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Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit mit wenigstens einem wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher, insbesondere Metall-Luft-Energiespeicher, und wenigstens einem Speicherelement, das ein partikelförmiges redoxaktives Speichermaterial zur Speicherung von Sauerstoff umfasst.
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Es sind verschiedene technische Lösungen für die Speicherung von elektrischer Energie bekannt. Ein stetig an Bedeutung gewinnendes Beispiel für eine Speichermöglichkeit elektrischer Energie ist die Verwendung von Energiespeichereinheiten, die einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher in Form eines Metall-Luft-Energiespeichers bzw. einer Metall-Luft-Batterie (engl. Rechargeable Oxide Battery, kurz ROB) umfassen.
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Derartige Energiespeicher, d. h. insbesondere Metall-Luftbatterien, werden üblicherweise bei Temperaturen zwischen 600 °C und 900 °C betrieben. Das Funktionsprinzip dieser Energiespeicher besteht darin, einer (positiven) Luftelektrode Sauerstoff zuzuführen und an der Luftelektrode in Sauerstoffionen umzuwandeln. Während eines Entladevorgangs wandern die Sauerstoffionen durch einen Festkörperelektrolyten zu einer der Luftelektrode gegenüberliegend angeordneten (negativen) Elektrode. Umgekehrt wandern die Sauerstoffionen während eines Ladevorgangs von der (negativen) Elektrode durch den Festkörperelektrolyten zu der (positiven) Luftelektrode.
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An der negativen Elektrode findet eine Reaktion der Sauerstoffionen mit einem gasförmigen Redoxpaar statt, wobei der von dem gasförmigen Redoxpaar aufgenommene oder abgegebene Sauerstoff auf ein in einem Speicherelement enthaltenes redoxaktives, d. h. oxidierbares bzw. reduzierbares, partikelförmiges Speichermaterial übertragen wird, je nachdem, ob ein Entlade- oder Ladevorgang stattfindet.
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Die spezifische Speicherkapazität entsprechender Speicherelemente hängt u.a. von dem Aufnahmevolumen für das Speichermaterial und sonach der Menge an in dem Speicherelement enthaltenem Speichermaterial ab. Da das Speicherelement in der Regel einen Teil eines stapelartigen Gesamtverbunds aus mehreren, den Energiespeicher bildenden Komponenten ist, ist das Aufnahmevolumen entsprechender Speicherelemente regelmäßig begrenzt und kann insbesondere nicht ohne Weiteres vergrößert werden, um die Speicherkapazität zu erhöhen.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Energiespeichereinheit mit einem, insbesondere im Hinblick auf die Speicherkapazität, verbesserten Speicherelement anzugeben.
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Das Problem wird erfindungsgemäß durch eine Energiespeichereinheit der eingangs genannten Art gelöst, welche sich dadurch auszeichnet, dass das Speicherelement als Wirbelschichtreaktor ausgebildet ist und das Speichermaterial in dem Wirbelschichtreaktor in einer Wirbelschicht als von einem Fluid durchströmte Partikelschüttung vorliegt.
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Gemäß der Erfindung ist eine besondere Ausgestaltung eines entsprechenden Speicherelements einer Energiespeichereinheit vorgesehen. Das Speicherelement ist dabei als Wirbelschichtreaktor ausgebildet. Innerhalb des durch das Speicherelement gebildeten Wirbelschichtreaktors befindet sich das partikelförmige redoxaktive Speichermaterial. Das Speichermaterial liegt in Form einer (losen) Partikelschüttung vor und ist von einem Fluid, d. h. insbesondere von einem Gas, durchströmbar bzw. wird von einem Fluid durchströmt. Entsprechend liegt das Speichermaterial als Wirbelschicht vor. Unter einer Wirbelschicht ist regelmäßig eine Partikelschüttung bzw. ein Fluid-Feststoff-Gemisch zu verstehen, die bzw. das durch eine Strömung, insbesondere Aufwärtsströmung, eines Fluids in einen Zustand mit einem fluidähnlichen Verhalten überführt wird.
