DE102008020004A1 - Verfahren zur Stromentnahme aus elektrochemischen Zellen mittels Frequenzimpulsen und seine Anwendung in einer Stromquelle - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren der Stromentnahme aus allen Arten von elektrochemischen Stromquellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromentnahme durch Frequenzimpulse unter der Bedingung erfolgt, dass die spezifische Impedanz jeder Anode der elektrochemischen Zellen max. 1,87 Omega . cm2 beträgt, sowie eine Stromquelle, die nach diesem Verfahren arbeitet.

Description

  • Die Verwendung von elektrochemischen Zellen für die Produktion von Stromquellen ist allgemein bekannt. Insbesondere bei tragbaren Stromquellen finden oft Metall-Luft-Zellen Verwendung, bei denen eine Metallanode und eine Gasdiffusionskathode sowie eine Elektrolytlösung zum Einsatz kommen. Beispiele für Anodenmetalle sind Magnesium, Zink und Aluminium. Bei den Elektrolytlösungen handelt es sich vorwiegend um wässrige Alkalilösungen oder Natriumchlorid-Lösungen.
  • Für einen mobilen Einsatz solcher Stromquellen spielen das Gewicht und die Dimensionen der Stromquelle und ihrer Verbrauchsmaterialien eine wichtige Rolle. Da die benötigten Leistungsdaten der Stromquellen von der Anwendung vorgegeben werden, ist eine kompaktere Bauweise mit geringem Gewicht nur dadurch zu erzielen, dass die Effizienz der Stromquellen optimiert wird. Limitierende Faktoren in der Leistung von elektrochemischen Zellen sind u. a. die Bildung von Reaktionsprodukten, ungenügende Gasdiffusion und ungenügende Oberflächenaktivität. Daher sind bislang diverse Entwicklungen zur Verbesserung der tragbaren Stromquellen mittels konstruktiver Maßnahmen und Änderung der chemischen Zusammensetzung der Elektrodenmaterialien durchgeführt worden.
  • US 6,127,061 beschreibt die Verbesserung der Leistungsdichte von Metall-Luft-Zellen mittels einer besonderen Luft-Kathode, die eine katalytische Schicht enthält, die aus einer Mischung von Kohlenstoffpartikeln, hydrophoben Partikeln, einem Metallhydroxid und Partikelmaterial mit großer Oberfläche aufgebaut ist. Darauf ist eine elektrisch leitfähige Struktur aufgebracht, auf die wiederum eine luftdurch- und wasserundurchlässige Schicht folgt.
  • In US 5,004,654 wird eine Aluminium-Luft-Zelle dargelegt, deren Anodenmaterial mit Magnesium und/oder Calcium legiert ist und in deren Elektrolyt und/oder Anodenmaterial Zinn zugegen ist. US 5,360,680 beschreibt die bedienungsfreundliche Ausführung von Metall-Luft-Zellen als mechanisch wiederaufladbare Stromquellen, sowie verschiedene Anodenmaterialien, insbesondere aktiviertes Zink in aufgeschlämmter Form. Besonderes Augenmerk wird dabei auf einen Einsatz in Elektrofahrzeugen und die damit gewünschten Eigenschaften einer hohen Stromdichte, einer hohen Stromkapazität und einer hohen Maximalleistung gelegt.
  • EP 1 843 418 A1 beschreibt eine elektrochemische Spannungs-/Stromquelle, insbesondere eine Brennstoffzelle oder Batterie, bei der als Elektrolyt Meerwasser und/oder Alkalilösung einer für die Verwendung in einer elektrochemischen Metall-Luft-Zelle geeigneten Anode, und einer Gas-Diffusionskathode oder Luftkathode, die zumindest eine hydrophobe Schicht aufweist, verwendet wird. Hierbei weist das Gehäuse einen durch eine oder mehrere flüssigkeitsundurchlässige Wandungen begrenzten Gehäuseraum auf, wobei dem Gehäuseraum über zumindest eine Öffnung Luft oder Sauerstoff zuführbar ist. Zumindest eine der flüssigkeitsundurchlässigen Wandungen des Gehäuseraums wird durch die Kathode oder durch die hydrophobe Schicht der Kathode gebildet. Der Zwischenraum ist zumindest teilweise mit einem Elektrolyt, insbesondere Meerwasser, Salzwasser oder Alkalilösungen, befüllbar.
