DE102018008613A1 - Apparatus and method for the electrochemical incorporation or deposition of alkali metals in an electrode - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur elektrochemischen Einlagerung oder Abscheidung von Alkalimetallen in zumindest eine Elektrode (2) für Lithium-Schwefel-Batteriezellen. Die Vorrichtung (1) umfasst erfindungsgemäß mindestens eine Aufnahmeeinheit (3). Die Aufnahmeeinheit (3) umfasst zwei aneinander befestigbare Alkalimetallspannrahmen (3.1, 3.2) zum Einspannen von jeweils mindestens einem Alkalimetallkörper (5) und zumindest einen zwischen im aneinander befestigten Zustand der Alkalimetallspannrahmen (3.1, 3.2) zwischen den Alkalimetallkörpern (5) ausgebildeten Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Elektrode (2) und von zumindest zwei Vlieslagen. Weiterhin sind zumindest zwei Vlieslagen vorgesehen, wobei eine erste Vlieslage zu einer Anordnung zwischen der Elektrode (2) und einem ersten Alkalimetallkörper (5) im Aufnahmeraum und eine zweite Vlieslage zu einer Anordnung zwischen der Elektrode (2) und einem zweiten Alkalimetallkörper im Aufnahmeraum vorgesehen sind. Darüber hinaus ist ein Elektrolytbad (6) mit einer Elektrolytflüssigkeit zur Aufnahme der mit der Elektrode (2) und den zumindest zwei Vlieslagen befüllten Aufnahmeeinheit (3) und zum Eintauchen der befüllten Aufnahmeeinheit (3) in die Elektrolytflüssigkeit vorgesehen, sowie mindestens eine Energiequelle zur Beaufschlagung der Alkalimetallkörper (5) und der Elektrode (2) mit elektrischem Strom.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur elektrochemischen Einlagerung oder Abscheidung von Alkalimetallen in zumindest eine Elektrode (2) für Lithium-Schwefel-Batteriezellen.
The invention relates to a device (1) for the electrochemical incorporation or deposition of alkali metals in at least one electrode (2) for lithium-sulfur battery cells. The device (1) according to the invention comprises at least one receiving unit (3). The receiving unit (3) comprises two mutually attachable alkali metal clamping frame (3.1, 3.2) for clamping each at least one alkali metal body (5) and at least one between in the attached state of the alkali metal clamping frame (3.1, 3.2) between the alkali metal bodies (5) formed receiving space for receiving an electrode (2) and at least two nonwoven layers. Furthermore, at least two nonwoven layers are provided, wherein a first nonwoven layer is provided for an arrangement between the electrode (2) and a first alkali metal body (5) in the receiving space and a second nonwoven layer to an arrangement between the electrode (2) and a second alkali metal body in the receiving space , In addition, an electrolyte bath (6) with an electrolyte liquid for receiving the electrode (2) and the at least two nonwoven layers filled receiving unit (3) and for immersing the filled receiving unit (3) is provided in the electrolyte liquid, and at least one energy source for applying the alkali metal body (5) and the electrode (2) with electric current.
