EP3295506A1 - Vorrichtung zur speicherung elektrischer energie, verfahren zum betrieb einer solchen vorrichtung und verfahren zur herstellung einer solchen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur speicherung elektrischer energie, verfahren zum betrieb einer solchen vorrichtung und verfahren zur herstellung einer solchen vorrichtung

Info

Publication number
EP3295506A1
EP3295506A1 EP16726020.7A EP16726020A EP3295506A1 EP 3295506 A1 EP3295506 A1 EP 3295506A1 EP 16726020 A EP16726020 A EP 16726020A EP 3295506 A1 EP3295506 A1 EP 3295506A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
electrolyte
hollow body
housing
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16726020.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Pieper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Molex CVS Bochum GmbH
Original Assignee
Laird Bochum GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laird Bochum GmbH filed Critical Laird Bochum GmbH
Publication of EP3295506A1 publication Critical patent/EP3295506A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H01M50/618—Pressure control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a device for storing electrical energy, a method for operating such a device and a method for producing such a device.
  • electrolyte storage devices for electrical energy. These can be designed, inter alia, as a capacitor or battery or accumulator. Such storage devices usually contain a liquid electrolyte. The problem is that this electrolyte passes at high temperatures at least partially in the gaseous state. In this case, gas bubbles can form on the surface of the electrodes, which hinder the desired current flow and thus the desired energy removal. A lifetime can be reduced thereby.
  • Gas bubble formation in the range of these surface parts can lead. Also, this can hinder the current drain.
  • a device for storing electrical energy is proposed.
  • the device may be designed as a battery, accumulator or capacitor.
  • the device has at least one electrolyte space area, wherein the electrolyte space area is at least partially filled with an electrolyte.
  • the electrolyte may in particular be formed as a liquid material which is conductive or contains mobile ions.
  • the electrolyte-space region can have a constant volume or only a small variable volume.
  • the electrolyte space region may have a volume that can be changed by a maximum of 10%.
  • the device can thus also be referred to as a capacitive or electrochemical energy store.
  • the device In addition to the electrolyte space area, the device
  • connection devices of the device for connecting an external electrical load can be electrically connected to the electrodes.
  • the Device have at least one separator.
  • the at least one separator may be arranged between two electrodes, in particular between a cathode and an anode in order to separate them mechanically and electrically from one another.
  • the separator may be formed of paper, for example.
  • the electrolyte space region can be arranged between the at least two electrodes. It is thus possible that both the electrolyte and at least part of the separator are arranged in the electrolyte space area.
  • the device may comprise at least one housing which separates an enclosed by the housing inner volume of an Au t Scheme.
  • the housing can seal the inner volume relative to the outer area.
  • the electrolyte space area may correspond to at least a part of the internal volume or the entire internal volume.
  • the device has at least one pressure generating device.
  • the pressure generating means is a desired pressure in the electrolyte Space available. Provision can mean that this pressure is set, for example before the device is put into operation, and then remains constant.
  • the desired pressure may be an overpressure which is higher than the natural vapor pressure of the electrolyte in a closed system at a designated operating temperature.
  • an overpressure thus means a pressure which is higher than the vapor pressure of the electrolyte at a designated
  • the intended operating temperature may be, for example, in a range of 20 ° C to 65 ⁇ €.
  • the pressure in the electrolyte space region can be changed by the pressure generating device.
  • different pressures in particular different pressures from a predetermined pressure range, can be set by the pressure-generating device.
  • the pressure can be variable from the atmospheric or atmospheric pressure to an overpressure.
  • the pressure generating device can be changed by the pressure generating device.
  • Pressure generating device may be formed and / or arranged such that the pressure in the electrolyte space area can be provided or changed by this.
  • the pressure in the electrolyte space area may be provided or changed by applying pressure to that space area. It is possible that at least a part of the pressure-generating device or the entire
  • Pressure generating device is arranged in the inner volume of the housing.
  • the pressure in the electrolyte space region may be provided or changed such that the boiling point of the electrolyte is increased compared to the boiling point at atmospheric pressure or normal pressure.
  • the pressure can be provided or changed in such a way that a boiling temperature of the electrolyte is higher than the intended operating temperature of the storage device.
  • the pressure generating means may be provided by one or more gas reservoir volumes or volumes provided in the housing.
  • the electrolyte can be filled with a filling pressure in the electrolyte space area. After filling, the housing can be closed under the filling pressure.
  • the filling pressure is chosen such that the gas reservoir volume is reduced during filling and that pressure is exerted on the electrolyte or on the electrolyte space area after the closure of the housing by the gas reservoir volume.
  • the gas reservoir volume can be designed, for example, as a CO 2 bubble. This does not require complex structural separation, for example by a membrane, the
  • Operating temperature range of the device for storing electrical energy can be provided by the pressure provided an increased boiling temperature of the electrolyte.
  • Boiling temperature can also be changed.
  • the device for storing electrical energy at high temperatures can also be operated with higher peak currents without locally and temporarily forming gas bubbles in the electrolyte as a result of partial internal heating, whereby the performance and service life would be impaired.
  • the pressure generated by the pressure generating device is temperature-dependent variable, in particular dependent on an operating temperature or a temperature of the electrolyte.
  • the pressure generated by the pressure generating device with increasing
  • the pressure generating device is designed such that a change in the
  • Temperature due to physical laws or effects causes a change in the pressure generated.
  • the change in temperature may be a change in a volume or a size of the
  • Volume change may then cause a change in the pressure in the electrolyte space area.
  • no expensive temperature sensing and control operations are required to effect the temperature dependent variation of the pressure generated.
  • Operating temperatures of the pressure in the electrolyte space area can be increased, which also increases the boiling temperature.
  • Pressure generating device at least one hollow body or is as a hollow body educated.
  • a volume of the hollow body is variable, in particular enlargeable or reducible.
  • at least one cavity of the hollow body may at least partially be enclosed or surrounded by a deformable wall element.
  • the at least one cavity is at least partially filled with a fluid.
  • the at least one cavity has a negative pressure.
  • the negative pressure refers to a pressure that is less than the pressure in the electrolyte space region and / or less than an ambient pressure.
  • the hollow body may comprise at least one spring element which is biased at negative pressure. The at least one spring element is in this case arranged and / or formed that under
  • Expansion force is greater than that resulting from the negative pressure
  • the cavity is evacuated, that is, vacuumized.
  • the spring element may e.g. be exerted by an elastic wall element and / or by a spring element arranged in the hollow body.
  • the spring element can be designed as a spring, in particular as a steel spring, which is arranged in the hollow body or cavity.
  • the pressure generating device may, for. B be designed as a bladder.
  • a bladder body may, for example, be formed as a hollow sphere or as a hollow ellipsoid.
  • Pressure generating device comprise further deformable or non-deformable wall elements which surround or surround the at least one cavity.
  • deformable wall element can in this case in particular be designed and / or arranged such that the volume of at least one cavity at
  • deformable wall element may in particular be elastically deformable. It is conceivable z. B., that a wall element is formed of elastic plastic. Alternatively, however, the wall element can also consist of a deformable metal membrane. The wall element may be gas-tight and liquid-tight. In particular, the conversion element can not allow the passage of the electrolyte in the gaseous or liquid state.
  • An elastic wall element can for example be formed as a diaphragm be. Alternatively, the elastic wall element made of stainless steel or from
  • the hollow body is formed as a single body. This may mean, in particular, that the at least one hollow body is designed as a body separated from the housing. However, it is also conceivable that at least one wall element of the hollow body is provided by the housing of the device or is mechanically connected to the housing. If the hollow body is formed as a single body, then it can likewise be mechanically connected to the housing,
  • the at least one hollow body can be arranged in the electrolyte space area or adjacent to the electrolyte space area.
  • the hollow body can be arranged such that a change in volume of the hollow body results in a pressure change in the electrolyte space region.
  • the hollow body can be arranged in a bottom region of the housing and thus under the electrodes.
  • the hollow body may be arranged such that the
  • Electrodes of the device for storing electrical energy are at least partially or completely located in an enclosed by the hollow body interior.
  • the hollow body may be arranged such that it at least partially surrounds or surrounds the electrodes.
  • the hollow body may be located at least partially or completely in an inner area enclosed by the electrodes.
  • the electrodes may be arranged such that they at least partially surround or surround the hollow body.
  • the hollow body of at least a part of an electrode can be formed.
  • Electrodes and the / the separator (s) are film-like and wound into a roll.
  • the roller can be enclosed by the hollow body.
  • the hollow body may be enclosed by the roller.
  • a length of the double-walled portion may be selected such that at least one complete revolution of the wound-up electrode or the wound-up separator is provided in the wound-up state.
  • the pressure generating device can be provided as at least partially or completely filled bladder with the fluid. This can then be arranged in the inner volume of the housing. When the temperature rises, a volume of the hollow body will increase, whereby the pressure on the electrolyte space increases and thus increases the boiling temperature of the electrolyte.
  • Providing a (constant) pressure in the electrolyte space area or for the temperature-dependent change in the pressure can be used.
  • a boiling temperature of the fluid is lower than the boiling temperature of the electrolyte.
  • the fluid may in particular be a further electrolyte or a non-electrolytic liquid. That the boiling temperature of the fluid is lower than the boiling temperature of the electrolyte may mean that the fluid boils at the same pressure at a lower temperature compared. This in turn can lead to a volume of the fluid increases with increasing temperature, in particular with a rise above the boiling temperature, while the electrolyte is still in the liquid state.