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Das Fluid ist vorteilhaft ein redoxaktives Gas oder Gasgemisch, d. h. ein Gas oder Gasgemisch, dessen Bestandteile reduziert bzw. oxidiert werden können. Bei dem Fluid kann es sich bevorzugt ein gasförmiges Gemisch aus Wasserstoff und Wasserdampf handeln. Die Aufwärtsströmung des Gemisches führt dieses zwangsläufig entlang der sich in der Wirbelschicht befindlichen Speichermaterialpartikel, wobei es zu einer redoxbasierten Umsetzung der Speichermaterialpartikel kommt. Hierbei kann bei Verwendung geeigneter Speichermaterialpartikel, d. h. insbesondere von aus Eisen gebildeten Speichermaterialpartikeln, bei hohen Wasserdampfgehalten des Gemisches durch Oxidation der Speichermaterialpartikel Wasserstoff und bei hohen Wasserstoffgehalten des Gemisches durch Reduktion der Speichermaterialpartikel Wasserdampf entstehen. Aufgrund der im Bereich von 600 °C bis 900 °C liegenden Prozesstemperatur wird dabei kein flüssiges Wasser gebildet.
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Die Strömung des Fluids ist so ausgebildet, dass die das Speichermaterial bildenden Speichermaterialpartikel sich in einer Art Schwebezustand befinden. Derart ist es möglich, die Redoxaktivität des Speichermaterials zu verbessern, da die Speichermaterialpartikel nicht agglomerieren, was regelmäßig mit einer Reduzierung deren redoxaktiver Oberflächen einhergeht und zu längeren widerstandsbehafteten Transportwegen führt. Hieraus ergibt sich eine besonders effiziente und damit verbesserte redoxbasierte Umsetzung des Speichermaterials, was zu einer Verbesserung der Speicherkapazität des Speicherelements und sonach der Energiespeichereinheit insgesamt führen kann.
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Das Speicherelement ist typischerweise kein Teil der üblicherweise von einem Energiespeicher umfassten Stapelstruktur, in welcher Elektroden, Elektrolyte, Interkonnektorplatten etc. in einer bestimmten Reihenfolge stapelartig übereinander angeordnet sind. Die konstruktive Gestaltung des Speicherelements, d. h. insbesondere auch seine Dimensionierung, ist zweckmäßig unabhängig von der Konstruktion z. B. eines elektrochemischen Wandlers bzw. Konverters, der dem Gaskreislauf durch das Speicherelement Sauerstoff zuführt bzw. entzieht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Speicherelement mit wenigstens einer das Fluid bereitstellenden Fluidquelle verbunden. Bei der Fluidquelle kann es sich um einen elektrochemischen Wandler, d. h. z. B. um eine Brennstoffzelle oder eine Elektrolysezelle handeln. Sofern es sich bei der Fluidquelle z. B. um eine Elektrolysezelle handelt, ist es demnach möglich, im Rahmen des Elektrolyseprozesses, d. h. der elektrochemischen Zerlegung von Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff, entstehenden Wasserstoff in das Speicherelement zu leiten. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Fluidquellen stellen also insbesondere gasförmigen Wasserstoff als entsprechendes Fluid oder entsprechende Fluidkomponente zum Durchströmen der in dem Speicherelement enthaltenen Speichermaterialpartikel bereit.
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Zwischen dem Speicherelement und der Fluidquelle sind selbstverständlich geeignete Verbindungen, insbesondere Leitungsverbindungen, vorgesehen. In die Verbindungen können Fördermittel zur Förderung des Fluids, wie z. B. Gebläse, Pumpen etc. oder diesen zugehörige Einrichtungen, wie z. B. Ventile, integriert sein bzw. können die Verbindungen entsprechende Fördermittel bzw. diesen zugehörige Einrichtungen umfassen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verbindungen zwischen dem Speicherelement und der Fluidquelle derart angeordnet sind, dass sich zwischen dem Speicherelement und der Fluidquelle ein, insbesondere geschlossener, Stoffkreislauf ausbilden lässt. Insbesondere kann eine aus der Fluidquelle in das Speicherelement führende Leitung, über welche eine Zuleitung des Fluids in das Speicherelement möglich ist, und eine aus dem Speicherelement in die Fluidquelle führende Leitung, über welche eine Ableitung von im Rahmen der redoxbasierten Umsetzung des Speichermaterials entstehenden Produktfluiden aus dem Speicherelement in die Fluidquelle möglich ist, vorgesehen sein. Die Produktfluide können in der Fluidquelle wieder, insbesondere chemisch, zu dem in das Speicherelement zugeführte bzw. zuzuführende Fluid umgesetzt werden.
