Zur Speicherung von überschüssigem elektrischem Strom, der beispielsweise bei der Stromerzeugung durch erneuerbare Energiequellen oder durch Kraftwerke anfällt, die im Bereich des optimalen Wirkungsgrades betrieben werden und für den temporär kein Bedarf im Netz besteht, werden verschiedene technische Alternativen angewandt. Eine davon ist die wiederaufladbare Oxidbatterie (Rechargeable Oxide Battery, ROB). ROBs werden üblicherweise bei Temperaturen zwischen 600°C und 800°C betrieben, hierbei wird Sauerstoff, der an einer Luftelektrode der elektrischen Zelle zugeführt wird, in Sauerstoffionen umgewandelt, durch einen Festkörperelektrolyten transportiert und zur gegenüberliegenden Speicherelektrode gebracht. Dort findet eine Redoxreaktion statt, die je nach Lade- oder Entladeprozess elektrischen Strom aufnimmt oder erzeugt. Aufgrund der hohen benötigten Temperaturen für diesen Prozess ist die Werkstoffauswahl für die verwendeten Zellenwerkstoffe und Konstruktion der Zellenbauteile sowie die Anordnung des Speichermediums sehr komplex. Insbesondere leiden die einzelnen Komponenten nach mehreren Redoxzyklen, die bei den besagten Betriebstemperaturen betrieben werden. For storage of excess electrical power generated, for example, in the generation of electricity by renewable energy sources or by power plants, which are operated in the range of optimum efficiency and temporarily no need for the network, various technical alternatives are used. One of them is the Rechargeable Oxide Battery (ROB). ROBs are usually operated at temperatures between 600 ° C and 800 ° C, in this case, oxygen, which is supplied to an air electrode of the electrical cell, converted into oxygen ions, transported by a solid electrolyte and brought to the opposite storage electrode. There, a redox reaction takes place, which receives or generates electrical current depending on the charging or discharging process. Due to the high temperatures required for this process, the choice of materials for the cell materials used and construction of the cell components and the arrangement of the storage medium is very complex. In particular, the individual components suffer after several redox cycles, which are operated at said operating temperatures.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektrischen Energiespeicher auf Basis einer ROB bereitzustellen, der gegenüber dem Stand der Technik einen kostengünstigen, montagetechnisch einfach aufzubauenden und temperaturbeständigen Aufbau eines Stacks bzw. einer Speicherzelle gewährleistet. The object of the invention is therefore to provide an electrical energy storage based on a ROB, which ensures over the prior art, a cost-effective, easy to assemble mounting and temperature-resistant structure of a stack or a memory cell.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem elektrischen Energiespeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The solution of the problem consists in an electrical energy storage according to the preamble of patent claim 1.
Der elektrische Energiespeicher nach Anspruch 1 umfasst einen Stack, also einen Stapel aus mehreren Speicherzellen, wobei jede Speicherzelle mindestens zwei Gehäuseplatten aufweist. Hierbei umfasst eine erste Gehäuseplatte einer Speicherzelle eine Luftzuführung. Eine zweite Gehäuseplatte der Speicherzelle umfasst eine Aufnahme für ein Speichermedium. Der Energiespeicher zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Gehäuseplatte einer ersten Speicherzelle, also die Gehäuseplatte mit der Aufnahme für das Speichermedium, so wie die erste Gehäuseplatte (mit der Luftzuführung) einer zweiten Speicherzelle in Form eines einzigen integrierten Bauteils dargestellt sind. The electrical energy store according to claim 1 comprises a stack, that is to say a stack of a plurality of memory cells, each memory cell having at least two housing plates. Here, a first housing plate of a memory cell comprises an air supply. A second housing plate of the memory cell comprises a receptacle for a storage medium. The energy store is characterized in that the second housing plate of a first memory cell, ie the housing plate with the receptacle for the storage medium, as well as the first housing plate (with the air supply) of a second memory cell are shown in the form of a single integrated component.
Die Darstellung von zwei unterschiedlichen Gehäuseplatten von zwei benachbarten Zellen in einem integrierten Bauteil, das somit einstückig ausgestaltet ist, führt dazu, dass die Zellen praktisch Rücken an Rücken liegen, der Montageaufwand wird dadurch deutlich reduziert. The representation of two different housing plates of two adjacent cells in an integrated component, which is thus designed in one piece, means that the cells are practically back to back, the assembly effort is thereby significantly reduced.
Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, wenn das integrierte Bauteil plattenförmig ausgestaltet ist und eine Seite des integrierten Bauteils die erste Gehäuseplatte mit der Luftzuführung (im Weiteren Luftzuführseite genannt) der zweiten Speicherzelle darstellt. Die andere Seite des integrierten Bauteils (die Seite, in der das Speichermedium deponiert ist, im Weiteren Speicherseite genannt) bildet wiederum die zweite Gehäuseplatte der ersten Speicherzelle. Hierdurch wird es ermöglicht, das plattenförmige integrierte Bauteil beidseitig mit ebenen Dichteflächen zu versehen, was dazu führt, dass sowohl die Speicherseite als auch die Luftzuführungsseite gegenüber der Umgebung abgedichtet werden können. Dies führt insbesondere auch auf der Speicherseite dazu, dass dort eine weitgehend abgeschlossene Wasserdampfatmosphäre vorherrschen kann, was elektrochemisch für den Betrieb der Batterie vorteilhaft ist, worauf noch im Einzelnen eingegangen wird. It is particularly advantageous if the integrated component is plate-shaped and one side of the integrated component is the first housing plate with the air supply (hereinafter referred to as the air supply side) of the second storage cell. The other side of the integrated component (the side in which the storage medium is deposited, hereinafter referred to as the memory side) in turn forms the second housing plate of the first memory cell. This makes it possible to provide the plate-shaped integrated component on both sides with flat sealing surfaces, which means that both the memory side and the air supply side can be sealed from the environment. This leads in particular also on the memory side to the fact that there can prevail a largely closed steam atmosphere, which is advantageous electrochemically for the operation of the battery, which will be discussed in detail.
Insbesondere die Ausgestaltung der Aufnahme für das Speichermedium in Form von Vertiefungen, die mindestens 2 mm tief sind, bietet einen Vorteil gegenüber alternativen Ausgestaltungsformen, da so ein größeres Speichermedium in die Vertiefung eingebracht werden kann wobei diese Vertiefungen für das Speichermedium durch eine Elektrodentragstruktur bedeckt ist, die gegenüber der Umgebung ebenfalls abgedichtet ist. In particular, the configuration of the receptacle for the storage medium in the form of recesses which are at least 2 mm deep, offers an advantage over alternative embodiments, since a larger storage medium can be introduced into the recess, wherein these recesses for the storage medium is covered by an electrode support structure, which is also sealed against the environment.
Auf der Luftzuführungsseite des integrierten Bauteils bzw. der jeweiligen Speicherzelle ist mindestens ein Kanal in Form einer Vertiefung eingebracht, der über eine Bohrung mit einer Luftzufuhrvorrichtung des Stacks verbunden ist. Der gesamte Stack wird also über eine separate Luftzuführung mit Luft versorgt, die über feine Bohrungen in die Kanäle geleitet wird, die die Luft als Prozessgas an die entsprechende Elektrode, nämlich an eine Luftelektrode bzw. eine positive Elektrode führt. On the air supply side of the integrated component or the respective storage cell at least one channel is introduced in the form of a recess which is connected via a bore with an air supply device of the stack. The entire stack is thus supplied via a separate air supply with air, which is passed through fine holes in the channels, which leads the air as a process gas to the corresponding electrode, namely an air electrode or a positive electrode.
