件46，然后是另外的电极结构22，且现在是底板44，在此情况中所述底板44又具有用于存储器介质14的以凹陷13形式的接收部12。
在该底板44上安装了空气分配板48，所述空气分配板48用于将过程气体，即空气引入到堆2内。
空气分配板48在此具有凹陷56或56′，所述凹陷用于引入(56)或引出(56′)用作过程气体的空气。此外，空气分配板48具有凹陷58或58′，通过所述凹陷58或58′可将水蒸汽导入到堆2内并且通过其可将水蒸汽在堆内分配。凹陷56、56′以及凹陷58、58′具有用于运行介质供给的孔60或62。作为运行介质，特别地使用空气或水蒸汽或冲洗气体。根据图3，空气分配板48跟随底板44，空气分配板48与底板44以优选的方式通过接缝方法特别地通过热焊接方法而材料配合地连接。在组装的堆6中，空气分配板48和底板44因此形成了单一的接合的部件。底板44具有空隙64和65，所述空隙又在根据图3的分解图示中可见，在所述空隙上存在用于空气供给的各凹陷56或用于水供给的各凹陷60、60′。
通过凹陷56引入到堆内的空气因此向上流过底板44的边缘区域内的空隙64。用于空气供给的该空隙64具有孔26，所述孔26在根据图2的透视图示中可见或在图5和图7中详细地可见。该孔26用于将空气引入到与空气电极34连接的通道24内。空气因此从空隙64分支到孔26内并且由此被供给到相应的空气电极34。
所述的空气流动方向仅是示例性的示例。基本上，空气也可在相反的方向上被引导。此外，通过所述空气分配板，可无需明显的技术成本地并且在维持基本上有利的具有其相对简单的安装的堆结构的条件下生成另外的空气分配，只要所述空气分配由于热学原因是所需的。
通过在单元内进行的化学反应，过程气体，即空气在不利的情况中也表现出在整个流动分配上的明显的温度梯度。该温度梯度又可能导致单独的部件内的热应力，例如中间连接器板16内的热应力。为避免或降低该热应力，将流动走向与空气相应地匹配。根据单元4的数量和单元4在各层次序54、54′中的几何布置方式，不同的空气流动路径可能在热学上是合适的。在所述的实施例中基本上是交叉流动，因为空气通道24的方向和用于存储器介质14的凹陷13的方向(在图11至图16中的虚线箭头)相互以90°走向。该交叉流动可以例如如在图11至图13中所表示的那样走向。与此相反的是直流，当凹陷13和通道24如在图14中所示在中间连接器板16上平行地走向时。在图15和图16中描述了空气流动的曲折的走向，所述空气流动可在直流或相反流动中被引导。不同的流动走向当然以水蒸汽供给设备的部件和空气供给设备28的部件的相应的匹配为前提，所述部件在图11至图16中未明显地图示。
在底板44上安装了中间连接器板16(或整体式部件16)，所述中间连接器板16又具有与底板44的空隙64形成空气通道的空隙64、64′。因为根据图2和图3的空气通道通过空隙64的堆叠形成并且作为整体不可见，所以所述空气通道也未配备附图标记。该空气通道进一步通过中间连接器板走向也通过密封件46走向，所述密封件46也如底板44和中间连接器板16那样具有与其分别一致的空隙47，空气和水蒸汽可流过所述空隙47并且所述空隙47也一起形成空气通道。
现在，根据堆2的构造可跟随多个中间连接器板16，在图2和图3中分别仅描绘了一个中间连接器板16，在中间连接器板16上现在跟随所谓的覆盖板42。覆盖板42又具有用于空气供给设备的凹陷66。凹陷66在覆盖板42内也又具有通向也与电能存储器单元4、4′的空气电极34连接的通道24的孔26。堆2的空气通道因此构造为使得空气在单独的存储器单元4旁流过并且通过孔26分支到单独的单元4的各空气电极34。在覆盖板42内相应地将空气转向，并且使得空气通过凹陷64′(在该实施方式中所述凹陷64′布置在各板即底板44、覆盖板42或中间连接器板16的中间并且又形成空气通道)被引导回到空气分配板48。在此，该凹陷和该空气通道与空气分配板内的凹陷56′连接并且空气通过孔60′又从堆被导出。
因此，凹陷56相应地用于将引入到堆内的空气分配到单独的空气通道内并且进一步分配到单独的存储器单元内，在每个堆平面内可存在多个所述存储器单元(根据图3和图4的实施例，每层存在四个存储器单元)。凹陷56′用于收集从空气通道引回的空气并且需要时又将其从堆中导出。基本上，空气可从凹陷56′出来又再次至少部分地供给到循环。
用于空气供给的整个系统相应地包括孔60、60′、凹陷56、56′、通向通道24的孔26、空隙64、64′以及凹陷66、66′，它们一起形成未标号的空气通道。该整个系统被称为空气供给设备28。在技术术语中，在此也通常使用歧管(Manifold)的概念。
类似于前述空气供给设备28，现在论述水蒸汽供给设备70。为此，特别地观察图3，其中又从也具有凹陷60的空气分配板48出发进行论述，通过所述凹陷60通过孔62、62′可将水蒸汽或冲洗气体引入到堆内。该水蒸汽通过底板44或中间连接器板16的空隙65内的凹陷60被引导。该空隙65又形成了用于水蒸汽引导的未标号的通道，即水蒸汽通道。在此，水蒸汽不是如在空气通道内的空气那样流动，而是水蒸汽优选地固定地处于相对于环境压力的例如20mbar的过压。水蒸气通道或整个水蒸汽供给设备70的技术问题特别地在于，维持存储器介质14的水蒸汽压力尽可能恒定。如果水蒸汽压力应降低，则可通过水蒸汽供给设备从外部重新调整该水蒸汽压力。水蒸气通道特别地与中间连接器板16的存储器侧20上的凹陷13并且与存储器介质14直接连接。
在堆内的水蒸汽环境方面也使用空气分配板48内的凹陷58、58′以用于分配到堆的水蒸汽通道，所述凹陷58、58′为每个单独的存储器单元4提供水蒸汽。空气分配板48的特殊性在于在其内除了空气分配外还集成了水蒸汽分配，这使得堆的整个结构更不复杂地构造并且简化了安装。