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Wie erwähnt ist das Speichermaterial redoxaktiv, d. h., dass die Speichermaterialpartikel aus einem im Ladebetrieb der Energiespeichereinheit reduzierbaren und im Entladebetrieb der Energiespeichereinheit oxidierbaren Material gebildet sind. Bevorzugt sind die Speichermaterialpartikel aus Eisen und/oder Eisenverbindungen, bevorzugt Eisenoxidverbindungen der Form FexOy, gebildet.
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Ausgehend von einem Fluid in Form von Wasserstoff oder einem sonstigen Wasserstoff-haltigen Fluid und entsprechenden Speichermaterialpartikeln auf Basis von Eisen und/oder Eisenoxidverbindungen und einer Fluidquelle in Form einer Elektrolysezelle oder einer reversiblen Brennstoffzelle, d. h. einer Brennstoffzelle, die mit umgekehrter Stromrichtung, d. h. als Elektrolysezelle (Elektrolyseur) betrieben wird, können in dem Speicherelement nachfolgend beschriebene Prozesse stattfinden. Bei Zuleitung des Fluids in das entladene Speicherelement, d. h. die Speichermaterialpartikel liegen in ihrer oxidierten Form vor, kommt es zu einer Oxidation des Wasserstoffs und zu einer Reduktion der als Wirbelschicht vorliegenden Eisenoxidverbindungen, wobei sich weniger sauerstoffreiche Oxide oder elementares Eisen bildet. Der bei der Reduktion der Eisenoxidverbindungen entstehende Sauerstoff reagiert mit dem Wasserstoff zu Wasser, welches als Wasserdampf zurück in die Elektrolysezelle geleitet wird. Es bildet sich ein Wasserstoff-Wasserdampf-Kreislauf zwischen der Elektrolysezelle und dem Speicherelement. Dabei muss dem Speicherelement weder reiner Wasserstoff zugeführt werden noch wird dem Speicherelement reiner Wasserdampf entnommen. Das dem Speicherelement zugeführte Gasgemisch ist lediglich wasserstoffreicher als das das Speicherelement verlassende Gasgemisch.
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Vergleichbares gilt, wenn es sich bei der Fluidquelle um eine Brennstoffzelle handelt, die Wasserstoff unter Abgabe von Sauerstoff in Wasserdampf umwandelt. Der Wasserdampf kann in das Speicherelement geführt und dort redoxbasiert zu Wasserstoff umgesetzt werden. Der Wasserstoff kann zurück in die Brennstoffzelle geführt werden, wo er erneut mit Sauerstoff zu Wasserdampf umgesetzt wird.
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Um eine Wirbelschicht auszubilden bzw. eine hohe Effizienz der redoxbasierten Umsetzung des Speichermaterials respektive der Speichermaterialpartikel in dem Speicherelement zu ermöglichen, sollten die Speichermaterialpartikel eine Partikelgröße im Bereich von 0,5 µm bis 75 µm, insbesondere 1 µm bis 50 µm, aufweisen. Derart ist eine leichte Verwirbelung der Speichermaterialpartikel möglich und es kann ein Austritt des Fluids ohne Mitführung von Speichermaterialpartikeln erreicht werden. Das Speichermaterial kann demnach z. B. pulver- oder staubförmig vorliegen, bevor es in das Speicherelement eingefüllt wird. Je kleiner die Speichermaterialpartikel sind, desto weniger Energie ist aufzuwenden, um diese in eine Wirbelschicht zu überführen. Ebenso hat die Partikelgröße neben weiteren Faktoren, wie z. B. der Partikelform, typischerweise einen Einfluss auf die Aktivität der Speichermaterialpartikel. Über eine geeignete Wahl insbesondere der Partikelform und Partikelgröße bzw. jeweiliger Verteilungen kann Einfluss auf die Aktivität der Speichermaterialpartikel genommen werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Speicherelement einen von dem Fluid durchströmbaren, insbesondere hohlzylindrischen bzw. rohrförmigen, Speicherelementkörper zur Aufnahme des Speichermaterials, d. h. der Speichermaterialpartikel auf. Der Speicherelementkörper begrenzt demnach mit seinen Wandungen einen Aufnahmeraum, in welchen das Speichermaterial einzufüllen bzw. eingefüllt ist. Der Füllgrad des Speichermaterials kann dabei z. B. in einem Bereich von 10 % bis 70 %, insbesondere 20 % bis 30 %, bezogen auf das Volumen des Aufnahmeraums liegen.
