DE102012221417A1 - Tubular metal air cell e.g. high temperature combined metal air electrolysis fuel cell, for e.g. photovoltaic plant, has storage electrode layer with oxidizable and reducible material reversible between metallic form and oxidic form - Google Patents

Tubular metal air cell e.g. high temperature combined metal air electrolysis fuel cell, for e.g. photovoltaic plant, has storage electrode layer with oxidizable and reducible material reversible between metallic form and oxidic form Download PDF

Info

Publication number
DE102012221417A1
DE102012221417A1 DE102012221417A DE102012221417A DE102012221417A1 DE 102012221417 A1 DE102012221417 A1 DE 102012221417A1 DE 102012221417 A DE102012221417 A DE 102012221417A DE 102012221417 A DE102012221417 A DE 102012221417A DE 102012221417 A1 DE102012221417 A1 DE 102012221417A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrode layer
cell
storage electrode
gas
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102012221417A
Other languages
German (de)
Inventor
Birgit Thoben
Imke Heeren
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102012221417A priority Critical patent/DE102012221417A1/en
Publication of DE102012221417A1 publication Critical patent/DE102012221417A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30Wind power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

The cell (10) has a functional layer system comprising an electrolyte layer formed between an air electrode layer (12) and a storage electrode layer (13). The storage electrode layer has an oxidizable and reducible material (131) reversible between a metallic form and an oxidic form. A tubular support structure (11) has a portion (111) made of gastight, oxygen ion-conductive material, which serves as the electrolyte layer of the layer system or a portion made a gas-permeable porous ceramic material, on which an outer side or an inner side the layer system is applied. Independent claims are also included for the following: (1) a method for manufacturing a tubular metal air cell (2) a power system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine tubulare Metall-Luft-Zelle, ein Verfahren zu deren Herstellung, deren Verwendung sowie ein Energiesystem. The present invention relates to a tubular metal-air cell, a process for their preparation, their use and an energy system.

Stand der Technik State of the art

Wind- und Sonnenenergie haben bedingt durch Wetterveränderungen und Tag-Nacht-Wechsel starke Fluktuationen. Um derartige Fluktuationen ausgleichen zu können, besteht ein großes Interesse an Lösungen zur Umwandlung von elektrischer Energie in ein speicherbares Medium. Wind and solar energy have strong fluctuations due to weather changes and day-night changes. To be able to compensate for such fluctuations, there is a great interest in solutions for the conversion of electrical energy into a storable medium.

Überschüssige Energie, die weder verbraucht, noch ins Netz eingespeist werden kann, kann mit Hilfe von Hochtemperaturelektrolysezellen (SOEC, Englisch: Solid Oxide Electrolysis Cell) und so genannten Metall-Luft-Zellen in ein speicherbares Medium verwandelt werden. Excess energy, which can neither be consumed nor fed into the grid, can be transformed into a storable medium with the help of high-performance solid oxide electrolysis cells (SOEC) and so-called metal-air cells.

Hochtemperatur-Elektrolysezellen (SOEC) spalten Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) in Kohlenstoffmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) gemäß der Gleichung: CO2 + H2O → CO + H2 + (O2). Bei Bedarf können dann mit Hilfe einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC, Englisch: Solid Oxide Fuel Cell) Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) wieder zurück verstromt werden. High-temperature electrolysis cells (SOEC) split carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O) into carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) according to the equation: CO 2 + H 2 O → CO + H 2 + (O 2 ). If required, carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) can then be converted back into electricity using a high-temperature fuel cell (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell).

Eine weitere Variante einer Anwendungsmöglichkeit ist die Speicherung von Energie in einer Metall-Luft-Zelle, in der ein Metalloxid zur Energiespeicherung zur metallischen Form reduziert und zur Energiefreigabe wieder oxidiert wird. Another variant of a possible application is the storage of energy in a metal-air cell, in which a metal oxide is reduced to the metallic form for energy storage and re-oxidized for energy release.

Nach dem heutigem Stand der Technik werden tubulare elektrochemische Zellen dadurch hergestellt, dass eine von deren Elektroden, zum Beispiel deren Luftelektrode (Anode) oder deren Brenngaselektrode (Kathode), als Röhre extrudiert oder gepresst wird, welche in einem aufwändigen Folgeverfahren mit dem dünnen Elektrolyten und der dünnen Gegenelektrode beschichtet wird. Verfahrensbedingt muss die Röhre dabei recht dickwandig ausgeführt werden, weil das Elektrodenmaterial auf Grund der hohen Porosität nur eine geringe Festigkeit aufweist. According to the current state of the art, tubular electrochemical cells are produced by extruding or pressing one of their electrodes, for example their air electrode (anode) or their fuel gas electrode (cathode), as a tube, which in a complex subsequent process with the thin electrolyte and the thin counter electrode is coated. Due to the process, the tube must be made quite thick-walled, because the electrode material has only a low strength due to the high porosity.

Wenn geschlossene Röhren hergestellt werden, werden diese herkömmlicherweise nach der Extrusion durch Zudrücken geschlossen. Dabei entstehen an den Schließstellen sogenannte Bindenähte, die bei den betriebsbedingten thermomechanischen Spannungen Schwachstellen darstellen und sich begrenzend auf die Lebensdauer auswirken. When closed tubes are made, they are conventionally closed by extrusion after extrusion. This creates so-called weld lines at the closing points, which represent weak points in the operational thermo-mechanical stresses and have a limiting effect on the service life.

Die Stromabführung wird meistens bei anodengetragenen Zellen mittels metallischer Interkonnektoren realisiert. Um die Materialeigenschaften Korrosionsbeständigkeit und elektrischen Leitfähigkeit zu kombinieren werden in der Regel hoch-chromhaltige Werkstoffe hierfür eingesetzt. The current dissipation is usually realized in anode-supported cells by means of metallic interconnectors. In order to combine the material properties corrosion resistance and electrical conductivity, high-chromium materials are generally used for this purpose.

Brenngas- und Luftraum müssen gasdicht voneinander getrennt sein, was bei den gängigen Betriebstemperaturen von 650–950°C mittels Glasloten realisiert wird. Bei planaren Konzepten übernimmt die Glasdichtung meistens auch die elektrische Isolierung zwischen den Zellen. The fuel gas and air space must be separated from each other in a gas-tight manner, which is achieved by means of glass solders at the usual operating temperatures of 650-950 ° C. In planar concepts, the glass seal usually also takes over the electrical insulation between the cells.

Durch die Sauerstoffspeicherung in der metallischen Speicherelektrode einer Metall-Luft-Zelle kommt es zu einer starken, auf einer Oxidierung des Metalls beruhenden Volumenzunahme. Dadurch wird die Speicherelektrode hochporös und brüchig, so dass die elektrische Anbindung über die Lebensdauer nicht gewährleistet werden kann. Due to the oxygen storage in the metal storage electrode of a metal-air cell, there is a strong, based on an oxidation of the metal volume increase. As a result, the storage electrode is highly porous and brittle, so that the electrical connection over the life can not be guaranteed.

Die Druckschriften WO 01/80335 A3 beschreibt eine Metall-Luft-Zelle mit einer flüssigen Metall-Metalloxid-Anode. The pamphlets WO 01/80335 A3 describes a metal-air cell with a liquid metal-metal oxide anode.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die vorliegende Zelle betrifft eine tubulare Metall-Luft-Zelle, welche einen tubularen Trägerkörper und eine Speicherelektrodenschicht aus einem, insbesondere festen, zwischen einer metallischen Form und einer oxidischen Form reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Material umfasst. The present cell relates to a tubular metal-air cell comprising a tubular support body and a storage electrode layer of a material, in particular solid, reversibly oxidizable and reducible between a metallic form and an oxidic form.

Unter einem tubularen oder rohrförmigen oder hohlzylindrischen Körper beziehungsweise Abschnitt kann insbesondere ein im Wesentlichen hohlzylindrischer Körper beziehungsweise Körperabschnitt verstanden werden, dessen Grund- beziehungsweise Deckfläche/n grundsätzlich sowohl im Wesentlichen rund, insbesondere kreisförmig oder ovaloid (ovalförmig), als auch polygon sein können. Insbesondere kann ein tubularer oder rohrförmiger oder hohlzylindrischer Körper beziehungsweise Abschnitt kreisförmige Grundbeziehungsweise Deckfläche/n aufweisen. Ein tubularer beziehungsweise rohrförmiger Körper kann sowohl an einem Ende offen und am anderen Ende geschlossen, als auch an beiden Enden offen ausgestaltet sein.A tubular or tubular or hollow-cylindrical body or section may, in particular, be understood as meaning a substantially hollow-cylindrical body or body portion whose base or top surface / s may basically be substantially round, in particular circular or ovaloid (oval-shaped), as well as polygonal. In particular, a tubular or tubular or hollow-cylindrical body or section may have a circular base or cover surface / s. A tubular or tubular body may be open at one end and closed at the other end, as well as open at both ends.

Unter einem zwischen einer metallischen Form und einer oxidischen Form reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Material kann insbesondere ein Material verstanden werden, welches auch nach mindestens 25 Redoxzyklen, beispielsweise mindestens 250 oder 500 Redoxzyklen, noch die gegebene Form beibehält. A material reversibly oxidizable and reducible between a metallic form and an oxidic form can be understood in particular to mean a material which retains the given shape even after at least 25 redox cycles, for example at least 250 or 500 redox cycles.

Die Reversibilität des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials kann dabei insbesondere auf einer speziellen Mikrostruktur beruhen, welche insbesondere durch spezielle, dem Fachmann bekannte Herstellungsverfahren erzielt werden kann. The reversibility of the reversibly oxidizable and reducible material may in particular be based on a special microstructure, which can be achieved in particular by special production methods known to the person skilled in the art.

Die Speicherelektrodenschicht ist dabei insbesondere Teil eines, insbesondere sandwichartigen, Funktionsschichtsystems aus einer Luftelektrodenschicht, der Speicherelektrodenschicht und einer zwischen der Luftelektrodenschicht und der Speicherelektrodenschicht ausgebildeten Elektrolytschicht. The storage electrode layer is in particular part of a, in particular sandwich-like, functional layer system comprising an air electrode layer, the storage electrode layer and an electrolyte layer formed between the air electrode layer and the storage electrode layer.

Unter Luft kann insbesondere ein Gas verstanden werden, welches Sauerstoff enthält. Daher umfasst der Begriff Luft neben herkömmlicher atmosphärischer Luft, beispielsweise mit 21 Vol.-% O2, 78 und Vol.-% N2, auch reinen Sauerstoff und sauerstoffhaltige Gasgemische, welche eine andere Zusammensetzung als herkömmliche atmosphärische Luft aufweisen. Under air can be understood in particular a gas containing oxygen. Therefore, the term air in addition to conventional atmospheric air, for example, with 21 vol .-% O 2 , 78 and Vol .-% N 2 , including pure oxygen and oxygen-containing gas mixtures, which have a different composition than conventional atmospheric air.

Dadurch, dass die Speicherelektrode ein reversibel oxidierbares und reduzierbares Material umfasst, wird vorteilhafterweise ermöglicht effektiv elektrische Energie in dem Material zu speichern, was bei herkömmlichen Elektrodenmaterialien, von beispielsweise Brennstoffzellen, nicht möglicht ist, da diese schon nach einigen wenigen Redoxzyklen Degradationserscheinungen, wie Rissbildung und Elektrodenmaterialverlust, zum Beispiel in Form von Absprengungen, zeigen. Überraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, dass sich speziell für den reversiblen Redox-Einsatz ausgelegte Materialien, trotz ihrer speziellen Mikrostruktur, dennoch zur effektiven Katalyse einer Brennstoffzellenreaktion und/oder Elektrolysereaktion eignen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die Metall-Luft-Zelle nicht nur als Metall-Luft-Zelle, sondern auch als Elektrolysezelle und/oder Brennstoffzelle zu betreiben und insbesondere all diese Funktionen in einer kombinierten Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle zu vereinen. Eine kombinierte Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle bietet den Vorteil, individuell einstellbar und flexibel elektrische Energie entweder im Material der Speicherelektrode und/oder mittels Elektrolysereaktion gasförmig chemisch zu speichern und ebenso individuell und flexibel wieder aus dem Material der Speicherelektrode beziehungsweise mittels Brennstoffzellenreaktion abzurufen. Dies wiederum ermöglicht es Fluktuationen im Stromnetz deutlich besser und präziser abzufangen, als dies mittels einer nur als Metall-Luft-Zelle, nur als Elektrolysezelle oder nur als Brennstoffzelle ausgelegten elektrochemischen Zelle möglich ist. By virtue of the fact that the storage electrode comprises a reversibly oxidizable and reducible material, it is advantageously possible to effectively store electrical energy in the material, which is not possible with conventional electrode materials, for example fuel cells, since these already show degradation phenomena such as cracking and cracking after a few redox cycles Electrode material loss, for example in the form of blasting show. Surprisingly, however, it has been found that materials designed specifically for the reversible redox use, despite their special microstructure, are nevertheless suitable for effectively catalyzing a fuel cell reaction and / or an electrolysis reaction. This advantageously makes it possible to operate the metal-air cell not only as a metal-air cell but also as an electrolytic cell and / or fuel cell and, in particular, to combine all these functions in a combined metal-air-electrolysis fuel cell. A combined metal-air electrolysis fuel cell has the advantage of individually adjustable and flexible electrical energy either in the material of the storage electrode and / or chemically store by electrolysis reaction and also retrieve individually and flexibly again from the material of the storage electrode or by means of fuel cell reaction , This in turn makes it possible to intercept fluctuations in the power network much better and more precisely than is possible by means of an electrochemical cell designed only as a metal-air cell, only as an electrolysis cell or only as a fuel cell.

Dadurch, dass die Speicherelektrode in Form einer flächigen Schicht ausgestaltet ist und beispielsweise nicht durch ein kompaktes Volumen dargestellt wird, weist die Speicherelektrode vorteilhafterweise eine große Oberfläche auf. Dies hat wiederum den Vorteil, dass sich die Volumenänderung des Materials, bei dessen Wechsel zwischen oxidiertem und reduziertem Zustand, welche etwa 30 % betragen kann, über eine große Fläche verteilt, so dass im Wesentlichen lokale Volumenänderungen auftreten und insbesondere eine Verformung des Gesamtmaterials der Speicherelektrode bei einer lokalen Volumenänderung des Materials zumindest deutlich reduziert oder sogar vermieden werden kann. Zudem kann durch eine Speicherelektrode in Form einer Schicht auch die elektrischen Eigenschaften der Zelle verbessert werden, da hierbei das oxidierbare und reduzierbare Material eine vergleichsweise große Grenzfläche zur Elektrolytschicht aufweist. Darüber hat die große Oberfläche den Vorteil, dass die Zelle auch, insbesondere effektiv, als Elektrolysezelle und/oder Brennstoffzelle betrieben werden kann. As a result of the fact that the storage electrode is designed in the form of a flat layer and, for example, is not represented by a compact volume, the storage electrode advantageously has a large surface area. This in turn has the advantage that the volume change of the material, when it changes between oxidized and reduced state, which can be about 30%, distributed over a large area, so that substantially local volume changes occur and in particular a deformation of the total material of the storage electrode at least significantly reduced or even avoided at a local volume change of the material. In addition, the electrical properties of the cell can be improved by a storage electrode in the form of a layer, since in this case the oxidizable and reducible material has a comparatively large interface to the electrolyte layer. In addition, the large surface has the advantage that the cell can also, in particular effectively, be operated as an electrolysis cell and / or fuel cell.

Dadurch, dass ein festes oxidierbares und reduzierbares Material eingesetzt wird, kann zudem vorteilhafterweise die Handhabung der Metall-Luft-Zelle, insbesondere verglichen mit flüssigen Materialien, deutlich verbessert werden. The fact that a solid oxidizable and reducible material is used, moreover, advantageously the handling of the metal-air cell, in particular compared with liquid materials, can be significantly improved.

Durch den tubularen Trägerkörper können insbesondere zwei Räume nämlich ein Innenraum des tubularen Trägerkörpers von einem die Außenseite des tubularen Trägerkörpers umgebenden Raum räumlich voneinander getrennt werden. Da die Speicherelektrode und die Luftelektrode schichtförmig ausgebildet sind, ist vorteilhafterweise der Innenraum des tubularen Trägerkörpers nicht vollständig ausgefüllt, so dass, insbesondere im zentralen Bereich des tubularen Trägerkörpers, ein Freiraum verbleibt, welcher zumindest eine Gasversorgung des Innenraums ermöglicht und insbesondere zusätzlich – insofern die Speicherelektrodenschicht im Innenraum des tubularen Trägerkörpers angeordnet ist, dem reversibel reduzierbaren und oxidierbaren Material einen Expansionsraum bietet, in welchen sich das Material bei der Oxidation ausdehnen kann, ohne dabei den tubularen Trägerkörper mechanisch zu belasten oder gar zu zerstören. Einer von den beiden durch den tubularen Trägerkörper räumlich voneinander getrennten Räumen kann insbesondere als Luftraum und der andere als Expansionsraum dienen. Für den kombinierten Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zellen-Betrieb kann der Expansionsraum zusätzlich als Gasraum für das – im folgenden auch als Brennstoffgas bezeichnete – Gas, welches bei der Elektrolyse benötigt wird, beispielsweise Wasser (H2O) und/oder Kohlenstoffdioxid (CO2), beziehungsweise welches bei der Elektrolyse entsteht, beispielsweise Wasserstoff (H2) und/oder Kohlenstoffmonoxid (CO), und/oder welches bei der Brennstoffzellenreaktion benötigt wird, beispielsweise Wasserstoff (H2) und/oder Kohlenstoffmonoxid (CO), beziehungsweise welches bei der Brennstoffzellenreaktion entsteht, beispielsweise Wasser (H2O) und/oder Kohlenstoffdioxid (CO2), dienen. Insbesondere kann der Innenraum des tubularen Trägerkörpers als Expansionsraum und gegebenenfalls zusätzlich als Gasraum für das Brennstoffgas dienen. In particular, two spaces, namely an interior of the tubular carrier body, can be spatially separated from one another by a space surrounding the outside of the tubular carrier body by the tubular carrier body. Since the storage electrode and the air electrode are layered, the interior of the tubular support body is advantageously not completely filled, so that, in particular in the central region of the tubular support body, a free space remains, which at least allows a gas supply to the interior and in particular additionally - in this respect the storage electrode layer is arranged in the interior of the tubular support body, the reversibly reducible and oxidizable material provides an expansion space in which the material can expand during the oxidation, without mechanically burdening the tubular support body or even destroy. One of the two spaces spatially separated from each other by the tubular support body can serve in particular as airspace and the other as expansion space. For the combined metal-air-electrolysis fuel cell operation, the expansion space can additionally be used as a gas space for the gas, hereinafter referred to as fuel gas, which is required in the electrolysis, for example water (H 2 O) and / or carbon dioxide (CO 2 ), or which arises during the electrolysis, for example hydrogen (H 2 ) and / or carbon monoxide (CO), and / or which is required in the fuel cell reaction, for example hydrogen (H 2 ) and / or carbon monoxide (CO), or which arises in the fuel cell reaction, for example water (H 2 O) and / or carbon dioxide (CO 2 ) serve. In particular, the interior of the tubular carrier body as Expansion space and optionally additionally serve as a gas space for the fuel gas.

Im Rahmen einer Ausführungsform (elektrolytgeträgertes Konzept) weist der tubulare Trägerkörper einen Abschnitt aus einem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen, insbesondere keramischen, Material auf, welcher als Elektrolyt beziehungsweise Elektrolytschicht des Funktionsschichtsystems dient. Da der tubulare Trägerkörper zumindest in dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen als Elektrolyt dienenden Material ausgebildet ist, kann eine derartige Zelle als zumindest teilweise (fest-)elektrolytgeträgerte Zelle bezeichnet werden. Dabei bezieht sich zumindest teilweise elektrolytgeträgert darauf, dass der tubulare Trägerkörper auch Abschnitte aufweisen kann, welche aus einem anderen Material als dem Elektrolytmaterial ausgebildet sein können. Wie später erläutert, kann das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material der Speicherelektrodenschicht zwar eine Schichtdicke aufweisen, welche, insbesondere in dessen oxidischer Form, größere als die Wandstärke des aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material ausgebildeten Abschnitt des tubularen Trägerkörpers ist, aufgrund der – verglichen mit dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material – geringen mechanischen Stabilität des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials kann bei den später erläuterten Schichtdickenverhältnissen die tragende Funktion dennoch im Wesentlichen von dem tubularen Trägerkörper übernommen werden, weswegen dies Zelle auch unter diesem Aspekt als, insbesondere zumindest teilweise, elektrolytgeträgert bezeichnet werden kann. In the context of one embodiment (electrolyte-supported concept), the tubular carrier body has a section of a gas-tight, oxygen-ion-conductive, in particular ceramic, material which serves as the electrolyte or electrolyte layer of the functional layer system. Since the tubular support body is formed at least in the hollow cylindrical intermediate portion of the gas-tight, oxygen ion conductive electrolyte serving as a material, such a cell may be referred to as at least partially (solid) electrolyte-supported cell. In this case, at least partially electrolyte-supported refers to the fact that the tubular support body may also have portions which may be formed of a material other than the electrolyte material. As explained later, although the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer can have a layer thickness which, in particular in its oxidic form, is greater than the wall thickness of the section of the tubular carrier body formed from the gas-tight, oxygen-ion-conductive material, owing to - compared to FIG gas-tight, oxygen-ion-conductive material - low mechanical stability of the reversibly oxidizable and reducible material in the layer thickness ratios explained later, the supporting function can still be essentially taken over by the tubular carrier body, which is why the cell can be referred to in this aspect as, in particular at least partially, electrolyte-supported ,

Im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes können die Speicherelektrodenschicht und die Luftelektrodenschicht insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seiten des aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material ausgebildeten Abschnitts des tubularen Trägerkörpers angeordnet sein. Beispielsweise kann die Speicherelektrodenschicht auf der Innenseite und die Luftelektrodenschicht auf der Außenseite, oder umgekehrt, die Luftelektrodenschicht auf der Innenseite und die Speicherelektrodenschicht auf der Außenseite des aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material ausgebildeten Abschnitts des tubularen Trägerkörpers angeordnet sein. Im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes kann der tubulare Trägerkörper sowohl teilweise als auch vollständig aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen, insbesondere keramischen, Material ausgebildet sein. In the context of the electrolyte-supported concept, the storage electrode layer and the air electrode layer can be arranged, in particular, on opposite sides of the portion of the tubular carrier body formed from the gas-tight, oxygen-ion-conductive material. For example, the storage electrode layer on the inside and the air electrode layer on the outside, or vice versa, the air electrode layer on the inside and the storage electrode layer on the outside of the formed from the gas-tight, oxygen ion conductive material portion of the tubular support body may be arranged. In the context of the electrolyte-supported concept, the tubular carrier body may be formed both partially and completely from the gas-tight, oxygen-ion-conductive, in particular ceramic, material.

Im Rahmen einer anderen Ausführungsform (inertgeträgertes Konzept) weist der tubulare Trägerkörper einen Abschnitt aus einem gasdurchlässig porösen, insbesondere inerten beziehungsweise elektrochemisch inaktiven beziehungsweise nicht-sauerstoffionenleitfähigen, beispielsweise elektrisch schwach leitenden oder elektrische isolierenden, keramischen Material auf. Unter einem inerten beziehungsweise elektrochemisch inaktiven Material kann dabei insbesondere ein Material verstanden werden, welches nicht als Elektrode oder Elektrolyt dient, und insbesondere nicht an der elektrochemischen Reaktion der Zelle teilnimmt. Das Material des gasdurchlässig porösen Abschnitts des tubularen Trägerkörpers kann zudem insbesondere elektrisch schwach leitend beziehungsweise elektrisch isolierend sein. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch die elektrische Isolierung beziehungsweise Verschaltung der Zelle vereinfacht werden kann.In the context of another embodiment (inertly supported concept), the tubular carrier body has a section of a gas-permeable porous, in particular inert or electrochemically inactive or non-oxygen-ion-conducting, for example electrically weakly conducting or electrically insulating, ceramic material. Under an inert or electrochemically inactive material may be understood in particular a material which does not serve as an electrode or electrolyte, and in particular does not participate in the electrochemical reaction of the cell. The material of the gas-permeable porous portion of the tubular support body may also be particularly electrically weakly conductive or electrically insulating. This has the advantage that in this way the electrical insulation or interconnection of the cell can be simplified.

Im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes ist das Funktionsschichtsystem, insbesondere in Form eines Funktionsschichtsystempaketes, auf dessen Außenseite oder auf dessen Innenseite aufgebracht. Durch die gasdurchlässigen Poren des tubularen Trägerkörpers kann dabei Gas zu einer Seite beziehungsweise einer Elektrodenschicht des Funktionsschichtsystems gelangen. Die Elektrolytschicht des Funktionsschichtsystems ist dabei aus einem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen, insbesondere keramischen, Material ausgebildet. Eine derartige Zelle kann insbesondere als inertgeträgert bezeichnet werden. Im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes kann das Funktionsschichtsystem, und damit sowohl die Speicherelektrodenschicht als auch die Luftelektrodenschicht sowie die dazwischen ausgebildete Elektrolytschicht, auf einer Seite des aus dem gasdurchlässig porösen, keramischen Material ausgebildeten Abschnitts des tubularen Trägerkörpers angeordnet sein. Dabei kann das Funktionsschichtsystem sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des aus dem gasdurchlässig porösen, keramischen Material ausgebildeten Abschnitts des tubularen Trägerkörpers angeordnet sein. Dabei kann das Funktionsschichtsystem sowohl mit der Luftelektrodenschicht als auch mit der Speicherelektrodenschicht an dem aus dem gasdurchlässig porösen, keramischen Material ausgebildeten Abschnitt des tubularen Trägerkörpers anliegen. Im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes sind vorzugsweise diejenigen Abschnitte des Trägerkörpers, welche nicht mit dem Funktionsschichtsystem versehen sind, aus einem gasdichten, insbesondere nicht-sauerstoffionenleitfähigen beziehungsweise inerten beziehungsweise elektrochemisch inaktiven, keramischen Material ausgebildet. Geeignete nicht-sauerstoffionenleitfähige beziehungsweise inerte beziehungsweise elektrochemisch inaktive, insbesondere keramische, Materialien, welche sowohl gasdurchlässig porös als auch gasdicht ausgeführt werden können, werden später näher erläutert. In the context of the inertially supported concept, the functional layer system, in particular in the form of a functional layer system package, is applied on the outside or on the inside thereof. Gas can pass through one of the gas-permeable pores of the tubular support body to one side or an electrode layer of the functional layer system. The electrolyte layer of the functional layer system is formed from a gas-tight, oxygen ion-conductive, in particular ceramic, material. Such a cell may be referred to in particular as inertgeträgert. In the context of the inertly supported concept, the functional layer system, and thus both the storage electrode layer and the air electrode layer and the electrolyte layer formed therebetween, can be arranged on one side of the section of the tubular carrier body formed from the gas-permeable porous ceramic material. In this case, the functional layer system can be arranged both on the inside and on the outside of the formed from the gas-permeable porous, ceramic material portion of the tubular support body. In this case, the functional layer system can rest against both the air electrode layer and the storage electrode layer on the portion of the tubular carrier body formed from the gas-permeable, porous, ceramic material. In the context of the inertly supported concept, those sections of the carrier body which are not provided with the functional layer system are preferably formed from a gas-tight, in particular non-oxygen ion-conducting or inert or electrochemically inactive, ceramic material. Suitable non-oxygen ion conductive or inert or electrochemically inactive, in particular ceramic, materials which can be made both gas-permeable porous and gas-tight, are explained in more detail later.

Dass die tragende Funktion zumindest im Wesentlichen durch den tubularen Trägerkörper übernommen wird, hat den Vorteil, dass die mechanische Belastung auf die Elektrodenschichten verringert beziehungsweise die mechanische Stabilität des Funktionsschichtsystems während der Volumenänderung des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials verbessert werden kann, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer der Zelle, insbesondere der Speicherelektrode, auswirken kann. Zudem ermöglicht dies die Luftelektrodenschicht deutlich dünnwandiger, beispielsweise mit einer Schichtdicke von ca. 50 μm oder weniger, als bei elektrodengeträgerten Zellen auszuführen, was sich unter Anderem auf die elektrischen Eigenschaften, die Gasdiffusion, die Kosten und das Gewicht der Zelle vorteilhaft auswirkt. Insbesondere kann so vorteilhafterweise auch eine hohe Gasproduktion im Elektrolysebetrieb erzielt werden. The fact that the supporting function is at least essentially taken over by the tubular carrier body, has the advantage that the reduced mechanical stress on the electrode layers or the mechanical stability of the functional layer system during the volume change of the reversibly oxidizable and reducible material can be improved, which can be advantageous to the life of the cell, in particular the storage electrode, impact. In addition, this allows the air electrode layer significantly thinner walled, for example, with a layer thickness of about 50 microns or less, as in the case of electrode-carrying cells, which has an advantageous effect, inter alia, on the electrical properties, gas diffusion, the cost and weight of the cell. In particular, it is thus advantageously possible to achieve a high gas production in the electrolysis operation.

Das elektrolytgeträgerten Konzept (ESC, Englisch: Electrolyte Supported Cell) und das inertgeträgerten Konzept weisen insbesondere aus thermomechanischer Sicht eine höhere Robustheit, insbesondere Bruchfestigkeit, auf als das elektrodengeträgerte Konzept. Das elektrolytgeträgerte Konzept und das inertgeträgerte Konzept bieten dabei zudem den Vorteil einer vergleichsweise hohen Redoxstabilität des Trägermaterials. Weiterhin bieten das elektrolytgeträgerte Konzept und das inertgeträgerte Konzept Vorteile im Bezug auf die elektrische Isolation und Verschaltung. Mittels des inertgeträgerten Konzeptes können weiterhin vorteilhafterweise besonders hohe Leistungsdichten im Elektrolysebetrieb und im Brennstoffzellenbetrieb erzielt werden. Zudem ermöglicht es das inertgeträgerte Konzept, die Elektrolytschicht des Funktionsschichtsystems beispielsweise wesentlich dünner als im elektrolytgeträgerten Konzept auszugestalten. Zudem ermöglicht es das inertgeträgerte Konzept, die Schichtdicke der Luftelektrodenschicht und der Speicherelektrodenschicht und der Elektrolytschicht voneinander unabhängig und auf den gewünschten Einsatz abgestimmt einzustellen. Dabei können mit dem inertgeträgerten Konzept dünne Elektrolytschichten einfacher realisiert werden als mit dem elektrolytgeträgerten Konzept. The electrolyte-supported concept (ESC, English: Electrolyte Supported Cell) and the inertly supported concept, in particular from a thermomechanical point of view, have a higher robustness, in particular breaking strength, than the electrode-supported concept. The electrolyte-supported concept and the inert-supported concept also offer the advantage of a comparatively high redox stability of the carrier material. Furthermore, the electrolyte-supported concept and the inert-based concept offer advantages in terms of electrical insulation and interconnection. By means of the inertially supported concept, furthermore, particularly high power densities in electrolysis operation and in fuel cell operation can advantageously be achieved. In addition, the inert-supported concept makes it possible, for example, to configure the electrolyte layer of the functional layer system substantially thinner than in the electrolyte-supported concept. In addition, the inertly supported concept makes it possible to set the layer thicknesses of the air electrode layer and the storage electrode layer and of the electrolyte layer independently of one another and matched to the desired use. In this case, it is easier to realize thin electrolyte layers with the inert-supported concept than with the electrolyte-supported concept.

