DE112016007076T5 - METAL / OXYGEN BATTERY - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Metall/Sauerstoff-Batterie mit einem geschichteten galvanischen Stapel, der eine oder mehrere Anodenschichten, eine oder mehrere Kathodenschichten und eine oder mehrere Separatorschichten aufweist. Jede der Separatorschichten ist zwischen einer der Anodenschichten und einer benachbarten der Kathodenschichten angeordnet und dazu eingerichtet, Ionen zu leiten, und steht in ionisch leitendem Kontakt mit jeder benachbarten Anodenschichten und Kathodenschicht. Der Stapel der Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit weist einen Kanal auf, der von einer Oberfläche des Stapels durch seine Schichten verläuft, wobei jede der Schichten eine Durchgangsbohrung aufweist, welche mit den Durchgangsbohrungen der jeweils benachbarten Schichten überlappt, so dass der Kanal gebildet wird.The invention relates to a metal / oxygen battery having a layered galvanic stack comprising one or more anode layers, one or more cathode layers, and one or more separator layers. Each of the separator layers is disposed between one of the anode layers and an adjacent one of the cathode layers and configured to conduct ions and is in ionic conductive contact with each adjacent anode layer and cathode layer. The stack of the metal / oxygen battery unit has a channel extending from one surface of the stack through its layers, each of the layers having a through-hole that overlaps with the through-holes of the respective adjacent layers to form the channel.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Metall/Sauerstoff-Batterien, insbesondere für ein Fahrzeug, das mit einer solchen Batterie betrieben wird. Insbesondere ist die Erfindung auf eine Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit für eine Metall/Sauerstoff-Batterie, auf eine Metall/Sauerstoff-Batterie aufweisend mehrere solcher Batterieeinheiten, und auf ein Fahrzeug mit solchen Batterien, beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug, gerichtet.The present invention relates to the field of metal / oxygen batteries, particularly for a vehicle operated with such a battery. In particular, the invention relates to a metal / oxygen battery unit for a metal / oxygen battery, to a metal / oxygen battery comprising a plurality of such battery units, and to a vehicle having such batteries, for example an electric vehicle or a plug-in hybrid Electric vehicle, directed.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Während die meisten Langstreckenfahrzeuge, wie Autos, LKWs, Busse, Motorräder und nicht-elektrische Lokomotiven, traditionell mit Benzin- oder Dieselmotoren betrieben wurden, nimmt die Entwicklung von Elektro- oder Hybridfahrzeugen, insbesondere Automobilen, die zumindest teilweise von Elektromotoren angetrieben werden, stetig zu. Zu diesem Zweck wurden verschiedene unterschiedliche Batteriesysteme entwickelt, die als Speicher für elektrische Energie geeignet sind, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, die für die meisten der heutigen Elektro- und Hybridautos verwendet werden. Ein Nachteil solcher Lithium-Ionen-Batterien ist ihre begrenzte Energiedichte, d.h. die gespeicherte elektrische Energie pro Batteriemasse oder pro Batterievolumen. Diese Einschränkung ergibt sich - unter anderem - durch die Tatsache, dass alle chemischen Komponenten/Verbindungen, welche für die in den Batteriezellen stattfindenden elektrochemischen Reaktionen benötigt werden, bereits in der geladenen Batterie enthalten sind und so zu ihrem Gewicht oder Volumen beitragen.While most long-distance vehicles, such as cars, trucks, buses, motorcycles and non-electric locomotives, have traditionally been powered by gasoline or diesel engines, the development of electric or hybrid vehicles, especially automobiles powered at least in part by electric motors, is steadily increasing , For this purpose, various different battery systems have been developed which are suitable as storage for electrical energy, in particular lithium-ion batteries, which are used for most of today's electric and hybrid cars. A disadvantage of such lithium-ion batteries is their limited energy density, i. the stored electrical energy per battery mass or per battery volume. This limitation arises, inter alia, from the fact that all the chemical components / compounds needed for the electrochemical reactions taking place in the battery cells are already contained in the charged battery, thus contributing to their weight or volume.
Um diese Einschränkung zu überwinden, wurde ein anderer Batterietyp entwickelt, der allgemein als „Metall/Luft-Batterie“ bekannt oder „Metall/Sauerstoff-Batterie“ bekannt ist. Eine solche Batterie weist eine oder mehrere elektrochemischen Zellen auf. Jede Zelle weist eine Elektrode, die als „Anode“ bezeichnet wird und aus einem geeigneten Metall hergestellt wird oder dieses zumindest enthält, und eine Elektrode, die als „Kathode“ bezeichnet wird und mit Umgebungsluft oder Sauerstoff arbeitet, auf. Darüber hinaus weist jede Zelle einen Separator auf, der sich zwischen den beiden Elektroden, d.h. zwischen der Anode und der Kathode, befindet, um sie elektrisch zu trennen und Ionen zu leiten, insbesondere Ionen des geeigneten Metalls. Unter typischen Betriebsbedingungen ist die Anode negativ aufgeladen und die Kathode ist positiv aufgeladen. To overcome this limitation, another battery type has been developed, commonly known as a "metal / air battery" or "metal / oxygen battery". Such a battery has one or more electrochemical cells. Each cell has an electrode called an "anode" made of or containing at least one suitable metal and an electrode called a "cathode" which operates on ambient air or oxygen. In addition, each cell has a separator extending between the two electrodes, i. between the anode and the cathode to electrically disconnect and conduct ions, particularly ions of the appropriate metal. Under typical operating conditions, the anode is negatively charged and the cathode is positively charged.
Insbesondere kann die Anode eine Legierung mit einem solchen Metall als einer ersten Komponente und einer oder mehreren weiteren Metall- oder Nichtmetallkomponenten wie beispielsweise Kohlenstoff (C), Zinn (Sn) oder Silizium (Si) aufweisen, wobei die Metallkomponente in einer solchen Anode verfügbar bleibt, um an den chemischen Reaktionen zur Elektrizitätserzeugung einer elektrochemischen, d.h. galvanischen, Zelle teilzunehmen. Anstelle einer solchen Legierung kann ein Übergangsmetalloxid als Anodenmaterial verwendet werden. Ferner ist ein Elektrolyt, der insbesondere in wässriger oder fester Form vorliegt, in der Kathode und gegebenenfalls im Separator vorgesehen. Aus dem Stand der Technik ist insbesondere die Verwendung von Zink, Aluminium oder Lithium als Metall für die Anode bekannt.In particular, the anode may comprise an alloy comprising such a metal as a first component and one or more other metal or non-metal components such as carbon (C), tin (Sn) or silicon (Si), the metal component remaining available in such an anode in order to participate in the chemical reactions to generate electricity of an electrochemical, ie Galvanic to participate in cell. Instead of such an alloy, a transition metal oxide may be used as the anode material. Furthermore, an electrolyte, which is present in particular in aqueous or solid form, is provided in the cathode and optionally in the separator. In particular, the use of zinc, aluminum or lithium as the metal for the anode is known from the prior art.
Auf der Kathodenseite ist Sauerstoff die relevante elektrochemische Komponente/Verbindung, und im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien ist es nicht notwendig, dass Sauerstoff von Anfang an in der geladenen Batterie vorhanden ist, sondern kann während des Entladens der Batterie vielmehr aus der Umgebungsluft entnommen oder an die Batterie geliefert werden, vorzugsweise in Form von Luft oder reinem Sauerstoff aus einer Quelle wie einem Tank, (Gas-) Zylinder oder einem anderen Reservoir. Auf diese Weise werden Batterien mit einer viel höheren Energiedichte als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien ermöglicht. Weiterhin wird, wenn eine solche Batterie wieder aufgeladen wird, Sauerstoff an der Kathode generiert und in einem anschließenden Entladezyklus wiederverwendet.On the cathode side, oxygen is the relevant electrochemical component / compound, and unlike lithium-ion batteries, it is not necessary for oxygen to be present in the charged battery from the beginning, but rather can be removed from the ambient air during discharge of the battery or to the battery, preferably in the form of air or pure oxygen from a source such as a tank, gas cylinder or other reservoir. This allows batteries with a much higher energy density than conventional lithium-ion batteries. Furthermore, when such a battery is recharged, oxygen is generated at the cathode and reused in a subsequent discharge cycle.
Die maximale Geschwindigkeit der galvanischen Reaktionen in einer solchen Batterie ist jedoch - unter anderem - durch die erforderliche Versorgung und/oder Abfuhr von einigen der Komponenten/Verbindungen der chemischen Reaktionen begrenzt, da nicht alle Komponenten/Verbindungen der chemischen Reaktion bei den elektrochemischen Zellen einer solchen Batterie gespeichert werden. Insbesondere wird die maximale Leistung, die eine solche Batterie liefern kann, durch die Zufuhr von Sauerstoff begrenzt. Ebenso muss, wenn eine solche Batterie wieder aufgeladen wird, Sauerstoff von der Kathode abgeführt werden.However, the maximum rate of galvanic reactions in such a battery is limited, inter alia, by the required supply and / or removal of some of the components / compounds of the chemical reactions, since not all components / compounds of the chemical reaction in the electrochemical cells of such Battery to be stored. In particular, the maximum power that such a battery can deliver is limited by the supply of oxygen. Likewise, when such a battery is recharged, oxygen must be removed from the cathode.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effizienz und die Leistung von Metall/Sauerstoff-Batterieeinheiten und von daraus gebildeten Batterien zu verbessern.It is an object of the present invention to improve the efficiency and performance of metal / oxygen battery packs and batteries formed therefrom.
