DE102013200582A1 - Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher - Google Patents

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Abstract

Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher (1), insbesondere Metalloxid-Luft-Energiespeicher, mit wenigstens einem Speicherelement (8) zur Speicherung elektrischer Energie, wobei das Speicherelement (8) ein im Ladebetrieb des Energiespeichers (1) reduzierbares und im Entladebetrieb des Energiespeichers (1) oxidierbares Speichermaterial (10) umfasst, wobei das Speicherelement (8) ein durch die reduzierte Form des Speichermaterials (10) zumindest abschnittsweise benetzbares Material (11) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Metalloxid-Luft-Energiespeicher, mit wenigstens einem Speicherelement zur Speicherung elektrischer Energie, wobei das Speicherelement ein im Ladebetrieb des Energiespeichers reduzierbares und im Entladebetrieb des Energiespeichers oxidierbares Speichermaterial umfasst.
  • Es sind verschiedene technische Lösungen für die Speicherung von überschüssiger elektrischer Energie, die beispielsweise durch erneuerbare Energiequellen oder durch Kraftwerke erzeugt wird und für welche temporär kein Bedarf besteht, bekannt. Ein neues Beispiel für eine Speichermöglichkeit überschüssiger elektrischer Energie ist die Verwendung von wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichern in Form von Metall-Luft-Energiespeichern bzw. Metall-Luft-Batterien. Energiespeicher basieren im Wesentlichen auf dem Prinzip elektrochemischer Zellen, d. h. der redoxbasierten Umsetzung von chemischer in elektrische Energie oder umgekehrt. Dabei werden beim Entladevorgang üblicherweise an einer positiv geladenen (luft-)Elektrode Oxidationsmittel, beispielsweise aus Luftsauerstoff gewonnene Sauerstoffionen, gebildet und durch einen zwischen der positiven und einer negativen Elektrode angeordneten und für das Oxidationsmittel, d. h. z. B. die gebildeten Sauerstoffionen, entsprechend durchlässigen Elektrolyten der negativen Elektrode zugeführt. Umgekehrt ist es möglich, dass die Sauerstoffionen von der negativen Elektrode durch den Elektrolyten zu der positiven (Luft-)Elektrode wandern (Ladevorgang).
  • An der negativen Elektrode findet, je nachdem, ob ein Lade- oder Entladevorgang des Energiespeichers erfolgt, eine Reaktion der Sauerstoffionen mit einem gasförmigen Redoxpaar („Redox-Shuttle”), insbesondere einem Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisch, statt, wobei der von dem gasförmigen Redoxpaar aufgenommene oder abgegebene Sauerstoff durch Diffusion des Redoxpaares auf ein poröses bzw. partikelförmiges, im Ladebetrieb des Energiespeichers reduzierbares und im Entladebetrieb des Energiespeichers oxidierbares Speichermaterial eines Speicherelements übertragen wird.
  • Gattungsgemäße Energiespeicher erfordern für den Betrieb hohe Temperaturen im Bereich zwischen 600 und 900°C, da erst bei entsprechend hohen Temperaturen eine hinreichende Aktivität bzw. Ionenleitfähigkeit der eingesetzten Materialien gegeben ist.
  • Problematisch ist, dass die genannten hohen Betriebstemperaturen sowie die wiederholt stattfindende Oxidation bzw. Reduktion des Speichermaterials eine sukzessive Vergröberung des Speichermaterials, insbesondere durch Kornwachstum und Versinterung, begünstigen, was eine merkliche Alterung der Leistungsabgabe bzw. Leistungsaufnahme des Energiespeichers bedingt.
  • Problematisch ist ferner, dass der Oxidationsmechanismus der in der Regal als Metall (reduzierte Form) bzw. Metalloxid (oxidierte Form) vorliegenden Speichermaterials häufig vorwiegend auf kationischer Diffusion beruht. Der auf kationischer Diffusion beruhende Oxidationsmechanismus bedingt einen Massefluss des Speichermaterials aus dem Speicherelement hin zu einer Oxidationsquelle und trägt somit zu einer kontinuierlichen Veränderung der Struktur des Speicherelements bei, was sich in einer Verschlechterung der Lade- und Entladecharakteristik sowie der Nutzkapazität des Energiespeichers äußert.
  • Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen verbesserten wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher anzugeben.
  • Das Problem wird erfindungsgemäß durch einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher der eingangs genannten Art gelöst, welcher sich dadurch auszeichnet, dass das Speicherelement ein durch die reduzierte Form des Speichermaterials zumindest abschnittsweise benetzbares Material umfasst.
  • Der erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrische Energiespeicher, im Weiteren kurz als Energiespeicher bezeichnet, weist in dem Speicherelement neben dem Speichermaterial ein selbst von der im Ladebetrieb des Energiespeichers reduzierten Form des Speichermaterials zumindest abschnittsweise benetzbares Material auf. Mithin wechselwirken die reduzierte Form des Speichermaterials und das von dieser benetzbare Material respektive deren Oberflächen derart miteinander, dass die reduzierte Form des Speichermaterials die Oberfläche des benetzbaren Materials zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, benetzt bzw. umschließt. Dementsprechend erfolgt während des Ladevorgangs des Energiespeichers, d. h. bei Reduktion des Speichermaterials von seiner oxidierten in seine reduzierte Form, eine Benetzung des benetzbaren Materials mit der reduzierten Form des Speichermaterials. Bei dem Speichermaterial handelt es sich üblicherweise um Eisen bzw. Eisenoxid bzw. eine Mischung von Eisen und Eisenoxid. Die reduzierte Form des Speichermaterials ist hier elementares Eisen.
  • Der Prozess der Benetzung kann zumindest zum Teil reversibel sein. Wenn der Energiespeicher also im Entladebetrieb betrieben wird, d. h. das Speichermaterial von seiner reduzierten in die oxidierte Form übergeht, kann die durch die Benetzung des benetzbaren Materials mit der reduzierten Form des Speichermaterials gebildete Bindung gelöst werden. Wird der Energiespeicher sodann wieder im Ladebetrieb betrieben, nimmt das Speichermaterial wieder seine reduzierte Form ein und die oben beschriebenen Prozesse können erneut stattfinden.
  • Erfindungsgemäß ergibt sich demnach eine Beschichtung bzw. Umhüllung der Oberfläche des benetzbaren Materials mit der reduzierten Form des Speichermaterials. Es können dabei, eine vollständige Benetzung bzw. Umhüllung des benetzbaren Materials mit der reduzierten Form des Speichermaterials vorausgesetzt, so genannte Core-Shell-Partikel gebildet werden. Hierbei kann das von der reduzierten Form des Speichermaterials benetzte bzw. umgebene benetzbare Material als Kernkomponente („core”) und die reduzierte Form des Speichermaterials als Schalen- oder Hüllenkomponente („shell”) betrachtet werden.
  • Die gute Benetzbarkeit des benetzbaren Materials mit der reduzierten Form des Speichermaterials zeigt sich durch einen vergleichsweise kleinen Benetzungswinkel. Unter dem Benetzungswinkel (im Weiteren auch als Kontaktwinkel bezeichnet) zwischen zwei festen Phasen sei der Winkel zu verstehen, de nein tropfenförmiges Gebilde des benetzenden Materials auf der Oberfläche des zu benetzenden Materials im thermodynamischen Gleichgewicht formt. Die Größe des Benetzungswinkels hängt insbesondere von der Stärke der Wechselwirkungen zwischen den Oberflächen bzw. den jeweiligen Oberflächenenergien der Stoffe ab. Je kleiner der Benetzungswinkel ist, desto stärker sind die Wechselwirkungen.
  • Der Benetzungswinkel der reduzierten Form des Speichermaterials auf der Oberfläche des benetzbaren Materials liegt unterhalb 90°, insbesondere im Bereich von 1 bis 75°, insbesondere 1 bis 35°.