Beim Betrieb der Metall-Luft-Zelle, insbesondere Hochtemperatur-Metall-Luft-Zelle, kann vorteilhafterweise Energie in der Speicherelektrode (Metall-Metalloxid-Anode), insbesondere in einem als Speichermedium dienenden, reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Metall beziehungsweise Metall/Metalloxidsystem, gespeichert und kann bei Bedarf wieder abgerufen werden. Beim Ladevorgang beziehungsweise im Energiespeicherbetrieb kann insbesondere das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrode unter Zuführung von Elektronen von der oxidierten in die reduzierte Form überführt werden, wobei Sauerstoffionen durch den Elektrolyten zur Luftelektrode transportiert und zu Sauerstoffmolekülen oxidiert werden. Beim Entladevorgang beziehungsweise im Energiegewinnungsbetrieb können insbesondere Sauerstoffmoleküle an der Luftelektrode zu Sauerstoffionen reduziert und durch den Elektrolyten zur Speicherelektrode transportiert werden, wobei das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrode unter Freigabe von Elektronen oxidiert wird. During operation of the metal-air cell, in particular high-temperature metal-air cell, can advantageously energy in the storage electrode (metal-metal oxide anode), in particular in serving as a storage medium, reversibly oxidizable and reducible metal or metal / metal oxide system stored and can be recalled if needed. During the charging process or in the energy storage operation, in particular the reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode can be transferred from the oxidized to the reduced form by supplying electrons, oxygen ions being transported through the electrolyte to the air electrode and oxidized to oxygen molecules. During the discharge process or in the energy recovery operation, in particular oxygen molecules can be reduced at the air electrode to oxygen ions and transported through the electrolyte to the storage electrode, wherein the reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode is oxidized to release electrons.

Zum Beispiel kann das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrode ein Material umfassen oder sein, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titan/Titanoxid (Ti/TiO2), Chrom/Chromoxid (Cr/CrO2), Mangan/Manganoxid (Mn/Mn2O3), Eisen/Eisenoxid (Fe/FeO), Nickel/Nickeloxid (Ni/NiO), Kupfer/Kupferoxid (Cu/Cu2O), Molybdän/Molybdänoxid (Mo/MoO2), Cobalt/Cobaltoxid (Co/CoO), Wolfram/Wolframoxid (W/WO3) und Mischungen davon. For example, the reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode may comprise or be a material selected from the group consisting of titanium / titanium oxide (Ti / TiO 2 ), chromium / chromium oxide (Cr / CrO 2 ), manganese / manganese oxide (Mn / Mn 2 O 3 ), iron / iron oxide (Fe / FeO), nickel / nickel oxide (Ni / NiO), copper / copper oxide (Cu / Cu 2 O), molybdenum / molybdenum oxide (Mo / MoO 2 ), cobalt / cobalt oxide ( Co / CoO), tungsten / tungsten oxide (W / WO 3 ) and mixtures thereof.

Das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrode beziehungsweise daraus ausgebildete Elektrodenschichtabschnitte können beispielsweise eine, insbesondere maximale, Schichtdicke, insbesondere in oxidierter Form, von ≥ 200 μm oder ≥ 250 μm oder ≥ 300 μm ≥ oder 350 μm, beispielsweise ≥ 400 μm oder ≥ 500 μm, aufweisen. Insbesondere kann das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrode beziehungsweise daraus ausgebildete Elektrodenschichtabschnitte eine, insbesondere maximale, Schichtdicke, insbesondere in oxidierter Form, in einem Bereich von ≥ 200 μm bis ≤ 2500 μm aufweisen. Zum Beispiel kann das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrode beziehungsweise daraus ausgebildete Elektrodenschichtabschnitte eine, insbesondere maximale, Schichtdicke, insbesondere in oxidierter Form, beispielsweise in einem Bereich, von 200 μm oder ≥ 250 μm oder ≥ 300 μm oder ≥ 350 μm oder ≥ 400 μm oder ≥ 500 μm oder ≥ 700 μm und/oder (bis) ≤ 2500 μm oder ≤ 2000 μm oder ≤ 1500 μm oder ≤ 1200 μm oder ≤ 1000 μm oder ≤ 900 μm, aufweisen. The reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode or electrode layer sections formed therefrom can have, for example, a, in particular maximum, layer thickness, in particular in oxidized form, of ≥ 200 μm or ≥ 250 μm or ≥ 300 μm ≥ or 350 μm, for example ≥ 400 μm or ≥ 500 μm. In particular, the reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode or electrode layer sections formed therefrom may have a, in particular maximum, layer thickness, in particular in oxidized form, in a range of ≥ 200 μm to ≦ 2500 μm. For example, the reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode or electrode layer sections formed therefrom may have a, in particular maximum, layer thickness, in particular in oxidized form, for example in a range of 200 μm or ≥ 250 μm or ≥ 300 μm or ≥ 350 μm or ≥ 400 μm or ≥ 500 μm or ≥ 700 μm and / or (bis) ≤ 2500 μm or ≤ 2000 μm or ≤ 1500 μm or ≤ 1200 μm or ≤ 1000 μm or ≤ 900 μm.

Die Luftelektrode kann insbesondere ein sauerstoffionenleitfähiges und/oder mischleitendes (Sauerstoffionen und Elektronen leitfähiges), insbesondere keramisches, Material, als elektrochemisch aktives Material beziehungsweise mindestens einen daraus ausgebildeten Elektrodenschichtabschnitt, beispielsweise eine Vielzahl von daraus ausgebildeten Elektrodenschichtabschnitten, umfassen. Das elektrochemisch aktive beziehungsweise sauerstoffionenleitfähige und/oder mischleitende, insbesondere keramische, Material der Luftelektrode kann beispielsweise Lanthanstrontiummanganoxid (LSM), Lanthanstrontiumcobaltferrit (LSCF), Lanthanstrontiumferrit (LSF), Lanthanstrontiumcobaltoxid (LSC), Lanthannickeleisenferrit (LNF) oder eine Mischung davon umfassen oder daraus ausgebildet sein. Gegebenenfalls können diese Materialien als Mischung mit einem sauerstoffionenleitfähigen Material, beispielsweise Elektrolytmaterial, eingesetzt werden The air electrode may in particular comprise an oxygen-ion-conductive and / or mixed-conducting (oxygen-ion and electron-conductive) material, as electrochemically active material or at least one electrode layer section formed therefrom, for example a multiplicity of electrode layer sections formed therefrom. The electrochemically active or oxygen-ion-conductive and / or mixed-conducting, in particular ceramic, material of the air electrode can include, for example, lanthanum strontium manganese oxide (LSM), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), lanthanum strontium ferrite (LSF), lanthanum strontium cobalt oxide (LSC), lanthanum iron iron ferrite (LNF) or a mixture thereof be. Optionally, these materials can be used as a mixture with an oxygen ion conductive material, for example, electrolyte material used

Die, insbesondere elektrochemisch aktiven, Elektrodenschichtabschnitte der Luftelektrode können beispielsweise eine, insbesondere maximale, Schichtdicke von kleiner oder gleich 200 μm, insbesondere von kleiner oder gleich 100 μm, beispielsweise in einem Bereich von 10 μm bis ≤ 100 μm, zum Beispiel von ≥ 10 μm oder ≥ 15 μm oder ≥ 20 μm oder ≥ 25 μm bis ≤ 200 μm oder ≤ 100 μm, zum Beispiel von etwa 50 μm, aufweisen. So kann vorteilhafterweise eine hohe Gasdiffusion erzielt werden.The, in particular electrochemically active, electrode layer sections of the air electrode can, for example, a, in particular maximum, layer thickness of less than or equal to 200 .mu.m, in particular of less than or equal to 100 .mu.m, for example in a range of 10 .mu.m to .ltoreq.100 .mu.m, for example of .gtoreq.10 .mu.m or ≥ 15 μm or ≥ 20 μm or ≥ 25 μm to ≤ 200 μm or ≤ 100 μm, for example of approximately 50 μm. Thus, advantageously, a high gas diffusion can be achieved.

Die Elektrolytschicht kann insbesondere aus einem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen, insbesondere keramischen, Material ausgebildet sein. Beispielsweise kann das gasdichte, sauerstoffionenleitfähige, insbesondere keramische, Material der Elektrolytschicht ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus (hoch-)dotierten Zirkoniumoxiden (ZrO2), beispielsweise mit 6,5 Gew.-% oder mehr dotierten Zirkoniumdioxide, insbesondere seltenerddotierten, beispielsweise mit Scandium (Sc), Yttrium (Y), Cer (Ce) Terbium (Tb), Praseodym (Pr), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd) und/oder Dysprosium (Dy) dotierten, Zirkoniumdioxiden, zum Beispiel scandium-, yttrium-, und/oder cerdotierten Zirkoniumdioxiden,. Lanthanstrontiumgallaten- und/oder -manganaten (LSGM), undotierten oder beispielsweise mit Samarium (Sm), Gadolinium (Gd) und/oder Terbium (Tb), dotierten Ceroxiden und Mischungen davon. The electrolyte layer may in particular be formed from a gas-tight, oxygen-ion-conductive, in particular ceramic, material. For example, the gas-tight, oxygen-ion-conductive, in particular ceramic, material of the electrolyte layer may be selected from the group consisting of (highly) doped zirconium oxides (ZrO 2 ), for example with 6.5 wt .-% or more doped zirconium dioxides, in particular rare earth doped, for example with Scandium (Sc), yttrium (Y), cerium (Ce) terbium (Tb), praseodymium (Pr), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd) and / or dysprosium (Dy) doped zirconium dioxides Example scandium-, yttrium-, and / or cerium-doped zirconium dioxides ,. Lanthanum strontium gallates and / or manganates (LSGM), undoped or, for example, samarium (Sm), gadolinium (Gd) and / or terbium (Tb) doped cerium oxides and mixtures thereof.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist die Elektrolytschicht eine Schichtdicke beziehungsweise im elektrolytgeträgerten Konzept der hohlzylindrische Zwischenabschnitt eine Wandstärke in einem Bereich von ≥ 15 μm oder ≥ 20 μm oder ≥ 50 μm bis ≤ 300 μm auf. Insbesondere kann die Elektrolytschicht eine Schichtdicke beziehungsweise im elektrolytgeträgerten Konzept der hohlzylindrische Zwischenabschnitt eine Wandstärke in einem Bereich von ≥ 15 μm oder ≥ 20 μm oder ≥ 50 μm, beispielweise ≥ 100 μm oder ≥ 120 μm, bis ≤ 300 μm, beispieweise ≤ 250 μm oder ≤ 200 μm oder ≤ 180 μm, zum Beispiel von etwa 150 μm, aufweisen. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Elektrolytschichtdicke beziehungsweise – Wandstärke nicht so dünn wie möglich, sondern insbesondere auf ≥ 15 μm oder ≥ 20 μm oder ≥ 50 μm, beispielsweise ≥ 100 μm, einzustellen, um eine hohe mechanische Stabilität, insbesondere im Hinblick auf die bei der Volumenänderung des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials entstehenden mechanischen Belastungen, zu erzielen. Eine derartige Elektrolytmindestschichtdicke beziehungsweise-wandstärke hat sich zudem unter dem Aspekt des kombinierten Elektrolysebetriebes als vorteilhaft erwiesen, da sich herausgestellt hat, dass bei der Elektrolyse, insbesondere zur Hochtemperatur-Dampfelektrolyse, hohe Ansprüche hinsichtlich der Ionendiffusion des Elektrolyten erfüllt werden müssen, insbesondere welche höher als bei Brennstoffzelle sind. Dies liegt darin begründet, dass bei einer Elektrolysezelle der Gradient des Sauerstoffpartialdrucks (pO2) über den Elektrolyten deutlich stärker als bei einer Brennstoffzelle ist, was zu stärkeren Degradationsphänomenen über die Lebensdauer der Zelle führen kann. Es hat sich herausgestellt, dass derartigen Degradationsphänomenen vorteilhafterweise dadurch entgegen getreten werden kann, dass die Elektrolytschicht nicht so dünn wie möglich, sondern zumindest mit einer Schichtdicke beziehungsweise Wandstärke von ≥ 15 μm oder ≥ 20 μm oder ≥ 50 μm, beispielsweise ≥ 100 μm, ausgelegt wird. Im Hinblick auf eine ausreichend hohe realisierbare Stromdichte, hat es sich hingegen auch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schichtdicke beziehungsweise Wandstärke der Elektrolytschicht ≤ 300 μm beträgt. Insgesamt kann so vorteilhafterweise eine Metall-Luft-Zelle mit einer hohen Lebensdauer bereitgestellt werden, welche zudem für den Elektrolysebetrieb geeignet ist. Da die Zelle dabei auch die für den Brennstoffzellen-Betrieb geringen Anforderungen erfüllt, kann eine derartige Metall-Luft-Zelle auch als Brennstoffzelle und insbesondere als kombinierte Metall-Luft-Zelle-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle eingesetzt werden.Within the scope of a further embodiment, the electrolyte layer has a layer thickness or, in the electrolyte-supported concept, the hollow-cylindrical intermediate section has a wall thickness in a range of ≥ 15 μm or ≥ 20 μm or ≥ 50 μm to ≦ 300 μm. In particular, the electrolyte layer can have a layer thickness or, in the electrolyte-supported concept, the hollow cylindrical intermediate section has a wall thickness in a range of ≥ 15 μm or ≥ 20 μm or ≥ 50 μm, for example ≥ 100 μm or ≥ 120 μm, up to ≦ 300 μm, for example ≦ 250 μm or ≤ 200 μm or ≤ 180 μm, for example about 150 μm. It has been found to be particularly advantageous to set the electrolyte layer thickness or wall thickness not as thin as possible, but in particular to ≥ 15 μm or ≥ 20 μm or ≥ 50 μm, for example ≥ 100 μm, in order to achieve high mechanical stability, in particular with regard to to achieve the resulting in the volume change of the reversibly oxidizable and reducible material mechanical stresses. Such an electrolyte minimum layer thickness or wall thickness has also proven to be advantageous from the aspect of the combined electrolysis operation, since it has been found that high demands have to be met in the electrolysis, in particular for high-temperature steam electrolysis, with regard to the ion diffusion of the electrolyte, in particular which higher than at fuel cell are. This is due to the fact that in the case of an electrolysis cell, the gradient of the oxygen partial pressure (pO 2 ) across the electrolyte is significantly greater than in the case of a fuel cell, which can lead to stronger degradation phenomena over the life of the cell. It has been found that such degradation phenomena can advantageously be counteracted by the fact that the electrolyte layer is not designed as thinly as possible, but at least with a layer thickness or wall thickness of ≥ 15 μm or ≥ 20 μm or ≥ 50 μm, for example ≥ 100 μm becomes. With regard to a sufficiently high realizable current density, on the other hand, it has also proved to be advantageous if the layer thickness or wall thickness of the electrolyte layer is ≦ 300 μm. Overall, it is thus advantageously possible to provide a metal-air cell with a long service life, which is also suitable for electrolysis operation. Since the cell also meets the low requirements for fuel cell operation requirements, such a metal-air cell can also be used as a fuel cell and in particular as a combined metal-air-cell-electrolysis fuel cell.

Im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes lassen sich derartige Wandstärken des als Elektrolytschicht dienenden hohlzylindrischen Zwischenabschnitts – gegebenenfalls direkt-durch(Keramik-)Spritzguss mit einer geringen Wandstärke herstellen. Im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes kann gegebenenfalls die Wandstärke eines durch (Keramik-)Spritzguss hergestellten Körpers zusätzlich durch abtragendes Behandeln, zum Beispiel Abschleifen, des (Keramik-)Spritzgusskörpers eingestellt werden.In the context of the electrolyte-supported concept, such wall thicknesses of the hollow-cylindrical intermediate section serving as the electrolyte layer can be produced-if appropriate directly-by (ceramic) injection molding with a small wall thickness. In the context of the electrolyte-supported concept, if appropriate, the wall thickness of a body produced by (ceramic) injection molding can additionally be adjusted by abrading treatment, for example grinding, of the (ceramic) injection-molded body.

Im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes kann eine Elektrolytschicht mit einer derartigen Schichtdicke beispielsweise durch eine Drucktechnik hergestellt werden. Die Elektrodenschichten des Funktionsschichtsystems können dabei ebenfalls durch eine Drucktechnik hergestellt werden. Der tubulare Trägerkörper kann dabei – analog zum elektrolytgeträgerten Konzept – mittels (Keramik-)Spritzguss hergestellt werden, wobei der tubulare Trägerkörper während der Herstellung mittels Folienhinterspritzung (IML, englisch: Inmould Labeling) gleichermaßen mit dem Funktionsschichtsystem versehen werden kann. Im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes kann der hohlzylindrische Zwischenabschnitt beispielsweise eine Wandstärke in einem Bereich von ≥ 250 μm bis ≤ 2000 μm oder ≤ 1500 μm oder ≤ 1000 μm, zum Beispiel von etwa 500 μm, aufweisen. Voryugsweise weist das gasdurchlässig poröse Material dabei eine Porosität von 40 % auf.As part of the inertially supported concept, an electrolyte layer having such a layer thickness can be produced, for example, by a printing technique. The electrode layers of the functional layer system can likewise be produced by a printing technique. The tubular carrier body can be produced by (ceramic) injection molding analogously to the electrolyte-supported concept, whereby the tubular carrier body can likewise be provided with the functional layer system during production by means of film injection molding (IML, English: Inmould Labeling). In the context of the inertly supported concept, the hollow-cylindrical intermediate section can have, for example, a wall thickness in a range of ≥ 250 μm to ≦ 2000 μm or ≦ 1500 μm or ≦ 1000 μm, for example of approximately 500 μm. Voryugsweise, the gas-permeable porous material has a porosity of 40%.

Insbesondere kann der tubulare Trägerkörper ein (Keramik-)Spritzgusskörper sein. (Keramik-)Spritzguss bietet – im Gegensatz zur Extrusion – vorteilhafterweise die verfahrensbedingte Möglichkeit, beispielsweise mittels eines speziell entwickelten Spritzgusswerkzeugs, tubusförmige Hohlkörper mit komplexen Geometrien herzustellen und beispielsweise – wie nachstehend näher erläutert – die Endabschnitt des tubularen Trägerkörpers direkt montageflanschförmig/gasanschlussflanschförmig beziehungsweise kappenförmig auszubilden und insbesondere auch direkt aus einem anderen Material an den hohlzylindrischen Zwischenabschnitt anzuspritzen. So kann wiederum vorteilhafterweise eine gute Funktionsintegration erzielt werden. Ein (Keramik-)Spritzgusskörper kann insbesondere eine für Spritzguss charakteristische Mikrostruktur, beispielsweise Textur und/oder Fließlinien, aufweisen. In particular, the tubular carrier body can be a (ceramic) injection-molded body. In contrast to extrusion, (ceramic) injection molding advantageously offers the process-related possibility of producing tubular hollow bodies with complex geometries, for example by means of a specially developed injection molding tool and, for example-as explained in more detail below-form the end section of the tubular support body directly in the form of a mounting flange or gas connection flange or cap and in particular to inject directly from another material to the hollow cylindrical intermediate section. So again, advantageously, a good functional integration can be achieved. A (ceramic) injection-molded body may in particular have a microstructure characteristic of injection molding, for example texture and / or flow lines.

Gegebenenfalls kann, insbesondere im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes, zumindest der aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material ausgebildete Abschnitt, insbesondere der nachstehend erläuterte hohlzylindrische Zwischenabschnitt – eine (ab-)geschliffene Außenseite aufweisen beziehungsweise außen rund geschliffen sein. Das Schleifen beziehungsweise Außenrundschleifen kann insbesondere mit charakteristischen Bearbeitungsspuren im Querschliff oder Längsschliff einhergehen. Optionally, in particular within the framework of the electrolyte-supported concept, at least the section formed from the gas-tight, oxygen-ion-conductive material, in particular the hollow-cylindrical intermediate section explained below, can have a polished outer surface or be ground externally. The grinding or external cylindrical grinding can in particular be accompanied by characteristic machining marks in transverse or longitudinal grinding.

Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform weist der tubulare Trägerkörper kann einen hohlzylindrischen Zwischenabschnitt und zwei Endabschnitten auf. In the context of a special embodiment, the tubular support body may have a hollow-cylindrical intermediate section and two end sections.

Im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes können die Speicherelektrodenschicht und die Luftelektrodenschicht insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seiten des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts angeordnet sein. Beispielsweise kann die Speicherelektrodenschicht auf der Innenseite und die Luftelektrodenschicht auf der Außenseite, oder umgekehrt, die Luftelektrodenschicht auf der Innenseite und die Speicherelektrodenschicht auf der Außenseite des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts angeordnet sein. In the context of the electrolyte-supported concept, the storage electrode layer and the air electrode layer can be arranged in particular on opposite sides of the hollow cylindrical intermediate section. For example, the storage electrode layer on the inside and the air electrode layer on the outside, or conversely, the air electrode layer on the inside and the storage electrode layer may be arranged on the outside of the hollow cylindrical intermediate portion.

Im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes kann das Funktionsschichtsystem auf einer Seite des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts angeordnet sein. Dabei kann das Funktionsschichtsystem sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts angeordnet sein. Dabei kann das Funktionsschichtsystem sowohl mit der Luftelektrodenschicht als auch mit der Speicherelektrodenschicht an dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt anliegen. In the context of the electrolyte-supported concept, the functional layer system can be arranged on one side of the hollow-cylindrical intermediate section. In this case, the functional layer system can be arranged both on the inside and on the outside of the hollow cylindrical intermediate portion. In this case, the functional layer system can rest against the hollow cylindrical intermediate section both with the air electrode layer and with the storage electrode layer.

Im Rahmen einer Ausgestaltung ist mindestens einer der Endabschnitte des tubularen Trägerkörpers zur Montage der Zelle ausgelegt. In the context of one embodiment, at least one of the end sections of the tubular support body is designed for mounting the cell.

Eine (ausschließlich) als Metall-Luft-Zelle ausgelegte Zelle mit einer dem Innenraum des tubularen Trägerkörpers zugewandten Speicherelektrodenschicht kann dabei sowohl einen offenen als auch einen geschlossenen zur Montage ausgelegten Endabschnitt aufweisen. Der andere Endabschnitt kann dabei ebenfalls geschlossen ausgestaltet sein. Insofern eine (ausschließlich) als Metall-Luft-Zelle ausgelegte Zelle einen offenen zur Montage ausgelegten Endabschnitt aufweist, ist es möglich die Zelle über diesen an einem, insbesondere geschlossenen, Trägerelement, beispielsweise Trägerplatte zu montieren. Dabei kann insbesondere die Umgebung auf der Außenseite des tubularen Trägerkörpers einen Luftraum darstellen. Gegebenenfalls kann Luft mittels einer Gasleitung diesem Luftraum zugeführt und/oder oder aus diesem abgeführt werden. In dem Innenraum des tubularen Trägerkörpers kann dabei gegebenenfalls eine Inertgasatmosphäre vorgesehen sein. A cell designed exclusively as a metal-air cell with a storage electrode layer facing the interior of the tubular carrier body can have both an open and a closed end section designed for mounting. The other end portion can also be designed to be closed. Inasmuch as a cell (designed exclusively as a metal-air cell) has an open end section designed for mounting, it is possible to mount the cell over it on a, in particular closed, carrier element, for example carrier plate. In this case, in particular the environment on the outside of the tubular carrier body can represent an airspace. Optionally, air can be supplied by means of a gas line to this air space and / or be discharged therefrom. If appropriate, an inert gas atmosphere may be provided in the interior of the tubular support body.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedoch mindestens einer der Endabschnitte des tubularen Trägerkörpers zur Montage der Zelle, insbesondere an einer Gasleitung beziehungsweise einem Gasleitungssystem ausgelegt. Beispielsweise kann der mindestens eine zur Montage ausgelegte Endabschnitt zur Montage der Zelle an einem Trägerelement, zum Beispiel einer Trägerplatte, insbesondere mit einer durchgängigen Öffnung, eines Gasleitungssystems ausgelegt sein. Insbesondere kann der mindestens eine zur Montage ausgelegte Endabschnitt dabei zur gasleitenden Montage/Anbindung der Zelle ausgelegt und/oder offen ausgeführt sein. Beispielsweise kann der mindestens eine zur Montage ausgelegte Endabschnitt als Gasanschlussflansch ausgestaltet sein. Dabei kann der zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt insbesondere direkt mit der Gasleitung beziehungsweise dem Gasleitungssystem, beispielsweise dem Trägerelement des Gasleitungssystems, verbunden werden. Die mechanische Verbindung kann dabei zum Beispiel durch einen Spannring oder durch Durchsteckschrauben realisiert werden. Insbesondere kann bei der Anbindung die Stirnseite des zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitts an einem, eine durchgängige Öffnung umgebenden Abschnitt der Gasleitung beziehungsweise des Gasleitungssystems angelegt werden. In the context of a preferred embodiment, however, at least one of the end sections of the tubular carrier body is designed for mounting the cell, in particular on a gas line or a gas line system. For example, the at least one end section designed for mounting can be designed for mounting the cell on a carrier element, for example a carrier plate, in particular with a continuous opening, of a gas line system. In particular, the at least one end section designed for mounting can be designed for gas-conducting installation / connection of the cell and / or open. For example, the at least one end section designed for mounting can be designed as a gas connection flange. In this case, the designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmige, end portion in particular directly to the gas line or the gas line system, for example, the support member of the gas line system, are connected. The mechanical connection can be realized for example by a clamping ring or through bolts. In particular, during the connection, the end face of the end section designed for mounting, in particular gas connection flange-shaped, end section can be applied to a section of the gas line or the gas line system surrounding a continuous opening.

Grundsätzlich ist es möglich, beide Endabschnitte als offene zur Montage ausgelegte Endabschnitte, beispielsweise als Gasanschlussflansche, auszugestalten. Der tubulare Trägerkörper kann dabei insbesondere als beidseitig offener Tubus ausgestaltet sein. Eine derartige Zelle kann insbesondere als beidseitig offene tubulare Zelle bezeichnet werden. In principle, it is possible to design both end sections as open end sections designed for mounting, for example as gas connection flanges. The tubular carrier body can in particular be open tube on both sides be designed. Such a cell may be referred to in particular as a tubular cell open on both sides.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung verschließt jedoch der andere Endabschnitt den tubularen Trägerkörper und kann beispielsweise als Kappen, Kuppel, Tubusdom bezeichnet werden. Insbesondere ist dabei der andere Endabschnitt des tubularen Trägerkörpers als geschlossene Kappe beziehungsweise Kuppel ausgestaltet. Der tubulare Trägerkörper ist dabei folglich als einseitig geschlossener Tubus ausgestaltet. Eine derartige Zelle mit einem gasanschlussflanschförmigen Endabschnitt und einem kappenförmigen Endabschnitt beziehungsweise mit einem einseitig geschlossenen Tubus kann insbesondere als einseitig geschlossene, tubulare Zelle bezeichnet werden. Einseitig geschlossene, tubulare Zellen ermöglichen vorteilhafterweise eine einfache Gasrückführung im System, wodurch vorteilhafterweise, insbesondere mittels einer Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle, ein hoher Wirkungsgrad bei einer elektrochemischen Stromspeicherung mit bedarfsgerechter Rückverstromung erzielt werden kann. In a further embodiment, however, the other end portion closes the tubular carrier body and can be referred to, for example, as caps, dome, Tubusdom. In particular, the other end portion of the tubular carrier body is designed as a closed cap or dome. The tubular support body is thus configured as a closed tube on one side. Such a cell with a gas connection flange-shaped end section and a cap-shaped end section or with a tube closed on one side can be referred to in particular as a unilaterally closed, tubular cell. Tubular cells closed on one side advantageously allow a simple gas recirculation in the system, whereby advantageously, in particular by means of a metal-air electrolysis fuel cell, a high degree of efficiency in electrochemical current storage can be achieved with demand-based reconversion.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist der hohlzylindrische Zwischenabschnitt der aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material ausgebildete Abschnitt (elektrolytgeträgertes Konzept) oder der aus dem gasdurchlässig porösen, insbesondere inerten, keramischen Material ausgebildete Abschnitt (inertgeträgertes Konzept). In the context of a further embodiment, the hollow cylindrical intermediate section is the section formed from the gas-tight, oxygen-ion-conductive material (electrolyte-supported concept) or the section formed from the gas-permeable porous, in particular inert, ceramic material (inertly supported concept).