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In dem Speicherelementkörper sind entsprechende, insbesondere siebartige Öffnungen, über welche das Fluid in den Aufnahmeraum einströmbar ist, ausgebildet. Die Öffnungen sind insbesondere in einem Bodenbereich des Speicherelementkörpers ausgebildet. Die Öffnungen sind zweckmäßig derart dimensioniert, dass einerseits das Fluid in den Aufnahmeraum einströmen kann, andererseits die Speichermaterialpartikel jedoch nicht durch die Öffnungen aus dem Aufnahmeraum gelangen können.
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In den Speicherelementkörper ist in Weiterbildung der Erfindung ein Temperierungsmittel zur Temperierung des Speicherelements bzw. des Speichermaterials integriert. Über das Temperierungsmittel ist die Temperatur innerhalb des Speicherelementkörpers, d. h. insbesondere des Speichermaterials, beeinflussbar. Mithin kann über das Temperierungsmittel die für die im Betrieb der Energiespeichereinheit innerhalb des Speicherelementkörpers stattfindenden Prozesse erforderliche Prozesstemperatur eingestellt bzw. aufrechterhalten werden. Das Temperierungsmittel kann demnach wenigstens ein Kühl- und/ oder Wärmemittel bzw. wenigstens eine Kühl- und/oder Heizeinrichtung umfassen bzw. als solche(s) ausgebildet sein. Als Temperierungsmittel kann auch das Fluid dienen, wenn es durch einen außerhalb des Speicherelements befindlichen Wärmetauscher strömt.
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Der Speicherelementkörper weist in der Regel Wandungen auf, die einen Aufnahmeraum zur Aufnahme des Speichermaterials begrenzen. Die Wandungen sind in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zumindest abschnittsweise mehrwandig, insbesondere doppelwandig, ausgebildet. Durch die mehrwandige, insbesondere doppelwandige, Ausführung der Wandungen des Speicherelementkörpers ist es möglich, bezüglich eines von den Wandungen begrenzten Aufnahmeraums von inneren und äußeren Wandungsabschnitten zu sprechen. Diese inneren und äußeren Wandungen können zueinander beabstandet angeordnet sein, so dass sich zwischen diesen ein Zwischenraum bildet. In diesem Zwischenraum kann z. B. das Temperierungsmittel angeordnet werden. Der Zwischenraum kann jedoch auch zumindest abschnittsweise evakuiert sein, so dass in dem Zwischenraum zumindest abschnittsweise ein Unterdruck bzw. Vakuum anliegen kann.
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Für die beispielhafte Ausführungsform eines doppelwandig ausgeführten hohlzylindrischen bzw. rohrförmigen Speicherelementkörpers ist es demnach möglich, das Temperierungsmittel in einem zwischen unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Wandungsabschnitten gebildeten ringförmigen Zwischenraum anzuordnen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Temperierungsmittel einen bei Erreichen einer temperierungsmittelspezifischen Grenztemperatur eine endotherme oder exotherme Reaktion, insbesondere einen endothermen oder exothermen Phasenübergang, ausführenden Stoff umfasst oder als solcher ausgebildet ist. Mithin ist es in Abhängigkeit der konkreten Zusammensetzung des Temperierungsmittels möglich, dass dieses bei Erreichen einer spezifischen Grenztemperatur eine endotherme oder exotherme Reaktion, insbesondere einen endothermen oder exothermen Phasenübergang, durchläuft und so endotherm thermische Energie aus dem Speicherelementkörper entnimmt oder exotherm thermische Energie in den Speicherelementkörper einbringt. Die jeweilige bei Erreichen der Grenztemperatur stattfindende Reaktion bzw. der Phasenübergang ist vorteilhaft reversibel, d. h. umkehrbar, so dass das Temperierungsmittel zum Zwecke der Temperierung des Speicherelementkörpers respektive des in diesem befindlichen Speichermaterials mehrmals einsetzbar ist. Das Temperierungsmittel kann in dieser Ausführungsform z. B. in Form von Alkalimetall-Halogenid-Salzen vorliegen oder Alkalimetall-Halogenid-Salze umfassen.