  • Das benetzbare Material ist zweckmäßig aus einem Werkstoff gebildet, der eine elektrisch leitende oder halbleitende Oberfläche aufweist und so mit dem Elektronengas der reduzierten Form des Speichermaterials, welche insbesondere als metallische Form des Speichermaterials vorliegt, unter Ausbildung von Anziehungs- bzw. Adhäsionskräften wechselwirken kann. Dies bedingt die gute Benetzbarkeit des benetzbaren Materials mit der reduzierten Form des Speichermaterials.
  • Das benetzbare Material ist bevorzugt aus einem oxidkeramischen Material basierend auf Ceroxid, Chromoxid, Gadoliniumoxid, Kupferoxid, Manganoxid, Titanoxid, oder einer Perowskitverbindung, bevorzugt der allgemeinen Form (RE, AE)(Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni)O3, z. B. aus dem Kompositionsfeldern (Sr, Y)TiO3 oder (La, Ca, Sr, CE)(Fe, Ti, Cr)O3, oder Mischungen der Genannten gebildet. Die Aufzählung ist lediglich beispielhaft, das benetzbare Material kann grundsätzlich aus sämtlichen, sich gut von der reduzierten Form des Speichermaterials benetzen lassenden Materialien gebildet sein. Die Auswahl des benetzbaren Materials ist sonach zweckmäßig in Abhängigkeit des konkret vorliegenden Speichermaterials respektive dessen reduzierter Form zu wählen.
  • Das benetzbare Material liegt bevorzugt partikelförmig vor. Das partikelförmige, d. h. aus einzelnen Partikeln und/oder Partikelaggregaten gebildete, benetzbare Material ist dabei in der Matrix des Speicherelements, in welchem auch das Speichermaterial verteilt enthalten ist, verteilt enthalten.
  • Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, dass zumindest ein Teil des benetzbaren Materials eine Partikelform dadurch erhält, dass es als Beschichtung auf einem partikelförmigen Trägermaterial aufgebracht ist. Das Trägermaterial kann beispielsweise aus einem partikelförmigen, oxidkeramischen Material basierend auf Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Lanthanoxid, Magnesiumoxid, Nioboxid, Tantaloxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid oder Mischungen der Genannten gebildet sein. Entscheidend ist, dass zwischen dem Trägermaterial und dem dieses umhüllenden bzw. umschließenden benetzbaren Material eine stabile, insbesondere chemische, Bindung gewährleistet ist. Das Trägermaterial kann eine poröse Struktur aufweisen.
  • Vorteilhaft umfasst das Speicherelement zusätzlich ein Abstandshaltematerial. Das Abstandshaltematerial ist durch die reduzierte Form des Speichermaterials nicht oder nur schlecht benetzbar. Der Benetzungswinkel zwischen der reduzierten Form des Speichermaterials und der Oberfläche des Abstandshaltematerials ist typischerweise größer als 90°. Das Abstandshaltematerial dient dazu, das Speichermaterial, d. h. insbesondere die das benetzbare Material umschließende reduzierte Form des Speichermaterials respektive die vorgenannten, durch die Benetzung des benetzbaren Materials mit der reduzierten Form des Speichermaterials gebildeten Core-Shell-Partikel, zu separieren und eine Agglomeration bzw. Vergröberung bzw. Versinterung des Speichermaterials zu verhindern.
  • Das Abstandshaltematerial ist zweckmäßig aus einem oxidkeramischen Material basierend auf Zirkoniumoxid, Yttriumoxid und/oder Yttriumverbindungen gebildet.
  • Das Abstandshaltematerial liegt bevorzugt partikelförmig vor. Das partikelförmige, d. h. aus einzelnen Partikeln und/oder Partikelaggregaten gebildete, Abstandshaltematerial ist dabei in der Matrix des Speicherelements, in welchem auch das Speichermaterial sowie das benetzbare Material verteilt enthalten ist, verteilt enthalten.
  • Alternativ oder ergänzend ist es auch für das Abstandshaltematerial denkbar, dass zumindest ein Teil des Abstandshaltematerials eine Partikelform dadurch erhält, dass es als Beschichtung auf einem partikelförmigen Trägermaterial aufgebracht ist. Das Trägermaterial kann beispielsweise aus einem partikelförmigen, oxidkeramischen Material basierend auf Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Lanthanoxid, Magnesiumoxid, Nioboxid, Tantaloxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid oder Mischungen der Genannten gebildet sein. Auch hier ist entscheidend, dass zwischen dem Trägermaterial und dem dieses umhüllenden bzw. umschließenden Abstandshaltematerial eine stabile, insbesondere chemische, Bindung gewährleistet ist. Das Trägermaterial kann auch hier eine poröse Struktur aufweisen.
  • Innerhalb des Speicherelements liegt der Anteil an benetzbarem Material vorteilhaft im Bereich von 30 bis 10 Vol.-%, insbesondere im Bereich von 25 bis 15 Vol.-% In Ausnahmen kann der Anteil an benetzbarem Material auch tiefer oder höher liegen.
  • Der Anteil an Speichermaterial liegt im Bereich von 30 bis 90 Vol.-%, insbesondere oberhalb 40 Vol.-%, bevorzugt oberhalb 50 Vol.-%. Gegebenenfalls kann der Anteil an Speichermaterial auch tiefer oder höher liegen. Der Anteil an Speichermaterial bestimmt wesentlich die Speicherkapazität des Speicherelements und ist deshalb grundsätzlich hoch anzusetzen.
  • Sofern in bevorzugter Ausführungsform in dem Speicherelement neben dem Speichermaterial und dem benetzbaren Material auch Abstandshaltematerial enthalten ist, liegt dessen Anteil im Bereich von 10 bis 30 Vol.-%, insbesondere im Bereich von 15 bis 25 Vol.-%. Gegebenenfalls kann der Anteil an Abstandshaltematerial auch tiefer oder höher liegen.
  • Der Gesamtanteil an benetzbarem Material und Abstandshaltematerial sollte in Summe im Bereich von 2 bis 40 Vol.-%, insbesondere im Bereich von 5 bis 15 Vol.-%, liegen.
  • Neben dem Speichermaterial, dem benetzbaren Material und dem Abstandshaltematerial ist ferner ein Volumenanteil an offener Porosität in dem Speicherelement vorzuhalten, der im Bereich von 10 bis 50 Vol.-%, bevorzugt im Bereich von 25 bis 40 Vol.-% liegen sollte, um die ungehinderte Diffusion des Redox-Shuttles im Speichermaterial sicherzustellen.
  • Selbstverständlich sind die Anteile der in dem Speicherelement enthaltenen Komponenten derart abgestimmt, dass sich in Summe ein Anteil von 100 Vol.-% einstellt.
  • Mehrere erfindungsgemäße Energiespeicher können zu einer Energiespeicheranordnung zusammengefasst sein. Dies erfolgt insbesondere durch eine stapelartig miteinander verbundene Anordnung mehrerer Energiespeicher übereinander. Eine entsprechende Energiespeicheranordnung kann als „Stack” bezeichnet werden.
  • Weitere Merkmale und weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Hierbei handelt es sich lediglich um beispielhafte Ausgestaltungsformen, die keine Einschränkung des Schutzumfangs darstellen. Dabei zeigen:
  • 1 eine Prinzipdarstellung eines Energiespeichers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und
  • 2 eine vergrößerte Darstellung des dem in 1 dargestellten Energiespeicher zugehörigen Speicherelements.
  • 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Energiespeichers 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Der Energiespeicher 1 ist als Metalloxid-Luft-Energiespeicher ausgebildet. Auf Grundlage von 1 soll zunächst der Aufbau bzw. die Funktionsweise des Energiespeichers 1 beschrieben werden.