  • Der in Anspruch 1 offengelegten Erfindung liegt das Problem zugrunde, die elektrische Leistungscharakteristik und Kapazität einer Stromquelle bei vorgegebener Bauart der darin verwendeten elektrochemischen Stromquelle zu verbessern.
  • Dieses Problem wird durch ein Verfahren der Stromentnahme aus elektrochemischen Stromquellen gemäß Anspruch 1 gelöst. Anspruch 1 beschreibt ein Verfahren der Stromentnahme aus allen Arten von elektrochemischen Stromquellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromentnahme durch Frequenzimpulse unter der Bedingung erfolgt, dass die spezifische Impedanz der Anoden der elektrochemischen Zellen max. 1,87 Ω·cm2 beträgt. Dieses Verfahren dient als Grundlage zur Ermittlung der optimalen Parameter für die Bauteile der Schaltung. Die Optimierung einer definierten Stromquelle erfolgt nach einem oder mehreren wichtigen Kennwerten für die Lösung konkreter Verbraucheraufgaben. Z. B. erfolgt die Optimierung eines DC-DC-Stromwandlers für eine Metall-Luft-Zelle nach dem Metallverbrauch der Anode unter der Bedingung, dass die Ausgangsleistung der Stromquelle die eingestellte nicht unterschreitet. Durch die Frequenzänderung der Impulse vom RC-Erzeuger in der Steuereinheit für den Hilfswiderstand (Widerstand mit stellbarem Widerstandswert) lassen sich versuchsspezifisch die Abhängigkeiten des Anodenverbrauchs (Gramm pro Wh) und der maximalen Ausgangsleistung von der Impulsfrequenz aufbauen. Bei beiden Kurven findet man eine Frequenz, bei der der Anodenmetallverbrauch minimal ist, vorausgesetzt, dass die maximale Ausgangsleistung der Stromquelle die eingestellte nicht unterschreitet. Weiterhin lassen sich bei der festgestellten Frequenz die konstruktiven Kenngrößen des Planartransformators, der Drossel usw. optimieren.
  • Anspruch 2 legt die Erzeugung der Frequenzimpulse durch ein Schaltelement mit Steuereinheit dar, dessen Vorteil im technisch einfachen Aufbau sowie der Sicherung der spezifischen Impedanz gemäß Anspruch 1 liegt.
  • Anspruch 3 beschreibt eine Stromquelle zur Durchführung des Verfahrens von Ansprüchen 1 und 2 enthaltend eine mit einer Elektrolytlösung gefüllte elektrochemische Zelle (1) und einen DC-DC-Stromwandler, dadurch gekennzeichnet, dass der DC-DC-Stromwandler einen Transformator (4) enthält, dessen Primärstromkreis aus der elektrochemischen Zelle (1), einem Nebenschlussschaltkreis (Shunt) (2) und einem Schaltelement mit Steuereinheit (3), sowie dessen Sekundärstromkreis aus einem induktiven Energiespeicher (5), einem Speicherkondensator (6) und einem Verbraucher (7) besteht.
  • Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Stromquelle (1), welche nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2 arbeitet, wird bei allen Arten von elektrochemischen Stromquellen eine Verbesserung des Leistungsvermögens erreicht. Bei den meisten Arten wird zusätzlich auch die Kapazität der Stromquelle erhöht. Erreicht wird dies mittels der Optimierung des durch das Schalt element mit Steuereinheit (3) von der elektrochemischen Stromquelle (1) auf den Transformator (4) erzeugten Frequenzimpulses auf die anschließende Energiespeicherung im Speicher (5) und deren Übergabe an den Verbraucher (7).