基本上，空气分配板48不必一定包括两个或三个用于空气供给设备28或水蒸汽供给设备70的凹陷。从堆2的空气导出也可通过另外的、在此未图示的处在与空气分配板48对置的侧上的板进行。但在此所述的结构是很合适的、节约空间的和节约部件的结构，并且在安装中很廉价。
在图8和图9中，空气分配板48再次单独地在放大的图示中描绘，在此涉及空气分配板48的带有相同作用的两个替代的实施方式。图10示出了覆盖板42的放大的图示。
水蒸汽供给设备70在此特别地包括未标号的水蒸汽通道，所述水蒸汽通道由底板44或中间连接器板16内的空隙65形成，以及由空气分配板48内的凹陷58或58′和空气分配板48内的孔62形成。
在下文中简短地论述堆2的安装。如已提及的，首先将空气分配板48与底板44焊接。这两个板现在形成唯一一个材料配合地连接的部件。在该部件上(以存储器侧20指向上)现在安放处在相同的平面50上的电极结构22以及密封件46。然后安放中间连接器板16，其中在此空气侧指向下并且电极侧指向上。然后又安放电极结构22、22′以及密封件46。最后，在必要时的另外的中间连接器板16的另外的层次序54之后，安放电极结构22和密封件46以及覆盖板42。这样组装的堆2现在在优选地超过800℃的一定的温度下被热处理。在此，例如由玻璃料制成的密封件46至少部分地熔融并且此将单独的部件，即，中间连接器板16或覆盖板42、底板44，相互粘合，并且将其密封。密封件46在此优选地同时形成为无定形部件和晶体部件，因此可称为所谓的玻璃陶瓷。通过该安装方法通常可以省去堆的螺纹连接。
中间连接器板16因此以有效的形式分别形成单元4以及第二单元4′的壳板。中间连接器板16在每侧具有平面50，所述平面适合于将整个整体式部件或通过该部件封闭的单元4以简单且有效的方式密封。在此可认为堆2的每层可包括多个单元4。在本示例中，在底板42或中间连接器板16和覆盖板44上安装用于各四个存储器单元4的结构。底板44、密封件46、电极结构22和中间连接器板16的每个层次序54因此提供了四个单独的存储器单元4、4′。
在根据图2和图3的图示中，为清晰起见分别仅图示了使用一个中间连接器板16的次序。基本上，堆2当然可以以有利的方式在使用更多数量的中间连接器板16的条件下包含单元4和4′的多个层次序54、54′。在此，考虑到空气分配的过程技术成本，合适的可以是，单元4、4′的十个层次序54，每个层次序54分别带有两个至八个单元4。
在图4中给出了来自于组装状态的堆2的截面的横截面图示，其中在此详细地图示了电极结构22的单独的层。但在此是明显示意性的图示，所述图示并非按比例绘制。在此绘出了横向通过按照图4的层结构的虚线52，所述虚线52在外侧通过括号配备有附图标记4和4′，其中这两个虚线52、52′图示了单元4或层次序54的终止。在此，虚线50横向走向通过中间连接器板16，所述中间连接器板16如所述分别是两个相继的单元4、4′的组成部分。现在，描述从虚线52开始，所述虚线52描述了平行于平面50走向通过中间连接器板16的平面。通道24在虚线52上方走向，所述通道24通过孔26与在图4中未图示的空气供给设备28连接。通过通道24流动的空气与空气电极34直接连接，在所述空气电极34上氧原子被离子化为氧离子，所述氧离子O2-通过固体电解质36转移到存储器电极38。例如由混合以由钇强化的二氧化锆的镍制成的存储器电极38安放在基体结构40上，所述基体结构40基本上具有与存储器电极38相同的化学组成，但在其多孔性及其微结构方面与存储器电极38不同。基体结构40用于承载电极34、38以及具有数μm的很薄的延展的固体电解质36。基本上，基体结构40也可安装在空气电极侧上。
氧离子在多孔的负电极38上与分子的氢连接并且被氧化为水。水穿过基体结构40的孔向用于存储器介质14的接收部12扩散。用于存储器介质14的接收部12如在图6中详细图示的那样以通道形凹陷13的形式构造。该凹陷13特别地具有超过2mm的深度，优选地具有大约6至10mm的深度。在该凹陷13内插入由铁或氧化铁制成的压制的销。该铁或氧化铁(根据处于充电还是放电的运行状态而处于被氧化的或被还原的状态)用作存储器介质14。该压制的销被构造为多孔的销，使得水蒸汽可到达存储器介质14的所有的孔内并且因此可到达存储器介质14的所有表面。因此，在凹陷13内存在水蒸汽环境。
在图5至图7中给出了中间连接器板16的详细图示。在此，图5示出了中间连接器板16的空气供给侧18的视图，其中在中间连接器板16的板上在该实施方式中安装了用于各四个单独的存储器单元的空气供给。中间连接器板16的空气供给侧18具有单独的通道24，其中可见通道24通过孔26与堆2的整个空气供给设备28连接。在该实施方式中涉及单独的直线走向的通道24，所述通道24分别具有在此未图示的在输入端的孔26和在一般地标识的空气供给设备28内的用于空气离开的另外的孔。
在图6中可见中间连接器板16的存储器侧20，所述存储器侧20布置在根据图4的空气供给侧18的背侧上。存储器侧也具有通道形凹陷13，所述凹陷13用作用于在此未图示的存储器介质14的接收部12。在图5中并且在图6中可见平面的密封面50，在所述密封面50上安放了密封件46并且由此将每侧，即空气供给侧18以及存储器侧20相对于环境密封。因此，可在凹陷13上实现高的密封程度并且由此保证存储器介质内的水蒸汽的恒定的含量。
在图7中还给出了通过中间连接器板的横截面，在所述横截面中可理解关于图4和图5所述的该图示的特征。
整体式部件的热膨胀系数优选地处在基体结构40的膨胀系数附近。膨胀系数应处在12×10-6K-1至14×10-6K-1之间，特别地为13×10-6K-1。作为用于整体式部件的材料，因此提供带有铬含量为重量百分比15％至30％之间的铁素体钢。