Im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes kann einer der beiden Endabschnitte, insbesondere der kappenförmige Endabschnitt, beziehungsweise können beiden Endabschnitte aus dem gleichen Material wie der hohlzylindrische Zwischenabschnitt, also auch aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen, insbesondere keramischen, Material, ausgebildet sein. Wie nachfolgend näher erläutert kann im elektrolytgeträgerten Konzept jedoch auch einer oder beide Endabschnitte aus einem anderen, insbesondere keramischen, Material wie der hohlzylindrische Zwischenabschnitt ausgebildet sein. In the context of the electrolyte-supported concept, one of the two end sections, in particular the cap-shaped end section or both end sections, can be formed from the same material as the hollow cylindrical intermediate section, ie also from the gas-tight, oxygen ion-conductive, in particular ceramic, material. However, as explained in more detail below, in the electrolyte-supported concept, one or both end sections may also be formed from another, in particular ceramic, material, such as the hollow-cylindrical intermediate section.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung (des elektrolytgeträgerten Konzepts sowie des inertgeträgerten Konzepts) ist der mindestens eine zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt und/oder der kappenförmige Endabschnitt aus einem anderen, insbesondere keramischen, Material als der hohlzylindrische Zwischenabschnitt ausgebildet. Dabei können sich die Materialien insbesondere in ihrer Zusammensetzung und/oder Porosität beziehungsweise Dichtigkeit unterscheiden. In the context of a further embodiment (of the electrolyte-supported concept as well as of the inert-supported concept), the at least one end section and / or the cap-shaped end section designed for mounting is formed from another, in particular ceramic, material than the hollow-cylindrical intermediate section. The materials may differ in particular in their composition and / or porosity or density.

Zum Beispiel kann im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes das Material des zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitts beziehungsweise des kappenförmigen Endabschnitts die gleiche Zusammensetzung aufweisen, wie das Material des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts, sich jedoch von dem Material des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts dadurch unterscheiden, dass das Material gasdicht und nicht gasdurchlässig porös ist. For example, in the context of the inertially supported concept, the material of the mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion or the cap-shaped end portion have the same composition as the material of the hollow cylindrical intermediate portion, but differ from the material of the hollow cylindrical intermediate portion in that the material is gas-tight and not gas permeable is porous.

Dadurch, dass der zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt und/oder der kappenförmige Endabschnitt nicht aus dem gleichen Material wie der hohlzylindrische Zwischenabschnitt ausgebildet ist und insbesondere inert beziehungsweise elektrochemisch inaktiv sein kann und nicht sauerstoffionenleitfähig (elektrolytgeträgertes Konzept) beziehungsweise poröse (inertgeträgertes Konzept) sein muss, kann das Material vorteilhafterweise aus einer breiteren Materialpalette ausgewählt werden. Dies ermöglicht es unter Anderem ein kostengünstigeres Material und/oder ein elektrisch schwach leitendes oder elektrisch isolierendes Material hierfür einzusetzen. Characterized in that the designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmige, end portion and / or the cap-shaped end portion is not formed of the same material as the hollow cylindrical intermediate portion and in particular inert or electrochemically inactive and not oxygen ion conductive (electrolyte-supported concept) or porous (inertgeträgertes concept) must be, the material can be advantageously selected from a wider range of materials. This makes it possible, inter alia, to use a less expensive material and / or an electrically weakly conductive or electrically insulating material for this purpose.

Dadurch, dass für den gasanschlussflanschförmigen Endabschnitt ein elektrisch schwach leitendes, insbesondere elektrisch isolierendes Material verwendet wird, kann vorteilhafterweise durch den gasanschlussflanschförmigen Endabschnitt auch eine elektrische Isolierung zwischen den elektrochemisch aktiven Komponenten der Zelle und der Gasleitung beziehungsweise der Trägerplatte des Gasleitungssystems, welche als solche metallisch und damit elektrisch leitenden sein kann, gewährleistet werden.Characterized in that an electrically weakly conductive, in particular electrically insulating material is used for the gasanschlussflanschförmigen end, can advantageously by the gasanschlussflanschförmigen end portion and an electrical insulation between the electrochemically active components of the cell and the gas line or the support plate of the gas line system, which as such metallic and to be electrically conductive can be guaranteed.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist der mindestens eine zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt und/oder der kappenförmige Endabschnitt aus einem gasdichten, insbesondere nicht-sauerstoffleitfähigen beziehungsweise inerten beziehungsweise elektrochemisch inaktiven, insbesondere keramischen, Material ausgebildet.In a further embodiment, the at least one designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmige, end portion and / or the cap-shaped end portion of a gas-tight, in particular non-oxygen conductive or inert or electrochemically inactive, in particular ceramic material is formed.

Insbesondere kann der mindestens eine zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt und/oder der kappenförmige Endabschnitt aus einem gasdichten, nicht-sauerstoffleitfähigen beziehungsweise inerten beziehungsweise elektrochemisch inaktiven, elektrisch schwach leitenden beziehungsweise elektrisch isolierenden, insbesondere keramischen, Material ausgebildet sein. In particular, the at least one designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmige, end portion and / or the cap-shaped end portion of a gas-tight, non-oxygen conductive or inert or electrochemically inactive, electrically weakly conductive or electrically insulating, in particular ceramic material may be formed.

Die Endabschnitte können sowohl aus dem gleichen Material als auch aus einem voneinander unterschiedlichen Material ausgebildet sein. Insbesondere können die Endabschnitte jedoch aus dem gleichen Material ausgebildet sein. Beispielsweise kann der kappenförmige Endabschnitt somit aus dem gleichen Material wie der zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt ausgebildet sein.The end portions may be formed both from the same material and from a different material. In particular, however, the end portions may be formed of the same material. For example, the cap-shaped end section can thus be formed from the same material as the end section designed for mounting, in particular gas connection flange-shaped.

Insbesondere kann der zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt und/oder der kappenförmige Endabschnitt, insbesondere in dem an den hohlzylindrischen Zwischenabschnitt angrenzenden Unterabschnitt, eine größere Wandstärke (d112’, d113’), beispielsweise um mindestens den Faktor 1,1 oder 1,2 oder 1,5 oder 2, zum Beispiel um mindestens den Faktor 3 oder 4 oder 10, größere Wandstärke (d112’, d113’), als der hohlzylindrische Zwischenabschnitt (d) aufweisen. So kann vorteilhafterweise eine hohe mechanische Stabilität der Zelle als solches sowie im Fall des gasanschlussflanschförmigen Endabschnitts eine hohe mechanische Stabilität der Anbindung der Zelle an der Gasleitung beziehungsweise dem Trägerelement des Gasleitungssystems erzielt werden. Da die Wandstärke des gasanschlussflanschförmigen Endabschnitts beziehungsweise des kappenförmigen Endabschnitts die elektrochemische Reaktion nicht beeinflusst, können zur Ausbildung des, zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitts und/oder des kappenförmigen Endabschnitts vorteilhafterweise auch Materialien eingesetzt werden, welche als solches zwar eine geringere mechanische Stabilität als das Material des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts aufweisen, bei denen die geringe mechanische Stabilität des Materials, jedoch durch die vergrößerte Wandstärke kompensiert oder sogar überkompensiert wird, so dass der selbst bei der Verwendung eines mechanisch instabileren Materials insgesamt sogar eine höhere mechanische Stabilität als der hohlzylindrische Zwischenabschnitt aufweisen kann. Der gasanschlussflanschförmige Endabschnitt kann neben dem an den hohlzylindrischen Zwischenabschnitt angrenzenden Unterabschnitt, mindestens einen weiteren Unterabschnitt, zum Beispiel in Form eines Vorsprungs, aufweisen, welcher beispielsweise zur mechanischen Anbindung der Zelle dient und welcher insbesondere eine noch größere Wandstärke (d112’’) als der an den hohlzylindrischen Zwischenabschnitt angrenzende Unterabschnitt (d112’, d113’) aufweisen kann.In particular, the designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmige, end portion and / or the cap-shaped end portion, in particular in the adjacent to the hollow cylindrical intermediate portion subsection, a greater wall thickness (d112 ', d113'), for example by at least a factor of 1.1 or 1, 2 or 1.5 or 2, for example by at least the factor 3 or 4 or 10, greater wall thickness (d112 ', d113') than the hollow cylindrical intermediate portion (d). Thus, advantageously, a high mechanical stability of the cell as such and, in the case of the gas connection flange-shaped end section, a high mechanical stability of the connection of the cell to the gas line or the carrier element of the gas line system can be achieved. Since the wall thickness of the gas connection flange-shaped end section or of the cap-shaped end section does not influence the electrochemical reaction, it is also advantageously possible to use materials which, as such, have a lower mechanical stability than the construction of the gas inlet flange-shaped end section and / or the cap-shaped end section have the material of the hollow cylindrical intermediate portion, in which the low mechanical stability of the material, but compensated by the increased wall thickness or even overcompensated, so that even with the use of a mechanically unstable material overall may even have a higher mechanical stability than the hollow cylindrical intermediate portion , The gas connection flange-shaped end section can have, in addition to the lower section adjacent to the hollow cylindrical intermediate section, at least one further subsection, for example in the form of a projection, which serves, for example, for mechanically connecting the cell and which, in particular, has an even greater wall thickness (d112 ") than that of FIG The sub-section (d112 ', d113') adjacent to the hollow-cylindrical intermediate section may have.

Bei Betriebstemperaturen von 650 °C bis 950 °C kann die Anbindung zwischen dem zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt und einer Gasleitung beziehungsweise einem Trägerelement eines Gasleitungssystems mittels eines, insbesondere elektrisch isolierenden, Glaslots abgedichtet werden. Da Glaslote nicht uneingeschränkt temperaturbeständig sind, hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, die Stirnseite des zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitts und gegebenenfalls auch den Anbindungsabschnitt der Gasleitung beziehungsweise des Trägerelementes des Gasleitungssystems mit einem Planschliff zu versehen. So kann vorteilhafterweise auch eine glaslotfreie Abdichtung realisiert werden. At operating temperatures of 650 ° C to 950 ° C, the connection between the designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion and a gas line or a support member of a gas line system can be sealed by means of a, in particular electrically insulating, glass solder. Since glass solders are not fully temperature resistant, it has proven to be advantageous to provide the end face of the designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion and possibly also the connection portion of the gas line or the support element of the gas line system with a flat grinding. Thus, advantageously, a glass solder-free sealing can be realized.

Das gasdurchlässig poröse oder gasdichte, nicht-sauerstoffionenleitfähige beziehungsweise inerte beziehungsweise elektrochemisch inaktives, insbesondere elektrisch schwach leitende oder elektrisch isolierende, Material, beispielsweise das Material des zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitts und/oder das Material des kappenförmigen Endabschnitts und/oder das Material des gasdurchlässig porösen hohlzylindrischen Zwischenabschnitts kann insbesondere ausgewählt sein, aus der Gruppe bestehend aus niedrig dotierten Zirkoniumdioxiden, das heißt mit weniger als 3 Gew.-% dotierten Zirkoniumdioxiden, undotiertem Zirkoniumdioxid, Magnesiumsilikaten, insbesondere Forsterit (Mg2SiO4), Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Gemischen, Spinellen, beispielsweise Magnesiumaluminat (MgAl2O4), Zirkoniumoxid-Glas-Gemischen, Zinkoxid und Mischungen davon. The gas-permeable porous or gas-tight, non-oxygen ion conductive or inert or electrochemically inactive, especially electrically weakly conductive or electrically insulating material, such as the material of the designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion and / or the material of the cap-shaped end portion and / or the material of the gas-permeable porous hollow cylindrical intermediate section may in particular be selected from the group consisting of low-doped zirconium dioxides, that is with less than 3 wt .-% doped zirconia, undoped zirconia, magnesium silicates, especially forsterite (Mg 2 SiO 4 ), alumina, alumina Zirconia mixtures, spinels, for example, magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ), zirconia-glass mixtures, zinc oxide, and mixtures thereof.

Insbesondere kann als gasdurchlässig poröses oder gasdichtes, nicht-sauerstoffionenleitfähiges beziehungsweise inertes beziehungsweise elektrochemisch inaktives, insbesondere elektrisch isolierendes, Material Magnesiumsilikat, insbesondere Forsterit, eingesetzt werden. Forsterit basiert im Wesentlichen auf der allgemeinen Summenformel Mg2SiO4. Forsterit kann vorteilhafterweise elektrisch und ionisch hoch isolierend sein und beispielsweise bei 20 °C einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1011 Ωm und bei 600 °C einen spezifischen elektrischen Widerstand von 105 Ωm aufweisen. So können vorteilhafterweise elektrische und ionische Kurzschlüsse vermieden und auf eine oder mehrere zusätzliche Isolationsschichten verzichtet werden. Weitere Vorteile von Forsterit sind dessen Sinterverhalten und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient. So kann Forsterit vorteilhafte Schwindungseigenschaften und eine vorteilhafte Schwindungskinetik aufweisen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Forsterit kann dabei zudem im Wesentlichen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien des Funktionsschichtsystems entsprechen und kann etwa 10 bis 11·10–6K–1 betragen, was sich vorteilhaft auf eine gleichzeitige Sinterung (Cosinterung) des tubularen Trägerkörpers und des Funktionsschichtsystems auswirkt. Zudem kann Forsterit über eine Reaktionssinterung aus kostengünstigen Rohstoffen, wie Talk und Magnesiumoxid gewonnen werden, was zur Kosteneinsparung bei der Herstellung weiter beiträgt. In particular, can be used as the gas-permeable porous or gas-tight, non-oxygen ion conductive or inert or electrochemically inactive, in particular electrically insulating material magnesium silicate, in particular forsterite. Forsterite is based essentially on the general empirical formula Mg 2 SiO 4 . Forsterite may advantageously be highly electrically and ionically highly insulating and, for example, have a specific electrical resistance of 10 11 Ωm at 20 ° C. and a specific electrical resistance of 10 5 Ωm at 600 ° C. Thus, it is advantageously possible to avoid electrical and ionic short circuits and to dispense with one or more additional insulation layers. Further advantages of Forsterit are its sintering behavior and its thermal expansion coefficient. Thus, forsterite can have advantageous shrinkage properties and an advantageous shrinkage kinetics. The thermal expansion coefficient of Forsterit can also substantially correspond to the thermal expansion coefficient of the materials of the functional layer system and can be about 10 to 11 · 10 -6 K -1 , which has an advantageous effect on a simultaneous sintering (co-sintering) of the tubular support body and the functional layer system , In addition, forsterite can be obtained via a reaction sintering from inexpensive raw materials, such as talc and magnesium oxide, which further contributes to cost savings in the production.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen dem zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt und dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt eine Verzahnung ausgebildet ist. Insbesondere kann die Verzahnung dabei Nut-Feder-artig beziehungsweise wellenförmig sein und beispielsweise eine zumindest teilweise umfängliche Erstreckung aufweisen. Im Bereich der Verzahnung zwischen dem zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt und dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt kann der hohlzylindrische Zwischenabschnitt insbesondere im Wesentlichen konvex und der gasanschlussflanschförmige Endabschnitt insbesondere im Wesentlichen konkav geformt sein. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise erzielt werden, dass die elektrochemisch aktive beziehungsweise Fläche beziehungsweise Gasdiffusion durch die Verzahnung nicht oder nur kaum beeinträchtigt wird. As part of a further embodiment, a toothing is formed between the designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion and the hollow cylindrical intermediate portion. In particular, the teeth may be tongue and groove-like or wave-shaped and, for example, have an at least partially circumferential extension. In the area of the toothing between the end portion designed for mounting, in particular gas connection flange, and the hollow cylindrical intermediate portion, the hollow cylindrical intermediate portion may be substantially convex and the gas terminal flange end portion particularly substantially concave. In this way it can advantageously be achieved that the electrochemically active surface or gas diffusion is not or only slightly affected by the gearing.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen dem kappenförmigen Endabschnitt und dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt eine, insbesondere Nut-Feder-artige, Verzahnung, insbesondere mit einer zumindest teilweise umfänglichen Erstreckung, ausgebildet. Insbesondere kann auch hierbei die Verzahnung Nut-Feder-artig beziehungsweise wellenförmig sein und beispielsweise eine zumindest teilweise umfängliche Erstreckung aufweisen. Im Bereich der Verzahnung zwischen dem kappenförmigen Endabschnitt und dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt kann der hohlzylindrische Zwischenabschnitt insbesondere im Wesentlichen konvex und der kappenförmige Endabschnitt insbesondere im Wesentlichen konkav geformt sein. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise erzielt werden, dass die elektrochemisch aktive Fläche beziehungsweise Gasdiffusion durch die Verzahnung nicht oder nur kaum beeinträchtigt wird. As part of a further embodiment, between the cap-shaped end portion and the hollow cylindrical intermediate portion, a, in particular tongue and groove-like, toothing, in particular with an at least partially circumferential extent, formed. In particular, in this case too, the teeth can be tongue and groove-like or wave-shaped and, for example, have an at least partially circumferential extent. In the region of the toothing between the cap-shaped end section and the hollow-cylindrical intermediate section, the hollow-cylindrical intermediate section may in particular be substantially convex and the cap-shaped end section may in particular be substantially concave-shaped. In this way it can advantageously be achieved that the electrochemically active surface or gas diffusion is not or only slightly affected by the toothing.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung weist der kappenförmige Endabschnitt mindestens drei, insbesondere umfänglich verteilt ausgebildete, Einzüge und/oder (Innen-)Streben auf. Die Einzüge und/oder Streben können insbesondere zueinander rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Insbesondere kann dabei die Rotationssymmetrieachse der Längsachse des tubularen Trägerkörpers entsprechen. Die Einzüge und/oder Streben können insbesondere einen sich dazwischen erstreckenden Freiraums begrenzen, dessen Durchmesser sich entlang der Symmetrie-/Längsachse des tubularen Trägerkörpers vom hohlzylindrischen Zwischenabschnitt in Richtung auf das Zentrum des kappenförmigen Endabschnitts verringert. Diese Einzüge und/oder Streben können insbesondere in den kappenförmigen Endabschnitt eingespritzt sein beziehungsweise im Rahmen des (Keramik-)Spritzgießens des tubularen Trägerkörpers erzeugt sein. Derartig ausgebildete Streben beziehungsweise Einzüge können, insbesondere als Zentrierungs- und/oder Stabilisierungselemente, zur Zentrierung und/oder Stabilisierung einer in den Innenraum der tubularen Zelle einführbaren Gaslanze, beispielsweise Brennstoffgaslanze, dienen. So kann vorteilhafterweise mittels einer weiteren Funktionsintegration eine exakte, sowohl radiale als auch axiale Positionierung und Fixierung der Gaslanze erzielt und eine über die Lebensdauer präzise und reproduzierbare Gasführung gewährleistet werden. Insbesondere kann der kappenförmige Endabschnitt drei derartige Einzüge und/oder Streben aufweisen. Dies hat sich zur Zentrierung und Fixierung als vorteilhaft heraus gestellt. In the context of a further embodiment, the cap-shaped end section has at least three, in particular circumferentially distributed, indents and / or (inner) struts. The indentations and / or struts can in particular be rotationally symmetrical to one another. In particular, the rotational symmetry axis may correspond to the longitudinal axis of the tubular carrier body. In particular, the indents and / or struts may define a clearance extending therebetween the diameter of which decreases along the axis of symmetry / longitudinal axis of the tubular support body from the hollow cylindrical intermediate portion towards the center of the cap-shaped end portion. These indentations and / or struts can in particular be injected into the cap-shaped end section or produced in the context of (ceramic) injection molding of the tubular carrier body. Such trained struts or indentations can, in particular as Zentrierungs- and / or stabilizing elements, for centering and / or stabilizing a insertable into the interior of the tubular cell gas lance, for example, fuel gas lance serve. Thus, by means of a further functional integration, an exact, both radial and axial positioning and fixing of the gas lance can advantageously be achieved and a precise and reproducible gas conduction over the service life can be ensured. In particular, the cap-shaped end portion may have three such indents and / or struts. This has turned out to be advantageous for centering and fixing.

Die Luftelektrodenschicht und die Speicherelektrodenschicht können im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes die gesamte Außenseite beziehungsweise die gesamte Innenseite des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts bedecken. The air electrode layer and the storage electrode layer may, in the context of the electrolyte-supported concept, cover the entire outer side or the entire inner side of the hollow cylindrical intermediate section.

Im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes kann das Funktionsschichtsystempaket die gesamte Außenseite oder die gesamte Innenseite des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts bedecken. Im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes sind vorzugsweise diejenigen Abschnitte des Trägerkörpers, welche nicht mit dem Funktionsschichtsystem versehen sind, aus einem gasdichten, insbesondere nicht-sauerstoffionenleitfähigen beziehungsweise inerten beziehungsweise elektrochemisch inaktiven, keramischen Material ausgebildet. Geeignete nicht-sauerstoffionenleitfähige beziehungsweise inerte beziehungsweise elektrochemisch inaktive, insbesondere keramische, Materialien, welche sowohl gasdurchlässig porös als auch gasdicht ausgeführt werden können, werden später näher erläutert. As part of the inertially supported concept, the functional layer system package can cover the entire outside or the entire inside of the hollow cylindrical intermediate section. In the context of the inertly supported concept, those sections of the carrier body which are not provided with the functional layer system are preferably formed from a gas-tight, in particular non-oxygen ion-conducting or inert or electrochemically inactive, ceramic material. Suitable non-oxygen ion conductive or inert or electrochemically inactive, in particular ceramic, materials which can be made both gas-permeable porous and gas-tight, are explained in more detail later.

Die Endabschnitte, insbesondere der gasanschlussflanschförmige Endanschnitt beziehungsweise der kappen-/kuppelförmige Endabschnitt, können insbesondere nicht mit den Elektrodenschichten (elektrolytgeträgertes Konzept) beziehungsweise dem Funktionsschichtsystem (inertgeträgertes Konzept) beschichtet sein. In particular, the end sections, in particular the gas connection flange-shaped end section or the cap / dome-shaped end section, can not be coated with the electrode layers (electrolyte-supported concept) or the functional layer system (inertly supported concept).

Die Luftelektrodenschicht und/oder die Speicherelektrodenschicht kann (jeweils) mindesten einen Interkonnektor aus einem elektrisch leitenden Material aufweisen, insbesondere welcher mindestens einen, insbesondere elektrochemisch aktiven, Elektrodenschichtabschnitt der (jeweiligen) Elektrodenschicht elektrisch kontaktiert. Gegebenenfalls kann ein Interkonnektor dabei mindestens zwei, insbesondere elektrochemisch aktive, Elektrodenschichtabschnitte der (jeweiligen) Elektrodenschicht elektrisch leitend miteinander verbinden. The air electrode layer and / or the storage electrode layer may (at least) comprise at least one interconnector made of an electrically conductive material, in particular which electrically contacts at least one, in particular electrochemically active, electrode layer section of the (respective) electrode layer. If appropriate, an interconnector can connect at least two, in particular electrochemically active, electrode layer sections of the (respective) electrode layer to one another in an electrically conductive manner.

Die Interkonnektoren der Luftelektrodenschicht und/oder der Speicherelektrodenschicht können sowohl (voll-)flächig als auch stegförmig oder kombiniert (voll-)flächig und stegförmig ausgestaltet sein. The interconnectors of the air electrode layer and / or the storage electrode layer can be both (fully) flat or web-shaped or combined (fully) flat and designed web-shaped.

Dabei können die Interkonnektoren der Luftelektrodenschicht und der Speicherelektrodenschicht sowohl aus dem gleichen Material als auch aus voneinander unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. In this case, the interconnectors of the air electrode layer and the storage electrode layer can be formed both from the same material and from different materials.

Grundsätzlich können die können die Interkonnektoren der Luftelektrodenschicht und der Speicherelektrodenschicht sowohl aus einem porösen beziehungsweise gasdurchlässigen als auch aus einem dichten beziehungsweise gasdichten Material oder teilweise gasdicht und teilweise gasdurchlässig porös ausgebildet sein. In principle, the interconnectors of the air electrode layer and the storage electrode layer can be formed of a porous or gas-permeable as well as of a dense or gas-tight material or partially gas-tight and partially gas-permeable porous.

Im Rahmen einer Ausgestaltung weist die Luftelektrodenschicht und/oder die Speicherelektrodenschicht (jeweils) mindestens einen flächigen, insbesondere vollflächigen, Interkonnektor auf. Zum Beispiel können die Luftelektrodenschicht und/oder die Speicherelektrodenschicht einen flächigen, insbesondere vollflächigen Interkonnektor, zum Beispiel aus einem gasdurchlässigen Material, aufweisen, welcher auf den, insbesondere elektrochemisch aktiven, Elektrodenschichtabschnitten der (jeweiligen) Elektrodenschicht aufgebracht ist. Within the scope of an embodiment, the air electrode layer and / or the storage electrode layer (in each case) has at least one flat, in particular full-surface, interconnector. For example, the air electrode layer and / or the storage electrode layer may have a flat, in particular full-surface interconnector, for example of a gas-permeable material, which is applied to the, in particular electrochemically active, electrode layer sections of the (respective) electrode layer.

Im Rahmen einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung weist die Luftelektrodenschicht und/oder die Speicherelektrodenschicht (jeweils) mindestens einen beziehungsweise mehrere stegförmige/n Interkonnektor/en auf welche/r zwischen mindestens zwei Elektrodenschichtabschnitten der (jeweiligen) Elektrodenschicht angeordnet ist. Der beziehungsweise die stegförmige/n Interkonnektor/en können sowohl aus einem gasdurchlässigen als auch aus einem gasdichten Material ausgebildet sein. In the context of another alternative or additional embodiment, the air electrode layer and / or the storage electrode layer (in each case) has at least one or a plurality of web-shaped interconnect / s on which at least two electrode layer sections of the (respective) electrode layer are arranged. The web-shaped interconnect (s) can be formed both from a gas-permeable and from a gas-tight material.

Die Luftelektrodenschicht kann insbesondere ein sauerstoffionenleitfähiges und/oder mischleitendes (Sauerstoffionen und Elektronen leitfähiges), insbesondere keramisches, Material, als elektrochemisch aktives Material beziehungsweise mindestens einen daraus ausgebildeten, insbesondere elektrochemisch aktiven, Elektrodenschichtabschnitt, beispielsweise eine Vielzahl von, insbesondere elektrochemisch aktiven, Elektrodenschichtabschnitten, umfassen. The air electrode layer may in particular comprise an oxygen ion conductive and / or mixed conductive (oxygen ion and electron conductive), in particular ceramic, material as electrochemically active material or at least one formed, in particular electrochemically active, electrode layer section, for example a plurality of, in particular electrochemically active, electrode layer sections ,

Die, insbesondere elektrochemisch aktiven, Elektrodenschichtabschnitte der Luftelektrodenschicht können beispielsweise Lanthanstrontiummanganoxid (LSM), Lanthanstrontiumcobaltferrit (LSCF), Lanthanstrontiumferrit (LSF), Lanthanstrontiumcobaltoxid (LSC), Lanthannickelferrit (LNF) oder eine Mischung davon umfassen oder daraus ausgebildet sein. Gegebenenfalls können diese Materialien als Mischung mit einem sauerstoffionenleitfähigen Material, beispielsweise Elektrolytmaterial, eingesetzt werden. The, in particular electrochemically active, electrode layer sections of the air electrode layer may comprise, for example, lanthanum strontium manganese oxide (LSM), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), lanthanum strontium ferrite (LSF), lanthanum strontium cobalt oxide (LSC), lanthanum nickel ferrite (LNF) or a mixture thereof. Optionally, these materials may be used as a mixture with an oxygen ion-conductive material, for example, electrolyte material.

Die Elektrodenschichtabschnitte der Luftelektrodenschicht können insbesondere eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 200 μm von kleiner oder gleich 100 μm, beispielweise in einem Bereich von ≥ 10 μm bis ≤ 100 μm, zum Beispiel von ≥ 10 μm oder ≥ 15 μm oder ≥ 20 μm oder ≥ 25 μm bis ≤ 200 μm oder ≤ 100 μm, zum Beispiel von etwa 50 μm, aufweisen. So kann vorteilhafterweise eine hohe Gasdiffusion erzielt werden.The electrode layer sections of the air electrode layer may in particular have a layer thickness of less than or equal to 200 μm of less than or equal to 100 μm, for example in a range of ≥ 10 μm to ≤ 100 μm, for example of ≥ 10 μm or ≥ 15 μm or ≥ 20 μm or ≥ 25 microns to ≤ 200 microns or ≤ 100 microns, for example, from about 50 microns have. Thus, advantageously, a high gas diffusion can be achieved.

Die Interkonnektoren der Luftelektrodenschicht und/oder der Speicherelektrodenschicht können aus einem, insbesondere redoxstabilen, keramischen oder metallischen, insbesondere keramischen, Material ausgebildet sein. The interconnectors of the air electrode layer and / or the storage electrode layer may be formed from one, in particular redox-stable, ceramic or metallic, in particular ceramic, material.

Unter einem redoxstabilen Material kann insbesondere ein Material verstanden werden, welches unter den Bedingungen, denen es beim Betrieb der Zelle ausgesetzt ist, elektrochemisch und/oder chemisch stabil ist, insbesondere keine Reduktionsreaktionen und Oxidationsreaktionen, so genannte Redoxreaktionen, durchläuft. Die Beurteilung der Redoxstabilität kann dabei insbesondere im Hinblick auf die Bedingungen, denen das Material beim Betrieb der tubularen Zelle ausgesetzt ist, erfolgen. A redox-stable material may, in particular, be understood as meaning a material which, under the conditions to which it is exposed during operation of the cell, is electrochemically and / or chemically stable, in particular undergoes no reduction reactions and oxidation reactions, so-called redox reactions. The assessment of the redox stability can be carried out in particular with regard to the conditions to which the material is exposed during operation of the tubular cell.

Wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren näher erläutert, kann eine tubulare Zelle vorteilhafterweise besonders einfach und kostengünstig mit einer keramischen, elektrisch leitenden und redoxstabilen Material mittels (Keramik-)Spritzguss und/oder Folienhinterspritzung ausgestattet werden. Zudem kann ein keramisches Material – verglichen mit einem metallischen Material – gegebenenfalls temperaturbeständiger und/oder kostengünstiger sein. As explained in more detail in connection with the method according to the invention, a tubular cell can advantageously be equipped in a particularly simple and cost-effective manner with a ceramic, electrically conductive and redox-stable material by means of (ceramic) injection molding and / or film injection molding. In addition, a ceramic material may be more temperature-resistant and / or less expensive compared to a metallic material.