Diese Bohrungen weisen bezüglich einer Ebene, in der der Kanal liegt eine Neigung auf, die zwischen 2° und 25°, bevorzugt zwischen 5° und 15° liegt. Diese Neigung hat produktionstechnische Vorteile, da bevorzugt mit einer Kammbohrvorrichtung mehrere Bohrungen gleichzeitig zur Luftzufuhrvorrichtung eingebracht werden können. Dieser geneigte Verlauf der Bohrungen der produktionstechnisch vorteilhaft ist, lässt sich insbesondere deshalb verwirklichen, da das integrierte Bauteil aufgrund der großen Tiefe der Vertiefungen für das Speichermedium ebenfalls relativ hoch ausgestaltet ist. Bei einem sehr flachen, einteiligen nicht integriertem Bauteil könnten die Bohrungen nicht in dieser vorteilhaften geneigten Form verwirklicht werden. These holes have with respect to a plane in which the channel is an inclination, which is between 2 ° and 25 °, preferably between 5 ° and 15 °. This tendency has advantages in terms of production technology, since a plurality of bores can preferably be introduced simultaneously with the air supply device using a comb boring device. This inclined course of the bores is advantageous in terms of production, can therefore be realized in particular because the integrated component is also designed to be relatively high due to the large depth of the recesses for the storage medium. In a very flat, one-piece non-integrated component, the holes could not be realized in this advantageous inclined shape.
Im Weiteren ist eine Elektrodenstruktur vorgesehen, die die Aufnahme des Speichermediums bevorzugt planar bedeckt, gegenüber der die Vertiefungen der Speicherseite der Zelle abgedichtet sind, wobei bestimmungsgemäß Sauerstoffionen durch die Elektrodenstruktur zur Speicherseite der Zelle wandern können. Der in der Speicherseite vorliegende Wasserdampf, sollte im Idealfall jedoch dort verbleiben. In addition, an electrode structure is provided, which accommodates the storage medium Preferably planar covers, against which the wells of the memory side of the cell are sealed, wherein intended oxygen ions can migrate through the electrode structure to the memory side of the cell. The water vapor present in the storage side should ideally remain there, however.
Die Elektrodenstruktur weist dabei eine positive Elektrode auf (Luftelektrode), einen Feststoffelektrolyten und eine negative Elektrode (Speicherelektrode), die bevorzugt planar aufeinander geschichtet sind und über ein ebenfalls planares Substrat bzw. eine Substratstruktur getragen werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Substratstruktur auf der Seite der negativen Elektrode also der Speicherelektrode angebracht und steht mit dieser in flächiger Verbindung. Im Gegenzug dazu steht der mindestens eine Kanal auf der Luftzufuhrseite im direkten Kontakt mit der positiven Elektrode, also der Luftelektrode. In this case, the electrode structure has a positive electrode (air electrode), a solid electrolyte and a negative electrode (storage electrode), which are preferably stacked on top of one another and supported by a likewise planar substrate or a substrate structure. In an advantageous embodiment, the substrate structure on the side of the negative electrode that is the storage electrode is mounted and is in planar connection with this. In return, the at least one channel on the air supply side is in direct contact with the positive electrode, ie the air electrode.
Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung besteht in einem elektrischen Energiespeicher nach Anspruch 12 wobei hierbei ein Stack, also ein Stapel von Einzelzellen schichtförmig mit einer folgenden Abfolge ausgestaltet ist. Zunächst besteht eine Grundplatte mit einer Luftzufuhr für die erste Speicherzelle. Diese Grundplatte bildet also die Luftzuführseite der ersten Speicherzelle. Es folgt eine erste Elektrodenstruktur und anschließend das integrierte Bauteil. Wobei jeweils in zweckmäßiger Weise zwischen der Luftzufuhrseite der Grundplatte und der Elektrodenstruktur sowie zwischen der Elektrodenstruktur und dem integrierten Bauteil, dort der Speicherseite jeweils eine Dichtung, insbesondere eine Dichtung bestehend aus einer Glasfolie eingebracht ist. Die Grundplatte, die Elektrodenstruktur und die Speicherseite des integrierten Bauteils bilden somit die wesentlichen Bestandteile der ersten Speicherzelle. Daraufhin folgt eine zweite Speicherzelle, die auf der Luftzuführseite durch die Rückseite des integrierten Bauteils gestellt ist, es folgt wiederum eine Elektrodenstruktur sowie eine Abschlussplatte, die die Speicherseite der zweiten Zelle bildet. Die Elektrodenstruktur ist so eingebracht, dass jeweils die positive Elektrode der Luftzufuhrseite zugewandt ist und die negative Elektrode der Speicherseite zugewandt ist. A further embodiment of the invention consists in an electrical energy store according to claim 12, wherein in this case a stack, that is to say a stack of individual cells, is configured in a layered manner with a following sequence. First, there is a base plate with an air supply for the first memory cell. This base plate thus forms the Luftzuführseite the first memory cell. This is followed by a first electrode structure and then the integrated component. In each case expediently between the air supply side of the base plate and the electrode structure and between the electrode structure and the integrated component, there is a respective seal, in particular a seal consisting of a glass sheet is introduced. The base plate, the electrode structure and the memory side of the integrated component thus form the essential components of the first memory cell. This is followed by a second memory cell, which is placed on the air supply side through the back of the integrated component, it follows again an electrode structure and a cover plate, which forms the memory side of the second cell. The electrode structure is inserted so that each of the positive electrode faces the air supply side and the negative electrode faces the storage side.
Bei dem Beschriebenen handelt es sich um die einfachste Ausführung, selbstverständlich können beliebig viele integrierte Bauteile übereinander gestapelt werden, wobei der Stack jeweils von der Grundplatte und der Abschlussplatte begrenzt ist. In the described is the simplest version, of course, as many integrated components can be stacked on top of each other, the stack is limited in each case by the base plate and the end plate.
Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfindungen werden anhand der folgenden Figuren näher beschrieben. Merkmale mit derselben Bezeichnung jedoch in unterschiedlichen Ausgestaltungsformen behalten dabei dasselbe Bezugszeichen. Es handelt sich um rein exemplarische Ausgestaltungsformen, die keine Einschränkung des Schutzbereiches darstellen. Further embodiments and further features of the invention will be described in more detail with reference to the following figures. Features with the same name, however, in different embodiments retain the same reference numeral. These are purely exemplary embodiments that do not limit the scope of protection.
