DE102012022686A1 - Capacitive electrical storage for use in fossil fuel propelled vehicle, has permanent double-layers arranged in fixed semiconductor, where layers change as counter electrode, and are operated with working voltages larger than specific value - Google Patents
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Abstract
Description
Der Übergang von mit fossilen Brennstoffen angetriebenen Fahrzeugen zur Elektromobilität erfordert Stromspeicher sehr hoher Energiedichte bei wirtschaftlichen Preisen, ein Problem, das bisher nicht gelöst ist. Eine vergleichbare Problemlösung erfordert der erwünschte Übergang der Versorgung mit elektrischer Energie von fossilen Energieträgern und Kernenergie zur regenerativen Energieerzeugung durch Windkraftanlagen sowie photovoltaisch erzeugtem Strom.The transition from fossil fuel-powered vehicles to electromobility requires power storage of very high energy density at economic prices, a problem that has not yet been solved. Comparable problem solving requires the desired transition of the supply of electrical energy from fossil fuels and nuclear energy to renewable energy production by wind turbines and photovoltaic electricity.
Die regenerative Stromerzeugung hängt von der Dauer und Intensität der Sonneneinstrahlung sowie von den Windgeschwindigkeiten ab und ist deshalb nicht kontinuierlich. Damit sind diese Energieerzeugungsformen als solche nicht grundlastfähig. Zur Angleichung des Bedarfs an das Angebot an Energie benötigt man sehr hohe Speicherkapazitäten. Bisher wird die Speicherung in ungenügendem Maß durch Pumpspeicherkraftwerke durchgeführt, welche Wirkungsgrade um 80% aufweisen. Studien auf europäischer Ebene zeigen, dass der Bau neuer Pumpspeicherkraftwerke in Europa sehr begrenzt ist; es existieren nicht die geologischen sowie hydrologischen Randbedingungen zum Bau großer zusätzlicher Pumpspeicherkraftwerke. Alle anderen Möglichkeiten der Energiespeicherung sind bisher nicht dazu geeignet, in wirtschaftlicher Weise Energien im Bereich von Megawatt oder gar Gigawatt zu speichern.Regenerative power generation depends on the duration and intensity of solar radiation as well as wind speeds and is therefore not continuous. As a result, these forms of energy generation as such are not eligible for baseload. To meet the demand for the supply of energy you need very high storage capacities. So far, the storage is carried out insufficiently by pumped storage power plants, which have efficiencies of 80%. Studies at European level show that the construction of new pumped storage power plants in Europe is very limited; There are no geological and hydrological boundary conditions for the construction of large additional pumped storage power plants. All other possibilities of energy storage are not yet suitable for economically saving energies in the range of megawatts or even gigawatts.
Der Mangel an wirtschaftlichen Stromspeichern hat auch zu der unerwünschten Situation geführt, dass mit dem Ausbau von Windkraftanlagen und photovoltaischer Anlagen parallel Kraftwerke gebaut werden müssen, welche bei Rückgang der regenerativen Stromerzeugung schnell den aktuellen Bedarf abdecken müssen. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Kraftwerke auf Erdgasbasis, die rasch hochgefahren werden können. Da in Stillstandszeiten die laufenden Kosten dieser Kraftwerke wie Kapitalkosten, Instandhaltung oder Personal weiterlaufen, müssen diese Kosten auf die Laufzeiten umgelegt werden. Damit wird deren Strom umso teurer, je kürzer ihre Arbeitszeiten sind. Die Sicherung der Grundlast führt damit dazu, dass mit steigendem Anteil an regenerativ gewonnenem Strom die Gesamtstromkosten überproportional steigen, zum einen durch die Stillstandskosten der „Stand-By-Kraftwerke”, zum anderen durch die höheren Stromgestehungskosten der regenerativen Erzeugung.The lack of economic power storage has also led to the undesirable situation that with the expansion of wind turbines and photovoltaic systems parallel power plants must be built, which must cover the current demand quickly with a decline in renewable electricity generation. These are essentially natural gas-fired power plants that can be started up quickly. Since the running costs of these power plants such as capital costs, maintenance or personnel continue to run during downtimes, these costs must be allocated to the terms. This makes their electricity more expensive the shorter their working hours are. The protection of the base load thus leads to a disproportionate increase in the total electricity costs as the proportion of regeneratively generated electricity increases, partly due to the standstill costs of the "stand-by power plants" and partly due to the higher electricity generation costs of the regenerative generation.
Die Entwicklung wirtschaftlicher Speichersysteme steht deshalb in allen Industrienationen im Brennpunkt wissenschaftlicher und technologischer Arbeiten.The development of economical storage systems is therefore the focus of scientific and technological work in all industrial nations.
Druckluftspeicher weisen trotz Wärmerückgewinnung Verluste um 30 bis 40% auf. Sie erfordern aufwändige Speicher für die Wärmeenergie sowie große unterirdische Kavernen zur Speicherung der Druckluft. Derartige Kavernen existieren nicht in beliebigen Volumina; man möchte Kavernen aber auch zur Speicherung von Erdgas wie auch von Wasserstoff oder Methan nutzen. Letztendlich gibt es zu wenig geeignetes Speichervolumen.Compressed air storage, despite heat recovery losses by 30 to 40%. They require extensive storage for thermal energy and large underground caverns for storing the compressed air. Such caverns do not exist in arbitrary volumes; but you also want to use caverns for storing natural gas as well as hydrogen or methane. Finally, there is too little suitable storage volume.
Als weitere Wege zur Speicherung elektrischer Energie wird die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff diskutiert. Der Wirkungsgrad dieser Elektrolyse beträgt maximal 70%, weil der in dem Sauerstoff gebundene Energieanteil nicht genutzt werden kann. Sobald der Wasserstoff durch Verbrennung in Turbinen wieder verstromt wird, fällt ein Wirkungsgradverlust um 50 bis 60% an, was einen Gesamtverlust von rund 65% bedeutet. Wollte man den Wasserstoff mittels einer Brennstoffzelle wieder zu Strom umsetzen, dann wäre der Gesamtverlust etwas geringer, um 55%. Allerdings hat es sich herausgestellt, dass die Brennstoffzellentechnologie für die Größe der zu speichernden Elektrizitätsmengen unwirtschaftlich ist, sie hat sich noch nicht einmal im Kilowattstunden-Bereich als wirtschaftlich zum Antrieb von Fahrzeugen herausgestellt.As further ways of storing electrical energy, the electrolysis of water to hydrogen and oxygen is discussed. The efficiency of this electrolysis is a maximum of 70%, because the energy fraction bound in the oxygen can not be used. As soon as the hydrogen is recycled by combustion in turbines, a loss of efficiency of 50 to 60% is incurred, which means a total loss of around 65%. If you wanted to convert the hydrogen back to electricity by means of a fuel cell, then the total loss would be slightly lower, by 55%. However, it has been found that fuel cell technology is uneconomical for the size of the quantities of electricity to be stored, and it has not even proven to be economical to drive vehicles in the kilowatt hour range.