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Alternativ kann das oder ein Temperierungsmittel auch als Wärmerohr ausgebildet sein oder wenigstens ein Wärmerohr umfassen. Wärmerohre, die auch als Heat Pipes bezeichnet werden, sind Wärmetauscher, welche auf dem Prinzip des Verdampfens und der nachfolgenden Kondensation eines innerhalb dieser befindlichen Arbeitsfluids beruhen. Die Arbeitsweise entsprechender Wärmetauscher lässt sich prinzipiell wie folgt beschreiben: das Arbeitsfluid wird im Bereich eines zu kühlenden Gegenstands befindlichen warmen Abschnitts des Wärmerohrs verdampft, wobei es dem zu kühlenden Gegenstand thermische Energie entzieht. Der gebildete Dampf wandert innerhalb des Wärmerohrs zu von dem zu kühlenden Gegenstand entfernten und somit kühleren Bereichen, in welchen er kondensiert. Je nachdem, wie man das Wärmerohr relativ zu dem Speicherelement anordnet, kann über das Wärmerohr thermische Energie in das Speicherelement eingebracht oder aus dem Speicherelement entnommen werden. Wärmerohre sind in unterschiedlichen Dimensionen und sonach Leistungsbereichen erhältlich und lassen sich insbesondere gut in einen Speicherelementkörper integrieren, was, wie erwähnt, z. B. durch Anordnung in einem in einem mehrwandig ausgebildeten Wandungsabschnitt ausgebildeten Zwischenraum möglich ist. Vorteilhaft kann die Wandung des Wärmerohrs allein als Wärmeübertragungsfläche auf das Speichermaterial genutzt werden. Denkbar ist es hierbei, dass die Wärmerohre mit einem ersten Ende das Speichermaterial kontaktieren bzw. in das Speichermaterial ragen und mit einem diesem gegenüber liegenden zweiten Ende einen Wärmetauscher kontaktieren bzw. in ein diesem zugeordnetes Volumen ragen.
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Es ist ferner denkbar, dass das Speicherelement mit einem Reservoir in Verbindung steht, derart, dass dem Speicherelement während des Entladens des Energiespeichers Partikel aus Eisen oder niedrigeren Oxiden aus dem Reservoir zuführbar sind und demgegenüber höhere Eisenoxide aus dem Speicherelement in das Reservoir abführbar sind. Umgekehrt ist das Speicherelement mit dem Reservoir auch derart verbunden, dass dem Speicherelement während des Ladens des Energiespeichers Partikel aus Eisenoxiden aus dem Reservoir zuführbar sind und Partikel aus Eisen oder niedrigeren Oxiden in das Reservoir abführbar sind. In die Leitungsverbindung(en) zwischen dem Speicherelement und dem Reservoir sind hierfür vorteilhaft geeignete Fördermittel, wie z. B. Gebläse, Pumpen etc., sowie diesen zugehörige Einrichtungen, wie z. B. Ventile, geschaltet.
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Weitere Merkmale und weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind anhand der folgenden Figur näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine Energiespeichereinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Die einzige Figur zeigt eine Energiespeichereinheit 1 in Form eines wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichers 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Der Energiespeicher 2 umfasst ein ein Speichermaterial enthaltendes Speicherelement 3. Das Speicherelement 3 ist räumlich getrennt zu einem als Brennstoffzelle oder Elektrolysezelle betreibbaren elektrochemischen Wandler bzw. Konverter 5 angeordnet. Derart ist es möglich, dass Speicherelement 3 unabhängig von dem elektrochemischen Wandler 5 zu konstruieren bzw. zu dimensionieren.