Claims (7)

1.一种用于电能存储器的堆，具有至少一个包括存储器电极(38)和与空气供给设备(28)连接的空气电极(34)的存储器单元(4)，并且所述空气供给设备(28)包括空气分配板(48)，其特征在于，所述堆(2)此外包括与所述存储器电极(38)接触的水蒸汽供给设备(70)，并且所述空气分配板(48)包括水蒸汽供给设备(70)的至少一个元件。
2.根据权利要求1所述的堆，其特征在于，所述空气分配板(48)具有至少两个相互分开的凹陷(56，56′，58，58′)，所述凹陷分别具有用于运行介质供给或运行介质导出的孔(60，62)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的堆，其特征在于，还设置底板(44)和至少一个中间连接器板(16)，其分别具有至少两个垂直贯通的空隙(64，65)，所述空隙在板的堆叠时分别在堆(2)中形成至少一个空气通道和至少一个水蒸汽通道。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的堆，其特征在于，一个凹陷(56，56′)与空气通道连接，并且第二凹陷(58，58′)与水蒸汽通道连接。
5.根据权利要求4或5所述的堆，其特征在于，设置至少两个水蒸汽通道，所述水蒸气通道各与一个凹陷(58、58′)连接。
6.根据上述权利要求中任一项所述的堆，其特征在于，设置覆盖板(42)，所述覆盖板与空气电极(34)连接。
7.根据权利要求7所述的堆，其特征在于，所述覆盖板(42)具有凹陷，所述凹陷与空气通道连接并且从所述凹陷的至少一个孔(26)导向与空气电极(34)直接接触的通道(24)。
CN201380014934.4A 2012-01-25 2013-01-11 用于电能存储器的堆 Active CN104170144B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012201069 2012-01-25
DE102012201069.6 2012-01-25
PCT/EP2013/050443 WO2013110506A1 (de) 2012-01-25 2013-01-11 Stack für einen elektrischen energiespeicher