Leider ist auch die chemische Umsetzung von Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan, welches durch bestehende Rohrleitungsnetze transportiert werden kann und als günstiges Speichermedium eingesetzt werden könnte, mit erheblichen Umwandlungsverlusten behaftet. In der Kette Elektrizität-Wasserstoff-Methan-Elektrizität beträgt der Gesamtverlust etwa 65 bis 75%.Unfortunately, the chemical conversion of hydrogen with carbon dioxide to methane, which can be transported through existing pipeline networks and could be used as a cheap storage medium, associated with significant conversion losses. In the chain electricity-hydrogen-methane-electricity the total loss is about 65 to 75%.
Auch die Speicherung von Energie in Magnetfeldern ist auf geringe Energiemengen begrenzt. Die Speicherkapazität supraleitender Magnetfelder ist viel zu gering, die Supraleitung wird zudem durch hohe Magnetfelder zerstört. Deshalb ist diese Art der Energiespeicherung in den letzten zwanzig Jahren nicht über kleine Demonstrationsanlagen herausgekommen.The storage of energy in magnetic fields is limited to small amounts of energy. The storage capacity of superconducting magnetic fields is much too low, the superconductivity is also destroyed by high magnetic fields. Therefore, this type of energy storage has not come out over small demonstration plants in the last twenty years.
Als mechanische Speicher sind Schwungräder in der Lage, in kürzester Zeit eine hohe Leistung zur Verfügung zu stellen und somit kurzzeitige Energieausfälle zu kompensieren. Allerdings können sie nicht größere Energiemengen speichern.As a mechanical storage flywheels are able to provide a high performance in a short time and thus compensate for short-term energy losses. However, they can not store large amounts of energy.
Als Speicher für große Energiemengen werden elektrochemische Speicher diskutiert, wobei der Elektrolyt separat in Tanks gespeichert werden kann (Redox-Flow-Prinzip). Es wurden einige Demonstrationsanlagen von Redox-Flow-Batterien gebaut. Wegen ihrer mangelnden Wirtschaftlichkeit wurden aber bisher keine großen Anlagen errichtet. As storage for large amounts of energy electrochemical storage are discussed, the electrolyte can be stored separately in tanks (redox flow principle). Several demonstration plants of redox flow batteries were built. Because of their lack of economic efficiency but so far no large plants were built.
Grundsätzlich werden in einer reversiblen Batterie, einem Akkumulator, an Elektroden reversible chemische Reaktionen durchgeführt, welche der Thermodynamik chemischer Reaktionen unterliegen. Während an einer Elektrode eine Oxidation abläuft, läuft an der Gegenelektrode eine elektrochemische Reduktion ab. Auch eine sehr teure reversible Batterie wäre wirtschaftlich, wenn sie eine nahezu unendlich hohe Zahl von Lade- und Entladezyklen ermöglichte. Leider sind aber die in jeder reversiblen Batterie ablaufenden chemischen Reaktionen nicht komplett reversibel. Immer treten auf Grund der thermodynamischen Verhältnisse unerwünschte Nebenprodukte auf, die sich mit steigender Zyklenzahl von Ladung und Entladung aufkonzentrieren und die Kapazität der Batterie so von Zyklus zu Zyklus erniedrigen. Das schließt chemische Veränderungen der Elektrolyte sowie unerwünschte Oxidationsstufen ein, wie auch unerwünschte Veränderungen an den Elektrodenoberflächen, insbesondere an den die Elektroden vom Elektrolyten abtrennenden Grenzschichten oder bei Intercalationselektroden unerwünschte Veränderungen im Volumen der Elektroden.In principle, reversible chemical reactions are carried out in a reversible battery, an accumulator, on electrodes, which are subject to the thermodynamics of chemical reactions. While an oxidation takes place at one electrode, an electrochemical reduction takes place at the counterelectrode. Even a very expensive reversible battery would be economical if it allowed an almost infinite number of charge and discharge cycles. Unfortunately, however, the chemical reactions occurring in each reversible battery are not completely reversible. Due to the thermodynamic conditions, undesirable by-products always occur, which concentrate with increasing number of cycles of charge and discharge and thus reduce the capacity of the battery from cycle to cycle. This includes chemical changes of the electrolytes as well as undesired oxidation states, as well as undesired changes on the electrode surfaces, in particular on the boundary layers separating the electrodes from the electrolyte or undesirable changes in the volume of the electrodes in the case of intercalation electrodes.
Gerade die Grenzschichten in Lithiumionenbatterien (Solid-Electrolyte Interface), welche den Elektrolyten gegenüber der Lithiumelektrode abtrennen, sind thermodynamisch instabil. Es gibt keine höherwertige Metallionen enthaltende Netzwerke, aus denen Grenzschichten aufgebaut werden könnten, die gegenüber metallischem Lithium mit seinem extrem hohen Reduktionspotenzial auf Dauer thermodynamisch stabil sind. Sämtliche Metallionen wie Al3+, Sc3+, Si4+, Ti4+ oder Zr4+, welche zur Ausbildung der Netzwerke eingesetzt werden, sind gegenüber metallischem Lithium nicht stabil; sie werden durch das Lithium irreversibel reduziert, wodurch die Zelle geschädigt wird.Especially the boundary layers in lithium-ion batteries (solid-electrolyte interface), which separate the electrolyte from the lithium electrode, are thermodynamically unstable. There are no higher-valued metal ion-containing networks from which boundary layers could be built, which are thermodynamically stable over metallic lithium with its extremely high reduction potential over time. All metal ions such as Al 3+ , Sc 3+ , Si 4+ , Ti 4+ or Zr 4+ used to form the networks are not stable to metallic lithium; they are irreversibly reduced by the lithium, which damages the cell.