Eine Lösung für dieses Problem wird durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche angegeben, insbesondere durch eine Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit nach Anspruch 1, eine Metall/Sauerstoff-Batterie nach Anspruch 11, ein Verfahren zur Herstellung einer Metall/Sauerstoff-Batterie nach Anspruch 13 und ein Fahrzeug nach Anspruch 14. Verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und weitere Verbesserungen werden insbesondere durch die Lehre der Unteransprüche angegeben.A solution to this problem is given by the teaching of the independent claims, in particular by a metal / oxygen battery unit according to
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit gerichtet, insbesondere für eine Metall/Sauerstoff-Batterie, die einen geschichteten galvanischen Stapel aufweist. Der geschichtete galvanischen Stapel enthält eine oder mehrere Anodenschichten, eine oder mehrere Kathodenschichten, und eine oder mehr Separatorschichten. Jede der Separatorschichten ist zwischen einer der Anodenschichten und einer benachbarten der Kathodenschichten angeordnet und dazu eingerichtet, Ionen zu leiten, und befindet sich in ionisch leitendem Kontakt mit jeder benachbarten Anodenschicht und Kathodenschicht. Insbesondere kann jede der Anodenschichten ein geeignetes Metall aufweisen, und jede der Separatorschichten ist ionisch leitfähig für Ionen des geeigneten Metalls. Vorzugsweise ist jede der Separatorschichten für Sauerstoff, insbesondere molekularen Sauerstoff oder Sauerstoffionen, undurchlässig und verhindert daher den Durchtritt von Sauerstoff zur jeweiligen Anodenschicht und eine chemischen Reaktion an der Anodenschicht mit durch die Separatorschicht hindurch tretendem Sauerstoff. Der Stapel der Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit weist einen Kanal auf, der von einer Oberfläche des Stapels aus über zumindest eine Teilmenge von aufeinanderfolgenden seiner Schichten verläuft, wobei jede der Schichten der Teilmenge eine Durchgangsbohrung aufweist, die mit den Durchgangsbohrungen der jeweils benachbarten Schichten überlappt, so dass der Kanal gebildet wird. Vorzugsweise verläuft der Kanal zumindest im Wesentlichen entlang einer Achse, die entlang der Stapelrichtung der Schichten definiert ist. Der Kanal ist dazu eingerichtet, ein sauerstoffhaltiges Medium mit den Kathodenschichten, die mit dem Kanal verbunden sind, auszutauschen, um Sauerstoff-basierte galvanische Reaktionen an diesen Kathodenschichten aufrecht zu erhalten.A first aspect of the present invention is directed to a metal / oxygen battery pack, particularly for a metal / oxygen battery having a layered galvanic stack. The layered galvanic stack includes one or more anode layers, one or more cathode layers, and one or more separator layers. Each of the separator layers is disposed between one of the anode layers and an adjacent one of the cathode layers and configured to conduct ions and is in ionic contact with each adjacent anode layer and cathode layer. In particular, each of the anode layers may comprise a suitable metal, and each of the separator layers is ionically conductive to ions of the appropriate metal. Preferably, each of the separator layers is impermeable to oxygen, particularly molecular oxygen or oxygen ions, and therefore prevents oxygen from passing to the respective anode layer and a chemical reaction at the anode layer with oxygen passing through the separator layer. The stack of the metal / oxygen battery unit has a channel extending from a surface of the stack over at least a subset of successive layers thereof, each of the layers of the subset having a throughbore overlapping the throughbores of the respective adjacent layers, so that the channel is formed. Preferably, the channel extends at least substantially along an axis defined along the stacking direction of the layers. The channel is configured to exchange an oxygen-containing medium with the cathode layers connected to the channel to maintain oxygen-based galvanic reactions on these cathode layers.
Der Begriff „Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein galvanisches Element, welches eine oder mehrere elektrochemische Metall/Sauerstoff-Zellen, wie oben im Detail beschrieben, aufweist und das in der Weise ausgebildet ist, dass eine Kombination mit einer oder mehreren weiteren solcher Batterieeinheiten möglich ist, um eine mehrteiligen Metall/Sauerstoff-Batterie zu bilden. Die elektrochemisch relevante chemische Komponente/Verbindung einer der Elektroden, insbesondere der Anode, in einer elektrochemischen Metall/Sauerstoff-Zelle ist ein geeignetes Metall, und die elektrochemisch relevante chemische Komponente/Verbindung einer anderen der Elektroden, insbesondere der Kathode, ist Sauerstoff, insbesondere molekularer Sauerstoff, vorzugsweise O2. Um die in der Zelle stattfindenden galvanischen Reaktionen zu unterstützen, wird der Kathode der Zelle ein sauerstoffhaltiges Medium zugeführt. Vorzugsweise verwendet die Zelle Luft als sauerstoffhaltiges Medium. Eine Batterie oder Batterieeinheit, die solche Zellen aufweist, ist eine besondere Ausführungsform einer Metall/Sauerstoff-Batterie bzw. Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit und wird typischerweise als „Metall/Luft-Batterie“ bzw. „Metall/Luft-Batterieeinheit“ bezeichnet.The term "metal / oxygen battery unit" in the context of the present invention refers to a galvanic element, which has one or more electrochemical metal / oxygen cells, as described in detail above, and which is formed in such a way that a combination with one or more other such battery units is possible to form a multi-part metal / oxygen battery. The electrochemically relevant chemical component / compound of one of the electrodes, in particular the anode, in an electrochemical metal / oxygen cell is a suitable metal, and the electrochemically relevant chemical component / compound of another of the electrodes, in particular the cathode, is oxygen, in particular molecular Oxygen, preferably O 2 . To assist the galvanic reactions taking place in the cell, an oxygen-containing medium is supplied to the cathode of the cell. Preferably, the cell uses air as the oxygen-containing medium. A battery or battery pack having such cells is a particular embodiment of a metal / oxygen battery or metal / oxygen battery unit and is typically referred to as a "metal / air battery" or "metal / air battery pack".
Der Begriff „sauerstoffhaltiges Medium“ im Sinne der Erfindung bezieht sich auf ein Medium, das Sauerstoff, insbesondere atomaren oder molekularen Sauerstoff, enthält, und im Prinzip geeignet ist, solchen Sauerstoff zu einer galvanischen Reaktion, die in einer Metall/Sauerstoff-Zelle stattfindet, zu transportieren und dieser zuzuführen, und Sauerstoff aus einer solchen galvanischen Reaktion aufzunehmen und abzuführen. Vorzugsweise ist ein solches sauerstoffhaltiges Medium elektrisch nichtleitend. Andernfalls muss eine Batterie mit einem elektrisch leitfähigen sauerstoffhaltigem Medium mit einem Isolationsmittel versehen werden, das alle Teile dieser Batterie, die ein von der einen oder den mehreren Kathoden dieser Batterie verschiedenes elektrisches Potential aufweisen, elektrisch von dem sauerstoffhaltigen Medium isoliert, und alle Kathoden dieser Batterie müssen parallel verschaltet werden. Das sauerstoffhaltige Medium ist vorzugsweise gasförmig und weist vorzugsweise eine niedrige Viskosität auf. Insbesondere ist ein sauerstoffhaltiges Gas, gasförmiger Sauerstoff, insbesondere molekularer Sauerstoff wie O2, Luft und mit Sauerstoff angereicherte Luft ein sauerstoffhaltiges Medium im Sinne der vorliegenden Erfindung. Alternativ kann das sauerstoffhaltige Medium in flüssiger Form vorliegen. In der Regel hat es dann eine höhere Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität als ein Gas.The term "oxygen-containing medium" in the sense of the invention refers to a medium which contains oxygen, in particular atomic or molecular oxygen, and is suitable in principle for such oxygen to undergo a galvanic reaction which takes place in a metal / oxygen cell. transport and supply, and absorb oxygen from such a galvanic reaction and dissipate. Preferably, such an oxygen-containing medium is electrically non-conductive. Otherwise, a battery having an electrically conductive oxygen-containing medium must be provided with an insulating means which electrically isolates all parts of this battery which have an electrical potential different from the one or more cathodes of this battery oxygen-containing medium isolated, and all cathodes of this battery must be connected in parallel. The oxygen-containing medium is preferably gaseous and preferably has a low viscosity. In particular, an oxygen-containing gas, gaseous oxygen, in particular molecular oxygen such as O 2 , air and oxygen-enriched air is an oxygen-containing medium in the sense of the present invention. Alternatively, the oxygen-containing medium may be in liquid form. As a rule, it then has a higher thermal conductivity and / or heat capacity than a gas.