  • the volume of the hollow body can be increased and a pressure in the electrolyte space can be increased, which in turn leads to the increase of the boiling temperature of the electrolyte.
  • the fluid may be a fluid whose gas amount and gas pressure increase with increasing temperature. This results in an advantageous manufacturing technology easy to manufacture and easy to install pressure generating device that allows a temperature-dependent change in the pressure in the electrolyte space area.
  • the fluid is liquid or gaseous at a reference pressure and a reference temperature.
  • the reference temperature may be, for example, in a temperature range of -20 ° C to 65 ⁇ .
  • Reference temperature can be filled without form, as no compression of the fluid is possible and necessary.
  • the fluid may e.g. be one of the following compound or consist of a mixture of two or more of the following compound whose boiling point is below the boiling point of the electrolyte:
  • Hydrogen fluoride methyl iodide, isobutane, methanol, methyl acetate, methyl formate, N-methylaniline, N-methylformamide, nitrobenzene, nitromethane, 1-octanol, pentane, 1-pentanol, phenol, propane, 1-propanol, 2-propanol, pyridine, pyrrole , Pyrrolidine, styrene, sulfur dioxide, tetrachlorethylene, carbon tetrachloride, toluene, trichlorethylene, trichloromethane,
  • Trimethylamine water, o-xylene, m-xylene, p-xylene.
  • the electrolyte may be acetonitrile with a boiling point of 81 .6 ⁇ .
  • the fluid may be acetone with a boiling point of 56 ° C.
  • the fluid may be n-pentane with a boiling point of 36 ⁇ . In the case of acetone as a fluid, the fluid remains liquid and does not boil when a
  • Operating temperature is less than 56 ° C. There is still no strong pressure increase in the electrolyte space area. Only at an operating temperature above 56 ' ⁇ boils the fluid and can greatly expand the hollow body. This can increase the pressure in the electrolyte space area. The increase may cause the fluid to boil due to the increased pressure itself.
  • a capacitor without the proposed pressure generating device and with an acetonitrile electrolyte can only be used up to a low current load
  • Operating temperature of such a capacitor is 65 ° C (at high current load) to 85 ° C (at low current load). Will in this case of a static
  • the electrolyte may by (temporary) peak current load only selectively from 65 ° C to up to 81 .6 ⁇ , ie by 16.6 ° C warm. It is assumed here that high peak currents increase the operating temperature at least temporarily. In addition, he begins to form harmful gas bubbles.
  • the electrolyte now up to 91.44 ° C, ie to 26.44 q C, warm until it begins to form harmful gas bubbles.
  • the allowable heating by eg peak currents from 16.6 ⁇ to 26.44 ° C, ie by about 10 ° C can be increased.
  • significantly higher peak currents can flow without suffering from the disadvantages described by gas bubbles.
  • electrolytes based on acetonitrile are known to be stable even at very low temperatures, e.g. even at -40 ° C, still have a good functionality.
  • the temperature range of application of this attractive electrolyte can now be significantly extended towards the top. Especially in the automotive industry and in the military sector reaching to the lowest possible and highest possible temperatures
  • the hollow body in particular at least one deformable wall element of the hollow body, is prestressed under a reference pressure of the electrolyte space region.
  • a compression-opposing force is applied upon compression of the hollow body by external action due to the bias of the hollow body. This force can be from an elastic
  • the reference pressure may in this case be lower than a boiling pressure of the electrolyte, in particular lower than a minimum boiling pressure of the electrolyte in one
  • the hollow body may be biased such that increases the volume of the hollow body at pressures which are lower than the reference pressure. At higher pressures than the reference pressure can be exerted by the hollow body, in particular by the deformable wall element, a pressure on a surrounding area.
  • the hollow body, in particular the at least one deformable wall element can be elastically deformed at the reference pressure and due to the
  • Deformation exert a predetermined back pressure. If such a hollow body is arranged in the inner volume of the housing, then, for example, the electrolyte can be introduced under a filling pressure into the electrolyte space area or the inner volume such that the deformable wall element elastically deforms and then exerts a pressure on the electrolyte space area.
  • This desired pressure can in particular be chosen such that the boiling temperature of the electrolyte is increased in comparison to the boiling point under atmospheric or atmospheric pressure.
  • At least one part of the housing, in particular at least one housing wall, of the device for storage is elastically deformable such that pressure can be exerted on the electrolyte space area by the housing, in particular if it exceeds a predetermined volume.
  • the housing it is possible to elastically deform the housing before being filled with the electrolyte, whereby a volume of the electrolyte space area is increased. Then electrolyte can be filled in this space area. Upon completion of filling, the elastic deformation of the housing may be at least partially reversed, thereby providing a desired pressure on the electrolyte space area.
  • the pressure generating device has at least one piston.
  • the piston can in particular be designed and / or arranged such that upon movement of the piston, the pressure in the electrolyte space region can be changed.
  • the piston may in particular be a movable piston. This can for example be operated manually and / or by the force of a spring, such as a steel spring, and / or actorgechem.
  • the housing may have at least one outlet valve, which forms an overpressure outlet valve. This is in normal operation, in particular at operating pressures below a predetermined outlet pressure, in the electrolyte space area, separated by at least part of the piston fluidly from the electrolyte space area. However, if the pressure in the electrolyte space area increases beyond this predetermined outlet pressure, the piston performs a movement such that the outlet valve is released, ie there is a fluidic connection between the electrolyte space area and the outlet valve.
  • both a pressure generating device and an exhaust valve release device are provided by the piston.
  • the device may comprise a device for temperature detection.
  • the device may comprise a control and evaluation device. It is conceivable that through the control and evaluation the
  • Pressure generating device is driven such that a desired
  • a desired pressure is provided in the electrolyte space area.
  • this pressure may be greater than the atmospheric or atmospheric pressure.
  • the pressure provided can be chosen such that the boiling point of the
  • the pressure can for example be provided by the illustrated hollow body and / or the housing due to an elastic deformation pressure on the electrolyte region and thus in the electrolyte space area exerts.
  • the pressure in the electrolyte region is changed.
  • the change can be made, for example, by increasing a volume of the illustrated hollow body.
  • the pressure is changed depending on the temperature.
  • the pressure is increased with increasing temperature and / or at decreasing Temperature reduced. This results in an advantageous manner an extension of the temperature range.
  • At least one electrolyte space area is provided, wherein the electrolyte space area is at least partially filled with an electrolyte.
  • a housing may be provided wherein the electrolyte space area corresponds to a portion of the interior volume or the entire internal volume.
  • Pressure generator provided, wherein by the pressure generating means, a desired pressure in the electrolyte space area available or pressure in the electrolyte space area is variable.
  • At least a part or even the complete pressure generating device can also be arranged. This can be done, for example, before the filling of the electrolyte.
  • At least one hollow body is provided as pressure generating device, wherein a volume of the hollow body is variable.
  • a cavity of the hollow body is at least partially enclosed by a deformable wall element.
  • At least one cavity of the hollow body is at least partially or completely filled with a fluid.
  • a vacuum is provided in the cavity.
  • the cavity may be evacuated.
  • the hollow body is arranged in an interior of a housing of the pressure generating device.
  • the hollow body can be arranged in particular in a bottom region of the housing. It is conceivable that at least a part of the hollow body is formed by the housing or by a part mechanically connected to the housing. Also, a part of the hollow body can be mechanically connected to the housing. In a further embodiment, the filling of the electrolyte takes place, in particular temporally, after the arrangement of the hollow body in the internal volume.
  • Electrolyte filled under pressure can be selected such that the hollow body elastically deforms, wherein the elastically deformed hollow body in the elastically deformed state due to the desired
  • the housing can be closed in a fluid-tight manner, wherein the filling pressure is maintained in the internal volume.
  • a desired pressure is provided in the electrolyte space area by the hollow body.
  • a housing of the device for storing electrical energy is elastically deformed such that a volume of the electrolyte space region is increased. Then, the electrolyte is filled in the electrolyte space area. After filling, the elastic deformation of the housing is at least partially reversed. Also in this case, because of the desired return to the original state, pressure may be applied to and thus in the electrolyte space area
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a device according to a first
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through the device shown in FIG. 1 in a further state
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through an embodiment according to the invention in a further embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic cross section through the device shown in FIG. 5 in a state after filling
  • FIG. 7 shows a schematic cross section through a device according to a further embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic cross section through a device according to a further embodiment
  • Fig. 10 is a schematic plan view of an electrode assembly with hollow body.
  • Fig. 1 is a schematic cross section through an inventive device 1 for storing electrical energy is shown.
  • the device 1 comprises a fluid-tight housing 2, a first electrode 3 formed as a cathode, a further electrode 4 designed as an anode and a separator 5, the separator 5 being arranged between the electrodes 3, 4.
  • the housing 2 comprises an internal volume 6, wherein the internal volume 6 comprises a bottom area 7 and an upper part 8. In the upper part 8, the electrodes 3, 4 and the separator 5 are arranged.
  • a hollow body 9 is arranged, wherein the hollow body 9 is formed like a hollow lens.
  • an electrolyte 10 is arranged, which surrounds the electrodes 3, 4, the separator 5 and the hollow body 9.