  • Somit lässt sich durch die Erfindung eine kompaktere und leichtere Stromquelle von gewünschter Leistung und Kapazität auf der Basis verschiedener elektrochemischer Zellen realisieren.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt. In Anspruch 4 wird der optimierte Einsatz eines Schaltelements mit Steuereinheit dargelegt, das in der Lage ist, definierte Frequenzimpulse auf den Transformator abzugeben. Ein Ausführungsbeispiel dieser Baugruppe im DC-DC-Stromwandler soll nachfolgend beschrieben werden:
    Als Schaltelement kann eine Transistorgruppe eingesetzt werden. Die Steuereinheit selbst kann u. a. aus folgenden Komponenten bestehen: einem Kontroller (Mikroschaltung) mit erforderlichen Einstellungen, einer Anlasschaltung, einem Rückführsystem, welches die Impulszeiten und -abstände je nach der Lastleistung regelt, Mikroschaltungen für Verlustreduzierung und Pufferschaltungen für die Verkürzung der Umschaltzeiten der obigen Transistoren.
  • Anspruch 5 beschreibt die vorteilhafte Verwendung eines Planartransformators als Transformator im DC-DC-Stromwandler. Die Vorteile ergeben sich durch folgende besonderen Eigenschaften von Planartransformatoren:
    • • Die verbesserte gegenseitige Induktion im Planartransformator erhöht den Wirkungsgrad des DC-DC-Stromwandlers.
    • • Die Dimensionen des DC-DC-Stromwandlers sind beim Einsatz des Planartransformators wesentlich geringer.
    • • Die serienmäßige Produktion des Planartransformators für den DC-DC-Stromwandler ist einfacher und prozesssicherer als bei den herkömmlichen Typen.
  • Anspruch 6 offenbart besonders vorteilhafte Parameter für die optimale Abstimmung der Bauelemente der Stromentnahmeschaltung auf die elektrochemische Stromquelle.
  • Eine für tragbare Stromquellen besonders geeignete Ausführung der elektrochemischen Stromquelle ist die in Anspruch 7 dargestellte Metall-Luft-Zelle, die es ermöglicht, den Elektrolyt getrennt von der Batterie zu lagern und zum Einsatzort zu bringen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der in Anspruch 8 beschriebene Einsatz von Magnesium als Anodenmaterial, das bei guten Leistungsdaten der elektrochemischen Zelle ein geringes Gewicht ermöglicht.
  • Die in Anspruch 9 ausgeführte Zellenart mit Natriumchlorid als Elektrolyt hat den entscheidenden Vorteil, dass der Endanwender nur mit einem ungefährlichen Verbrauchsgut umgehen muss und nicht mit alkalischen Lösungen, die besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordern. Zudem ist die Entsorgung der Abfallprodukte hier ökologisch sauberer.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt, dessen Funktionsweise im Folgenden näher erläutert werden soll. Das gewünschte technische Ergebnis der verbesserten elektrischen Charakteristika der Stromquelle wird durch die Verwendung einer elektrochemischen Stromquelle (1) erreicht, die über ein Schaltelement mit Steuereinheit (3) mit einem planaren Transformator (4) verbunden ist. An die elektrochemische Stromquelle ist zudem ein Nebenschlussstromkreis (Shunt) (2) mit einem Kondensator der Kapazität CSh angeschlossen. Die sekundäre Wicklung des planaren Transformators (4) ist mit einem induktiven Energiespeicher (5), einem Speicherkondensator (6) und dem Lastwiderstand (Verbraucher) (7) verschaltet.