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104170144A true CN104170144A (zh) 2014-11-26
CN104170144B CN104170144B (zh) 2017-05-31

Family

ID=47598791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380014934.4A Active CN104170144B (zh) 2012-01-25 2013-01-11 用于电能存储器的堆

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9768480B2 (zh)
EP (1) EP2789038B1 (zh)
JP (1) JP5936709B2 (zh)
KR (1) KR20140125362A (zh)
CN (1) CN104170144B (zh)
ES (1) ES2627542T3 (zh)
WO (1) WO2013110506A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012211322A1 (de) * 2012-06-29 2014-01-02 Siemens Aktiengesellschaft Elektrischer Energiespeicher
JP6524309B1 (ja) * 2018-05-18 2019-06-05 株式会社エフ・シー・シー 燃料電池システム
KR102140483B1 (ko) * 2018-12-13 2020-08-03 재단법인 포항산업과학연구원 고체산화물 연료전지용 분배 플레이트 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100544091C (zh) * 2006-02-28 2009-09-23 三洋电机株式会社 燃料电池堆栈
CN101689670A (zh) * 2007-06-01 2010-03-31 阿海珐核能公司 用于优化导电膜中由h+质子和/或oh-离子的位移提供的电导率的方法
WO2011070006A1 (de) * 2009-12-10 2011-06-16 Siemens Aktiengesellschaft Batterie und verfahren zum betreiben einer batterie

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4821937B2 (ja) * 2009-10-29 2011-11-24 コニカミノルタホールディングス株式会社 燃料電池装置
WO2012026219A1 (ja) * 2010-08-25 2012-03-01 コニカミノルタホールディングス株式会社 ２次電池型燃料電池システム
JP5617592B2 (ja) * 2010-12-14 2014-11-05 コニカミノルタ株式会社 ２次電池型燃料電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100544091C (zh) * 2006-02-28 2009-09-23 三洋电机株式会社 燃料电池堆栈
CN101689670A (zh) * 2007-06-01 2010-03-31 阿海珐核能公司 用于优化导电膜中由h+质子和/或oh-离子的位移提供的电导率的方法
WO2011070006A1 (de) * 2009-12-10 2011-06-16 Siemens Aktiengesellschaft Batterie und verfahren zum betreiben einer batterie

Also Published As

Publication number Publication date
JP5936709B2 (ja) 2016-06-22
ES2627542T3 (es) 2017-07-28
CN104170144B (zh) 2017-05-31
US9768480B2 (en) 2017-09-19
WO2013110506A1 (de) 2013-08-01
EP2789038A1 (de) 2014-10-15
KR20140125362A (ko) 2014-10-28
US20150010834A1 (en) 2015-01-08
JP2015510665A (ja) 2015-04-09
EP2789038B1 (de) 2017-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103081198B (zh) 燃料电池模块
CN100524919C (zh) 带有集成热交换器的燃料电池端部装置
US20130115537A1 (en) Internal reforming tubular solid oxide fuel cell stack and manufacturing method therefor
CN104396069B (zh) 固态氧化物燃料电池
CN107431231A (zh) 单元堆装置、模块以及模块收容装置
CN105121708A (zh) 具有一体化加热器的固体氧化物电解池堆
US10141586B2 (en) Fuel cell module, combined power generation system including the same, and temperature control method of fuel cell power generation section
CN106935866A (zh) 用于燃料电池的双极板以及具有该双极板的燃料电池组
CN107925102B (zh) 燃料电池模块以及燃料电池装置
CN104170144A (zh) 用于电能存储器的堆
CN105765776A (zh) 单元堆装置、模块以及模块收容装置
JP5551495B2 (ja) 燃料電池モジュール
KR20190003665A (ko) 고온 연료 전지의 스택 로우 구조 및 방법
JP5166723B2 (ja) 発電装置
CN104205462B (zh) 电蓄能器
US9502742B2 (en) Electrical energy store
KR20170141682A (ko) 이중 연료전지 시스템
JP6479400B2 (ja) 燃料電池装置および燃料電池システム
KR20180038021A (ko) 연료 전지용 개질기, 연료 전지 모듈 및 연료 전지 장치
US9722290B2 (en) Electrical energy store
JP5226521B2 (ja) 密閉された燃料電池の積層体
KR20190026180A (ko) 연료전지 스택
CN103828106B (zh) 具有带整体的气体分配管的薄端板的燃料电池堆
JP2017212032A (ja) 電気化学反応セルスタック
WO2020175202A1 (ja) 燃料電池カートリッジ、燃料電池モジュール及び複合発電システム

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211231

Address after: Munich, Germany

Patentee after: Siemens energy Global Ltd.

Address before: Munich, Germany

Patentee before: SIEMENS AG

TR01 Transfer of patent right