Der Begriff „Separatorschicht“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Schicht, die, wenn sie zwischen der Anode und der Kathode einer elektrochemischen Zelle angeordnet ist, dazu eingerichtet ist, eine Anode und eine entsprechende Kathode der Zelle räumlich und elektrisch voneinander zu trennen, während der Durchtritt von ionischen, zur Unterstützung der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie während des Betriebes der Zelle notwendigen Ladungsträgern durch die Schicht möglich ist. Insbesondere ist auch eine Festkörperelektrolytschicht, welche die oben beschriebenen Anforderungen erfüllt, eine „Separatorschicht“ im Sinne der vorliegenden Erfindung.As used herein, the term "separator layer" refers to a layer which, when placed between the anode and the cathode of an electrochemical cell, is configured to spatially and electrically separate an anode and a corresponding cathode of the cell while permitting the passage of ionic charge carriers through the layer necessary to assist in the conversion of chemical energy into electrical energy during operation of the cell. In particular, a solid electrolyte layer which satisfies the requirements described above is also a "separator layer" in the sense of the present invention.
Unter dem Begriff „eingerichtet“, wie er hier verwendet wird, ist insbesondere zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung ist bereits festgelegt bzw. ausgebildet oder einstellbar - d.h. einrichtbar - ist, um eine bestimmte Funktion auszuführen. Vorzugsweise kann die Einrichtung über eine entsprechende Einstellung der Parameter eines Prozessablaufes oder von Schaltern oder dergleichen zur Aktivierung von Funktionen und Einstellungen erreicht werden. Weiter vorzugsweise kann die Einrichtung der Vorrichtung auch über eine geeignete Anordnung von Teilen der Vorrichtung erfolgen.As used herein, the term "established" means, in particular, that the corresponding device is already fixed or adjustable - i. set up - is to perform a specific function. Preferably, the device can be achieved via a corresponding setting of the parameters of a process flow or of switches or the like for activating functions and settings. Further preferably, the device can also be set up by means of a suitable arrangement of parts of the device.
Eine Batterieeinheit, wie oben definiert, kann insbesondere einen oder mehrere der folgenden Vorteile aufweisen: der Kanal des Stapels ermöglicht vorteilhaft den Austausch des sauerstoffhaltigen Mediums mit den Kathodenschichten, d.h. insbesondere die Versorgung der Kathodenschichten mit Sauerstoff, wenn die Batterieeinheit entlädt, und/oder Abführen oder Entlüften von Sauerstoff von den Kathodenschichten, wenn die Batterieeinheit wieder aufgeladen wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Metall/Sauerstoff-Batterietechnologien, wo der Sauerstoff an einer oder mehreren Außenseiten des Zellenstapels zugeführt oder abgeführt wird, reduziert der im Inneren des Stapels ausgebildete Kanal die Diffusionswege für den Sauerstoff innerhalb der Kathodenschichten effektiv. Daher kann Sauerstoff effizienter zugeführt oder abgeführt werden als bei einer herkömmlichen Metall/Sauerstoff-Batterie mit Kathoden ähnlicher Abmessung, und somit kann die Leistung der Zelle, insbesondere die maximale Ausgangsleistung, erhöht werden. Darüber hinaus kann der Schichtstapel die Scherkräfte und/oder Druckkräfte reduzieren, beispielsweise im Vergleich zu einer zylindrischen Zelle mit einer gerollten Anordnung von Anoden und Kathoden. Daher kann insbesondere die Zuverlässigkeit der Batterieeinheit oder einer Batterie mit einer solchen Batterieeinheit verbessert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Kathodenschichten im Vergleich zu einer herkömmlichen Batterie, insbesondere einer prismatischen Batterie ohne Kanal, eine größere Oberfläche aufweisen können, während eine gute Zufuhr und/oder Abfuhr von Sauerstoff sichergestellt wird, wodurch die Ausgangsleistung erhöht wird. Schließlich bewirken die Durchgangsbohrungen in den Kathodenschichten und der Austausch des sauerstoffhaltiges Mediums mit den Kathodenschichten mittels des Kanals eine verbesserte, insbesondere homogenere, Sauerstoffverteilung an den Kathoden, wodurch vor allem die Zuverlässigkeit, die Funktionsfähigkeit oder Ausgangsleistung verbessert wird.In particular, a battery pack as defined above may have one or more of the following advantages: the channel of the stack advantageously enables the exchange of the oxygen-containing medium with the cathode layers, i. in particular, supplying oxygen to the cathode layers when the battery pack discharges and / or removing or venting oxygen from the cathode layers when the battery pack is recharged. Compared to conventional metal / oxygen battery technologies, where the oxygen is supplied or removed at one or more outside of the cell stack, the channel formed in the interior of the stack effectively reduces the diffusion paths for the oxygen within the cathode layers. Therefore, oxygen can be more efficiently supplied or removed than in a conventional metal / oxygen battery having cathodes of similar size, and thus the cell's performance, especially the maximum output, can be increased. In addition, the layer stack can reduce the shear forces and / or compressive forces, for example, as compared to a cylindrical cell having a rolled array of anodes and cathodes. Therefore, in particular, the reliability of the battery unit or a battery having such a battery unit can be improved. A further advantage is that the cathode layers can have a larger surface area compared to a conventional battery, in particular a prismatic battery without a channel, while ensuring a good supply and / or removal of oxygen, whereby the output power is increased. Finally, the through-holes in the cathode layers and the replacement of the oxygen-containing medium with the cathode layers by means of the channel an improved, in particular more homogeneous, oxygen distribution at the cathode, thereby improving especially the reliability, the operability or output performance.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Batterieeinheit beschrieben, die beliebig miteinander oder mit anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung kombiniert werden können, es sei denn, eine solche Kombination ist ausdrücklich ausgeschlossen oder technisch unmöglich.In the following, preferred embodiments of the battery unit will be described, which may be combined as desired with each other or with other aspects of the present invention, unless such combination is expressly excluded or technically impossible.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Kanal durch alle Schichten des Stapels. Des Weiteren ist ein erstes Ende des Kanals an einer ersten Stirnseite des Stapels und ein zweites Ende des Kanals an einer zweiten gegenüberliegenden Stirnfläche des Stapels angeordnet, so dass das sauerstoffhaltige Medium durch das erste und zweite Ende des Kanals in den Stapel hinein und aus dem Stapel heraus strömen kann. Dementsprechend wird der Austausch von sauerstoffhaltigem Medium weiter erhöht und die damit verbundenen, oben beschriebenen Vorteile werden weiter verstärkt. Darüber hinaus ermöglicht der Kanal mit zwei offenen Enden eine kontinuierliche Strömung des sauerstoffhaltigen Mediums durch den Kanal. Somit können insbesondere Sauerstoff, anderen Reaktanten oder Wärme effizient und vorzugsweise aktiv zu und von den Schichten transportiert werden, insbesondere im Vergleich mit einem Transport durch Diffusion oder ähnliche Prozesse.According to a first preferred embodiment, the channel extends through all layers of the stack. Further, a first end of the channel is disposed at a first end of the stack and a second end of the channel is disposed at a second opposing end of the stack such that the oxygen-containing medium enters and exits the stack through the first and second ends of the channel can pour out. Accordingly, the exchange of oxygen-containing medium is further increased and the associated advantages described above are further enhanced. In addition, the channel with two open ends allows a continuous flow of the oxygen-containing medium through the channel. Thus, in particular, oxygen, other reactants, or heat can be efficiently and preferably actively transported to and from the layers, especially in comparison to transport by diffusion or similar processes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Außenfläche des Stapels dazu eingerichtet, das sauerstoffhaltige Medium mit einer Umgebung der Batterieeinheit auszutauschen. Dementsprechend wird der Austausch von sauerstoffhaltigem Medium weiter erhöht und die damit verbundenen, oben beschriebenen Vorteile verstärkt. According to a further preferred embodiment, the outer surface of the stack is adapted to exchange the oxygen-containing medium with an environment of the battery unit. Accordingly, the exchange of oxygen-containing medium is further increased and the associated advantages described above enhanced.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Batterieeinheit ein Batterieeinheit-Gehäuse auf, das den Stapel zumindest teilweise umschließt. Das Batterieeinheit-Gehäuse weist einen oder mehrere Durchlässe auf und ist dazu eingerichtet, den Austausch des sauerstoffhaltigen Mediums und/oder eines Kühlmediums zu unterstützen. In einer ersten bevorzugten Variante ist das Gehäuse der Batterieeinheit dazu eingerichtet, den Austausch des sauerstoffhaltigen Mediums und/oder des Kühlmediums zwischen dem Kanal und einer Umgebung der Batterieeinheit durch wenigstens einen der Durchlässe zu unterstützen, wobei der Durchlass mit der Durchgangsbohrung einer äußersten Schicht an einer Stirnfläche des Stapels überlappt. In einer zusätzlichen oder alternativen zweiten bevorzugten Variante ist das Batterieeinheit-Gehäuse dazu eingerichtet, den Austausch des sauerstoffhaltiges Mediums und/oder des Kühlmediums zwischen einem Außenflächenabschnitt des Stapels und einer Umgebung der Batterieeinheit durch wenigstens einen der Durchlässe zu unterstützen, wobei der Durchlass in Strömungsverbindung mit dem Außenflächenabschnitt steht. Vorzugsweise ist die Umgebung der ersten und/oder zweiten Variante durch eine weitere Batterieeinheit, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, definiert, und vorzugsweise durch den Kanal einer solchen weiteren Batterieeinheit. In einer weiteren bevorzugten Variante steht die Umgebung der Batterie oder der Batterieeinheit in einer Strömungsverbindung mit einem Temperatur-Steuerungssystem, das dazu eingerichtet ist, das sauerstoffhaltige Medium und/oder das Kühlmedium mit der Batterie oder der Batterieeinheit auszutauschen und die Temperatur des sauerstoffhaltigen Mediums und/oder des Kühlmediums zu steuern. In einer weiteren bevorzugten Variante weist das Batterieeinheit-Gehäuse mindestens zwei Durchlässe entsprechend die ersten bevorzugte Variante auf, wobei einer der mindestens zwei Durchlässe dem Stapel an einer ersten Stirnfläche zugewandt ist und ein anderer der mindestens zwei Durchlässe dem Stapel an einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche des Stapels zugewandt ist, wobei insbesondere eine Strömung des sauerstoffhaltigen Mediums und/oder des Kühlmediums durch den Kanal unterstützt werden kann.According to a further preferred embodiment, the battery unit has a battery unit housing which at least partially surrounds the stack. The battery pack housing has one or more passages and is configured to assist in the replacement of the oxygen-containing medium and / or a cooling medium. In a first preferred variant, the housing of the battery unit is adapted to assist the replacement of the oxygen-containing medium and / or the cooling medium between the channel and an environment of the battery unit by at least one of the passages, wherein the passage with the through-hole of an outermost layer at a Face of the stack overlaps. In an additional or alternative second preferred variant, the battery unit housing is configured to assist in the replacement of the oxygen-containing medium and / or the cooling medium between an outer surface portion of the stack and an environment of the battery unit through at least one of the passages, the passage being in fluid communication with the outer surface section stands. The environment of the first and / or second variant is preferably defined by a further battery unit, in particular according to the first aspect of the invention, and preferably by the channel of such a further battery unit. In a further preferred variant, the environment of the battery or of the battery unit is in fluid communication with a temperature control system which is set up to exchange the oxygen-containing medium and / or the cooling medium with the battery or the battery unit and / or the temperature of the oxygen-containing medium and / or or the cooling medium to control. In a further preferred variant, the battery unit housing has at least two passages corresponding to the first preferred variant, wherein one of the at least two passages facing the stack at a first end face and another of the at least two passages the stack at an opposite second end face of the stack is facing, in particular, a flow of the oxygen-containing medium and / or the cooling medium can be supported by the channel.
Der Begriff „Kühlmedium“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Medium, insbesondere ein Gas oder eine Flüssigkeit, zum Übertragen von Wärme. Vorzugsweise kann das sauerstoffhaltige Medium auch als Kühlmedium im Sinne der vorliegenden Erfindung dienen. Alternativ kann ein anderes Medium, welches insbesondere Sauerstoff nicht enthält, abgibt, aufnimmt oder absorbiert, als Kühlmedium im Sinne der vorliegenden Erfindung dienen. Insbesondere Inertgase wie gasförmiger Stickstoff, Wasser, Öl oder Wachs sind Kühlmedien im Sinne der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise ist das Kühlmedium elektrisch nichtleitend. Andernfalls, wenn das Kühlmittel elektrisch leitend ist, muss es von elektrisch geladenen Teilen der Batterieeinheit elektrisch isoliert werden. Vorzugsweise weist die Batterieeinheit eine Führungseinrichtung für das Kühlmedium auf, insbesondere ein Kühlrohr.The term "cooling medium" in the context of the present invention refers to a medium, in particular a gas or a liquid, for transferring heat. Preferably, the oxygen-containing medium can also serve as a cooling medium in the context of the present invention. Alternatively, another medium, which in particular does not contain oxygen, dispenses, absorbs or absorbs, serve as a cooling medium in the sense of the present invention. In particular, inert gases such as gaseous nitrogen, water, oil or wax are cooling media for the purposes of the present invention. Preferably, the cooling medium is electrically non-conductive. Otherwise, if the coolant is electrically conductive, it must be electrically isolated from electrically charged parts of the battery pack. The battery unit preferably has a guide device for the cooling medium, in particular a cooling tube.
Dementsprechend kann das sauerstoffhaltige Medium mit einer Umgebung der Batterieeinheit ausgetauscht werden. Insbesondere kann die Umgebung als externe Sauerstoffquelle dienen, so dass kein oder zumindest weniger Sauerstoff für den Betrieb in der Batterieeinheit gespeichert werden muss und die Energiedichte der Batterieeinheit somit erhöht werden kann. Des Weiteren ermöglicht diese Ausführungsform einen stetigen Austausch von sauerstoffhaltigem Medium und dadurch eine stetige Zufuhr und/oder Abgabe von Sauerstoff oder anderen Reaktanten. Auf diese Weise werden die Ausgangsleistung, die Zuverlässigkeit oder die Funktionsfähigkeit der Batterieeinheit verbessert. Darüber hinaus ermöglicht der Austausch von Kühlmedium den Transport von Wärme zu und von der Batterieeinheit, wodurch die Temperatur der Batterieeinheit gesteuert werden kann. Diese Temperatursteuerung ist besonders vorteilhaft für die Verbesserung der Funktionsfähigkeit und/oder Ausgangsleistung und für die Erhöhung der Haltbarkeit oder Lebensdauer der Batterieeinheit, da sie es ermöglicht, die Batterieeinheit in einem geeigneten, insbesondere für den ungestörten Betrieb optimalen, Temperaturbereich zu betreiben. Varianten dieser bevorzugten Ausführungsform, die eine Strömung durch den Kanal ermöglicht, können insbesondere von Vorteil sein, wenn eine hohe Ausgangsleistung erforderlich ist, d.h. eine hohe Menge an Sauerstoff erforderlich ist und/oder eine hohe Wärmemenge von der Batterieeinheit abgeführt werden muss.Accordingly, the oxygen-containing medium can be exchanged with an environment of the battery unit. In particular, the environment may serve as an external source of oxygen, so that no or at least less oxygen must be stored for operation in the battery unit and the energy density of the battery unit can thus be increased. Further, this embodiment allows a steady exchange of oxygen-containing medium and thereby a steady supply and / or release of oxygen or other reactants. In this way, the output power, the reliability or the operability of the battery unit can be improved. In addition, the exchange of cooling medium allows the transport of heat to and from the battery unit, whereby the temperature of the battery unit can be controlled. This temperature control is particularly advantageous for improving the functionality and / or output power and for increasing the durability or service life of the battery unit, since it makes it possible to operate the battery unit in a suitable, in particular for undisturbed operation optimal temperature range. Variants of this preferred embodiment which allow flow through the channel may be particularly advantageous when a high output power is required, i. a high amount of oxygen is required and / or a large amount of heat has to be dissipated from the battery unit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Batterieeinheit ein Batterieeinheit-Gehäuse auf, das dazu eingerichtet ist, mindestens Teile der Batterieeinheit, insbesondere den gesamten oder mindestens einen Teil des Stapels, relativ zur Umgebung der Batterieeinheit elektrisch zu isolieren. Vorzugsweise weist das Gehäuse ein elektrisch isolierendes Material oder ist daraus gefertigt. Insbesondere kann diese Ausführungsform vorteilhaft sein, da sie hilft, potentielle elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, die auftreten könnten, wenn elektrisch geladene Teile der Batterieeinheit in Kontakt mit einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einem Batteriegehäuse, Verbindern oder Herstellungsvorrichtungen. Dementsprechend kann die Handhabung einer solchen Batterieeinheit und insbesondere die Herstellung einer Batterie, die solche Batterieeinheiten aufweist, vereinfacht und effektiver sein. Insbesondere werden keine zusätzlicher Isolationsmittel benötigt, wenn solche Batterieeinheiten gestapelt werden. According to a further preferred embodiment, the battery unit has a battery unit housing which is set up to electrically insulate at least parts of the battery unit, in particular the entire or at least part of the stack, relative to the surroundings of the battery unit. Preferably, the housing has an electrically insulating material or is made of it. In particular, this embodiment may be advantageous in that it helps to avoid potential electrical short circuits that could occur when electrically charged parts of the battery pack are in contact with an electrically conductive material such as a battery case, connectors, or manufacturing devices. Accordingly, the handling of such a battery unit, and in particular the manufacture of a battery having such battery units, can be simplified and more effective. In particular, no additional isolation means are needed when such battery packs are stacked.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Batterieeinheit sind zumindest die Anodenschichten, die Kathodenschichten und die Separatorschichten zumindest im Wesentlichen eine rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse, die entlang Stapelrichtung der Schichten definiert ist. In einer bevorzugten Variante ist die Batterieeinheit bezüglich dieser Achse zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch. In einer zusätzlichen oder alternativen bevorzugten Variante weisen Hauptseiten benachbarter Schichten zumindest im Wesentlichen die gleiche Form und Größe auf, wodurch insbesondere ein nicht-überlappender Bereich der Hauptseiten, der die Effizienz der Batterieeinheit beeinträchtigen könnte, verringert oder vorzugsweise sogar vermieden werden kann. In einer zusätzlichen oder alternativen bevorzugten Variante sind Schichten des Stapels Scheiben. In einer zusätzlichen oder alternativen bevorzugten Variante haben die Schichten des Stapels jeweils die Form eines Rechtecks, die Form eines regelmäßigen Vielecks wie beispielsweise eines gleichseitigen Dreiecks, eines Quadrats oder eines regelmäßigen Sechsecks, oder die Form einer Ellipse, vorzugsweise die Form eines Kreises. Dementsprechend ist die äußere Kontur der Batterieeinheit kompakter als eine Batterieeinheit ohne eine solche Rotationssymmetrie. Des Weiteren ermöglicht es die Rotationssymmetrie der Schichten, Sauerstoff zu den Kathodenschichten in einer im Wesentlichen gleichförmigen Weise, da der Abstand der verschiedenen Teile der Kathodenschichten von der Sauerstoffquelle gleichmäßiger ist als im nicht-symmetrischen Fall.According to a further preferred embodiment of the battery unit, at least the anode layers, the cathode layers and the separator layers are at least substantially rotationally symmetric with respect to an axis defined along the stacking direction of the layers. In a preferred variant, the battery unit is at least substantially rotationally symmetrical with respect to this axis. In an additional or alternative preferred variant, main sides of adjacent layers at least substantially the same shape and size, whereby in particular a non-overlapping region of the main sides, which could affect the efficiency of the battery unit can be reduced or preferably even avoided. In an additional or alternative preferred variant, layers of the stack are slices. In an additional or alternative preferred variant, the layers of the stack each have the shape of a rectangle, the shape of a regular polygon such as an equilateral triangle, a square or a regular hexagon, or the shape of an ellipse, preferably the shape of a circle. Accordingly, the outer contour of the battery unit is more compact than a battery unit without such rotational symmetry. Furthermore, the rotational symmetry of the layers allows oxygen to the cathode layers in a substantially uniform manner, since the distance of the different parts of the cathode layers from the oxygen source is more uniform than in the non-symmetric case.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Durchgangsbohrungen zumindest der Anodenschichten, der Kathodenschichten und der Separatorschichten zumindest im Wesentlichen bezüglich wenigstens einer Richtung zentriert sind, die orthogonal zu einer entlang der Stapelrichtung der Schichten definierten Achse ist, so dass der durch die Durchgangsbohrungen gebildete Kanal zumindest im Wesentlichen zentriert ist. Dementsprechend minimiert der zentrierte Kanal vorteilhaft den mittleren Abstand, d.h. den mittleren Diffusionsweg für Sauerstoff, zwischen dem Kanal und diejenigen Abschnitten der Kathodenschichten, die am weitesten vom Kanal entfernt sind. So kann insbesondere die Zufuhr und/oder Abgabe von Sauerstoff und/oder die Kühlung oder Erwärmung des Stapels mittels des Kühlmediums verbessert werden.According to a further preferred embodiment, the through-bores of at least the anode layers, the cathode layers and the separator layers are at least substantially centered with respect to at least one direction which is orthogonal to an axis defined along the stacking direction of the layers, so that the channel formed by the through-holes is at least in the Essentially centered. Accordingly, the centered channel advantageously minimizes the mean distance, i. the central diffusion path for oxygen, between the channel and those portions of the cathode layers farthest from the channel. In particular, the supply and / or release of oxygen and / or the cooling or heating of the stack by means of the cooling medium can be improved.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, insbesondere der vorhergehenden bevorzugten Ausführungsform, sind die Durchgangsbohrungen zumindest der Anodenschichten, der Kathodenschichten und der Separatorschichten zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich der entlang der Stapelrichtung der Schichten definierte Achse, so dass der Kanal, der durch die Durchgangsbohrungen gebildet ist, zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist. Die oben in Bezug auf die vorherige bevorzugte Ausführungsform beschriebenen Vorteile gelten in ähnlicher Weise auch für diese Ausführungsform. Des Weiteren kann der rotationssymmetrische Kanal die genannten Vorteile noch weiter verstärken.According to a further preferred embodiment, in particular the preceding preferred embodiment, the through-bores of at least the anode layers, the cathode layers and the separator layers are at least substantially rotationally symmetric with respect to the axis defined along the stacking direction of the layers, such that the channel formed by the through-holes is at least substantially rotationally symmetrical. The advantages described above in relation to the previous preferred embodiment apply in a similar manner to this embodiment. Furthermore, the rotationally symmetrical channel can further enhance the advantages mentioned.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Batterieeinheit ein Befestigungselement auf, das dazu eingerichtet ist, mit einem entsprechenden Befestigungselement einer zweiten Batterieeinheit, insbesondere einer Batterieeinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, ineinander zu greifen, um die Fixierung der relativen Position und/oder der relativen Orientierung der Batterieeinheiten zu ermöglichen. Wenn eine Batterie mit zwei oder mehr Batterieeinheiten gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wird, können die Batterieeinheiten dementsprechend ihre relative Position und/oder relative Orientierung fixieren. Dies kann die Herstellung einer solchen Batterie erleichtern. Darüber hinaus ermöglicht dies die Kombination von zwei oder mehr Batterieeinheiten auf zwei oder mehr verschiedenen Weisen durch Ändern und Fixieren ihrer relative Position und/oder Orientierung.According to a further preferred embodiment, the battery unit has a fastening element, which is adapted to interlock with a corresponding fastening element of a second battery unit, in particular a battery unit according to the first aspect of the invention, in order to fix the relative position and / or relative Orientation of the battery units to allow. Accordingly, when manufacturing a battery having two or more battery packs according to this embodiment, the battery packs may fix their relative position and / or relative orientation. This can facilitate the manufacture of such a battery. Moreover, this allows the combination of two or more battery units in two or more different ways by changing and fixing their relative position and / or orientation.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Batterieeinheit dazu eingerichtet, den Austausch des sauerstoffhaltigen Mediums zwischen dem Kanal und den Kathodenschichten zu verbessern. In einer ersten bevorzugten Variante ist die Batterieeinheit dabei in der Weise eingerichtet, dass die Kathodenschichten für das sauerstoffhaltige Medium oder zumindest für Sauerstoff durchlässig sind. In einer zweiten bevorzugten Variante ist die Batterieeinheit dabei in der Weise eingerichtet, dass ein oder mehrere Lüftungsschichten vorgesehen sind, wobei jede Lüftungsschicht durchlässig für das sauerstoffhaltige Medium und an einer Hauptseite von einer der Kathodenschichten gegenüber der jeweiligen Separatorschicht angeordnet ist. Vorzugsweise ist wenigstens eine der Belüftungsschichten als ein Zwischenraum zwischen der jeweiligen Kathodenschicht und einer benachbarten Schicht des Stapels ausgebildet. Ebenfalls bevorzugt ist wenigstens eine der Belüftungsschichten aus einem Material gefertigt, das durchlässig für das sauerstoffhaltiges Medium oder ein Kühlmedium ist, insbesondere ein poröses Material und/oder aufweisend Kanäle für das Medium.According to a further preferred embodiment, the battery unit is adapted to improve the exchange of the oxygen-containing medium between the channel and the cathode layers. In a first preferred variant, the battery unit is arranged in such a way that the cathode layers for the oxygen-containing medium or at least for oxygen are permeable. In a second preferred variant, the battery unit is arranged in such a way that one or more ventilation layers are provided, wherein each ventilation layer is permeable to the oxygen-containing medium and disposed on a main side of one of the cathode layers opposite the respective separator layer. Preferably, at least one of the ventilation layers is formed as a gap between the respective cathode layer and an adjacent layer of the stack. Also preferably, at least one of the ventilation layers is made of a material that is permeable to the oxygen-containing medium or a cooling medium, in particular a porous material and / or having channels for the medium.