Netzwerke, die nur Lithium als Kation enthalten und Anionen wie Sulfid, Phosphid, Nitrid oder Oxyphosphidnitrid (LiPON) sind gegen Lithium thermodynamisch stabil. Sie weisen aber wegen ihrer geringen Netzwerkdichte, die nur durch das Anionennetzwerk gebildet wird, geringe mechanische Stabilitäten auf und sind nicht stabil gegenüber organischen Elektrolyten, in welchen sie quellen. Auch organische Materialien wie Polymere sind nicht stabil.Networks containing only lithium as a cation and anions such as sulfide, phosphide, nitride or oxyphosphide nitride (LiPON) are thermodynamically stable to lithium. However, because of their low network density, which is formed only by the anion network, they have low mechanical stabilities and are not stable to organic electrolytes in which they swell. Even organic materials such as polymers are not stable.
Die thermodynamischen Randbedingungen führten dazu, dass es bis heute trotz intensivster Forschung und Entwicklung keine wirtschaftliche elektrochemische Stromspeicher für den Betrieb von Fahrzeugen wie auch zur Speicherung von elektrischer Energie in den öffentlichen Netzen gibt.Despite the intensive research and development, the thermodynamic boundary conditions mean that there is still no economic electrochemical power storage for the operation of vehicles as well as for the storage of electrical energy in public networks.
Elektrische Kondensatoren weisen nicht den Nachteil von irreversiblen elektrochemischen Reaktionen auf und haben deshalb wesentlich größere Lebensdauern. Es werden keinerlei Massen bewegt, nur elektrische Ladungen. Leider beinhalten Kondensatoren noch geringere Energiedichten als elektrochemische Stromspeicher. So beträgt die Energiedichte kommerzieller Elektrolytkondensatoren um 0,1 bis 0,2 Wattstunden pro Liter. Kommerzielle Doppelschichtkondensatoren kommen dagegen auf Energiedichten im Bereich von 5 bis 10 Wattstunden pro Liter, von Neuentwicklungen werden Energiedichten bis zu 30 Wattstunden pro Liter erwartet. Dabei weisen Doppelschichtkondensatoren eine enorme Kapazität von um 10 Mikrofarad pro Quadratzentimeter oder 100 Farad pro Gramm auf. Ein kommerzieller Doppelschichtkondensator mit einer Kapazität von 5.000 Farad und einer Betriebsspannung von 2,5 Volt weist einen Durchmesser von 76 Millimeter bei einer Höhe von 150 Millimeter entsprechend einem Volumen von rund 0,7 Liter auf, woraus sich nach dem Energieinhalt eines Kondensators von ½ C × U2 ein Energieinhalt von rund 6–7 Wattstunden pro Liter ergibt. Die hohe Kapazität resultiert aus der großen Fläche der eingesetzten Elektroden mit Oberflächen um 1.000 m2 pro Gramm und den geringen Abständen der Doppelschichten um 0,4 bis 10 Nanometer. Oft wird als Elektrodenmaterial preiswerte gepresste Aktivkohle eingesetzt.Electrical capacitors do not have the disadvantage of irreversible electrochemical reactions and therefore have much longer lifetimes. No masses are moved, just electrical charges. Unfortunately, capacitors contain even lower energy densities than electrochemical current storage. For example, the energy density of commercial electrolytic capacitors is 0.1 to 0.2 watt-hours per liter. Commercial double-layer capacitors, on the other hand, have energy densities in the range of 5 to 10 watt-hours per liter. New developments expect energy densities of up to 30 watt-hours per liter. Double-layer capacitors have an enormous capacity of around 10 microfarads per square centimeter or 100 farads per gram. A commercial double-layer capacitor with a capacity of 5,000 Farads and an operating voltage of 2.5 volts has a diameter of 76 millimeters at a height of 150 millimeters corresponding to a volume of about 0.7 liters, which is based on the energy content of a capacitor of ½ C × U 2 gives an energy content of about 6-7 watt-hours per liter. The high capacitance results from the large area of the electrodes used with surfaces around 1,000 m 2 per gram and the small spacing of the double layers by 0.4 to 10 nanometers. Often used as electrode material inexpensive pressed activated carbon.
Das elektrische Feld innerhalb der Doppelschicht beträgt bis zu 5.000 Volt/Mikrometer, eine Feldstärke, gegenüber der ein übliches Dielektikum nicht beständig wäre. Hier aber gelten die Gesetzmäßigkeiten atomarer Feldstärken, welche durch die Eigenschaften der Atom- und Molekülbindungen bestimmt werden.The electric field within the bilayer is up to 5,000 volts / micron, a field strength to which a common dielectic would not be resistant. Here, however, the laws of atomic field strengths apply, which are determined by the properties of atomic and molecular bonds.
Leider kann der Energieinhalt von Doppelschichtkondensatoren nicht besonders erhöht werden, weil die nutzbare Arbeitsspannung durch die elektrochemische Beständigkeit der im Elektrolyten gelösten Ionen sowie durch die elektrochemische Beständigkeit der eingesetzten polaren Lösungsmittel wie Acetonitril, Dimethylacetamid, Gamma-Butyrolacton, Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder andere auf Spannungen von maximal 4 Volt begrenzt ist. Organische Elektrolyte weisen zudem niedrigere elektrische Leitfähigkeiten als wässrige Elektrolyte auf. Arbeitet man mit wässrigen Lösungsmitteln wie Alkalilaugen, so sind zwar die Leitfähigkeiten größer, aber die Arbeitsspannung erniedrigt sich wegen der geringeren elektrochemischen Stabilität der wässrigen Elektrolyte noch weiter auf Werte um 1,2 bis 1,5 Volt. Als gelöste, die Doppelschichten auftauenden Salze werden solche wie Lithiumperchlorat, Lithiumtetrafluoroborat oder Tetraalkylammoniumtetrafluoroborate eingesetzt.Unfortunately, the energy content of double-layer capacitors can not be particularly increased, because the usable working voltage due to the electrochemical resistance of the ions dissolved in the electrolyte and by the electrochemical resistance of the polar solvents used such as acetonitrile, dimethylacetamide, gamma-butyrolactone, ethylene carbonate, propylene carbonate or others to voltages of a maximum of 4 volts is limited. Organic electrolytes also have lower electrical conductivities than aqueous electrolytes. If you work with aqueous solvents such as alkali, so are the Conductivity greater, but the working voltage is further reduced to values around 1.2 to 1.5 volts because of the lower electrochemical stability of the aqueous electrolyte. As dissolved, the bilayers thawing salts such as lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate or tetraalkylammonium tetrafluoroborates are used.