  • Von unten nach oben betrachtet umfasst der Energiespeicher 1 eine Interkonnektorplatte 2, die an ihrer Unterseite Kontaktstege 3 aufweist. Durch die durch die Kontaktstege 3 gebildete kammartige Struktur der Interkonnektorplatte 2 sind Luftkanäle 4 gebildet.
  • An die Oberseite der Interkonnektorplatte 2 schließt sich eine an die Kontaktstege 3 der Interkonnektorplatte 2 angrenzende positive Elektrode 5, ein insbesondere als Festkörperelektrolyt ausgebildeter Elektrolyt 6 sowie eine negative Elektrode 7 an. Die positive Elektrode 5 kann als Luftelektrode, die negative Elektrode 7 als Speicherelektrode bezeichnet werden. An die Oberseite der negativen Elektrode 7 grenzt ein Speicherelement 8 zur Speicherung elektrischer Energie an. An das Speicherelement 8 schließt wieder eine Interkonnektorplatte 2 an. Der Aufbau des Energiespeichers 1 wiederholt sich sonach.
  • Über eine Gaszufuhr 9 wird ein Sauerstoff enthaltendes Prozessgas, insbesondere Luft, zugeführt. Der in dem Prozessgas enthaltene Sauerstoff wird in Sauerstoffionen (O2-Ionen) umgewandelt und wandert von der positiven Elektrode 5 durch den Elektrolyten 6 zu der negativen Elektrode 7.
  • Die negative Elektrode 7 steht über ein Redoxpaar etwa in Form eines gasförmigen Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisches (H2/H2O-Gemisch) mit dem ein redoxaktives Speichermaterial 10, etwa ein Eisen-Eisenoxid-Gemisch, aufweisenden Speicherelement 8 zur Speicherung elektrischer Energie in Verbindung.
  • Die durch den Elektrolyten 6 gewanderten Sauerstoffionen werden nach der Entladung an der negativen Elektrode 7 gebunden in Wasserdampf durch das Speicherelement 8 geführt. Je nachdem, ob ein Entlade- oder Ladevorgang des Energiespeichers 1 gegeben ist, wird das Speichermaterial 10, oxidiert oder reduziert, wobei der gegebenenfalls notwendige Sauerstoff durch das als Redoxpaar dienende Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisch bereitgestellt werden kann. Der Mechanismus des Sauerstofftransports über ein Redoxpaar wird als Shuttlemechanismus bezeichnet.
  • Der Vorteil der Verwendung von Eisen als Speichermaterial 10 des Speicherelements 8 liegt darin, dass Eisen bei seinem Oxidationsprozess in etwa dieselbe Ruhespannung von etwa 1 V aufweist, wie das als Redoxpaar dienende Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisch bei einem Partialdruckverhältnis von 1, andernfalls ergibt sich ein erhöhter Widerstand für den Sauerstofftransport durch die Komponenten des Redoxpaares, d. h. des Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisches.
  • Die Diffusion der Sauerstoffionen durch den Elektrolyten 6 benötigt eine Betriebstemperatur des Energiespeichers 1 von 600 bis 900°C. Gleichermaßen sind Temperaturen von 600 bis 900°C für eine optimale Zusammensetzung des Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisches im Gleichgewicht mit dem Speichermaterial 10 vorteilhaft. Durch die hohen Betriebstemperaturen des Energiespeichers 1 sind sämtliche Komponenten des Energiespeichers 1, d. h. insbesondere die Elektroden 5, 7 und der Elektrolyt 6, wie auch das Speicherelement 8 hohen thermischen Belastungen ausgesetzt.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des dem in 1 dargestellten Energiespeicher 1 zugehörigen Speicherelements 8. Das Speicherelement 8 weist einen quaderförmigen, porösen Speicherelementkörper auf. Das Speicherelement 8 stellt eine Matrix dar, in welcher ein im Ladebetrieb des Energiespeichers 1 reduzierbares und im Entladebetrieb des Energiespeichers 1 oxidierbares Speichermaterial 10 in Form eines partikulären Eisen-Eisenoxid-Gemisches enthalten ist. Die im Ladebetrieb des Energiespeichers 1 vorliegende reduzierte Form des Speichermaterials 10 ist sonach elementares Eisen, die im Entladebetrieb des Energiespeichers 1 vorliegende oxidierte Form des Speichermaterials 10 besteht sonach aus zumindest einer Eisenoxidverbindung.