Dabei zeigen: Showing:
1 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer ROB, 1 a schematic representation of the operation of a ROB,
2 eine Explosionsdarstellung zum Aufbau eines Stacks in einer ROB, 2 an exploded view for building a stack in a ROB,
3, die Explosionsdarstellung aus 2 mit entgegengesetzter Blickrichtung, 3 , the exploded view 2 in the opposite direction,
4 einen Schichtaufbau zur detaillierten Darstellung einer Speicherzelle, 4 a layer structure for a detailed representation of a memory cell,
5 ein integriertes Bauteil mit Blick auf die Luftzuführseite, 5 an integrated component with a view of the air supply side,
6 ein integriertes Bauteil mit Blick auf die Speicherseite, 6 an integrated component with a view of the memory side,
7 eine Querschnittsdarstellung des integrierten Bauteils, 7 a cross-sectional view of the integrated component,
8 eine Draufsicht auf eine Grundplatte mit Luft- und Wasserzuführvorrichtung, 8th a plan view of a base plate with air and water supply device,
9 eine alternative Ausgestaltungsform der Grundplatte nach 8, 9 an alternative embodiment of the base plate according to 8th .
10 eine Deckplatte, und 10 a cover plate, and
11–16 unterschiedliche Strömungsrichtungen der Luftzufuhr. 11 - 16 different flow directions of the air supply.
Anhand der 1 soll schematisch die Wirkungsweise einer ROB beschrieben werden, insoweit dies für die folgende Beschreibung der Erfindung notwendig ist. Ein üblicher Aufbau der ROB besteht darin, dass über eine positive Elektrode ein Prozessgas, insbesondere Luft über eine Gaszufuhr 28 eingelasen wird, wobei aus der Luft Sauerstoff entzogen wird. Aus diesem Grund wird die positive Elektrode im Weiteren als Luftelektrode bezeichnet. Der Sauerstoff gelangt in Form von Sauerstoffionen (O2–) durch einen, an der positiven Elektrode anliegenden Feststoffelektrolyten 36 zu einer negativen Elektrode 38. An der negativen Elektrode ist ein Speichermedium in Form eines porösen Materials, das je nach Betriebszustand (Laden/Entladen) in elementarer Form oder in Oxidform vorliegt, angeordnet, das ein funktional wirkendes oxidierbares Material, insbesondere ein Metall, beispielsweise Eisen, enthält. Aus diesem Grund wird die negative Elektrode auch als Speicherelektrode bezeichnet, wobei dieser Begriff im Weiteren verwendet wird. Based on 1 Let us describe schematically the operation of an ROB, insofar as this is necessary for the following description of the invention. A common structure of the ROB is that via a positive electrode, a process gas, in particular air via a gas supply 28 is blown in, whereby oxygen is extracted from the air. For this reason, the positive electrode is hereinafter referred to as an air electrode. The oxygen passes in the form of oxygen ions (O 2- ) through a, lying on the positive electrode solid electrolyte 36 to a negative electrode 38 , Disposed on the negative electrode is a storage medium in the form of a porous material which, depending on the operating state (charging / discharging), is present in elemental form or in oxide form, which contains a functionally active oxidizable material, in particular a metal, for example iron. For this reason, the negative electrode is also referred to as a storage electrode, which term will be used hereinafter.
Über ein, bei Betriebszustand der Batterie gasförmiges Redoxpaar beispielsweise H2/H2O, werden die durch den Festkörperelektrolyten transportierten Sauerstoffionen durch Porenkanäle eines porösen Körpers, der als Speichermedium dient, zu dem oxidierbaren Material, also dem Metall, transportiert bzw. abgezogen. Je nachdem, ob ein Lade- oder Entladevorgang vorliegt, wird das Metall bzw. Metalloxid oxidiert oder reduziert und der hierfür benötigte Sauerstoff durch das gasförmige Redoxpaar H2-H2O angeliefert oder zum Festkörperelektrolyten zurücktransportiert (dieser Mechanismus wird als Shuttlemechanismus bezeichnet). About a, in the operating condition of the battery gaseous redox couple example, H 2 / H 2 O, the transported through the solid electrolyte oxygen ions through pore channels of a porous body, which serves as a storage medium, to the oxidizable material, ie the metal, transported or withdrawn. Depending on whether a charge or discharge process is present, the metal or metal oxide is oxidized or reduced and the oxygen required for this purpose is supplied by the gaseous redox couple H 2 -H 2 O or transported back to the solid electrolyte (this mechanism is referred to as a shuttle mechanism).
Anhand von 2 und 3 soll nun der Aufbau eines Stacks, der wiederum Bestandteil des elektrischen Energiespeichers in seiner Gesamtheit ist, wobei hierfür in der Regel mehrere Stacks zusammengefasst werden, dargestellt werden. Die Explosionsdarstellung in 2 ist in der Art aufgebaut, dass der Blick auf eine Luftzufuhrseite 18 der jeweiligen Speicherzelle 4 gerichtet ist, wobei eine Speicherseite 20 jeweils verdeckt ist. Die 3 hingegen stellt lediglich eine um 180° gedrehte Ansicht der 2 dar. Bei der 3 handelt es sich von unten nach oben gesehen, um eine produktionstechnisch gesehen günstige Montagereihenfolge. Die einzelnen Komponenten seien anhand der 2 im Folgenden von unten nach oben erläutert. Zunächst wird eine Deckplatte 42 angeordnet, auf der Kanäle 24 zur Luftzufuhr eingebracht sind. Die bezüglich der Grundplatte 42 sichtbare Seite der elektrischen Speicherzelle 4 wird als Luftführungsseite 18 bezeichnet. Die Grundplatte 42 weist eine ebene Fläche 50 auf, auf die eine Dichtung 46 aufgelegt wird. Die Dichtung 46 besteht beispielsweise aus einer Glasfolie, die bei den entsprechenden Temperaturen zwischen 600°C und 800°C die geforderten Dichtungseigenschaften aufweist. Auf die Dichtung 46 wird eine Elektrodenstruktur 22 aufgelegt, wobei hierbei die positive Elektrode 34 nach unten zu den Kanälen 24 zeigt. Auf die Wirkungsweise der Elektrodenstruktur wird noch bezüglich 4 näher eingegangen. Based on 2 and 3 Now, the construction of a stack, which in turn is part of the electrical energy storage in its entirety, which are summarized for this purpose usually several stacks, are shown. The exploded view in 2 is built in the way that the view of an air supply side 18 the respective memory cell 4 is directed, with a memory page 20 each is covered. The 3 however, only a rotated by 180 ° view of 2 at the 3 is seen from bottom to top, a production-technically favorable mounting order. The individual components are based on the 2 explained below from the bottom to the top. First, a cover plate 42 arranged on the channels 24 are introduced for air supply. The concerning the base plate 42 visible side of the electrical storage cell 4 is used as an air guide page 18 designated. The base plate 42 has a flat surface 50 on top of that, a seal 46 is hung up. The seal 46 For example, it consists of a glass sheet, which has the required sealing properties at the appropriate temperatures between 600 ° C and 800 ° C. On the seal 46 becomes an electrode structure 22 applied, in which case the positive electrode 34 down to the channels 24 shows. On the operation of the electrode structure is still respect 4 discussed in more detail.
Auf die Elektrodenstruktur 22 wird ein integriertes Bauteil 16 (auch als Interconnectorplatte bezeichnet, wobei dieser Begriff im Weiteren verwendet wird) aufgesetzt, wobei in Richtung der Elektrodenstruktur 22 Aufnahmen 12 für ein Speichermedium 14 in Form von Vertiefungen 13 eingebracht sind. Es handelt sich hierbei um die Speicherseite 20 der Interconnectorplatte 16, die analog dazu in der umgekehrten Explosionsdarstellung nach 3 zu erkennen ist. On the electrode structure 22 becomes an integrated component 16 (Also referred to as interconnector plate, this term is used hereinafter), wherein in the direction of the electrode structure 22 Recordings 12 for a storage medium 14 in the form of depressions 13 are introduced. This is the memory page 20 the interconnector plate 16 , The analogous thereto in the reverse exploded view after 3 can be seen.
Die Interconnectorplatte 16 weist auf der Rückseite wiederum eine Luftzuführseite 18 auf, die analog der Luftzuführseite 18 der Grundplatte 42 ausgestaltet ist. Auch diese Luftzuführungsseite 18 weist eine ebene Fläche 50 auf, auf die wiederum eine Dichtung 46 aufgebracht ist, es folgt eine weitere Elektrodenstruktur 22 und nun eine Bodenplatte 44, die in diesem Fall wiederum die Aufnahme 12 für ein Speichermedium 14 in Form von Vertiefungen 13 aufweist. The interconnector plate 16 has on the back again an air supply side 18 on, the analog of the air supply side 18 the base plate 42 is designed. Also this air supply side 18 has a flat surface 50 on, in turn, a seal 46 is applied, it follows a further electrode structure 22 and now a floor plate 44 which in this case turn the recording 12 for a storage medium 14 in the form of depressions 13 having.
Auf diese Bodenplatte 44 ist eine Luftverteilungsplatte 48 aufgebracht, die zum Einlass des Prozessgases, nämlich der Luft in den Stack 2 dient. On this floor plate 44 is an air distribution panel 48 applied to the inlet of the process gas, namely the air in the stack 2 serves.
Die Luftverteilungsplatte 48 weist dabei Vertiefungen 56 bzw. 56’ auf, die zum Einlass (56) bzw. Auslass (56’) der Luft, die als Prozessgas dient, dienen. Ferner weist die Luftverteilungsplatte 48 Vertiefungen 58 bzw. 58’ auf, über die Wasserdampf in den Stack 2 geleitet werden kann und über die der Wasserdampf in dem Stack verteilt wird. Sowohl die Vertiefungen 56, 56’ als auch die Vertiefungen 58, 58’ weisen Bohrungen 60 bzw. 62 auf, die zur Betriebsmittelzufuhr dienen. Als Betriebsmittel dienen insbesondere die Luft bzw. der Wasserdampf oder ein Spülgas. Gemäß 3 folgt auf die Luftverteilungsplatte 48 eine Bodenplatte 44, die mit dieser in bevorzugter Weise durch ein Fügeverfahren insbesondere durch ein Heißlöteverfahren stoffschlüssig verbunden ist. Im zusammengesetzten Stack 6 bilden die Luftverteilungsplatte 48 und die Bodenplatte 44 somit ein einziges gefügtes Bauteil. Die Bodenplatte 44 weist Aussparungen 64 und 65 auf, die wie in der Explosionsdarstellung gemäß 3 zu erkennen ist, über den jeweiligen Vertiefungen 56 für die Luftzufuhr bzw. der Vertiefungen 60, 60’ für die Wasserzufuhr liegen. The air distribution plate 48 has recesses 56 respectively. 56 ' up to the inlet ( 56 ) or outlet ( 56 ' ) serve the air, which serves as a process gas. Further, the air distribution plate 48 wells 58 respectively. 58 ' on, over the water vapor in the stack 2 can be routed and distributed over the steam in the stack. Both the wells 56 . 56 ' as well as the depressions 58 . 58 ' have holes 60 respectively. 62 on, which serve for the resource supply. As a resource are used in particular the air or water vapor or a purge gas. According to 3 follows on the air distribution plate 48 a bottom plate 44 , which is materially connected to this in a preferred manner by a joining process, in particular by a Heißlöteverfahren. In the composite stack 6 form the air distribution plate 48 and the bottom plate 44 thus a single joined component. The bottom plate 44 has recesses 64 and 65 on, as in the exploded view according to 3 it can be seen above the respective wells 56 for the air supply or the depressions 60 . 60 ' for the water supply.
Die Luft, die über die Vertiefungen 56 in den Stack eingebracht wird strömt somit durch die Aussparungen 64 im Randbereich der Bodenplatte 44 nach oben. Diese Aussparungen 64 zur Luftzufuhr weisen Bohrungen 26 auf, die in der perspektivischen Darstellung gemäß 2 bzw. detaillierter in den 5 und 7 zu erkennen sind. Diese Bohrungen 26 dienen dazu, die Luft in Kanäle 24 zu bringen, die mit der Luftelektrode 34 in Verbindung stehen. Die Luft wird somit aus den Aussparungen 64 in die Bohrungen 26 abgezweigt und werden somit der entsprechenden Luftelektrode 34 zugeführt. The air flowing over the depressions 56 is introduced into the stack thus flows through the recesses 64 in the edge area of the floor plate 44 up. These recesses 64 to the air supply have holes 26 auf, in the perspective view according to 2 or more detailed in the 5 and 7 can be seen. These holes 26 serve to channel the air 24 to bring that with the air electrode 34 keep in touch. The air is thus out of the recesses 64 into the holes 26 branched off and are thus the corresponding air electrode 34 fed.
Bei der beschriebenen Strömungsrichtung der Luft handelt es sich lediglich um ein exemplarisches Beispiel. Grundsätzlich kann die Luft auch in entgegen gesetzter Richtung geleitet werden. Es ist ferner durch die beschriebene Luftverteilungsplatte möglich ohne erheblichen technischen Aufwand und unter Beibehaltung des grundsätzlichen vorteilhaften Stack-Aufbaus mit seiner relativ einfachen Montage, eine andere Luftverteilung zu generieren, wenn dies aus thermischen Gründen notwendig sein sollte. The described flow direction of the air is merely an exemplary example. Basically, the air can also be directed in the opposite direction. It is also possible by the air distribution plate described without considerable technical effort and while maintaining the fundamentally advantageous stack structure with its relatively simple installation to generate a different air distribution, if this should be necessary for thermal reasons.
Durch die chemische Reaktion, die sich in den Zellen abspielt, weißt auch das Prozessgas, also die Luft in ungünstigen Fällen einen erheblichen Temperaturgradienten über den gesamten Strömungsverlauf auf. Dieser Temperaturgradient kann wiederum zu thermischen Spannungen in den einzelnen Komponenten, wie beispielsweise der Interconnectorplatte 16 führen. Zur Vermeidung bzw. Reduktion dieser thermischen Spannungen wird der Strömungsverlauf der Luft entsprechend angepasst. Je nachdem wie viele Zellen 4 und in welcher geometrischen Anordnung diese in den einzelnen Schichtfolgen 54, 54’ angeordnet sind, können verschiedene Luftströmungswege thermisch zweckmäßig sein. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich grundsätzlich um einen Kreuzstrom, da sich die Richtung der Luftkanäle 24 und die Richtung der Vertiefungen 13 (gestrichelte Pfeile in den 11 bis 16) für das Speichermedium 14 im 90°-Winkel zueinander verlaufen. Dieser Kreuzstrom kann beispielsweise wie in den 11 bis 13 dargestellt, verlaufen. Im Gegensatz dazu spricht man von einem Gleichstrom, wenn die Vertiefungen 13 und die Kanäle 24 wie in 14 gezeigt, auf der Interconnectorplatte 16 parallel verlaufen würden. In de 15 und 16 ist ein mäanderförmiger Verlauf des Luftstroms beschrieben, der im Gleichstrom oder Gegenstrom geführt sein kann. Die unterschiedlichen Strömungsverläufe setzen selbstverständlich entsprechende Anpassungen der Komponenten der Wasserdampfzuführvorrichtung und der Luftzuführvorrichtung 28 voraus, die in den 11 bis 16 nicht explizit dargestellt sind. Due to the chemical reaction that takes place in the cells, the process gas also knows the air in unfavorable cases, a significant temperature gradient over the entire flow path. This temperature gradient can in turn lead to thermal stresses in the individual components, such as the interconnector plate 16 to lead. To avoid or reduce these thermal stresses, the flow pattern of the air is adjusted accordingly. Depending on how many cells 4 and in which geometric arrangement these in the individual layer sequences 54 . 54 ' are arranged, different air flow paths may be thermally appropriate. In the described embodiment is basically a cross-flow, as the direction of the air ducts 24 and the direction of the pits 13 (dashed arrows in the 11 to 16 ) for the storage medium 14 at a 90 ° angle to each other. This cross-flow can, for example, as in the 11 to 13 shown, run. In contrast, one speaks of a direct current when the wells 13 and the channels 24 as in 14 shown on the interconnector plate 16 would be parallel. In the 15 and 16 a meandering course of the air flow is described, which can be performed in cocurrent or countercurrent. Of course, the different flow patterns make corresponding adjustments to the components of the steam supply device and the air supply device 28 ahead in the 11 to 16 are not explicitly shown.
Über der Bodenplatte 44 ist die Interconnectorplatte 16 (bzw. das integrierte Bauteil 16) aufgebracht, die ebenfalls Aussparungen 64, 64’ aufweist, die mit den Aussparungen 64 der Bodenplatte 44 einen Luftkanal bilden. Da der Luftkanal gemäß der 2 und 3 durch die Stapelungen der Aussparungen 64 gebildet wird und als ganzes nicht zu erkennen ist, ist er auch nicht einem Bezugszeichen versehen. Dieser Luftkanal verläuft weiter durch die Interconnectorplatte durchläuft ebenfalls eine Dichtung 46, die ebenso wie die Bodenplatte 44 und die Interconnectorplatte 16 die wie diese jeweils kongruente Aussparungen 47 aufweist, durch die die Luft bzw. der Wasserdampf hindurchströmen kann und die ebenfalls den Luftkanal mit bilden. Above the bottom plate 44 is the interconnector plate 16 (or the integrated component 16 ) applied, which also recesses 64 . 64 ' that has with the recesses 64 the bottom plate 44 form an air duct. Since the air duct according to the 2 and 3 through the stackings of the recesses 64 is formed and as a whole is not recognizable, he is not provided with a reference numeral. This air duct continues through the interconnector plate also passes through a seal 46 as well as the bottom plate 44 and the interconnector plate 16 the like each of these congruent recesses 47 through which the air or water vapor can flow and which also form the air duct with.
Es können nun je nach Ausgestaltung des Stacks 2 mehrere Interconnectorplatten 16 folgen, in den 2 und 3 ist jeweils nur eine Interconnectorplatte 16 abgebildet, auf die nun eine sogenannte Deckplatte 42 folgt. Die Deckplatte 42 weist wiederum Vertiefungen 66 für die Luftzufuhrvorrichtung auf. Die Vertiefungen 66 in der Deckplatte 42 weisen ebenfalls wiederum Bohrungen 26 auf, die in Kanäle 24 führen, die ebenfalls mit der Luftelektrode 34 einer elektrischen Energiespeicherzelle 4, 4’ in Verbindung steht. Der Luftkanal des Stacks 2 ist somit in der Art aufgebaut, dass die Luft an den einzelnen Speicherzellen 4 vorbeiströmt und durch die Bohrungen 26 zu den jeweiligen Luftelektroden 34 der einzelnen Zellen 4 abgezweigt werden. In der Deckplatte 42 wird die Luft entsprechend umgeleitet und durch Vertiefungen 64’, die in dieser Ausgestaltungsform in der Mitte der jeweiligen Platte also der Bodenplatte 44, der Deckplatte 42 oder der Interconnectorplatte 16 angeordnet sind, und die wiederum einen Luftkanal bilden, zurück zur Luftverteilerplatte 48 geleitet. Dort stehen diese Vertiefungen und dieser Luftkanal in Verbindung mit der Vertiefung 56’ in der Luftverteilerplatte und die Luft wird über die Bohrung 60’ aus dem Stack wieder ausgeleitet. It can now depending on the design of the stack 2 several interconnector boards 16 follow in the 2 and 3 is only one interconnector plate at a time 16 pictured, on which now a so-called cover plate 42 follows. The cover plate 42 again has pits 66 for the air supply device. The wells 66 in the cover plate 42 again have holes 26 on that in channels 24 lead, which also with the air electrode 34 an electrical energy storage cell 4 . 4 ' communicates. The air duct of the stack 2 is thus constructed in the way that the air at the individual memory cells 4 flowed past and through the holes 26 to the respective air electrodes 34 the individual cells 4 be diverted. In the cover plate 42 the air is diverted accordingly and through depressions 64 ' , In this embodiment, in the middle of the respective plate so the bottom plate 44 , the cover plate 42 or the interconnector plate 16 are arranged, and in turn form an air duct, back to the air distribution plate 48 directed. There are these wells and this air duct in connection with the depression 56 ' in the air distribution plate and the air gets over the hole 60 ' discharged from the stack again.
Die Vertiefungen 56 dienen demnach dazu, die Luft, die in den Stack eingebracht wird, auf die einzelnen Luftkanäle und im Weiteren auf die einzelnen Speicherzellen, von denen es pro Stackebene mehrere geben kann (gemäß Beispiel in 3 und 4 sind es vier Speicherzellen pro Ebene) zu verteilen. Die Vertiefung 56’ dienen dazu die aus den Luftkanälen zurückgeführte Luft zu sammeln und gegebenenfalls wieder aus dem Stack auszuleiten. Grundsätzlich kann die Luft von der Vertiefung 56’ aus auch wieder erneut zumindest teilweise dem Kreislauf zugeführt werden. The wells 56 serve therefore to the air that is introduced into the stack, on the individual air channels and in the following on the individual memory cells, of which there may be several per stack level (according to example in 3 and 4 there are four memory cells per level). The depression 56 ' serve to collect the recirculated air from the air ducts and, if necessary, to discharge it from the stack again. Basically, the air from the depression 56 ' from again again at least partially recycled.
Das gesamte System zur Luftzuführung umfasst demnach die Bohrungen 60, 60’, die Vertiefungen 56, 56’, die Bohrungen 26 zu den Kanälen 24, die Aussparungen 64, 64’ sowie die Vertiefungen 66, 66’ die zusammen die nicht bezeichneten Luftkanäle bilden. Dieses gesamte System wird als Luftzufuhrvorrichtung 28 bezeichnet. In der technischen Terminologie ist hier auch der Begriff Manifold gebräuchlich. The entire system for air supply therefore includes the holes 60 . 60 ' , the wells 56 . 56 ' , the holes 26 to the channels 24 , the recesses 64 . 64 ' as well as the depressions 66 . 66 ' which together form the non-designated air channels. This entire system is called an air supply device 28 designated. In technical terminology, the term manifold is also used here.
Analog zur gerade beschriebenen Luftzufuhrvorrichtung 28 soll nun noch auf die Wasserdampfzufuhrvorrichtung 70 eingegangen werden. Hierzu ist insbesondere 3 zu beachten, wobei wiederum von der Luftverteilungsplatte 48 ausgegangen wird, die ebenfalls Vertiefungen 60 aufweist, über die durch Bohrungen 62, 62’ Wasserdampf bzw. eine Spülgas in den Stack eingeleitet werden kann. Dieser Wasserdampf wird über die Vertiefungen 60 in Aussparungen 65 der Bodenplatte 44 bzw. der Interconnectorplatte 16 geleitet. Diese Aussparungen 65 bilden wiederum einen nicht bezeichneten Kanal zur Wasserdampfleitung, einen Wasserdampfkanal. Hierbei strömt der Wasserdampf nicht wie die Luft in dem Luftkanal sondern der Wasserdampf liegt bevorzugt stationär mit einem Überdruck von beispielsweise 20 mbar gegenüber dem Umgebungsdruck vor. Die Aufgabe des Wasserdampfkanals bzw. der gesamten Wasserdampfzufuhrvorrichtung 70 besteht insbesondere darin, den Wasserdampfdruck für das Speichermedium 14 möglichst konstant zu halten. Sollte der Wasserdampfdruck abfallen, kann dieser durch die Wasserdampfzufuhrvorrichtung von außen nachreguliert werden. Die Wasserdampfkanäle stehen insbesondere in direkter Verbindung mit den Vertiefungen 13 auf der Speicherseite 20 der Interconnectorplatte 16 und mit dem Speichermedium 14. Analogous to the air supply device just described 28 should now on the water vapor supply device 70 To be received. This is especially true 3 to pay attention, in turn, from the air distribution plate 48 which is also recesses 60 over which through holes 62 . 62 ' Steam or a purge gas can be introduced into the stack. This water vapor gets over the pits 60 in recesses 65 the bottom plate 44 or the interconnector plate 16 directed. These recesses 65 again form an unnamed channel to the steam line, a steam channel. In this case, the water vapor does not flow as the air in the air duct but the water vapor is preferably stationary with an overpressure of, for example 20 mbar compared to the ambient pressure. The task of the water vapor channel or the entire water vapor supply device 70 in particular, it is the water vapor pressure for the storage medium 14 keep as constant as possible. If the water vapor pressure drops, this can be readjusted by the water vapor supply device from the outside. The water vapor channels are standing especially in direct connection with the wells 13 on the memory page 20 the interconnector plate 16 and with the storage medium 14 ,
Im Hinblick auf die Wasserdampfatmosphäre im Stack dienen ebenfalls die Vertiefungen 58, 58’ in der Luftverteilerplatte 48 zur Verteilung auf die Wasserdampfkanäle des Stacks, die jede einzelne Speicherzelle 4 mit Wasserdampf versorgen. Das besondere an der Luftverteilerplatte 48 ist, dass in ihr neben der Luftverteilung auch die Wasserdampfverteilung integriert ist, was den gesamten Aufbau des Stacks weniger kompliziert gestaltet und die Montage vereinfacht. With respect to the steam atmosphere in the stack also serve the wells 58 . 58 ' in the air distribution plate 48 for distribution to the steam channels of the stack containing each individual memory cell 4 supply with steam. The special thing about the air distribution plate 48 is that in addition to the air distribution and the water vapor distribution is integrated, which makes the overall structure of the stack less complicated and simplifies installation.
Grundsätzlich muss die Luftverteilerplatte 48 nicht unbedingt zwei bzw. drei Vertiefungen für die Luftzufuhrvorrichtung 28 bzw. Wasserdampfzufuhrvorrichtung 70 umfassen. Die Luftabfuhr aus dem Stack 2 kann auch über eine weitere, hier nicht dargestellte Platte auf der gegenüberliegenden Seite der Luftverteilungsplatte 48 erfolgen. Der hier beschriebene Aufbau ist jedoch sehr zweckmäßig, platzsparend und bauteilsparend und in der Montage sehr kostengünstig. Basically, the air distribution plate 48 not necessarily two or three wells for the air supply device 28 or steam supply device 70 include. The air removal from the stack 2 can also have another, not shown here plate on the opposite side of the air distribution plate 48 respectively. However, the structure described here is very convenient, space-saving and component-saving and very inexpensive to install.
In den 8 und 9 ist die Luftverteilungsplatte 48 noch einmal einzeln in vergrößerter Darstellung abgebildet, hierbei handelt es sich um zwei alternative Ausgestaltungsformen der Luftverteilungsplatte 48 mit gleicher Wirkung. Die 10 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Deckplatte 42. In the 8th and 9 is the air distribution plate 48 again shown individually in an enlarged view, these are two alternative embodiments of the air distribution plate 48 with the same effect. The 10 shows an enlarged view of the cover plate 42 ,
Die Wasserdampfzufuhrvorrichtung 70 umfasst hierbei insbesondere die nicht bezeichneten Wasserdampfkanäle, die aus den Aussparungen 65 in der Bodenplatte 44 bzw. der Interconnectorplatte 16 gebildet sind, sowie die Vertiefungen 58 bzw. 58’ in der Luftverteilungsplatte 48 und die Bohrungen 62 in der Luftverteilungsplatte 48. The water vapor supply device 70 in this case includes in particular the non-designated water vapor channels, which consist of the recesses 65 in the bottom plate 44 or the interconnector plate 16 are formed, and the wells 58 respectively. 58 ' in the air distribution panel 48 and the holes 62 in the air distribution panel 48 ,
Es soll im Folgenden noch kurz auf die Montage des Stacks 2 eingegangen werden. Wie bereits erwähnt wird zunächst die Luftverteilungsplatte 48 mit der Bodenplatte 44 verlötet. Diese beiden Platten bilden nun ein einziges stoffschlüssig verbundenes Bauteil. Auf diesem Bauteil, das mit der Speicherseite 20 nach oben zeigt, werden nun die Elektrodenstrukturen 22, sowie die Dichtungen 46, die auf den ebenen Flächen 50 aufliegen, aufgesetzt. Es folgt nun die Interconnectorplatte 16, wobei hierbei die Luftseite nach unten zeigt und die Elektrodenseite nach oben. Es folgen wiederum Elektrodenstrukturen 22, 22’ sowie Dichtungen 46. Abschließend wird nach gegebenenfalls weiteren Schichtfolgen 54 von weiteren Interconnectorplatten 16, Elektrodenstrukturen 22 und Dichtungen 46 und die Deckplatte 42 aufgelegt. Dieser so zusammengesetzte Stack 2 wird nun bei einer bestimmten Temperatur bevorzugt über 800°C wärmebehandelt. Hierbei schmelzen die Dichtungen 46, die beispielsweise aus einer Glasfritte bestehen zumindest teilweise auf und verkleben somit die einzelnen Komponenten also die Interconnectorplatten 16 bzw. die Deckplatte 42, Bodenplatte 44 miteinander und dichten diese ab. Die Dichtungen 46 bilden hierbei bevorzugt amorphe und kristalline Komponenten gleichzeitig aus, weshalb hierbei von einer sogenannten Glaskeramik gesprochen werden kann. Auf eine Verschraubung des Stacks kann durch diese Montagemethode in der Regel verzichtet werden. It will be briefly explained below on the assembly of the stack 2 To be received. As already mentioned, first the air distribution plate 48 with the bottom plate 44 soldered. These two plates now form a single materially connected component. On this component, with the memory page 20 pointing up, now become the electrode structures 22 , as well as the seals 46 on the flat surfaces 50 rest, put on. This is followed by the interconnector plate 16 , whereby the air side points downwards and the electrode side upwards. Again, electrode structures follow 22 . 22 ' as well as seals 46 , Finally, after possibly further layer sequences 54 from further interconnector boards 16 , Electrode structures 22 and seals 46 and the cover plate 42 hung up. This composite stack 2 is now heat treated at a certain temperature preferably above 800 ° C. Here, the seals melt 46 , which consist for example of a glass frit at least partially and thus glue the individual components so the interconnector plates 16 or the cover plate 42 , Bottom plate 44 with each other and seal them off. The seals 46 In this case, it is preferable to form amorphous and crystalline components simultaneously, which is why it is possible to speak here of a so-called glass ceramic. On a screwing the stack can be dispensed with by this mounting method usually.
Die Interconnectorplatte 16 stellt somit in effizienter Form jeweils eine Gehäuseplatte einer Zelle 4 sowie einer zweiten Zelle 4’ dar. Es weist auf jeder Seite ebene Flächen 50 auf, die dazu geeignet sind, dass gesamt integrierte Bauteil bzw. durch dieses eingeschlossene Zellen 4 in einfacher und effizienter Weise abzudichten. Es ist dabei anzumerken, dass jede Schicht eines Stacks 2 mehrere Zellen 4 umfassen kann. Im vorliegenden Beispiel sind auf der Bodenplatte 42 bzw. der Interconnectorplatte 16 und der Deckplatte 44 die Strukturen für jeweils vier Speicherzellen 4 aufgebracht. Jede Schichtfolge 54 von Bodenplatte 44, Dichtung 46, Elektrodenstruktur 22 und die Interconnectorplatte 16 liefert somit vier einzelne Speicherzellen 4, 4’. The interconnector plate 16 thus represents in an efficient form each case a housing plate of a cell 4 and a second cell 4 ' It has flat surfaces on each side 50 on, which are suitable for the total integrated component or by this enclosed cells 4 to seal in a simple and efficient way. It should be noted that every layer of a stack 2 several cells 4 may include. In the present example are on the bottom plate 42 or the interconnector plate 16 and the cover plate 44 the structures for every four memory cells 4 applied. Each layer sequence 54 from bottom plate 44 , Poetry 46 , Electrode structure 22 and the interconnector plate 16 thus provides four individual memory cells 4 . 4 ' ,
Bei den Darstellungen nach 2 und 3 wurde der Übersichtlichkeit halber jeweils nur eine Abfolge unter Verwendung einer Interconnectorplatte 16 dargestellt. Grundsätzlich kann der Stack 2 in vorteilhafter Weise selbstverständlich mehrere Schichtfolgen 54, 54’ von Zellen 4 und 4’ unter Verwendung einer höheren Anzahl von Interconnectorplatten 16 enthalten. Eine Anzahl von zehn Schichtfolgen 54 von Zellen 4, 4’ mit jeweils zwei bis acht Zellen 4 pro Schichtfolgen 54 kann hierbei unter Berücksichtigung des prozesstechnischen Aufwandes der Luftverteilung zweckmäßig sein. In the illustrations after 2 and 3 For the sake of clarity, only one sequence was used at a time using an interconnector plate 16 shown. Basically, the stack can 2 in an advantageous manner, of course, several layer sequences 54 . 54 ' of cells 4 and 4 ' using a higher number of interconnector boards 16 contain. A number of ten layer sequences 54 of cells 4 . 4 ' with two to eight cells each 4 per shift sequence 54 may be appropriate in this case, taking into account the process engineering effort of the air distribution.
In 4 ist eine Querschnittdarstellung aus einem Ausschnitt eines Stacks 2 im zusammengesetzten Zustand gegeben, wobei hierbei die einzelnen Schichten der Elektrodenstruktur 22 detaillierter dargestellt sind. Hierbei handelt es sich jedoch um eine stark schematisierte Darstellung, die in keiner Weise als maßstabsgetreu anzusehen ist. Quer durch den Schichtaufbau nach 4 sind hier gestrichelte Linien 52 gezeichnet, die außenseitig durch eine geschweifte Klammer mit dem Bezugszeichen 4 und 4’ versehen sind, wobei diese beiden gestrichelten Linien 52, 52’ den Abschluss einer Zelle 4 bzw. einer Schichtfolgte 54 darstellen. Die gestrichelten Linien 50 verlaufen dabei quer durch die Interconnectorplatte 16, das wie beschrieben, jeweils Bestandteil zweier aufeinanderfolgenden Zellen 4, 4’ ist. Die Beschreibung soll nun von der gestrichelten Linie 52 aus beginnen, sie beschreibt eine Ebene, die parallel zur ebenen Fläche 50 durch die Interconnectorplatte 16 verläuft. Oberhalb der gestrichelten Linie 52 verlaufen die Kanäle 24, die über Bohrungen 26 mit der in 4 nicht dargestellten Luftzuführvorrichtung 28 verbunden sind. Die durch die Kanäle 24 strömende Luft steht im direkten Kontakt mit der Luftelektrode 34, an der Sauerstoffatome zu Sauerstoffionen ionisiert werden, die Sauerstoffionen O2– wandern durch einen Festkörperelektrolyten 36 zur Speicherelektrode 38. Die Speicherelektrode 38, die beispielsweise aus Nickel besteht, das mit den Ytrium verstärkten Zirkonoxid gemischt ist, ist auf einer Substratstruktur 40 aufgesetzt, die im Wesentlichen dieselbe chemische Zusammensetzung wie die Speicherelektrode 38 aufweist, sich jedoch bezüglich ihrer Porösität und ihrer Mikrostruktur von dieser unterscheidet. Die Substratstruktur 40 dient dazu, die Elektroden 34, 38 bzw. den Festkörperelektrolyten 36, die eine sehr dünne Ausdehnung von wenigen µm haben, zu tragen. Grundsätzlich kann die Substratstruktur 40 auch auf der Luftelektrodenseite aufgebracht sein. In 4 is a cross-sectional view of a section of a stack 2 given in the assembled state, in which case the individual layers of the electrode structure 22 are shown in more detail. However, this is a highly schematic representation, which is in no way to be considered as true to scale. Across the layer structure 4 here are dashed lines 52 drawn on the outside by a curly bracket with the reference numeral 4 and 4 ' are provided, these two dashed lines 52 . 52 ' the completion of a cell 4 or a layer follower 54 represent. The dashed lines 50 thereby run across the interconnector plate 16 , as described, each part of two consecutive cells 4 . 4 ' is. The description should now be from the dashed line 52 Starting from, it describes a plane that is parallel to the flat surface 50 through the interconnector plate 16 runs. Above the dashed line 52 the channels are running 24 that have holes 26 with the in 4 not shown air supply device 28 are connected. The through the channels 24 flowing air is in direct contact with the air electrode 34 in which oxygen atoms are ionized to oxygen ions, the oxygen ions O 2- migrate through a solid electrolyte 36 to the storage electrode 38 , The storage electrode 38 For example, made of nickel mixed with the yttrium-reinforced zirconia is on a substrate structure 40 attached, the substantially the same chemical composition as the storage electrode 38 but differs from it in its porosity and microstructure. The substrate structure 40 serves to the electrodes 34 . 38 or the solid electrolyte 36 , which have a very thin extension of a few microns to wear. In principle, the substrate structure 40 also be applied to the air electrode side.
Die Sauerstoffionen werden an der porösen negativen Elektrode 38 mit molekularem Wasserstoff in Verbindung gebracht, und zu Wasser aufoxidiert. Das Wasser diffundiert durch die Poren der Substratstruktur 40 zur Aufnahme 12 für das Speichermedium 14. Die Aufnahme 12 für das Speichermedium 14 ist, wie in 6 näher dargestellt ist, in Form von kanalförmigen Vertiefungen 13 ausgestaltet. Diese Vertiefungen 13 weisen insbesondere eine Tiefe von mehr als 2 mm, bevorzugt etwa 6–10 mm auf. In diesen Vertiefungen 13 sind gepresste Stifte aus Eisen bzw. Eisenoxid eingelegt. Dieses Eisen bzw. Eisenoxid (je nach Betriebszustand Laden oder Entladen liegt der oxidierte oder reduzierte Zustand vor) dient als Speichermedium 14. Diese gepressten Stifte sind porös ausgestaltet, so dass der Wasserdampf in alle Poren und somit an alle Oberflächen des Speichermediums 14 gelangen kann. Somit herrscht in den Vertiefungen 13 eine Wasserdampfatmosphäre vor. The oxygen ions become at the porous negative electrode 38 associated with molecular hydrogen, and oxidized to water. The water diffuses through the pores of the substrate structure 40 to record 12 for the storage medium 14 , The recording 12 for the storage medium 14 is how in 6 is shown in more detail, in the form of channel-shaped depressions 13 designed. These depressions 13 in particular have a depth of more than 2 mm, preferably about 6-10 mm. In these depressions 13 are pressed pins made of iron or iron oxide. This iron or iron oxide (depending on the operating state of charging or discharging is the oxidized or reduced state before) serves as a storage medium 14 , These pressed pins are made porous, so that the water vapor in all pores and thus on all surfaces of the storage medium 14 can get. Thus prevails in the wells 13 a steam atmosphere.
In den 5–7 ist eine detaillierte Darstellung der Interconnectorplatte 16 gegeben. Hierbei zeigt die 5 einen Blick auf die Luftzuführungsseite 18 der Interconnectorplatte 16, wobei auf einer Platte der Interconnectorplatte 16 in dieser Ausgestaltungsform die Luftzuführung für jeweils vier einzelne Speicherzellen aufgebracht ist. Die Luftzuführungsseite 18 der Interconnectorplatte 16 weist die einzelnen Kanäle 24 auf, wobei zu erkennen ist, dass die Kanäle 24 über Bohrungen 26 mit der gesamten Luftzuführungsvorrichtung 28 des Stacks 2 in Verbindung stehen. Bei dieser Ausgestaltungsform handelt es sich um einzelne geradlinig verlaufende Kanäle 24, die jeweils eine Bohrung 26 im Eingang sowie, hier nicht dargestellt, eine weitere Bohrung zum Luftauslass in die allgemein bezeichnete Luftzuführungsvorrichtung 28 aufweisen. In the 5 - 7 is a detailed representation of the interconnector plate 16 given. This shows the 5 a look at the air supply side 18 the interconnector plate 16 , being on a plate of the interconnector plate 16 in this embodiment, the air supply is applied for each four individual memory cells. The air supply side 18 the interconnector plate 16 shows the individual channels 24 on, where it can be seen that the channels 24 about holes 26 with the entire air supply device 28 of the stack 2 keep in touch. This embodiment is a single rectilinear channels 24 , each one a bore 26 in the entrance and, not shown here, another bore to the air outlet in the generally designated air supply device 28 exhibit.
In 6 ist die Speicherseite 20 der Interconnectorplatte 16 zu sehen, die auf der Rückseite der Luftzufuhrseite 18 gemäß 4 angeordnet ist. Die Speicherseite weist ebenfalls kanalförmige Vertiefungen 13 auf, die als Aufnahme 12 für das hier nicht dargestellte Speichermedium 14 dienen. Sowohl in 5 als auch in 6 sind die ebenen Dichtflächen 50 zu erkennen, auf die die Dichtungen 46 aufgelegt werden und somit jede Seite, die Luftzuführungsseite 18 sowie die Speicherseite 20 gegen die Umgebung abdichten. Somit ist es möglich, einen hohen Grad an Dichtigkeit in den Vertiefungen 13 zu erzielen und somit einen konstanten Gehalt an Wasserdampf im Speichermedium zu gewährleisten. In 6 is the memory page 20 the interconnector plate 16 to see that on the back of the air supply side 18 according to 4 is arranged. The memory side also has channel-shaped recesses 13 on that as a recording 12 for the storage medium, not shown here 14 serve. As well in 5 as well as in 6 are the flat sealing surfaces 50 to recognize the seals 46 be placed and thus each side, the air supply side 18 as well as the memory page 20 seal against the environment. Thus, it is possible to have a high degree of tightness in the wells 13 to achieve and thus to ensure a constant content of water vapor in the storage medium.
In 7 ist noch ein Querschnitt durch die Interconnectorplatte 16 gegeben, in dem die bezüglich 4 und 5 beschriebenen Merkmale dieser Darstellung nachvollzogen werden können. In 7 is still a cross section through the interconnector plate 16 given in which the respect 4 and 5 described features of this representation can be understood.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient des integrierten Bauteils liegt bevorzugt in der Nähe des Ausdehnungskoeffizienten der Substratstruktur 40. Der Ausdehnungskoeffizient sollte zwischen 12 × 10–6K–1 – 14 × 10–6K–1 insbesondere bei 13 × 10–6K–1 liegen. Als Material für das integrierte Bauteil bietet sich daher ein ferristischer Stahl mit einem Chromgehalt zwischen 15 Gew.% und 30 Gew.% an. The thermal expansion coefficient of the integrated component is preferably in the vicinity of the expansion coefficient of the substrate structure 40 , The expansion coefficient should be between 12 × 10 -6 K -1 - 14 × 10 -6 K -1, especially at 13 × 10 -6 K -1 . As a material for the integrated component, therefore, offers a ferrite steel with a chromium content between 15 wt.% And 30 wt.% To.