Beispielsweise kann das Interkonnektormaterial mindestens ein Material umfassen oder daraus ausgebildet sein, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lanthanchromaten (LaCrO3), Lanthanstrontiummanganoxiden (LSM), insbesondere scandiumdotiertes Lanthanstrontiummanganoxid (LSSM), Lanthannickeleisenverbindungen (LNF), Metallen, insbesondere Edelmetallen und/oder anderen, insbesondere hochtemperaturstabilen, Metallen und Mischungen davon. Dabei können unter hochtemperaturstabilen Metallen, Metalle verstanden werden, die einen Schmelzpunkt von mindestens 1000 °C aufweisen und insbesondere unter reduzierender und/oder oxidierender Atmosphäre, insbesondere unter der Atmosphäre unter der sie betrieben werden, chemisch stabil sind. By way of example, the interconnector material may comprise or be formed from at least one material selected from the group consisting of lanthanum chromates (LaCrO 3 ), lanthanum strontium manganese oxides (LSM), in particular scandium-doped lanthanum strontium manganese oxide (LSSM), lanthanum iron iron compounds (LNF), metals, in particular precious metals and / or others, especially high temperature stable metals and mixtures thereof. In this context, high-temperature-stable metals may be understood as meaning metals which have a melting point of at least 1000 ° C. and are chemically stable, in particular under a reducing and / or oxidizing atmosphere, in particular under the atmosphere under which they are operated.

Um sowohl eine gute Korrosionsbeständigkeit als auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit zu realisieren, können beispielsweise chromhaltige, insbesondere hoch-chromhaltige, Werkstoffe, wie Lanthanchromoxid (LaCrO3), hierfür eingesetzt werden. In order to realize both good corrosion resistance and high electrical conductivity, it is possible, for example, to use materials containing chromium, in particular high chromium, such as lanthanum chromium oxide (LaCrO 3 ).

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Speicherelektrodenschicht dem Innenraum des tubularen Trägerkörpers und die Luftelektrodenschicht der äußeren Umgebung um den tubularen Trägerkörper zugewandt. Within the scope of a further embodiment, the storage electrode layer faces the interior of the tubular support body and the air electrode layer faces the outer environment around the tubular support body.

Im Rahmen einer anderen Ausführungsform ist die Luftelektrodenschicht dem Innenraum des tubularen Trägerkörpers und die Speicherelektrodenschicht der äußeren Umgebung um den tubularen Trägerkörper zugewandt. In the context of another embodiment, the air electrode layer faces the interior of the tubular carrier body and the storage electrode layer of the external environment faces the tubular carrier body.

Die Speicherelektrodenschicht der äußeren Umgebung um den tubularen Trägerkörper zugewandt auszubilden, hat den Vorteil, dass in dem Innenraum eine Luftzufuhrlanze aufgenommen werden und ein vorteilhaftes Gasrückführungssystem ausgebildet werden kann. The storage electrode layer of the outer environment to form the tubular carrier body, has the advantage that in the interior of an air supply lance are received and an advantageous gas recirculation system can be formed.

Die Speicherelektrodenschicht dem Innenraum des tubularen Trägerkörpers zugewandt auszubilden hat jedoch insbesondere bei unstrukturierten Speicherelektrodenschichten den Vorteil, dass bei einer Expansion des Speicherelektrodenmaterials – aufgrund des sich in Richtung auf den zentralen Bereich des rohrförmigen Trägerkörpers verkleinernden Umfangs – auf die Speicherelektrodenschicht ein leichter Druck ausgeübt wird, durch welchen eine Rissbildung in der Speicherelektrodenschicht vermieden werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Rissbildung in der Speicherelektrodenschicht jedoch auch durch Verwendung der expandierten Form des Speicherelektrodenmaterials während der Herstellung der Metall-Luft-Zelle und/oder durch eine später näher erläuterte Rippenstruktur zumindest deutlich reduziert oder vermieden werden, weswegen auch die Ausführungsform mit der, der äußeren Umgebung zugewandten Speicherelektrode vorteilhaft realisiert werden kann. However, the storage electrode layer facing the interior of the tubular carrier body has the advantage, in particular in the case of unstructured storage electrode layers, that slight pressure is exerted on the storage electrode layer during expansion of the storage electrode material due to the circumference decreasing in the direction of the central region of the tubular carrier body which cracking in the storage electrode layer can be avoided. Alternatively or additionally, however, crack formation in the storage electrode layer can also be at least significantly reduced or avoided by using the expanded form of the storage electrode material during the production of the metal-air cell and / or by a fin structure explained in more detail below. the outer environment facing storage electrode can be advantageously realized.

Alternativ oder zusätzlich zu den Interkonnektoren kann die tubulare Metall-Luft-Zelle mindestens eine aus einem elektrisch leitenden und redoxstabilen Material ausgebildete Rippenstruktur aufweisen. Dabei kann insbesondere das Material der Speicherelektrode zwischen den Rippen der Rippenstruktur ausgebildet sein. As an alternative or in addition to the interconnectors, the tubular metal-air cell may have at least one rib structure formed from an electrically conductive and redox-stable material. In this case, in particular, the material of the storage electrode can be formed between the ribs of the rib structure.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist daher die Speicherelektrodenschicht eine aus einem elektrisch leitenden und redoxstabilen Material ausgebildete Rippenstruktur auf, wobei das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material der Speicherelektrodenschicht zwischen den Rippen der Rippenstruktur ausgebildet ist. In the context of a further embodiment, therefore, the storage electrode layer has a rib structure formed from an electrically conductive and redox-stable material, wherein the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer is formed between the ribs of the rib structure.

Grundsätzlich kann die Luftelektrode eine flächige zusammenhängende, insbesondere nicht durch eine Rippenstruktur segmentierte, Elektrode sein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das Material der Luftelektrode zwischen den Rippen der Rippenstruktur beziehungsweise einer weiteren Rippenstruktur aus einem elektrisch leitenden und redoxstabilen Material auszubilden. Gegebenenfalls kann daher auch die Luftelektrodenschicht eine aus einem elektrisch leitenden und redoxstabilen Material ausgebildete Rippenstruktur aufweisen, wobei das elektrochemisch aktive Material der Luftelektrodenschicht zwischen den Rippen der Rippenstruktur ausgebildet ist. In principle, the air electrode can be an areal contiguous electrode, in particular not segmented by a rib structure. Alternatively or additionally, it is also possible to form the material of the air electrode between the ribs of the rib structure or a further rib structure made of an electrically conductive and redox-stable material. Optionally, therefore, the air electrode layer may also have a rib structure formed of an electrically conductive and redox-stable material, wherein the electrochemically active material of the air electrode layer is formed between the ribs of the rib structure.

Interkonnektormaterialien, welche zum elektrischen Verschalten von elektrochemischen Zellen verwendet werden und beispielsweise vorstehend bereits erläutert wurden, sind elektrisch leitend und können zudem insbesondere auch redoxstabil sein. Daher kann die Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht beispielsweise aus einem Interkonnektormaterial, insbesondere aus einem vorstehend beschriebenen Interkonnektormaterial, ausgebildet sein. Interconnect materials, which are used for the electrical interconnection of electrochemical cells and, for example, have already been explained above, are electrically conductive and, moreover, can in particular also be redox-stable. The rib structure of the storage electrode layer and / or the air electrode layer can therefore be formed, for example, from an interconnector material, in particular from an interconnector material described above.

Zum Beispiel kann auf der Innenseite und/oder auf der Außenseite, insbesondere auf der Innenseite, des tubularen Trägerkörpers beziehungsweise des Funktionsschichtsystems eine Rippenstruktur (rippenförmige Erhebungen) aus einem elektrisch leitenden und redoxstabilen Material beziehungsweise einem Interkonnektormaterial ausgebildet sein. For example, on the inside and / or on the outside, in particular on the inside, of the tubular carrier body or of the functional layer system, a rib structure (rib-shaped elevations) may be formed from an electrically conductive and redox-stable material or an interconnector material.

Das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrodenschicht beziehungsweise das elektrochemisch aktive Material der Luftelektrodenschicht kann dabei beispielsweise zwischen den Rippen der (jeweiligen) Rippenstruktur, insbesondere in Zwischenräume zwischen den Rippen der (jeweiligen) Rippenstruktur, ausgebildet beziehungsweise eingebracht sein. Insbesondere kann dabei das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrodeschicht beziehungsweise das elektrochemisch aktive Material der Luftelektrodeschicht zwischen den Rippen der (jeweiligen) Rippenstruktur, beispielsweise in Zwischenräumen zwischen den Rippen, auf den tubularen Trägerkörper und/oder auf die Elektrolytschicht aufgebracht sein. The reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode layer or the electrochemically active material of the air electrode layer can be formed or incorporated, for example, between the ribs of the (respective) rib structure, in particular in intermediate spaces between the ribs of the (respective) rib structure. In particular, the reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode layer or the electrochemically active material of the air electrode layer can be applied between the ribs of the (respective) rib structure, for example in interspaces between the ribs, on the tubular carrier body and / or on the electrolyte layer.

Durch das Ausbilden des Materials der Speicherelektrodenschicht beziehungsweise der Luftelektrodenschicht zwischen den Rippen der Rippenstruktur kann vorteilhafterweise sowohl die elektrische Anbindung als auch die mechanische Stabilität der Speicherelektrodenschicht beziehungsweise der Luftelektrodenschicht, insbesondere über die Lebensdauer der tubularen Metall-Luft-Zelle, verbessert werden. By forming the material of the storage electrode layer or the air electrode layer between the ribs of the rib structure, advantageously both the electrical connection and the mechanical stability of the storage electrode layer or the air electrode layer, in particular over the Life of the tubular metal-air cell, to be improved.

Dabei ermöglicht die Rippenstruktur es insbesondere auch bei, beispielsweise redoxreaktionsbedingten und/oder temperaturbedingten Volumenänderungen, beispielsweise einer wechselnde Volumenzunahme und Volumenabnahme, des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials der Speicherelektrodenschicht beziehungsweise des elektrochemische aktiven Materials der Luftelektrode, eine gute elektrischen Anbindung des Materials sicher zu stellen. Dies ist für Metall-Luft-Zellen besonders vorteilhaft, da deren reversibel oxidierbares und reduzierbares Material eine relativ hohe Schichtdicke aufweisen und dessen redoxreaktionsbedingte Volumenänderungen besonders stark ausfallen können. Das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material kann in seiner oxidierten Form zudem hochporös werden und insbesondere an eigener mechanischer Stabilität verlieren, wobei die Rippenstruktur dann vorteilhafterweise das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material mechanisch stabilisieren beziehungsweise von außen verfestigen und eine ausreichende mechanische Stabilität der Gesamtanordnung gewährleisten kann. In this case, the rib structure also makes it possible in particular to ensure good electrical connection of the material, for example redox reaction-induced and / or temperature-induced volume changes, for example an alternating volume increase and decrease in volume, of the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer or of the electrochemical active material of the air electrode. This is particularly advantageous for metal-air cells, since their reversibly oxidizable and reducible material have a relatively high layer thickness and its redox reaction-induced volume changes can be particularly strong. The reversibly oxidizable and reducible material can also be highly porous in its oxidized form and in particular lose its own mechanical stability, the rib structure then advantageously mechanically stabilize the reversibly oxidizable and reducible material or solidify from the outside and can ensure sufficient mechanical stability of the overall arrangement.

Insbesondere kann die Rippenstruktur dabei zusätzlich auch als Interkonnektor dienen. In particular, the rib structure can additionally serve as an interconnector.

Insgesamt kann so vorteilhafterweise eine hohe Lebensdauer der tubularen Metall-Luft-Zelle realisiert werden. Overall, it is thus advantageously possible to realize a long service life of the tubular metal-air cell.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht, insbesondere der Speicherelektrodenschicht, Rippen, welche sich in Längsrichtung des tubularen Trägerkörpers oder zumindest im Wesentlichen in Längsrichtung des tubularen Trägerkörpers erstrecken. Eine derartige Rippenstruktur kann vorteilhafterweise besonders einfach hergestellt werden. In a further embodiment, the rib structure of the storage electrode layer and / or the air electrode layer, in particular the storage electrode layer, ribs which extend in the longitudinal direction of the tubular support body or at least substantially in the longitudinal direction of the tubular support body. Such a rib structure can advantageously be produced particularly easily.

Im Rahmen einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht, insbesondere der Speicherelektrodenschicht, Rippen, welche sich in Umfangsrichtung des tubularen Trägerkörpers oder zumindest im Wesentlichen in Umfangsrichtung des tubularen Trägerkörpers erstrecken. Unter im Wesentlichen kann dabei insbesondere verstanden werden, dass Abweichungen von etwa ±20° umfasst sein sollen. In the context of a further alternative or additional embodiment, the rib structure of the storage electrode layer and / or the air electrode layer, in particular the storage electrode layer, ribs which extend in the circumferential direction of the tubular support body or at least substantially in the circumferential direction of the tubular support body. In essence, it may be understood in particular that deviations of approximately ± 20 ° should be included.

Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst die Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht, insbesondere der Speicherelektrodenschicht, Rippen (rippenförmige Erhebungen), welche sich abweichend von der Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung des tubularen Trägerkörpers erstrecken beziehungsweise abweichend von der Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung des tubularen Trägerkörpers (keramischen Körpers) ausgerichtet sind. Beispielsweise können sich die Rippen in eine Richtung erstrecken, welche um mehr als 20° von der Längsrichtung und/oder der Umfangsrichtung des tubularen Trägerkörpers abweichen. Die Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht, insbesondere der Speicherelektrodenschicht, kann zum Beispiel rasterförmig ausgebildet sein. So kann vorteilhafterweise eine besonders gute elektrische und mechanische Anbindung des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials der Speicherelektrodenschicht beziehungsweise des elektrochemisch aktiven Materials der Luftelektrodenschicht erzielt werden. In one embodiment, the rib structure of the storage electrode layer and / or the air electrode layer, in particular the storage electrode layer, ribs (rib-shaped elevations) which differ from the longitudinal direction and / or circumferential direction of the tubular support body or deviating from the longitudinal and / or circumferential direction of the tubular Carrier body (ceramic body) are aligned. For example, the ribs may extend in one direction, which deviate by more than 20 ° from the longitudinal direction and / or the circumferential direction of the tubular carrier body. The rib structure of the storage electrode layer and / or the air electrode layer, in particular the storage electrode layer, may be formed, for example, grid-shaped. Thus, advantageously, a particularly good electrical and mechanical connection of the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer or of the electrochemically active material of the air electrode layer can be achieved.

Insbesondere können die Rippen der Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht, insbesondere der Speicherelektrodenschicht, eine Höhe aufweisen, welcher größer oder gleich der, insbesondere maximalen, Schichtdicke des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials, insbesondere in oxidischer Form, der Speicherelektrode beziehungsweise des elektrochemisch aktiven Materials der Luftelektrode ist. Dabei kann unter der maximalen Schichtdicke die größtmögliche Schichtdicke verstanden werden, welche das Material unter den Betriebsbedingungen, beispielsweise aufgrund einer temperatur- und/oder redoxbedingten Volumenvergrößerung, erreichen kann. So kann vorteilhafterweise eine besonders gute mechanische Stabilisierung, insbesondere einer Speicherelektrode, erzielt werden. Dabei kann zumindest in einer Form des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials der Speicherelektrode beziehungsweise des elektrochemisch aktiven Materials der Luftelektrode, in welcher dessen Schichtdicke geringer als dessen maximale Schichtdicke ist, beispielsweise in einer zumindest teilweise reduzierten Form, ein Hohlraum vorliegen, insbesondere welcher seitlich durch die Rippen der Rippenstruktur begrenzt wird. In particular, the ribs of the rib structure of the storage electrode layer and / or the air electrode layer, in particular the storage electrode layer, have a height which is greater than or equal to, in particular maximum, layer thickness of the reversibly oxidizable and reducible material, in particular in oxidic form, the storage electrode or the electrochemically active Material of the air electrode is. In this case, the maximum layer thickness can be understood as the maximum possible layer thickness which the material can achieve under the operating conditions, for example due to a temperature and / or redox-induced increase in volume. Thus, advantageously, a particularly good mechanical stabilization, in particular a storage electrode, can be achieved. In this case, at least in one form of the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode or of the electrochemically active material of the air electrode, in which the layer thickness is less than its maximum layer thickness, for example in an at least partially reduced form, a cavity is present, in particular which is bounded laterally by the ribs of the rib structure.

Insbesondere können die Rippen der Rippenstruktur eine Höhe der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht, insbesondere der Speicherelektrodenschicht, aufweisen, welcher größer der, insbesondere maximalen, Schichtdicke des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials der Speicherelektrode, insbesondere in oxidischer Form, beziehungsweise des elektrochemisch aktiven Materials der Luftelektrode ist. Dabei kann auch in einer Form des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials der Speicherelektrode beziehungsweise des elektrochemisch aktiven Materials der Luftelektrode, in welcher dessen Schichtdicke maximal ist, beispielsweise in der oxidierten Form, ein Hohlraum vorliegen, insbesondere welcher seitlich durch die Rippen der Rippenstruktur begrenzt wird. In particular, the ribs of the rib structure may have a height of the storage electrode layer and / or the air electrode layer, in particular the storage electrode layer, which greater, in particular maximum, layer thickness of the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode, in particular in oxidic form, or the electrochemically active material Air electrode is. In this case, in a form of the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode or of the electrochemically active material of the air electrode, in which its layer thickness is maximum, for example in the oxidized form, a cavity, in particular which is bounded laterally by the ribs of the rib structure.

Zum Beispiel können die Rippen der Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht, insbesondere der Speicherelektrodenschicht, eine Höhe aufweisen, welche mindestens 10 %, beispielsweise mindestens 20 %, insbesondere mindestens 30 %, höher als die, insbesondere minimale, Schichtdicke des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials der Speicherelektrode, insbesondere in reduzierter beziehungsweise metallischer Form, oder des elektrochemisch aktiven Materials der Luftelektrode ist. Dabei kann unter der minimalen Schichtdicke die Schichtdicke verstanden werden, welche das jeweilige Material in seiner Form mit geringstem Volumen, beispielsweise in reduzierter beziehungsweise metallischer Form, bei Raumtemperatur aufweisen kann. For example, the ribs of the rib structure of the storage electrode layer and / or the air electrode layer, in particular the storage electrode layer, may have a height which is at least 10%, for example at least 20%, in particular at least 30%, higher than, in particular minimum, layer thickness of the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode, in particular in reduced or metallic form, or of the electrochemically active material of the air electrode. In this case, the minimum layer thickness can be understood as the layer thickness which the respective material can have in its form with the lowest volume, for example in reduced or metallic form, at room temperature.

Im Fall einer Luftelektrodeschicht kann die Höhe der Rippenstruktur prozentual einen geringeren Wert annehmen als im Fall einer Speicherelektrodeschicht. Beispielsweise kann die Höhe von Rippen für eine Luftelektrodenschicht nur mindestens 10 % oder 20 % höher als die Schichtdicke des elektrochemisch aktiven Materials der Luftelektrodenschicht sein, da das elektrochemisch aktive Material von Luftelektroden eine geringere Volumenänderung, insbesondere eine im Wesentlichen nur temperaturbedingte Volumenänderung, vollziehen. In the case of an air electrode layer, the height of the rib structure may be a smaller percentage than that in the case of a storage electrode layer. For example, the height of ribs for an air electrode layer may only be at least 10% or 20% higher than the layer thickness of the electrochemically active material of the air electrode layer, since the electrochemically active material of air electrodes perform a smaller volume change, in particular a substantially only temperature-induced volume change.

Das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrode beziehungsweise daraus ausgebildete Elektrodenschichtabschnitte können beispielsweise eine, insbesondere maximale, Schichtdicke, insbesondere in oxidierter Form, von ≥ 200 μm oder ≥ 250 μm oder ≥ 300 μm oder ≥ 350 μm, beispielsweise ≥ 400 μm oder ≥ 500 μm, aufweisen. Insbesondere kann das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrode The reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode or electrode layer sections formed therefrom can have, for example, a, in particular maximum, layer thickness, in particular in oxidized form, of ≥ 200 μm or ≥ 250 μm or ≥ 300 μm or ≥ 350 μm, for example ≥ 400 μm or ≥ 500 μm. In particular, the reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode

beziehungsweise daraus ausgebildete Elektrodenschichtabschnitte eine, insbesondere maximale, Schichtdicke, insbesondere in oxidierter Form, in einem Bereich von ≥ 200 μm bis ≤ 2500 μm aufweisen. Zum Beispiel kann das reversibel reduzierbare und oxidierbare Material der Speicherelektrode beziehungsweise daraus ausgebildete Elektrodenschichtabschnitte eine, insbesondere maximale, Schichtdicke, insbesondere in oxidierter Form, beispielsweise in einem Bereich, von ≥ 200 μm oder ≥ 250 μm oder ≥ 300 μm oder ≥ 350 μm oder ≥ 400 μm oder ≥ 500 μm oder ≥ 700 μm, und/oder (bis) ≤ 2500 μm oder ≤ 2000 μm oder ≤ 1500 μm oder ≤ 1200 μm oder ≤ 1000 μm oder ≤ 900 μm, aufweisen. or the electrode layer sections formed therefrom have a, in particular maximum, layer thickness, in particular in oxidized form, in a range of ≥ 200 μm to ≦ 2500 μm. For example, the reversibly reducible and oxidizable material of the storage electrode or electrode layer sections formed therefrom may have a, in particular maximum, layer thickness, in particular in oxidized form, for example in a range of ≥ 200 μm or ≥ 250 μm or ≥ 300 μm or ≥ 350 μm or ≥ 400 μm or ≥ 500 μm or ≥ 700 μm, and / or (bis) ≤ 2500 μm or ≤ 2000 μm or ≤ 1500 μm or ≤ 1200 μm or ≤ 1000 μm or ≤ 900 μm.

Die Rippen der Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht können zum Beispiel eine Höhe, gegebenenfalls in einem Bereich, ≥ von 200 μm oder ≥ 220 μm oder ≥ 250 μm oder ≥ 275 μm oder ≥ 300 μm oder ≥ 330 μm oder ≥ 350 μm oder ≥ 400 μm oder ≥ 450 μm oder ≥ 500 μm oder ≥ 550 μm oder ≥ 700 μm oder ≥ 750 μm, und/oder (bis) ≤ 4000 μm oder ≤ 3500 μm oder ≤ 3250 μm oder ≤ 3000 μm oder ≤ 2750 μm oder ≤ 2500 μm oder ≤ 2250 μm oder ≤ 2000 μm oder ≤ 1750 μm oder ≤ 1500 μm oder ≤ 1350 μm oder ≤ 1200 μm oder ≤ 1000 μm aufweisen. The ribs of the rib structure of the storage electrode layer may, for example, have a height, where appropriate, in a range ≥ 200 μm or ≥ 220 μm or ≥ 250 μm or ≥ 275 μm or ≥ 300 μm or ≥ 330 μm or ≥ 350 μm or ≥ 400 μm or ≥ 450 μm or ≥ 500 μm or ≥ 550 μm or ≥ 700 μm or ≥ 750 μm, and / or (to) ≤ 4000 μm or ≤ 3500 μm or ≤ 3250 μm or ≤ 3000 μm or ≤ 2750 μm or ≤ 2500 μm or ≤ 2250 μm or ≤ 2000 μm or ≤ 1750 μm or ≤ 1500 μm or ≤ 1350 μm or ≤ 1200 μm or ≤ 1000 μm.

Die Rippen der Rippenstruktur der Luftelektrode können zum Beispiel eine Höhe, gegebenenfalls in einem Bereich, von ≥ 20 μm oder ≥ 50 μm oder ≥ 60 μm oder ≥ 100 μm oder ≥ 120 μm oder ≥ 150 μm oder ≥ 200 μm, und/oder (bis) ≤ 500 μm oder ≤ 400 μm oder ≤ 300 μm aufweisen.The ribs of the rib structure of the air electrode may, for example, have a height, optionally in a range of ≥ 20 μm or ≥ 50 μm or ≥ 60 μm or ≥ 100 μm or ≥ 120 μm or ≥ 150 μm or ≥ 200 μm, and / or ( to) ≤ 500 μm or ≤ 400 μm or ≤ 300 μm.

Im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes kann die Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht auf der Innenseite oder auf der Außenseite, insbesondere auf der Innenseite, des aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material ausgebildeten Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitts, des tubularen Trägerkörpers angeordnet beziehungsweise aufgebracht sein. Die Luftelektrodenschicht kann dabei auf einer zur Speicherelektrodenschicht gegenüberliegenden Seite des tubularen Trägerkörpers, beispielsweise auf der Außenseite oder auf der Innenseite, insbesondere auf der Außenseite, angeordnet beziehungsweise aufgebracht sein. Insofern die Luftelektrodenschicht eine Rippenstruktur aufweist, kann deren Rippenstruktur auf der Außenseite oder auf der Innenseite, insbesondere auf der Außenseite, des tubularen Trägerkörpers, insbesondere auf der, der Speicherelektrode gegenüberliegenden Seite des tubularen Trägerkörpers angeordnet beziehungsweise aufgebracht sein. Das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material der Speicherelektrodenschicht beziehungsweise das elektrochemisch aktive Material der Luftelektrodenschicht kann dabei insbesondere zwischen den Rippen der Rippenstruktur beziehungsweise der weiteren Rippenstruktur auf den aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material ausgebildeten Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitts, des tubularen Trägerkörper aufgebracht sein und/oder in Zwischenräume zwischen den Rippen der Rippenstruktur und beispielsweise dem als Elektrolyt dienenden Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitt, des tubularen Trägerkörpers eingebracht sein. Dabei kann das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material der Speicherelektrodenschicht beziehungsweise das elektrochemisch aktive Material der Luftelektrodenschicht insbesondere an den als Elektrolyt dienenden Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitt, des tubularen Trägerkörpers angrenzen. In the context of the electrolyte-supported concept, the ribbed structure of the storage electrode layer can be arranged or applied on the inside or on the outside, in particular on the inside, of the section formed from the gas-tight, oxygen-ion-conductive material, in particular hollow-cylindrical intermediate section of the tubular carrier body. In this case, the air electrode layer can be arranged or applied on a side of the tubular carrier body which is opposite to the storage electrode layer, for example on the outside or on the inside, in particular on the outside. Insofar as the air electrode layer has a rib structure, its rib structure can be arranged or applied on the outside or on the inside, in particular on the outside, of the tubular carrier body, in particular on the side of the tubular carrier body opposite the storage electrode. The reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer or the electrochemically active material of the air electrode layer may in particular be applied between the ribs of the rib structure or the further rib structure on the formed of the gas-tight, oxygen ion conductive material portion, in particular hollow cylindrical intermediate portion of the tubular carrier body and / or be introduced into intermediate spaces between the ribs of the rib structure and, for example, serving as the electrolyte portion, in particular hollow cylindrical intermediate portion of the tubular carrier body. In this case, the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer or the electrochemically active material of the air electrode layer can in particular adjoin the section serving as the electrolyte, in particular the hollow cylindrical intermediate section, of the tubular carrier body.

Im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes kann die Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht sowohl an dem aus dem gasdurchlässig porösen, insbesondere inerten, keramischen Material ausgebildete Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitt, des tubularen Trägerkörpers anliegen, als auch offen liegen. Auf der anderen Seite kann die Rippenstruktur in beiden Fällen insbesondere an der Elektrolytschicht anliegen. Insbesondere kann in beiden Fällen das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material der Speicherelektrodenschicht zwischen den Rippen der Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht auf die Elektrolytschicht aufgebracht sein. Die Luftelektrodenschicht kann dabei auf einer zur Speicherelektrodenschicht gegenüberliegenden Seite der Elektrolytschicht aufgebracht sein. Insofern die Luftelektrodenschicht eine Rippenstruktur aufweist, kann deren Rippenstruktur auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrolytschicht angeordnet beziehungsweise aufgebracht sein. Das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material der Speicherelektrodenschicht beziehungsweise das elektrochemisch aktive Material der Luftelektrodenschicht kann dabei insbesondere zwischen den Rippen der Rippenstruktur beziehungsweise der weiteren Rippenstruktur auf die Elektrolytschicht aufgebracht sein und/oder in Zwischenräume zwischen den Rippen der Rippenstruktur und beispielsweise der Elektrolytschicht eingebracht sein. In the context of the inertially supported concept, the ribbed structure of the storage electrode layer can lie against the section formed by the gas-permeable porous, in particular inert, ceramic material, in particular the hollow cylindrical intermediate section, of the tubular carrier body, as well as be open. On the other hand, in both cases, the rib structure may rest against the electrolyte layer in particular. In particular, in both cases, the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer between the ribs of the rib structure of the storage electrode layer can be applied to the electrolyte layer. The air electrode layer may be applied to a side of the electrolyte layer opposite the storage electrode layer. Insofar as the air electrode layer has a rib structure, its rib structure can be arranged or applied on the opposite side of the electrolyte layer. The reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer or the electrochemically active material of the air electrode layer can be applied in particular between the ribs of the rib structure or the further rib structure on the electrolyte layer and / or introduced into spaces between the ribs of the rib structure and, for example, the electrolyte layer.

Beispielsweise kann die Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht einerseits an dem aus dem gasdurchlässig porösen, insbesondere inerten, keramischen Material ausgebildete Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitt, des tubularen Trägerkörpers und andererseits an der Elektrolytschicht anliegen. Die Luftelektrodenschicht und gegebenenfalls deren Rippenstruktur kann dabei einerseits offen liegen und andererseits an der gegenüberliegenden Seite der Elektrolytschicht anliegen. For example, the rib structure of the storage electrode layer on the one hand on the formed from the gas-permeable porous, especially inert, ceramic material portion, in particular hollow cylindrical intermediate portion of the tubular carrier body and on the other hand abut the electrolyte layer. The air electrode layer and, if appropriate, its rib structure can be open on the one hand and rest against the opposite side of the electrolyte layer on the other hand.

Oder die Rippenstruktur der Speicherelektrode kann einerseits offen liegen und andererseits an der Elektrolytschicht anliegen. Dabei kann die Luftelektrodenschicht und gegebenenfalls deren Rippenstruktur einerseits an dem aus dem gasdurchlässig porösen, insbesondere inerten, keramischen Material ausgebildete Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitt, des tubularen Trägerkörpers anliegen und andererseits an der gegenüberliegenden Seite der Elektrolytschicht anliegen. Or the ribbed structure of the storage electrode may on the one hand be open and, on the other hand, abut against the electrolyte layer. In this case, the air electrode layer and optionally its rib structure on the one hand on the gas permeable porous, especially inert, ceramic material formed portion, in particular hollow cylindrical intermediate portion of the tubular support body abut and on the other hand abut the opposite side of the electrolyte layer.

Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung des inertgeträgerten Konzepts, insbesondere in der die Rippenstruktur der Speicherelektrode an dem tubularen Trägerkörper anliegt, liegt zumindest in einer Form des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials der Speicherelektrodenschicht, in welcher dessen Schichtdicke geringer als dessen maximale Schichtdicke ist, beispielsweise in einer zumindest teilweise reduzierten Form, zwischen dem reversibel oxidierbaren Material der Speicherelektrodenschicht und dem aus dem gasdurchlässig porösen, insbesondere inerten, keramischen Material ausgebildete Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitt, des tubularen Trägerkörpers ein Hohlraum vor. Der Hohlraum kann dabei insbesondere seitlich durch die Rippen der Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht begrenzt sein. So kann sich das Material der Speicherelektrodenschicht vorteilhafterweise bei einer Volumenvergrößerung in den Hohlraum hinein ausdehnen und diesen, beispielsweise in der Form maximaler Schichtdicke, insbesondere in oxidierter Form, ausfüllen. Insbesondere kann auch in einer Form des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials der Speicherelektrodenschicht, in welcher dessen Schichtdicke maximal ist, beispielsweise in der oxidierten Form, ein Hohlraum vorliegen, insbesondere welcher seitlich durch die Rippen der Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht begrenzt wird. So kann vorteilhafterweise besonders zuverlässig gewährleistet werden, dass sich das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material der Speicherelektrodenschicht maximal ausdehnen kann, insbesondere ohne dabei mechanische Spannungen zu erzeugen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Material der Speicherelektrodenschicht zwischen dem rohrförmigen Trägerkörper und der Elektrolytschicht angeordnet ist. Within the scope of a specific embodiment of the inertly supported concept, in particular in which the rib structure of the storage electrode rests against the tubular support body, at least in one form of the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer, in which its layer thickness is less than its maximum layer thickness, for example in one at least partially reduced form, between the reversibly oxidizable material of the storage electrode layer and the gas permeable porous, especially inert, ceramic material formed portion, in particular hollow cylindrical intermediate portion of the tubular support body before a cavity. In particular, the cavity can be delimited laterally by the ribs of the rib structure of the storage electrode layer. Thus, the material of the storage electrode layer can advantageously expand with an increase in volume into the cavity and fill it, for example in the form of maximum layer thickness, in particular in oxidized form. In particular, in a form of the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer, in which its layer thickness is maximum, for example in the oxidized form, a cavity, in particular which is bounded laterally by the ribs of the rib structure of the storage electrode layer. Thus, it can advantageously be ensured with particular reliability that the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer can expand to a maximum, in particular without generating mechanical stresses. This is advantageous in particular when the material of the storage electrode layer is arranged between the tubular carrier body and the electrolyte layer.

Die elektrochemische Zelle kann beispielsweise eine Metall-Luft-Zelle und/oder eine Elektrolysezelle und/oder eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Metall-Luft-Zelle oder eine kombinierte Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle, sein. Dabei kann die Zelle zum Beispiel eine Hochtemperatur-Metall-Luft-Zelle und/oder eine Hochtemperatur-Elektrolysezelle und/oder eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, insbesondere eine Hochtemperatur-Metall-Luft-Zelle oder eine kombinierte Hochtemperatur-Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle, sein. Die elektrochemische Zelle kann beispielsweise durch das im Folgenden erläuterte erfindungsgemäße Verfahren hergestellt sein. The electrochemical cell may, for example, be a metal-air cell and / or an electrolysis cell and / or a fuel cell, in particular a metal-air cell or a combined metal-air-electrolysis fuel cell. The cell may include, for example, a high-temperature metal-air cell and / or a high-temperature electrolysis cell and / or a high-temperature fuel cell, in particular a high-temperature metal-air cell or a combined high-temperature metal-air electrolysis fuel Cell, his. The electrochemical cell can be produced, for example, by the process according to the invention explained below.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Zelle wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, den erfindungsgemäßen Verwendungen, dem erfindungsgemäßen Energiesystem sowie auf die Figurenbeschreibung und die Figuren verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the cell according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention, the uses according to the invention, the energy system according to the invention and to the description of the figures and the figures.

Ein weiterer Gegenstand vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer tubulare Metall-Luft-Zelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen tubularen Metall-Luft-Zelle. A further subject of the present invention is a process for producing a tubular metal-air cell, in particular a tubular metal-air cell according to the invention.

Das Verfahren kann insbesondere einen (Keramik-)Spritzguss-Prozess, insbesondere einen Mehr-Komponenten-(Keramik)-Spritzguss-Prozess, beispielsweise einen Zwei-Komponenten-(Keramik)-Spritzguss-Prozess umfassen. Insbesondere kann dabei der Spritzguss-Prozess Teil eines so genannten Inmould-Labeling-Prozesses (IML) beziehungsweise einer Folien(hinter)spritzung sein. The method may in particular comprise a (ceramic) injection molding process, in particular a multi-component (ceramic) injection molding process, for example a two-component (ceramic) injection molding process. In particular, the injection molding process can be part of a so-called in-mold labeling process (IML) or a film (rear) injection.

Im Rahmen des Verfahrens wird insbesondere eine Speicherelektrodenschicht aufgebracht, welche ein zwischen einer metallischen Form und einer oxidischen Form reversibel oxidierbares und reduzierbares Material oder eine Materialvorstufe, welche. beispielsweise thermisch, insbesondere in dem später erläuterten Verfahrensschritt d), in ein zwischen einer metallischen Form und einer oxidischen Form reversibel oxidierbares und reduzierbares Material umwandelbar ist In the context of the method, in particular, a storage electrode layer is applied, which is a reversibly oxidizable and reducible material between a metallic form and an oxidic form, or a material precursor, which. For example, thermally, in particular in the process step d) explained later, is convertible into a reversibly oxidizable and reducible material between a metallic form and an oxidic form

Eine Herstellung mittels (Keramik-)Spritzguss hat den Vorteil, dass dadurch bindenahtfreie, geschlossene tubulare Körper hergestellt werden können, was durch herkömmliche Verfahren, die auf einem nachträglichen Zudrücken von extrudierten Röhren beruhen nicht erzielt werden kann. So können vorteilhafterweise Schwachstellen, welche während unter thermomechanischen Spannungen während des Betriebes reißen beziehungsweise brechen können und ansonsten die Lebensdauer der Zelle verringern würden, vermieden werden. Manufacture by means of (ceramic) injection molding has the advantage that tying seam-free, closed tubular bodies can thereby be produced, which can not be achieved by conventional methods based on a subsequent extrusion of extruded tubes. Thus, it is advantageously possible to avoid weak points which could break or break during thermomechanical stresses during operation and would otherwise reduce the service life of the cell.

Das Verfahren kann insbesondere den Verfahrensschritt a): Bereitstellen eines Spritzgusswerkzeugs mit einer Kavität und einem in die Kavität einbringbaren Spritzgusswerkzeugkern umfassen, wobei durch Einbringen des Spritzgusswerkzeugkerns in die Kavität ein tubularer Hohlraum ausbildbar ist. Insbesondere kann der tubulare Hohlraum dabei einen hohlzylindrischen Zwischenabschnitt und zwei Endabschnitten aufweisen. Mindestens einer der Endabschnitte des tubularem Hohlraums des Spritzgusswerkzeugs kann insbesondere zur Ausbildung eines, insbesondere offenen, Montage(end)abschnitts, zum Beispiel eines Gasanschlussflansches, ausgelegt sein. Der andere Endabschnitt kann zur Ausbildung einer geschlossenen Kappe oder gegebenenfalls eines weiteren, insbesondere offenen, Montage(end)abschnitts, zum Beispiel eines Gasanschlussflansches, ausgelegt sein. In particular, the method may comprise the method step a) of providing an injection molding tool having a cavity and an injection mold core insertable into the cavity, wherein a tubular cavity can be formed by introducing the injection molding tool core into the cavity. In particular, the tubular cavity may have a hollow-cylindrical intermediate section and two end sections. At least one of the end sections of the tubular cavity of the injection molding tool can be designed, in particular, to form a, in particular open, mounting (end) section, for example a gas connection flange. The other end portion may be designed to form a closed cap or possibly another, in particular open, mounting (end) section, for example a gas connection flange.

Im Rahmen des elektrolytgeträgerten Konzeptes kann der hohlzylindrische Zwischenabschnitt des tubularen Hohlraums insbesondere derart ausgestaltet, dass ein hohlzylindrischer Zwischenabschnitt eines darin ausgebildeten Spritzgusskörpers eine Wandstärke von kleiner oder gleich 500 μm, insbesodere von kleiner oder gleich 400 μm, beispielsweise von kleiner oder gleich 360 μm, zum Beispiel von kleiner oder gleich 240 μm, und isbesondere von größer oder gleich 20 μm, zum Beispiel von größer oder gleich 60 μm oder von größer oder gleich 120 μm, aufweist.In the context of the electrolyte-supported concept, the hollow cylindrical intermediate portion of the tubular cavity can in particular be designed such that a hollow cylindrical intermediate portion of an injection molded body formed therein has a wall thickness of less than or equal to 500 .mu.m, in particular of less than or equal to 400 .mu.m, for example of less than or equal to 360 .mu.m Example of less than or equal to 240 microns, and isbesondere greater than or equal to 20 microns, for example, greater than or equal to 60 microns or greater or equal to 120 microns, having.

Im Rahmen des inertgeträgerten Konzeptes kann dabei der hohlzylindrische Zwischenabschnitt des tubularen Hohlraums insbesondere derart ausgestaltet, dass ein hohlzylindrischer Zwischenabschnitt eines darin ausgebildeten Spritzgusskörpers eine Wandstärke von kleiner oder gleich 2400 μm, beispielsweise von kleiner oder gleich 1800 μm oder von kleiner oder gleich 1200 μm, und/oder insbesondere von größer oder gleich 300 μm, zum Beispiel von etwa 600 μm, aufweist. In the context of the inertially supported concept, the hollow cylindrical intermediate section of the tubular cavity can in particular be configured such that a hollow cylindrical intermediate section of an injection molded body formed therein has a wall thickness of less than or equal to 2400 μm, for example less than or equal to 1800 μm or less than or equal to 1200 μm / or in particular of greater than or equal to 300 microns, for example of about 600 microns, having.

Da im Rahmen des Sinterns eine Schwindung des Spritzgusskörpers von etwa 20 % auftreten kann, können durch derartig ausgestaltete Spritzgusswerkzeuge die gewünschten Wandstärken des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts erzielt werden.Since a shrinkage of the injection-molded body of about 20% can occur in the context of sintering, the desired wall thicknesses of the hollow-cylindrical intermediate section can be achieved by injection molds designed in this way.

Weiterhin kann das Verfahren einen Verfahrensschritt b) umfassen, in dem mindestens eine Elektrodenschicht, insbesondere eine Speicherelektrodenschicht und/oder eine Luftelektrodenschicht, gegebenenfalls in Form eines, insbesondere sandwichartigen, Funktionsschichtsystempakets aus einer Luftelektrodenschicht, einer Speicherelektrodenschicht und einer zwischen der Luftelektrodenschicht und der Speicherelektrodenschicht ausgebildeten Elektrolytschicht, auf einen kavitätsbegrenzenden Teil des Spritzgusswerkzeugs, insbesondere auf einen die Kavität im Bereich des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts begrenzenden Teil des Spritzgusswerkzeugs, aufgebracht wird. Furthermore, the method may comprise a method step b) in which at least one electrode layer, in particular a storage electrode layer and / or an air electrode layer, optionally in the form of a, in particular sandwich-like, functional layer system package comprising an air electrode layer, a storage electrode layer and an electrolyte layer formed between the air electrode layer and the storage electrode layer is applied to a cavity-limiting part of the injection-molding tool, in particular to a part of the injection-molding tool which delimits the cavity in the region of the hollow-cylindrical intermediate section.

Das Aufbringen der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht beziehungsweise des Funktionsschichtsystempaketes auf das beziehungsweise die kavitätsbegrenzenden Teile des Spritzgusswerkzeugs kann in Verfahrensschritt b) beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine hülsenförmigen Folie, welche zum Beispiel mittels einer Drucktechnik, beispielsweise Siebdruck, mit der Speicherelektrodenschicht beziehungsweise der Luftelektrodenschicht beziehungsweise mit dem Funktionsschichtsystem versehen ist, auf den Werkzeugkern und/oder oder auf eine Innenwandung der Kavität aufgebracht wird (Inmould-Labeling/Folienhinterspritzung). Im Rahmen des Verfahrensschritts b) sind insbesondere die später erläuterten Varianten b1), b2) und b3) möglich, wobei die Varianten b1) und b2) zur Herstellung einer elektrolytgeträgerten Zelle und Variante b3) zur Herstellung einer inertgeträgerten Zelle ausgelegt sind. The application of the storage electrode layer and / or the air electrode layer or the functional layer system package to the cavity-limiting parts of the injection molding tool can be carried out in method step b) by, for example, using a printing technique, for example screen printing, with the storage electrode layer or the air electrode layer or is provided with the functional layer system, is applied to the tool core and / or on an inner wall of the cavity (in-mold labeling / film injection). Within the scope of process step b), in particular variants b1), b2) and b3) explained later are possible, the variants b1) and b2) being designed for producing an electrolyte-supported cell and variant b3) for producing an inert-supported cell.

Nach dem Verfahrensschritt b) kann insbesondere Verfahrensschritt c): Einspritzen mindestens einer Spritzgusskomponente in den tubularen Hohlraum erfolgen. Die mindestens eine Spritzgusskomponente kann insbesondere zur Ausbildung eines gasdichten oder gasdurchlässig porösen, insbesondere keramischen, Materials ausgebildet sein. Dabei kann die mindestens eine Spritzgusskomponente insbesondere durch die thermische Behandlung, insbesondere das Sintern, im später erläuterten Verfahrensschritt d) und/oder g) in ein gasdichtes oder gasdurchlässig poröses, insbesondere keramisches, Materials überführt werden. Dabei kann insbesondere die in Verfahrensschritt b) aufgebrachte/n Elektrodenschicht/en beziehungsweise das in Verfahrensschritt b) aufgebrachte Funktionsschichtsystempaket mit der mindestens einen Spritzgusskomponente angespritzt werden, was auch als Inmould-Labeling beziehungsweise Folienhiterspritzung bezeichnet wird. Spezielle Ausgestaltungen von Verfahrensschritt c) werden im Rahmen der folgenden Erläuterungen zu den Varianten b1), b2) und b3) von Verfahrensschritt b) sowie im Rahmen der Erläuterungen zum Mehrkomponentenspritzguss erläutert. After process step b), it is possible in particular for process step c): injection of at least one injection-molding component into the tubular cavity. The at least one Injection molding component can be designed in particular for forming a gas-tight or gas-permeable porous, in particular ceramic, material. In this case, the at least one injection-molding component can be converted into a gas-tight or gas-permeable, porous, in particular ceramic, material, in particular by the thermal treatment, in particular sintering, in process step d) and / or g) explained below. In this case, in particular the electrode layer (s) applied in method step b) or the functional layer system package applied in method step b) can be injection-molded with the at least one injection-molding component, which is also referred to as in-mold labeling or film-hit spraying. Specific embodiments of method step c) are explained in the context of the following explanations concerning the variants b1), b2) and b3) of method step b) and in the context of the explanations on multicomponent injection molding.

Der in Verfahrensschritt c) erzeugte, insbesondere mit der beziehungsweise den Elektrodenschicht/en beziehungsweise dem Funktionsschichtsystem verbundene, Spritzgusskörper kann insbesondere in einem Verfahrensschritt d) thermisch behandelt, insbesondere gesintert und gegebenenfalls thermisches entbindert werden.The injection-molded body produced in process step c), in particular connected to the electrode layer (s) or the functional layer system, can in particular be thermally treated, in particular sintered, and optionally thermally debinded in a process step d).

Im Rahmen der ersten Variante b1) von Verfahrensschritt b), welche insbesondere zur Herstellung einer elektrolytgeträgerten Zelle dient, umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt b1): Aufbringen einer Speicherelektrodenschicht oder einer Luftelektrodenschicht, insbesondere einer Speicherelektrodenschicht, auf den Werkzeugkern oder auf eine Innenwandung der Kavität, insbesondere auf den Werkzeugkern. Im Rahmen dieser Variante wird zunächst nur eine Elektrodenschicht, wahlweise die Speicherelektrodenschicht oder die Luftelektrodenschicht, und zwar wahlweise auf den Werkzeugkern oder auf die Innenwandung der Kavität aufgebracht. Die andere, insbesondere korrespondierende, Elektrodenschicht, insbesondere die Luftelektrodenschicht beziehungsweise die Speicherelektrodenschicht, wird dann in einem nach dem später erläuterten Verfahrensschritt d) erfolgenden Verfahrensschritt e), insbesondere auf die der in Verfahrensschritt b1) aufgebrachten Elektrodenschicht gegenüberliegende Seite, insbesondere Außenseite beziehungsweise Innenseite, des Spritzgusskörpers aufgebracht. Im Rahmen der ersten Variante b1) von Verfahrensschritt b) wird in Verfahrensschritt c) zumindest in den durch die in Verfahrensschritt b1) aufgebrachte Elektrodenschicht, insbesondere Speicherelektrodenschicht beziehungsweise Luftelektrodenschicht, begrenzten Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitt, des tubularen Hohlraums des Spritzgusswerkzeugs eine Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen, insbesondere keramischen, (Elektrolyt-)Materials eingespritzt. Within the scope of the first variant b1) of method step b), which is used in particular for producing an electrolyte-supported cell, the method comprises the method step b1): applying a storage electrode layer or an air electrode layer, in particular a storage electrode layer, to the tool core or to an inner wall of the cavity, especially on the tool core. In the context of this variant, initially only one electrode layer, optionally the storage electrode layer or the air electrode layer, is selectively applied to the tool core or to the inner wall of the cavity. The other, in particular corresponding, electrode layer, in particular the air electrode layer or the storage electrode layer, is then in a process step e) following process step d), in particular on the side opposite the electrode layer applied in process step b1), in particular outside or inside, of Injection molded body applied. Within the scope of the first variant b1) of process step b), in step c) at least in the electrode layer applied in step b1), in particular storage electrode layer or air electrode layer, limited section, in particular hollow cylindrical intermediate section, of the tubular cavity of the injection mold an injection molding component for forming a gas-tight, oxygen ion-conductive, in particular ceramic, (electrolyte) material injected.

Insofern in Verfahrensschritt b1) die Elektrodenschicht, insbesondere Speicherelektrodenschicht beziehungsweise Luftelektrodenschicht, auf den Werkzeugkern aufgebracht wird, dient diese Elektrodenschicht der Ausbildung einer Elektrodenschicht auf der Innenseite des in dem tubularen Hohlraum auszubildenden Spritzgusskörpers (Trägerkörpers). In Verfahrensschritt e) kann dann die andere Elektrodenschicht, insbesondere Luftelektrodenschicht beziehungsweise Speicherelektrodenschicht, auf die Außenseite des Spritzgusskörpers (Trägerkörpers) aufgebracht werden. Dies kann in Verfahrensschritt e) beispielsweise durch Drucken, insbesondere durch eine Drucktechnik, beispielsweise Siebdruck, und/oder Rakeln und/oder Tauchen erfolgen. Insofar as the electrode layer, in particular the storage electrode layer or the air electrode layer, is applied to the tool core in method step b1), this electrode layer serves to form an electrode layer on the inside of the injection molded body (support body) to be formed in the tubular cavity. In method step e), the other electrode layer, in particular air electrode layer or storage electrode layer, can then be applied to the outside of the injection molded body (carrier body). This can be done in method step e), for example by printing, in particular by a printing technique, for example screen printing, and / or doctoring and / or dipping.

Insofern in Verfahrensschritt b1) die Elektrodenschicht, insbesondere Speicherelektrodenschicht beziehungsweise Luftelektrodenschicht, auf die Innenwandung der Kavität aufgebracht wird, dient diese Elektrodenschicht der Ausbildung einer Elektrodenschicht auf der Außenseite des in dem tubularen Hohlraum auszubildenden Spritzgusskörpers (Trägerkörpers). In Verfahrensschritt e) kann dann die andere Elektrodenschicht, insbesondere Luftelektrodenschicht beziehungsweise Speicherelektrodenschicht, auf die Innenseite des Spritzgusskörpers (Trägerkörpers) aufgebracht werden. Weiterhin kann das Verfahren im Rahmen der Verfahrensvariante b1) nach dem Verfahrensschritt e) noch den Verfahrensschritt f): Thermisches Behandeln, insbesondere (Nach-)Sintern (Postfiring), des Körpers aus Verfahrensschritt e) umfassen. Insofar as the electrode layer, in particular the storage electrode layer or air electrode layer, is applied to the inner wall of the cavity in method step b1), this electrode layer serves to form an electrode layer on the outside of the injection molded body (carrier body) to be formed in the tubular cavity. In method step e), the other electrode layer, in particular air electrode layer or storage electrode layer, can then be applied to the inside of the injection-molded body (carrier body). In addition, the process may also include process step f) in the context of process variant b1) after process step e): thermal treatment, in particular (post) sintering (postfiring) of the body from process step e).

Die Verfahrensvariante b1) hat den Vorteil, dass für das Aufbringen der beiden Elektrodenschichten unterschiedliche Methoden, beispielsweise in Verfahrenschritt b1) Inmould-Labeling beziehungsweise Folienhinterspritzung und in Verfahrensschritt e) Rakeln, Tauchen oder Drucken zum Aufbringen der jeweiligen Elektrodenschicht eingesetzt werden können. So kann zum Beispiel durch Inmould-Labeling beziehungsweise Folienhinterspritzung eine sehr dünne, beispielsweise Luftelektrodenschicht, und durch Rakeln, Tauchen oder Drucken eine deutlich dickere Elektrodenschicht, beispielsweise Speicherelektrodenschicht, ausgebildet werden. Zudem ermöglicht die Verfahrenvariante b1) nach dem Verfahrensschritt d) und vor dem Verfahrensschritt e) einen Verfahrensschritt e0) durchzuführen, in dem die der in Verfahrensschritt b1) aufgebrachten Elektrodenschicht gegenüberliegende Seite, insbesondere Außenseite beziehungsweise Innenseite, des Spritzgusskörpers einer abtragenden Behandlung unterzogen, insbesondere abgeschliffen, beispielsweise außen rundgeschliffen, wird. Dabei kann die Wandstärke des Spritzgusskörpers verringert werden. Neben der Seite, insbesondere Außenseite, des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts kann in Verfahrensschritt e0) auch die Außenseite eines oder beider in den Endabschnitten des Spritzgusswerkzeugs ausgebildeten Endabschnitte des Spritzgusskörpers zumindest teilweise abgetragen, insbesondere abgeschliffen werden. Um eine besonders hohe mechanische Stabilität der Zelle zu erzielen, kann es jedoch vorteilhaft sein, nur den hohlzylindrischen Zwischenabschnitt und gegebenenfalls höchstens noch einen Teil des kappenförmigen Endabschnitts abzutragen, insbesondere abzuschleifen. In Verfahrensschritt e) kann die Elektrodenschicht dann insbesondere auf die abgetragene beziehungsweise abgeschliffene Seite, insbesondere Außenseite oder Innenseite, des Spritzgusskörpers, insbesondere des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts des Spritzgusskörpers, aufgebracht werden.The method variant b1) has the advantage that different methods can be used for applying the two electrode layers, for example in process step b1) in-mold labeling or film injection and in process step e) doctoring, dipping or printing to apply the respective electrode layer. Thus, for example, a very thin, for example air electrode layer, and by doctoring, dipping or printing a significantly thicker electrode layer, for example, storage electrode layer can be formed by in-mold labeling or film injection. In addition, method variant b1) after method step d) and before method step e) allows a method step e0) to be carried out, in which the side opposite the electrode layer applied in method step b1), in particular outside or inside, of the injection-molded body is subjected to ablative treatment, in particular abraded , for example externally ground, becomes. In this case, the wall thickness of the injection-molded body can be reduced. In addition to the side, in particular outer side, of the hollow-cylindrical intermediate section, in step e0) the outside of one or both end sections of the injection-molded body formed in the end sections of the injection molding tool can also be at least partially removed, in particular sanded off. However, in order to achieve a particularly high mechanical stability of the cell, it may be advantageous to remove only the hollow-cylindrical intermediate section and optionally at most only a part of the cap-shaped end section, in particular to abrade it. In method step e), the electrode layer can then be applied in particular to the abraded or abraded side, in particular outside or inside, of the injection-molded body, in particular of the hollow-cylindrical intermediate section of the injection-molded body.

Im Rahmen einer zweiten Variante von Verfahrensschritt b), welche insbesondere ebenfalls zur Herstellung einer elektrolytgeträgerten Zelle dient, umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt b2): Aufbringen einer Speicherelektrodenschicht auf den Werkzeugkern und einer Luftelektrodenschicht auf eine dem Werkzeugkern gegenüberliegende Innenwandung der Kavität, oder umgekehrt, also: Aufbringen einer Luftelektrodenschicht auf den Werkzeugkern und einer Speicherelektrodenschicht auf eine dem Werkzeugkern gegenüberliegende Innenwandung der Kavität. Im Rahmen der zweiten Variante werden folglich in Verfahrensschritt b2) sowohl die Speicherelektrodenschicht als auch die Luftelektrodenschicht und zwar auf einander gegenüberliegenden Teilen des Spritzgusswerkzeugs aufgebracht. Im Rahmen der zweiten Variante b2) von Verfahrensschritt b) wird in Verfahrensschritt c) ebenfalls zumindest in den durch die in Verfahrensschritt b2) aufgebrachten Elektrodenschichten, insbesondere die Speicherelektrodenschicht und die Luftelektrodenschicht, begrenzten Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitt, des tubularen Hohlraums des Spritzgusswerkzeugs eine Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen, insbesondere keramischen, (Elektrolyt-)Materials eingespritzt.In the context of a second variant of method step b), which also serves in particular for producing an electrolyte-supported cell, the method comprises the method step b2): applying a storage electrode layer on the tool core and an air electrode layer on an inner wall of the cavity opposite the tool core, or vice versa, ie In that an air electrode layer is applied to the tool core and a storage electrode layer is applied to an inner wall of the cavity opposite the tool core. In the second variant, consequently, both the storage electrode layer and the air electrode layer are applied on opposite parts of the injection molding tool in method step b2). Within the scope of the second variant b2) of method step b), an injection-molded component is also formed in method step c) at least in the electrode layers applied by method step b2), in particular the storage electrode layer and the air electrode layer, limited section, in particular hollow cylindrical intermediate section, of the tubular cavity of the injection molding tool for the formation of a gas-tight, oxygen ion-conductive, in particular ceramic, (electrolyte) material is injected.

Die Verfahrensvariante b2) hat den Vorteil, dass hierdurch eine elektrolytgeträgerte Metall-Luft-Zelle mit wenigen Verfahrenschritten sowie besonders einfach und zeitsparend hergestellt werden kann. The process variant b2) has the advantage that in this way an electrolyte-supported metal-air cell can be produced with a few process steps and in a particularly simple and time-saving manner.

Im Rahmen einer dritten Variante, welche insbesondere zur Herstellung einer inertgeträgerten Zelle dient, umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt:b3) Aufbringen eines eine Speicherelektrodenschicht aufweisenden Funktionsschichtsystems aus einer Luftelektrodenschicht, einer Speicherelektrodenschicht und einer zwischen der Luftelektrodenschicht und der Speicherelektrodenschicht ausgebildeten Elektrolytschicht auf den Werkzeugkern oder eine Innenwandung der Kavität. Im Rahmen der dritten Variante wird folglich in Verfahrensschritt b3) direkt das komplette Funktionsschichtsystem aus Speicherelektrodenschicht, Elektrolytschicht und Luftelektrodenschicht und zwar auf ein Teil des Spritzgusswerkzeugs aufgebracht. Im Rahmen der dritten Variante b3) von Verfahrensschritt b) wird in Verfahrensschritt c) zumindest in den durch das in Verfahrensschritt b3) aufgebrachte Funktionsschichtsystem, begrenzten Abschnitt, insbesondere hohlzylindrischen Zwischenabschnitt, des tubularen Hohlraums des Spritzgusswerkzeugs eine Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, insbesondere inerten, keramischen Materials eingespritzt.In the context of a third variant, which is used in particular for producing an inertly supported cell, the method comprises the following step: b3) applying a functional layer system comprising a storage electrode layer comprising an air electrode layer, a storage electrode layer and an electrolyte layer formed between the air electrode layer and the storage electrode layer to the tool core or Inner wall of the cavity. In the third variant, consequently, in process step b3), the entire functional layer system comprising the storage electrode layer, the electrolyte layer and the air electrode layer is applied directly to a part of the injection molding tool. Within the scope of the third variant b3) of process step b), in process step c), at least in the functional layer system, limited section, in particular hollow cylindrical intermediate section, of the tubular cavity of the injection molding tool is an injection-molded component for forming a gas-permeable porous, in particular inert , ceramic material injected.

Die Verfahrensvariante b3) hat zum Einen den Vorteil, dass hierdurch eine inertgeträgerte Metall-Luft-Zelle mit wenigen Verfahrenschritten sowie besonders einfach und zeitsparend hergestellt werden kann. Zum anderen können auf diese Weise die Schichtdicken voneinander unabhängig eingestellt werden. Dies ermöglicht insbesondere eine dünne Schichtdicke der Luftelektrodenschicht und eine optimale Schichtdicke der Elektrolytschicht zu erzielen und so eine hohe Effizienz und Leistungsperformance der Zelle zu realisieren. Die Speicherelektrodenschicht kann hingegen auch im Rahmen dieser Verfahrensvariante b3) mit einer großen Schichtdicke erzeugt werden, weswegen die Verfahrensvariante b3) viele Vorteile in sich vereint. The process variant b3) on the one hand has the advantage that in this way an inert-supported metal-air cell can be produced with a few process steps and in a particularly simple and time-saving manner. On the other hand, the layer thicknesses can be set independently of each other in this way. This makes it possible in particular to achieve a thin layer thickness of the air electrode layer and an optimum layer thickness of the electrolyte layer and thus to realize a high efficiency and performance of the cell. On the other hand, the storage electrode layer can also be produced in the context of this process variant b3) with a large layer thickness, which is why the process variant b3) combines many advantages in itself.

Um den zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt und/oder den kappenförmigen Endabschnitt des Spritzgusskörpers aus einem anderen Material als dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt auszubilden, kann Verfahrensschritt c) als Mehr-Komponenten-(Keramik)-Spritzguss-Prozess, beispielsweise einen Zwei-Komponenten-(Keramik)-Spritzguss-Prozess, erfolgen. Insbesondere kann ein Spritzgusswerkzeug mit zwei oder mehr Werkzeugeinheiten verwendet werden. To form the designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion and / or the cap-shaped end portion of the injection molded body of a different material than the hollow cylindrical intermediate portion, process step c) as a multi-component (ceramic) injection molding process, for example, a two-component - (ceramic) injection molding process, done. In particular, an injection molding tool with two or more tool units can be used.