  • Die Stromquelle funktioniert auf folgende Weise: Beim Schließen des Kontaktes durch die Steuereinheit (3) fließt der Strom, der sich aus der Summe des Stromes der elektrochemischen Stromquelle (1) und des Stromes des Neben schlussschaltkreises (2) der Kapazität CSh zusammensetzt. Die Energie sammelt sich in der Drossel (5) und fließt durch den Speicherkondensator (6) zum Verbraucher (7). Die Zeit des abgeschalteten Zustandes wird durch die minimale Zeit der Übertragung der Energie, die im induktiven Speicher (5) gespeichert wurde, an den Verbraucher (7) bestimmt. Der maximale Wirkungsgrad der Übertragung der elektrischen Energie wird mittels der Senkung des Eingangswiderstands des Stromwandlers unter 1 mΩ erreicht.
  • Als elektrochemische Stromquelle dient eine Metall-Luft-Zelle mit einer Magnesiumanode, einer Gasdiffusionskathode und einem Elektrolyt aus wässriger Natriumchloridlösung. Der Quelleninnenwiderstand R der elektrochemischen Stromquelle setzt sich aus der Summe der Widerstände der Anode, der Kathode und des Elektrolyt zusammen (R = RA + RK + RE), wobei man den Widerstand der Anode vereinfacht als Schaltkreis gemäß 2 (RE = Elektrolytwiderstand, RD = spezifischer Widerstand der Doppelschicht, CD,s = spezifische Differentialkapazität der Doppelschicht) darstellen kann.
  • Nachfolgend soll die Anodenkomponente des summarischen Innenwiderstands der elektrochemischen Stromquelle in zwei Funktionsarten untersucht werden: dem Gleichstromregime und dem Frequenzregime der Energieentnahme.
  • Im Gleichstromregime der elektrochemischen Zelle bestimmt der Ladungswiderstand der Doppelschicht RD den Widerstand RA. Die Komponente RD fällt mit steigender Stromdichte wegen der Erhöhung der Konzentration an Reaktionselementen in der elektrischen Doppelschicht und der Veränderung der Aktivierungsenergie, welche durch den Potentialsprung im dichten Teil der Doppelschicht verursacht wird. In 3 ist die Abhängigkeit des spezifischen Widerstands RD von der Stromdichte dargestellt.
  • Im Frequenzregime der Energieentnahme wird der Anodenwiderstand RA durch die Impedanz bestimmt:
    Figure 00070001
    • C = Differentialkapazität, f = Frequenz.
  • Die Kapazität der Doppelschicht hängt hierbei vom Potential der Anode ab.
  • In 4 sind typische Kurven der Differentialkapazitäten von 0,1 M Lösungen von verschiedenen Metallen (1 = Hg, 2 = Bi, 3 = Pb, 4 = Sn, 5 = Cd, 6 = In, 7 = In + Ga, 8 = Ga) in C5H11OH im Bezug zu 0,1 N Lösungen der oberflächlich inaktiven Elektrolyten dargestellt.
  • Im Bereich des negativen Potentials der oberflächlich inaktiven Elektrolyten beträgt die Differentialkapazität der Doppelschicht für alle Metalle etwa einen Wert von 17 μF/cm2. Man kann also bei einem bestimmten Frequenzregime der Energieentnahme die Impedanz der Anode so herabsetzen, dass der Innenwiderstand der elektrochemischen Stromquelle sich ungefähr dem Elektrolytwiderstand angleicht. Bei einer Frequenz von beispielsweise 100 kHz erreicht die spezifische Impedanz der Anode 0,09 Ω·cm2. Der spezifische Widerstand des Elektrolyts bei einem Elektrodenabstand von 0,5 cm und einer Arbeitstemperatur von 60–70°C beträgt ca. 2,5–3 Ω·cm2. Der spezifische Widerstand von modernen Gasdiffusionskathoden beträgt bei gleicher Temperatur etwa 0,8–1,0 Ω·cm2. Damit ergibt sich für den summarischen Innenwiderstand der elektrochemischen Zelle im Frequenzregime von 100 kHz (im Falle der maximalen Werte für RE und RK) ein Wert von etwa 4,1 Ω·cm2, wobei RA ungefähr 2,5% des summarischen Innenwiderstandes bilden wird.
  • Im Gleichstromregime der elektrochemischen Stromquelle beträgt die Komponente RA bei Stromdichten von 50–100 mA/cm2, die in der Praxis realisierbar sind, ungefähr 6 Ω·cm2 (siehe 3). Entsprechend erreicht der summarische spezifische Innenwiderstand etwa 10 Ω·cm2, was in etwa 2,5-fach höher ist als beim Frequenzregime. RA wird dabei ca. 60% vom Gesamtwiderstand ausmachen.
  • Die Erhöhung der Leistung im Vergleich zum Gleichstromregime der Energieentnahme wird durch den minimalen Wert der Intervalle zwischen den Impulsen bestimmt, der durch die Zeit der Übergabe der im Speicherelement gespeicherten Energie an den Verbraucher beschränkt ist. Der Nebenschlussschaltkreis mit einer Kapazität von CSh = 0,5·(CD,s·S) bis CSh = 5·(CD,s·S) (mit S = Fläche der Anode und CD,s = spezifische Differentialkapazität der Anode) wird derart ausgewählt, dass bei der Abschaltung der elektrochemischen Stromquelle vom Stromwandler das Potential der Anode nicht mehr in das negative Potential abfällt, da die spezifische Kapazität bei weniger negativen Potentialwerten höher ist, insbesondere bei der Adsorption von organischen Stoffen (vgl. 4).
  • Als praktisches Beispiel der oben beschriebenen Ausführung wurde eine einzellige Metall-Luft-Zelle verwendet, deren Magnesiumanode eine Fläche von 280 cm2 und deren Gasdiffusionskathode eine Fläche von 240 cm2 aufwies. Der Elektrodenabstand betrug 0,5 cm. Als Elektrolyt diente eine wässrige Natriumchloridlösung. Im nicht geschlossenen Stromkreis hatte die Zelle eine Spannung von 1,74 V. Es wurde ein Wandler gefertigt, bestehend aus einem Nebenschlussschaltkreis der Kapazität CSh = 10.500 μF, einem Schaltelement mit Steuereinheit und einem Planartransformator mit einem Speicherelement und dem Speicherkondensator im Sekundärstromkreis. Die Stromquelle mit obiger Metall-Luft-Zelle und dem Wandler gewährleistete eine Abgabespannung von 12 V. Der Eingangswiderstand des Stromwandlers betrug 1 mΩ.
  • Im Gleichstromregime gab die Zelle eine maximale Leistung von 42 W bei einer Spannung von 0,84 V und einer Arbeitstemperatur von 50°C ab. Die Stromdichte betrug 197 mA/cm2. Nach 40 min Arbeit fiel die Spannung an der Zelle bis auf 0,75 V ab, wonach die Stromabgabe aufhörte, da der Elektrodenzwischenraum von Reaktionsprodukten angefüllt worden war. Im Gleichstromregime der Zelle betrug der Innenwiderstand 18 mΩ und die Stromstärke 50 A.
  • Nach der Arbeit im Gleichstromregime wurde der Stromwandler an die Zelle angeschlossen. Am Ausgang des Stromwandlers wurden eine Abgabespannung von 12,05 V, eine Laststromstärke von 3,5 A und eine Leistung von 41,2 W festgestellt. Vor dem Experiment wurde der Stromwandler überprüft. Bei einer Eingangsspannung von 0,9 V und einer Leistung von 45–60 W betrug der Wirkungsgrad 0, 8. Der Verlust im Stromwandler betrug 11,5 W. Die Verluste in den Anschlussleitungen betrugen 1,5 W. Somit ergibt sich für die Leistung am Eingang des Stromwandlers ungefähr 54,2 W. Die Stromstärke der Zelle betrug in diesem Fall 58 A, die effektive Spannung 0,93 V. Die Summe der Innenwiderstände der elektrochemischen Zelle berechnete sich zu 13 mΩ. Nach Einschätzung im Gleichstromregime betrug die Summe der Innenwiderstände 18 mΩ. Somit hat sich der Widerstand um 5 mΩ verringert.
  • Weiterhin wurde der Stromwandler auf eine Frequenz von 77 kHz eingestellt. Der Innenwiderstand der elektrochemischen Zelle verringerte sich dadurch nur unwesentlich (von 13 mΩ auf 12,5 mΩ), aber der Metallverbrauch fiel dabei um fast 10%. Bei der Arbeit im 27 kHz betrug der Verbrauch 1,62 Ah/g, während er im 77 kHz Regime 1,78 Ah/g betrug. Die Spannung an der elektrochemischen Zelle fiel während der Arbeit im Frequenzregime der Energieentnahme nicht ab und der Elektrodenzwischenraum wurde nicht mit Reaktionsprodukten angefüllt.
  • Vergleichsanalyse
  • Die mit obiger Technik erzielten Vorteile lassen sich anhand eines Vergleiches des Prototypen „AKWA® MW 12/40”, der unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens von der AKWA GmbH, Frankfurt am Main entwickelt wurde, mit den von der Firma MVIT, Moskau, Russische Föderation produzierten, kommerziell verfügbaren Produkten „MVIT 4-800 ΠC” bzw. „MVIT 2-400 ΠC” aufzeigen.
  • Zum heutigen Zeitpunkt wird durch die Firma AKWA GmbH eine serienmäßige Herstellung von autonomen, ökologisch sauberen, kompakten und mit Salzwasser funktionierenden Stromquellen „AKWA® MW 12/40” und „AKWA® MW 12/25” unter Anwendung der Erfindung vorbereitet.
  • a) Maximales Leistungsvermögen, Abmessungen und Gewicht
  • Ein Vergleich des maximalen Leistungsvermögens zeigt, dass der Prototyp „AKWA® MW 12/40” in der Leistung der Stromquelle „MVIT 4-800 ΠC” entspricht. Die Abmessungen der MVIT übersteigen die Abmessungen der AKWA® dabei um mehr als das Vierfache. Ein Gewichtsvergleich ergibt einen ähnlichen Vorteil für die AKWA®. Das Trockengewicht (Lagerung und Transport) der MVIT ist mehr als das Fünffache, das Einsatzgewicht immer noch mehr als das Vierfache dessen der AKWA®.
  • b) Kapazität der Ersatzcartridge
  • Ein Vergleich der Ersatzcartridgekapazitäten zeigt, dass die Kapazität der „AKWA® MW 12/40” mit 480 Wh die Kapazität der „MVIT 2-400 ΠC” mit 400 Wh um 80 Wh übersteigt. Dabei besteht die Ersatzcartridge der AKWA® lediglich aus zwei Anoden bei einem Gesamtgewicht von 0,338 kg, während die Cartridge der MVIT aus vier Anoden mit einem Gesamtgewicht von 0,480 kg besteht. Dies bedeutet, dass die Effizienz der Metallausnutzung mindestens um den Faktor 1,7 größer ist.
  • Eine Ersatzcartridge der AKWA® erlaubt u. a. folgende Einsatzzwecke:
    • • Stromversorgung einer Glühbirne (12 V, 12 W) für bis zu 40 Stunden
    • • Stromversorgung eines Fernsehgeräts (12 V) für bis zu 25 Stunden
    • • Stromversorgung eines Reisekühlschranks (35 W) bis zu drei Tagen
    • • bis zu sieben Aufladungen eines Notebookakkus (4800 mAh)
    • • bis zu 25 Aufladungen von Mobiltelefonen, Digitalkameras, Funkgeräten, GPS-Empfängern, Radiogeräten oder tragbaren CD/DVD-Playern
    • • eine Aufladung einer KFZ-Batterie (55 Ah)
  • Die folgende Tabelle stellt die Daten der verschiedenen Stromquellen gegenüber.
    MVIT 4-800 ΠC AKWA® MW 12/40 MVIT 2-400 ΠC
    Nominalspannung, [V] 12 12 12
    Max. Leistungsvermögen, [W] 40 40 21
    Nominalkapazität pro Cartridge, [Wh] 800 480 400
    Min. Umgebungstemperatur, [°C] –20 –25 –20
    Trockengewicht, [kg] 5,4 1 3
    Einsatzgewicht, [kg] max. 11,4 max. 2,6 max. 6
    Gewicht einer Ersatzcartridge, [kg] 0,96 0,338 0,48
    Abmessungen (L/B/H), [mm] 250/420/220 190/100/225 250/230/220
    Salzwaserkonzentration, [g/l] 100–150
    Haltbarkeit im Trockenzustand mind. 10 Jahre
    Garantierte Lebensdauer mind. 3.000 Stunden
    • 1
    Elektrochemische Stromquelle
    2
    kapazitiver Nebenschlussschaltkreis (Shunt)
    3
    Schaltelement mit Steuereinheit
    4
    planarer Transformator
    5
    induktiver Energiespeicher
    6
    Speicherkondensator
    7
    Lastwiderstand (Verbraucher)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6127061 [0003]
    • - US 5004654 [0004]
    • - US 5360680 [0004]
    • - EP 1843418 A1 [0005]

Claims (9)

  1. Verfahren der Stromentnahme aus allen Arten von elektrochemischen Stromquellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromentnahme durch Frequenzimpulse unter der Bedingung erfolgt, dass die spezifische Impedanz jeder Anode der elektrochemischen Zellen max. 1,87 Ω·cm2 beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzimpulse durch ein Schaltelement mit Steuereinheit erzeugt werden.
  3. Stromquelle zur Durchführung des Verfahrens von Ansprüchen 1 und 2 enthaltend eine mit einer Elektrolytlösung gefüllte elektrochemische Stromquelle (1) und einen DC-DC-Stromwandler, dadurch gekennzeichnet, dass der DC-DC-Stromwandler einen Transformator (4) enthält, dessen Primärstromkreis aus a. der elektrochemischen Stromquelle (1), b. einem Nebenschlussschaltkreis (Shunt) (2) und c. einem Schaltelement mit Steuereinheit (3), sowie dessen Sekundärstromkreis aus d. einem induktiven Energiespeicher (5), e. einem Speicherkondensator (6) und f. einem Verbraucher (7) besteht.
  4. Stromquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement mit Steuereinheit (3) durch den Transformator (4) auf die Energiespeicherung im induktiven Energiespeicher (5) hin optimierte Frequenzimpulse abgibt.
  5. Stromquelle nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der DC-DC-Stromwandler einen planaren Transformator (4) aufweist.
  6. Stromquelle nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Kapazität des Nebenschlussschaltkreises (CSh) zur Fläche (S) und spezifischen Differentialkapazität (CD,s) der Anode von CSh = 0,5·(CD,s·S) bis CSh = 5·(CD,s·S) beträgt.
  7. Stromquelle nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Stromquelle (1) eine metallische Anode und eine Gasdiffusionskathode aufweist.
  8. Stromquelle nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode aus Magnesium besteht.
  9. Stromquelle nach den Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Elektrolytlösung eine wässrige Natriumchloridlösung handelt.
DE102008020004A 2008-04-21 2008-04-21 Verfahren zur Stromentnahme aus elektrochemischen Zellen mittels Frequenzimpulsen und seine Anwendung in einer Stromquelle Withdrawn DE102008020004A1 (de)

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