Es war damit Aufgabe der Erfindung, einen Stromspeicher zu finden, der die Vorteile der hohen Kapazität eines Doppelschichtkondensators mit einer höheren Arbeitsspannung vereint. Gelänge es, bei konstanter Kapazität die Arbeitsspannung um den Faktor zehn von beispielsweise 2,7 Volt auf 27 Volt zu steigern, so erhielte man, weil die Arbeitsspannung quadratisch in den Energieinhalt eingeht, die hundertfache Energiedichte, also 600 bis 700 Wattstunden pro Liter und läge somit besser als die besten reversiblen Lithiumionenbatterien.It was therefore an object of the invention to find a power storage device that combines the advantages of the high capacity of a double-layer capacitor with a higher working voltage. If it were possible to increase the working voltage by a factor of ten from, for example, 2.7 volts to 27 volts at a constant capacitance, then because the working voltage enters the energy content quadratically, the energy density would be one hundred times higher, ie 600 to 700 watt hours per liter thus better than the best reversible lithium ion batteries.
Da Energiespeicherung letztendlich an Masse gebunden ist und pro Kilowattstunde Energieinhalt auch die entsprechenden Massen vorhanden sein müssen, sollten keine oder nur sehr geringe Mengen seltener und teurer Elemente wie Edelmetalle, Seltenerdmetalle, Indium, Gallium, Germanium, Selen oder Tellur eingesetzt werden.Since energy storage is ultimately bound to mass and per kilowatt hour of energy content and the corresponding masses must be present, no or very small amounts of rare and expensive elements such as precious metals, rare earth metals, indium, gallium, germanium, selenium or tellurium should be used.
Toxikologisch bedenkliche Elemente wie Thallium, Cadmium, Quecksilber, Blei oder Arsen sollten vermieden werden. Auch Phosphor in der Form von Metallphosphiden sollte nicht eingesetzt werden. Die Metallphosphide bilden mit Feuchtigkeit sehr toxische gasförmige Phosphane.Toxicologically hazardous elements such as thallium, cadmium, mercury, lead or arsenic should be avoided. Also phosphorus in the form of metal phosphides should not be used. The metal phosphides form very toxic gaseous phosphines with moisture.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass man zur Erzeugung von Doppelschichten entsprechend dem Stand der Technik elektrisch leitfähige Elektroden mit sehr hohen spezifischen Oberflächen einsetzt, jedoch anstelle eines flüssigen Elektrolyten mit einem festen System arbeitet und permanente Doppelschichten aufbaut. Damit werden elektrochemische Limitierungen der Betriebsspannung umgangen und die hohe elektrische Leitfähigkeit eines halbleitenden Materials ausgenutzt.The object of the invention is achieved by using electrically conductive electrodes with very high specific surface areas to produce double layers according to the prior art, but instead of a liquid electrolyte working with a solid system and building permanent bilayers. Thus, electrochemical limitations of the operating voltage are bypassed and exploited the high electrical conductivity of a semiconducting material.
Die erfinderische Lösung wird anhand der beigefügten Skizze erläutert. Die Skizze gibt nicht die geometrischen Maßstäbe wieder, sie dient nur der Erläuterung der prinzipiellen Funktionsweise:
Analog zu Doppelschichtkondensatoren nach dem Stand der Technik bestehen die Elektrodeneinheiten aus den Stromsammlern (
Analogous to double layer capacitors according to the prior art, the electrode units consist of the current collectors (
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stromspeichers werden die Elektroden (
Gleichzeitig mit der Unterschreitung des Schmelzpunkts der Salzschmelze (
Gegenüber einer in einer Flüssigkeit befindlichen Doppelschicht weist eine feste Doppelschicht große Vorteile auf:
Sie ist weitgehend unempfindlich gegen elektrochemische Reaktionen. Übertragungen von Elektronen finden wegen des festen Abstands zwischen den Doppelschichten und den Elektroden (
It is largely insensitive to electrochemical reactions. Transfers of electrons are due to the fixed distance between the bilayers and the electrodes (
Die eingesetzten Halbleiter (
Noch höhere Arbeitsspannungen werden ermöglicht, wenn man als Elektrodenmaterial (
Derartige Materialien mit sehr hoher spezifischer Oberfläche und niedriger Austrittsarbeit sind beispielsweise Titancarbid mit 3,4 bis 3,8 eV oder Mangandioxid mit 2,8 bis 3 eV als Austrittsarbeit (
Insgesamt sollten Arbeitsspannungen realisierbar sein, die jenen von Leistungsgleichrichtern mit Werten größer als 100 Volt entsprechen. Gleichzeitig ergibt die ferroelektrische Doppelschicht eine höhere lokale Dielektizitätskonstante, was zu einer zusätzlichen Erhöhung der Kapazität beiträgt.Overall, operating voltages should be achievable that correspond to those of power rectifiers with values greater than 100 volts. At the same time, the ferroelectric double layer gives a higher local dielectric constant, which contributes to an additional increase in capacitance.
Ein weiterer Vorteil der kapazitiven Speicher nach der Erfindung besteht darin, dass wegen des Fehlens jeglichen Lösungsmittels die Anzahl der Ionen pro Volumen und pro Fläche wesentlich größer ist als bei Doppelschichtkondensatoren nach dem Stand der Technik. Außerdem sind die Ionen nicht von Lösungsmittelmolekülen umgeben. Dies führt dazu, dass die Ladungsdichte der Doppelschichten der erfindungsgemäßen Speicher höher ist als die bei konventionellen Doppelschichtkondensatoren. Damit werden höhere Energieinhalte erreicht.Another advantage of the capacitive memory of the invention is that because of the lack of any solvent, the number of ions per volume and area is significantly greater than in prior art double layer capacitors. In addition, the ions are not surrounded by solvent molecules. As a result, the charge density of the double layers of the memories according to the invention is higher than that of conventional double-layer capacitors. This achieves higher energy contents.
Gleichzeitig fällt die Feldstärke in der Umgebung der Doppelschichten aufgrund der stärkeren Debye-Abschirmung schneller ab, wodurch die Durchschlagsfeldstärke zusätzlich erhöht wird.At the same time, the field strength in the vicinity of the bilayers drops faster due to the stronger Debye shield, which further increases the breakdown field strength.