Dabei kann in Verfahrensschritt c) in den mindestens einen montage(end)abschnittbildenden, insbesondere gasanschlussflanschbildenden, Endabschnitt und/oder den kappenbildenden Endabschnitt des tubularen Hohlraums des Spritzgusswerkzeugs insbesondere eine andere Spritzgusskomponente eingespritzt werden. Insbesondere kann dabei in Verfahrensschritt c), sowohl im Rahmen der Verfahrensvarianten b1) und b2) als auch der Verfahrensvariante b3), in den mindestens einen montage(end)abschnittbildenden, insbesondere gasanschlussflanschbildenden, Endabschnitt und/oder den kappenbildenden Endabschnitt des tubularen Hohlraums des Spritzgusswerkzeugs eine zur Ausbildung eines gasdichten, nicht-sauerstoffionenleitfähigen oder inerten beziehungsweise elektrochemisch inaktiven und/oder elektrische schwach leitenden beziehungsweise elektrisch isolierenden, insbesondere keramischen, Materials eingespritzt werden. In this case, in step c) in the at least one assembly (end) section-forming, in particular gasanschlussflanschbildenden, end portion and / or the cap-forming end portion of the tubular cavity of the injection mold, in particular a different injection-molded component are injected. In particular, in process step c), both in process variants b1) and b2) and process variant b3), in the at least one assembly (end) section-forming, in particular gasanschlussflanschbildenden, end portion and / or the cap-forming end portion of the tubular cavity of the injection mold one to form a gas-tight, non-oxygen ion conductive or inert or electrochemically inactive and / or electrically weakly conductive or electrically insulating, in particular ceramic, material to be injected.

Das Spritzgusswerkzeug kann weiterhin dazu ausgelegt sein eine, insbesondere Nut-Feder-artige, Verzahnung, beispielsweise mit einer zumindest teilweise umfänglichen Erstreckung, von unterschiedlichen Spritzkörperabschnitten, beispielsweise zwischen einem hohlzylindrische Zwischenabschnitt und einem zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt und/oder einem kappenförmigen Endabschnitt zu erzeugen. Dabei kann das Spritzgusswerkzeug beispielsweise derart ausgelegt sein, dass im Bereich der Verzahnung der hohlzylindrische Zwischenabschnitt insbesondere im Wesentlichen konvex und der zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt beziehungsweise der kappenförmigen Endabschnitt insbesondere im Wesentlichen konkav ist. The injection molding tool can furthermore be designed to have a, in particular tongue and groove-like, toothing, for example with an at least partially circumferential extension, of different injection body sections, for example between a hollow cylindrical intermediate section and an end section designed for assembly, in particular gas connection flange-shaped, end section and / or a cap-shaped To produce end section. In this case, the injection molding tool may for example be designed such that in the region of the toothing of the hollow cylindrical intermediate portion in particular substantially convex and designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmige, end portion or the cap-shaped end portion is in particular substantially concave.

Hierfür kann zum Beispiel die erste Werkzeugeinheit eine durch eine Struktur zur Ausbildung eines Teils einer Verzahnung begrenzte Kavität aufweisen, wobei in einem ersten Spritzgussschritt von einer Seite eine erste Spritzgusskomponente gegen diese Struktur gespritzt wird. Für den zweiten Spritzgussschritt kann dann der entstehende Vorspritzling in eine zweite Werkzeugeinheit überführt werden, welche eine durch den Verzahnungsteil des Vorspritzlings begrenzbare beziehungsweise begrenzte Kavität aufweist, wobei in einem zweiten Spritzgussschritt, insbesondere von der gegenüberliegenden Seite, eine zweite Spritzgusskomponente gegen den Verzahnungsteil des Vorspritzlings gespritzt wird.For this purpose, for example, the first tool unit may have a cavity bounded by a structure for forming a part of a toothing, wherein in a first injection molding step a first injection molding component is injected against this structure from one side. For the second injection molding step, the resulting preform can then be transferred to a second tool unit, which has a limited by the toothing part of the preform or limited cavity, wherein injected in a second injection molding step, in particular from the opposite side, a second injection molding component against the toothing part of the preform becomes.

Zum Beispiel kann die erste Werkzeugeinheit einen tubularen Hohlraum mit einem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt und einem kappenbildenden beziehungsweise montage(end)abschnittbildenden, insbesondere gasanschlussflanschbildenden, Endabschnitt und einem verzahnungsbildenden Endabschnitt und einen in den kappenbildenden beziehungsweise montage(end)abschnittbildenden, insbesondere gasanschlussflanschbildenden, Endabschnitt mündenden Angusskanal aufweisen, durch welchen im ersten Spritzgussschritt die erste Spritzgusskomponente eingespritzt wird. So kann ein Vorspritzling entstehen, welcher einen hohlzylindrischen Zwischenabschnitt aufweist, der einerseits in einen kappenförmigen beziehungsweise zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt übergeht und andererseits einen Teil einer Verzahnung aufweist. Für den zweiten Spritzgussschritt kann dann der entstehende Vorspritzling in eine zweite Werkzeugeinheit überführt werden, welche eine durch den Verzahnungsteil des Vorspritzlings begrenzbare beziehungsweise begrenzten tubularen Hohlraum zur Ausbildung eines Montageendabschnittes, insbesondere Gasanschlussflansches, und einen darin mündenden Angusskanal aufweist, durch welchen im zweiten Spritzgussschritt die zweite Spritzgusskomponente eingespritzt wird. Auf diese Weise kann die zweite Spritzgusskomponente gegen den Verzahnungsteil des Vorspritzlings gespritzt und die Verzahnung fertig gestellt werden. So kann insbesondere ein Spritzgusskörper mit einer Verzahnung, beispielsweise zwischen einem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt und einem zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt, realisiert werden.For example, the first tool unit may have a tubular cavity with a hollow-cylindrical intermediate section and a cap-forming end section and a tooth-forming end section and a gate section opening into the cap-forming or assembly end section, in particular opening into the gas connection flange through which the first injection molding component is injected in the first injection molding step. Thus, a preform can arise, which has a hollow cylindrical intermediate portion which merges on the one hand in a cap-shaped or designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion and on the other hand has a part of a toothing. For the second injection molding step, the resulting pre-molded part can then be transferred to a second tool unit, which has a limited by the toothing part of the pre-limb tubular cavity for forming a Montageendabschnittes, in particular Gasanschlussflansches, and a sprue opening therein, through which the second injection molding in the second Injection molded component is injected. In this way, the second injection-molded component can be injected against the toothing part of the pre-molded part and the toothing can be completed. Thus, in particular, an injection-molded body with a toothing, for example, between a hollow cylindrical intermediate portion and designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion can be realized.

Durch eine ähnliche Herangehensweise kann mit einem Spritzgusswerkzeug mit zwei oder mehr Werkzeugeinheiten jedoch auch ein Spritzgusskörper mit zwei oder mehr Verzahnungen, beispielsweise zwischen einem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt und einem zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, einerseits und einem kappenförmigen oder gegebenenfalls weiteren zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt andererseits realisiert werden. By a similar approach, however, an injection molding with two or more gear units, for example, between a hollow cylindrical intermediate portion and a designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, on the one hand and a cap-shaped or optionally further designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen On the other hand, the end portion can be realized.

Die Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht kann sowohl durch Inmould-Labeling beziehungsweise Folienhinterspritzung, beispielsweise durch Verwendung einer Folie mit einer bereits rippenstrukturierten Elektrodenschicht in Verfahrensschritt b), insbesondere b1), b2) oder b3), oder durch Mehr-Komponenten-(Keramik)-Spritzguss-Prozess ausgebildet werden. The rib structure of the storage electrode layer and / or the air electrode layer can be produced both by in-mold labeling or film injection, for example by using a film with an already fin-structured electrode layer in process step b), in particular b1), b2) or b3), or by multi-component ( Ceramic) injection molding process can be formed.

Für eine Ausbildung der Rippenstruktur der Speicherelektrodenschicht und/oder der Luftelektrodenschicht mittels Mehr-Komponenten-(Keramik)-Spritzguss kann in Verfahrensschritt a) insbesondere ein zusätzlich zur Ausbildung der Rippenstruktur ausgelegtes Spritzgusswerkzeug, insbesondere mit zwei oder mehr Werkzeugeinheiten, eingesetzt werden, wobei in Verfahrensschritt c) zusätzlich eine zur Ausbildung eines elektrisch leitenden und redoxstabilen Materials ausgelegte Spritzgusskomponente in den rippenausbildenden Abschnitt des Spritzgusswerkzeugs eingespritzt wird. Im Rahmen dieser Ausgestaltung kann das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material der Speicherelektrode beziehungsweise das elektrochemisch aktive Material der Luftelektrode in einem späteren Verfahrensschritt, zum Beispiel mittels Rakeln, zwischen den Rippen der Rippenstruktur aufgebracht werden. Dabei kann zum Beispiel das Elektrodenmaterial beziehungsweise eine Elektrodenmaterialvorstufe, beispielsweise in oxidierter Form, in Form einer entsprechenden Paste beispielsweise über einen Dispenser oder ähnliches in Senken beziehungsweise Fächer zwischen den Rippen der Rippenstruktur appliziert und mit einem rotierenden Rakel eingestrichen werden. For a design of the rib structure of the storage electrode layer and / or the air electrode layer by means of multi-component (ceramic) injection molding, in particular a two-or more tool units, in addition to the formation of the rib structure, can be used in method step a), wherein in process step c) additionally injected into the rib-forming portion of the injection molding tool designed to form an electrically conductive and redox-stable material injection molding component. In the context of this embodiment, the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode or the electrochemically active material of the air electrode can be applied in a later method step, for example by means of doctoring, between the ribs of the rib structure. In this case, for example, the electrode material or an electrode material precursor, for example in oxidized form, in the form of a corresponding paste be applied for example via a dispenser or the like in depressions or compartments between the ribs of the rib structure and coated with a rotating doctor blade.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zelle, den erfindungsgemäßen Verwendungen, dem erfindungsgemäßen Energiesystem sowie auf die Figurenbeschreibung und die Figuren verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the method according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the cell according to the invention, the uses according to the invention, the energy system according to the invention and to the description of the figures and the figures.

Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellten Zelle. Furthermore, the invention relates to the use of a cell according to the invention or produced according to the invention.

Insbesondere kann die erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Zelle als Metall-Luft-Zelle und/oder als Elektrolysezelle und/oder als Brennstoffzelle, insbesondere als Metall-Luft-Zelle und/oder als kombinierte Metall-Luft -Brennstoff-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle, verwendet werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Zelle als Hochtemperatur-Metall-Luft-Zelle und/oder als Hochtemperatur-Elektrolysezelle und/oder als Hochtemperatur-Brennstoffzelle, insbesondere als Hochtemperatur-Metall-Luft-Zelle und/oder als kombinierte Hochtemperatur-Metall-Luft -Brennstoff-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle, verwendet werden. In particular, the cell according to the invention or produced according to the invention can be used as a metal-air cell and / or as an electrolysis cell and / or as a fuel cell, in particular as a metal-air cell and / or as a combined metal-air fuel-electrolysis fuel cell become. For example, the cell according to the invention or produced according to the invention as a high-temperature metal-air cell and / or as a high-temperature electrolysis cell and / or as a high-temperature fuel cell, in particular as a high-temperature metal-air cell and / or as a combined high-temperature metal-air Fuel electrolysis fuel cell, used.

Dabei kann die erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Zelle beispielsweise zum Speichern eines Stromüberschusses, zum Beispiel einer Photovoltaikanlage und/oder Windenergieanlage und/oder Biogasanlage beziehungsweise zur Herstellung von Energiespeichersystemen, insbesondere für vorgenannte Anlagen, verwendet werden. Zum Beispiel kann die erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Zelle in einer Energiespeicher- und/oder -wandleranlagen, beispielsweise einer so genannten Stromspeicheranlage, zum Beispiel für eine Windkraftanlage und/oder Photovoltaikanlage und/oder Biogasanlage, verwendet werden. In this case, the cell according to the invention or produced according to the invention can be used, for example, for storing an excess of electricity, for example a photovoltaic system and / or wind energy plant and / or biogas plant or for the production of energy storage systems, in particular for the aforementioned plants. For example, the cell according to the invention or inventively produced in an energy storage and / or -wandleranlagen, for example, a so-called power storage system, for example for a wind turbine and / or photovoltaic system and / or biogas plant, can be used.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendungen wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zelle, dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Energiesystem sowie auf die Figurenbeschreibung und die Figuren verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the uses according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the cell according to the invention, the method according to the invention, the energy system according to the invention and to the description of the figures and the figures.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Energiesystem, zum Beispiel eine Energiespeicher- und/oder -wandleranlage oder eine (Mikro-)Kraft-Wärme-Kopplungsanlage oder eine kraftwärmegekoppelte Energiespeicher- und/oder -wandleranlage, beispielsweise für eine Photovoltaikanlage, eine Windkraftanlage, eine Biogasanlage, ein Wohn- oder Geschäftshaus, eine Industrieanlage, ein Kraftwerk oder ein Fahrzeug, insbesondere für eine Photovoltaikanlage und/oder Windkraftanlage, welche/s mindestens eine erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Zelle umfasst und/oder erfindungsgemäß verwendet. Unter einer (Mikro-)Kraft-Wärme-Kopplungsanlage kann insbesondere eine Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme aus einem Energieträger verstanden werden. Furthermore, the present invention relates to an energy system, for example an energy storage and / or converter system or a (micro) combined heat and power plant or a heat-coupled energy storage and / or converter plant, for example for a photovoltaic system, a wind turbine, a biogas plant , a residential or commercial building, an industrial plant, a power plant or a vehicle, in particular for a photovoltaic system and / or wind power plant, which / s comprises at least one inventive or inventively manufactured cell and / or used according to the invention. A (micro) combined heat and power plant may, in particular, be understood to mean a plant for the simultaneous generation of electricity and heat from an energy source.

Das Energiesystem kann weiterhin ein Gasleitungssystem aufweisen. Dabei kann die mindestens eine Zelle auf einem Trägerelement, insbesondere einer Trägerplatte, des Gasleitungssystems befestigt oder befestigbar sein. In einem an dem Trägerelement befestigten Zustand ist dabei insbesondere die äußere Umgebung um die Zelle gasdicht von dem Innenraum der Zelle getrennt. The energy system may further include a gas line system. In this case, the at least one cell can be fastened or fastened on a carrier element, in particular a carrier plate, of the gas line system. In a state fastened to the carrier element, in particular the outer environment around the cell is in a gas-tight manner separated from the interior of the cell.

Das Gasleitungssystem kann weiterhin mindestens eine Gaslanze aufweisen, welche einerseits in eine erste Gasleitung, insbesondere in Form eines Kanals, mündet, sich durch eine durchgängige Öffnung in dem Trägerelement erstreckt und andererseits in den Innenraum der mindestens einen Zelle mündet. Der Innenraum der Zelle kann dabei über einen die Gaslanze umgebenden, und wiederum selbst von einem, insbesondere zur Montage ausgelegten, beispielsweise gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt umgebenen, Öffnungsbereich, insbesondere des tubularen Trägerkörpers der Zelle, in eine zweite Gasleitung, insbesondere in Form eines Kanals, münden. Die Gaslanze kann sich dabei durch die zweite Gasleitung hindurch erstrecken. Die zweite Gasleitung kann dabei zwischen der ersten Gasleitung und dem Trägerelement und insbesondere parallel dazu, ausgebildet sein. Dabei können die erste und zweite Gasleitung eine gemeinsame Wandung aufweisen, insbesondere welche mindestens eine Durchstecköffnung zum Durchstecken der mindestens einen Gaslanze aufweist. Das Trägerelement kann dabei eine weitere Wandung der zweiten Gasleitung bilden. The gas line system may further comprise at least one gas lance, which, on the one hand, opens into a first gas line, in particular in the form of a channel, extends through a continuous opening in the carrier element and, on the other hand, opens into the interior of the at least one cell. The interior of the cell can open into a second gas line, in particular in the form of a channel, surrounding the gas lance, and in turn surrounded by an opening section, in particular designed for mounting, for example gas connection flange end section , The gas lance can extend through the second gas line. The second gas line can be formed between the first gas line and the carrier element and in particular parallel thereto. In this case, the first and second gas line may have a common wall, in particular which has at least one through opening for inserting the at least one gas lance. The carrier element can form a further wall of the second gas line.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zelle, dem erfindungsgemäßen Verfahren, den erfindungsgemäßen Verwendungen sowie auf die Figurenbeschreibung und die Figuren verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the energy system according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the cell according to the invention, the method according to the invention, the uses according to the invention and to the description of the figures and the figures.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen Further advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings only descriptive and are not intended to limit the invention in any way. Show it

14 schematischen Querschnitte durch unterschiedliche Ausführungsformen von erfindungsgemäßen, elektrolytgeträgerten, tubularen Metall-Luft-Zelle; 1 - 4 schematic cross-sections through different embodiments of electrolyte-supported, tubular metal-air cell according to the invention;

512 schematischen Querschnitte durch unterschiedliche Ausführungsformen von erfindungsgemäßen, inertgeträgerten, tubularen Metall-Luft-Zelle; 5 - 12 schematic cross sections through different embodiments of the invention, inertially supported, tubular metal-air cell;

13, 14 schematische Querschnitte zur Veranschaulichung einer verzahnten Ausgestaltung eines tubularen Trägerkörpers einer erfindungsgemäßen tubularen Metall-Luft-Zelle; 13 . 14 schematic cross-sections illustrating a toothed configuration of a tubular carrier body of a tubular metal-air cell according to the invention;

15a–c schematische Ausschnitte zur Veranschaulichung von speziellen Ausgestaltungen eines kappenförmigen Endabschnitts eines tubularen Trägerkörpers einer erfindungsgemäßen tubularen Metall-Luft-Zelle; 15a -C are schematic sections for illustrating special embodiments of a cap-shaped end portion of a tubular support body of a tubular metal-air cell according to the invention;

16a–f schematische Querschnitte zur Veranschaulichung von Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 16a F schematic cross sections to illustrate embodiments of a method according to the invention;

17 eine Skizze zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer Metall-Luft-Zelle; 17 a sketch illustrating the operation of a metal-air cell;

18 einen schematischen Querschnitt zur Veranschaulichung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, ausschließlich als Metall-Luft-Zelle betreibbaren elektrochemischen Zelle; und 18 a schematic cross section illustrating an embodiment of an inventive, operable solely as a metal-air cell electrochemical cell; and

19 einen schematischen Querschnitt zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiesystems, welches eine Ausführungsform von erfindungsgemäßen, kombinierten Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle aufweist. 19 a schematic cross-section illustrating an embodiment of an energy system according to the invention, which has an embodiment of a combined metal-air-electrolysis-fuel cell according to the invention.

Die 1 bis 4 zeigen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen, elektrolytgeträgerten, tubularen Metall-Luft-Zellen. Die 1 bis 4 veranschaulichen, dass die tubularen Metall-Luft-Zellen 10 einen, beispielsweise spritzgegossenen, tubularen Trägerkörper 11 aufweisen, der einen hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 111 und zwei Endabschnitte 112, 113 aufweist. Der hohlzylindrische Zwischenabschnitt 111 des tubularen Trägerkörpers 11 ist in den, in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen aus einem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material ausgebildet. Die in den 1 bis 4 gezeigten Metall-Luft-Zelle 10 können daher insbesondere als elektrolytgeträgerte Metall-Luft-Zellen bezeichnet werden. Bei dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material 111 des tubularen Trägerkörpers 11 kann es sich beispielsweise um ein mit seltenen Erden, insbesondere Sc, Y, Ce, dotiertes Zirkoniumdioxid (ZrO2) handeln. Derartige Elektrolytmaterialien können vorteilhafterweise nach der Sinterung gasdicht sein, so dass die Gasräume durch den tubularen Trägerkörper 11 getrennt werden beziehungsweise entlang des tubularen Trägerkörpers 11 getrennt bleiben können. 1 und 4 veranschaulichen zudem die Umfangsrichtung U und die Längsachse L des tubularen Trägerkörpers 11.The 1 to 4 show embodiments of electrolyte-supported, tubular metal-air cells according to the invention. The 1 to 4 illustrate that the tubular metal-air cells 10 a, for example, injection-molded, tubular carrier body 11 having a hollow cylindrical intermediate section 111 and two end sections 112 . 113 having. The hollow cylindrical intermediate section 111 of the tubular carrier body 11 is in the, in the 1 to 4 embodiments shown formed from a gas-tight, oxygen-ion conductive material. The in the 1 to 4 shown metal-air cell 10 may therefore be referred to in particular as electrolyte-supported metal-air cells. In the gas-tight, oxygen-ion conductive material 111 of the tubular carrier body 11 it may be, for example, a rare earth, in particular Sc, Y, Ce, doped zirconia (ZrO 2 ). Such electrolyte materials may advantageously be gastight after sintering, so that the gas spaces through the tubular support body 11 be separated or along the tubular carrier body 11 stay separated. 1 and 4 also illustrate the circumferential direction U and the longitudinal axis L of the tubular support body 11 ,

Die 1 bis 4 zeigen, dass von den beiden Endabschnitten 112, 113 des tubularen Trägerkörpers 11, der eine 113 als Kappe ausgestaltet ist, welche 113 den tubularen Trägerkörper 11 auf einer Seite verschließt. Die in den 1 bis 4 gezeigten Zellen 10 können daher insbesondere auch als einseitig geschlossene Zellen bezeichnet werden. Die 2 bis 4 zeigen, dass der Endabschnitt 112, auf der dem kappenförmigen Endabschnitt 113 gegenüberliegenden Seite, als Gasanschlussflansch ausgeformt ist. Der Gasanschlussflansch 112 kann einen präzisen Planschliff aufweisen, durch den er an einen ebenso präzise plan geschliffenen Gegenflansch einer Gaszuleitung oder einer Trägerplatte (20, siehe 2 und 3) anschließbar ist. Auf eine Dichtung aus glasartigen Materialien kann dadurch vorteilhafterweise verzichtet werden. Es sind jedoch auch andere, insbesondere planschlifffreie, gegebenenfalls eine oder mehrere Dichtungen aufweisende Anschlussausgestaltung denkbar.The 1 to 4 show that from the two end sections 112 . 113 of the tubular carrier body 11 , the one 113 designed as a cap, which 113 the tubular carrier body 11 closes on one side. The in the 1 to 4 shown cells 10 may therefore be referred to as unilaterally closed cells in particular. The 2 to 4 show that the end section 112 , on the cap-shaped end portion 113 opposite side, is designed as a gas connection flange. The gas connection flange 112 can have a precise surface grinding, by which it can be clamped to a precision-ground counter flange of a gas supply line or a carrier plate (FIG. 20 , please refer 2 and 3 ) is connectable. On a seal of glassy materials can be advantageously dispensed with. However, there are also other, in particular flat, without possibly one or more seals having terminal configuration conceivable.

Die 1 bis 4 veranschaulichen, dass sich auf dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 111 des tubularen Trägerkörpers 11 eine Speicherelektrodenschicht 13 und eine Luftelektrodenschicht 12 befinden, welche sich jeweils über dessen gesamte innere und äußere gerade Fläche (Rohrfläche) erstrecken. Der kappenförmige Endabschnitt (Kuppel) 113 ist jedoch nicht beschichtet.The 1 to 4 illustrate that on the hollow cylindrical intermediate section 111 of the tubular carrier body 11 a storage electrode layer 13 and an air electrode layer 12 located, each extending over the entire inner and outer straight surface (tube surface). The cap-shaped end section (dome) 113 however, it is not coated.

Die Speicherelektrodenschicht 13 befindet sich auf der Elektrolytoberfläche 111 auf der Innenseite beziehungsweise im Inneren des tubularen Trägerkörpers (Rohrs) 11. Die Speicherelektrodenschicht 13 umfasst insbesondere ein zwischen einer metallischen Form und einer oxidischen Form reversibel oxidierbares und reduzierbares Material 131. Die Luftelektrodeschicht 12 befindet sich auf der Elektrolytoberfläche 111 auf der Außenseite beziehungsweise der äußeren Oberfläche des tubularen Trägerkörpers (Rohres) 11 und kann als elektrochemisch aktives Material beispielsweise eine sauerstoffionenleitende oder mischleitende Keramik umfassen. Alternativ können die Elektrodenschichten 12, 13 von ihrer Position her auch vertauscht sein. The storage electrode layer 13 is located on the electrolyte surface 111 on the inside or inside the tubular carrier (tube) 11 , The storage electrode layer 13 In particular, it comprises a reversibly oxidizable and reducible material between a metallic form and an oxidic form 131 , The air electrode layer 12 is located on the electrolyte surface 111 on the outer side or the outer surface of the tubular carrier body (tube) 11 and may comprise, for example, an oxygen-ion-conducting or mixed-conducting ceramic as the electrochemically active material. Alternatively, the electrode layers 12 . 13 also be reversed from their position.

Gegebenenfalls die Speicherelektrodenschicht 13 und/oder die Luftelektrodenschicht 12 ein oder mehrere keramische Interkonnektoren (nicht dargestellt) aufweisen, entweder vollflächig oder stegförmig realisiert werden können. Dabei kann das Interkonnektormaterial dicht oder porös vorliegen.Optionally, the storage electrode layer 13 and / or the air electrode layer 12 one or more ceramic interconnects (not shown), can be realized either over the entire surface or web-shaped. In this case, the interconnector material may be dense or porous.

Die 2 und 3 zeigen, dass die Metall-Luft-Zelle 10 über den gasanschlussflanschförmigen Endabschnitt 112 mit einer Trägerplatte 20 verbunden werden kann, welche im Bereich des Innenraums der Zelle 10 eine durchgängige Öffnung aufweist, durch welche eine Gaslanze 30 in den Innenraum der Zelle 10 geführt ist. Die Doppelpfeile veranschaulichen, dass durch den die Gaslanze 30 umgebenden Bereich der durchgängigen Aussparung in der Trägerplatte 20 und die Gaslanze 30 ein Gas durch, den Innenraum der Zelle 10 geführt werden kann. Über den die Außenseite der Zelle 10 umgebenden Raum kann dabei ein anderes Gaszugeführt beziehungsweise abgeführt werden. Der hohlzylindrische Zwischenabschnitt 111 kann dabei – exklusive der beiden Elektrodenschichten 12, 13 – zum Beispiel eine Wandstärke d von ≥ 15 μm bis ≤ 300 μm, auweisen. Wie im Rahmen der 16a bis 16f näher erläutert, kann eine tubulare Metall-Luft-Zelle 10 mit einer derartig geringen Wandstärke durch (Keramik-)Spritzguss, gegebenenfalls in Kombination mit einem Schleifprozess erzielt werden. Insbesondere kann daher der hohlzylindrische Zwischenabschnitt eine abgeschliffene Außenseite aufweisen, auf welcher wiederum die äußere Elektrodenschicht 12 aufgebracht ist. The 2 and 3 show that the metal-air cell 10 via the gas connection flange-shaped end section 112 with a carrier plate 20 can be connected, which in the region of the interior of the cell 10 has a continuous opening through which a gas lance 30 in the interior of the cell 10 is guided. The double arrows illustrate that by the gas lance 30 surrounding area of the continuous recess in the support plate 20 and the gas lance 30 a gas through, the interior of the cell 10 can be performed. About the outside of the cell 10 surrounding space can be another gas supplied or removed. The hollow cylindrical intermediate section 111 can do this - exclusive of the two electrode layers 12 . 13 - For example, a wall thickness d of ≥ 15 microns to ≤ 300 microns, auweisen. As part of the 16a to 16f explained in more detail, can be a tubular metal-air cell 10 with such a small wall thickness by (ceramic) injection molding, optionally be achieved in combination with a grinding process. In particular, therefore, the hollow cylindrical intermediate portion may have a ground off outside, on which in turn the outer electrode layer 12 is applied.

Im Rahmen der in 1, 2 und 4 gezeigten Ausführungsform sind der gasanschlussflanschförmige Endabschnitt (nicht dargestellt in 1) und der kappenförmige Endabschnitt 113 aus dem gleichen, gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material wie der hohlzylindrische Zwischenabschnitt 111 ausgebildet. Die Sichtkanten zwischen den Abschnitten 111, 112; 111, 113 dienen daher im Wesentlichen zur Veranschaulichung des hohlzylindrischen 111, gasanschlussflanschförmigen 112 und kappenförmigen 113 Abschnitts.As part of the in 1 . 2 and 4 Shown embodiment, the gasanschlussflanschförmige end portion (not shown in FIG 1 ) and the cap-shaped end portion 113 from the same, gas-tight, oxygen-ion-conductive material as the hollow-cylindrical intermediate section 111 educated. The visible edges between the sections 111 . 112 ; 111 . 113 serve therefore essentially to illustrate the hollow cylindrical 111 , gas connection flange shaped 112 and cap-shaped 113 Section.

Die im Rahmen von 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in 2 gezeigten Ausführungsform, dass der gasanschlussflanschförmige Endabschnitt 112 aus einem anderen Material ausgebildet ist als der hohlzylindrische Zwischenabschnitt 111. Zusätzlich kann gegebenenfalls auch der kappenförmige Endabschnitt 113 aus dem Material des gasanschlussflanschförmigen Endabschnitts 113 ausgebildet sein. Insbesondere ist dabei der gasanschlussflanschförmige Endabschnitt 112 und gegebenenfalls der kappenförmige Endabschnitt 113 aus einem gasdichten, nicht-sauerstoffleitfähigen beziehungsweise elektrochemisch inaktiven Material, insbesondere mit einer besonders hohen mechanischen Stabilität, ausgebildet. Dadurch, dass das Material des gasanschlussflanschförmigen Endabschnitts 112 nicht aus der Gruppe der sauerstoffionenleitfähigen Materialien ausgewählt werden muss, kann das Material vorteilhafterweise aus einer breiteren Palette von Materialien ausgewählt werden.The as part of 3 The embodiment shown differs essentially from that in FIG 2 shown embodiment, that the gland flange end portion 112 is formed of a different material than the hollow cylindrical intermediate section 111 , In addition, if appropriate, the cap-shaped end portion 113 from the material of the gas connection flange-shaped end section 113 be educated. In particular, the gas connection flange-shaped end section is in this case 112 and optionally the cap-shaped end portion 113 from a gas-tight, non-oxygen conductive or electrochemically inactive material, in particular with a particularly high mechanical stability formed. Characterized in that the material of the gas connection flange end portion 112 can not be selected from the group of oxygen ion conductive materials, the material can be advantageously selected from a wider range of materials.