The invention further relates to a method for the electrochemical incorporation or deposition of alkali metals in at least one electrode (2) for lithium-sulfur battery cells.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Einlagerung oder Abscheidung von Alkalimetallen in zumindest eine Elektrode für Lithium-Schwefel-Batteriezellen.The invention relates to a device for the electrochemical incorporation or deposition of alkali metals in at least one electrode for lithium-sulfur battery cells.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur elektrochemischen Einlagerung oder Abscheidung von Alkalimetallen in zumindest eine Elektrode für Lithium-Schwefel-Batteriezellen. Die
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur elektrochemischen Einlagerung oder Abscheidung von Alkalimetallen in zumindest eine Elektrode für Lithium-Schwefel-Batteriezellen anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved device and an improved method for the electrochemical incorporation or deposition of alkali metals in at least one electrode for lithium-sulfur battery cells.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the device, the object is achieved by the features specified in claim 1 and in terms of the method by the features specified in
Die Vorrichtung ist zur elektrochemischen Einlagerung oder Abscheidung von Alkalimetallen in zumindest eine Elektrode für Lithium-Schwefel-Batteriezellen ausgebildet, wobei die Elektrode insbesondere eine lithiumhaltige Anode und/oder eine Schwefel-Kohlenstoff-Kathode ist. Die Vorrichtung umfasst erfindungsgemäß mindestens eine Aufnahmeeinheit. Die Aufnahmeeinheit umfasst zwei aneinander befestigbare Alkalimetallspannrahmen zum Einspannen von jeweils mindestens einem Alkalimetallkörper und zumindest einen zwischen im aneinander befestigten Zustand der Alkalimetallspannrahmen zwischen den Alkalimetallkörpern ausgebildeten Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Elektrode und von zumindest zwei Vlieslagen. Weiterhin sind zumindest zwei Vlieslagen vorgesehen, wobei eine erste Vlieslage zu einer Anordnung zwischen der Elektrode und einem ersten Alkalimetallkörper im Aufnahmeraum und eine zweite Vlieslage zu einer Anordnung zwischen der Elektrode und einem zweiten Alkalimetallkörper im Aufnahmeraum vorgesehen ist. Darüber hinaus ist ein Elektrolytbad mit einer Elektrolytflüssigkeit zur Aufnahme der mit der Elektrode und den zumindest zwei Vlieslagen befüllten Aufnahmeeinheit und zum Eintauchen der befüllten Aufnahmeeinheit in die Elektrolytflüssigkeit vorgesehen, sowie mindestens eine Energiequelle zur Beaufschlagung der Alkalimetallkörper und der Elektrode mit elektrischem Strom.The device is designed for the electrochemical storage or deposition of alkali metals in at least one electrode for lithium-sulfur battery cells, wherein the electrode is in particular a lithium-containing anode and / or a sulfur-carbon cathode. The device according to the invention comprises at least one receiving unit. The receiving unit comprises two mutually attachable alkali metal clamping frames for clamping each of at least one alkali metal body and at least one formed between in the attached state of the alkali metal clamping frame between the alkali metal bodies receiving space for receiving an electrode and at least two nonwoven layers. Furthermore, at least two nonwoven layers are provided, wherein a first nonwoven layer is provided for an arrangement between the electrode and a first alkali metal body in the receiving space and a second nonwoven layer to an arrangement between the electrode and a second alkali metal body in the receiving space. In addition, an electrolyte bath with an electrolyte liquid for receiving the filled with the electrode and the at least two nonwoven layers receiving unit and for immersing the filled receiving unit is provided in the electrolyte liquid, and at least one energy source for charging the alkali metal body and the electrode with electric current.
Durch die Vorrichtung ist es möglich, eine homogene Interkalation von Alkalimetallen über die gesamte Oberfläche einer Elektrode für Lithium-Schwefel-Batteriezellen zu erzielen. Ebenso ist eine Beladung der Elektrode mit verschiedenen Alkalimetallen steuerbar.By the device it is possible to achieve a homogeneous intercalation of alkali metals over the entire surface of an electrode for lithium-sulfur battery cells. Likewise, a loading of the electrode with different alkali metals is controllable.
In dem Verfahren zur elektrochemischen Einlagerung oder Abscheidung von Alkalimetallen in zumindest eine Elektrode, beispielsweise in eine lithiumhaltige Anode und/oder in eine Schwefel-Kohlenstoff-Kathode, für Lithium-Schwefel-Batteriezellen wird erfindungsgemäß in zwei aneinander befestigbare Alkalimetallspannrahmen einer Aufnahmeeinheit jeweils mindestens ein Alkalimetallkörper eingespannt. Zusätzlich wird auf einen ersten Alkalimetallkörper eine erste Vlieslage aufgebracht, auf die erste Vlieslage wird die Elektrode aufgebracht, auf die Elektrode wird eine zweite Vlieslage aufgebracht und der Alkalimetallspannrahmen mit einem zweiten Alkalimetallkörper wird auf die zweite Vlieslage aufgebracht. Darüber hinaus wird der Alkalimetallspannrahmen mit einem zweiten Alkalimetallkörper an dem weiteren Alkalimetallspannrahmen mit dem ersten Alkalimetallkörper befestigt. Zusätzlich wird die mit der Elektrode und den zumindest zwei Vlieslagen befüllte Aufnahmeeinheit in ein Elektrolytbad mit einer Elektrolytflüssigkeit eingeführt und in die Elektrolytflüssigkeit eingetaucht und die Alkalimetallkörper und die Elektrode werden mit elektrischem Strom derart beaufschlagt, dass Alkalimetallionen aus den Alkalimetallkörpern herausgelöst und in die Elektrode interkaliert werden.In the method for the electrochemical incorporation or deposition of alkali metals in at least one electrode, for example in a lithium-containing anode and / or in a sulfur-carbon cathode, for lithium-sulfur battery cells is according to the invention in two attachable to each other alkali metal clamping frame of a receiving unit at least one alkali metal body clamped. In addition, a first nonwoven layer is applied to a first alkali metal body, the electrode is applied to the first nonwoven layer, a second nonwoven layer is applied to the electrode and the alkali metal clamping frame with a second alkali metal body is applied to the second nonwoven layer. In addition, the alkali metal tenter with a second alkali metal body is attached to the other alkali metal tenter with the first alkali metal body. In addition, the accommodating unit filled with the electrode and the at least two nonwoven layers is introduced into an electrolyte bath with electrolytic liquid and immersed in the electrolytic liquid, and electric current is applied to the alkali metal bodies and the electrode so that alkali metal ions are leached out of the alkali metal bodies and intercalated into the electrode ,
Durch dieses Verfahren ist es möglich, dass eine homogene Interkalation von Alkalimetallen über die gesamte Oberfläche einer Elektrode, ebenso wie eine Beladung mit verschiedenen Alkalimetallen steuerbar ist. By this method, it is possible that a homogeneous intercalation of alkali metals over the entire surface of an electrode, as well as a loading with different alkali metals is controllable.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:
-
1 schematisch eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur elektrochemischen Einlagerung oder Abscheidung von Alkalimetallen in zumindest eine Elektrode, -
2 schematisch eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur elektrochemischen Einlagerung oder Abscheidung von Alkalimetallen in zumindest eine Elektrode und -
3 schematisch eine Darstellung einer Elektroden-Aufnahmeeinheit einer Vorrichtung gemäß2 .
-
1 1 is a schematic representation of a first embodiment of a device for the electrochemical incorporation or deposition of alkali metals into at least one electrode; -
2 schematically a representation of another embodiment of a device for electrochemical incorporation or deposition of alkali metals in at least one electrode and -
3 schematically a representation of an electrode-receiving unit of a device according to2 ,
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
In
Darüber hinaus ist an dem Alkalimetallspannrahmen
Eine Elektrode
Zusätzlich ist ein Elektrolytbad
Die Elektrode
Die zwischen dem Alkalimetallkörper
Durch eine Fixiervorrichtung können die zwei Alkalimetallspannrahmen
Das Elektrolytbad
In
In der dargestellten Ausführungsform sind mehrere Alkalimetallspannrahmen
In
In die Elektroden-Aufnahmeeinheit
In dem in
Durch die Anschlüsse
Die Federvorrichtungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungdevice
- 22
- Elektrodeelectrode
- 33
- Aufnahmeeinheitrecording unit
- 3.13.1
- AlkalimetallspannrahmenAlkali metal clamping frame
- 3.23.2
- AlkalimetallspannrahmenAlkali metal clamping frame
- 44
- Vorsprunghead Start
- 55
- AlkalimetallkörperAlkali metal body
- 66
- Elektrolytbadelectrolyte
- 77
- VentilValve
- 88th
- Elektroden-AufnahmeeinheitenElectrode receiving units
- 99
- Halterungholder
- 1010
- Federvorrichtungspring device
- 1111
- Anschlussconnection
- 1212
- Rahmenteilframe part
- 1313
- Verbindungsstegconnecting web
- 1414
- Rahmenteilframe part
- 1515
- Verbindungshakenconnecting hook
- 1616
- Verbindungsstäbeconnecting rods
- 1717
- AlkalimetallspannrahmenAlkali metal clamping frame
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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2018
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