Dementsprechend kann sauerstoffhaltiges Medium oder zumindest Sauerstoff entlang der und vorzugsweise durch die jeweiligen Kathodenschichten strömen und/oder diffundieren. Vorzugsweise kann das sauerstoffhaltige Medium aus dem Kanal zu der Außenfläche des Stapels, wodurch Sauerstoff oder andere Reaktanten den jeweiligen Kathodenschichten zugeführt oder von den jeweiligen Kathodenschichten abgeführt und/oder Wärme zum oder vom Schichtstapel übertragen wird. Somit kann diese Ausführungsform die Ausgangsleistung, die Funktionsfähigkeit, die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Batterieeinheit vorteilhaft weiter verbessern. Insbesondere kann diese Ausführungsform vorteilhaft mit einer Ausführungsform mit einem zentrierten und/oder rotationssymmetrischen Kanal, wie oben beschrieben, kombiniert werden, wobei sich die vorteilhaften Wirkungen synergistisch gegenseitig verstärken. Insbesondere wird eine verbesserte und insbesondere homogenere, Zu- oder Abfuhr von Sauerstoff zu bzw. von der jeweiligen Kathodenschicht und/oder eine homogene Temperatur der jeweiligen Kathodenschichten erreicht. Darüber hinaus können in einer bevorzugten Variante mit elektrisch isolierten Lüftungsschichten die Lüftungsschichten als elektrische Isolatoren zwischen den jeweiligen Kathodenschichten und benachbarten Schichten des Stapels oder Schichten eines Stapels einer weiteren Batterieeinheit dienen.Accordingly, oxygen-containing medium or at least oxygen may flow and / or diffuse along and preferably through the respective cathode layers. Preferably, the oxygen-containing medium from the channel to the outer surface of the stack, whereby oxygen or other reactants supplied to the respective cathode layers or removed from the respective cathode layers and / or heat is transferred to or from the layer stack. Thus, can This embodiment advantageously further improves the output performance, operability, reliability and durability of the battery pack. In particular, this embodiment may be advantageously combined with an embodiment having a centered and / or rotationally symmetric channel as described above, wherein the beneficial effects synergistically reinforce one another. In particular, an improved and in particular more homogeneous, supply or removal of oxygen to or from the respective cathode layer and / or a homogeneous temperature of the respective cathode layers is achieved. In addition, in a preferred variant with electrically insulated ventilation layers, the ventilation layers can serve as electrical insulators between the respective cathode layers and adjacent layers of the stack or layers of a stack of another battery unit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Batterieeinheit dazu eingerichtet, den Ladungstransfer von und zu galvanischen Reaktionsorten von wenigstens einer der Anoden- und/oder Kathodenschichten zu verbessern. In einer ersten bevorzugten Variante davon ist die Batterieeinheit in der Weise eingerichtet, dass die wenigstens eine der Anoden- und/oder Kathodenschichten elektrisch leitfähig ist. In einer zusätzlichen oder alternativen zweiten bevorzugten Variante ist die Batterieeinheit in der Weise eingerichtet, dass die wenigstens eine der Anoden- und/oder Kathodenschichten einen Stromkollektor aufweist, der in diese Schicht integriert ist oder auf einer Hauptseite dieser Schicht, die der Separatorschicht der elektrochemischen Zelle, welche die wenigstens eine der Anoden- und/oder Kathodenschichten aufweist, gegenüber liegt, angeordnet ist, wobei der Stromkollektor eine Durchgangsbohrung aufweist, welche mit der Schicht überlappt. Dementsprechend wird die Leitfähigkeit der Batterieeinheit erhöht und/oder der Innenwiderstand der Batterieeinheit verringert, weil die Batterieeinheit dazu eingerichtet ist, den Ladungstransfer von und zu galvanischen Reaktionsstellen zu erhöhen. Somit wird insbesondere die maximale Ausgangsleistung erhöht und/oder die Wärmeabfuhr während des Entladens und/oder Wiederaufladens verringert.According to a further preferred embodiment, the battery unit is adapted to improve the charge transfer from and to galvanic reaction sites of at least one of the anode and / or cathode layers. In a first preferred variant thereof, the battery unit is arranged in such a way that the at least one of the anode and / or cathode layers is electrically conductive. In an additional or alternative second preferred variant, the battery unit is arranged in such a way that the at least one of the anode and / or cathode layers has a current collector integrated in this layer or on a main side of this layer, that of the separator layer of the electrochemical cell disposed opposite to the at least one of the anode and / or cathode layers, wherein the current collector has a through-hole overlapping with the layer. Accordingly, the conductivity of the battery unit is increased and / or the internal resistance of the battery unit is reduced, because the battery unit is adapted to increase the charge transfer from and to galvanic reaction sites. Thus, in particular, the maximum output power is increased and / or the heat dissipation during unloading and / or recharging is reduced.
Gemäß einer weitere bevorzugten Ausführungsform der Batterieeinheit sind die Anodenschichten des Stapels elektrisch durch einen oder mehrere Anodenverbinder miteinander verbunden, und die Kathodenschichten des Stapels sind elektrisch durch einen oder mehrere Kathodenverbinder miteinander verbunden. Des Weiteren verläuft zumindest einer der Anoden- und Kathodenverbinder durch den Kanal. Dadurch wird, im Vergleich zu einer Ausführungsform ohne die elektrischen Verbinder, die Länge des elektrischen Pfades, d.h. des Elektronendiffusionspfads, der sich vom Verbinder zu den Reaktionsstellen in der Anode oder Kathode erstreckt, reduziert. Somit wird insbesondere der Innenwiderstand der Batterieeinheit verringert. Vorzugsweise ist die Anordnung von zumindest einem der Verbinder im Kanal besonders vorteilhaft, wenn der Kanal im Stapel zentriert ist. Des Weiteren können die Verbinder in vorteilhafter Weise mit den oben beschriebenen Stromabnehmer kombiniert werden, wodurch der Innenwiderstand weiter verringert wird. Vorzugsweise erstreckt sich mindestens einer der Kathodenverbinder durch den Kanal, weil die Kathodenschichten typischerweise einen höheren elektrischen Widerstand als die Anodenschichten aufweisen.According to a further preferred embodiment of the battery unit, the anode layers of the stack are electrically interconnected by one or more anode connectors, and the cathode layers of the stack are electrically interconnected by one or more cathode connectors. Furthermore, at least one of the anode and cathode connectors passes through the channel. Thereby, compared to an embodiment without the electrical connectors, the length of the electrical path, i. of the electron diffusion path extending from the connector to the reaction sites in the anode or cathode. Thus, in particular, the internal resistance of the battery unit is reduced. Preferably, the arrangement of at least one of the connectors in the channel is particularly advantageous when the channel is centered in the stack. Furthermore, the connectors can be advantageously combined with the current collectors described above, further reducing the internal resistance. Preferably, at least one of the cathode connectors extends through the channel because the cathode layers typically have a higher electrical resistance than the anode layers.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf eine Metall/Sauerstoff-Batterie, insbesondere für ein Fahrzeug, gerichtet, die eine erste Batterieeinheit und eine zweite Batterieeinheit, jeweils gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, aufweist. Die erste und die zweite Batterieeinheit umfassen jeweils einen Anodenverbinder, der mit wenigstens einer der Anodenschichten der jeweiligen Batterieeinheit verbunden ist, und einen Kathodenverbinder, der mit wenigstens einer der Kathodenschichten der jeweiligen Batterieeinheit verbunden ist. Darüber hinaus sind der Anodenverbinder und der Kathodenverbinder der ersten Batterieeinheit und der Anodenverbinder und der Kathodenverbinder der zweiten Batterieeinheit in der Weise angeordnet, so dass: in einer ersten vorgegebenen relativen Position oder Orientierung der Batterieeinheiten die Batterieeinheiten parallel verschaltet sind und in einer zweiten vorgegebenen relativen Position oder Orientierung der Batterieeinheiten die Batterieeinheiten in Reihe verschaltet sind.A second aspect of the invention is directed to a metal / oxygen battery, in particular for a vehicle, comprising a first battery unit and a second battery unit, each according to the first aspect of the present invention. The first and second battery units each include an anode connector connected to at least one of the anode layers of the respective battery unit and a cathode connector connected to at least one of the cathode layers of the respective battery unit. Moreover, the anode connector and the cathode connector of the first battery unit and the anode connector and the cathode connector of the second battery unit are arranged such that: in a first predetermined relative position or orientation of the battery units, the battery units are connected in parallel and in a second predetermined relative position or orientation of the battery units, the battery units are connected in series.