Die in 2 und 3 mit dem Bezugszeichen A und B gekennzeichnete Abschnitte können – wie im Rahmen der 13 und 14 näher erläutert – im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung eine Verzahnung aufweisen. In the 2 and 3 With the reference numerals A and B marked sections can - as in the context of 13 and 14 explained in more detail - have a toothing in the context of a specific embodiment.

4 deutet an, dass die Speicherelektrodenschicht 13 im Inneren des tubularen Trägerkörpers (Rohrs) 11 eine Rippenstruktur 132 aus einem keramischen, elektrisch leitenden und redoxstabilen Material beispielsweise einem Interkonnektormaterial aufweisen kann, zwischen denen das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material 131 der Speicherelektrodenschicht 13 ausgebildet ist. Aus dem Elektronen leitenden und redoxstabilen Material beziehungsweise Interkonnektormaterial 132 können zum Beispiel auf der Innenseite beziehungsweise der innen liegenden Seite des tubularen Trägerkörpers 11 Längsrippen oder Rasterförmig ausgebildete Rippen 132 ausgeführt sein, in deren Senken das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material 131 der Speicherelektrodenschicht 13 (Anodenmaterial/Kathodenmaterial je nach Betriebsweise) eingebracht ist. Vorteilhafte elektrisch leitende und redoxstabile Materialien beziehungsweise Interkonnektormaterialien 132 sind beispielsweise aus LaCrO3 oder Scandiumoxid-dotiertes Lanthan-Strontium-Manganoxid. Die Rippen 132 können beispielsweise eine Höhe beziehungsweise Dicke von 20 bis 200 μm oder sogar bis 1000 μm aufweisen. 4 veranschaulicht, dass die Höhe beziehungsweise Dicke der Rippen 132 größer als die Dicke des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials 131 der Speicherelektrodenschicht 13, insbesondere in oxidierter Form, ist. 4 indicates that the storage electrode layer 13 inside the tubular carrier (tube) 11 a rib structure 132 of a ceramic, electrically conductive and redox-stable material, for example, an interconnect material may have, between which the reversibly oxidizable and reducible material 131 the storage electrode layer 13 is trained. From the electron-conducting and redox-stable material or interconnector material 132 can, for example, on the inside or the inner side of the tubular support body 11 Longitudinal ribs or grid-shaped ribs 132 be carried out in their sinks the reversibly oxidizable and reducible material 131 the storage electrode layer 13 (Anode material / cathode material depending on the mode of operation) is introduced. Advantageous electrically conductive and redox-stable materials or interconnector materials 132 are for example from LaCrO 3 or scandium-doped lanthanum-strontium-manganese oxide. Ribs 132 may for example have a height or thickness of 20 to 200 microns or even up to 1000 microns. 4 illustrates that the height or thickness of the ribs 132 greater than the thickness of the reversibly oxidizable and reducible material 131 the storage electrode layer 13 , especially in oxidized form.

Die 5 bis 12 zeigen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen, inertgeträgerten, tubularen Metall-Luft-Zelle 10. Im Rahmen der in den 5 bis 12 gezeigten Ausführungsformen ist der hohlzylindrische Zwischenabschnitt 111 des tubularen Trägerkörpers 11, nicht wie im Rahmen der in den 1 bis 4 gezeigten elektrolytgeträgerten Ausführungsformen aus einem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material, sondern aus gasdurchlässig porösen, inerten keramischen Trägermaterial ausgebildet. Im Rahmen der in den 5 bis 12 gezeigten Ausführungsformen dient der rohrförmige Trägerkörper 11 folglich nicht als Elektrolyt, sondern nur als Träger. Daher ist eine zusätzliche Elektrolytschicht 14 vorgesehen, welcher zwischen der Luftelektrodenschicht 12 und der Speicherelektrodenschicht 13 angeordnet ist. Insgesamt bilden die Luftelektrodenschicht 12, die Elektrolytschicht 14 und die Speicherelektrodenschicht 13 ein Funktionsschichtsystempaket. The 5 to 12 show embodiments of inert, inert, tubular metal-air cell according to the invention 10 , As part of the in the 5 to 12 shown embodiments is the hollow cylindrical intermediate section 111 of the tubular carrier body 11 , not as part of the in the 1 to 4 shown electrolyte-supported embodiments of a gas-tight, oxygen-ion conductive material, but from gas-permeable porous, inert ceramic support material formed. As part of the in the 5 to 12 The embodiments shown serve the tubular carrier body 11 consequently not as an electrolyte, but only as a carrier. Therefore, an additional electrolyte layer 14 provided, which between the air electrode layer 12 and the storage electrode layer 13 is arranged. Overall, the air electrode layer form 12 , the electrolyte layer 14 and the Storage electrode layer 13 a functional layer system package.

Diese Funktionsschichtsystem 12, 14, 13 ist im Rahmen der in den 5, 7, 9 und 11 gezeigten Ausführungsformen auf der Außenseite und im Rahmen der in den 6, 8, 10 und 12 gezeigten Ausführungsformen auf der Innenseite des tubularen Trägerkörpers 11, insbesondere von dessen hohlzylindrischem Zwischenabschnitt 111, angeordnet. Im Rahmen der in den 9 bis 12 gezeigten Ausführungsformen weist die Speicherelektrodenschicht 13 eine Rippenstruktur 132 aus einem elektrisch leitenden und redoxstabilen Material auf, zwischen deren Rippen 132 das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material 131 der Speicherelektrodenschicht ausgebildet ist, wobei die Höhe beziehungsweise Dicke der Rippen 132 größer als die Dicke des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials 131 der Speicherelektrodenschicht 13, insbesondere in oxidierter Form, ist. This functional layer system 12 . 14 . 13 is part of the in the 5 . 7 . 9 and 11 shown embodiments on the outside and in the frame in the 6 . 8th . 10 and 12 shown embodiments on the inside of the tubular support body 11 , in particular of its hollow cylindrical intermediate section 111 arranged. As part of the in the 9 to 12 shown embodiments, the storage electrode layer 13 a rib structure 132 of an electrically conductive and redox-stable material, between the ribs 132 the reversibly oxidizable and reducible material 131 the storage electrode layer is formed, wherein the height or thickness of the ribs 132 greater than the thickness of the reversibly oxidizable and reducible material 131 the storage electrode layer 13 , especially in oxidized form.

Im Rahmen der in 5 und 8 gezeigten Ausführungsformen grenzt das reversibel oxidierbare Material 132 der Speicherelektrodenschicht 13 einerseits (direkt) an den gasdurchlässig porösen Zwischenabschnitt 111 des tubularen Trägerkörpers 11 und andererseits an die Elektrolytschicht 14 des Funktionsschichtsystems 12, 14, 13 an. Die Luftelektrodenschicht 12 grenzt dabei einerseits an die der Speicherelektrodenschicht 13 gegenüberliegende Seite der Elektrolytschicht 14 des Funktionsschichtsystems 12, 14, 13 an und liegt andererseits offen. As part of the in 5 and 8th The embodiments shown adjacent borders the reversibly oxidizable material 132 the storage electrode layer 13 on the one hand (directly) to the gas-permeable porous intermediate section 111 of the tubular carrier body 11 and on the other hand to the electrolyte layer 14 of the functional layer system 12 . 14 . 13 at. The air electrode layer 12 on the one hand adjoins that of the storage electrode layer 13 opposite side of the electrolyte layer 14 of the functional layer system 12 . 14 . 13 on the other hand is open.

Im Rahmen der in den 6, 7, 10 und 11 gezeigten Ausführungsformen grenzt die Luftelektrodenschicht 12 einerseits an den gasdurchlässig porösen Zwischenabschnitt 111 des tubularen Trägerkörpers 11 und andererseits an die Elektrolytschicht 14 des Funktionsschichtsystems 12, 14, 13 an. Das reversibel oxidierbare Material 132 der Speicherelektrodenschicht 13 grenzt dabei einerseits an die der Luftelektrodenschicht 12 gegenüberliegende Seite der Elektrolytschicht 14 des Funktionsschichtsystems 12, 14, 13 an und liegt andererseits offen. As part of the in the 6 . 7 . 10 and 11 the embodiments shown adjacent the air electrode layer 12 on the one hand to the gas-permeable porous intermediate section 111 of the tubular carrier body 11 and on the other hand to the electrolyte layer 14 of the functional layer system 12 . 14 . 13 at. The reversibly oxidizable material 132 the storage electrode layer 13 on the one hand adjoins that of the air electrode layer 12 opposite side of the electrolyte layer 14 of the functional layer system 12 . 14 . 13 on the other hand is open.

Im Rahmen der in den 9 und 12 gezeigten Ausführungsformen liegt zumindest in einer Form des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials 131 der Speicherelektrodenschicht 13, in welcher dessen Schichtdicke geringer als dessen maximale Schichtdicke, insbesondere in oxidierter Form, ist, beispielsweise in einer zumindest teilweise reduzierten Form, aufgrund der Rippenstruktur 132 der Speicherelektrodenschicht 13 ein Hohlraum 133 zwischen dem porösen Zwischenabschnitt 111 des tubularen Trägerkörpers 11 und dem reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Material 131 der Speicherelektrodenschicht 13 vor. Dabei grenzt das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material 131 der Speicherelektrodenschicht 13 folglich nicht wie in den in den 5 und 8 gezeigten Ausführungsformen direkt an den gasdurchlässig porösen Zwischenabschnitt 111 des tubularen Trägerkörpers 11 an. Der Hohlraum 133 kann dabei insbesondere seitlich durch die Rippen der Rippenstruktur 132 der Speicherelektrodenschicht 13 begrenzt sein. As part of the in the 9 and 12 Embodiments shown is at least in one form of reversibly oxidizable and reducible material 131 the storage electrode layer 13 , in which its layer thickness is less than its maximum layer thickness, in particular in oxidized form, is, for example in an at least partially reduced form, due to the rib structure 132 the storage electrode layer 13 a cavity 133 between the porous intermediate section 111 of the tubular carrier body 11 and the reversibly oxidizable and reducible material 131 the storage electrode layer 13 in front. This is bordered by the reversibly oxidizable and reducible material 131 the storage electrode layer 13 therefore not as in the 5 and 8th embodiments shown directly to the gas-permeable porous intermediate section 111 of the tubular carrier body 11 at. The cavity 133 can in particular laterally through the ribs of the rib structure 132 the storage electrode layer 13 be limited.

13 veranschaulicht beispielhaft, anhand einer vergrößerten Ansicht des in 2 oder 3 mit dem Bezugszeichen A gekennzeichneten Bereichs einer elektrolytgeträgerten Metall-Luft-Zelle 10, dass im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung zwischen dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 111 und dem gasanschlussflanschförmigen Endabschnitt 112 eine Nut-Feder-artige Verzahnung 15 ausgebildet sein kann. Eine dazu analoge, Nut-Feder-artige Verzahnung 15 kann auch bei einer inertgeträgerten Metall-Luft-Zelle zwischen dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 111 und dem gasanschlussflanschförmigen Endabschnitt 112 ausgebildet werden. 13 exemplified by an enlarged view of the in 2 or 3 designated by the reference A region of an electrolyte-supported metal-air cell 10 in that in the context of a special embodiment between the hollow cylindrical intermediate section 111 and the gland flange end portion 112 a tongue and groove type toothing 15 can be trained. An analogous, tongue and groove type of toothing 15 can also be in an inert-supported metal-air cell between the hollow cylindrical intermediate section 111 and the gland flange end portion 112 be formed.

14 veranschaulicht beispielhaft, anhand einer vergrößerten Ansicht des in 3 mit dem Bezugszeichen B gekennzeichneten Bereichs einer elektrolytgeträgerten Metall-Luft-Zelle 10, dass im Rahmen einer anderen speziellen Ausgestaltung zwischen dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 111 und dem kappenförmigen Endabschnitt 113 eine Nut-Feder-artige Verzahnung 16 ausgebildet sein kann. Eine dazu analoge, Nut-Feder-artige Verzahnung 16 kann auch bei einer inertgeträgerten Metall-Luft-Zelle zwischen dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 111 und dem kappenförmigen Endabschnitt 113 ausgebildet werden. 14 exemplified by an enlarged view of the in 3 designated by the reference B region of an electrolyte-supported metal-air cell 10 in that in the context of another special embodiment between the hollow cylindrical intermediate section 111 and the cap-shaped end portion 113 a tongue and groove type toothing 16 can be trained. An analogous, tongue and groove type of toothing 16 can also be in an inert-supported metal-air cell between the hollow cylindrical intermediate section 111 and the cap-shaped end portion 113 be formed.

Diese Nut-Feder-artigen Verzahnungen 15, 16 können eine zumindest teilweise oder gegebenenfalls vollständige umfängliche Erstreckung aufweisen. Vorzugsweise sind die Verzahnungen 15, 16 dabei derart ausgebildet, dass dadurch die elektrochemisch aktive Fläche der Zelle 10 nicht oder zumindest möglich wenig reduziert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass – wie in 13 und 14 gezeigt – in dem Verzahnungsbereich 15, 16 der hohlzylindrische Zwischenabschnitt 111 im Wesentlichen konvex und der gasanschlussflanschförmige Endabschnitt 112 beziehungsweise der kappenförmige Endabschnitt 113 im Wesentlichen konkav geformt ist. In 13 und 14 ist nur eine einfache Verzahnung 15, 16 gezeigt. Um die mechanische Stabilität des Anbindungsbereichs zwischen dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 111 und dem gasanschlussflanschförmigen Endabschnitt 112 beziehungsweise dem kappenförmigen Endabschnitt 113 weiter zu erhöhen, kann jedoch eine mehrfache Verzahnung 15, 16, beispielsweise in Form eines doppelten oder dreifachen Nut-Feder-Profils beziehungsweise Wellen-Profils, sinnvoll sein. These tongue and groove type gears 15 . 16 may have an at least partial or possibly complete circumferential extent. Preferably, the teeth are 15 . 16 thereby formed such that thereby the electrochemically active surface of the cell 10 not or at least possible little reduced. This can be done, for example, by the fact that - as in 13 and 14 shown - in the gearing area 15 . 16 the hollow cylindrical intermediate section 111 substantially convex and the gland flange end portion 112 or the cap-shaped end portion 113 is substantially concave. In 13 and 14 is just a simple gearing 15 . 16 shown. To the mechanical stability of the connection area between the hollow cylindrical intermediate section 111 and the gland flange end portion 112 or the cap-shaped end portion 113 However, to increase further, can be a multiple gearing 15 . 16 , for example in shape a double or triple tongue and groove profile or wave profile, be useful.

Die 15a bis 15c veranschaulichen beispielhaft anhand einer elektrolytgeträgerten Metall-Luft-Zelle 10 eine spezielle Ausgestaltungen des kappenförmigen Endabschnitts 113, in welchen der kappenförmige Endabschnitt 113 drei umfänglich verteilt ausgebildete, insbesondere zueinander rotationssymmetrische, Innenstreben 17 (15a) beziehungsweise Einzüge 17 (15b) aufweist. Eine dazu analoge, Ausbildung des kappenförmigen Endabschnitts 113 kann auch bei einer inertgeträgerten Metall-Luft-Zelle ausgebildet werden. Die 15a und 15b zeigen insbesondere schematische Querschnittsausschnitte, in einer bezüglich der in den 1 bis 12 gezeigten um die Zellenlängsachse gedrehten Querschnittsebene. 15c zeigt einen schematischen Querschnitte der in den 15a und 16b gezeigten Kappenabschnittsausgestaltungen, in einer zur Zellenlängsachse senkrechten Querschnittsebene. Die 15a bis 15c veranschaulichen, dass die Innenstreben 17 beziehungsweise Einzüge 17 einen sich dazwischen erstreckenden Freiraum derart begrenzen, dass dessen Durchmesser sich entlang der Symmetrieachse des hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 111 in Richtung auf das Zentrum des kappenförmigen Endabschnitts 113 verringert. Durch derartig ausgebildete Innenstreben 17 beziehungsweise Einzüge 17 kann vorteilhafterweise eine Zentrierung und Stabilisierung der Gaslanze 30 erzielt werden. The 15a to 15c illustrate exemplified by an electrolyte-supported metal-air cell 10 a special embodiments of the cap-shaped end portion 113 in which the cap-shaped end portion 113 three circumferentially distributed trained, in particular to each other rotationally symmetrical inner struts 17 ( 15a ) or indents 17 ( 15b ) having. An analogous, training the cap-shaped end portion 113 can also be formed in an inert-supported metal-air cell. The 15a and 15b show in particular schematic cross-sectional detail, in a relative to the in the 1 to 12 shown about the cell longitudinal axis rotated cross-sectional plane. 15c shows a schematic cross sections of the in the 15a and 16b shown cap portion configurations, in a direction perpendicular to the cell longitudinal axis cross-sectional plane. The 15a to 15c illustrate that the inner struts 17 or indents 17 delimiting a free space extending therebetween such that its diameter extends along the axis of symmetry of the hollow cylindrical intermediate section 111 toward the center of the cap-shaped end portion 113 reduced. By such trained inner struts 17 or indents 17 can advantageously centering and stabilizing the gas lance 30 be achieved.

Die 16a bis 16f veranschaulichen Ausführungsformen von Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen, elektrolytgeträgerten Metall-Luft-Zellen 10. The 16a to 16f illustrate embodiments of methods of making electrolyte-supported metal-air cells according to the present invention 10 ,

16a zeigt, dass zunächst in einem Verfahrensschritt a) ein Spritzgusswerkzeug 40 bereitgestellt wird, welches eine zylindrische Kavität und einen in der Längsmittelachse der Kavität positionierten Spritzgusswerkzeugkern aufweist, wobei durch Einbringen des Spritzgusswerkzeugkerns in die Kavität ein tubularer Hohlraum 41 mit einem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 411, einem zur Ausbildung eines Gasanschlussflanschs ausgelegten Endabschnitt 412 und einem zur Ausbildungen einer Kappe ausgelegten Endabschnitt 413 ausbildbar ist. 16a shows that initially in a method step a) an injection molding tool 40 which has a cylindrical cavity and an injection mold core positioned in the longitudinal center axis of the cavity, wherein a tubular cavity is formed by inserting the injection mold core into the cavity 41 with a hollow cylindrical intermediate section 411 , an end section designed to form a gas connection flange 412 and an end portion designed to form a cap 413 can be trained.

16b veranschaulicht, dass im Rahmen einer Variante b1) eines Verfahrensschritts b) eine Elektrodenschicht 13, beispielsweise eine Speicherelektrodenschicht oder eine Luftelektrodenschicht, auf den Werkzeugkern in einer Position aufgebracht wird, in welcher die Elektrodenschicht 13 in dem in die Kavität eingebrachten Zustand des Werkzeugkerns den hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 411 des tubularen Hohlraums 41 begrenzt. Die gestrichelten Rechtecke veranschaulichen, dass alternativ dazu im Rahmen einer dazu umgekehrten Variante b1) die Elektrodenschicht (12, 13) auf die gegenüberliegende, den hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 411 des tubularen Hohlraums 41 begrenzende Innenwandung der Kavität aufgebracht werden kann. Oder im Rahmen einer Variante b2) kann sowohl auf den Werkzeugkern 13,(12) als auch auf die Innenwandung der Kavität (12, 13) jeweils eine Elektrodenschicht aufgebracht werden können. Oder im Rahmen einer Variante b3) kann ein Funktionsschichtsystempaket auf den Werkzeugkern 13 (12) oder die Innenwandung der Kavität (12, 13) aufgebracht werden kann. 16b illustrates that in the context of a variant b1) of a process step b) an electrode layer 13 , For example, a storage electrode layer or an air electrode layer is applied to the tool core in a position in which the electrode layer 13 in the introduced into the cavity state of the tool core, the hollow cylindrical intermediate section 411 of the tubular cavity 41 limited. The dashed rectangles illustrate that alternatively, in the context of an inverted variant b1), the electrode layer (FIG. 12 . 13 ) on the opposite, the hollow cylindrical intermediate section 411 of the tubular cavity 41 limiting inner wall of the cavity can be applied. Or in the context of a variant b2) can both on the tool core 13 ( 12 ) as well as on the inner wall of the cavity ( 12 . 13 ) in each case an electrode layer can be applied. Or in the context of a variant b3), a functional layer system package can be applied to the tool core 13 ( 12 ) or the inner wall of the cavity ( 12 . 13 ) can be applied.

Unabhängig der speziellen Variante, kann die Elektrodenschicht 13 beziehungsweise die Elektrodenschichten 12, 13 beziehungsweise das Funktionsschichtsystempaket 12, 14, 13 dabei insbesondere von einer Kunststofffolie (nicht dargestellt) getragen werden. Der Spritzgusswerkzeugkern ist dabei vorzugsweise so geformt, dass an ihn die Kunststoff-Folie angelegt werden kann (nicht dargestellt). Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der Fuß des Werkzeugkerns einen um die Foliendicke größeren Außendurchmesser aufweist, sodass die Folie über die Spitze des Werkzeugkerns auf den Werkzeugkern aufgeschoben und die Seitenfläche der Folie an die Seitenfläche des Werkzeugkernfußes angelegt werden kann (nicht dargestellt). Regardless of the specific variant, the electrode layer 13 or the electrode layers 12 . 13 or the functional layer system package 12 . 14 . 13 in particular by a plastic film (not shown) are worn. The injection molding tool core is preferably shaped so that the plastic film can be applied to it (not shown). This can be achieved, for example, by the foot of the tool core having a larger outer diameter around the film thickness, so that the film can be pushed over the tip of the tool core onto the tool core and the side surface of the film can be applied to the side surface of the tool core foot (not shown).

16c veranschaulicht, dass in einem Verfahrensschritt c) eine Spritzgusskomponente 11 in den tubularen Hohlraum 41 eingespritzt wurde. 16c veranschaulicht, dass dabei die Spritzgusskomponente 11 die Elektrodenschicht 13 überströmt – ohne diese dabei zu verschieben oder aufzuwellen – und sich dabei innig mit dem Material der Elektrodenschicht 13 verbindet. 16c illustrates that in a process step c) an injection molding component 11 in the tubular cavity 41 was injected. 16c illustrates that while the injection molding component 11 the electrode layer 13 flowed over - without this move or aufwellen - and thereby intimately with the material of the electrode layer 13 combines.

16c illustriert, dass – da die Elektrodenschicht 13 in dieser Ausgestaltung den Außendurchmesser des Werkzeugkerns überragt – die Spritzgusskomponente nicht nur an deren Außenfläche, sondern auch an deren Seitenflächen angespritzt wird, so dass das in den gasanschlussflanschbildenden 412 und den kappenbildenden 413 Endabschnitt eingespritzt Material seitlich an die Elektrodenschicht 13 angrenzt. Zur Ausbildung der in den 2, 3, 13 und 14 gezeigten Ausführungsformen können in Verfahrensschritt c) auch zwei oder mehr voneinander unterschiedliche Spritzgusskomponenten verwendet werden. Gegebenenfalls kann dabei Verfahrensschritt c) zwei oder mehr Prozessschritte aufweisen. Dabei kann insbesondere auch ein Spritzgusswerkzeug mit zwei oder mehr Werkzeugeinheiten eingesetzt werden. Zum Beispiel kann in einer ersten Werkzeugeinheit aus einer ersten Spritzgusskomponente ein Spritzgusskörper, ein so genannter Vorspritzling, ausgebildet werden, welcher dann in eine zweite Werkzeugeinheit überführt und dort mit einer zweiten Spritzgusskomponente angespritzt wird. 16c illustrates that - because the electrode layer 13 projects beyond the outer diameter of the tool core in this embodiment - the injection-molded component is molded not only on the outer surface, but also on the side surfaces, so that in the gasanschlussflanschbildenden 412 and the cap-forming 413 End section injected material laterally to the electrode layer 13 borders. To train in the 2 . 3 . 13 and 14 In embodiments shown, in method step c), two or more injection molding components different from one another can also be used. If appropriate, method step c) can have two or more process steps. In particular, an injection molding tool with two or more tool units can be used. For example, in a first tool unit from a first injection-molded component, an injection-molded body, a so-called pre-molded part, can be formed, which is then in a second tool unit transferred and molded there with a second injection molding component.

16d veranschaulicht, dass nach der Entnahme aus dem Werkzeug der in Verfahrensschritt c) erzeugte Spritzgusskörper 11, 13 die Form eines einseitig geschlossenen Tubus 111, 113 mit einem Gasanschlussflansch 112 und mit einer auf die Innenseite aufgebrachten Elektrodenschicht 13, welche bis hin zum Gasanschlussflansch 112 reicht. Im Rahmen der umgekehrten Variante b1) kann die Elektrodenschicht auf die Außenseite, in Varianten b2) jeweils eine Elektrodenschicht auf die Innenseite und eine Elektrodenschicht auf die Außenseite, und in Variante b3) ein komplettes Funktionsschichtsystem 12, 14, 13 auf die Innenseite oder Außenseite aufgebracht werden (nicht dargestellt). Gegebenenfalls nach einer thermischen Entbinderung kann der in Verfahrensschritt c) erzeugte Spritzgusskörper 11, 13 in einem Verfahrensschritt d) gesintert werden. 16d illustrates that after removal from the mold, the injection-molded body produced in process step c) 11 . 13 the shape of a one-sided closed tube 111 . 113 with a gas connection flange 112 and with an electrode layer applied to the inside 13 , which up to the gas connection flange 112 enough. In the context of the reverse variant b1), the electrode layer can be on the outside, in variants b2) in each case an electrode layer on the inside and an electrode layer on the outside, and in variant b3) a complete functional layer system 12 . 14 . 13 be applied to the inside or outside (not shown). Optionally, after a thermal debindering the injection molded body produced in process step c) 11 . 13 be sintered in a process step d).

16e zeigt, dass im Fall der Variante b1) in einem Verfahrensschritt e0) die Außenseite des in dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 411 des Spritzgusswerkzeugs 40 ausgebildeten hohlzylindrischen Zwischenabschnitts 111 des Spritzgusskörpers 11, 13 abgeschliffen werden kann. Im Rahmen der in 16e gezeigten Ausgestaltung wurde dabei nur die Außenseite des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts 111 angeschliffen, wobei die Außenseite des gasanschlussflanschförmigen Endabschnitts 112 und des kappenförmigen Endabschnitts nicht abgeschliffen wurden. 16f zeigt, dass dann in einem Verfahrensschritt e) auf die abgeschliffene Außenseite (Schlifffläche) des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts 111 des Spritzgusskörpers 11, 13 eine weitere Elektrodenschicht 12 aufgebracht wurde. Im Anschluss kann der in Verfahrensschritt e) erzeugte Spritzgusskörper 11, 12, 13 in einem Verfahrensschritt f) noch nachgesintert (Postfiring) werden. 16e shows that in the case of the variant b1) in a process step e0) the outside of the hollow cylindrical intermediate section 411 of the injection mold 40 formed hollow cylindrical intermediate section 111 of the injection-molded body 11 . 13 can be ground down. As part of the in 16e The embodiment shown here was only the outside of the hollow cylindrical intermediate section 111 sanded, wherein the outside of the gasanschlussflanschförmigen end portion 112 and the cap-shaped end portion were not abraded. 16f shows that then in a method step e) on the ground outside (ground surface) of the hollow cylindrical intermediate portion 111 of the injection-molded body 11 . 13 another electrode layer 12 was applied. Subsequently, the injection-molded body produced in process step e) 11 . 12 . 13 in a process step f) are still sintered (Postfiring).

17 veranschaulicht die Funktionsweise einer Metall-Luft-Zelle, welche eine Luftelektrodenschicht 12, eine Metall-Metalloxid-Speicherelektrodenschicht und eine dazwischen ausgebildete sauerstoffionenleitfähige Elektrolytschicht 111, 14 aufweist. 17 veranschaulicht, dass wenn die Zelle mit elektrischer Energie versorgt und geladen wird 51, Sauerstoffionen (O2–) von der Speicherelektrodenschicht 13 (Metall-Metalloxid-Elektrode) durch die Elektrolytschicht 111, 14 zur Luftelektrodenschicht 12 wandern. Wenn an die Zelle hingegen eine Last beziehungsweise ein Verbraucher 52 angelegt und die Zelle entladen wird, wandern die Sauerstoffionen (O2–) von der Luftelektrodenschicht 12 durch die Elektrolytschicht 111, 14 zur Speicherelektrodenschicht 13 (Metall-Metalloxid-Elektrode). 17 illustrates the operation of a metal-air cell, which is an air electrode layer 12 , a metal-metal oxide storage electrode layer, and an oxygen-ion conductive electrolyte layer formed therebetween 111 . 14 having. 17 illustrates that when the cell is supplied with electrical energy and charged 51 , Oxygen ions (O 2- ) from the storage electrode layer 13 (Metal-metal oxide electrode) through the electrolyte layer 111 . 14 to the air electrode layer 12 hike. If, however, to the cell, a load or a consumer 52 and the cell is discharged, the oxygen ions (O 2- ) migrate from the air electrode layer 12 through the electrolyte layer 111 . 14 to the storage electrode layer 13 (Metal-metal oxide electrode).

18 zeigt, dass die Zelle 10 im Rahmen einer Ausführungsform ausschließlich als Metall-Luft-Zelle betrieben werden kann. Dabei kann die Zelle eine dem Innenraum des tubularen Trägerkörpers 11 zugewandten Speicherelektrodenschicht 13, einen zur Montage der Zelle 10 an einem Trägerelement 20 ausgelegten Endabschnitt 112 und einen als geschlossene Kappe ausgestalteten Endabschnitt 113 aufweisen und an einem geschlossenen Trägerelement 30 montiert sein. Über den die Außenseite des tubularen Trägerkörpers 11 umgebenden Raum kann dabei Luft beziehungsweise Sauerstoff geleitet werden. In dem Innenraum des tubularen Trägerkörpers 11 kann dabei gegebenenfalls eine Inertgasatmosphäre vorgesehen sein. 18 veranschaulicht zudem eine Zelle, deren zur Montage ausgelegter Endabschnitt 112 aus einem anderen, insbesondere gasdichten, elektrisch isolierenden, keramischen Material ausgebildet ist als deren hohlzylindrischer Zwischenabschnitt 111 und kappenförmiger Endabschnitt 113, welche insbesondere aus einem gasdichten Elektrolytmaterial ausgebildet sind. 18 shows that the cell 10 can be operated exclusively as a metal-air cell in one embodiment. In this case, the cell a the interior of the tubular carrier body 11 facing storage electrode layer 13 , one for mounting the cell 10 on a support element 20 designed end section 112 and an end portion configured as a closed cap 113 and on a closed carrier element 30 be mounted. About the outside of the tubular carrier body 11 surrounding space can be passed air or oxygen. In the interior of the tubular carrier body 11 If appropriate, an inert gas atmosphere can be provided. 18 also illustrates a cell whose end section designed for mounting 112 is formed from another, in particular gas-tight, electrically insulating, ceramic material as the hollow cylindrical intermediate section 111 and cap-shaped end portion 113 , which are formed in particular of a gas-tight electrolyte material.

19 zeigt einen schematischen Querschnitt zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiesystems, welches ein Gasleitungssystem 55a, 55b, 56a, 56b und mehrere über elektrische Leitungen 31, 32 in Reihe geschaltete, kombinierte Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zellen 10 umfasst. Über elektrische Schaltungen 53, 54 können wobei die Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zellen 10 mit einer Energieversorgung 51, insbesondere einer Gleichstrom-Energieversorgung, beispielsweise einer Photovoltaikanlage, (Laden) beziehungsweise einer Last 52 (Entladen) elektrisch verbunden werden. 19 shows a schematic cross section illustrating an embodiment of an energy system according to the invention, which is a gas line system 55a . 55b . 56a . 56b and several via electrical lines 31 . 32 in series, combined metal-air electrolysis fuel cells 10 includes. About electrical circuits 53 . 54 can be the metal-air electrolysis fuel cells 10 with a power supply 51 , in particular a DC power supply, for example a photovoltaic system, (charging) or a load 52 (Discharge) are electrically connected.

Die Pfeile 55a und 55b veranschaulichen, dass dem die Außenseiten der tubularen Trägerkörper 11 des tubularen Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zellen 10 umgebenden Raum ein Gas, beispielsweise Luft beim Metall-Luft-Zellen-Entladebetrieb und/oder Brennstoffzellenbetrieb, zu geführt und, beispielsweise Sauerstoff beim Metall-Luft-Zellen-Ladebetrieb und/oder Elektrolysebetrieb, abgeführt werden kann. Die Pfeile 56a und 56b veranschaulichen, dass ein anderes Gas, beispielsweise Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid im Brennstoffzellenbetrieb, oder Wasser und/oder Kohlenmonoxid im Elektrolysebetrieb, dem Innenraum des tubularen Trägerkörpers 11 zu geführt und, beispielsweise Wasser und/oder Kohlenstoffdioxid im Brennstoffzellenbetrieb, oder Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid im Elektrolysebetrieb, abgeführt werden kann. The arrows 55a and 55b illustrate that the outer sides of the tubular support body 11 of the tubular metal-air electrolysis fuel cells 10 surrounding space a gas, such as air in the metal-air cell discharge operation and / or fuel cell operation, led out and, for example, oxygen in metal-air-cell charging operation and / or electrolysis operation, can be dissipated. The arrows 56a and 56b illustrate that another gas, for example hydrogen and / or carbon monoxide in fuel cell operation, or water and / or carbon monoxide in the electrolysis operation, the interior of the tubular support body 11 to led and, for example, water and / or carbon dioxide in fuel cell operation, or hydrogen and / or carbon monoxide in the electrolysis operation, can be dissipated.

19 veranschaulicht, dass dabei die Zellen 10 gasanschlussflanschförmige Endabschnitte 112 aufweisen und einem Trägerelement 20 montiert sind, welches durchgängige Öffnungen 200 sowie die Öffnungen 200 umgrenzende Klemmen 202 aufweist. 19 zeigt, dass dabei die Klemmen 202 des Trägerelementes 20 die gasanschlussförmigen Endabschnitte 112 einklemmen und dadurch an dem Trägerelement 20 fixieren. An dem Trägerelement 20 sind zudem Kontaktelemente 33 befestigt, welche einerseits gegenüber dem Trägerelement elektrisch isolierend ausgestaltet sind und über die andererseits, die Zellen 10 in Reihe schaltenden, elektrischen Leitungen 31, 32 miteinander elektrisch verbunden sind. 10 illustriert zudem, dass in dem an dem Trägerelement 20 befestigten Zustand die äußere Umgebung um die Zellen 10 gasdicht von dem Innenraum der Zelle 10 getrennt ist. 19 illustrates that while doing the cells 10 gas connection flange-shaped end sections 112 and a support element 20 are mounted, which continuous openings 200 as well as the openings 200 bounding clamps 202 having. 19 shows that while the terminals 202 of the carrier element 20 the gas-terminal end portions 112 pinch and thereby on the support element 20 fix. On the support element 20 are also contact elements 33 attached, which are designed on the one hand electrically insulating with respect to the support element and on the other hand, the cells 10 in series switching, electrical lines 31 . 32 are electrically connected to each other. 10 further illustrates that in the on the support element 20 attached state the external environment around the cells 10 gas-tight from the interior of the cell 10 is disconnected.

19 zeigt weiterhin, dass das Gasleitungssystem 55a, 55b, 56a, 56b Gaslanzen 30 aufweist, welche jeweils einerseits in eine erste Gasleitung 20A münden, sich durch die durchgängigen Öffnungen 200 in dem Trägerelement 20 erstrecken und andererseits jeweils in die Innenräume der Zellen 10 münden. Die Innenräume der Zellen 10 münden wiederum jeweils über die jeweilige Gaslanze 30 umgebende, und wiederum selbst von dem gasanschlussflanschförmigen Endabschnitt 112 umgebene, Öffnungsbereiche 110 der tubularen Trägerkörper 11 der Zellen 10 in eine zweite Gasleitung 20B. Die zweite Gasleitung 20B ist dabei zwischen der ersten Gasleitung 20A und dem Trägerelement 20 und insbesondere parallel dazu, ausgebildet und weist eine mit der ersten Gasleitung 20A gemeinsame Wandung 21 auf. Die gemeinsame Wandung 21 der ersten 20A und zweiten 20B Gasleitung weist Durchstecköffnungen 210 auf, durch welche sich die Gaslanzen 30 von der ersten Gasleitung 20A durch die zweite Gasleitung 20B hindurch in die Innenräume der Zellen 10 erstrecken. Dabei münden die Gaslanzen 30 einerseits über eine Öffnung 300 in die erste Gasleitung 20A und andererseits über eine weitere Öffnung 310 in die Innenräume der tubularen Zellen 10. Die die erste Gasleitung 20A begrenzende, gestrichelte Linie deutet an, dass die Gasleitung 20A an dieser Stelle entweder eine weitere Wandung aufweisen kann, oder, dass das komplette Gasleitungs-Zellen-System an dieser Seite gespiegelt beziehungsweise gedoppelt aufgebaut sein kann. 19 further shows that the gas pipeline system 55a . 55b . 56a . 56b gas lances 30 has, which in each case on the one hand in a first gas line 20A flow through the continuous openings 200 in the carrier element 20 extend and on the other hand, respectively in the interiors of the cells 10 lead. The interiors of the cells 10 in turn lead respectively via the respective gas lance 30 surrounding, and in turn itself from the gas connection flange-shaped end portion 112 surrounded, opening areas 110 the tubular carrier body 11 the cells 10 in a second gas line 20B , The second gas line 20B is between the first gas line 20A and the carrier element 20 and in particular parallel thereto, formed and has one with the first gas line 20A common wall 21 on. The common wall 21 the first 20A and second 20B Gas line has push-through openings 210 on, through which the gas lances 30 from the first gas line 20A through the second gas line 20B through into the interiors of the cells 10 extend. At the same time the gas lances open 30 on the one hand via an opening 300 in the first gas line 20A and then another opening 310 into the interiors of the tubular cells 10 , The first gas line 20A delimiting, dashed line indicates that the gas line 20A may either have another wall at this point, or that the complete gas line cell system can be mirrored or doubled on this side.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 01/80335 A3 [0011] WO 01/80335 A3 [0011]

Claims (15)

Tubulare Metall-Luft-Zelle (10), insbesondere Hochtemperatur-Metall-Luft-Zelle, umfassend – einen tubularen Trägerkörper (11), und – ein Funktionsschichtsystem (12, 13, 111; 12, 13, 14) aus einer Luftelektrodenschicht (12), einer Speicherelektrodenschicht (13) und einer zwischen der Luftelektrodenschicht (12) und der Speicherelektrodenschicht (13) ausgebildeten Elektrolytschicht (111, 14), wobei die Speicherelektrodenschicht (13) ein zwischen einer metallischen Form und einer oxidischen Form reversibel oxidierbares und reduzierbares Material (131) umfasst, wobei der tubulare Trägerkörper (11) einen Abschnitt (111) aus einem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material aufweist, welcher als Elektrolytschicht (111) des Funktionsschichtsystems (12, 13, 11) dient oder wobei der tubulare Trägerkörper (11) einen Abschnitt (111) aus einem gasdurchlässig porösen, keramischen Material aufweist, auf dessen (111) Außenseite oder Innenseite das Funktionsschichtsystem (12, 13, 14) aufgebracht ist. Tubular metal-air cell ( 10 ), in particular high-temperature metal-air cell, comprising - a tubular carrier body ( 11 ), and - a functional layer system ( 12 . 13 . 111 ; 12 . 13 . 14 ) from an air electrode layer ( 12 ), a storage electrode layer ( 13 ) and one between the air electrode layer ( 12 ) and the storage electrode layer ( 13 ) formed electrolyte layer ( 111 . 14 ), wherein the storage electrode layer ( 13 ) a reversibly oxidizable and reducible material between a metallic form and an oxidic form ( 131 ), wherein the tubular carrier body ( 11 ) a section ( 111 ) comprises a gas-tight, oxygen-ion-conductive material, which as the electrolyte layer ( 111 ) of the functional layer system ( 12 . 13 . 11 ) or wherein the tubular carrier body ( 11 ) a section ( 111 ) of a gas-permeable porous, ceramic material, on whose ( 111 ) Outside or inside the functional layer system ( 12 . 13 . 14 ) is applied. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach Anspruch 1, wobei das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material der Speicherelektrodenschicht (13) in oxidierter Form eine maximale Schichtdicke in oxidischer Form in einem Bereich von ≥ 300 μm bis ≤ 2500 μm aufweist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to claim 1, wherein the reversibly oxidizable and reducible material of the storage electrode layer ( 13 ) in oxidized form has a maximum layer thickness in oxidic form in a range of ≥ 300 μm to ≤ 2500 μm. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrolytschicht (111, 14) eine Schichtdicke in einem Bereich von ≥ 15 μm bis ≤ 300 μm aufweist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte layer ( 111 . 14 ) has a layer thickness in a range of ≥ 15 microns to ≤ 300 microns. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Speicherelektrodenschicht (13) eine aus einem elektrisch leitenden und redoxstabilen Material ausgebildete Rippenstruktur (132) aufweist, wobei das reversibel oxidierbare und reduzierbare Material (131) der Speicherelektrodenschicht (13) zwischen den Rippen der Rippenstruktur (132) ausgebildet ist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the storage electrode layer ( 13 ) formed from an electrically conductive and redox-stable material rib structure ( 132 ), wherein the reversibly oxidizable and reducible material ( 131 ) of the storage electrode layer ( 13 ) between the ribs of the rib structure ( 132 ) is trained. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach Anspruch 4, wobei die Rippen der Rippenstruktur (132) der Speicherelektrodenschicht (13) eine Höhe aufweisen, welche größer oder gleich der maximalen Schichtdicke des reversibel oxidierbaren und reduzierbaren Materials (131) in oxidischer Form ist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to claim 4, wherein the ribs of the rib structure ( 132 ) of the storage electrode layer ( 13 ) have a height which is greater than or equal to the maximum layer thickness of the reversibly oxidizable and reducible material ( 131 ) in oxidic form. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der tubulare Trägerkörper (11) einen hohlzylindrischen Zwischenabschnitt (111) und zwei Endabschnitten (112, 113) aufweist, wobei der hohlzylindrische Zwischenabschnitt (111) der aus dem gasdichten, sauerstoffionenleitfähigen Material ausgebildete Abschnitt (111) oder der aus dem gasdurchlässig porösen, keramischen Material ausgebildete Abschnitt (111) ist, wobei mindestens einer der Endabschnitte (112, 113) des tubularen Trägerkörpers (11) zur Montage der Zelle (10), insbesondere an einem Trägerelement (20), ausgelegt ist, insbesondere wobei der mindestens eine zur Montage ausgelegte Endabschnitt (112) als Gasanschlussflansch ausgestaltet ist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the tubular carrier body ( 11 ) a hollow cylindrical intermediate section ( 111 ) and two end sections ( 112 . 113 ), wherein the hollow cylindrical intermediate section ( 111 ) the section formed of the gas-tight, oxygen-ion-conductive material ( 111 ) or the portion formed from the gas-permeable porous ceramic material ( 111 ), wherein at least one of the end sections ( 112 . 113 ) of the tubular carrier body ( 11 ) for mounting the cell ( 10 ), in particular on a carrier element ( 20 ), in particular wherein the at least one end section ( 112 ) is designed as a gas connection flange. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach Anspruch 6, wobei der andere Endabschnitt (113) des tubularen Trägerkörpers (11) als geschlossene Kappe ausgestaltet ist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to claim 6, wherein the other end portion ( 113 ) of the tubular carrier body ( 11 ) is designed as a closed cap. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der mindestens eine zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt (112) und/oder der kappenförmige Endabschnitt (113) aus einem anderen Material als der hohlzylindrische Zwischenabschnitt (111) ausgebildet ist, insbesondere wobei der mindestens eine, zur Montage ausgelegte, insbesondere gasanschlussflanschförmige, Endabschnitt (112) und/oder der kappenförmige Endabschnitt (113) aus einem gasdichten, inerten, insbesondere elektrisch isolierenden, keramischen Material ausgebildet ist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to claim 6 or 7, wherein the at least one designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmige, end portion ( 112 ) and / or the cap-shaped end portion ( 113 ) of a different material than the hollow cylindrical intermediate section ( 111 ), in particular wherein the at least one, designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmige, end portion ( 112 ) and / or the cap-shaped end portion ( 113 ) is formed of a gas-tight, inert, in particular electrically insulating, ceramic material. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei zwischen dem zur Montage ausgelegten, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt (112) und dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt (111) eine, insbesondere Nut-Feder-artige, Verzahnung (15), ausgebildet ist, und/oder wobei zwischen dem kappenförmige Endabschnitt (113) und dem hohlzylindrischen Zwischenabschnitt (111) eine, insbesondere Nut-Feder-artige, Verzahnung (16), ausgebildet ist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to one of claims 6 to 8, wherein between the designed for mounting, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion ( 112 ) and the hollow cylindrical intermediate section ( 111 ), in particular tongue and groove-like, toothing ( 15 ), and / or wherein between the cap-shaped end portion ( 113 ) and the hollow cylindrical intermediate section ( 111 ), in particular tongue and groove-like, toothing ( 16 ), is trained. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der kappenförmige Endabschnitt (113) mindestens drei, insbesondere umfänglich verteilt ausgebildete, Einzüge und/oder Innenstreben (16) aufweist, wobei die Einzüge und/oder Streben (16) eines sich dazwischen erstreckenden Freiraums begrenzen, dessen Durchmesser sich entlang der Symmetrieachse des hohlzylindrischen Zwischenabschnitt (111) in Richtung auf das Zentrum des kappenförmigen Endabschnitts (113) verringert. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to one of claims 6 to 9, wherein the cap-shaped end portion ( 113 ) at least three, in particular circumferentially distributed, indents and / or inner struts ( 16 ), wherein the indents and / or struts ( 16 ) of a clearance extending therebetween whose diameter is along the axis of symmetry of the hollow cylindrical intermediate section ( 111 ) in the direction of the center of the cap-shaped end portion ( 113 ) decreased. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Speicherelektrodenschicht (13) dem Innenraum des tubularen Trägerkörpers (11) zugewandt und die Luftelektrodenschicht (12) der äußeren Umgebung um den tubularen Trägerkörper (11) zugewandt ist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 10, wherein the storage electrode layer ( 13 ) the interior of the tubular carrier body ( 11 ) and the air electrode layer ( 12 ) of the external environment around the tubular carrier body ( 11 ) is facing. Tubulare Metall-Luft-Zelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Zelle eine kombinierte Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoffzelle ist. Tubular metal-air cell ( 10 ) according to any one of claims 1 to 11, wherein the cell is a combined metal-air electrolysis fuel cell. Verfahren zur Herstellung einer tubularen Metall-Luft-Zelle (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Spritzgusswerkzeugs (40) mit einer Kavität und einem in die Kavität einbringbaren Spritzgusswerkzeugkern, wobei durch Einbringen des Spritzgusswerkzeugkerns in die Kavität ein tubularer Hohlraum (41) ausbildbar ist; und b1) Aufbringen einer Speicherelektrodenschicht (13) oder einer Luftelektrodenschicht (12) auf den Werkzeugkern oder auf eine Innenwandung der Kavität; oder b2) Aufbringen einer Speicherelektrodenschicht (13) auf den Werkzeugkern und einer Luftelektrodenschicht (12) auf eine dem Werkzeugkern gegenüberliegende Innenwandung der Kavität, oder umgekehrt; oder b3) Aufbringen eines eine Speicherelektrodenschicht (13) aufweisenden Funktionsschichtsystems (12, 13, 13) aus einer Luftelektrodenschicht (12), der Speicherelektrodenschicht (13) und einer zwischen der Luftelektrodenschicht (12) und der Speicherelektrodenschicht (13) ausgebildeten Elektrolytschicht (111, 14) auf den Werkzeugkern oder eine Innenwandung der Kavität; und c) Einspritzen mindestens einer Spritzgusskomponente (11) in den tubularen Hohlraum (41), und d) Thermisches Behandeln, insbesondere Sintern, des Spritzgusskörpers (11, 13; 11, 12, 13, 14) aus Verfahrensschritt c), wobei das Verfahren im Fall der Verfahrenvariante b1) weiterhin nach dem Verfahrensschritt d) den Verfahrensschritt e). Aufbringen einer Luftelektrodenschicht (12) beziehungsweise einer Speicherelektrodenschicht (13) auf die der in Verfahrensschritt b1) aufgebrachten Elektrodenschicht gegenüberliegende Seite des Spritzgusskörpers (11, 13; 11, 12, 13, 14) umfasst, wobei die Speicherelektrodenschicht (13) ein zwischen einer metallischen Form und einer oxidischen Form reversibel oxidierbares und reduzierbares Material (131) oder eine Materialvorstufe umfasst, welche in Verfahrensschritt d) in ein zwischen einer metallischen Form und einer oxidischen Form reversibel oxidierbares und reduzierbares Material (131) umwandelbar ist. Method for producing a tubular metal-air cell ( 10 ), in particular according to one of claims 1 to 12, comprising the method steps: a) providing an injection molding tool ( 40 ) with a cavity and an injection mold core insertable into the cavity, wherein by inserting the injection mold core into the cavity a tubular cavity ( 41 ) can be formed; and b1) applying a storage electrode layer ( 13 ) or an air electrode layer ( 12 ) on the tool core or on an inner wall of the cavity; or b2) applying a storage electrode layer ( 13 ) on the tool core and an air electrode layer ( 12 ) on an inner wall of the cavity opposite the tool core, or vice versa; or b3) applying a storage electrode layer ( 13 ) functional layer system ( 12 . 13 . 13 ) from an air electrode layer ( 12 ), the storage electrode layer ( 13 ) and one between the air electrode layer ( 12 ) and the storage electrode layer ( 13 ) formed electrolyte layer ( 111 . 14 ) on the tool core or an inner wall of the cavity; and c) injecting at least one injection molding component ( 11 ) in the tubular cavity ( 41 ), and d) thermal treatment, in particular sintering, of the injection-molded body ( 11 . 13 ; 11 . 12 . 13 . 14 ) from process step c), wherein the process in the case of process variant b1) furthermore after process step d) process step e). Application of an air electrode layer ( 12 ) or a storage electrode layer ( 13 ) on the side of the injection-molded body which is opposite the electrode layer applied in method step b1) ( 11 . 13 ; 11 . 12 . 13 . 14 ), wherein the storage electrode layer ( 13 ) a reversibly oxidizable and reducible material between a metallic form and an oxidic form ( 131 ) or a material precursor which, in process step d), is converted into a material which is reversibly oxidizable and reducible between a metallic form and an oxidic form (US Pat. 131 ) is convertible. Verwendung einer Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder einer Zelle hergestellt durch ein Verfahren nach Anspruch 13, als Metall-Luft-Zelle oder als Elektrolysezelle oder als Brennstoffzelle, insbesondere als kombinierte Metall-Luft-Elektrolyse-Brennstoff-Zelle, insbesondere für eine Photovoltaikanlage oder eine Windkraftanlage. Use of a cell according to one of claims 1 to 11 or a cell produced by a method according to claim 13, as a metal-air cell or as an electrolysis cell or as a fuel cell, in particular as a combined metal-air electrolysis fuel cell, in particular for a Photovoltaic system or a wind turbine. Energiesystem, insbesondere für eine Photovoltaikanlage, eine Windkraftanlage, eine Biogasanlage, ein Wohn- oder Geschäftshaus, eine Industrieanlage, ein Kraftwerk oder ein Fahrzeug, welche/s mindestens eine Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst und/oder verwendet, insbesondere wobei das Energiesystem weiterhin ein Gasleitungssystem (55a, 55b, 56a, 56b) aufweist, wobei die mindestens eine Zelle (10) auf einem Trägerelement (20) des Gasleitungssystems (55a, 55b, 56a, 56b) befestigt oder befestigbar ist, wobei in einem an dem Trägerelement (20) befestigten Zustand die äußere Umgebung um die Zelle (10) gasdicht von dem Innenraum der Zelle (10) getrennt ist, wobei das Gasleitungssystem (55a, 55b, 56a, 56b) mindestens eine Gaslanze (30) aufweist, welche einerseits in eine erste Gasleitung (56a) mündet, sich durch eine durchgängige Öffnung (200) in dem Trägerelement (20) erstreckt und andererseits in den Innenraum der mindestens einen Zelle (10) mündet, wobei der Innenraum der mindestens einen Zelle (10) über einen, die Gaslanze (30) umgebenden, und wiederum selbst von einem, insbesondere gasanschlussflanschförmigen, Endabschnitt (112) des tubularen Trägerkörpers (11) der Zelle (10) umgebenen, Öffnungsbereich (110) in eine zweite Gasleitung (56b) mündet. Energy system, in particular for a photovoltaic system, a wind turbine, a biogas plant, a residential or commercial building, an industrial plant, a power plant or a vehicle which / s at least one cell according to one of claims 1 to 14 and / or used, in particular wherein the Energy system continues to use a gas pipeline system ( 55a . 55b . 56a . 56b ), wherein the at least one cell ( 10 ) on a carrier element ( 20 ) of the gas pipeline system ( 55a . 55b . 56a . 56b ) is fastened or fastened, wherein in one of the support element ( 20 ) attached state the external environment around the cell ( 10 ) gas-tight from the interior of the cell ( 10 ), the gas line system ( 55a . 55b . 56a . 56b ) at least one gas lance ( 30 ), which on the one hand into a first gas line ( 56a ), through a continuous opening ( 200 ) in the carrier element ( 20 ) and on the other hand into the interior of the at least one cell ( 10 ), wherein the interior of the at least one cell ( 10 ) over one, the gas lance ( 30 ), and in turn itself from one, in particular gasanschlussflanschförmigen, end portion ( 112 ) of the tubular carrier body ( 11 ) of the cell ( 10 ), opening area ( 110 ) in a second gas line ( 56b ) opens.
DE102012221417A 2011-11-30 2012-11-23 Tubular metal air cell e.g. high temperature combined metal air electrolysis fuel cell, for e.g. photovoltaic plant, has storage electrode layer with oxidizable and reducible material reversible between metallic form and oxidic form Withdrawn DE102012221417A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012221417A DE102012221417A1 (en) 2011-11-30 2012-11-23 Tubular metal air cell e.g. high temperature combined metal air electrolysis fuel cell, for e.g. photovoltaic plant, has storage electrode layer with oxidizable and reducible material reversible between metallic form and oxidic form

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011087384 2011-11-30
DE102011087384.8 2011-11-30
DE102012221417A DE102012221417A1 (en) 2011-11-30 2012-11-23 Tubular metal air cell e.g. high temperature combined metal air electrolysis fuel cell, for e.g. photovoltaic plant, has storage electrode layer with oxidizable and reducible material reversible between metallic form and oxidic form

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012221417A1 true DE102012221417A1 (en) 2013-06-06

Family

ID=48431572

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012221417A Withdrawn DE102012221417A1 (en) 2011-11-30 2012-11-23 Tubular metal air cell e.g. high temperature combined metal air electrolysis fuel cell, for e.g. photovoltaic plant, has storage electrode layer with oxidizable and reducible material reversible between metallic form and oxidic form
DE102012221426A Withdrawn DE102012221426A1 (en) 2011-11-30 2012-11-23 The fuel cell system

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012221426A Withdrawn DE102012221426A1 (en) 2011-11-30 2012-11-23 The fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
DE (2) DE102012221417A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013013785A1 (en) * 2013-08-07 2015-02-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Arrangement for storing energy for a device for providing electrical energy
DE102014214755A1 (en) * 2014-07-28 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Fuel cell system with improved contacting
WO2017137132A1 (en) * 2016-02-11 2017-08-17 Robert Bosch Gmbh Fuel cell device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001080335A2 (en) 2000-04-18 2001-10-25 Celltech Power, Inc. An electrochemical device and methods for energy conversion
US20110033769A1 (en) * 2009-08-10 2011-02-10 Kevin Huang Electrical Storage Device Including Oxide-ion Battery Cell Bank and Module Configurations
DE102010001005A1 (en) * 2010-01-19 2011-07-21 Robert Bosch GmbH, 70469 Method for producing a SOFC fuel cell
DE102010001800A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-11 Robert Bosch GmbH, 70469 The fuel cell system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8192888B2 (en) 2005-04-19 2012-06-05 Nextech Materials, Ltd. Two layer electrolyte supported fuel cell stack

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001080335A2 (en) 2000-04-18 2001-10-25 Celltech Power, Inc. An electrochemical device and methods for energy conversion
US20110033769A1 (en) * 2009-08-10 2011-02-10 Kevin Huang Electrical Storage Device Including Oxide-ion Battery Cell Bank and Module Configurations
DE102010001005A1 (en) * 2010-01-19 2011-07-21 Robert Bosch GmbH, 70469 Method for producing a SOFC fuel cell
DE102010001800A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-11 Robert Bosch GmbH, 70469 The fuel cell system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013013785A1 (en) * 2013-08-07 2015-02-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Arrangement for storing energy for a device for providing electrical energy
DE102013013785B4 (en) * 2013-08-07 2019-11-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for providing and arrangement for storing electrical energy
DE102014214755A1 (en) * 2014-07-28 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Fuel cell system with improved contacting
WO2017137132A1 (en) * 2016-02-11 2017-08-17 Robert Bosch Gmbh Fuel cell device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012221426A1 (en) 2013-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0696386B1 (en) High-temperature fuel cell with improved solid electrolyte/electrode contact surface, and method of producing the contact surface
DE10324396B4 (en) Fuel cell and fuel cell assembly
DE60300858T2 (en) PEN OF A SOLID OXYGEN CELL
DE60027192T2 (en) STRUCTURES AND MANUFACTURING METHODS FOR SOLID-BODY ELECTROCHEMICAL DEVICES
DE102012221419A1 (en) Tubular electrolysis cell e.g. combined electrolysis and fuel cell, useful in photovoltaic system, comprises tubular carrier body with hollow cylindrical intermediate portion and two end portions, and functional layer system
JP2011514931A (en) Cu-based cermet for high temperature electrochemistry
KR20170085049A (en) Anode for solid oxide fuel cell and production method therefor, and method for producing electrolyte layer-electrode assembly for fuel cell
WO2013026647A1 (en) Tubular fuel cell supported in an inert manner
DE102012221417A1 (en) Tubular metal air cell e.g. high temperature combined metal air electrolysis fuel cell, for e.g. photovoltaic plant, has storage electrode layer with oxidizable and reducible material reversible between metallic form and oxidic form
EP3214682B1 (en) Cell, cell stack device, module, and module storage device
EP0936688A1 (en) Interconnector for high temperature fuel cells
EP0667043A1 (en) Process for sealing high-temperature fuel cells and fuel cells sealed according to this process.
EP3331075B1 (en) Fuel cell with improved robustness
DE202008017769U1 (en) Tubular hard-oxide fuel cell with a metal support and a tubular porous metal support layer
DE102011081540A1 (en) Fuel cell for production of energy, has functional body i.e. one-sided closed tube, including two electrical interconnected segment strands aligned in axial direction with respect to axis of functional body
EP3014685B1 (en) High-temperature cell with a porous gas-conducting channel layer
EP2884571A1 (en) Fuel electrode which also serves as supporting body of solid oxide fuel cell, and fuel electrode-supported solid oxide fuel cell
DE102011081545A1 (en) Method for manufacturing tubular fuel cell for e.g. vehicle, involves inserting ceramic/glass-made support component in tubular cavity so that gas permeable pores or openings are formed in sandwich-like functional layer system
EP1665431B1 (en) Interconnector for high-temperature fuel cell unit
DE102012221427A1 (en) Fuel cell system i.e. high temperature-fuel cell system, for use in e.g. vehicle, has fuel cells connected in series and/or parallel by interconnectors, where part of interconnectors is made from material with perovskite structure
US20050069756A1 (en) High temperature fuel cell
DE4030944A1 (en) Molten carbonate fuel cell - has sintered cathode of lithium ferrite and opt. lithiated nickel oxide with high conductivity and catalytic activity
DE4307967A1 (en) Integrated ceramic high-temperature fuel cell
EP2342777A1 (en) Tubular high-temperature fuel cell, method for the manufacture thereof and fuel cell system comprising the same
WO2018096022A1 (en) Anode for an electrochemical cell and method for producing an electrochemical cell comprising such an anode

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008020000

Ipc: H01M0008120000

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee