DE102021132747A1

DE102021132747A1 - Batteriezelle sowie Batteriespeicher mit der Batteriezelle

Info

Publication number: DE102021132747A1
Application number: DE102021132747.4A
Authority: DE
Inventors: Roland Jung; Thomas Woehrle; Sebastian Scharner; Alexander Adam
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (10) mit einer von einem Zellengehäuse (12) umschlossenen Zellkammer (14), die einen Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid umfasst, wobei die Batteriezelle (10) eine der Zellkammer (14) zugeordnete Druckausgleichsvorrichtung (16) aufweist, wobei die Druckausgleichsvorrichtung (16) ein Additiv (18) zum Neutralisieren des Elektrolyten enthält und ein gasdurchlässiges Diffusorelement (20) umfasst, welches das Additiv (18) räumlich von der Zellkammer (14) trennt, wobei die Druckausgleichsvorrichtung (16) so ausgelegt ist, dass die Zellkammer (14) ab einem vorbestimmten Überdruck innerhalb der Zellkammer (14) geöffnet und der aus der Zellkammer (14) freigesetzte Elektrolyt mit dem Additiv (18) in Kontakt gebracht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle und einen Batteriespeicher mit der Batteriezelle.
Elektrochemische Zellen sind in vielen technischen Gebieten von großer Bedeutung. Beispielsweise werden elektrochemische Zellen häufig für mobile Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise für den Betrieb von Laptops, eBikes oder Mobiltelefonen. Ein Vorteil von elektrochemischen Zellen besteht darin, dass diese miteinander seriell bzw. parallel verschaltet werden können, um Batterien mit einer höheren Energie zu bilden. Derartige Batterien können in einem sogenannten Batteriespeicher zusammengefasst werden und sind unter anderem auch für Hochvoltanwendungen geeignet. Beispielsweise können Batteriespeicher den elektrischen Antrieb von Fahrzeugen ermöglichen oder als stationäre Energiespeicher genutzt werden.
Im Folgenden wird der Begriff „elektrochemische Zelle“ synonym für alle im Stand der Technik gebräuchlichen Bezeichnungen für wieder aufladbare galvanische Elemente verwendet, wie beispielsweise Zelle, Batterie, Batteriezelle, Akkumulator, Batterieakkumulator und Sekundärbatterie.
Eine elektrochemische Zelle ist in der Lage, beim Entladevorgang Elektronen für einen externen Stromkreis zur Verfügung zu stellen. Umgekehrt kann eine elektrochemische Zelle beim Ladevorgang mittels eines externen Stromkreises durch die Zufuhr von Elektronen geladen werden.
Eine elektrochemische Zelle hat mindestens zwei verschiedene Elektroden, eine positive (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode). Beide Elektroden stehen in Kontakt mit einem Separator, der ein elektrischer Isolator ist. Als Stand der Technik kommt zum Beispiel ein poröser Polyolefin-Separator zum Einsatz, der mit einer flüssigen Elektrolytzusammensetzung getränkt ist. Der Separator trennt die beiden Elektroden räumlich voneinander und verbindet beide Elektroden ionenleitend miteinander.
Die am gebräuchlichsten verwendete elektrochemische Zelle ist die Lithiumlonen-Zelle, auch Lithiumionen-Batterie genannt.
Lithiumionen-Zellen weisen typischerweise eine zusammengesetzte Anode auf, die sehr häufig aus einem kohlenstoffbasierten Anodenaktivmaterial besteht, typischerweise graphitischer Kohlenstoff, welcher in der Regel mit einem Elektrodenbinder auf eine metallische Kupferträgerfolie beschichtet wird. In der Regel besteht die Komposit-Kathode aus einem positiven Kathodenaktivmaterial, beispielsweise einem Schichtoxid, einem Binder und einem elektrischen Leitadditiv, welche z. B. auf einer gewalzten Aluminium-Kollektor-Folie aufgetragen sind. Das Schichtoxid besteht sehr häufig aus LiCoO₂ oder LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂.
Typischerweise weisen Lithiumionen-Batterien eine flüssige Elektrolytzusammensetzung auf, die beim Lade- und Entladevorgang den Ladungsausgleich zwischen der Kathode und der Anode gewährleistet. Der dazu nötige Stromfluss wird durch den Ionentransport eines Leitsalzes in der Elektrolytzusammensetzung erreicht. Bei Lithiumionen-Zellen ist das Leitsalz ein Lithium-Leitsalz (beispielsweise LiPF₆, LiBF₄).
Neben dem Lithium-Leitsalz enthalten Elektrolytzusammensetzungen ein Lösungsmittel, welches eine Dissoziation des Leitsalzes sowie eine ausreichende Mobilität der Lithiumionen ermöglicht. Aus dem Stand der Technik sind flüssige organische Lösungsmittel bekannt, die aus einer Auswahl von linearen und zyklischen Dialkylcarbonaten bestehen. In der Regel werden Mischungen von Ethylencarbonat (EC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Propylencarbonat (PC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) verwendet. Die hier genannten Lösungsmittel weisen jeweils einen spezifischen Stabilitätsbereich auf, in welchem diese stabil unter einer gegebenen Zellspannung arbeiten. Dieser Bereich ist auch als Spannungsfenster bekannt. Im Spannungsfenster kann die elektrochemische Zelle während des Betriebs stabil laufen. Bei einer Annäherung an die Grenzen des Spannungsfensters findet eine elektrochemische Oxidation oder Reduktion der Bestandteile der Elektrolytzusammensetzung statt. Man ist daher bestrebt, Elektrolyten zu verwenden, die eine höhere Stabilität gegenüber verschiedenen Zellspannungen aufweisen.
Eine Weiterentwicklung von Lithiumionen-Batterien mit einem organischen Elektrolyten stellen daher Lithiumionen-Batterien mit einem anorganischen Elektrolyten auf Basis des Lösungsmittels Schwefeldioxid dar. Im Stand der Technik sind verschiedene Ansätze für stabile Elektrolytzusammensetzungen auf Basis von Schwefeldioxid bekannt.