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Bei dem in dem Speicherelement 3 enthaltenen Speichermaterial handelt es sich um ein redoxaktives, d. h. reduzierbares bzw. oxidierbares, elektrisch leitfähiges, staub- oder pulverförmiges Partikelgemisch aus Partikeln aus Eisen und/oder Eisenoxidverbindungen, bevorzugt FexOy-Verbindungen. Die Partikelgröße der Speichermaterialpartikel liegt typischerweise im Bereich von ca. 1 µm bis 50 µm.
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Das Speicherelement 3 ist als Wirbelschichtreaktor ausgebildet. Das Speicherelement 3 umfasst einen z. B. hohlzylindrischen bzw. rohrförmigen Speicherelementkörper, dessen Wandungen einen Aufnahmeraum 4 zur Aufnahme des Speichermaterials bzw. der Speichermaterialpartikel begrenzen. Der Aufnahmeraum 4 ist mit den Speichermaterialpartikeln beispielsweise zu 30 % bezogen auf sein Aufnahmevolumen befüllt.
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In das Speicherelement 3, d. h. in den durch die Wandungen des Speicherelementkörpers begrenzten Aufnahmeraum 4 strömt ein redoxaktives Fluid, d. h. gasförmiger Wasserstoff ein. Der Wasserstoff strömt dabei über in dem Speicherelementkörper bodenseitig angeordnete Öffnungen von unten in den Aufnahmeraum 4 ein. Durch die Aufwärtsströmung des Wasserstoffs werden die Speichermaterialpartikel in eine Wirbelschicht, d. h. eine Art Schwebezustand überführt. Die Speichermaterialpartikel können sich derart innerhalb des Aufnahmeraums 4 gegeneinander bewegen. Das Vorliegen der Speichermaterialpartikel als Wirbelschicht oder Fließbett verhindert die Bildung von Agglomerationen der Speichermaterialpartikel.
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Die in der Wirbelschicht befindlichen, von dem aufwärts strömenden Wasserstoff durchströmten Speichermaterialpartikel in Form von Eisenoxidpartikeln können mit dem Wasserstoff unter Ausbildung von gegebenenfalls weniger sauerstoffreichen Oxiden als Zwischenstufe zu elementarem Eisen und Wasserdampf reagieren. Es handelt sich dabei um einen Redoxvorgang, bei welchem einerseits der Wasserstoff zu Wasserdampf oxidiert wird, wobei der Eisenoxidverbindung Sauerstoff entzogen wird, und andererseits im Betriebsmodus des elektrochemischen Wandlers 5 als Brennstoffzelle Wasserdampf zu Wasserstoff reduziert wird. Aufgrund der hohen Prozesstemperatur im Bereich von 600 °C bis 900 °C bleibt der Wasserdampf gasförmig.
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Die Bereitstellung des Wasserstoffs als Komponente des die in dem Aufnahmeraum 4 befindlichen Speichermaterialpartikel durchströmenden Fluids zur Ausbildung der Wirbelschicht erfolgt über eine Fluidquelle in Form des in dem Fluidkreislauf mit dem Speicherelement 3 in Reihe geschalteten elektrochemischen Wandlers 5, der, wie erwähnt, als Brennstoffzelle oder Elektrolysezelle betrieben werden kann.
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In dem elektrochemischen Wandler 5 erfolgt im Ladebetrieb des Energiespeichers 2 eine Zerlegung von, insbesondere flüssigem, Wasser oder Wasserdampf in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Der Sauerstoff kann an die Umgebung abgegeben werden. Im Entladebetrieb des Energiespeichers 2 erfolgt in dem elektrochemischen Wandler 5 eine Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff (Luftsauerstoff) zu Wasserdampf oder flüssigem Wasser. Ob in dem elektrochemischen Wandler 5 Wasser oder Wasserdampf als oxidierbare Komponenten des Fluids vorliegen, hängt von den Betriebsbedingungen, insbesondere Temperatur und Druck, des elektrochemischen Wandlers 5 ab. Die Betriebsbedingungen des elektrochemischen Wandlers 5 können sich prinzipiell von den Betriebsbedingungen des Wirbelschichtreaktors unterscheiden.
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Der Wasserstoff kann ausgehend von dem elektrochemischen Wandler 5 über die Zuleitung 6 in das Speicherelement 3 befördert werden. Hierfür ist typischerweise ein Fördermittel, wie z. B. ein Gebläse, erforderlich, welches gleichermaßen dafür sorgt, dass sich eine zur Ausbildung der Wirbelschicht in dem Aufnahmeraum 4 ausreichende Aufwärtsströmung des Fluids innerhalb des Aufnahmeraums 4 ergibt.
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Der wie oben beschriebene, innerhalb des Aufnahmeraums 4 entstehende Wasserdampf kann über die Zuleitung 7 zurück in den elektrochemischen Wandler 5 geleitet werden, wo er in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Es bildet sich sonach ein geschlossener Wasserstoff-Wasserdampf-Kreislauf zwischen dem Speicherelement 3 und dem elektrochemischen Wandler 5.
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Wie erwähnt, handelt es sich bei dem Speicherelementkörper um ein hohlzylindrisches bzw. rohrförmiges Bauteil. Die den Aufnahmeraum 4 begrenzenden Wandungen des Speicherelementkörpers können zumindest abschnittsweise doppelwandig ausgeführt sein, so dass zwischen bezogen auf den Aufnahmeraum 4 inneren und äußeren Wandungen ein Zwischenraum gebildet ist.
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In den Zwischenraum ist zumindest ein Temperierungsmittel, welches der Temperierung des Speicherelements 3, d. h. insbesondere der in dem Aufnahmeraum 4 befindlichen Speichermaterialpartikel, dient, integriert. Unter Temperierung ist im Wesentlichen die Einstellung und Aufrechterhaltung einer für die beschriebenen Redoxvorgänge erforderlichen Prozesstemperatur innerhalb des Speicherelements 3 zu verstehen.
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Als Temperierungsmittel kann beispielsweise ein bei Erreichen einer bestimmten temperierungsmittelspezifischen Grenztemperatur eine endotherme oder exotherme Reaktion, insbesondere einen endothermen oder exothermen Phasenübergang, durchlaufender Stoff 8 vorgesehen sein. Dieser Stoff 8 kann in Form von Alkalimetall-Halogenid-Salzen vorliegen oder Alkalimetall-Halogenid-Salze umfassen.
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Ferner können Wärmerohre 9 bzw. Heat Pipes vorgesehen sein, welche insbesondere auch zur Wärmeübertragung zwischen dem Wirbelschichtreaktor und einem außerhalb des Aufnahmeraums 4 angebrachten Wärmetauscher oder Wärmespeicher (jeweils nicht gezeigt) verwendet werden (vgl. das horizontal ausgerichtete Wärmerohr 9) und derart im Sinne eines Temperierungsmittels der Kühlung oder Beheizung des Speicherelements 3 dienen.
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Der Wirbelschichtreaktor bzw. der dem Speicherelement 3 zugehörige Aufnahmeraum 4 kann zusätzlich auch über andersartige Heizelemente, wie z. B. elektrische Heizelemente oder Wasserstoffbrenner, temperiert werden.
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Ferner ist das Speicherelement 3 mit einem Reservoir 10 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Speicherelement 3 und dem Reservoir ist derart, dass dem Speicherelement 3 während des Entladens des Energiespeichers 2 Partikel aus Eisen oder niedrigeren Oxiden aus dem Reservoir 10 zuführbar sind und demgegenüber höhere Eisenoxide aus dem Speicherelement 3 in das Reservoir 10 abführbar sind. Während des Ladens des Energiespeichers 2 sind dem Speicherelement 3 Partikel aus Eisenoxiden aus dem Reservoir 10 zuführbar und Partikel aus Eisen oder niedrigeren Oxiden in das Reservoir 10 abführbar. In die Leitungsverbindungen zwischen dem Speicherelement 3 und dem Reservoir 10 sind nicht näher bezeichnete Fördermittel, wie z. B. Gebläse, sowie ebenso nicht näher bezeichnete Ventile geschaltet.
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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.