  • the hollow body 9 has an inner volume 1 1 by a fluid, in particular acetone, is arranged. At a first temperature TO, the hollow body 9 has a first volume. In the inner volume 6 of the housing 2 in this case there is a first pressure pO. The prevailing in the inner volume 6 pressure pO thus denotes the pressure in the electrolyte space area. In Fig. 1 it is shown that the hollow body 9 is formed as a separate element from the housing 2.
  • the fluid arranged in the inner volume 1 1 of the hollow body 9 may have a boiling temperature which is lower than that
  • Boiling temperature of the electrolyte is 10. If the temperature increases to the further temperature T1, the boiling temperature of the fluid can be exceeded, while the boiling temperature of the electrolyte is greater than the further temperature T1. In this case, the inner volume 1 1 of the hollow body 9 can increase, since the fluid in the interior 1 1 passes into the gaseous state. By increasing the volume, the pressure in the inner volume 6 of the housing 2 increases to a further pressure p1, which is greater than the first pressure pO. This in turn also increases the boiling temperature of the electrolyte 10th
  • FIGS. 1 and 2 it is shown that a maximum volume of the hollow body 9 is selected such that it does not emerge from the bottom area 7.
  • FIG. 3 shows a cross section through a device 1 according to the invention in a further embodiment.
  • the device 1 shown in Fig. 3 is substantially, as the device 1 shown in FIGS. 1 and 2, formed.
  • the hollow body 9 is formed by a bottom wall 12 of the housing 2 and an elastically deformable wall element 13.
  • FIG. 4 shows a schematic cross section through a device 1 according to the invention in a further embodiment.
  • This device 1 also comprises electrodes 3, 4, a separator 5, a housing 2, an internal volume 6, which is subdivided into an upper region 8 and a bottom region 7.
  • the device 1 illustrated in FIG. 4 comprises a piston 14 which is arranged in the bottom region 7.
  • the piston 14 may in this case have a piston surface which corresponds to a cross-sectional area of the inner volume 6.
  • the piston 14 may have a piston rod 15 which is led out of the housing 2.
  • the piston by spring force, manually or actuator supported be actuated from outside ßerraum the housing 2.
  • the pressure in the inner volume 6 and thus in the electrolyte space region can be changed.
  • the piston 14 is preferably arranged such that an external pressure, for example an atmospheric air pressure, can act on the piston 14. This energy can be saved for the pressure build-up. It is also conceivable to press a fluid-tight elastic membrane through a piston rod 15 in the electrolyte space region and thus to increase the pressure in the electrolyte space area.
  • an external pressure for example an atmospheric air pressure
  • the device 1 a non-illustrated
  • Temperature sensor and a likewise not shown control and evaluation include, wherein the movement or position of the piston 14 can be adjusted in such a temperature-dependent manner by the control and evaluation, that in the
  • FIG. 5 shows a schematic cross section through a device 1 according to the invention in a further embodiment.
  • the device 1 shown in FIG. 5 also comprises electrodes 3, 4, a separator 5, a housing 2 and a
  • Side walls 16 of the housing are formed wavy.
  • Fig. 5 is shown by arrows 17, that the housing 2 is elastically deformed such that the inner volume 6 is increased in comparison to the elastic undeformed state. This can, for example, by applying tensile forces on the
  • an electrolyte container 18 is filled by the electrolyte 10 in the inner volume 6 of the housing 2 in the deformed state. This is done through an opening 19 in a cover 20 of the housing 2.
  • Inner volume 6 in this case preferably prevails first vacuum and at the end of the filling process, a filling pressure which is equal to or greater than the atmospheric pressure pO.
  • the vacuum results in an advantageous manner that the electrolyte can be filled bubble-free and gapless.
  • a separator formed of paper can thus be completely impregnated.
  • Fig. 6 the device 1 shown in Fig. 5 is shown in a state after filling. After filling, the opening 19 of the lid 20 became fluid-tight locked. Due to the tendency of the elastically deformed housing 2 to return to its original state, the inner volume 6 decreases in comparison to the inner volume 6 set in FIG. 5 during filling. This is schematically represented by arrows 21. By this reduction of the inner volume 6, the pressure p1 in the inner space 6 increases, so that it is higher than the filling pressure PO.
  • FIG. 7 shows a schematic cross section through a device 1 according to a further embodiment. This is essentially the same as the embodiment of the device 1 shown in FIG. 1. Therefore, reference may be made to the explanation of this embodiment. In contrast to that shown in Fig. 1
  • the hollow body 9 is formed in the bottom portion 7 through the housing walls of the housing 2 and an intermediate wall 22 which is disposed in the interior space 6.
  • This intermediate wall comprises elastic sections 23 and rigid section 24.
  • the internal volume 11 of the hollow body 9 can increase when the middle rigid section 24 moves in the direction of the upper area 8, in particular in the direction of the housing cover, due to the elastic sections 23.
  • Inner volume 1 1 increases the pressure in the inner volume 6 of the housing 2. This can in turn increase the boiling temperature of the electrolyte 10.
  • Fig. 8 shows a schematic cross section through a hollow body 9. This is formed as an ellipsoidal hollow body 9, wherein the wall elements may consist of stainless steel sheet.
  • FIG. 9 shows a schematic cross section through a device 1 according to a further embodiment. This is essentially the same as the embodiment of the device 1 shown in FIG. 4. Therefore, reference may be made to the explanation of this embodiment.
  • the housing 2 in the bottom portion 7 a hollow cylindrical extension 25, in the inner volume of the piston 14 and the piston rod 15 can move.
  • the hollow cylindrical extension 25 has an outlet opening 26 in the wall area. This outlet opening 26 is not fluidly with the
  • Inner volume 6 of the housing 2 connected when the surface of the piston 24 is above the upper end of the outlet opening 26. This is particularly the case when a pressure in the internal volume 6 is less than a predetermined outlet pressure. If the pressure in the inner volume 6 rises above the outlet pressure, a movement takes place of the piston 14 away from the inner volume 6, wherein the outlet opening 26 can be at least partially or completely released. Thus, a fluidic connection between the inner volume 6 and outlet opening 26 is made and electrolyte can escape from the inner volume 6. As a result, an unwanted damage to the housing 2 can be avoided in an advantageous manner.
  • the combination of piston 14 and outlet opening 26 thus serves as a pressure relief valve.
  • the electrode arrangement 27 comprises electrodes 3, 4 formed as films and a separator 5 formed as a film, which is arranged between the electrodes 3, 4.
  • the films are wound up here.
  • the electrode arrangement 27 can also have a plurality of foil-type electrodes 3, 4 and foil-like separators 5.
  • the wickeiförmige electrode assembly 27 may have a plurality of contacts for electrically contacting the electrodes 3, 4.
  • Around the wickeiförmige electrode assembly 27 around a hohizylinder- or hollow-ring-shaped hollow body 9 is arranged, wherein a jacket of the hollow cylinder is hollow, for example, double-walled, or the annular body is hollow.
  • FIG. 10 shows that the hollow body 9 completely or almost completely encloses the electrode arrangement 27.

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Abstract

Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen Elektrolyt-Raumbereich aufweist, wobei der Elektrolyt-Raumbereich zumindest teilweise mit einem Elektrolyt (10) gefüllt ist, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Druckerzeugungseinrichtung aufweist, wobei durch die Druckerzeugungseinrichtung ein gewünschter Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich bereitstellbar ist oder der Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich veränderbar ist sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.

Description

Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.
Bekannt sind sogenannte Elektrolyt-Speichereinrichtungen für elektrische Energie. Diese können unter anderem als Kondensator oder Batterie oder Akkumulator ausgebildet sein. Derartige Speichereinrichtungen enthalten in der Regel einen flüssigen Elektrolyten. Problematisch ist, dass dieser Elektrolyt bei hohen Temperaturen zumindest teilweise in den gasförmigen Zustand übergeht. In diesem Fall können sich Gasblasen auf der Oberfläche der Elektroden bilden, die den gewünschten Stromfluss und somit die gewünschte Energieentnahme behindern. Auch eine Lebensdauer kann hierdurch verringert werden.
Wird einer solchen Speichereinrichtung in kurzer Zeit eine hohe Menge elektrischer Energie entnommen, so kann dies auch zur strombedingten Erhitzung von Teilbereichen der Oberfläche der Elektroden führen, was wiederrum zu einer punktuellen
Gasblasenbildung im Bereich dieser Oberflächenteile führen kann. Auch hierdurch kann die Stromentnahme behindert werden.
Es stellt sich somit das technische Problem, eine Vorrichtung zur Speicherung
elektrischer Energie, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung zu schaffen, die einen
Temperaturarbeitsbereich der Vorrichtung zu Speicherung erweitern sowie eine
Lebensdauer erhöht.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen den Ansprüche 1 , 9 und 1 1 . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergebenen sich aus den Unteransprüchen.
Es ist eine Grundidee der Erfindung, eine Druckerzeugungseinrichtung vorzusehen, die einen gewünschten Druck in/auf den mit Elektrolyt-gefüllten Bereich der
Speichervorrichtung erzeugt oder verändert. Hierdurch kann ein Siedepunkt des Elektrolyts erhöht werden, wodurch die ungewünschte Gasblasenbildung erst bei höheren Temperaturen erfolgt.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie. Die Vorrichtung kann hierbei als Batterie, Akkumulator oder Kondensator ausgebildet sein. Die Vorrichtung weist mindestens ein Elektrolyt-Raumbereich auf, wobei der Elektrolyt- Raumbereich zumindest teilweise mit einem Elektrolyt gefüllt ist. Der Elektrolyt kann insbesondere als flüssiges Material ausgebildet sein, das leitfähig ist oder bewegliche Ionen enthält.
Hierbei kann der Elektrolyt-Raumbereich ein konstantes oder ein nur in geringem Maße veränderbares Volumen aufweisen. Beispielsweise kann der Elektrolyt-Raumbereich ein um maximal 10 % veränderbares Volumen aufweisen.
Die Vorrichtung kann somit auch als kapazitiver oder elektrochemischer Energiespeicher bezeichnet werden. Neben dem Elektrolyt-Raumbereich kann die Vorrichtung
selbstverständlich mindestens zwei oder mehr als zwei Elektroden aufweisen. Mit den Elektroden können hierbei Anschlusseinrichtungen der Vorrichtung zum Anschluss eines externen elektrischen Verbrauchers elektrisch verbunden sein. Weiter kann die
Vorrichtung mindestens einen Separator aufweisen. Der mindestens eine Separator kann zwischen zwei Elektroden, insbesondere zwischen einer Kathode und einer Anode angeordnet sein, um diese mechanisch und elektrisch voneinander zu trennen. Der Separator kann beispielsweise aus Papier ausgebildet sein. Der Elektrolyt-Raumbereich kann hierbei zwischen den mindestens zwei Elektroden angeordnet sein. Es ist somit möglich, das in dem Elektrolyt-Raumbereich sowohl der Elektrolyt als auch zumindest ein Teil des Separators angeordnet ist.
Weiter kann die Vorrichtung mindestens ein Gehäuse aufweisen, welches ein von dem Gehäuse eingefasstes Innenvolumen von einem Au ßenbereich abtrennt. Insbesondere kann das Gehäuse das Innenvolumen gegenüber dem Außenbereich abdichten. Der Elektrolyt-Raumbereich kann zumindest einem Teil des Innenvolumens oder dem gesamten Innenvolumen entsprechen.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung mindestens eine Druckerzeugungseinrichtung auf. Durch die Druckerzeugungseinrichtung ist ein gewünschter Druck in dem Elektrolyt- Raumbereich bereitstellbar. Bereitstellbar kann bedeuten, dass dieser Druck, z.B. vor Inbetriebnahme der Vorrichtung, eingestellt wird und dann konstant bleibt. Der gewünschte Druck kann insbesondere ein Überdruck sein der höher ist als der natürliche Dampfdruck des Elektrolyten in einem geschlossenen System bei einer vorgesehenen Betriebstemperatur. Im Sinne dieser Erfindung bedeutet ein Überdruck also einen Druck, der höher ist als der Dampfdruck des Elektrolyten bei einer vorgesehenen
Betriebstemperatur. Die vorgesehene Betriebstemperatur kann beispielsweise in einem Bereich von 20°C bis 65 <€ liegen.
Alternativ ist durch die Druckerzeugungseinrichtung der Druck in dem Elektrolyt- Raumbereich veränderbar. Dies bedeutet, dass durch die Druckerzeugungseinrichtung verschiedene Drücke, insbesondere verschiedene Drücke aus einem vorbestimmten Druckbereich, einstellbar sind. Insbesondere kann der Druck von dem Atmosphären- oder Normaldruck hin zu einem Überdruck veränderbar sein. Insbesondere kann die
Druckerzeugungseinrichtung derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass durch diese der Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich bereitstellbar oder veränderbar ist.
Beispielsweise kann der Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich bereitgestellt oder verändert werden, indem auf diesen Raumbereich Druck ausgeübt wird. Es ist möglich, dass zumindest ein Teil der Druckerzeugungseinrichtung oder die gesamte
Druckerzeugungseinrichtung in dem Innenvolumen des Gehäuses angeordnet ist.
Insbesondere kann der Druck indem Elektrolyt-Raumbereich derart bereitgestellt oder verändert werden, dass der Siedepunkt des Elektrolyts im Vergleich zum Siedepunkt bei atmosphärischen Druck oder Normaldruck erhöht wird. Weiter insbesondere kann der Druck derart bereitgestellt oder verändert werden, dass eine Siedetemperatur des Elektrolyten höher ist als die vorgesehene Betriebstemperatur der Speichereinrichtung.
Z.B. kann die Druckerzeugungseinrichtung durch ein oder mehrere im Gehäuse vorgesehenes Gas-Reservoir-Volumen bzw. -volumina bereitgestellt werden. In diesem Fall kann der Elektrolyt mit einem Einfülldruck in den Elektrolyt-Raumbereich eingefüllt werden. Nach Befüllung kann das Gehäuse unter dem Einfülldruck verschlossen werden. Der Einfülldruck ist derart gewählt, dass das Gas-Reservoir-Volumen beim Einfüllen verringert wird und dass nach dem Verschließen des Gehäuses von dem Gas-Reservoir- Volumen Druck auf den Elektrolyten bzw. auf den Elektrolyt-Raumbereich ausgeübt wird. Das Gas-Reservoir-Volumen kann beispielsweise als C02-Blase ausgebildet sein. Dies erfordert keine aufwändige bauliche Trennung, z.B. durch eine Membran, der
Druckerzeugungseinrichtung von dem Elektrolyt-Raumbereich.
Insgesamt ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Erweiterung des
Temperatureinsatzbereiches der Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie. Insbesondere kann durch den bereitgestellten Druck eine erhöhte Siedetemperatur des Elektrolyten bereitgestellt werden. Durch die Veränderung des Druckes kann die
Siedetemperatur ebenfalls verändert werden.
Insbesondere ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie bei hohen Temperaturen auch mit höheren Spitzenströmen betrieben werden kann ohne dass sich durch partielle innere Erwärmung lokal und temporär Gasblasen im Elektrolyten bilden wodurch die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer beeinträchtigt würden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der von der Druckerzeugungseinrichtung erzeugte Druck temperaturabhängig veränderbar, insbesondere abhängig von einer Betriebstemperatur oder abhängig von einer Temperatur des Elektrolyten. Insbesondere kann der von der Druckerzeugungseinrichtung erzeugte Druck mit zunehmender
Temperatur ansteigen und/oder mit abnehmender Temperatur abfallen. Vorzugsweise ist die Druckerzeugungseinrichtung derart ausgebildet, dass eine Veränderung der
Temperatur aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten oder Effekte eine Veränderung des erzeugten Drucks bewirkt. Beispielsweise kann die Veränderung der Temperatur eine Veränderung eines Volumens beziehungsweise einer Größe der
Druckerzeugungseinrichtung bewirken. Diese temperaturbedingte Größen- bzw.
Volumenveränderung kann dann eine Veränderung des Drucks in dem Elektrolyt- Raumbereich bewirken. Insbesondere sind keine aufwendigen Temperaturerfassungsund Steuervorgänge erforderlich, um die temperaturabhängige Veränderung des erzeugten Druckes zu bewirken.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass z.B. bei ansteigenden
Betriebstemperaturen der Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich erhöht werden kann, wodurch sich auch die Siedetemperatur erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine
Druckerzeugungseinrichtung mindestens einen Hohlkörper auf oder ist als Hohlkörper ausgebildet. Ein Volumen des Hohlkörpers ist veränderbar, insbesondere vergrößerbar oder verkleinerbar. Beispielsweise kann wird mindestens ein Hohlraum des Hohlkörpers zumindest teilweise von einem verformbaren Wandelement eingefasst bzw. umgeben sein. Der mindestens eine Hohlraum ist zumindest teilweise mit einem Fluid gefüllt.
Alternativ weist der mindestens eine Hohlraum einen Unterdruck auf. Der Unterdruck bezeichnet einen Druck, der geringer als der Druck im Elektrolyt-Raumbereich und/oder geringer als ein Umgebungsdruck ist. Weiter kann der Hohlkörper mindestens ein Federelement umfassen, welches bei Unterdruck vorgespannt ist. Das mindestens eine Federelement ist hierbei derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass unter
Vorspannung eine Ausdehnungskraft auf den Hohlkörper ausgeübt wird, die eine
Vergrößerung des Volumens des Hohlkörpers bewirkt bzw. bewirken kann. Die
Ausdehnungskraft ist hierbei größer als die durch den Unterdruck entstehende
Kompressionskraft. Vorzugsweise ist der Hohlraum luftleer, also vakuumisiert. Das Federelement kann z.B. von einem elastischen Wandelement und/oder von einem im Hohlkörper angeordneten Federelement ausgeübt werden. So kann das Federelement als Feder, insbesondere als Stahlfeder, ausgebildet sein, die im Hohlkörper oder Hohlraum angeordnet ist.
Die Druckerzeugungseinrichtung kann z. B als Blasenkörper ausgebildet sein. Ein solcher Blasenkörper kann beispielsweise hohlkugelförmig oder als hohler Ellipsoid ausgebildet sein.
Neben dem mindestens einen verformbaren Wandelement kann die
Druckerzeugungseinrichtung weitere verformbare oder nicht verformbare Wandelemente umfassen, die den mindestens einen Hohlraum einfassen bzw. umgeben. Ein
verformbares Wandelement kann hierbei insbesondere derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass sich das Volumen des mindestens einen Hohlraumes bei
Verformung verändern, insbesondere vergrößern oder verkleinern, kann. Ein
verformbares Wandelement kann insbesondere elastisch verformbar sein. Vorstellbar ist z. B., dass ein Wandelement aus elastischem Kunststoff ausgebildet ist. Alternativ kann das Wandelement jedoch auch aus einer verformbaren Metall-Membran bestehen. Das Wandelement kann gas- und flüssigkeitsdicht ausgebildet sein. Insbesondere kann das Wandelelement keinen Durchtritt des Elektrolyten im gasförmigen oder flüssigem Zustand erlauben. Ein elastisches Wandelement kann beispielsweise als Diaphragma ausgebildet sein. Alternativ kann das elastische Wandelement aus Edelstahlblech oder aus
Aluminium-Folie ausgebildet sein.
Es ist vorstellbar, dass der Hohlkörper als Einzelkörper ausgebildet ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass der mindestens eine Hohlkörper als von dem Gehäuse getrennter Körper ausgebildet ist. Allerdings ist es auch vorstellbar, dass zumindest ein Wandelement des Hohlkörpers von dem Gehäuse der Vorrichtung bereitgestellt oder mechanisch mit dem Gehäuse verbunden ist. Ist der Hohlkörper als Einzelkörper ausgebildet, so kann er ebenfalls mechanisch mit dem Gehäuse verbunden,
beispielsweise verklebt oder verschweißt, werden.
Der mindestens eine Hohlkörper kann in dem Elektrolyt-Raumbereich oder benachbart zu dem Elektrolyt-Raumbereich angeordnet werden. Insbesondere kann der Hohlkörper derart angeordnet werden, dass sich bei einer Volumenänderung des Hohlkörpers eine Druckänderung im Elektrolyt-Raumbereich ergibt.
Beispielsweise kann der Hohlkörper in einem Bodenbereich des Gehäuses und somit unter den Elektroden angeordnet sein.
Weiter beispielsweise kann der Hohlkörper derart angeordnet sein, dass sich die
Elektroden der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie zumindest teilweise oder vollständig in einem von dem Hohlkörper eingefassten Innenbereich befinden.
Beispielsweise kann der Hohlkörper derart angeordnet sein, dass er die Elektroden zumindest teilweise einfasst oder umgibt. Alternativ kann sich der Hohlkörper zumindest teilweise oder vollständig in einem von den Elektroden eingefassten Innenbereich befinden. Beispielsweise können die Elektroden derart angeordnet sein, dass sie den Hohlkörper zumindest teilweise einfassen oder umgeben.
Auch kann der Hohlkörper von mindestens einem Teil einer Elektrode ausgebildet werden.
Diese Ausführungsformen können insbesondere dann gewählt werden, wenn die
Elektroden und der/die Separator(en) folienartig ausgebildet und zu einer Rolle aufgewickelt sind. Hierbei kann die Rolle von dem Hohlkörper eingefasst sein. Alternativ kann der Hohlkörper von der Rolle eingefasst sein. Auch kann zumindest ein Abschnitt einer Folie, beispielsweise der Kathoden-Folie, der Anoden-Folie oder der Separator- Folie, doppelwandig ausgeführt sein und somit den Hohlkörper bereitstellen. Eine Länge des doppelwandigen Abschnitts kann derart gewählt werden, dass im aufgewickelten Zustand zumindest ein vollständiger Umlauf der aufgewickelten Elektrode bzw. des aufgewickelten Separators bereitgestellt wird.
Vorzugsweise kann die Druckerzeugungseinrichtung als mit dem Fluid zumindest teilweise oder vollständig gefüllter Blasenkörper bereitgestellt werden. Dieser kann dann in dem Innenvolumen des Gehäuses angeordnet werden. Bei Temperaturanstieg wird sich ein Volumen des Hohlkörpers vergrößern, wodurch der Druck auf den Elektrolyt- Raumbereich steigt und sich somit die Siedetemperatur des Elektrolyten erhöht.
Weiter kann der mindestens eine Hohlraum des Hohlkörpers gas- und/oder
flüssigkeitsdicht abgeschlossen sein.
Ein als Hohlkörper ausgebildete Druckerzeugungseinrichtung oder eine den Hohlkörper umfassende Druckerzeugungseinrichtung kann hierbei in vorteilhafter Weise zur
Bereitstellung eines (konstanten) Drucks in dem Elektrolyt-Raumbereich oder zur temperaturabhängigen Veränderung des Druckes genutzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Siedetemperatur des Fluids geringer als die Siedetemperatur des Elektrolyts. Das Fluid kann insbesondere ein weiterer Elektrolyt oder eine nicht-elektrolytische Flüssigkeit sein. Dass die Siedetemperatur des Fluids geringer als die Siedetemperatur des Elektrolyts ist, kann bedeuten, dass das Fluid bei gleichem Druck bei einer im Vergleich niedrigeren Temperatur siedet. Dies wiederrum kann dazu führen, dass sich ein Volumen des Fluid bei steigender Temperatur, insbesondere bei einem Anstieg über die Siedetemperatur, vergrößert, während das Elektrolyt noch im flüssigen Aggregatzustand vorliegt. Durch die Veränderung des Volumens des siedenden Fluids kann das Volumen des Hohlkörpers vergrößert und ein Druck im Elektrolyt- Raumbereich erhöht werden, was wiederum zu der Erhöhung der Siedetemperatur des Elektrolyten führt.
Somit kann das Fluid ein Fluid sein, dessen Gas-Menge und Gas-Druck mit steigender Temperatur zunimmt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine fertigungstechnisch einfach herzustellende und einfach zu montierende Druckerzeugungseinrichtung, die eine temperaturabhängige Veränderung des Druckes im Elektrolyt-Raumbereich ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Fluid bei einem Referenzdruck und einer Referenztemperatur flüssig oder gasförmig. Die Referenztemperatur kann beispielsweise in einem Temperaturbereich von -20 °C bis 65^ liegen. Im Falle eines flüssigen Fluids ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass der Elektrolyt bei Referenzdruck und
Referenztemperatur ohne Vordruck eingefüllt werden kann, da keine Kompression des Fluids möglich und notwendig ist.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise weiterhin dass der zulässige Betriebs- Temperatur-Bereich der Speichereinrichtung noch oben hin erweitert werden kann.
Das Fluid kann z.B. einen der folgenden Verbindung sein oder aus einer Mischung von zwei oder mehreren der folgenden Verbindung bestehen, deren Siedepunkt unterhalb des Siedepunkts des Elektrolyten liegt:
Acetaldehyd, Essigsäure, Aceton, Acetonitril, Ammoniak, Anilin, Anisol, Benzaldehyd, Benzol, Brom, Butan, 1 -Butanol, Kohlenstoffdisulfid, Chlor, Chlorbenzol, 1 -Chlorbutan, Chlorethan, Chlorethylen, Cyclohexan, Cyclohexanol, Cyclohexanon, Decan, Dibutylether, Dichloromethan, Dimethylether, Dimethylsulfoxid, 1 ,4-Dioxan, Dipropylether, Ethanol, Ethylacetat, Ethylenglycol, Heptan, Hexafluorbenzen, Hexan, 1 -Hexanol,
Fluorwasserstoff, Methyl iodid, Isobutan, Methanol, Methylacetat, Methylformiat, N- Methylanilin, N-Methylformamid, Nitrobenzol, Nitromethan, 1 -Octanol, Pentan, 1 -Pentanol, Phenol, Propan, 1 -Propanol, 2-Propanol, Pyridin, Pyrrol, Pyrrolidin, Styrol, Schwefeldioxid, Tetrachlorethylen, Tetrachlormethan, Toluol, Trichlorethylen, Trichlormethan,
Trimethylamin, Wasser, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol.
In der Praxis wählt man ein Fluid das leicht handhabbar ist und einen sinnvolles Maß an Druck aufbaut.
Z.B. kann der Elektrolyt Acetonitril mit einem Siedepunkt von 81 .6^ sein. Das Fluid kann Aceton mit einem Siedepunkt von 56 °C sein. Alternativ kann das Fluid n-Pentan mit einem Siedepunkt von 36^ sein. Im Falle von Aceton als Fluid bleibt das Fluid flüssig und siedet nicht, wenn eine
Betriebstemperatur kleiner 56 °C ist. Es findet noch keine starke Druckerhöhung im Elektrolyt-Raumbereich statt. Erst bei einer Betriebstemperatur über 56 'Ό siedet das Fluid und kann den Hohlkörper stark ausdehnen. Hierdurch kann der Druck im Elektrolyt- Raumbereich steigen. Der Anstieg kann dazu führen, dass das Fluid durch den gesteigerten Druck selbst aufhört zu sieden.
Ein Kondensator ohne die vorgeschlagene Druckerzeugungseinrichtung und mit einem Elektrolyt aus Acetonitril kann bei geringer Strombelastung nur bis zu einer
Betriebstemperatur von 81 °C betrieben werden. Bei höheren Betriebstemperaturen bilden sich schädliche Gasblasen. Typische Herstellerangabe für die maximale
Betriebstemperatur eines solchen Kondensators ist 65 °C (bei hoher Strombelastung) bis 85 °C (bei geringer Strombelastung). Wird in diesem Fall von einer statischen
Betriebstemperatur des Kondensators von 65 'Ό ausgegangen, so darf sich der Elektrolyt durch (temporäre) Spitzen-Strom-Belastung nur punktuell von 65 °C auf bis zu 81 .6^, also um 16.6°C erwärmen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass hohe Spitzenströme die Betriebstemperatur zumindest zeitweise erhöhen. Darüber hinaus fängt er an schädliche Gasblasen zu bilden.
Im Falle einer vorhandenen Druckerzeugungseinrichtung, insbesondere eines mit Aceton gefüllten Hohlkörpers, befindet sich das Aceton bei der statischen Betriebstemperatur Θ'Ό oberhalb seines Siedepunktes und entwickelt somit einen Überdruck von
9<€ / (0.289 <€/KPa) =31 .14 KPa. Bei 31 .14 KPa Überdruck siedet der Acetonitril- Elektrolyt erst bei 81 .6°C + 31 .14KPa * (0.316°C/KPa) = 91 .44 °C.
Somit kann sich z.B. durch eine Spitzen-Strom-Belastung der Elektrolyt nun auf bis zu 91 .44°C, also um 26.44qC, erwärmen bis er anfängt schädliche Gasblasen zu bilden. Somit kann die zulässige Erwärmung durch z.B. Spitzen-Ströme von 16.6^ auf 26.44 °C, also um ungefähr 10°C, erhöht werden. Mit anderen Worten können bei gleicher statischer Betriebstemperatur deutlich höhere Spitzen-Ströme fließen, ohne die erläuterten Nachteile durch Gasblasen zu erleiden.
Bei mittleren bis kleinen Strömen gibt es hinsichtlich Gasblasenbildung keine Begrenzung nach oben für die maximale Betriebstemperatur des Kondensators, da das Aceton im Hohlkörper unabhängig von der aktuellen (statischen) Betriebstemperatur immer ca. 31 KPa Druck oberhalb des Gas-Drucks des Acetonitril-Elektrolyten (dies ist der Referenzdruck) bereitstellt. Mit anderen Worten erreicht der Elektrolyt in diesem Fall seinen Siedepunkt theoretisch nie. Sofern keine anderen Begrenzungen, z.B. auf Grund von mechanischen und/oder chemischen Effekten, diesem entgegenstehen kann man einen derartig verbesserten Kondensator bei Temperaturen weit oberhalb seiner
Elektrolyt-Siedetemperatur (z.B. bezogen auf den atmosphärischem Normaldruck) betreiben.
Die beschrieben Vorteile gelten gleichermaßen für Kondensatoren, Batterien und Akkus mit flüssigen Elektrolyten.
Weiter ergibt sich folgender Vorteil: Elektrolyte basierend auf Acetonitril sind dafür bekannt das sie selbst bei sehr niedrigen Temperaturen, z.B. auch bei -40 °C, noch eine gute Funktionalität haben. Durch die Verwendung einer Druck-Erzeugungseinrichtung kann nun der Temperatur-Einsatzbereich dieses attraktiven Elektrolyten nach oben hin deutlich erweitert werden. Gerade in der Automobil-Industrie und im militärischen Bereich sind zu möglichst tiefen und möglichst hohen Temperaturen reichende
Betriebstemperaturbereiche stark nachgefragt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Hohlkörper, insbesondere mindestens ein verformbares Wandelement des Hohlkörpers, unter einem Referenzdruck des Elektrolyt- Raumbereichs vorgespannt. In diesem Fall kann bei Kompression des Hohlkörpers durch äußere Einwirkung aufgrund der Vorspannung von dem Hohlkörper eine der Kompression entgegenwirkende Kraft ausgeübt wird. Diese Kraft kann von einem elastischen
Wandelement und/oder einem mit Fluid gefüllten Hohlraum und/oder von einem im Hohlkörper angeordneten Federelement ausgeübt werden.
Der Referenzdruck kann hierbei niedriger als ein Siededruck des Elektrolyts sein, insbesondere niedriger als ein minimaler Siededruck des Elektrolyts in einem
vorbestimmten Temperaturbereich. Dieser Temperaturbereich kann beispielsweise von 50 'Ό (einschließlich bis 100 °C) reichen. Insbesondere kann der Hohlkörper derart vorgespannt sein, dass sich das Volumen des Hohlkörpers bei Drücken, die niedriger als der Referenzdruck sind, vergrößert. Bei höheren Drücken als der Referenzdruck kann durch den Hohlkörper, insbesondere durch das verformbare Wandelement, ein Druck auf einen Umgebungsbereich ausgeübt werden. Mit anderen Worten kann der Hohlkörper, insbesondere das mindestens eine verformbare Wandelement bei dem Referenzdruck elastisch verformt sein und aufgrund der
Verformung einen vorbestimmten Gegendruck ausüben. Wird ein solcher Hohlkörper im Innenvolumen des Gehäuses angeordnet, so kann beispielsweise der Elektrolyt derart unter einem Einfülldruck in den Elektrolyt-Raumbereich oder das Innenvolumen eingebracht werden, dass das verformbare Wandelement sich elastisch verformt und dann einen Druck auf den Elektrolyt-Raumbereich ausübt.
Wird, unter Beibehaltung des Einfülldruckes, nach dem Einfüllen das Gehäuse
abgedichtet, so wird durch den Hohlkörper ein gewünschter Druck auf den Elektrolyt- Raumbereich bereitgestellt. Dieser gewünschte Druck kann insbesondere derart gewählt werden, dass die Siedetemperatur des Elektrolyts im Vergleich zur Siedetemperatur unter Atmosphären- oder Normaldruck erhöht ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens ein Teil des Gehäuses, insbesondere mindestens eine Gehäusewand, der Vorrichtung zur Speicherung derart elastisch verformbar ausgebildet, dass durch das Gehäuse Druck auf den Elektrolyt-Raumbereich ausübbar ist, insbesondere wenn dieser ein vorbestimmtes Volumen überschreitet.
Insbesondere ist es möglich, das Gehäuse vor Befüllung mit dem Elektrolyt elastisch zu verformen, wobei ein Volumen des Elektrolyt-Raumbereichs vergrößert wird. Dann kann in diesen Raumbereich Elektrolyt eingefüllt werden. Nach Beendigung des Einfüllens kann die elastische Verformung des Gehäuses zumindest teilweise umgekehrt werden, wodurch dann ein gewünschter Druck auf den Elektrolyt-Raumbereich bereitgestellt wird.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Bereitstellung eines gewünschten Druckes ohne zusätzliche Hilfsmittel.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Druckerzeugungseinrichtung mindestens einen Kolben auf. Der Kolben kann insbesondere derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass bei einer Bewegung des Kolbens der Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich verändert werden kann. Der Kolben kann insbesondere ein beweglicher Kolben sein. Dieser kann beispielsweise manuell und/oder durch die Kraft einer Feder, beispielsweise einer Stahlfeder, und/oder aktorgestützt betätigt werden. In diesem Fall kann das Gehäuse mindestens ein Auslassventil aufweisen, welches ein Überdruck-Auslassventil ausbildet. Dieses ist im Normalbetrieb, insbesondere bei Betriebsdrücken unterhalb eines vorbestimmten Auslass-Drucks, im Elektrolyt- Raumbereich, durch zumindest einen Teil des Kolbens fluidtechnisch von dem Elektrolyt- Raumbereich getrennt. Steigt der Druck im Elektrolyt-Raumbereich jedoch über diesen vorbestimmten Auslass-Druck an, so führt der Kolben eine Bewegung derart aus, dass das Auslassventil freigegeben wird, d.h. eine fluidtechnische Verbindung zwischen Elektrolyt-Raumbereich und Auslassventil besteht.
Somit wird durch den Kolben sowohl eine Druckerzeugungseinrichtung als auch eine Freigabeeinrichtung für das Auslassventil bereitgestellt.
Weiter kann die Vorrichtung eine Einrichtung zur Temperaturerfassung umfassen.
Ebenfalls kann die Vorrichtung eine Steuer- und Auswerteeinrichtung umfassen. Es ist vorstellbar, dass durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung die
Druckerzeugungseinrichtung derart angesteuert wird, dass ein gewünschter
temperaturabhängiger Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich eingestellt wird.
Selbstverständlich sind auch Ausführungsformen vorstellbar, in der verschiedene der vorhergehend erläuterten Druckerzeugungseinrichtungen kombiniert sind.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung gemäß einer der in dieser Erfindung beschriebenen Ausführungsformen. Erfindungsgemäß wird ein gewünschter Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich bereitgestellt. Dieser Druck kann insbesondere größer als der Atmosphären- oder Normaldruck sein. So kann der bereitgestellte Druck derart gewählt werden, dass sich die Siedetemperatur des
Elektrolyts im Vergleich zum Atmosphären- oder Normaldruck erhöht. Der Druck kann beispielsweise bereitgestellt werden, indem der erläuterte Hohlkörper und/oder das Gehäuse aufgrund einer elastischen Verformung Druck auf den Elektrolyt-Bereich und somit in dem Elektrolyt-Raumbereich ausübt.
Alternativ wird der Druck in dem Elektrolyt-Bereich verändert. Die Veränderung kann beispielsweise erfolgen, indem sich ein Volumen des erläuterten Hohlkörpers vergrößert. In einer weiteren Ausführungsform wird der Druck temperaturabhängig verändert.
Insbesondere wird der Druck bei steigender Temperatur erhöht und/oder bei sinkender Temperatur verringert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Erweiterung des Temperatureinsatzbereiches.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß einer in dieser Erfindung beschriebenen Ausführungsform. Erfindungsgemäß wird mindestens ein Elektrolyt-Raumbereich bereitgestellt, wobei der Elektrolyt-Raumbereich zumindest teilweise mit einem Elektrolyt gefüllt wird. Beispielsweise kann ein Gehäuse bereitgestellt werden, wobei der Elektrolyt-Raumbereich einem Teil des Innenvolumens oder dem gesamten Innenvolumen entspricht. Weiter wird mindestens eine
Druckerzeugungseinrichtung bereitgestellt, wobei durch die Druckerzeugungseinrichtung ein gewünschter Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich bereitstellbar oder Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich veränderbar ist.
In dem Innenvolumen kann ebenfalls zumindest ein Teil oder sogar die vollständige Druckerzeugungseinrichtung angeordnet werden. Dies kann beispielsweise zeitlich vor dem Einfüllen des Elektrolyts erfolgen.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform wird als Druckerzeugungseinrichtung mindestens ein Hohlkörper bereitgestellt, wobei ein Volumen des Hohlkörpers veränderbar ist.
Beispielsweise ist ein Hohlraum des Hohlkörpers zumindest teilweise von einem verformbaren Wandelement eingefasst.
Weiter ist mindestens ein Hohlraum des Hohlkörpers zumindest teilweise oder vollständig mit einem Fluid gefüllt. Alternativ wird in dem Hohlraum ein Unterdruck bereitgestellt wird. Insbesondere kann der Hohlraum luftleer sein. Weiter wird der Hohlkörper in einem Innenraum eines Gehäuses der Druckerzeugungseinrichtung angeordnet.
Der Hohlkörper kann insbesondere in einem Bodenbereich des Gehäuses angeordnet werden. Vorstellbar ist, dass zumindest ein Teil des Hohlkörpers von dem Gehäuse oder von einem mit dem Gehäuse mechanisch verbundenen Teil ausgebildet wird. Auch kann ein Teil des Hohlkörpers mechanisch mit dem Gehäuse verbunden werden. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Einfüllung des Elektrolyts, insbesondere zeitlich, nach Anordnung des Hohlkörpers in dem Innenvolumen. Weiter wird der
Elektrolyt unter Überdruck eingefüllt. Insbesondere kann der Einfülldruck des Elektrolyten derart gewählt werden, dass sich der Hohlkörper elastisch verformt, wobei der elastisch verformte Hohlkörper im elastisch verformten Zustand aufgrund der angestrebten
Rückkehr in die Ursprungsform einen Druck auf den Elektrolyt-Raumbereich ausübt.
Weiter kann nach dem Einfüllvorgang das Gehäuse fluiddicht verschlossen werden, wobei im Innenvolumen weiterhin der Einfülldruck beibehalten wird. In diesem Fall wird durch den Hohlkörper ein gewünschter Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich bereitgestellt.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein Gehäuse der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie derart elastisch verformt, dass ein Volumen des Elektrolyt- Raumbereichs vergrößert wird. Dann wird in den Elektrolyt-Raumbereich der Elektrolyt eingefüllt. Nach der Befüllung wird die elastische Verformung des Gehäuses zumindest teilweise umgekehrt. Auch in diesem Fall kann aufgrund der angestrebten Rückkehr in den Ursprungszustand ein Druck auf und somit in dem Elektrolyt-Raumbereich
bereitgestellt werden.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform in einem ersten Zustand,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in einem weiteren Zustand,
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform in einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform beim Befüllen,
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt durch die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung in einem Zustand nach dem Befüllen,
Fig. 7 einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 8 einen schematischen Querschnitt durch einen Hohlkörper,
Fig. 9 einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 10 eine schematische Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung mit Hohlkörper.
Nachfolgende bezeichnen gleiche Bezugszeichenelemente mit gleichem oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Speicherung von elektrischer Energie dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst ein fluiddichtes Gehäuse 2, eine als Kathode ausgebildete erste Elektrode 3, eine als Anode ausgebildete weitere Elektrode 4 sowie einen Separator 5, wobei der Separator 5 zwischen den Elektroden 3, 4 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 umfasst ein Innenvolumen 6, wobei das Innenvolumen 6 einen Bodenbereich 7 und einen oberen Teil 8 umfasst. Im oberen Teil 8 sind die Elektroden 3, 4 und der Separator 5 angeordnet. In Bodenbereich 7 ist ein Hohlkörper 9 angeordnet, wobei der Hohlkörper 9 hohllinsenförmig ausgebildet ist. In dem Innenvolumen 6 des Gehäuses 2 ist ein Elektrolyt 10 angeordnet, welches die Elektroden 3, 4, den Separator 5 sowie den Hohlkörper 9 umgibt.
Der Hohlkörper 9 weist ein Innenvolumen 1 1 auf, indem ein Fluid, insbesondere Aceton, angeordnet ist. Bei einer ersten Temperatur TO weist der Hohlkörper 9 ein erstes Volumen auf. Im Innenvolumen 6 des Gehäuses 2 herrscht hierbei ein erster Druck pO. Der im Innenvolumen 6 herrschende Druck pO bezeichnet somit den Druck im Elektrolyt- Raumbereich. In Fig. 1 ist dargestellt, dass der Hohlkörper 9 als vom Gehäuse 2 separates Element ausgebildet ist.
In Fig. 2 ist die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 in einem weiteren Zustand,
insbesondere bei einer weiteren Temperatur T1 dargestellt, wobei die weitere Temperatur T1 höher als die erste Temperatur TO ist. Das im Innenvolumen 1 1 des Hohlkörpers 9 angeordnete Fluid kann eine Siedetemperatur aufweisen, die geringer als die
Siedetemperatur des Elektrolyts 10 ist. Erhöht sich die Temperatur auf die weitere Temperatur T1 kann die Siedetemperatur des Fluids überschritten werden, während die Siedetemperatur des Elektrolyts jedoch größer als die weitere Temperatur T1 ist. In diesem Fall kann sich das Innenvolumen 1 1 des Hohlkörpers 9 vergrößern, da das Fluid im Innenraum 1 1 in den gasförmigen Zustand übergeht. Durch die Vergrößerung des Volumens erhöht sich der Druck im Innenvolumen 6 des Gehäuses 2 auf einen weiteren Druck p1 , der größer als der erste Druck pO ist. Hierdurch wiederum erhöht sich auch die Siedetemperatur des Elektrolyts 10.
In den Figuren 1 und 2 ist dargestellt, dass ein maximales Volumen des Hohlkörpers 9 derart gewählt ist, dass dieser nicht aus dem Bodenbereich 7 heraustritt.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung 1 ist im Wesentlichen, wie die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 1 , ausgebildet. Im Unterschied zu der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Vorrichtung 1 wird der Hohlkörper 9 von einer Bodenwand 12 des Gehäuses 2 und einem elastisch verformbaren Wandelement 13 gebildet.
In Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Auch diese Vorrichtung 1 umfasst Elektroden 3, 4 einen Separator 5, ein Gehäuse 2, ein Innenvolumen 6, der in einen oberen Bereich 8 und einen Bodenbereich 7 unterteilt ist. Im Unterschied zu den in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten Vorrichtungen 1 umfasst die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung 1 einen Kolben 14, der im Bodenbereich 7 angeordnet ist. Der Kolben 14 kann hierbei eine Kolbenfläche aufweisen, die einer Querschnittsfläche des Innenvolumens 6 entspricht. Weiter kann der Kolben 14 eine Kolbenstange 15 aufweisen, die aus dem Gehäuse 2 herausgeführt ist. Somit kann der Kolben durch Federkraft, manuell oder aktorgestützt von au ßerhalb des Gehäuses 2 betätigt werden. Durch ein Verschieben des Kolbens 14 kann der Druck im Innenvolumen 6 und somit im Elektrolyt-Raumbereich verändert werden.
Der Kolben 14 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass ein Au ßendruck, beispielsweise ein atmosphärische Luftdruck, auf den Kolben 14 wirken kann. Hierdurch kann Energie für den Druckaufbau eingespart werden. Auch ist vorstellbar, eine fluiddichte elastische Membran durch eine Kolbenstange 15 in den Elektrolyt-Raumbereich zu drücken und so den Druck im Elektrolyt-Raumbereich zu erhöhen.
In dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung 1 einen nicht dargestellten
Temperatursensor und eine ebenfalls nicht dargestellte Steuer- und Auswerteeinrichtung umfassen, wobei durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung die Bewegung bzw. Position des Kolbens 14 derart temperaturabhängig eingestellt werden kann, dass das im
Innenraum 6 angeordnete Elektrolyt nicht siedet.
In Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst ebenfalls Elektroden 3, 4, einen Separator 5, ein Gehäuse 2 sowie ein
Innenvolumen 6 des Gehäuses 2. Seitenwände 16 des Gehäuses sind gewellt ausgebildet. In Fig. 5 ist durch Pfeile 17 dargestellt, dass das Gehäuse 2 elastisch derart verformt wird, dass das Innenvolumen 6 im Vergleich zum elastisch unverformten Zustand vergrößert wird. Dies kann beispielsweise durch Ausüben von Zugkräften auf die
Seitenwände 16 erfolgen. Weiter dargestellt ist ein Elektrolytbehälter 18, durch den Elektrolyt 10 in das Innenvolumen 6 des Gehäuses 2 im verformten Zustand eingefüllt wird. Dies erfolgt durch eine Öffnung 19 in einem Deckel 20 des Gehäuses 2. Im
Innenvolumen 6 herrscht hierbei vorzugsweise zunächst Vakuum und am Ende des Einfüllvorgangs ein Einfülldruck, der gleich oder größer dem Atmosphärendruck pO ist.
Durch das Vakuum ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass der Elektrolyt blasenfrei und lückenlos eingefüllt werden kann. Beispielsweise kann somit ein aus Papier ausgebildeter Separator vollständig durchtränkt werden.
In Fig. 6 ist die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung 1 in einem Zustand nach dem Befüllen dargestellt. Nach dem Befüllen wurde die Öffnung 19 des Deckels 20 fluiddicht verschlossen. Aufgrund der Bestrebung des elastisch verformten Gehäuses 2 in den Ursprungszustand zurück zu kehren, verringert sich das Innenvolumen 6 im Vergleich zu dem in Fig. 5 eingestellten Innenvolumen 6 beim Befüllen. Dies ist schematisch durch Pfeile 21 dargestellt. Durch diese Verringerung des Innenvolumens 6 erhöht sich der Druck p1 im Innenraum 6, so dass dieser höher als der Einfülldruck pO ist.
Fig. 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Diese ist im Wesentlichen wie die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 1 ausgeführt. Daher kann auf die Erläuterung zu dieser Ausführungsform verwiesen werden. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellte
Ausführungsform wird der Hohlkörper 9 im Bodenbereich 7 durch die Gehäusewände des Gehäuses 2 sowie eine Zwischenwand 22 gebildet, die im Innenraum 6 angeordnet ist. Diese Zwischenwand umfasst elastische Abschnitte 23 und starre Abschnitt 24. Das Innenvolumen 1 1 des Hohlkörpers 9 kann sich vergrößern, wenn sich der mittlere starre Abschnitt 24 aufgrund der elastischen Abschnitte 23 in Richtung oberer Bereich 8, insbesondere in Richtung Gehäusedeckel, bewegt. Durch die Vergrößerung des
Innenvolumens 1 1 erhöht sich der Druck im Innenvolumen 6 des Gehäuses 2. Hierdurch kann sich wiederum auch die Siedetemperatur des Elektrolyts 10 erhöhen.
Fig. 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hohlkörper 9. Dieser ist als ellipsoidförmiger Hohlkörper 9 ausgebildet, wobei die Wandelemente aus Edelstahlblech bestehen können.
Fig. 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Diese ist im Wesentlichen wie die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 1 ausgeführt. Daher kann auf die Erläuterung zu dieser Ausführungsform verwiesen werden. Im Unterschied zu der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform weist das Gehäuse 2 im Bodenbereich 7 einen hohlzylinderförmigen Fortsatz 25 auf, in dessen Innenvolumen sich der Kolben 14 und die Kolbenstange 15 bewegen können. Der hohlzylinderförmige Fortsatz 25 weist im Wandbereich eine Auslassöffnung 26 auf. Diese Auslassöffnung 26 ist fluidtechnisch nicht mit dem
Innenvolumen 6 des Gehäuses 2 verbunden, wenn sich die Oberfläche des Kolbens 24 über dem oberen Ende der Auslassöffnung 26 befindet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein Druck im Innenvolumen 6 geringer als ein vorbestimmter Auslass-Druck ist. Steigt der Druck im Innenvolumen 6 über den Auslass-Druck, so erfolgt eine Bewegung des Kolbens 14 vom Innenvolumen 6 weg, wobei die Auslassöffnung 26 zumindest teilweise oder vollständig freigegeben werden kann. Somit wird eine fluidtechnische Verbindung zwischen Innenvolumen 6 und Auslassöffnung 26 hergestellt und Elektrolyt kann aus dem Innenvolumen 6 austreten. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine ungewollte Beschädigung des Gehäuses 2 vermieden werden. Die Kombination aus Kolben 14 und Auslassöffnung 26 dient somit als Überdruckventil.
Fig. 10 eine schematische Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung 27 mit Hohlkörper 9. Die Elektrodenanordnung 27 umfasst als Folien ausgebildete Elektroden 3, 4 und einen als Folie ausgebildeten Separator 5, der zwischen den Elektroden 3, 4 angeordnet ist. Die Folien sind hierbei aufgewickelt. Die Elektrodenanordnung 27 kann selbstverständlich auch mehrere folienartige Elektroden 3, 4 und folienartige Separatoren 5 aufweisen. Insbesondere in diesem Fall kann die wickeiförmige Elektrodenanordnung 27 mehrere Kontakte zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden 3, 4 aufweisen. Um die wickeiförmige Elektrodenanordnung 27 herum ist ein hohizylinder- oder hohlringförmiger Hohlkörper 9 angeordnet, wobei ein Mantel des Hohlzylinders hohl, z.B. doppelwandig, bzw. der Ringkörper hohl ausgebildet ist. In Fig. 10 ist dargestellt, dass der Hohlkörper 9 die Elektrodenanordnung 27 vollständig bzw. fast vollständig umfasst.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie
2 Gehäuse
3 Elektrode
4 Elektrode
5 Separator
6 Innenraum, Innenvolumen
7 Bodenbereich
8 Oberer Bereich
9 Hohlkörper
10 Elektrolyt
1 1 Innenvolumen des Hohlkörpers
12 Bodenwand
13 Verformbares Wandelement
14 Kolben
15 Kolbenstange
6 Gewellte Seitenwand
17 Pfeil
18 Elektrolytbehälter
19 Öffnung
20 Deckel
21 Pfeile
22 Zwischenwand
23 elastischer Abschnitt
24 starrer Abschnitt
25 hohizylinderförmiger Fortsatz
26 Auslassöffnung
27 Elektrodenanordnung
pO erster Druck
p1 weiterer Druck

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, wobei die Vorrichtung (1 ) mindestens einen Elektrolyt-Raumbereich aufweist, wobei der Elektrolyt- Raumbereich zumindest teilweise mit einem Elektrolyt (10) gefüllt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (1 ) mindestens eine Druckerzeugungseinrichtung aufweist, wobei durch die Druckerzeugungseinrichtung ein gewünschter Druck in dem Elektrolyt- Raumbereich bereitstellbar ist oder der Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich veränderbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der von der
Druckerzeugungseinrichtung erzeugte Druck temperaturabhängig veränderbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Druckerzeugungseinrichtung mindestens einen Hohlkörper (9) aufweist oder als Hohlkörper (9) ausgebildet ist, wobei ein Volumen des Hohlkörpers (9) veränderbar ist, wobei mindestens ein Hohlraum des Hohlkörpers (9) zumindest teilweise mit einem Fluid gefüllt ist oder wobei mindestens ein Hohlraum des Hohlkörpers (9) einen Unterdruck aufweist und der Hohlkörper (9) mindestens ein Federelement aufweist, welches bei Unterdruck vorgespannt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siedetemperatur des Fluids geringer ist als die Siedetemperatur des Elektrolyts (10).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid bei einem Referenzdruck und einer Referenztemperatur flüssig oder gasförmig ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (9) unter einem Referenzdruck des Elektrolyt-Raumbereichs vorgespannt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Teil eines Gehäuses (2) der Vorrichtung (1 ) derart elastisch verformbar ausgebildet ist, dass durch das Gehäuse (2) Druck auf den Elektrolyt- Raumbereich ausübbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinrichtung mindestens einen Kolben (14) aufweist.
9. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein gewünschter Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich bereitgestellt oder der Druck in dem Elektrolyt- Bereich verändert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck
temperaturabhängig verändert wird.
1 1 . Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1 ) zur Speicherung von elektrischer Energie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Elektrolyt-Raumbereich bereitgestellt wird, wobei der Elektrolyt- Raumbereich zumindest teilweise mit einem Elektrolyt (10) gefüllt wird, wobei mindestens eine Druckerzeugungseinrichtung bereitgestellt wird, wobei durch die Druckerzeugungseinrichtung ein gewünschter Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich bereitstellbar oder der Druck in dem Elektrolyt-Raumbereich veränderbar ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als
Druckerzeugungseinrichtung mindestens ein Hohlkörper (9) bereitgestellt wird, wobei ein Volumen des Hohlkörpers (9) veränderbar ist, wobei mindestens ein Hohlraum des Hohlkörpers (9) zumindest teilweise mit einem Fluid gefüllt wird oder wobei in einem Hohlraum des Hohlkörpers (9) ein Unterdruck bereitgestellt wird, wobei der Hohlkörper (9) in einem Innenraum (6) eines Gehäuses (2) der Vorrichtung (1 ) zur Speicherung von elektrischer Energie angeordnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllung des
Elektrolyts (10) nach Anordnung des Hohlkörpers (9) erfolgt, wobei der Elektrolyt (10) unter Überdruck eingefüllt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (2) der Vorrichtung (1 ) zur Speicherung von elektrischer Energie derart elastisch verformt wird, dass ein Volumen des Elektrolyt-Raumbereichs vergrößert wird, wobei in den Elektrolyt-Raumbereich der Elektrolyt (10) eingefüllt wird.
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