  • Neben dem partikulären Speichermaterial 10 befindet sich in der Matrix ein von der reduzierten Form des Speichermaterials 10 benetzbares Material 11, welches z. B. aus einer partikelförmigen Oxidkeramik auf Basis von Ceroxid, Gadoliniumoxid, Chromoxid, Kupferoxid, Manganoxid, Titanoxid oder einer Perowskitverbindung, bevorzugt der allgemeinen Form (RE, AE)(Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni)O3, z. B. aus den Kompositionsfeldern (Sr, Y)TiO3 oder (La, Ca, Sr, Ce)(Fe, Ti, Cr)O3 oder Mischungen der Genannten gebildet ist.
  • Ersichtlich ist das benetzbare Material 11 in 2 mit dem Speichermaterial 10 benetzt, d. h. das Speichermaterial 10 umschließt das benetzbare Material 11 unter Ausbildung so genannter Core-Shell-Partikel. Dabei kann das von der reduzierten Form des Speichermaterials 10 umgebene benetzbare Material 11 als Kernkomponente („core”) und die reduzierte Form des Speichermaterials 10 als Schalen- oder Hüllenkomponente („shell”) betrachtet werden. 2 zeigt demnach den Ladezustand bzw. geladenen Zustand des Energiespeichers 1.
  • Die Benetzung des benetzbaren Materials 11 mit der reduzierten Form des Speichermaterials 10 ist deshalb möglich, da der Benetzungswinkel zwischen der reduzierten Form des Speichermaterials 10 und dem benetzbaren Material 11 geringer als 90° ist. Insbesondere liegt der Benetzungswinkel zwischen der reduzierten Form des Speichermaterials 10 und dem benetzbaren Material 11 im Bereich von 5 bis 75°.
  • Der Prozess der Benetzung des benetzbaren Materials 11 mit dem Speichermaterial 10 in seiner reduzierten Form kann reversibel sein, so dass sich die durch die Benetzung gebildete Bindung der reduzierten Form des Speichermaterials 10 an bzw. auf der Oberfläche des benetzbaren Materials 11 bei einem Entladevorgang des Energiespeichers 1 lösen kann.
  • Ersichtlich ist in der Matrix des Speicherelements 8 ferner ein partikelförmiges Abstandshaltematerial 12 vorgesehen. Das Abstandshaltematerial 12 liegt z. B. in Form von auf Yttriumoxid bzw. Yttrium haltigen oxidischen Verbindungen basierenden Partikeln vor. Das Abstandshaltematerial 12 dient dazu, die Ausbildung von Partikel-Partikel-Kontakten des Speichermaterials 10 zu verhindern und somit eine bei den hohen, für den Betrieb des Energiespeichers 1 erforderlichen Temperaturen mögliche Versinterung bzw. Vergröberung des Speichermaterials 10 zu unterbinden.
  • Eine Benetzung des Abstandshaltematerial 12 mit dem Speichermaterial 10 ist weder in dessen reduzierter noch oxidierter Form gegenüber der Benetzung des benetzbaren Materials 11 durch das Speichermaterial 10 begünstigt. Der Benetzungswinkel zwischen dem Abstandshaltematerial 12 und dem Speichermaterial 10 ist größer 90°. Mithin unterscheidet sich das benetzbare Material 11 von dem Abstandshaltematerial 12 wesentlich im Hinblick auf deren Benetzungswinkel gegenüber dem Speichermaterial 10 bzw. dessen reduzierter Form.
