DE102009012529A1

DE102009012529A1 - Ladestromsignal und mit diesem Ladestromsignal geladene Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102009012529A1
Application number: DE102009012529A
Authority: DE
Inventors: Jörg Raimund Hempel
Original assignee: IMP GmbH
Current assignee: IMP GmbH
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-09-16
Also published as: WO2010102791A3; WO2010102791A2

Abstract

Ladestromsignal zur Bewirkung einer Ladungstrennung in einem galvanischen Element oder einem Elektrolytkondensator, erzeugt durch eine sich zumindest über einen vorbestimmten Zeitraum in einem Magnetfeld befindende Vorrichtung mit zwei Elektroden in einem Elektrolyten, getrennt durch einen für Elektronen undurchlässigen Separator.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Ladestromsignal sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, die mit diesem Ladestromsignal geladen wird.
Ein galvanisches Element ist eine Vorrichtung zur spontanen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Sie wird in Batterien und Akkumulatoren verwendet. Akkumulatoren bestehen aus einer oder mehreren wieder aufladbaren Sekundärzellen, das heißt Zellen bei denen die Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie reversibel ist.
In einem Akkumulator wird beim Aufladen elektrische Energie in chemische Energie gewandelt. Wird ein Verbraucher angeschlossen, so wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie zurückgewandelt. Beim Aufladen und Entladen von Akkumulatoren wird außerdem Wärme freigegeben, wodurch ein Teil der zum Aufladen aufgewandten Energie verloren geht. Der Ladewirkungsgrad, das heißt das Verhältnis der entnehmbaren zu der beim Laden aufzuwendenden Energie liegt in der Regel bei handelsüblichen Akkumulatoren bei etwa 60 bis 95 Prozent.
Ein optimales Laden verschiedener Akkumulatortypen erfolgt in der Regel mit nicht zu hohen Ladeströmen über einen verhältnismäßig langen Zeitraum. So ist beispielsweise ein 20-stündiges Aufladen eines als Autobatterie verwendeten Blei-Akkumulators einer Schnellaufladung in wenigen Stunden mit höheren Ladeströmen vorzuziehen, da Letztere den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Bleiakkumulators verringern können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein neuartiges Ladestromsignal sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie anzugeben, mit denen der Ladewirkungsgrad galvanischer Elemente und von Elektrolytkondensatoren erheblich gesteigert wird und die Ladezeit erheblich verkürzt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass das Anlegen eines Magnetfeldes an eine Ionen-Zelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, dazu führt, dass der dieser Zelle entnommene Strom Eigenschaften hat, die sich nicht lediglich durch die Stromstärke charakterisieren lassen.
Es wurde festgestellt, dass der auf diese Weise erzeugte Strom sich in besonderer Weise zur Ladungstrennung in galvanischen Elementen, das heißt mit anderen Worten zum Laden galvanischer Elemente oder zum Laden von Elektrolytkondensatoren, eignet. Da der so erzeugte Strom, wie im Folgenden näher anhand einer Versuchsbeschreibung erläutert wird, eine Ladungstrennung in einem galvanischen Element oder einem Elektrolytkondensator bewirkt, die nicht derzeitigen physikalischen Erkenntnissen folgend in bekannter Weise mit der Menge der Zufuhr elektrischer Energie korreliert ist, wird im Folgenden dieser Ladestrom als Ladestromsignal bezeichnet. Ein mit einem solchen Ladestromsignal beaufschlagtes galvanisches Element zeigt ein Ladeverhalten, das hinsichtlich Ladezeit und aufzuwendenden Ladestrom optimiert ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung einer Versuchsdurchführung sowie eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie näher erläutert.
Versuchsbeschreibung
Eine Mopedbatterie, in diesem Fall ein Blei-Akkumulator, mit einer Nennspannung von 12 V und einer Kapazität von 12 Ah wurde über einen Verbraucher langsam entladen, bis die Klemmenspannung nur noch etwa 3 V betrug. Die Entladung erfolgte mit einem kleinen Entladestrom, so dass sich die Mopedbatterie nicht bemerkenswert erhitzte.
Dann wurde die Mopedbatterie an vier in Reihe geschaltete Litium-Ionen-Akkus, die mit Magnetstreifen präpariert waren zum Aufladen angeschlossen. Die verwendete Anordnung von Lithium-Ionen-Akkus, präpariert mit Magnetstreifen ist ausführlich in der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2008 0920806.9 , Anmeldetag 24.06.2008, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, im Detail beschrieben. Die in dieser Patentanmeldung beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit Lithium-Ionen-Akkus weist zu der Reihenschaltung von Lithium-Ionen-Akkus eine parallel geschaltete Anordnung eines oder mehrer Elektrolyt- Kondensator(en) auf. Solche Elektrolyt-Kondensatoren können als Zwischenspeicher elektrischer Energie bei dem hier beschriebenen Versuch genutzt werden, sind aber nicht zwingend erforderlich.
Bei dem hier beschriebenen Versuch wurde eine Reihenschaltung mit Permanentmagnetstreifen präparierter Lithium-Ionen-Akkus ohne parallel geschaltete Elektrolytkondensatoren verwendet.
Zum Laden der Mopedbatterie wurde die oben beschriebene Lithium-Ionen-Akku-Anordnung an die Batterie angeschlossen. Nach etwa 20 Minuten war die Mopedbatterie vollständig aufgeladen und zeigte an ihren Klemmen eine Spannung von etwa 14 V, also 2 V über ihrer Nennspannung. Die erstaunlich kurze Zeit bis zur vollständigen Aufladung der Mopedbatterie lässt den Schluss zu, dass in dieser Zeit ein sehr hoher Ladestrom geflossen ist. Den Strom unmittelbar zu messen, indem ein Digitalmultimeter-Messgerät in den Stromkreis eingefügt wurde erwies sich als schwierig, da dadurch aus nicht bekannten Gründen die Ladezeit bis zur vollständigen Aufladung der Mopedbatterie stark anstieg.
Um trotzdem eine Vorstellung von der Größe des Ladestroms zu bekommen wurde an einer Stelle das Ladekabel durchtrennt und die Lücke im Stromkreis durch Kabelabschnitte mit unterschiedlicher Querschnittsfläche überbrückt. Der Entlade- und Ladevorgang, wie oben beschrieben, wurde mehrmals wiederholt wobei sich jeweils wieder die sehr kurze Ladezeit zwischen 2 und 20 Minuten einstellte. Das erstaunlichste war jedoch, dass selbst als die Stromkreislücke mit einem „Telefondraht” mit einer Querschnittsfläche von etwa 0,75 mm² und einer Länge von etwa 20 cm überbrückt wurde, dieser nicht über Raumtemperatur erhitzte. Somit steht fest, dass während des Aufladens des Blei-Akkus innerhalb der kurzen Ladezeit nicht ein Strom der der Energiemenge entspricht, die der Blei-Akku nach dem Aufladevorgang wieder gewonnen hat, geflossen ist. Der dazu erforderliche Ladestrom hätte innerhalb der kurzen Ladezeit so groß sein müssen, dass er den „Telefondraht” unweigerlich zum Schmelzen gebracht hätte. Dieser hat sich jedoch noch nicht einmal erwärmt.
Dies lässt den Schluss zu, dass bei dem oben beschriebenen Ladevorgang nicht wie üblich elektrische Energie von einer elektrischen Energiequelle in einen galvanischen Speicher für elektrische Energie überführt wird, die dann diesem nach Abzug der in Reaktionswärme umgewandelten Energie wieder entnommen werden kann, sondern dass hier der im folgenden Ladestromsignal genannte Ladestrom das galvanische Element lediglich „triggert”, d. h. das die in dem galvanischen Element stattfindende chemische Reaktion lediglich durch das Ladestromsignal ausgelöst wird und nicht durch eine entsprechende elektrische Energiezugabe unterhalten wird.
Fest steht, dass der beschriebene technische Effekt, nämlich die schnelle Ladbarkeit eines galvanischen Elements, mit dem wie oben beschrieben erzeugten Ladestromssignal und der unerklärlich hohe Ladewirkungsgrad auf die oben beschriebene Weise reproduzierbar nachvollzogen werden können, wie es die Vielzahl von erfolgreich durchgeführten Versuche belegen.
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

- DE 1020080920806 [0012]

Claims

Ladestromsignal zur Bewirkung einer Ladungstrennung in einem galvanischen Element oder einem Elektrolytkondensator, erzeugt durch eine sich, zumindest über einen vorbestimmten Zeitraum in einem Magnetfeld befindende Vorrichtung mit zwei Elektroden in einem Elektrolyten, getrennt durch einen für Elektronen undurchlässigen Separator.
Ladestromsignal zur Bewirkung einer Ladungstrennung in einem galvanischen Element oder einem Elektrolytkondensator, erzeugt durch eine sich, zumindest über einen vorbestimmten Zeitraum in einem Magnetfeld befindende Ionen-Zelle.
Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem galvanischen Element, dem abwechselnd an seinen Elektroden entweder ein Ladestromsignal gemäß Patentanspruch 1 oder 2 zugeführt wird, bis ein erstes vorbestimmtes Spannungsniveau erreicht wird, oder Strom durch einen Verbraucher entnommen wird, bis die Spannung auf ein zweites Spannungsniveau abgefallen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von der sich in einem Magnetfeld befindenden Ionen-Zelle während einer Ladezeit t₁ an das galvanische Element abgegebene elektrische Energie kleiner ist als die im Entladezyklus t₂ des galvanischen Elements entnehmbare Energie.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Element aus mindestens einer Sekundärzelle besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Element ein Blei-Akku, Nickel-Cadmium-Akku, Nickel-Wasserstoff-Akku, Nickel-Metallhydrid-Akku, Lithium-Ionen-Akku, Lithium-Polymer-Akku, Lithium-Metall-Akku, Nickel-Eisen-Akku, SCiB, Silber-Zink-Akku, Vanadium-Redox-Akku oder Vanadium-Redox-Akku oder ein Zink-Chrom-Akku ist.
Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem Elektrolyt-Kondensator, einem Super-Cap oder Gold-Cap-Kondensator, dem abwechselnd an seinen Elektroden entweder ein Ladestromsignal gemäß Patentanspruch 1 oder 2 zugeführt wird, bis ein vorbestimmtes Spannungsniveau erreicht ist, oder Strom durch einen Verbraucher entnommen wird, bis die Spannung auf ein zweites Spannungsniveau abgefallen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen-Zelle eine Lithium-Ionen-Zelle ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld durch an der Ionen-Zelle angebrachte Permanentmagneten erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Permanentmagnet(en) parallele Magnet-Streifen alternierender Polarität aufweist bzw. aufweisen, die am Gehäuse der Ionen-Zelle angebracht sind.