Die EP 1 201 004 B1 offenbart eine wieder aufladbare elektrochemische Zelle mit einem auf Schwefeldioxid basierenden Elektrolyten. Schwefeldioxid ist hierbei nicht als Zusatzstoff zugesetzt, sondern stellt den Hauptbestandteil als Lösemittel für das Leitsalz in der Elektrolytzusammensetzung dar. Daher soll es zumindest teilweise die Mobilität der Lithium-Ionen des Leitsalzes gewährleisteten, welche den Ionen-Transport zwischen den Elektroden bewirken. In den vorgeschlagenen Zellen wird Lithiumtetrachloroaluminat (LiAlCl₄) als lithiumhaltiges Leitsalz in Kombination mit einem Kathodenaktivmaterial aus einem Übergangs-Metalloxid verwendet, insbesondere einer Interkalationsverbindung wie beispielsweise Lithiumkobaltoxid (LiCoO₂). Durch die Zugabe eines Salzzusatzes, beispielsweise eines Alkalihalogenids wie Lithiumfluorid, Natriumchlorid oder Lithiumchlorid, zur schwefeldioxidhaltigen Elektrolytzusammensetzung wurden funktionierende und wieder aufladbare Zellen erhalten.
Die EP 2534719 B1 beschreibt eine wieder aufladbare Lithium-Batteriezelle mit einem auf Schwefeldioxid basierenden Elektrolyten in Kombination mit Lithiumeisenphosphat (LFP) als Kathodenaktivmaterial. Als bevorzugtes Leitsalz wurde Lithiumtetrachloroaluminat in der Elektrolytzusammensetzung verwendetet. In Versuchen mit Zellen auf Grundlage dieser Komponenten konnte eine hohe elektrochemische Beständigkeit der Zellen nachgewiesen werden.
Die WO 2015/043573 A2 beschreibt eine wieder aufladbare elektrochemische Batteriezelle mit einem Gehäuse, einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem Elektrolyt, der Schwefeldioxid und ein Leitsalz enthält, wobei mindestens eine der Elektroden einen Binder enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Binder A, welcher aus einem Polymer besteht, das aus monomeren Struktureinheiten einer konjugierten Carbonsäure oder aus dem Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumsalz dieser konjugierten Carbonsäure oder aus seiner Kombination daraus aufgebaut ist, und Binder B, welcher aus einem Polymer besteht, das auf monomeren Styrol- und Butadien-Struktureinheiten basiert oder einer Mischung aus Binder A und B.
In der WO 2021/019042 A1 werden wieder aufladbare Batteriezellen mit einem aktiven Metall, einem Schichtoxid als Kathodenaktivmaterial und einem schwefeldioxidhaltigen Elektrolyten beschrieben. Aufgrund der schlechten Löslichkeit vieler gängiger Lithium-Leitsalze in Schwefeldioxid wurde in den Zellen ein Leitsalz der Formel M⁺[Z(OR)₄]^- verwendet, worin M ein Metall darstellt, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetall, Erdalkalimetall und einem Metall der 12. Gruppe des Periodensystems, und R ein Kohlenwasserstoffrest ist. Die Alkoxygruppen -OR sind jeweils einbindig an das Zentralatom gebunden, welches Aluminium oder Bor sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Zellen ein perfluoriertes Leitsalz der Formel Li⁺[Al(OC(CF₃)₃)₄]^-. Zellen bestehend aus den beschriebenen Komponenten zeigen in experimentellen Studien eine stabile elektrochemische Leistung. Zudem weisen die Leitsalze, insbesondere das perfluorierte Anion, eine überraschende Hydrolysestabilität auf. Ferner sollen die Elektrolyte bis zu einem oberen Potential von 5,0 V oxidationsstabil sein. Es wurde weiter gezeigt, dass Zellen mit den offenbarten Elektrolyten bei tiefen Temperaturen von bis zu -41°C entladen bzw. geladen werden können.
Ferner offenbart die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2021 118 811.3 eine flüssige Elektrolytzusammensetzung auf Basis von Schwefeldioxid für eine elektrochemische Zelle. Die Elektrolytzusammensetzung umfasst die folgenden Komponenten: A) Schwefeldioxid; B) mindestens ein Salz, wobei das Salz einen anionischen Komplex mit mindestens einem zweizähnigen Liganden enthält. Das Gegenion des anionischen Komplexes ist ein Metallkation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Metallen der 12. Gruppe des Periodensystems. Das Zentralion Z des Komplexes ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und Bor. Der zweizähnige Ligand bildet mit dem Zentralion Z und mit zwei an dem Zentralion Z und den Brückenrest gebundenen Sauerstoffatomen einen Ring aus, wobei der Ring eine durchgehende Sequenz von 2 bis 5 Kohlenstoffatomen enthält. Darüber hinaus wurde eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Lithiumionen-Zelle, mit der oben genannten Elektrolytzusammensetzung vorgeschlagen.
Darüber hinaus sind Zellen mit einem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid aus der EP 3 703 161 A1 , EP 2 227 838 B1 , EP 2 742 551 B1 , EP 3 771 011 A2 , WO 2005 / 031908 A2 und WO 2014 / 121803 A1 bekannt, auf die hier Bezug genommen wird.
Im Falle eines mechanischen, elektrischen oder thermischen Defekts der Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionenzelle mit einer Elektrolytzusammensetzung auf Basis von Schwefeldioxid, kann es zu einer Zellöffnung und damit zur Freisetzung von Elektrolytbestandteilen aus der Zelle kommen, insbesondere von gasförmigen Elektrolytbestandteilen wie Schwefeldioxid.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Beschädigung einer Zelle mit einem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid, einen Übertritt des Elektrolyten in die Umgebung zu verhindern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Batteriezelle mit einer Druckausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batteriezelle sind in den Unteransprüchen und den Figuren angegeben, die wahlweise miteinander kombiniert werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Batteriezelle mit einer von einem Zellengehäuse umschlossenen Zellkammer, die einen Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid umfasst, wobei die Batteriezelle eine der Zellkammer zugeordnete Druckausgleichsvorrichtung aufweist, wobei die Druckausgleichsvorrichtung ein Additiv zum Neutralisieren des Elektrolyten enthält und ein gasdurchlässiges Diffusorelement umfasst, welches das Additiv räumlich von der Zellkammer trennt, wobei die Druckausgleichsvorrichtung so ausgelegt ist, dass die Zellkammer ab einem vorbestimmten Überdruck innerhalb der Zellkammer geöffnet und der aus der Zellkammer freigesetzte Elektrolyt mit dem Additiv in Kontakt gebracht wird.
Üblicherweise befindet sich während des Betriebs einer Batteriezelle der flüssige Elektrolyt auf Basis von Schwefeldioxid innerhalb einer Zellkammer der Batteriezelle. Umwelteinflüsse oder interne Faktoren können eine Batteriezelle mit einem solchen Elektrolyten beschädigen. Eine Beschädigung der Batteriezelle führt dazu, dass der bisher flüssige Elektrolyt in die Gasphase überführt wird. Somit reichert sich der Elektrolyt auf Basis von Schwefeldioxid in der von einem Zellengehäuse umschlossenen Zellkammer der Batteriezelle an. In der Zellkammer entsteht ein Überdruck, der die Batteriezelle weiter beschädigen oder sogar öffnen kann, wodurch gasförmige Elektrolytbestandteile, insbesondere Schwefeldioxid, in die Umgebung der Batteriezelle freisetzt werden.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken eine Batteriezelle bereitzustellen, welche im Falle einer Beschädigung der Zelle durch eine Druckausgleichsvorrichtung kontrolliert geöffnet werden kann, sodass die freigesetzten gasförmigen Elektrolytbestandteile durch ein Diffusorelement von den flüssigen Elektrolytbestandteilen separiert und mit einem Additiv in Kontakt gebracht werden können. Das Additiv dient dazu, die gasförmigen Elektrolytbestandteile, insbesondere Schwefeldioxid, zu neutralisieren und den damit verbundenen Überdruck in der Zellkammer der Batteriezelle zu reduzieren. Auf diese Weise kann ein Übertritt des Elektrolyten in die Umgebung verhindert werden.
Erfindungsgemäß umfasst die Druckausgleichsvorrichtung ein gasdurchlässiges Diffusorelement, welches das Additiv räumlich von der Zellkammer trennt. Zudem ist die Druckausgleichsvorrichtung strömungsmäßig mit der Zellkammer verbunden, so dass aus der Zellkammer austretender gasförmiger Elektrolyt mit dem neutralisierenden Additiv in Kontakt gebracht werden kann.
In diesem Zusammenhang und im Folgenden wird unter dem Begriff „strömungsmäßig“ ein Gasstrom verstanden.
Somit kann ein freier Gasaustausch zwischen der Zellkammer und dem Additiv gewährleistet werden, sobald die Zellkammer geöffnet ist. Ein in der Zellkammer freigesetzter Elektrolyt kann daher auf einfache Weise durch das gasdurchlässige Diffusorelement hindurchtreten und in der Druckausgleichsvorrichtung mit dem Additiv umgesetzt und so neutralisiert werden.
Im Sinne der Erfindung wird unter Neutralisierung des Elektrolyten eine chemische Neutralisierung verstanden, welche die Elektrolytbestandteile in chemisch unbedenklichere, bevorzugt nicht-toxische, und chemisch beständigere Verbindungen als Schwefeldioxid überführt.
Die Batteriezelle kann für mobile oder stationäre Anwendungen genutzt werden.
Die Batteriezelle kann beispielsweise in einem Fahrzeug verbaut sein und den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs ermöglichen. Typischerweise ist die Batteriezelle mit weiteren baugleichen Batteriezellen in einem sogenannten Batteriespeicher angeordnet. Ein Batteriespeicher mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle ermöglicht insbesondere den elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs.
Die erfindungsgemäße Batteriezelle ist nicht auf mobile Anwendungen wie Fahrzeuge beschränkt und kann auch für den stationären Betrieb genutzt werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Batteriezelle zum Speichern von Energie aus Solaranlagen oder Windparks verwendet werden.
Unter Batteriezelle wir eine elektrochemische Zelle mit einem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid verstanden. Vorzugsweise ist die Batteriezelle eine Lithiumionen-Zelle.
Die Erfindung ist in Bezug auf die Elektrolytzusammensetzung auf Basis von Schwefeldioxid nicht weiter eingeschränkt. Es können daher alle im Stand der Technik üblichen Elektrolytzusammensetzungen auf Basis von Schwefeldioxid verwendet werden.
Insbesondere wird unter einem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid eine flüssige Elektrolytzusammensetzung verstanden, die als Bestandteil Schwefeldioxid enthält. Das Schwefeldioxid kann in der Elektrolytzusammensetzung in flüssiger oder gebundener Form oder in einem Komplex vorliegen. Insbesondere wird unter einem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid eine flüssige Elektrolytzusammensetzung verstanden, die als Bestandteil Schwefeldioxid enthält. Geeignete Beispiele für derartige Elektrolytzusammensetzungen sind aus der EP 1 201 004 B1 , EP 2534719 B1 , WO 2015/043573 A2 , WO 2021/019042 A1 , EP 3 703 161 A1 , EP 2 227 838 B1 , EP 2 742 551 B1 , EP 3 771 011 A2 , WO 2005 / 031908 A2 und WO 2014/ 121803 A1 sowie aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2021 118 811.3 bekannt, auf die hier Bezug genommen wird.
In Bezug auf das Diffusorelement ist die Erfindung grundsätzlich nicht weiter eingeschränkt. Es können alle im Stand der Technik üblichen Diffusorelemente verwendet werden, solange diese gasdurchlässig ausgelegt sind. Vorzugsweise werden Diffusorelemente verwendet, die ab einem vorbestimmten Überdruck gasdurchlässig sind.
Bevorzugt ist das Diffusorelement auch flüssigkeitsdicht.
Das Diffusorelement kann insbesondere ein poröses Material sein. Bevorzugt ist das poröse Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gläsern, Keramiken, Metallen, Polymeren und Zeolithen sowie Kombinationen davon.
Geeignete Beispiele für Gläser umfassen insbesondere Borosilikatgläser.
Als Keramiken können alle im Stand der Technik üblichen Keramiken verwendet werden.
Als Metalle können beispielsweise Aluminium, Edelstahl, Kupfer, Eisen, Titan oder Legerungen davon verwendet werden.
Geeignete Polymere umfassen Polysulfone, Polyethersulfone, Cellulose, Silikone, Polyamide, Polyamidimid, Polycarbonate, Polyacrylnitril, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid und Polyvinylchlorid sowie Kombinationen davon.
Als Zeolithe können alle gängigen Zeolithe aus dem Stand der Technik verwendet werden.
Bevorzugt ist das poröse Material eine Fritte bestehend aus einem porösen Glas oder einer porösen Keramik.
Vorzugsweise ist das poröse Material makroporös und weist einen Porendurchmesser von 1-500 µm auf, bevorzugt 100-250 µm, besonders bevorzugt 100-160 µm.
Der technische Vorteil der oben vorgeschlagenen Materialien besteht darin, dass diese kostengünstig, nicht toxisch sowie beliebig verfügbar sind.
Darüber hinaus ermöglicht ein solch poröses Material die effiziente Trennung zwischen flüssigen und gasförmigen Elektrolytbestandteile, sodass nur gasförmige Elektrolytbestandteile durch das Diffusorelement hindurchtreten und mit dem Additiv Kontakt treten können. Gleichzeitig kann das Additiv von der Zellkammer getrennt werden.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Additiv eine Base und liegt bevorzugt in flüssiger Form vor.
In Bezug auf die Base ist die Erfindung nicht weiter eingeschränkt. Generell können alle im Stand der Technik üblichen Basen für das Additiv verwendet werden.
Beispielsweise kann die Base ein poröser Naturkalk sein.
Vorzugsweise ist die Base ausgewählt aus der Gruppe der Carbonate, Hydrogencarbonate, Oxide, Hydroxide und organische Amine oder Amide sowie Kombinationen davon.
Als Carbonate werden insbesondere Metallcarbonate eingesetzt, vorzugsweise Alkali und Erdalkalimetallcarbonate. Geeignete Beispiele für Carbonate sind Bariumcarbonat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat und Zinkcarbonat sowie Kombinationen davon.
Als Hydrogencarbonate werden insbesondere Metallhydrogencarbonate eingesetzt, vorzugsweise Alkali- und Erdalkalimetallhydrogencarbonate. Geeignete Beispiele für Hydrogencarbonate umfassen Calciumhydrogencarbonat, Magnesiumhydrogencarbonat, Bariumhydrogencarbonat, Strontiumhydrogencarbonat, Natriumhydrogencarbonat und Kaliumhydrogencarbonat sowie Kombinationen davon.
Als Oxide können insbesondere Metalloxide verwendet werden, vorzugsweise Alkali- und Erdalkalimetalloxide. Geeignete Beispiele für Oxide umfassen Lithiumoxid, Natriumoxid, Kaliumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid und Bariumoxid sowie Kombinationen davon.
Als Hydroxide werden insbesondere Metallhydroxide eingesetzt, vorzugsweise Alkali- Erdalkalimetallhydroxide. Beispiele für Hydroxide umfassen insbesondere Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid, Bariumhydroxid, Strontiumhydroxid und Zinkhydroxid sowie Kombinationen davon.
Ferner kann das Additiv Wasser umfassen. Die Base liegt also in einer wässrigen Lösung vor. Vorzugsweise ist die Base in der wässrigen Lösung gelöst.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist die wässrige Lösung eine von der Base gesättigte Lösung. Aufgrund des hohen Basengehalts, weisen die gesättigten Lösungen eine besonders hohe lonenkonzentration auf. Vorzugsweise entspricht die lonenkonzentration (Basenkonzentration) dem Löslichkeitsprodukt der jeweiligen Base. Aufgrund dessen bleiben die Lösungen auch unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser flüssig. Die gesättigten Lösungen eignen sich somit insbesondere für den Betrieb oder den Einsatz in einem Fahrzeug.
Besonders bevorzugt umfasst das Additiv eine gesättigte wässrige Lösung von Natriumcarbonat, weiter bevorzugt eine wässrige Lösung von Kaliumcarbonat oder Kombinationen davon.
Das Bereitstellen einer Base in einer wässrigen Lösung ermöglicht die chemische Neutralisation des Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid in Form einer Säure-Base-Neutralisation. Das in dem Elektrolyten enthaltene Schwefeldioxid löst sich insbesondere gut in Wasser und kann daher vom Additiv besonders effizient aufgenommen werden. Hierbei beträgt die Löslichkeit von Schwefeldioxid in Wasser 112,7 g/L bei 20 °C. In Wasser reagiert Schwefeldioxid zu schwefliger Säure, die wiederum in einer chemischen Neutralisationsreaktion mit der vorliegenden Base reagieren kann. Die Base kann daher das in der wässrigen Lösung gelöste Schwefeldioxid, insbesondere in Form von schwefliger Säure, in beständigere und vorzugsweise nicht-toxische chemische Verbindungen überführen. Beispielsweise kann Schwefeldioxid durch Carbonate in beständige Sulfite, Sulfate und/oder Hydrogensulfite überführt werden.
Darüber hinaus ist die eingesetzte Base nicht toxisch, gut in Wasser löslich und beliebig verfügbar. Zudem stellt die Base in einer wässrigen Lösung eine Flüssigkeit dar, die sich kostengünstig lagern und im Bedarfsfall auf einfache Weise freisetzen lässt.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Additiv in einer wässrigen Lösung vor und umfasst neben der Base mindestens ein Schaummittel.
In Bezug auf das Schaummittel ist die Erfindung nicht weiter eingeschränkt. Es können alle im Stand der Technik üblichen Schaummittel verwendet werden.
Als Schaummittel können unter anderem Proteinschäume, Fluorproteinschäume, wasserfilmbildende Proteinschaummittel, Mehrbereichsschaummittel und alkoholbeständige Schaummittel verwendet werden.
Vorzugsweise ist das schaumbildende Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ionogenen Tensiden, Saponinen und Eiweißstoffen sowie Kombinationen davon.
Geeignete Beispiele für Schaummittel umfassen Alkylbenzolsulfonat, Fettalkoholpolyglycolethersulfate, Alkansulfonate, Alkylethercarboxylate, Betaine, Fettsäuresulfoalkylamide, Fettsäuresulfoalkylester, Natriumlaurylsulfoacetat, Natriumlauroylsarkosinat, Natriumlaurylethersulfat, Natriumdodecylsulfat, Kokosfettsäuremonoglyceridsulfat, Docusat-natrium, Natriumlaurylsulfoacetat, Natriumlauroylsarcosinat und Natriumdodecylsulfat sowie Kombinationen davon.
Die vorgeschlagenen Schaummittel weisen den technischen Vorteil auf, dass diese kostengünstig, beliebig verfügbar und gut mit Wasser mischbar sind.
Das Additiv kann 0,1 - 6 Gew.-% des Schaummittels umfassen, bevorzugt 4 - 6 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 - 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Additivs.
Der technische Vorteil bei der Verwendung eines Schaums besteht insbesondere darin, dass der Schaum den austretenden Elektrolyten fixieren kann. Einzelne Bestandteile des Elektrolyten können sich sorptiv an die Blasenhaut des Schaums anlagern und sind somit an dem Schaum gebunden. Ebenso können Elektrolytbestandteile in den Blasen des Schaums eingelagert werden. In beiden Fällen kann der austretende Elektrolyt in seiner Bewegung eingeschränkt und schnell fixiert werden. Darüber hinaus kann der so fixierte Elektrolyt aufgrund der chemischen Beschaffenheit des Schaums selbst neutralisiert werden. Genauer gesagt kann der Elektrolyt mit den Schaumbestandteilen eine chemische Reaktion eingehen, wodurch der Elektrolyt neutralisiert und in chemisch beständigere Verbindungen überführt werden kann. Da der Schaum den Elektrolyten auch gleichzeitig fixiert, kann eine besonders vollständige und effiziente Neutralisation des Elektrolyten stattfinden.
Ferner kann das schaumbildende Additiv weitere Zusatzstoffe umfassen.
Geeignete Beispiele für Zusatzstoffe umfassen Erdalkalimetallchloride, Flammschutzmittel, höhere Alkohole, Korrosionsschutzmittel und Harnstoff. Höhere Alkohole sind insbesondere gesättigte, ein bis dreiwertige Alkohole mit zwei bis 12 C-Atomen, wobei die höheren Alkohole primär, sekundär oder tertiär angeordnete Hydroxylgruppen aufweisen können.
Besonders bevorzugt wird Kalziumchlorid als Erdalkalichlorid verwendet.
Die Zugabe von Kalziumchlorid erzielt den technischen Vorteil, dass die Schwefeldioxidabsorption durch Reaktion zum unlöslichen Kalziumsulfit erhöht wird.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Druckausgleichsvorrichtung eine das Additiv enthaltende Reaktionskammer, wobei das Diffusorelement die Reaktionskammer und die Zellkammer räumlich voneinander trennt und strömungsmäßig miteinander verbindet.
Die Bereitstellung einer Reaktionskammer ermöglicht es, das Additiv separat von den in der Zellkammer befindlichen Elektrolytbestandteilen auf Basis von Schwefeldioxid aufzubewahren. Zugleich stellt die Reaktionskammer einen definierten Raum bereit, in dem eine kontrollierte Neutralisierung zwischen dem Additiv und den gasförmigen Elektrolytbestandteilen stattfinden kann. Auf diese Weise kann die Neutralisierung räumlich getrennt von der Zellkammer erfolgen. Andere Komponenten der Batteriezelle, wie beispielsweise Kathode, Anode und Separator können zudem vor Kontakt mit dem Additiv geschützt werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Diffusorelement und der Zellkammer ein Sicherheitsverschluss angeordnet, der die Reaktionskammer und die Zellkammer gasdicht voneinander trennt und dazu eingerichtet ist, sich ab einem bestimmten Überdruck innerhalb der Zellkammer zu öffnen und die Reaktionskammer mit der Zellkammer strömungsmäßig zu verbinden.
Das Bereitstellen eines Sicherheitsverschlusses bietet den technischen Vorteil, dass die Neutralisierung zwischen dem Additiv und den freigesetzten Elektrolytbestandteilen erst ab einem vorbestimmten Überdruck innerhalb der Zellkammer eintritt.
Durch die Wahl des vorbestimmten Überdrucks und die damit verbundene Auslegung des Sicherheitsverschlusses, kann zudem im Vorhinein definiert werden, wann ein gasförmiger Elektrolyt aus der Zellkammer in die Reaktionskammer freigesetzt wird. Somit lässt sich eine kontrollierte Öffnung der Zellkammer erreichen.
Da der Sicherheitsverschluss sowohl gasdicht, als auch flüssigkeitsdicht ausgelegt ist, kann das Additiv komplett isoliert von der Zellkammer aufbewahrt werden. Auf diese Weise können ungewollte Zwischenreaktionen zwischen dem in der Batteriezelle befindlichen Elektrolyt und dem Additiv verhindert werden.
In einer Variante der Erfindung umfasst die Druckausgleichsvorrichtung einen zweiten Sicherheitsverschluss, der eine Öffnung der Reaktionskammer zur Umgebung der Zelle verschließt, wobei der zweite Sicherheitsverschluss ab einem bestimmten Überdruck innerhalb der Reaktionskammer öffnet.
Wenn nahezu der komplette in der Zellkammer befindliche Elektrolyt in die Gasphase übergeht, so kann der Fall eintreten, dass das in der Reaktionskammer aufbewahrte Additiv nicht ausreicht, um den kompletten gasförmig gewordenen Elektrolyten zu neutralisieren. Hieraus kann ein Überdruck in der Reaktionskammer entstehen, der nicht durch das Additiv kompensiert werden kann. Dieser Überdruck kann dann durch den zweiten Sicherheitsverschluss kontrolliert in die Umgebung der Batteriezelle abgeleitet werden.
Darüber hinaus kann es auch zu einem Überdruck kommen, weil die Neutralisationsreaktion zwischen dem Additiv und den Elektrolytbestandteilen ebenfalls gasförmige Bestandteile ergibt. Beispielsweise kann aus der Neutralisierungsreaktion unter anderem Kohlenstoffdioxid und Wasser entstehen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der erste und/oder zweite Sicherheitsverschluss als Berstscheibe, Berstmembran oder als Überdruckventil ausgebildet.
Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass eine Batteriezelle mit einem oben genannten Sicherheitsverschluss vollkommen passiv arbeitet. Eine solche Batteriezelle benötigt keine äußere Energiezufuhr, um funktionsfähig zu sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Sicherheitsverschluss einen höheren Öffnungsdruck als der erste Sicherheitsverschluss auf.
Auf diese Weise lassen sich die beiden Sicherheitsverschlüsse sequentiell nacheinander öffnen. Ein in der Zellkammer entstehender Überdruck öffnet den ersten Sicherheitsverschluss, worauf gasförmige Elektrolytbestandteile in die Reaktionskammer gelangen können und mit dem dortigen Additiv in einer Neutralisierungsreaktion reagieren können. Wächst der Überdruck innerhalb der Batteriezelle, insbesondere in der Reaktionskammer, weiter an, so kann auch der zweite Sicherheitsverschluss geöffnet werden. Hier ist es insbesondere von Vorteil, dass der zweite Sicherheitsverschluss einen höheren Öffnungsdruck als der erste Sicherheitsverschluss aufweist, da dieser aufgrund der in der Reaktionskammer stattfindenden Neutralisierung höheren Drücken standhalten muss.
Ferner betrifft die Erfindung einen Batteriespeicher mit einem Speichergehäuse, wobei der Batteriespeicher wenigstens eine erfindungsgemäße Batteriezelle enthält, die innerhalb des Speichergehäuses angeordnet ist.
Der Batteriespeicher kann beispielsweise in einem Fahrzeug verbaut sein und den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs ermöglichen. Selbstverständlich können auch mehrere Batteriespeicher in einem solchen Fahrzeug verbaut werden. Erfindungsgemäß ist mit einem Batteriespeicher ein Speichergehäuse gemeint, in dessen Innenraum wenigstens eine Batteriezelle angeordnet ist, bevorzugt mehrere Batteriezellen. Die Batteriezellen können in dem Speichergehäuse miteinander verschaltet sein, um eine höhere Energie bereitzustellen.
Der Einsatz des Batteriespeichers ist nicht auf mobile Anwendungen wie Fahrzeuge beschränkt und kann auch für den stationären Betrieb genutzt werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Batteriezelle zum Speichern von Energie aus Solaranlagen oder Windparks verwendet werden. Durch die Bereitstellung eines Batteriespeichers mit einem Speichergehäuse wird zudem ein Innenraum bereitgestellt, in dem ein in einer Batteriezelle aufgebauter Überdruck kontrolliert eingeleitet werden kann. Mit anderen Worten stellt das Speichergehäuse eine weitere Barriere zwischen der Batteriezelle und der Umgebung dar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Batteriezelle mit einer Druckausgleichsvorrichtung;
- 2 in einer schematischen Querschnittsansicht die Batteriezelle aus 1; und
- 3 in einer schematischen Darstellung einen Batteriespeicher mit mehreren erfindungsgemäßen Batteriezellen gemäß 1.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 10.
Die Batteriezelle 10 umfasst eine Zellkammer 14 und eine Druckausgleichsvorrichtung 16, wobei die Druckausgleichsvorrichtung 16 der Zellkammer 14 zugeordnet ist.
Die Zellkammer 14 weist eine zylindrische Form mit einer Längsrichtung auf.
Die Zellkammer 14 wird seitlich durch eine Zylinderwand 13 begrenzt. Zudem weist die Zellkammer 14 einen Boden 15 und einen Deckel 17 auf, die gegenüberliegend angeordnet sind und die Zellkammer 14 in Längsrichtung begrenzen. Der Boden 15 und der Deckel 17 sind jeweils mit der Zylinderwand 13 gasdicht verbunden, insbesondere verschweißt.
Somit ist die Zellkammer 14 in Längsrichtung durch zwei gegenüberliegend angeordnete Enden in Form eines Deckels 17 und eines Bodens 15 sowie seitlich durch die Zylinderwand 13 begrenzt. Die Zellkammer 14 ist somit gasdicht geschlossen.
Die Zellkammer 14 enthält mindestens einen Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid (hier nicht gezeigt). Darüber hinaus kann die Zellkammer 14 auch weitere Bestandteile aufweisen, die für den Betrieb einer Batterie, insbesondere einer Lithium-lonenbatterie, benötigt werden. Beispielsweise kann die Zellkammer eine Kathode, eine Anode, und einen Separator aufweisen. Die Erfindung ist in Bezug auf die Kathode, Anode oder den Separator nicht eingeschränkt. Prinzipiell können alle im Stand der Technik bekannten Anoden, Kathoden, Separatoren in einer solchen Batteriezelle 10 verwendet werden. Insbesondere können in der Batteriezelle 10 mehrere der oben genannten Bestandteile vorhanden sein. Darüber hinaus kann auch die Anordnung der oben genannten Bestandteile beliebig sein. Beispielsweise können die Bestandteile gewickelt oder aber gestapelt vorliegen.
An dem Deckel 17 ist proximal von der Zylinderwand 13 aus eine Druckausgleichsvorrichtung 16 angeordnet. Die Druckausgleichsvorrichtung 16 ist dazu ausgelegt, dass die Zellkammer 14 ab einem vorbestimmten Überdruck innerhalb der Zellkammer 14 geöffnet und ein aus der Zellkammer 14 freigesetzter Elektrolyt in die Druckausgleichsvorrichtung 16 eintreten kann.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Druckausgleichsvorrichtung 16 aus 1.
Die Druckausgleichsvorrichtung 16 umfasst eine Reaktionskammer 22, die mit der Zellkammer 14 strömungsmäßig verbunden ist. Insbesondere wird die Zellkammer 14 von der Reaktionskammer 22 durch ein zwischen der Reaktionskammer 22 und der Zellkammer 14 angeordnetes gasdurchlässiges Diffusorelement 20 räumlich getrennt.
Das Diffusorelement 20 ist vorzugsweise flüssigkeitsabweisend beziehungsweise flüssigkeitsdicht gestaltet. Beispielsweise kann das Diffusorelement 20 ein poröses Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gläsern, Keramiken, Metallen, Polymeren und Zeolithen, sowie Kombinationen davon. Besonders bevorzugt ist das Diffusorelement 20 eine Fritte, die aus einem porösen Glas oder einer porösen Keramik gefertigt ist. Wahlweise kann das Diffusorelement 20 mit einer hydrophoben Oberflächenbeschichtung (hier nicht dargestellt) zur Innenseite des Reaktionskammer 22 hin versehen sein. Als Beschichtungsmaterialien bieten sich hydrophobe Materialien wie beispielsweise Siloxane oder Wachse an.
Zwischen dem Diffusorelement 20 und der Zellkammer 14 ist in erster Sicherheitsverschluss 24 angeordnet, der die Druckausgleichsvorrichtung 16 gasdicht verschließt.
Der erste Sicherheitsverschluss 24 ist vorzugsweise als Berstscheibe, Berstmembran oder als Überdruckventil ausgebildet. Zudem ist der erste Sicherheitsverschluss 24 dazu eingerichtet, ab einem bestimmten Überdruck innerhalb der Zellkammer 14 die Reaktionskammer 22 mit der Zellkammer 14 strömungsmäßig zu verbinden.
Zwischen dem Diffusorelement 20 und dem ersten Sicherheitsverschluss 24 eröffnet sich ein Zwischenraum 36, der sich innerhalb der Druckausgleichsvorrichtung 16 befindet.
Die Reaktionskammer 22 weist stirnseitig eine Öffnung 28 auf, die von einem zweiten Sicherheitsverschluss 26 verschlossen ist.
Der zweite Sicherheitsverschluss 26 kann als eine Berstscheibe, Berstmembran oder ein Überdruckventil ausgeführt sein. Insbesondere ist der zweite Sicherheitsverschluss 26 dazu ausgebildet, ab einem bestimmten Überdruck innerhalb der Reaktionskammer 22, diese mit der Umgebung der Batteriezelle 10 strömungsmäßig zu verbinden. Somit kann der zweite Sicherheitsverschluss 26 ab einem bestimmten Überdruck geöffnet werden. Ferner weist der zweite Sicherheitsverschluss 26 einen höheren Öffnungsdruck als der erste Sicherheitsverschluss 24 auf.
In der Reaktionskammer 22 befindet sich das Additiv 18 in einer wässrigen Lösung.
Das Additiv 18 umfasst mindestens eine Base, wobei die Base ausgewählt ist aus der Gruppe der Carbonate, Hydrogencarbonate, Oxide, Hydroxide und organische Amine oder Amide sowie Kombinationen davon.
Ferner kann das Additiv 18 in einer wässrigen Lösung vorliegen und mindestens ein Schaummittel umfassen.
Das Schaummittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend ionogenen Tensiden, Saponine und Eiweißstoffen sowie Kombinationen davon.
Zudem kann das Additiv 18 noch weitere Zusatzstoffe enthalten. Geeignete Beispiele für Zusatzstoffe umfassen Erdalkalimetallchloride, Flammschutzmittel, höhere Alkohole, Korrosionsschutzmittel und Harnstoffe.
Nachfolgend wird der Mechanismus einer Neutralisation in Folge eines aus einer Batteriezelle 10 austretenden Elektrolyten beschrieben.
Wird ein Elektrolyt auf Basis von Schwefeldioxid innerhalb der Zellkammer 14 freigesetzt, so baut sich in der Batteriezelle 10 ein Überdruck auf. Ab einem bestimmten Überdruck innerhalb der Zellkammer 14 öffnet der erste Sicherheitsverschluss 24, sodass der Überdruck in den Zwischenraum 36 abgelassen wird.
Die sich nun im Zwischenraum 36 befindlichen gasförmigen Elektrolytbestandteile auf Basis von Schwefeldioxid können über das Diffusorelement 20 in die Reaktionskammer 22 mit dem Additiv 18 gelangen.
In der Reaktionskammer 22 erfolgt eine chemische Neutralisierung zwischen dem Additiv 18 und den gasförmigen Elektrolytbestandteilen auf Basis von Schwefeldioxid. Diese können innerhalb der Reaktionskammer 22 in chemisch beständigere Verbindungen überführt werden. Auf diese Weise kann ein Übertreten des Elektrolyten in die Umgebung der Batteriezelle 10 verhindert werden.
Liegt im Additiv 18 zusätzlich ein Schaummittel vor, so bildet sich beim In-Kontakt-Bringen des Additivs 18 mit den gasförmigen Elektrolytbestandteilen ein Schaum.
Ist die chemische Neutralisierung nicht ausreichend, um den Überdruck in der Batteriezelle 10 vollständig abzubauen und steigt dieser weiter an, so kann der zweite Sicherheitsverschluss 26 geöffnet werden. In diesem Fall kann der in der Druckausgleichsvorrichtung 16 angestaute Überdruck in die Umgebung der Batteriezelle 10 entlassen werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriespeichers 30 mit mehreren Batteriezellen 10, gemäß 1.
Der Batteriespeicher 30 umfasst ferner ein Speichergehäuse 38.
Das Speichergehäuse 38 weist einen Innenraum 32 auf, in dem wenigstens eine Batteriezelle 10 gemäß 1 angeordnet ist. Es können aber auch mehrere Batteriezellen 10 in dem Innenraum 32 angeordnet sein. Zudem kann die Anordnung der Batteriezellen 10 innerhalb des Speichergehäuses 38 beliebig sein. Sind mehrere Batteriezellen 10 vorhanden, so können diese miteinander verschaltet sein (hier nicht gezeigt), um so eine höhere Energie des Batteriespeichers 30 bereitzustellen.
Ferner weist das Speichergehäuse 38 ein Druckregelventil 34 auf, das in einer Wandung des Speichergehäuses 38 angeordnet ist.
Im Falle eines freigesetzten Elektrolyten innerhalb einer Batteriezelle 10 kann die Druckausgleichsvorrichtung 16 den Überdruck in dieser Zelle abbauen. Reicht die Druckausgleichsvorrichtung 16 nicht aus, um den Überdruck innerhalb der Batteriezelle 10 abzubauen, so kann der angestaute Überdruck der Zelle in den Innenraum 32 des Batteriespeichers 30 eingeleitet werden.
Dies bietet den technischen Vorteil, dass der Batteriespeicher 30 einen weiteren Raum 32 bereitstellt, der den Überdruck auffangen kann. Mit anderen Worten stellt der Batteriespeicher 30 eine weitere Barriere zwischen dem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid und der Umgebung der Batteriezelle 10 dar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1201004 B1 [0011, 0033]
EP 2534719 B1 [0012, 0033]
WO 2015/043573 A2 [0013, 0033]
WO 2021/019042 A1 [0014, 0033]
DE 102021118811 [0015, 0033]
EP 3703161 A1 [0016, 0033]
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WO 2005/031908 A2 [0016, 0033]
WO 2014/121803 A1 [0016, 0033]

Claims

Batteriezelle (10) mit einer von einem Zellengehäuse (12) umschlossenen Zellkammer (14), die einen Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (10) eine der Zellkammer (14) zugeordnete Druckausgleichsvorrichtung (16) aufweist, wobei die Druckausgleichsvorrichtung (16) ein Additiv (18) zum Neutralisieren des Elektrolyten enthält und ein gasdurchlässiges Diffusorelement (20) umfasst, welches das Additiv (18) räumlich von der Zellkammer (14) trennt, wobei die Druckausgleichsvorrichtung (16) so ausgelegt ist, dass die Zellkammer (14) ab einem vorbestimmten Überdruck innerhalb der Zellkammer (14) geöffnet und der aus der Zellkammer (14) freigesetzte Elektrolyt mit dem Additiv (18) in Kontakt gebracht wird.
Batteriezelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusorelement (20) ein poröses Material umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gläsern, Keramiken, Metallen, Polymeren und Zeolithen sowie Kombinationen davon, und wobei wahlweise eine der Zellkammer (14) abgewandte Seite des Diffusorelements (20) mit einer flüssigkeitsabweisenden und/oder flüssigkeitsdichten Oberflächenbeschichtung versehen ist.
Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv (18) eine Base umfasst, die in einer wässrigen Lösung vorliegt, wobei das Additiv (18) ausgewählt ist aus der Gruppe der Carbonate, Hydrogencarbonate, Oxide, Hydroxide und organische Amine oder Amide sowie Kombinationen davon.
Batteriezelle (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv (18) ferner die folgenden Komponenten umfasst: a) mindestens ein Schaummittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ionogenen Tenside, Saponine und Eiweißstoffen sowie Kombinationen davon, und b) wahlweise weitere Zusatzstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalimetallchloriden, Flammschutzmitteln, höheren Alkoholen, Harnstoffen und Korrosionsschutzmitteln.
Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (16) eine das Additiv (18) enthaltende Reaktionskammer (22) umfasst, wobei das Diffusorelement (20) die Reaktionskammer (22) und die Zellkammer (14) räumlich voneinander trennt und strömungsmäßig miteinander verbindet.
Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Diffusorelement (20) und der Zellkammer (14) ein erster Sicherheitsverschluss (24) angeordnet ist, der die Reaktionskammer (22) und die Zellkammer (14) gasdicht voneinander trennt und dazu eingerichtet ist, sich ab einen vorbestimmten Überdruck innerhalb der Zellkammer (14) zu öffnen und die Reaktionskammer (22) mit der Zellkammer (14) strömungsmäßig zu verbinden.
Batteriezelle (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (16) einen zweiten Sicherheitsverschluss (26) umfasst, der eine Öffnung (28) der Reaktionskammer (22) zur Umgebung der Batteriezelle (10) verschließt, wobei der zweite Sicherheitsverschluss (26) ab einem bestimmten Überdruck innerhalb der Reaktionskammer (22) öffnet.
Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder und Sicherheitsverschluss (24, 26) als Berstscheibe, Berstmembran oder als Überdruckventil ausgebildet ist.
Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sicherheitsverschluss (26) einen höheren Öffnungsdruck als der erste Sicherheitsverschluss (24) aufweist.
Batteriespeicher (30) mit einem Speichergehäuse (38), dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriespeicher (30) wenigstens eine Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, die innerhalb des Speichergehäuses (38) angeordnet ist.