  • Sowohl das benetzbare Material 11 als auch das Abstandshaltematerial 12 kann neben der beschriebenen Möglichkeit, dass es selbst partikelförmig bzw. granular vorliegt, auch als Beschichtung auf einem partikelförmigen, porösen Trägermaterial aufgebracht sein. Das Trägermaterial kann z. B. aus einem oxidkeramischen Material basierend auf Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Nioboxid oder Tantaloxid oder Mischungen der Genannten gebildet sein.
  • Der Anteil an Speichermaterial 10 in der Matrix des Speicherelements 8 liegt z. B. im Bereich von 30 bis 90 Vol.-%, insbesondere oberhalb 40 Vol.-%, bevorzugt oberhalb 50 Vol.-%. Der Gesamtanteil an benetzbarem Material 11 und Abstandshaltematerial 12 liegt in Summe im Bereich von 2 bis 40 Vol.-%, insbesondere im Bereich von 5 bis 15 Vol.-%, liegen.
  • Neben dem Speichermaterial 10, dem benetzbaren Material 11 und dem Abstandshaltematerial 12 ist ferner ein Volumenanteil an offener Porosität im Speicherelement 8 vorhanden, der im Bereich von 10 bis 50 Vol.-%, bevorzugt im Bereich von 25 bis 40 Vol.-%, liegt.
  • Selbstverständlich sind die Anteile der in der Matrix des Speicherelements 8 enthaltenen Komponenten derart abgestimmt, dass sich in Summe ein Anteil von 100 Vol.-% einstellt.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (11)

  1. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher (1), insbesondere Metalloxid-Luft-Energiespeicher, mit wenigstens einem Speicherelement (8) zur Speicherung elektrischer Energie, wobei das Speicherelement (8) ein im Ladebetrieb des Energiespeichers (1) reduzierbares und im Entladebetrieb des Energiespeichers (1) oxidierbares Speichermaterial (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (8) ein durch die reduzierte Form des Speichermaterials (10) zumindest abschnittsweise benetzbares Material (11) umfasst.
  2. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Benetzungswinkel der reduzierten Form des Speichermaterials (10) auf der Oberfläche des benetzbaren Materials (11) im Bereich von 1 bis 90°, insbesondere 1 bis 75°, liegt.
  3. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das benetzbare Material (11) aus einem oxidkeramischen Material basierend auf Ceroxid, Chromoxid, Gadoliniumoxid, Kupferoxid, Manganoxid, Titanoxid oder einer Perowskitverbindung, bevorzugt der allgemeinen Form (RE, AE)(Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni)O3, insbesondere aus den Kompositionsfeldern (Sr, Y)TiO3 oder (La, Ca, Sr, Ce)(Fe, Ti, Cr)O3, oder Mischungen der Genannten gebildet ist.
  4. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das benetzbare Material (11) partikelförmig ist.
  5. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das benetzbare Material (11) als Beschichtung auf einem partikelförmigen Trägermaterial aufgebracht ist.
  6. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus einem oxidkeramischen Material basierend auf Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Lanthanoxid, Magnesiumoxid, Nioboxid, Tantaloxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid oder Mischungen der Genannten gebildet ist.
  7. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (8) ein Abstandshaltematerial (12) umfasst, wobei der Benetzungswinkel zwischen dem Abstandshaltematerial (12) und der reduzierten Form des Speichermaterials (10) größer als 90° ist.
  8. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandshaltematerial (12) aus einem oxidkeramischen Material basierend auf Zirkoniumoxid, Yttriumoxid und/oder Yttriumverbindungen gebildet ist.
  9. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandshaltematerial (12) partikelförmig ist.
  10. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandshaltematerial (12) als Beschichtung auf einem partikelförmigen Trägermaterial aufgebracht ist.
  11. Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus einem oxidkeramischen Material basierend auf Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Nioboxid oder Tantaloxid oder Mischungen der Genannten gebildet ist.
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