Die Materialien (
Die wesentlich geringere elektronische Polarisierbarkeit der positiven Metallkationen führt dazu, dass die Doppelschicht, die dem Stromsammler auf negativem Potenzial (
In der Funktion weisen die erfinderischen Kondensatoren grundsätzliche Unterschiede zu elektrischen Doppelschichtkondensatoren nach dem Stand der Technik auf:
Während die leitende Verbindung zwischen den beiden in Serie geschalteten Doppelschichtkondensatoren nach dem Stand der Technik durch Ionenleitung erfolgt, kommt sie nach der Erfindung durch Elektronen- oder Löcherleitung zustande. Die Ladungsspeicherung kommt durch die beweglichen Ladungen auf sich gegenüberliegenden Flächen eines Kondensators zustande. Bei den Doppelschichtkondensatoren nach dem Stand der Technik sind dies die influenzierten Ladungen auf den Oberflächen der Elektroden hoher spezifischer Oberfläche und die durch die beweglichen Ionen gebildeten Doppelschichten entgegen gesetzter Ladung. Bei den Kondensatoren nach der Erfindung sind dies ebenfalls die influenzierten Ladungen auf den Elektroden hoher spezifischer Oberfläche (
While the conductive connection between the two series-connected double-layer capacitors according to the prior art takes place by ion conduction, according to the invention it comes about by electron or hole conduction. The charge storage is achieved by the movable charges on opposite surfaces of a capacitor. In the double-layer capacitors according to the state In the art these are the induced charges on the surfaces of the electrodes of high surface area and the bilayers formed by the mobile ions opposite charge. In the case of the capacitors according to the invention, these are also the induced charges on the electrodes of high specific surface area (
Im Folgenden wird die Erfindung näher erläutert:
Als Stromsammler (
As a current collector (
Es lassen sich aber auch die Materialien der Stromsammler (
Als Elektroden (
Von zentraler Bedeutung ist das Material (
Die Halbleiter (
Viele der in Frage kommenden Sulfide sind literaturbekannt. Sie wurden bereits dahingehend untersucht, ob sie sich aufgrund ihrer halbleitenden Eigenschaften als aktive Materialien für Photovoltaikzellen oder für thermoelektrische Module verwenden lassen. Eine Auswahl halbleitender Sulfide mit Literaturdaten zeigt die sich an den Text anschließende Tabelle.Many of the sulfides in question are known from the literature. They have already been investigated as to whether they can be used as active materials for photovoltaic cells or for thermoelectric modules because of their semiconducting properties. A selection of semiconducting sulfides with literature data is shown in the table following the text.
Neben binären Verbindungen wie Bi2S3, Sb2S3, Cu2S oder SnS können auch ternäre Verbindungen der Systeme Cu-Bi-S, Cu-Sb-S, Cu-Sn-S oder Bi-Sn-S zur Anwendung kommen. Besonders das System Cu-Bi-S ist reichhaltig an einzelnen Verbindungen. Dagegen sind aus dem System Bi-Sn-S keine stabilen Verbindungen bekannt.In addition to binary compounds such as Bi 2 S 3 , Sb 2 S 3 , Cu 2 S or SnS and ternary compounds of the systems Cu-Bi-S, Cu-Sb-S, Cu-Sn-S or Bi-Sn-S are used come. Especially the system Cu-Bi-S is rich in single compounds. By contrast, no stable compounds are known from the Bi-Sn-S system.
Das System Bi-Sb-S bildet ebenfalls keine ternären Verbindungen aus, es existieren nur die festen Lösungen (Bi2S3)x(Sb2S3)(1-x), deren Schmelzpunkte sich zwischen denen des Bismutsulfids und des Antimonsulfids befinden.The system Bi-Sb-S also does not form ternary compounds, there are only the solid solutions (Bi 2 S 3 ) x (Sb 2 S 3 ) (1-x) whose melting points are between those of bismuth sulfide and antimony sulfide ,
Im Allgemeinen weisen Sulfide mit Antimon niedrigere elektrische Leitfähigkeiten als Sulfide mit Bismut auf.In general, sulfides with antimony have lower electrical conductivities than sulfides with bismuth.
Nach einem ersten Blick auf die Tabelle erscheint die Verbindung Cu3BiS3 (= 3Cu2S·Bi2S3) mit ihrem niedrigen Schmelzpunkt von 527°C als am attraktivsten für die Anwendung. Man ist damit sehr nahe am Schmelzpunktsminimum des Systems Cu2S-Bi2S3 mit 523°C. Gegenüber Bismutsulfid, Bi2S3, ist ihre elektrische Leitfähigkeit jedoch um mindestens den Faktor sechshundert niedriger, was die Leistungsfähigkeit des Kondensators erniedrigen würde. Wesentlich attraktiver sind dagegen die halbleitenden ternären Kupfer-Zinn-Sulfide Cu2SnS3 (= Cu2S·SnS2) sowie Cu4SnS4 (= 2Cu2S·SnS2). Sie weisen niedrige Widerstandswerte auf, allerdings liegen ihre Schmelztemperaturen bei 840 bzw. 860°C.After a first look at the table, the compound Cu 3 BiS 3 (= 3Cu 2 S · Bi 2 S 3 ) with its low melting point of 527 ° C appears to be the most attractive for the application. It is thus very close to the melting point minimum of the system Cu 2 S-Bi 2 S 3 at 523 ° C. However, compared to bismuth sulfide, Bi 2 S 3 , its electrical conductivity is at least sixfold lower, which would lower the performance of the capacitor. On the other hand, the semiconducting ternary copper-tin sulfides Cu 2 SnS 3 (= Cu 2 S · SnS 2 ) and Cu 4 SnS 4 (= 2Cu 2 S · SnS 2 ) are considerably more attractive. They have low resistance values, but their melting temperatures are 840 and 860 ° C, respectively.
Die in der Literaturstelle
Hinsichtlich der niedrigeren Schmelztemperatur von 546°C und der höheren Bandlücke von 1,7 bis 1,8 eV wäre eine reproduzierbare Dotierung von Antimonsulfid, welche ohne Verlust der N-Leitung sowie ohne besondere Erniedrigung der Bandlücke zu einem spezifischen Widerstand um 1 Ohm × cm führen würde, ideal.With respect to the lower melting temperature of 546 ° C. and the higher band gap of 1.7 to 1.8 eV, a reproducible doping of antimony sulfide would be to 1 ohm.cm without loss of N-conduction and without particular lowering of the band gap would lead, ideally.
Leider führt die der Bismutverbindung analoge Einführung von Alkaliionen in die Antimonsulfidstruktur wie bei der Verbindung KSb5S8 (= K2S·5Sb2S3) nicht zu einer wesentlichen Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Die Verbindung ist zwar halbleitend und weist eine erfreulich hohe Bandlücke um 1,8 eV sowie eine vorteilhaft niedrige kongruente Schmelztemperatur von 441°C auf, ihr spezifischer Widerstand ist jedoch größer als 108 Ohm × cm (
Unter den literaturbekannten Sulfiden ist Bismutsulfid neben den Kupfer-Zinn-Sulfiden eine für die Anwendung gut geeignete Verbindung. Festes Bismutsulfid ist ein intrinsischer N-Halbleiter mit einer Dichte von 6,78 Gramm/ccm. Es schmilzt kongruent bei einer verhältnismäßig niedrigen Schmelztemperatur von 760 bis 775°C und zeigt unter den bekannten sulfidischen Halbleitern eine der höchsten elektrischen Leitfähigkeiten bei Raumtemperatur. Bei Raumtemperatur beträgt der spezifische Widerstand etwa 0,05 Ohm × cm. Von der stöchiometrischen Zusammensetzung her können geringe Überschüsse an Bismut toleriert werden, nicht aber ein Schwefelüberschuss. (
Es ist nicht von Vorteil, den Schmelzpunkt des Bismutsulfids durch Zugabe von Antimonsulfid abzusenken, weil dadurch die elektrische Leitfähigkeit stark abfällt.It is not advantageous to lower the melting point of bismuth sulfide by the addition of antimony sulfide, because thereby the electrical conductivity drops sharply.
Gegenüber den komplexen Ionen von Doppelschichtkondensatoren nach dem Stand der Technik mit großen komplexen Kationen wie Teraalkylammoniumionen weisen die Sulfidionen der Metallsulfide kleinere Radien auf, wodurch die Volumen- und Flächendichte zusätzlich vorteilhaft erhöht ist.Compared to the complex ions of double layer capacitors according to the prior art with large complex cations such as Teraalkylammoniumionen the sulfide ions of the metal sulfides have smaller radii, whereby the volume and surface density is additionally increased advantageously.
Der Übergang von einer Salzschmelze zum Halbleiter kann beim Bismutsulfid sehr einfach beobachtet werden:
Entnimmt man einen Quarzbehälter mit der Schmelze aus einem Ofen oberhalb der Schmelztemperatur, so zeigt sich das Bismutsulfid als wasserklare, leicht gelbliche Flüssigkeit, völlig transparent und niedrigviskos.The transition from a molten salt to the semiconductor can be observed very easily with bismuth sulfide:
Taking a quartz container with the melt from an oven above the melting temperature, the bismuth sulfide shows up as a water-clear, slightly yellowish liquid, completely transparent and of low viscosity.
Sobald aber an einer Stelle an der Behälterwand infolge der Abkühlung die Schmelztemperatur unterschritten wird, bildet sich dort eine metallisch silbrig glänzende und das Licht reflektierende Schicht des halbleitenden Bismutsulfids, das typische Zeichen für freie Leitungselektronen.But as soon as the melting temperature is reached at a point on the container wall as a result of the cooling, there forms a metallic silvery shiny and the light-reflecting layer of the semiconducting bismuth sulfide, the typical sign of free conduction electrons.
Die zweite Gruppe geeigneter Materialien (
Im Unterschied zu den Sulfiden weisen die Kupferhalogenide in vorteilhafter Weise niedrigere Schmelztemperaturen, niedrigere Dichten, höhere Bandlücken sowie höhere elektronische Polarisierbarkeiten der Anionen auf. Die elektronische Polarisierbarkeit von Cu+ sollte nicht größer als die Polarisierbarkeit des Kaliumions mit 0,8 × 10–24 cm3 sein, eher sollte sie wegen des kleineren Innenradius darunter liegen. Das Cu+-Ion weist einen Radius um 60 bis 80 Picometer auf, das K+-Ion einen um 150 Picometer. Allerdings sind die elektrischen Leitfähigkeiten der reinen Kupferhalogenide niedriger als die von Sulfiden wie beispielsweise dem Bismutsulfid. Kupferiodid weist wegen des Iodeinsatzes die größten Kosten auf, zudem zersetzt sich Kupferiodid oberhalb seines Schmelzpunkts mit merklicher Geschwindigkeit. Beim Einsatz von Kupferiodid besteht auch die Gefahr der Ionenleitung im festen Zustand unter dem Einfluss hoher elektrischer Felder.In contrast to the sulfides, the copper halides advantageously have lower melting temperatures, lower densities, higher band gaps and higher electronic polarizabilities Anions on. The electronic polarizability of Cu + should not be greater than the polarizability of the potassium ion at 0.8 × 10 -24 cm 3 , rather it should be lower because of the smaller inner radius. The Cu + ion has a radius of 60 to 80 picometers, the K + ion to a 150 picometers. However, the electrical conductivities of the pure copper halides are lower than those of sulfides such as bismuth sulfide. Copper iodide has the largest cost because of the use of iodine, moreover decomposes copper iodide above its melting point with appreciable speed. When using copper iodide there is also the danger of ionic conduction in the solid state under the influence of high electric fields.
Mit den höheren elektronischen Polarisierbarkeiten der Halogenidionen lässt sich bei Einsatz der Kupferhalogenide die negativ geladene Doppelschicht gegenüber der Elektrode (
Unter den Kupfer-I-halogeniden ist das Kupfer-I-chlorid wegen seiner niedrigen Dichte, des niedrigsten Schmelzpunkts unter den Kupferhalogeniden, der hohen thermischen Stabilität, der niedrigsten Kosten sowie der technischen Zugänglichkeit am attraktivsten. Zur Erhöhung seiner elektrischen Leitfähigkeit wird es mit bis zu drei Molprozent Zinkchlorid, ZnCl2, dotiert, wodurch bei Raumtemperatur spezifische Widerstände um 6 Ohm × cm erreicht werden (
Von seinem vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt mit 420°C her wäre Zinkphosphid, Zn3P2, ebenfalls ein als Halbleiter (
An die hochflächige Elektrode (
Zwischen der Elektrode (
Um diesen Übertritt von Elektronen zu fördern bedeutet dies für n-leitende Materialien (
Wird als Material (
Während an der positiven Elektrode die Verhältnisse im Wesentlichen unverändert bleiben, entsteht an der Grenzfläche des Stromsammlers (
While the conditions at the positive electrode remain substantially unchanged, arises at the interface of the current collector (
Sollte es sich bei der Konstruktion und Herstellung der erfindungsgemäßen kapazitiven Energiespeicher herausstellen, dass das Infiltrieren der Elektrode (
Aufgrund der geringen mechanischen Bruchdehnung der Sulfide sowie der Kupferhalogenide ist die Konstruktion der erfinderischen Energiespeicher in der Form von Stapelzellen den üblichen Wickelzellen vorzuziehen. Infolge der hohen elektrischen Leitfähigkeit der Halbleiter ist eine gegenüber dem Stand der Technik größere Schichtdicke der Elektroden (
Bismutsulfid lässt sich leicht durch Reaktion von Bismut mit technisch reinem Schwefel unter inerten Bedingungen herstellen. Es können kostengünstiges Bismut mit einer Reinheit von 99,5% sowie der aus der Entschwefelung kommende sehr reine und billige technische Schwefel eingesetzt werden.Bismuth sulfide is easily prepared by reacting bismuth with technically pure sulfur under inert conditions. Low-cost bismuth with a purity of 99.5% as well as desulfurization with very pure and cheap technical sulfur can be used.
Zur Herstellung von Labormengen erhitzt man beispielsweise die stöchiometrischen Mengen der Elemente in einer evakuierten Quarzampulle, wozu das Material in einem Ofen linear über zehn Stunden von Raumtemperatur auf 900 bis 1.000°C erhitzt und danach noch 5 Stunden bei 900 bis 1.000°C gehalten wird (
Mangels eines bisherigen großen Bedarfs werden technische Mengen von Bismutsulfid im Tonnenmaßstab gegenwärtig nicht hergestellt. Immerhin betrug die Weltproduktion von Bismutmetall, vorzugsweise als Nebenprodukt der Gewinnung von Blei, Wolfram, Zink oder Zinn im Jahr 2010 rund 16.000 Tonnen. Für metallisches Bismut mit einer Reinheit von 99,99% betrug der Preis um 2010 rund 20 $/kg.In the absence of a great need to date, technical quantities of bismuth sulphide are currently not produced on a ton scale. After all, the world production of bismuth metal, preferably as a by-product of the production of lead, tungsten, zinc or tin in 2010 was around 16,000 tonnes. For metallic bismuth with a purity of 99.99%, the 2010 price was around $ 20 / kg.
Labormethoden sind zur Synthese von Mengen im Tonnenmaßstab wenig geeignet. Nasschemisch lässt sich Bismutsulfid durch Umsetzung von Bismutsalzen wie dem Chlorid mit löslichen Sulfiden wie dem Natriumsulfid oder dem preiswerteren Natriumhydrogensulfid herstellen. Bismutchlorid ist in metallurgischen Prozessen zur Isolation und Reinigung von metallischem Bismut ohnehin ein Zwischenprodukt. Zur Reinigung wird Bismutchlorid destilliert (Siedepunkt 447°C). Das in Wasser unlösliche Bismutsulfid wird abfiltriert oder abzentrifugiert, gewaschen und getrocknet. Diese Syntheseroute führt allerdings zu Salzen als Nebenprodukt, außerdem besteht der Nachteil einer teilweisen Hydrolyse des Sulfids.Laboratory methods are not very suitable for the synthesis of tonnages on a scale. Wet-chemically, bismuth sulfide can be prepared by reacting bismuth salts such as chloride with soluble sulfides such as sodium sulfide or less expensive sodium hydrosulfide. Bismuth chloride is an intermediate in metallurgical processes for the isolation and purification of metallic bismuth anyway. For purification bismuth chloride is distilled (boiling point 447 ° C). The water-insoluble bismuth sulfide is filtered off or centrifuged off, washed and dried. However, this synthetic route leads to by-product salts, and there is also the disadvantage of partial hydrolysis of the sulfide.
Technisch relevanter ist deshalb die Synthese aus den Elementen:
Für die freie Bildungsenthalpie aus den Elementen wird in der Literatur die Beziehung Delta G0 = –193.450 + 101,0 × T (J/Mol) angegeben. Danach beträgt die freie Bildungsenthalpie bei 400°C rund –125 kJ/Mol, bei 800°C noch rund –85 kJ/Mol. Die Schmelzenthalpie des Bismutsulfid beträgt 79,37 kJ/Mol. Die Aktivität von Schwefel in Bismutsulfid beträgt bei 850°C rund 0,007, woraus sich ein Schwefeldampfdruck von etwa 2 Pa ergibt (
For the free enthalpy of formation from the elements, the relationship delta G 0 = -193,450 + 101,0 × T (J / mol) is given in the literature. Thereafter, the free enthalpy of formation at 400 ° C is about -125 kJ / mol, at 800 ° C still around -85 kJ / mol. The enthalpy of fusion of the bismuth sulfide is 79.37 kJ / mol. The activity of sulfur in bismuth sulfide at 850 ° C is around 0.007, resulting in a sulfur vapor pressure of about 2 Pa (
Unter einem Anfangsdruck von 10–4 mm Hg verdampfen aus 10 Gramm Bismutsulfid bei 650°C pro Stunde rund 0,4 Gramm, vorzugsweise Schwefel (
Nach
Vorteilhafter ist es, ohne eine Vorreaktion direkt von einem Bismutpulver auszugehen, welches aus dem Schmelzezustand, wie beispielsweise in der Pulvermetallurgie üblich, unter Sauerstoffausschluss durch Versprühen hergestellt wird. Ein derartiges Pulver wird in einer Schwefelatmosphäre sulfidisiert, wobei man die Reaktionstemperatur stetig anhebt, dabei jedoch stets unterhalb des Schmelzpunkts des Reaktionsgemischs bleibt. Die Schmelztemperatur der Reaktionsmischung steigt steil an: Bereits bei einem Schwefelgehalt von rund 10 Atomprozent beträgt der Schmelzpunkt 500°C. Nach dieser Methode werden eine exotherme Überhitzung sowie eine Oxidation und/oder eine Hydrolyse des Produkts vermieden. Wegen der Schwefelatmosphäre wird die Dissoziation des Bismutsulfids entsprechend dem Dissoziationsgleichgewicht zurückgedrängt beziehungsweise ausgeschlossen.It is more advantageous, without a preliminary reaction, to proceed directly from a bismuth powder which is produced from the melt state, as is customary, for example, in powder metallurgy, with the exclusion of oxygen by spraying. Such a powder is sulfided in a sulfur atmosphere, whereby the reaction temperature is steadily raised, but always remains below the melting point of the reaction mixture. The melting temperature of the reaction mixture increases steeply: Even at a sulfur content of about 10 atomic percent, the melting point is 500 ° C. This method avoids exothermic overheating and oxidation and / or hydrolysis of the product. Because of the sulfur atmosphere the dissociation of the bismuth sulfide is suppressed or excluded according to the dissociation equilibrium.
Aus verfahrenstechnischer Sicht ist eine Synthese in der Schmelze aufgrund der wesentlich höheren Reaktionsgeschwindigkeit und der sich daraus ergebenden kleineren Reaktorvolumina wirtschaftlicher:
In einem kleinen druckdichten kontinuierlichen Reaktor, einem gerührten Reaktor oder besser einem Strömungsrohr, wird ein anderweitig hergestelltes Bismutsulfid vorgelegt und aufgeschmolzen. In diese Schmelze werden die stöchiometrischen Mengen an Bismut- und Schwefelschmelze an getrennten Orten unter erhöhtem Druck eingedüst, wonach die Reaktanden, in der Schmelze verdünnt, mit beherrschbarer Exothermie zur Reaktion kommen. Alle mit den Reaktanden und der Schmelze berührten Teile müssen Werkstoffoberflächen aufweisen, welche gegenüber den Reaktionsbedingungen inert sind, beispielsweise borierte, carburierte oder nitrocarburierte Oberflächen hochtemperaturbeständiger metallischer Werkstoffe.From a process engineering point of view, a synthesis in the melt is more economical due to the much higher reaction rate and the resulting smaller reactor volumes:
In a small pressure-tight continuous reactor, a stirred reactor or better a flow tube, a bismuth sulfide prepared elsewhere is introduced and melted. In this melt, the stoichiometric amounts of bismuth and sulfur melt are injected at separate locations under elevated pressure, after which the reactants, diluted in the melt, come with controllable exothermic reaction. All parts contacted with the reactants and the melt must have material surfaces which are inert to the reaction conditions, for example borated, carburized or nitrocarburized surfaces of high temperature resistant metallic materials.
Mit einer Dichte des Bismutsulfid von 6,8 g/ccm, einem Preis um 20 $/kg für metallisches Bismut (99,99% Reinheit, der Preis für 99,5% Reinheit dürfte niedriger sein), einem Bismutanteil von 81 Gewichtsprozent für Bismutsulfid, dem Vernachlässigen des Volumens der Elektroden und einer konservativ veranschlagten Energiedichte von 0,7 KWh pro Liter betrüge der Stoffkostenanteil pro Kilowattstunde rund 160 $.With a bismuth sulfide density of 6.8 g / cc, a price of $ 20 / kg for metallic bismuth (99.99% purity, the price of 99.5% purity is expected to be lower), a bismuth content of 81% by weight for bismuth sulfide Neglecting the volume of the electrodes and a conservatively estimated energy density of 0.7 kWh per liter, the material cost per kilowatt hour would be around $ 160.
Wegen der niedrigeren Dichte von 4,86 g/ccm und des geringeren Anteils an hochpreisigem Zinn (Produktion Welt 2011: um 300.000 Tonnen), welches wie Bismut ebenfalls um 20 $/kg kostet (Cu: um 8 $/kg) liegen die Rohstoffkosten für Cu2SnS3 (indirekte Bandlücke um 1 eV, direkte Bandlücke um 1,7 eV) bei 70 $/KWh.Because of the lower density of 4.86 g / cc and the lower proportion of high-priced tin (production world 2011: around 300,000 tons), which also costs about $ 20 / kg like bismuth (Cu: around $ 8 / kg), the raw material costs for Cu 2 SnS 3 (indirect band gap around 1 eV, direct band gap around 1.7 eV) at $ 70 / kWh.
Die Rohstoffkosten für das von seiner höheren Bandlücke und des geringeren Zinnanteils attraktivere Cu4SnS4 (indirekte Bandlücke bei 1,2 eV, direkte Bandlücke um 1,8 eV, Dichte 4,56 Gramm/ccm) liegen bei 60 $/KWh. Allerdings sind die Schmelztemperaturen dieser Halbleiter um etwa hundert Grad höher als jene des Bismutsulfids und die elektrischen Leitfähigkeiten rund um den Faktor zehn niedriger.The raw material costs for the more attractive of its higher band gap and the lower tin content Cu 4 SnS 4 (indirect band gap at 1.2 eV, direct band gap around 1.8 eV, density 4.56 grams / ccm) are at 60 $ / KWh. However, the melting temperatures of these semiconductors are about one hundred degrees higher than those of the bismuth sulfide and the electrical conductivities are lower by a factor of ten.
Wegen der höheren Reaktionsenthalpien ist die Herstellung dieser Verbindungen in fester Phase vorzuziehen.Because of the higher reaction enthalpies, the preparation of these compounds in solid phase is preferable.
Dazu werden die in der flüssigen Phase einphasigen Legierungen mit den Zusammensetzungen Cu2Sn oder Cu4Sn aus der Schmelze versprüht und die feinteiligen Pulver unter Temperaturerhöhung in fester Phase mit gasförmigem Schwefel umgesetzt. Da hierbei die Reaktionsenthalpien höher sind als bei der Reaktion mit Bismut, werden nach dieser Methode komplette Umsätze bei Temperaturen bis zu 500°C erhalten.For this purpose, the single phase in the liquid phase alloys are sprayed with the compositions Cu 2 Sn or Cu 4 Sn from the melt and the finely divided powder reacted with increasing the temperature in the solid phase with gaseous sulfur. Since in this case the enthalpies of reaction are higher than in the reaction with bismuth, complete conversions at temperatures of up to 500 ° C. are obtained by this method.
Den niedrigsten Rohstoffkostenanteil weist Kupferchlorid mit ca. 30 $/KWh auf. Zur Herstellung von Kupferchlorid existieren technische Verfahren. Beispielsweise wird es nach der Patentschrift
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2012
- 2012-11-21 DE DE201210022686 patent/DE102012022686A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Title |
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