DE112016007076T5 - METAL / OXYGEN BATTERY - Google Patents

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Simon Nürnberger
Nikolaos Tsiouvaras
Odysseas Paschos
Peter Lamp
Tokuhiko Handa
Hidetaka Nishikoori
Toshihiko Inoue
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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.

DE 10 2012 200 862 A1 offenbart eine Gasbatterie, insbesondere eine Lithium/Luft-Batterie, mit einer Vielzahl von scheibenförmigen Schichten, wobei jede der Schichten mindestens eine Stromkollektorschicht, eine Anodenschicht, eine Polymer-Elektrolytschicht und eine Kathodenschicht aufweist. Weiterhin weist die Gasbatterie ein Gehäuse auf, wobei die scheibenförmigen Lagen in dem Gehäuse gestapelt sind, so dass ein Freiraum radial zwischen dem Stapel der Schichten und der Innenwand des Gehäuses für die Zufuhr von Luft oder Sauerstoff gebildet wird. DE 10 2012 200 862 A1 discloses a gas battery, in particular a lithium / air battery, having a plurality of disc-shaped layers, each of the layers having at least a current collector layer, an anode layer, a polymer electrolyte layer, and a cathode layer. Furthermore, the gas battery has a housing, wherein the disc-shaped layers are stacked in the housing, so that a clearance is formed radially between the stack of layers and the inner wall of the housing for the supply of air or oxygen.

WO 2010/132357 A1 offenbart eine elektrochemische Metall-Luft-Zelle, in der eine niedertemperatur-ionische Flüssigkeit verwendet wird. Die Zelle weist eine flexible Brennstoffelektrode, eine flexible Luftelektrode und ein ionenleitendes Medium auf, das die niedertemperatur-ionische Flüssigkeit umfasst. Die flexible Brennstoffelektrode und die flexible Luftelektrode sind in einer kompakten nicht-linearen Konfiguration angeordnet, wobei eine Außenfläche der Luftelektrode freiliegt, um gasförmigen Sauerstoff zu absorbieren. Insbesondere kann die flexible Elektrode gerollt werden. Darüber hinaus kann die Zelle ein Gehäuse aufweisen, wobei das Gehäuse ein offenes Ende zum Aufnehmen eines axialen Luftstroms umfasst und wobei ein Ende der gerollten Elektroden zum Aufnehmen eines axialen Luftstroms dem offenen Ende des Gehäuses zum Aufnehmen eines axialen Luftstroms zugewandt ist. WO 2010/132357 A1 discloses an electrochemical metal-air cell in which a low temperature ionic liquid is used. The cell has a flexible fuel electrode, a flexible air electrode, and an ion conducting medium comprising the low temperature ionic liquid. The flexible fuel electrode and the flexible air electrode are arranged in a compact non-linear configuration with an outer surface of the air electrode exposed to absorb gaseous oxygen. In particular, the flexible electrode can be rolled. In addition, the cell may include a housing, the housing having an open end for receiving an axial airflow, and an end of the rolled electrodes for receiving an axial airflow facing the open end of the housing for receiving an axial airflow.

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 claim 1, a metal / oxygen battery according to claim 11, a method for producing a metal / oxygen battery according to claim 13 and A vehicle according to claim 14. Various preferred embodiments of the present invention and further improvements are set forth in particular by the teaching of the subclaims.

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.
Further advantageous features and applications of the present invention will become apparent from the following detailed description of the exemplary embodiments and the accompanying drawings, in which:
  • 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 1, die eine Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht zeigt. Eine Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit 1 weist einen geschichteten galvanischen Stapel 2 auf. Dieser geschichtete galvanische Stapel 2 umfasst eine sich wiederholende Sequenz von Schichten, welche drei elektrochemischen Zellen bilden, die durch Lüftungsschichten 11 sowohl separiert als auch elektrisch und ionisch voneinander isoliert sind. Insbesondere kann ein solcher geschichteter galvanischer Stapel auch weniger oder mehr als drei elektrochemische Zellen enthalten. Der geschichtete galvanische Stapel 2 weist die Lüftungsschichten 11, drei Stromkollektorschichten 12, die elektrisch mit drei Kathodenschichten 3 verbunden sind und diesen gegenüberliegen, drei Separatorschichten 5, die jeweils einer benachbarten der Kathodenschichten 4 zugewandt sind, drei Anodenschichten 3, die jeweils einer benachbarten Separatorschicht 5 zugewandt sind, und drei zusätzliche Stromkollektorschichten 12 auf, die jeweils elektrisch mit einer ihnen zugewandten der drei Anodenschichten 3 verbunden sind. Die Richtung der Stapelung der Schichten 3, 4, 5, 11 und 12 definiert eine Achse AA entlang dieser Richtung. Ferner weist der geschichtete galvanische Stapel 2 zwei Anodenverbinder 13, 13' und zwei Kathodenverbinder 14, 14' auf, wobei der Anodenverbinder 13' und der Kathodenverbinder 14' durch einen Kanal 6 des Stapels 2 verlaufen und somit in der Seitenansicht nicht dargestellt sind. Die Anoden- und Kathodenverbinder 13, 13', 14, 14' sind elektrisch mit jeweiligen Anoden- oder Kathodenschichten 3 bzw. 4 durch entsprechende Stromkollektorschichten 12 verbunden. Lüftungsschichten 11 ermöglichen vorteilhaft die Verbesserung der Verteilung von Sauerstoff, insbesondere eines sauerstoffhaltigen Mediums, entlang der Kathodenschichten 4. Des Weiteren trennen und isolieren die Belüftungsschichten 11 die elektrochemischen Zellen, so dass eine Serienschaltung oder ein ionischer Kurzschluss der elektrochemischen Zellen vermieden wird. Insbesondere sind die drei elektrochemischen Zellen durch Anodenverbinder 13, 13' und Kathodenverbinder 14, 14' parallel verschaltet.First, reference is made to 1 holding a metal / oxygen battery unit 1 according to a preferred embodiment of the present invention in a side view. A metal / oxygen battery unit 1 has a layered galvanic stack 2 on. This layered galvanic stack 2 comprises a repeating sequence of layers which form three electrochemical cells, through ventilation layers 11 both separated and electrically and ionically isolated from each other. In particular, such a layered galvanic stack may also contain fewer or more than three electrochemical cells. The layered galvanic stack 2 has the ventilation layers 11 , three current collector layers 12 electrically connected to three cathode layers 3 are connected and opposed, three Separatorschichten 5 , each one adjacent to the cathode layers 4 facing, three anode layers 3 , each of an adjacent separator layer 5 facing, and three additional current collector layers 12 each electrically connected to one of the three anode layers 3 are connected. The direction of the Stacking of the layers 3 . 4 . 5 . 11 and 12 defines an axis AA along this direction. Furthermore, the layered galvanic stack has 2 two anode connectors 13 . 13 ' and two cathode connectors 14 . 14 ' on, wherein the anode connector 13 ' and the cathode connector 14 ' through a canal 6 of the pile 2 run and thus not shown in the side view. The anode and cathode connectors 13 . 13 ' . 14 . 14 ' are electrically connected to respective anode or cathode layers 3 or. 4 through corresponding current collector layers 12 connected. ventilation layers 11 advantageously allow the improvement of the distribution of oxygen, in particular an oxygen-containing medium, along the cathode layers 4 , Furthermore, the ventilation layers separate and isolate 11 the electrochemical cells, so that a series connection or an ionic short circuit of the electrochemical cells is avoided. In particular, the three electrochemical cells are by anode connectors 13 . 13 ' and cathode connectors 14 . 14 ' connected in parallel.

Eine Draufsicht der Ausführungsform von 1 ist in 2 gezeigt. Die Stromkollektorschicht 12 weist eine Durchgangsbohrung 7 auf. Des Weiteren weisen auch die anderen, in 2 nicht dargestellten Schichten 3, 4, 5, 11, 12 des Stapels 2 Durchgangsbohrungen 7 auf. Die Durchgangsbohrungen 7 bilden den Kanal 6, der durch den Stapel 2 verläuft. Beide Anodenverbinder 13, 13' und beide Kathodenverbinder 14, 14' sind dargestellt. Insbesondere sind der Anodenverbinder 13' und der Kathodenverbinduer 14', die durch den Kanal 6 verlaufen, in 2 dargestellt. Im Vergleich zu einer elektrischen Verbindung der Schichten ausschließlich über die Außenflächen des Stapels ermöglichen die durch den Kanal 6 verlaufenden Verbinder vorteilhaft eine Reduzierung des elektrischen Widerstands eines elektrischen Pfades, der von den Reaktionsstellen der Kathoden- und Anodenschichten 4, 3 zu den jeweiligen Verbindern verläuft. Des Weiteren kann der Kanal 6 den Austausch des sauerstoffhaltigen Mediums, insbesondere Luft oder Sauerstoff, zwischen einer Umgebung der Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit und den Kathodenschichten 4 unterstützen.A plan view of the embodiment of 1 is in 2 shown. The current collector layer 12 has a through hole 7 on. Furthermore, the others, in 2 not shown layers 3 . 4 . 5 . 11 . 12 of the pile 2 Through holes 7 on. The through holes 7 form the channel 6 that by the pile 2 runs. Both anode connectors 13 . 13 ' and both cathode connectors 14 . 14 ' are shown. In particular, the anode connector 13 ' and the cathode connector 14 ' passing through the canal 6 run, in 2 shown. Compared to an electrical connection of the layers exclusively over the outer surfaces of the stack allow through the channel 6 extending connector advantageously a reduction of the electrical resistance of an electrical path, which is the reaction sites of the cathode and anode layers 4 . 3 extends to the respective connectors. Furthermore, the channel can 6 the replacement of the oxygen-containing medium, in particular air or oxygen, between an environment of the metal / oxygen battery unit and the cathode layers 4 support.

Des Weiteren sind der Stapel 2 und insbesondere die Schichten 3, 4, 5, 11 und 12 des Stapels 2 eine kreisförmig, wenn sie von oben betrachtet werden und weisen somit insbesondere bezüglich der Achse AA, die in 2 nicht dargestellt ist, da sie aus der Zeichenebene herausragt, eine zylindrische Form auf. Vorzugsweise weist die Batterieeinheit 1 eine zumindest im Wesentlichen zylindrischen Form auf, insbesondere eine zylindrische Kontur, wobei zwei solcher Batterieeinheiten, die relativ zueinander koaxial angeordnet sind, um gemeinsam einen Zylinder zu bilden, relativ zueinander um ihre gemeinsame Achse gedreht werden können, ohne die Form des gemeinsam gebildeten Zylinders wesentlich zu beeinflussen. Dies kann insbesondere das Einbringen von Batterieeinheiten in ein Batteriegehäuse mit einer zylindrischen Innenform erleichtern. Vorzugsweise kann das Batteriegehäuse mehrere Aufnahmebereiche zum Aufnehmen des Anodenverbinders 13 und des Kathodenverbinders 14 aufweisen, die außerhalb des Stapels 2 angeordnet sind, auch wenn die Verbinder 13, 14 nicht in rotationssymmetrischer Weise um den Stapel 2 angeordnet sind. Des Weiteren können die Zwischenverbinder 13, 13', 14 und/oder 14' von zwei solchen Batterieeinheiten die relative Position oder Orientierung der Batterieeinheiten festlegen, wenn sie miteinander verbunden sind.Furthermore, the stack 2 and especially the layers 3 . 4 . 5 . 11 and 12 of the pile 2 a circular when viewed from above and thus in particular with respect to the axis AA , in the 2 not shown, since it protrudes from the plane, a cylindrical shape. Preferably, the battery unit 1 an at least substantially cylindrical shape, in particular a cylindrical contour, wherein two such battery units, which are arranged coaxially relative to each other to form a cylinder together, can be rotated relative to each other about their common axis without the shape of the co-formed cylinder substantially to influence. This can in particular facilitate the introduction of battery units in a battery housing with a cylindrical inner shape. Preferably, the battery case may have a plurality of receiving portions for receiving the anode connector 13 and the cathode connector 14 that are outside the stack 2 are arranged, even if the connectors 13 . 14 not in a rotationally symmetrical manner around the stack 2 are arranged. Furthermore, the intermediate connectors 13 . 13 ' . 14 and or 14 ' of two such battery packs determine the relative position or orientation of the battery packs when connected together.

Nun wird Bezug genommen auf 3, die einen Querschnitt durch eine Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit 1 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die derjenigen aus 1 und 2 ähnlich ist, insbesondere mit der Ausnahme, dass einige Schichten fehlen und die Batterieeinheit 1 ein Batterieeinheitengehäuse 8 aufweist. Insbesondere weist der galvanische Stapel 2 der Batterieeinheit 1 drei Anodenschichten 3, drei Kathodenschichten 4 und fünf Separatorschichten 5 auf, wobei die inneren Anoden- und Kathodenschichten einer der Separatorschichten 5 beidseitig zugewandt sind und dadurch fünf elektrochemische Zellen gebildet werden. So kann insbesondere eine kompaktere Batterieeinheit, insbesondere eine Batterieeinheit mit einer höheren Energiedichte, aufgebaut werden. Batterieeinheit-Gehäuse 8 enthält den Stapel 2 mit den Schichten 3, 4, 5 und isoliert die Oberfläche des Stapels 2 vorzugsweise elektrisch, wodurch das Stapeln von mehreren solchen Batterieeinheiten 1 erleichtert werden kann.Now reference is made to 3 , which is a cross section through a metal / oxygen battery unit 1 According to another preferred embodiment of the present invention, that of 1 and 2 similar, with the exception that some layers are missing and the battery unit 1 a battery unit case 8th having. In particular, the galvanic stack 2 the battery unit 1 three anode layers 3 , three cathode layers 4 and five separator layers 5 with the inner anode and cathode layers of one of the separator layers 5 facing both sides and thereby five electrochemical cells are formed. In particular, a more compact battery unit, in particular a battery unit with a higher energy density, can be constructed. Battery unit housing 8th contains the stack 2 with the layers 3 . 4 . 5 and isolates the surface of the stack 2 preferably electrically, whereby the stacking of several such battery units 1 can be relieved.

Ferner weist die Batterieeinheit und insbesondere mindestens einer der Anoden- oder Kathodenverbindunger 13, 14 1 in einer bevorzugten Variante ein Befestigungselement 10 auf, mit dem die relative Position oder Orientierung zweier solcher Batterieeinheiten 1 festgelegt werden kann. Vorzugsweise kann der Zwischenverbinder als ein solches Befestigungselement dienen, wodurch zusätzliche Befestigungselemente vermieden werden können. Zusätzlich oder alternativ kann die äußere Form der Schichten und/oder des Gehäuses 8 kann in der Weise ausgebildet sein, dass die relative Orientierung oder Position von mindestens zwei solcher Batterieeinheiten 1 im Zusammenwirken mit einem Gehäuse einer Batterie, die solche Batterieeinheiten aufweist, definiert und fixiert werden.Furthermore, the battery unit and in particular at least one of the anode or cathode connection 13 . 14 1 in a preferred variant, a fastening element 10 on, with the relative position or orientation of two such battery units 1 can be determined. Preferably, the intermediate connector can serve as such a fastener, whereby additional fasteners can be avoided. Additionally or alternatively, the outer shape of the layers and / or the housing 8th may be formed in such a way that the relative orientation or position of at least two such battery units 1 be defined and fixed in cooperation with a housing of a battery having such battery units.

Des Weiteren weist das Gehäuse 8 der Batterieeinheit 1 zwei Durchlässe 9 auf, die dazu eingerichtet sind, das sauerstoffhaltige Medium und/oder ein Kühlmedium zum Kanal 6, insbesondere zu einem ersten Ende des Kanals 6', zu leiten und/oder das Medium aus dem Kanal 6 aufzunehmen, insbesondere über ein zweites Ende des Kanals 6". Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, um einen Fluss von sauerstoffhaltigem Medium und/oder Kühlmedium bereitzustellen.Furthermore, the housing has 8th the battery unit 1 two passages 9 which are adapted to the oxygen-containing medium and / or a cooling medium to the channel 6 , in particular to a first end of the channel 6 ' to direct and / or the medium from the channel 6 in particular via a second end of the channel 6 " , This may be particularly advantageous to provide a flow of oxygen-containing medium and / or cooling medium.

Schließlich verlaufen alle Verbinder - Anodenverbinder 13 und Kathodenverbinder 14, wobei Kathodenverbinder 14 nicht dargestellt sind - vorzugsweise durch den Kanal 6, wobei nach außen vorstehende Teile vermieden werden können und/oder eine kompaktere Form der Batterieeinheit 1 erreicht werden kann.Finally, all connector - anode connectors run 13 and cathode connectors 14 , wherein cathode connector 14 not shown - preferably through the channel 6 wherein outwardly projecting parts can be avoided and / or a more compact form of the battery unit 1 can be reached.

Eine Draufsicht auf den Stapel 2 aus 3 ist in 4 gezeigt. Auch hierbei sind die Schichten 3, 4, 5 mit Durchgangsbohrungen 7, die den Kanal 6 bilden, versehen. Die beiden Anodenverbinder 13 und die zwei Kathodenverbinder 14 verlaufen durch den Kanal 6, der in Bezug auf die Schichten im Wesentlichen zentriert ist. Zudem sind die Verbinder 13, 14 in der Weise angeordnet, dass die Anodenverbinder 13 einer der zwei Batterieeinheiten in einer ersten Position, wenn zwei solcher Batterieeinheiten 1 gestapelt werden, den Anodenverbindern 14 der anderen der zwei Batterieeinheiten zugewandt und mit diesen elektrisch verbunden sein können. Das gilt für die Kathodenverbinder 14, so dass beide Batterieeinheiten parallel verschaltet werden können. Des Weiteren können die Anodenverbindungen 13 einer der beiden Batterieeinheiten in einer zweiten Position, in der eine der beiden Batterieeinheiten um einen Winkel von 120° um die Achse AA gedreht ist, in elektrischem Kontakt mit den Kathodenverbindern 14 der anderen der beiden Batterieeinheiten stehen, während die anderen Verbinder elektrisch getrennt sind. Somit können die beiden Batterieeinheiten in der zweiten Position in Serie verschaltet werden.A top view of the stack 2 out 3 is in 4 shown. Again, the layers are 3 . 4 . 5 with through holes 7 that the channel 6 form provided. The two anode connectors 13 and the two cathode connectors 14 run through the channel 6 which is substantially centered with respect to the layers. In addition, the connectors 13 . 14 arranged in such a way that the anode connectors 13 one of the two battery units in a first position when two such battery units 1 stacked, the anode connectors 14 the other of the two battery units facing and can be electrically connected to these. This applies to the cathode connectors 14 , so that both battery units can be connected in parallel. Furthermore, the anode compounds 13 one of the two battery units in a second position, in which one of the two battery units at an angle of 120 ° about the axis AA is rotated in electrical contact with the cathode connectors 14 the other of the two battery units stand while the other connectors are electrically isolated. Thus, the two battery units can be connected in series in the second position.

Des Weiteren weisen mindestens die Schichten 3, 4 oder 5 vorzugsweise die Form eines regelmäßigen Polygons, insbesondere die Form eines Sechsecks wie in 4 dargestellt, auf. Auf diese Weise können, wenn zwei solcher Batterieeinheiten 1 in ein Batteriegehäuse mit einer entsprechenden Innenform, beispielsweise einer hexagonalen Form einer entsprechenden Größe, eingeführt werden, die relative Orientierung der Batterieeinheiten durch das Batteriegehäuse fixiert werden.Furthermore, at least the layers have 3 . 4 or 5 preferably the shape of a regular polygon, in particular the shape of a hexagon as in 4 shown on. In this way, if two such battery units 1 are inserted into a battery case having a corresponding inner shape, for example, a hexagonal shape of a corresponding size, the relative orientation of the battery units are fixed by the battery case.

Nun wird auf 5 Bezug genommen, die eine Seitenansicht einer Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit 1 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die derjenigen aus 1, 2, 3 und 4 ähnlich ist, insbesondere mit der Ausnahme einer anderen Anordnung des Stapels 2. Der Stapel 2 weist drei elektrochemische Zellen mit jeweils einer Anodenschicht 3, einer Separatorschicht 5, einer Kathodenschicht 4 und einer Stromkollektorschicht 12 auf, die der jeweiligen Kathodenschicht 12 zugewandt und elektrisch mit dieser verbunden ist. Die Stromkollektorschichten 12 trennen und isolieren ionisch die entsprechenden Anodenschichten 3 von den Kathodenschichten 4 auf der gegenüberliegenden Seite der jeweiligen Stromkollektorschicht 12. Des Weiteren sind benachbarte Anoden- und Stromkollektorschichten elektrisch verbunden. Somit sind die drei elektrochemischen Zellen elektrisch in Reihe verschaltet. Dementsprechend ist der Anodenverbinder 13 nur mit der obersten Anodenschicht verbunden, und der Kathodenverbinder 12 ist nur mit der untersten Stromkollektorschicht 12 verbunden. Schließich weist der Stapel 2 eine Isolationsschicht 8i auf, um die unterste Stromkollektorschicht 12 elektrisch zu isolieren. Dies kann besonders vorteilhaft beim Stapeln solcher Stapel oder Batterieeinheiten sein.Now it will open 5 Reference is made, which is a side view of a metal / oxygen battery unit 1 According to another preferred embodiment of the present invention, that of 1 . 2 . 3 and 4 is similar, in particular with the exception of another arrangement of the stack 2 , The stack 2 has three electrochemical cells each with an anode layer 3 , a separator layer 5 , a cathode layer 4 and a current collector layer 12 on, that of the respective cathode layer 12 facing and electrically connected thereto. The current collector layers 12 ionically separate and isolate the corresponding anode layers 3 from the cathode layers 4 on the opposite side of the respective current collector layer 12 , Furthermore, adjacent anode and current collector layers are electrically connected. Thus, the three electrochemical cells are electrically connected in series. Accordingly, the anode connector 13 only connected to the uppermost anode layer, and the cathode connector 12 is only with the lowest current collector layer 12 connected. Closing points the stack 2 an insulation layer 8i on to the bottom most current collector layer 12 electrically isolate. This can be particularly advantageous when stacking such stacks or battery units.

Nun wird auf 6 Bezug genommen, die schematisch eine Metall/Sauerstoff-Batterie 20 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Batterie 20 weist eine erste Batterieeinheit 1' und eine zweite Batterieeinheit 1", ein Batteriegehäuse 21, einen ersten Durchlass 22, einen zweiten Durchlass 23, einen elektrischen Anodenverbinder 24 und einen elektrischen Kathodenverbinder 25 auf. Wie dargestellt ist die erste Batterieeinheit 1' relativ zur zweiten Batterieeinheit 1'' um einen Winkel von etwa 120° um die Achse AA gedreht und so angeordnet, dass sie den Kathodenverbinder 14 der ersten Batterieeinheit 1' elektrisch mit dem Anodenverbinder 13 der zweiten Batterie verbindet. Einheit 1''. Folglich sind die Batterieeinheiten 1' und 1'' in Reihe verschaltet.Now it will open 6 Reference is made schematically to a metal / oxygen battery 20 according to another preferred embodiment of the present invention. The battery 20 has a first battery unit 1' and a second battery unit 1" , a battery case 21 , a first passage 22 , a second passage 23 , an electrical anode connector 24 and a cathode electrical connector 25 on. As shown, the first battery unit 1' relative to the second battery unit 1'' at an angle of about 120 ° about the axis AA rotated and arranged so that they are the cathode connector 14 the first battery unit 1' electrically with the anode connector 13 the second battery connects. unit 1'' , Consequently, the battery units 1' and 1'' interconnected in series.

Weiterhin ist ein elektrischer Anodenanschluss 24 elektrisch mit dem Anodenverbinder 13 der ersten Batterieeinheit 1', der in 6 nicht dargestellt ist, verbunden, und ein elektrischer Kathodenanschluss 25 ist elektrisch mit dem Kathodenverbinder 14 der zweiten Batterieeinheit 1'' verbunden.Furthermore, an electrical anode connection 24 electrically with the anode connector 13 the first battery unit 1' who in 6 not shown, connected, and a cathode electrical connection 25 is electrically connected to the cathode connector 14 the second battery unit 1'' connected.

Schließlich überlappt der erste Durchlass 22 mit einem Durchlass 9 eines Gehäuses der ersten Batterieeinheit 1', und der zweiten Durchlass 23 überlappt mit einem Durchlass 9 des Gehäuses der zweiten Batterieeinheit 1''. Vorzugsweise bilden die Durchlasse des Batteriegehäuses 21, die Durchlässe der Batterieeinheiten 1' und 1" und die Kanäle 6 der Batterieeinheiten gemeinsam einen Kanal durch die Batterie 20, der vorzugsweise entlang der Achse AA verläuft, um den Austausch von sauerstoffhaltigem Medium und speziellem Kühlmedium zwischen dem Inneren der Batterie 20, insbesondere den Kanälen 6, und einer Umgebung der Batterie 20 zu unterstützen.Finally, the first passage overlaps 22 with a passage 9 a housing of the first battery unit 1' , and the second passage 23 overlaps with a passage 9 the housing of the second battery unit 1'' , Preferably, the passages of the battery case form 21 , the passages of the battery units 1' and 1" and the channels 6 the battery units together a channel through the battery 20 which is preferably along the axis AA passes to the exchange of oxygen-containing medium and special cooling medium between the interior of the battery 20 , especially the channels 6 , and an environment of the battery 20 to support.

Nun wird auf 7 Bezug genommen, die ein Verfahren zur Herstellung einer Metall/Sauerstoff-Batterie 20 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In einem ersten Schritt S1 wird ein Batteriegehäuse 21 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S2 werden zwei oder mehr Batterieeinheiten 1, 1', 1'' bereitgestellt. In einem dritten Schritt S3 werden die Batterieeinheiten 1, 1', 1'' in ein Batteriegehäuse 21 eingebracht, wobei die relative Position und/oder Orientierung der Batterieeinheiten 1, 1', 1" gesteuert und in eine vordefinierte Position oder Orientierung gebracht wird. In einem vierten Schritt S4 wird die relative Position und/oder die relative Orientierung der Batterieeinheiten festgelegt. In einer bevorzugten Variante wird die relative Position oder Orientierung durch ein oder mehrere Befestigungselemente 10 der Batterieeinheiten 1, 1', 1" festgelegt. In einer zusätzlichen oder alternativen Variante kann die relative Position bzw. Orientierung festgelegt werden durch eine passende und/oder ineinander greifende innere Form des Batteriegehäuses und eine äußere Form der Batterieeinheiten. In einer zusätzlichen oder alternativen Variante mit Batterieeinheiten, die Anoden- und Kathodenverbinder 13, 13', 14, 14' aufweisen, welche dazu eingerichtet sind, in Abhängigkeit von der relativen Position oder Orientierung der Batterieeinheiten 1', 1'' eine parallele oder serielle Verschaltung zu bewirken, kann die relative Position oder Orientierung in der Weise gewählt werden, dass die Batterieeinheiten 1', 1'' parallel oder in Reihe geschaltet sind. Dies kann besonders vorteilhaft sein, um basieren auf den gleichen Batterieeinheiten 1, 1', 1'' Batterien 20 unterschiedlicher Spannungs- und/oder Stromklassen herzustellen, wodurch insbesondere eine höhere Anzahl von gleichen Batterieeinheiten hergestellt werden kann, die Herstellung effizienter ist oder die Ausschussrate minimiert werden kann.Now it will open 7 Reference is made to a method of manufacturing a metal / oxygen battery 20 according to another preferred embodiment of the present invention. In a first step S1 becomes a battery case 21 provided. In a second step S2 become two or more battery units 1 . 1' . 1'' provided. In a third step S3 become the battery units 1 . 1' . 1'' in a battery case 21 introduced, wherein the relative position and / or orientation of the battery units 1 . 1' . 1" controlled and placed in a predefined position or orientation. In a fourth step S4 the relative position and / or the relative orientation of the battery units is determined. In a preferred variant, the relative position or orientation by one or more fasteners 10 the battery units 1 . 1' . 1" established. In an additional or alternative variant, the relative position or orientation can be determined by a matching and / or interlocking internal shape of the battery housing and an outer shape of the battery units. In an additional or alternative variant with battery units, the anode and cathode connectors 13 . 13 ' . 14 . 14 ' which are adapted, depending on the relative position or orientation of the battery units 1' . 1'' To effect a parallel or serial interconnection, the relative position or orientation can be chosen in such a way that the battery units 1' . 1'' connected in parallel or in series. This can be particularly advantageous to be based on the same battery units 1 . 1' . 1'' batteries 20 produce different voltage and / or current classes, which in particular a higher number of the same battery units can be produced, the production is more efficient or the rejection rate can be minimized.

Nun wird auf 8 Bezug genommen, die schematisch ein Fahrzeug 30 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Fahrzeug 30 weist eine oder mehrere, in der dargestellten Variante insbesondere acht, Metall/Sauerstoff-Batterien 20, ein Temperatursteuerungssystem 31, mindestens einen Versorgungskanal 32 und mindestens einen Abführkanal 33 auf. Vorzugsweise sind die Batterien 20 derart angeordnet, dass ihre Kanäle oder die Kanäle 6 ihrer Batterieeinheiten entlang einer Richtung verlaufen, die zumindest im Wesentlichen parallel zu der Oberseite-Unterseite-Richtung des Fahrzeugs ist. Darüber hinaus sind die Batterien 20 über den Versorgungskanal 32 mit dem Temperatursteuerungssystem 31 verbunden. Vorzugsweise ist der Versorgungskanal 32 mit einem oder mehreren zweiten Durchlässen 23 der Batteriegehäuse 21 der Batterien 20 verbunden. Vorzugsweise ist der Abführkanal 33 auch mit einem oder mehreren ersten Durchlässen 22 der Batteriegehäuse 21 der Batterien 20 verbunden. Das Temperatursteuersystem 31 ist dazu eingerichtet, die Batterien 20 mit dem sauerstoffhaltigen Medium zu versorgen. Insbesondere steuert das Temperatursteuersystem 31 die Temperatur des sauerstoffhaltigen Mediums, wodurch die Temperatur der Batterien 20 mittels des sauerstoffhaltigen Mediums gesteuert werden kann, indem es zusätzlich als Kühlmedium dient. Außerdem kann das Temperatursteuersystem 31 das sauerstoffhaltige Medium durch den Abfuhrkanal 33 zumindest teilweise recyceln. Dementsprechend können die Batterien 20 mit gleichzeitig durch das Temperatursteuersystem 31 mit Sauerstoff versorgt und gekühlt oder erhitzt werden. Vorzugsweise kann beim Aufladen der Batterien 20 durch die galvanischen Reaktionen freigesetzter Sauerstoff, zumindest teilweise, durch das Temperatursteuersystem 31 und/oder den Abfuhrkanal 33 zu einem Tank geführt werden. Ebenfalls bevorzugt kann beim Entladen der Batterien 20 Sauerstoff aus dem Tank und/oder aus einer Umgebung des Fahrzeugs 30, z. B. Luft, durch das Temperatursteuersystem 31 und/oder den Versorgungskanal 32 zu den Batterien 20 geführt werden. Auf diese vorteilhafte Weise können die Leistung und Haltbarkeit der Batterien 20 verbessert werden. Dies kann besonders vorteilhaft sein, um die Fahrleistung des Fahrzeugs 30 zu verbessern, insbesondere wenn ein oder mehrere Antriebsmotoren des Fahrzeugs 30 von Batterien 20 mit Energie versorgt werden.Now it will open 8th Reference is made schematically to a vehicle 30 according to another preferred embodiment of the invention. The vehicle 30 has one or more, in the illustrated variant in particular eight, metal / oxygen batteries 20 , a temperature control system 31 , at least one supply channel 32 and at least one discharge channel 33 on. Preferably, the batteries 20 arranged such that their channels or the channels 6 their battery units extend along a direction which is at least substantially parallel to the top-bottom direction of the vehicle. In addition, the batteries 20 via the supply channel 32 with the temperature control system 31 connected. Preferably, the supply channel 32 with one or more second passages 23 the battery case 21 the batteries 20 connected. Preferably, the discharge channel 33 also with one or more first passages 22 the battery case 21 the batteries 20 connected. The temperature control system 31 is set up to use the batteries 20 to supply with the oxygenated medium. In particular, the temperature control system controls 31 the temperature of the oxygen-containing medium, causing the temperature of the batteries 20 can be controlled by the oxygen-containing medium by additionally serving as a cooling medium. In addition, the temperature control system 31 the oxygen-containing medium through the discharge channel 33 at least partially recycle. Accordingly, the batteries can 20 with at the same time by the temperature control system 31 be supplied with oxygen and cooled or heated. Preferably, when charging the batteries 20 oxygen released by the galvanic reactions, at least in part, by the temperature control system 31 and / or the discharge channel 33 be led to a tank. Also preferred may be during discharge of the batteries 20 Oxygen from the tank and / or from an environment of the vehicle 30 , z. As air, through the temperature control system 31 and / or the supply channel 32 to the batteries 20 be guided. In this advantageous way, the performance and durability of the batteries 20 be improved. This can be particularly beneficial to the driving performance of the vehicle 30 to improve, especially if one or more drive motors of the vehicle 30 of batteries 20 be energized.

Schließlich wird auf 9 Bezug genommen, die schematisch zwei alternative Implementierungen einer Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit in einer Draufsicht, d.h. (i) eine weiterer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Kanal und (ii) eine Entsprechende Implementierung ohne einen Kanal. Beide Implementierungen der Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit von 9 sind ähnlich zu derjenigen aus 1 und 2, jedoch mit der Ausnahme, dass in der Implementierung (ii) die Schichten keine Durchgangsbohrungen aufweisen und folglich die Batterieeinheit 1 keinen Kanal und die damit zusammenhängenden, oben diskutierten besonderen Vorteile aufweist. In Implementierung (i), weist die Batterieeinheit 1 einen Kanal 6 und entsprechende Durchgangsbohrungen auf, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt. Die Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit 1 ist für Drehungen um 60° rotationssymmetrisch. Ein Stapel 2 der Batterieeinheit 1 weist mindestens eine Anodenschicht 3 sowie eine Kathodenschicht und eine Separatorschicht auf, wobei die Kathodenschicht und die Separatorschicht in 9 nicht dargestellt sind. Weiterhin kann der Stapel 2 zusätzliche Schichten wie oben beschrieben und/oder eine Vielzahl solcher Schichten aufweisen. Ein Anodenverbinder 13, ein Kathodenverbinder 14 und ein elektrisch nichtleitendes Befestigungselement 10 sind jeweils um einen Teil des Umfangs des Stapels 2 angeordnet und bilden gemeinsam ein Batterieeinheit-Gehäuse 8. Wie dargestellt verlaufen Anodenverbinder 13 und Kathodenverbinder 14 jeweils mindestens 40° entlang des Umfangs des Stapels 2 und können somit eine elektrische Verbindung mit den Anoden- oder Kathodenschichten des Stapels 2 mit einem niedrigen elektrischen Widerstand ermöglichen. Aus der dargestellten Anordnung kann sich ein weiterer Vorteil für die Batterieeinheit 1 ergeben, und zwar ein hoher Grad an Rotationssymmetrie.Finally it will open 9 Referring to Figure 2, which schematically illustrates two alternative implementations of a metal / oxygen battery unit in a plan view, that is, (i) another embodiment of the present invention having a channel and (ii) a corresponding implementation without a channel. Both implementations of the metal / oxygen battery unit of 9 are similar to those from 1 and 2 but with the exception that in the implementation (ii) the layers have no through holes and consequently the battery unit 1 does not have a channel and the associated special advantages discussed above. In implementation (i), the battery unit points 1 a channel 6 and corresponding through holes, as shown by the dashed line. The metal / oxygen battery unit 1 is rotationally symmetric for rotations 60 °. A stack 2 the battery unit 1 has at least one anode layer 3 and a cathode layer and a separator layer, wherein the cathode layer and the separator layer in 9 are not shown. Furthermore, the stack can 2 additional layers as described above and / or have a plurality of such layers. An anode connector 13 , a cathode connector 14 and an electrically non-conductive fastener 10 are each a part of the circumference of the stack 2 arranged and together form a battery unit housing 8th , As shown, anode connectors run 13 and cathode connectors 14 each at least 40 ° along the circumference of the stack 2 and thus may be in electrical connection with the anode or cathode layers of the stack 2 allow with a low electrical resistance. From the illustrated arrangement, another advantage for the battery unit 1 give, and that a high degree of rotational symmetry.

Zwei oder mehr solcher Batterieeinheiten 1 können zusammen gestapelt sein. Wenn die Batterieeinheiten 1 nicht gegeneinander gedreht sind, z.B. das Befestigungselement 10 einer der Batterieeinheiten einem Befestigungselement 10 einer anderen der Batterieeinheiten gegenüberliegt, sind die Batterieeinheiten parallel geschaltet. Wenn die Batterieeinheiten 1 um 120° gegeneinander verdreht sind, liegt das Befestigungselement einer der Batterieeinheiten dem Anoden- oder Kathodenverbinder der anderen der Batterieeinheiten gegenüber, und somit sind die Batterieeinheiten in Reihe geschaltet. Vorzugsweise sind das Befestigungselement 10, der Anodenverbinder 13 und/oder der Kathodenverbinder 14 dazu eingerichtet, mit einem anderen Befestigungselement, einem Anoden- oder einem Kathodenverbinder einer anderen Batterieeinheit 1 ineinander zu greifen, wenn sie zusammengestapelt werden. Vorzugsweise sind auch das Befestigungselement 10, der Anodenverbinder 13 und/oder der Kathodenverbinder 14 mit Kanälen zum Bereitstellen des sauerstoffhaltigen Mediums und/oder eines Kühlmediums versehen.Two or more such battery units 1 can be stacked together. When the battery units 1 not rotated against each other, for example, the fastener 10 one of the battery units a fastener 10 another of the battery units is opposite, the battery units are connected in parallel. When the battery units 1 rotated by 120 ° from each other, the fastener of one of the battery units is the anode or cathode connector of the other of the battery units, and thus the battery units are connected in series. Preferably, the fastener 10 , the anode connector 13 and / or the cathode connector 14 configured with another fastener, an anode or a cathode connector of another battery unit 1 to interlock when stacked together. Preferably, the fastening element 10 , the anode connector 13 and / or the cathode connector 14 provided with channels for providing the oxygen-containing medium and / or a cooling medium.

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]

Claims (15)

Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit (1), aufweisend: einen geschichteten galvanischen Stapel 2, welcher eine oder mehrere Anodenschichten (3), eine oder mehrere Kathodenschichten (4) und eine oder mehrere Separatorschichten (5) aufweist; wobei: jede der Separatorschichten (5) zwischen einer der Anodenschichten (3) und einer benachbarten der Kathodenschichten (4) angeordnet und dazu eingerichtet ist, Ionen zu leiten, und sich in ionisch leitendem Kontakt mit jeder benachbarten Anodenschicht (3) und Kathodenschicht (4) befindet; der Stapel (2) einen Kanal (6) aufweist, der von einer Oberfläche des Stapels aus durch zumindest eine Teilmenge von aufeinanderfolgenden seiner Schichten (3, 4, 5, 8i, 11, 12) verläuft, wobei jede der Schichten (3, 4, 5, 8i, 11, 12) der Teilmenge eine Durchgangsbohrung (7) aufweist, die mit den Durchgangsbohrungen (7) der jeweils benachbarten Schichten (3, 4, 5, 8i, 11, 12) überlappt, so dass der Kanal (6) gebildet wird; und der Kanal (6) dazu eingerichtet ist, ein sauerstoffhaltiges Medium mit den Kathodenschichten (4), welche mit dem Kanal (6) verbunden sind, auszutauschen, um Sauerstoff-basierte galvanische Reaktionen an diesen Kathodenschichten (4) aufrechtzuerhalten.Metal / Oxygen battery unit (1), comprising: a layered galvanic stack 2 comprising one or more anode layers (3), one or more cathode layers (4) and one or more separator layers (5); in which: each of the separator layers (5) is disposed between one of the anode layers (3) and an adjacent one of the cathode layers (4) and configured to conduct ions and is in ionic contact with each adjacent anode layer (3) and cathode layer (4) ; the stack (2) has a channel (6) extending from a surface of the stack through at least a subset of successive of its layers (3, 4, 5, 8i, 11, 12), each of the layers (3, 4 , 5, 8i, 11, 12) of the subset has a through hole (7) which overlaps with the through holes (7) of the respective adjacent layers (3, 4, 5, 8i, 11, 12), so that the channel (6 ) is formed; and the channel (6) is adapted to exchange an oxygen-containing medium with the cathode layers (4) which are connected to the channel (6) in order to maintain oxygen-based galvanic reactions on these cathode layers (4). Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit (1) gemäß Anspruch 1, wobei: der Kanal (6) durch alle Schichten (3, 4, 5, 8i, 11, 12) des Stapels (2) verläuft; und ein erstes Ende des Kanals (6') an einer ersten Stirnfläche des Stapels (2) angeordnet ist und ein zweites Ende des Kanals (6") an einer zweiten gegenüberliegenden Stirnfläche des Stapels (2) angeordnet ist, so dass das sauerstoffhaltige Medium durch das erste und zweite Ende (6', 6") des Kanals in den Stapel (2) hinein und aus dem Stapel (2) heraus strömen kann.Metal / Oxygen battery unit (1) according to Claim 1 wherein: the channel (6) extends through all the layers (3, 4, 5, 8i, 11, 12) of the stack (2); and a first end of the channel (6 ') is disposed on a first end face of the stack (2) and a second end of the channel (6 ") is disposed on a second opposite end face of the stack (2) so that the oxygen-containing medium passes through the first and second ends (6 ', 6 ") of the channel can flow into the stack (2) and out of the stack (2). Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Außenfläche des Stapels (2) dazu eingerichtet ist, das sauerstoffhaltige Medium mit einer Umgebung der Batterieeinheit (1) auszutauschen.Metal / Oxygen battery unit (1) according to Claim 1 or 2 wherein the outer surface of the stack (2) is adapted to exchange the oxygen-containing medium with an environment of the battery unit (1). Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend ein Batterieeinheit-Gehäuse (8), welches den Stapel (2) zumindest teilweise umschließt; wobei das Gehäuse (8) einen oder mehrere Durchlässe (9) aufweist und dazu eingerichtet ist: den Austausch des sauerstoffhaltigen Mediums und/oder eines Kühlmediums zwischen dem Kanal (6) und einer Umgebung der Batterieeinheit (1) durch wenigstens einen der Durchlässe (9) zu unterstützen, wobei der Durchlass (9) mit der Durchgangsbohrung (7) einer äußersten Schicht (3, 4, 5, 8i, 11, 12) an einer Stirnfläche des Stapels überlappt; und/oder den Austausch des sauerstoffhaltigen Mediums und/oder des Kühlmediums zwischen einem Außenflächenabschnitt des Stapels (2) und einer Umgebung der Batterieeinheit (1) durch wenigstens einen der Durchlässe (9) zu unterstützen, wobei der Durchlass in Strömungsverbindung mit dem Außenflächenabschnitt steht.A metal / oxygen battery unit (1) according to one of the preceding claims, comprising a battery unit housing (8) which at least partially surrounds the stack (2); wherein the housing (8) has one or more passages (9) and is arranged to: to assist the replacement of the oxygen-containing medium and / or a cooling medium between the channel (6) and an environment of the battery unit (1) by at least one of the passages (9), wherein the passage (9) with the through-hole (7) of an outermost layer (3, 4, 5, 8i, 11, 12) overlaps on an end face of the stack; and or the replacement of the oxygen-containing medium and / or the cooling medium between an outer surface portion of the stack (2) and an environment of the battery unit (1) by at least one of the passages (9), wherein the passage is in flow communication with the outer surface portion. Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: zumindest die Anodenschichten (3), die Kathodenschichten (4) und die Separatorschichten (5) zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse (AA) sind, welche entlang der Stapelrichtung der Schichten definiert ist.A metal / oxygen battery pack (1) according to any one of the preceding claims, wherein: at least the anode layers (3), the cathode layers (4) and the separator layers (5) are at least substantially rotationally symmetric about an axis (AA) along the stacking direction the layers is defined. Metall/Sauerstoff- Batterieeinheit (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Durchgangsbohrungen (7) wenigstens der Anodenschichten, der Kathodenschichten und der Separatorschichten zumindest im Wesentlichen bezüglich wenigstens einer Richtung zentriert sind, die orthogonal zur entlang der Stapelrichtung der Schichten definierten Achse (AA) ist, so dass der durch die Durchgangsbohrungen (7) gebildete Kanal (6) zumindest im Wesentlichen zentriert ist; und/oder die Durchgangsbohrungen (7) wenigstens der Anodenschichten, der Kathodenschichten und der Separatorschichten zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich der entlang der Stapelrichtung der Schichten (3, 4, 5, 8i, 11, 12) definierten Achse (AA) sind, so dass der Kanal (6), welcher durch die Durchgangsbohrungen gebildet ist, zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist.A metal / oxygen battery unit (1) according to any one of the preceding claims, wherein: the through holes (7) 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 orthogonal to the axis (AA) defined along the stacking direction of the layers, such that the channel formed by the through holes (7) (6) is at least substantially centered; and or the through bores (7) of at least the anode layers, the cathode layers and the separator layers are at least substantially rotationally symmetrical with respect to the axis (AA) defined along the stacking direction of the layers (3, 4, 5, 8i, 11, 12), so that the channel ( 6), which is formed by the through-holes, is at least substantially rotationally symmetrical. Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend ein Befestigungselement (10), welches dazu eingerichtet ist, mit einem korrespondierenden Befestigungselement (10) einer zweiten Batterieeinheit, insbesondere gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ineinander zu greifen, so dass die relative Position und/oder die relative Orientierung der Batterieeinheiten (1) fixiert werden kann.Metal / oxygen battery unit (1) according to one of the preceding claims, comprising a fastening element (10) which is adapted to interlock with a corresponding fastening element (10) of a second battery unit, in particular according to one of the preceding claims, so that the Relative position and / or the relative orientation of the battery units (1) can be fixed. Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batterieeinheit dazu eingerichtet ist, den Austausch des sauerstoffhaltigen Mediums zwischen dem Kanal (6) und den Kathodenschichten (4) in der Weise zu verbessern, dass: die Kathodenschichten (4) für das sauerstoffhaltige Medium oder zumindest für Sauerstoff durchlässig sind und/oder eine oder mehrere Lüftungsschichten (11) vorgesehen sind, wobei jede Lüftungsschicht für das sauerstoffhaltige Medium durchlässig und an einer Hauptseite einer der Kathodenschichten gegenüber der jeweiligen Separatorschicht (5) angeordnet ist.Metal / oxygen battery unit (1) according to one of the preceding claims, wherein the battery unit is adapted to improve the exchange of the oxygen-containing medium between the channel (6) and the cathode layers (4) in such a way that: the cathode layers (4 ) are permeable to the oxygen-containing medium or at least for oxygen and / or one or more ventilation layers (11) are provided, each ventilation layer permeable to the oxygen-containing medium and to a Main side of the cathode layers opposite to the respective separator layer (5) is arranged. Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batterieeinheit dazu eingerichtet ist, den Ladungstransfer von und zu galvanischen Reaktionsstellen von wenigstens einer der Anoden- und/oder Kathodenschichten (3, 4) in der Weise zu verbessern, dass: diese Schicht (3, 4) elektrisch leitfähig ist; und/oder diese Schicht (3, 4) einen Stromkollektor (12) aufweist, der in die wenigstens eine der Anoden- und/oder Kathodenschichten integriert ist oder auf einer Hauptseite der wenigstens einen der Anoden- und/oder Kathodenschichten (3, 4) gegenüber der Separatorschicht (5) der elektrochemischen Zelle angeordnet ist, welche die wenigstens eine der Anoden- und/oder Kathodenschichten aufweist, wobei der Stromkollektor (12) eine Durchgangsbohrung (7) aufweist, welche mit der Schicht (3, 4) überlappt.A metal / oxygen battery unit (1) according to any one of the preceding claims, wherein 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 (3, 4) : this layer (3, 4) is electrically conductive; and or said layer (3, 4) comprises a current collector (12) integrated in the at least one of the anode and / or cathode layers or on a major side of the at least one of the anode and / or cathode layers (3, 4) opposite the separator layer (5) of the electrochemical cell is arranged, which has the at least one of the anode and / or cathode layers, wherein the current collector (12) has a through hole (7) which overlaps with the layer (3, 4). Metall/Sauerstoff-Batterieeinheit (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Anodenschichten (3) des Stapels elektrisch durch einen oder mehrere Anodenverbinder (13, 13') miteinander verbunden sind; die Kathodenschichten (4) der Stapels elektrisch durch einen oder mehrere Kathodenverbinder (14, 14') miteinander verbunden sind; und zumindest einer (13, 13', 14, 14') der Anodenverbinder und Kathodenverbinder durch den Kanal (6) verläuft.A metal / oxygen battery unit (1) according to any one of the preceding claims, wherein: the anode layers (3) of the stack are electrically interconnected by one or more anode connectors (13, 13 '); the cathode layers (4) of the stacks are electrically interconnected by one or more cathode connectors (14, 14 '); and at least one (13, 13 ', 14, 14') of the anode connector and cathode connector extends through the channel (6). Metall/Sauerstoff-Batterie (20), insbesondere für ein Fahrzeug (30), aufweisend: eine erste und eine zweite Batterieeinheit (1, 1', 1''), jeweils gemäß einem der vorangehenden Ansprüche; wobei: die erste und die zweite Batterieeinheit (1', 1'') jeweils einen Anodenverbinder (13, 13'), der mit wenigstens einer der Anodenschichten (3) der jeweiligen Batterieeinheit verbunden ist, und einen Kathodenverbinder (14, 14'), der mit wenigstens einer der Kathodenschichten (4) der jeweiligen Batterieeinheit (1', 1'') verbunden ist, aufweisen; der Anodenverbinder (13,13') und der Kathodenverbinder (14,14') der ersten Batterieeinheit (1') und der Anodenverbinder (13, 13') und der Kathodenverbinder (14,14') der zweiten Batterieeinheit (1'') in der Weise angeordnet sind, dass: die Batterieeinheiten (1', 1'') in einer ersten vorgegebenen relativen Position oder Orientierung der Batterieeinheiten parallel verschaltet sind; und die Batterieeinheiten (1', 1'') in einer zweiten vorgegebenen relativen Position oder Orientierung der Batterieeinheiten in Serie verschaltet sind.Metal / oxygen battery (20), in particular for a vehicle (30), comprising: a first and a second battery unit (1, 1 ', 1' '), each according to one of the preceding claims; in which: the first and second battery units (1 ', 1' ') each have an anode connector (13, 13') connected to at least one of the anode layers (3) of the respective battery unit and a cathode connector (14, 14 ') having at least one of the cathode layers (4) of the respective battery unit (1 ', 1' ') is connected; the anode connector (13, 13 ') and the cathode connector (14, 14') of the first battery unit (1 ') and the anode connector (13, 13') and the cathode connector (14, 14 ') of the second battery unit (1' ') are arranged in such a way that: the battery units (1 ', 1' ') are connected in parallel in a first predetermined relative position or orientation of the battery units; and the battery units (1 ', 1' ') are connected in series in a second predetermined relative position or orientation of the battery units. Metall/Sauerstoff-Batterie (20) gemäß Anspruch 11, wobei: der Anoden- und Kathodenverbinder der ersten Batterieeinheit (1') und der Anodenverbinder der zweiten Batterieeinheit (1") in der Weise angeordnet sind, dass: in der ersten relativen Orientierung der Batterieeinheiten der Anodenverbinder (13,13') der ersten Batterieeinheit (1') dem Anodenverbinder (13, 13') der zweiten Batterieeinheit (1") gegenüber liegt und mit diesem elektrisch verbunden ist; und in der zweiten relativen Orientierung der Batterieeinheiten (1', 1''), in der die erste Batterieeinheit (1') um einen vorgegebenen Winkel relativ zur zweiten Batterieeinheit (1") um die entlang der Stapelrichtung der Schichten der ersten Batterieeinheit definierten Achse (AA) gedreht ist, der Kathodenverbinder (14,14') der ersten Batterieeinheit (1') dem Anodenverbinder (13,13') der zweiten Batterieeinheit (1") gegenüber liegt und mit diesem elektrisch verbunden ist.Metal / oxygen battery (20) according to Claim 11 in which: the anode and cathode connectors of the first battery unit (1 ') and the anode connectors of the second battery unit (1'') are arranged such that: in the first relative orientation of the battery units, the anode connector (13, 13') of the first one Battery unit (1 ') opposite to the anode connector (13, 13') of the second battery unit (1 ") and is electrically connected thereto; and in the second relative orientation of the battery units (1 ', 1'') in which the first battery unit (1') rotates by a predetermined angle relative to the second battery unit (1 ") around the axis defined along the stacking direction of the layers of the first battery unit (AA), the cathode connector (14, 14 ') of the first battery unit (1') faces the anode connector (13, 13 ') of the second battery unit (1 ") and is electrically connected thereto. Verfahren zum Herstellen einer Metall/Sauerstoff-Batterie, welche zwei oder mehrere Batterieeinheiten (1, 1', 1'') aufweist, insbesondere zur Herstellung einer Batterie (20) gemäß Anspruch 11 oder 12, aufweisend die Schritte: - (S1) Bereitstellen eines Batteriegehäuses (21); - (S2) Bereitstellen zwei oder mehrerer Batterieeinheiten (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10; - (S3) Einbringen der Batterieeinheiten in das Batteriegehäuse (21), wobei die relative Position und/oder Orientierung der Batterieeinheiten gesteuert und in eine vorgegebene Position oder Orientierung gebracht wird; und - (S4) Fixieren der relativen Position und/oder der relativen Orientierung der Batterieeinheiten durch ein oder mehrere Befestigungselemente (10) der Batterieeinheiten und/oder durch eine passende und/oder ineinander greifende innere Form des Batteriegehäuses und der äußeren Form der Batterieeinheiten.Method for producing a metal / oxygen battery, which has two or more battery units (1, 1 ', 1''), in particular for producing a battery (20) according to Claim 11 or 12 comprising the steps of: - (S1) providing a battery case (21); - (S2) providing two or more battery units (1, 1 ', 1'') according to one of Claims 1 to 10 ; - (S3) introducing the battery units into the battery housing (21), wherein the relative position and / or orientation of the battery units is controlled and brought into a predetermined position or orientation; and - (S4) fixing the relative position and / or the relative orientation of the battery packs by one or more fasteners (10) of the battery packs and / or by a mating and / or interlocking internal shape of the battery pack and the outer shape of the battery packs. Fahrzeug (30), insbesondere elektrisches Fahrzeug oder Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug, aufweisend eine oder mehrere Batterien (20) gemäß Anspruch 11 oder 12 oder eine oder mehrere Batterien, die gemäß Anspruch 13 hergestellt wurden.Vehicle (30), in particular electric vehicle or plug-in hybrid electric vehicle, comprising one or more batteries (20) according to Claim 11 or 12 or one or more batteries according to Claim 13 were manufactured. Fahrzeug gemäß Anspruch 14, wobei wenigstens eine der einen oder mehreren Batterien (20) in der Weise angeordnet sind, dass ihr Kanal (6) entlang einer Richtung verläuft, die zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Oberseite-Unterseite-Richtung des Fahrzeugs ist.Vehicle according to Claim 14 wherein at least one of the one or more batteries (20) is arranged such that its channel (6) extends along a direction that is at least substantially parallel to a top-bottom direction of the vehicle.
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