DE2645261A1

DE2645261A1 - Wiederaufladbarer hochtemperaturakkumulator

Info

Publication number: DE2645261A1
Application number: DE19762645261
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Von Dipl Doehren; August Prof Dipl Phys D Winsel
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1978-04-13

Description

Wiederaufladbarer Hochtemperaturakkumulator
Die Erfindung betrifft einen wiederaufladbaren Hochtemperaturakkumula.
tor in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse.
Zellen dieser Art haben in letzter ZElt eine zunehmende Bedeutung erlangt. Vielen unter ihnen liegen Systeme mit Festkörperelektrolyten zugrunde, die bereits bei Raumtemperatur sehr gut ionenleitend sind. Ein solche Elektrolyt ist z.B. Silberjodid, A9I, dessen Stromleitvermdgen auf der Bewegung positiver Silberionen (Ag+) beruht.
Die Ionenleitung in Festkörporn ist dadurch möglich, daß für eine Ion2nsorte im Krlstaligitter zwar viele mögliche Plätze zur Verfügung stehen, aber nur wenige tatsächlich von Ionen besetzt sind. Dies gilt im Falle des AgI für die relativ kleinen #g -Ionen, während die großen 1 -Ionen fest auf ihren Plätzen sitzen und dadurch gewissermaßen ein starres Teilgitter bilden.
Bei genügend hohen Temperaturen kann, während dieses Teilgitter erhalten bleibt, die andere am Gitteraufbau beteiligte lonensorte nahezu frei wie in einer Flüssigkeit zwischen den vielen freien Plätzen herumspringen und so zum Ladungstransport genutzt werden.
Man kennt inzwischen eine ganze Reihe von Feststoffen mit gutem Ionenleitvermögen, die sich im Hochtemperaturbereich zum Bau von Akkumulatoren mit hoher Strombelastbarkeit und hoher Energiedichte eignen.
Eine herausragende Rolle unter den bekannten Systemen spielt der Schwefel/ Natrium-#kkumulator. Sein Kernstück ist ein fester Elektrolyt aus p-Aluminiumoxid (Na2O ~ 11 Alu03), der bereits bei 300 C eine beträchtliche Beweglichkeit der positiven Natriumionen aufweist. Diese ionenleitende Keramik trennt bei der herrschenden Betriebstemperatur die flüssige Schwefelelektrode von der ebenfalls flüssigen Natriumelektrode. In dem Akkumulator diffundieren positiv geladene Natriumionen durch das -Aluminiumoxid und gehen auf der anderen Seite eine Verbindung mit zweifach negativ geladenen Schwefelionen ein. Die frei werdende chemische Bindungsenegie kann in Form elektrischer Energie an den Elektroden abgenommen werden.
Fur Schwefel/Watrium-Zellen wurden bereits viele konstruktive Lösungen vorgeschlagen, welche sich in erster Linie mit einer zweckmäßigen Anordnung und Dimensionierung der für die Stromlieferung wichtigen Teile und dem Problem der hermetischen Abdichtung befassen.
Dagegen gibt es wenig Hinweise über den Betrieb und die Anordnung von Heizvorrichtungen, welche, da sie in der Energiebilanz des Systems als Verlustfaktor auftreten, eine besonders hohe Effizienz aufweisen sollten. Im allgemeinen werden das Zell gefäß umschließende elektrische Heizwendeln benutzt, wie etwa in der DT-OS 2 250 919 beschrieben.
Bei einer solchen Anordnung wird jedoch ein großer Teil der aufgewendeten Heizenergie an die Umgebung abgestrahlt und steht nicht für die Aufschnelzung des Elektrodenmaterials zur Verfügung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die von einer Hochtemperaturzelle oder -batterie zur Inbetriebnahme benötigte Schmeizwärme möglichst auf die Zelle allein zu konzentrieren und auch den Heizaufwand zur Aufrechterhaltung des schmelzflüssigen Zustandes auf ein Minimum zu beschränken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß der Hochtempere ture<kumulator eine ein Wärmedämmungsmaterial enthaltende Ummantelung besitzt und daß zwischen der Innenwandung der Ummantelung und dem gehäuse des hermetisch abgeschlossenen Akkumulators ein Gasraum gebildet ist, der mit durch die Ummantelung geführten Gaszulitungen und Gasableitungen versehen ist.
Auf diese Welse wird erreicht1 daß zwischen Gehäuse und Innenwandung der Ummantelung ein Heizmedium eingeschaltet werden kann, welches ungehindert durch eine Isslationsschicht die Zelle rasch aufzuheizen vermag und ihr die Wärme bei Betriebsatillegung auch rasch wieder entzieht, um sie gegebenenfalls noch anderen Verbrauchern nutzbar zu machen.
Als Heizmedium ist grundsätzlich ein Gas geeignet, welches sich inert gegenüber allen Materialien verhält, mit welchem es auf seinem Stromungsweg um die Hochtemperaturzelle in Berührung kommt, also etwa ein Edelgas. Mit besonderem Vorteil läßt sich wegen seiner ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit WasserstoFfgas uerblsnden.
Das im Zwischenraum zwischen der sauberen Gehäusewand und der Ummantelung befindliche Wärmedarnmungsmaterial ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß es terweraturfest, wasserfrei und pulverförmig ist und daß seine Teilchen elektrostatisch aufgeladen sind, so daß die Schüttdichte des Materials während des Betriebes erhalten bleibt.
Neben der thermischen Belastung ist ein solches Material zusätzlich Vibrationen ausgesetzt, wenn die Zelle dem Antrieb von Fahrzeugen dienen soll.
Wie sich in praktischen Versuchen gezeigt hat, wird den erwähnten Anforderungen an das Wärmedämmungsmaterial Ein thermisch hergestelltes amorphes hieselsäureaerogel besonders gerecht, da es in seiner Schüttung nicht zusammenbricht und sich durch eine sehr geringe Wärmeleitzahl auszeichnet. Vorzugsweise wird ein Produkt angewendet, dessen Primärteilchengröae 10 bis 30 Millimitron und dessen BET-Oberfläche 100 bis 300 m2/g beträgt.
Auch thermisch hergestelltes pulverformiges Aluminiumoxid ist für den vorgesehenen Zweck geeignet.
Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden anhand der Figur näher erläutert.
Die Zelle 1 mit ihren hier nicht dargestellten elektrochzzisch aktiven Bestandteilen befindet sich in dem gasdichten Gehäuse 2 und ist mit den Stromableitern 3 und 4 versehen. Das Gehäuse 2 ist von einem Gasraum 5 rings umgeben, der seinerseits von einer aus Innenwandung 6 und AuBenwandung 7 gebildeten Ummantelung umschlossen wird. Der Zwischenraum zwischen Innenwandung 6 und Außenwandung 7 ist mit dem Wärmedämmungs material 8 ausgefüllt.
Der Gasraum 5 zwischen dem Gehäuse 2 und der innenwandung 6 steht durch ein Gaszuleitungsrohr 9 und ein Gasableitungsrohr 10 mit der äußeren Umgebung in Verbindung. An den Durchtrittsstellen 11 sind diese Gasleitungsrohre gegen die Außenwandung 7 der Ummantelung isoliert.
Metallisch leitende Verstrehungen 12 zwischen dem Gehäuse 2 und der Innenwandung 6 machen es möglich, den einen der beiden Stromab#eiter direkt über eines der Gasleitungsrohre nach draußen zu führen, iiienn das Gehäuse 2 mit dem betreffenden Pol - hier z.B. dem negativen - identisch ist. Der andere Stromablelter bedarf dagegen einer besonderen Durchführung 13 durch die Ummantelung.
Die Gasleitungsrohre 9 und 10 sind an einem - hier nicht dargestellten -Gaskreislauf, welcher über einen externen Wärmetauscher führt, angeschlossen.
- Patentansprüche - Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Wiederaufladbarer Hochtemperaturakkumulator mit einem hermetisch abgedichtetem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß er eine ein Wärmedämmungsmaterial (8) enthaltende Ummantelung (6, 7) besitzt und daß zwischen der innenwandung (6) der Ummantelung und dem GehaUse (2) des hermetisch abgeschlossenen Akkumulators ein Gasraum (5) gebildet ist, der mit durch die Ummantelung (6, 7) geführten Gaszuleitungen (9) und Sasableitungen (10) versehen ist.
2. Wiederaufladbarer Hochtemperaturakkumulator nach Anspruch 1, dadua gekennzeichnet, daß das Wärmedämmungsmaterial (8) temperaturfest, wasserfrei und pulverförmig ist und daß seine Teilchen elektrostatisch aufgeladen sind, so daß die Schüttdichte des Materials während des 8etriebs erhalten bleibt.
3. Wiederaufladbarer H#chtemperaturakkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmedämmungsmaterial ein thermisch hergestelltes amorphes Kieselsäureaerogel ist.
4. Wiederaufladbarer Hochtemperaturakkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitungen (9) und die Gasableitungen (101 an einen Wärmetauscher angeschlossen sind.