Die Ausführungsformen und Varianten sowie mögliche Vorteile, wie sie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bereits ausführlich beschrieben wurden, gelten entsprechend auch für die Metall/Sauerstoff-Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere kann eine Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung in der Weise vorteilhaft sein, dass basierend auf derselben ersten und zweiten Batterieeinheit eine Batterie mit einer höheren Ausgangsspannung oder einem höheren Ausgangsstrom hergestellt werden kann, indem die relative Position und/oder Orientierung der Batterieeinheiten vorgegeben wird. Somit kann die Herstellung solcher Batterien erleichtert und/oder die Herstellungskosten reduziert werden, insbesondere weil unterschiedliche Anordnungen von Batterieeinheiten und somit eine Reihe verschiedener Ausführungsformen von daraus gebildeten Batterien aus identischen Batterieeinheiten hergestellt werden können . Außerdem können, im Vergleich zu herkömmlichen Batterieeinheiten, zusätzliche Materialien und/oder Herstellungsschritte zur Verbindung der Batterieeinheiten vermieden werden, wodurch insbesondere die Herstellung effektiver und die Batterie zuverlässiger wird.The embodiments and variants as well as possible advantages, as have already been described in detail above in connection with the first aspect of the present invention, also apply correspondingly to the metal / oxygen battery according to the present invention. In particular, an embodiment of the second aspect of the invention may be advantageous in that based on the same first and second battery unit, a battery having a higher output voltage or a higher output current can be produced by specifying the relative position and / or orientation of the battery units. Thus, the manufacture of such batteries can be facilitated and / or the manufacturing costs reduced, in particular because different arrangements of battery units and thus a number of different embodiments of batteries formed therefrom can be made from identical battery units. In addition, compared to conventional battery units, additional materials and / or manufacturing steps for connecting the battery units can be avoided, which in particular the manufacturing more effective and the battery is reliable.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist die Batterie ein Batteriegehäuse, das die Batterieeinheiten zumindest teilweise umschließt. Das Batteriegehäuse hat eine oder mehrere Durchlässe und ist dazu eingerichtet, den Austausch des sauerstoffhaltigen Mediums und/oder gegebenenfalls eines Kühlmediums zwischen einer Umgebung der Batterie und den Batterieeinheiten zu unterstützen. In einer bevorzugten Variante ist zumindest eine der Durchlässe des Batteriegehäuses dazu eingerichtet, das Medium zu einem entsprechenden Durchlass von wenigstens einer der Batterieeinheiten zu führen. In einer zusätzlichen oder alternativen bevorzugten Variante ist wenigstens einer der Durchlässe dazu eingerichtet, das Medium aus einem entsprechenden Durchlass aus mindestens einer der Batterieeinheiten aufzunehmen. Vorzugsweise sind mindestens zwei der Batterieeinheiten linear angeordnet und weisen jeweils zwei Durchlässe auf, so dass ein Kanal durch die Batterieeinheiten gebildet wird, wodurch vorteilhafterweise ein Fluss von sauerstoffhaltigem Medium und/oder Kühlmedium aus einem der Durchlässe der Batterie, durch die Batterieeinheiten hindurch, und zu einem anderen der Durchlässe der Batterie ermöglicht wird. According to a first preferred embodiment, the battery has a battery housing which at least partially surrounds the battery units. The battery housing has one or more passages and is configured to assist in the replacement of the oxygen-containing medium and / or optionally a cooling medium between an environment of the battery and the battery units. In a preferred variant, at least one of the passages of the battery housing is adapted to lead the medium to a corresponding passage of at least one of the battery units. In an additional or alternative preferred variant, at least one of the passages is adapted to receive the medium from a corresponding passage of at least one of the battery units. Preferably, at least two of the battery units are arranged linearly and each have two passages, so that a channel is formed by the battery units, thereby advantageously a flow of oxygen-containing medium and / or cooling medium from one of the passages of the battery, through the battery units, and another of the passages of the battery is made possible.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Batterie sind die Anoden- und Kathodenverbinder der ersten Batterieeinheit und der Anodenverbinder der zweiten Batterieeinheit in der Weise angeordnet, dass in der ersten relativen Orientierung der Batterieeinheiten der Anodenverbinder der ersten Batterieeinheit dem Anodenverbinder der zweiten Batterieeinheit zugewandt und mit diesem elektrisch verbunden ist und/oder die Kathodenverbinder der ersten und zweiten Batterieeinheit einander zugewandt und elektrisch verbunden sind. Zusätzlich sind die Verbinder so angeordnet, dass sie in der zweiten relativen Orientierung der Batterieeinheiten, in der die erste Batterieeinheit um einen vorbestimmten Winkel relativ zur zweiten Batterieeinheit um eine entlang der Stapelrichtung der Schichten der ersten Batterieeinheit definierten Achse gedreht ist, der Kathodenverbinder der ersten Batterieeinheit dem Anodenverbinder der zweiten Batterieeinheit zugewandt und mit diesem elektrisch verbunden ist, während insbesondere der Anodenverbinder der ersten Batterieeinheit und der Kathodenverbinder der zweiten Batterieeinheit nicht miteinander verbunden sind. Dementsprechend können durch Drehung der Batterieeinheiten relativ zueinander Batterien unterschiedlicher Spannungs- und Stromklassen hergestellt werden. Vorzugsweise werden für diese Ausführungsform rotationssymmetrische Batterieeinheiten verwendet, wodurch insbesondere die Anforderungen an ein Gehäuse der Batterie verringert werden. In einer bevorzugten Variante dieser Kombination sind die Batterieeinheiten rotationssymmetrisch, aber nicht kreisförmig, und weisen vorzugsweise eine Form eines regelmäßigen Sechsecks auf, und ein Gehäuse der Batterie weist eine entsprechende Innenform auf, so dass die Batterieeinheiten der Batterie nach der Herstellung gegen einer Drehung relativ zu einander durch das Gehäuse der Batterie, in das sie eingeführt und durch die Übereinstimmung zwischen der äußeren Form der Batterieeinheiten und der inneren Form des Gehäuses in Position und Orientierung fixiert werden, gesichert sind.In a further preferred embodiment of the battery, the anode and cathode connectors of the first battery unit and the anode connectors of the second battery unit are arranged such that in the first relative orientation of the battery units, the anode connector of the first battery unit faces the anode connector of the second battery unit and electrically therewith is connected and / or the cathode connectors of the first and second battery unit facing each other and are electrically connected. In addition, in the second relative orientation of the battery units in which the first battery unit is rotated by a predetermined angle relative to the second battery unit about an axis defined along the stacking direction of the layers of the first battery unit, the connectors are arranged to be the cathode connector of the first battery unit the anode connector of the second battery unit facing and is electrically connected thereto, while in particular the anode connector of the first battery unit and the cathode connector of the second battery unit are not connected to each other. Accordingly, by rotating the battery units relative to each other batteries of different voltage and current classes can be produced. Preferably, rotationally symmetrical battery units are used for this embodiment, whereby in particular the requirements for a housing of the battery are reduced. In a preferred variant of this combination, the battery units are rotationally symmetric, but not circular, and preferably have a shape of a regular hexagon, and a housing of the battery has a corresponding inner shape, so that the battery units of the battery after manufacture against rotation relative to secured to each other by the housing of the battery into which they are inserted and fixed in position and orientation by the correspondence between the external shape of the battery units and the internal shape of the housing.
Ferner wird eine Variante einer rotationssymmetrischen Metall/Sauerstoff- Batterieeinheit offenbart, die alle Merkmale des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung mit Ausnahme des Kanals bzw. der Durchgangsbohrungen, die den Kanal bilden, aufweist, sowie eine entsprechende rotationssymmetrische Metall/Sauerstoff-Batterie, die aus solchen Batterieeinheiten gebildet ist. Die Ausführungsformen und Varianten und Vorteile, die sich aus einer wie oben bereits in Verbindung mit dem ersten und/oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben Rotationssymmetrie ergeben, gelten entsprechend für die rotationssymmetrische Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit oder Metall/Sauerstoff-Batterie.Furthermore, a variant of a rotationally symmetrical metal / oxygen battery unit is disclosed, which has all the features of the first aspect of the present invention, with the exception of the channel or the through-holes, which form the channel, and a corresponding rotationally symmetrical metal / oxygen battery, the such battery units is formed. The embodiments and variants and advantages which result from a rotational symmetry described in detail above in connection with the first and / or second aspect of the present invention apply correspondingly to the rotationally symmetrical metal / oxygen battery unit or metal / oxygen battery.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung einer Metall/Sauerstoff-Batterie mit zwei oder mehr Batterieeinheiten gerichtet, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Das Herstellungsverfahren weist die folgenden Schritte auf: In einem ersten Schritt wird ein Batteriegehäuse bereitgestellt. In einem zweiten Schritt werden zwei oder mehr Batterieeinheiten gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. In einem dritten Schritt werden die Batterieeinheiten in das Batteriegehäuse eingebracht, wobei die relative Position und/oder Orientierung der Batterieeinheiten gesteuert und in eine vorgegebenen Position oder Orientierung gebracht wird. In einem vierten Schritt wird die relative Position und/oder die relative Orientierung der Batterieeinheiten fixiert. In einer bevorzugten Variante wird die relative Position bzw. Orientierung fixiert durch ein oder mehrere Befestigungselemente der Batterieeinheiten. In einer zusätzlichen oder alternativen Variante kann die relative Position bzw. Orientierung fixiert werden durch eine passende und/oder ineinander greifende innere Form des Batteriegehäuses und äußere Form der Batterieeinheiten. In einer zusätzlichen oder alternativen auf die Herstellung von Batterien aus Batterieeinheiten mit Anoden- und Kathodenverbindern gerichteten Variante, in der die Anoden- und Kathodenverbinder dazu eingerichtet sind, in Abhängigkeit der relativen Position oder Orientierung der Batterieeinheiten eine parallele Verschaltung oder eine Reihenschaltung bereitzustellen, weist das Verfahren den Schritt auf, in dem jede Batterieeinheit in einer vorbestimmten Position und/oder Orientierung relativ zu ihren benachbarten Batterieeinheiten angeordnet wird, so dass sie elektrisch parallel oder in Reihe mit jeder der benachbarten Batterieeinheiten verschaltet werden. Dieses Verfahren betrifft insbesondere die Herstellung von Batterien gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Insbesondere kann dieses Verfahren auch in Verbindung mit den verschiedenen, hier beschriebenen Ausführungsformen und Varianten verwendet werden. Des Weiteren können das Verfahren und dessen Varianten auch zur Herstellung der Batterie, die im vorhergehenden Absatz offenbart wurde, verwendet werden.A third aspect of the present invention is directed to a method of manufacturing a metal / oxygen battery having two or more battery units, more particularly to a method of manufacturing a battery according to the second aspect of the present invention. The manufacturing method comprises the following steps: In a first step, a battery housing is provided. In a second step, two or more battery packs according to the first aspect of the present invention are provided. In a third step, the battery units are introduced into the battery housing, wherein the relative position and / or orientation of the battery units is controlled and brought into a predetermined position or orientation. In a fourth step, the relative position and / or the relative orientation of the battery units is fixed. In a preferred variant, the relative position or orientation is fixed by one or more fastening elements of the battery units. In an additional or alternative variant, the relative position or orientation can be fixed by a matching and / or interlocking internal shape of the battery housing and outer shape of the battery units. In an additional or alternative variant directed to the production of batteries from battery units with anode and cathode connectors in which the anode and cathode connectors are arranged to provide a parallel connection or a series connection depending on the relative position or orientation of the battery units Method, the step in which each battery unit in a predetermined position and / or orientation relative to their adjacent Battery units is arranged so that they are electrically connected in parallel or in series with each of the adjacent battery units. This method particularly relates to the production of batteries according to the second aspect of the present invention. In particular, this method can also be used in conjunction with the various embodiments and variants described herein. Furthermore, the method and its variants can also be used to manufacture the battery disclosed in the previous paragraph.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Fahrzeug gerichtet, insbesondere ein elektrisches Fahrzeug oder ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug, das eine oder mehrere Batterieeinheiten gemäß dem ersten Aspekte der Erfindung, insbesondere eine oder mehrere Batterien gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, welche insbesondere gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung hergestellt wurden, aufweist.A fourth aspect of the present invention is directed to a vehicle, in particular an electric vehicle or a plug-in hybrid electric vehicle, comprising one or more battery units according to the first aspect of the invention, in particular one or more batteries according to the second aspect of the invention, which were produced in particular according to the third aspect of the invention.
Die Ausführungsformen und Varianten sowie potentielle Vorteile, wie bereits weiter oben in Verbindung mit dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, gelten entsprechend für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung.The embodiments and variants as well as potential advantages, as described in detail above in connection with the first, second and / or third aspect of the present invention, apply correspondingly to the vehicle according to the present invention.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine der einen oder mehreren Batterieeinheiten oder zumindest eine der einen oder mehreren Batterien in der Weise angeordnet, dass ihr Kanal entlang einer Richtung verläuft, die zumindest im Wesentlichen parallel zur Oberseite-Unterseite-Richtung des Fahrzeugs ist. Dementsprechend kann die Konvektion des sauerstoffhaltigen Mediums und/oder des Kühlmediums genutzt werden, insbesondere um das Medium auszutauschen und/oder einen Fluss des Mediums durch den Kanal zu bewirken. Ein weiterer Vorteil kann sich daraus ergeben, dass der Schichtstapel insbesondere besonders widerstandsfähig gegen Stöße entlang seiner Stapelrichtung ist. Somit kann, insbesondere im Vergleich zu einem Fahrzeug ohne eine solche Anordnung von Batterien, ein zuverlässigeres und/oder robusteres Fahrzeug mit einer längeren Lebensdauer erreicht werden.According to a first preferred embodiment, at least one of the one or more battery units or at least one of the one or more batteries is arranged in such a way that its channel runs along a direction which is at least substantially parallel to the top-bottom direction of the vehicle. Accordingly, the convection of the oxygen-containing medium and / or the cooling medium can be used, in particular in order to exchange the medium and / or to effect a flow of the medium through the channel. A further advantage may result from the fact that the layer stack is in particular particularly resistant to impacts along its stacking direction. Thus, especially in comparison to a vehicle without such an arrangement of batteries, a more reliable and / or robust vehicle with a longer life can be achieved.
Figurenlistelist of figures
Weitere vorteilhafte Merkmale und Anwendungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen und der beigefügten Figuren, in denen:
-
1 schematisch eine Seitenansicht einer Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
2 eine Draufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform zeigt; -
3 einen Querschnitt durch eine Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
4 einen Stapel der vorherigen Ausführungsform zeigt; -
5 schematisch eine Seitenansicht einer Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
6 schematisch eine Metall/Sauerstoff-Batterie nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
7 ein Verfahren zur Herstellung einer Metall/Sauerstoff-Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; -
8 ein Fahrzeug mit einer oder mehreren Batterien gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
9 schematisch zwei alternative Implementierungen einer Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit in einer Draufsicht, d.h. (i) eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Kanal und (ii) einer entsprechenden Implementierung ohne Kanal zeigt.
-
1 schematically shows a side view of a metal / oxygen battery unit according to a preferred embodiment of the present invention; -
2 shows a plan view of the preferred embodiment; -
3 shows a cross section through a metal / oxygen battery unit according to another preferred embodiment of the present invention; -
4 shows a stack of the previous embodiment; -
5 schematically shows a side view of a metal / oxygen battery unit according to another preferred embodiment of the present invention; -
6 schematically shows a metal / oxygen battery according to another preferred embodiment of the present invention; -
7 shows a method for producing a metal / oxygen battery according to the present invention; -
8th shows a vehicle with one or more batteries according to another preferred embodiment of the present invention; -
9 schematically shows two alternative implementations of a metal / oxygen battery unit in a plan view, ie (i) shows a further embodiment according to the present invention with a channel and (ii) a corresponding implementation without a channel.
Zuerst wird Bezug genommen auf
Eine Draufsicht der Ausführungsform von
Des Weiteren sind der Stapel
Nun wird Bezug genommen auf
Ferner weist die Batterieeinheit und insbesondere mindestens einer der Anoden- oder Kathodenverbindunger
Des Weiteren weist das Gehäuse
Schließlich verlaufen alle Verbinder - Anodenverbinder
Eine Draufsicht auf den Stapel
Des Weiteren weisen mindestens die Schichten
Nun wird auf
Nun wird auf
Weiterhin ist ein elektrischer Anodenanschluss
Schließlich überlappt der erste Durchlass
Nun wird auf
Nun wird auf
Schließlich wird auf
Zwei oder mehr solcher Batterieeinheiten
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be understood that a large number of variations exist. It should also be understood that the described exemplary embodiments are nonlimiting examples only and are not intended to thereby limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide those skilled in the art with guidance for implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims deviated from, and its legal equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Metall/Sauerstoff-BatterieeinheitMetal / oxygen battery unit
- 1'1'
- erste Batterieeinheitfirst battery unit
- 1''1''
- zweite Batterieeinheitsecond battery unit
- 22
- geschichteter galvanischer Stapellayered galvanic stack
- 33
- Anodenschichtanode layer
- 44
- Kathodenschichtcathode layer
- 55
- Separatorschichtseparator
- 66
- Kanalchannel
- 6'6 '
- erstes Kanalendefirst end of the canal
- 6"6 "
- zweites Kanalendesecond channel end
- 77
- DurchgangsbohrungThrough Hole
- 88th
- Batterieeinheit-GehäuseBattery unit housing
- 8i8i
- Isolierschichtinsulating
- 99
- Durchlass des Batterieeinheit-GehäusesPassage of the battery unit housing
- 1010
- Befestigungselementfastener
- 1111
- Lüftungsschichtventilation layer
- 1212
- Stromkollektor, insbesondere Stromkollektorschicht oder in der Anodenschicht oder Kathodenschicht integriertCurrent collector, in particular current collector layer or integrated in the anode layer or cathode layer
- 13, 13'13, 13 '
- Anodenverbinderanode connector
- 14, 14'14, 14 '
- Kathodenverbindercathode connector
- 2020
- Metall/Sauerstoff-BatterieMetal / oxygen battery
- 2121
- Batteriegehäusebattery case
- 2222
- erster Durchlass des Batteriegehäusesfirst passage of the battery case
- 2323
- zweiter Durchlass des Batteriegehäusessecond passage of the battery case
- 2424
- elektrischer Anodenanschlusselectrical anode connection
- 2525
- elektrischer Kathodenanschlusselectric cathode connection
- 3030
- Fahrzeugvehicle
- 3131
- Temperatursteuerungssystem eines FahrzeugsTemperature control system of a vehicle
- 3232
- Versorgungskanalsupply channel
- 3333
- Abfuhrkanaldischarge channel
- S1 bis S1S1 to S1
- Fertigungsschrittemanufacturing steps
- AAAA
- Achse definiert entlang der Stapelrichtung der SchichtenAxis defined along the stacking direction of the layers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012200862 A1 [0007]DE 102012200862 A1 [0007]
- WO 2010/132357 A1 [0008]WO 2010/132357 A1 [0008]
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Cited By (1)
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010132357A1 (en) | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Arizona Board Of Regents Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Metal-air low temperature ionic liquid cell |
DE102012200862A1 (en) | 2012-01-23 | 2013-07-25 | Robert Bosch Gmbh | Battery production by spin coating |
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-
2016
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- 2016-07-18 DE DE112016007076.4T patent/DE112016007076T5/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010132357A1 (en) | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Arizona Board Of Regents Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Metal-air low temperature ionic liquid cell |
DE102012200862A1 (en) | 2012-01-23 | 2013-07-25 | Robert Bosch Gmbh | Battery production by spin coating |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023100175A1 (en) | 2022-07-21 | 2024-02-01 | GM Global Technology Operations LLC | METHOD AND DEVICE FOR HEAT TRANSFER IN A CYLINDRICAL BATTERY CELL |
Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: WALLINGER RICKER SCHLOTTER TOSTMANN PATENT- UN, DE |
|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0002100000 Ipc: H01M0050200000 |
|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |