EP4082065A1 - Electrochemical sodium metal halide battery, and method for producing same - Google Patents

Electrochemical sodium metal halide battery, and method for producing same

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EP4082065A1
EP4082065A1 EP20845384.5A EP20845384A EP4082065A1 EP 4082065 A1 EP4082065 A1 EP 4082065A1 EP 20845384 A EP20845384 A EP 20845384A EP 4082065 A1 EP4082065 A1 EP 4082065A1
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EP
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current collector
cathode
metal
pressed
pipe section
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EP20845384.5A
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Martin Hofacker
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Publication date
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the current collector preferably has punchings, preferably in the form of through holes, in the pressed pipe section as elements for increasing the surface area.
  • the current collector has metal tufts of metal strips or wires made of a metal that has not been attacked by the electrochemical processes of the cell and has a conductivity comparable to that of the metal pipe of the current collector, in the pressed pipe section in the through holes.
  • the pressed pipe section of the current collector is advantageously formed in a star shape by a plurality of radial force effects evenly distributed around the central axis.
  • the material cross-section of the metal tube 11 is to be adapted accordingly to the requirements.
  • the electrochemical cell has only a single opening, namely the open pipe end of the filler pipe 13 of the cathode-side current collector 1, or in the case of several current collectors 1, 1 ', a plurality of openings.
  • the granulate mixture of the cathode 2 is introduced into the cathode space 21 of the electrochemical cell via this opening of the filling pipe 13.
  • the secondary electrolyte 22 is then introduced in liquid form through the same opening of the filler tube 13 into the cathode compartment 21 of the cell.
  • the opening of the cell - z. B. with a deep-drawn part or a sheet metal blank 62 to close the upper pipe end of the filler pipe 13 - welded to the protruding end of the current collector 1.

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Abstract

The invention relates to an electrochemical sodium metal halide battery, in particular a sodium nickel chloride battery for high-performance batteries of electric vehicles and other demanding stationary applications. The problem addressed by the invention is that of providing an electrochemical sodium metal halide battery which makes it possible to have a current collector (1) with a maximum surface-to-cross-section ratio, to manufacture same in a simple manner, and to fill the electrodes of the battery in a simplified manner. This problem is solved according to the invention in that: a metal cathode-side current collector (1), that is elongated in a cathode chamber (21) about a central axis (51), is manufactured from a metal tube (11) having a high electrical conductivity; in a portion of the current collector (1) plunged into a separator (3), said current collector has a shaped tube section (11, 12) which is provided with elements for increasing the surface area (15, 16, 18, 19) of the current collector (1); and, at a transition between an unpressed tube section, that acts as a filling tube (13), and a pressed tube section (12), said current collector has at least one through-hole (14) that opens the filling tube (13) outwardly, meaning that the filling tube (13) can be used as a filling opening for the porous mixture of the cathode (2) and the secondary electrolyte (22).

Description

Elektrochemische Natrium-Metallhalogenid-Zelle und Verfahren zu ihrer Herstellung Sodium metal halide electrochemical cell and process for its manufacture
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Natrium-Metallhalogenid-Zelle, enthaltend ein Gehäuse mit einer zentralen Achse, einen um die zentrale Achse des Gehäuses äquidistant zum Gehäuse ausgedehnten Separator, der als fester Primärelektrolyt einen Anodenraum von einem Kathodenraum elektrisch isolierend und hermetisch abtrennt, aber durchlässig ist für Natriumionen, eine den Kathodenraum füllende Kathode aus einem porösen Gemisch von Metallpulver- und Metallhalogenidpulver-Granulaten sowie einen den Kathodenraum und das poröse Gemisch der Kathode durchtränkenden Sekundärelektrolyt aus einer Natrium- Metallhalogenid-Salzschmelze und einen im Kathodenraum um die zentrale Achse langgestreckt ausgebildeten metallischen kathodenseitigen Stromabnehmer, sowie ein Verfahren zur Herstellung der elektrochemischen Zelle. Die Anwendung der Erfindung erfolgt vorzugsweise als Natrium-Metallhalogenid-Zelle, insbesondere als Natrium-Nickelchlorid-Zelle, in Hochleistung sbatterien für Elektrofahrzeuge und anspruchsvolle stationäre Anwendungen. The invention relates to an electrochemical sodium metal halide cell, containing a housing with a central axis, a separator which is equidistant from the housing and which is extended around the central axis of the housing and which, as a solid primary electrolyte, separates an anode compartment from a cathode compartment in an electrically insulating and hermetic manner, but is permeable for sodium ions, a cathode filling the cathode compartment made of a porous mixture of metal powder and metal halide powder granules and a secondary electrolyte made of a sodium metal halide molten salt and a metallic cathode-side which is elongated around the central axis in the cathode compartment and impregnated the cathode compartment and the porous mixture of the cathode Current collector, as well as a method for manufacturing the electrochemical cell. The invention is preferably used as a sodium metal halide cell, in particular as a sodium nickel chloride cell, in high-performance batteries for electric vehicles and demanding stationary applications.
Die vorgenannten elektrochemischen Zellen enthalten eine im geladenen Zustand aus mindestens einem Metall bestehende Anode und eine zumeist in poröser Form ausgebildete Kathode aus Übergangsmetallen und Metallhalogeniden (z. B. Natrium, Nickel, Eisen, Kupfer, Aluminium), die mit einer mindestens im Betriebszustand flüssigen Salzschmelze zur lonenleitung getränkt ist, und einen metallischen Stromkollektor zur elektrischen Kontaktierung der Kathode. The above-mentioned electrochemical cells contain an anode consisting of at least one metal in the charged state and a cathode, usually in a porous form, made of transition metals and metal halides (e.g. sodium, nickel, iron, copper, aluminum), which is at least liquid in the operating state Molten salt is soaked for ion conduction, and a metallic current collector for making electrical contact with the cathode.
Aus dem Stand der Technik der Akkumulatoren bzw. Sekundärbatterien ist bekannt, dass elektrochemische Zellen auf Basis von Natrium-Metallhalogenid-Chemie insbesondere für Hochleistungsbatterien in elektrischen Fahrzeugen und anspruchsvollen stationären Anwendungen eingesetzt werden, weil sie hohe spezifische Leistungs-, Energiedichten und eine hohe Zyklenlebensdauer aufweisen. Dabei handelt es sich um eine Thermalbatterie, bei der die Anode durch ein thermisch verflüssigtes Alkali-Metall (Natrium) und die Kathode durch eine flüssige Salzschmelze, die ein poröses Material aus Metallen und Metallhalogeniden (z. B. Nickelchlorid und Natriumchlorid) durchtränkt, gebildet wird und die beiden Elektroden durch einen elektrisch isolierenden Separator getrennt sind, der als fester Elektrolyt wirkt (z. B. Natrium- ß-Aluminat mit größtmöglicher ß“-Phase, das ab 270°C sehr gut Natriumionen leitet, d. h. für Natriumionen durchlässig ist). Derartige Batterien weisen keine elektrochemische Selbstentladung auf und haben einen Energiewirkungsgrad von ca. 90% und einen Coulomb- Wirkungsgrad von 100 %. From the prior art of accumulators and secondary batteries it is known that electrochemical cells based on sodium-metal halide chemistry are used in particular for high-performance batteries in electric vehicles and demanding stationary applications because they have high specific power and energy densities and a long cycle life . This is a thermal battery in which the anode is formed by a thermally liquefied alkali metal (sodium) and the cathode is formed by a liquid molten salt that impregnates a porous material made of metals and metal halides (e.g. nickel chloride and sodium chloride) and the two electrodes are separated by an electrically insulating separator that acts as a solid electrolyte (e.g. sodium ß-aluminate with the largest possible ß “phase, which conducts sodium ions very well from 270 ° C, ie is permeable to sodium ions ). Such batteries have no electrochemical self-discharge and have an energy efficiency of approx. 90% and a Coulomb efficiency of 100%.
In der US 2015/0004456 A1 ist in diesem Zusammenhang ein Stromkollektor für eine Natrium- Metallhalogenid-Zelle beschrieben, bei dem eine lamellenförmige Ausbildung des Stromkollektors ein hohes Leistungsvermögen und Kostenersparnisse der elektrochemischen Zellen ermöglichen soll. Der Stromkollektor hat mindestens eine flache langgestreckte Finne aus elektrisch leitendem Material, weist eine Biegung bezüglich seiner dominanten longitudinalen Achse auf und ist mit dem gebogenen oberen Ende an einen flachen Metallring geschweißt oder gelötet, der die Befestigung des Stromkollektors am Zellendeckel bei exakt mittiger Ausrichtung der Finne(n) in der Zellenachse gestattet. In einer bevorzugten Ausführung sind zwei komplementär geschlitzte Lamellen mit für einen Kohlenstofffilz freigehaltener Mitte gekreuzt angeordnet. Nachteilig ist jedoch zum einen in allen unterschiedlich ausgeführten Formen des Stromkollektors das Erfordernis, die Lamellen stoffschlüssig und genau ausgerichtet mit dem Metallring zu verbinden, und zum anderen, dass für die Speicherung der flüssigen Salzschmelze ein Kohlenstofffilz mit nicht unerheblichen Abmaßen zwischen die Bleche positioniert werden muss, der nur bedingt in seiner Lage fixiert ist. Da der Kohlenstofffilz selbst Raum einnimmt, wird die elektrische Speicherkapazität der Na/MC^-Zelle gemindert. Durch einen nicht exakt positionierten Kohlenstofffilz ergeben sich lokal unterschiedliche Stromdichten, bedingt durch unterschiedlich dicke Kathodenbereiche, und somit können die Zelleneigenschaften von Zelle zu Zelle abweichen. In this context, US 2015/0004456 A1 describes a current collector for a sodium metal halide cell in which a lamellar design of the current collector results in high performance and cost savings in the electrochemical Cells should enable. The current collector has at least one flat elongated fin made of electrically conductive material, has a bend with respect to its dominant longitudinal axis and is welded or soldered with the bent upper end to a flat metal ring, which fixes the current collector to the cell cover with exactly centered alignment of the fin (n) allowed in the cell axis. In a preferred embodiment, two complementarily slotted lamellae with a center kept free for a carbon felt are arranged in a crossed manner. A disadvantage, however, is on the one hand, in all differently designed forms of the current collector, the requirement to connect the lamellae with the metal ring in a materially and precisely aligned manner and, on the other hand, that a carbon felt with not inconsiderable dimensions must be positioned between the metal sheets to store the liquid molten salt that is only partially fixed in its position. Since the carbon felt itself takes up space, the electrical storage capacity of the Na / MC ^ cell is reduced. If the carbon felt is not positioned exactly, locally different current densities result, due to cathode areas of different thicknesses, and thus the cell properties can differ from cell to cell.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Realisierung einer elektrochemischen Natrium-Metallhalogenid-Zelle zu finden, die die Gestaltung des Stromabnehmers mit maximalem Oberflächen-Querschnitt-Verhältnis ermöglicht und dabei dessen Ausrichtung entlang der Symmetrieachse der elektrochemischen Zelle zur Erreichung einer gleichmäßigen Stromdichteverteilung in der Elektrode um den Stromabnehmer und eine fertigungstechnisch einfache Fierstellung desselben sowie eine vereinfachte Montage der elektrochemischen Natrium-Metallhalogenid-Zelle im Hinblick auf die Befüllung mit den Elektrodenbestandteilen gestattet. Eine erweiterte Aufgabe der Erfindung ist es, die Funktion der räumlichen Zwischenspeicherung der Salzschmelze in den Stromabnehmer zu integrieren. The invention is based on the object of finding a new way of realizing an electrochemical sodium metal halide cell, which enables the current collector to be designed with a maximum surface-to-cross-section ratio, while aligning it along the axis of symmetry of the electrochemical cell to achieve a uniform current density distribution in the electrode around the current collector and a simple manufacturing position of the same as well as a simplified assembly of the electrochemical sodium metal halide cell with regard to the filling with the electrode components are permitted. An expanded object of the invention is to integrate the function of the spatial intermediate storage of the molten salt in the current collector.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer elektrochemischen Natrium-Metallhalogenid-Zelle, enthaltend ein Gehäuse mit einer zentralen Achse, einen um die zentrale Achse des Gehäuses äquidistant zum Gehäuse ausgedehnten Separator, der als fester Primärelektrolyt einen Anoden raum von einem Kathodenraum elektrisch isolierend und hermetisch abtrennt, aber durchlässig ist für Natriumionen, eine den Kathodenraum füllende Kathode aus einem porösen Gemisch von Metallpulver- und Metallhalogenidpulver-Granulaten sowie einen den Kathodenraum und das porö se Gemisch der Kathode durchtränkenden Sekundärelektrolyt aus einer Natrium-Metallhalogenid- Salzschmelze und einen im Kathodenraum um die zentrale Achse langgestreckt ausgebildeten metallischen kathodenseitigen Stromabnehmer, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromabneh mer ein Metallrohr mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit von s > 106 S/m ist, das in dem im Separator befindlichen porösen Gemisch von Granulaten der Kathode und im Sekundärelektrolyt eingetaucht und als ein gepresster Rohrabschnitt innen so verengt ausgebildet ist, dass kein Granulat der Kathode, sondern lediglich Sekundärelektrolyt eindringen kann, und nach außen mit Elementen zur Oberflächenvergrößerung des Stromabnehmers versehen ist, und dass der Strom abnehmer oberhalb des eingetauchten, gepressten Rohrabschnitts einen ungepressten Rohr abschnitt als Einfüllrohr zum Befüllen des Kathodenraumes aufweist, wobei an einem Übergang vom gepressten Rohrabschnitt zum ungepressten Rohrabschnitt des Einfüllrohres mindestens ein das Einfüllrohr nach außen öffnendes Durchgangsloch vorhanden ist, sodass das Einfüllrohr zum Einfüllen für das poröse Gemisch von Granulaten der Kathode in den Kathodenraum nur außerhalb des gepressten Rohrabschnitts und zum Befüllen des gesamten Kathodenraumes mit Sekundärelektrolyt verwendbar ist. According to the invention, the object is in an electrochemical sodium metal halide cell, comprising a housing with a central axis, a separator which is equidistant from the housing and which is extended around the central axis of the housing and which, as a solid primary electrolyte, separates an anode chamber from a cathode chamber in an electrically insulating and hermetic manner But sodium ions are permeable to sodium ions, a cathode that fills the cathode compartment made of a porous mixture of metal powder and metal halide powder granules, as well as a secondary electrolyte from a sodium-metal halide salt melt that impregnates the cathode compartment and the porous mixture of the cathode and one in the cathode compartment around the central axis elongated metallic cathode-side current collector, characterized in that the current collector is a metal tube with a high electrical conductivity of s> 106 S / m, which is in the porous mixture of granules of the cathode and in the secondary in the separator electrolyte immersed and designed as a pressed pipe section on the inside so narrowed that no granulate of the cathode, but only secondary electrolyte can penetrate, and is provided on the outside with elements to increase the surface area of the current collector, and that the current collector is an unpressed pipe above the immersed, pressed pipe section section as a filler pipe for filling the cathode space, at a transition from the pressed pipe section to the unpressed pipe section of the filler pipe at least one through hole opening the filler pipe to the outside, so that the filler pipe for filling the porous mixture of granules of the cathode into the cathode compartment is only outside of the pressed pipe section and for filling the entire cathode space with secondary electrolyte.
Vorteilhaft weist der Stromabnehmer in dem gepressten Rohrabschnitt einen Kohlenstofffilz auf, der in den gepressten Rohrabschnitt vor dem Pressen eingelegt war. The current collector in the pressed pipe section advantageously has a carbon felt which was inserted into the pressed pipe section before pressing.
Zweckmäßig weist der Stromabnehmer in dem gepressten Rohrabschnitt einen Kohlenstofffilz auf, der nach dem Pressen und dem Abtragen einer Quetschkante des gepressten Rohr abschnitts in den gepressten Rohrabschnitt lateral einschiebbar ist. The current collector expediently has a carbon felt in the pressed pipe section, which after pressing and removal of a pinch edge of the pressed pipe section can be pushed laterally into the pressed pipe section.
Bevorzugt weist der Stromabnehmer in dem gepressten Rohrabschnitt als Elemente zur Ober flächenvergrößerung Stanzungen, vorzugsweise in Form von Durchgangslöchern, auf. Dabei weist der Stromabnehmer in dem gepressten Rohrabschnitt in den Durchgangslöchern zweck mäßig befestigte Metallbüschel von Metallstreifen oder -drähten aus einem nicht durch die elektrochemischen Prozesse der Zelle angegriffenen Metall mit vergleichbar hoher Leitfähigkeit wie das Metallrohr des Stromabnehmers auf. The current collector preferably has punchings, preferably in the form of through holes, in the pressed pipe section as elements for increasing the surface area. The current collector has metal tufts of metal strips or wires made of a metal that has not been attacked by the electrochemical processes of the cell and has a conductivity comparable to that of the metal pipe of the current collector, in the pressed pipe section in the through holes.
Zweckmäßig wird als Stromabnehmer ein kommerziell verfügbares Nickel-, Aluminium- oder Kupferrohr verwendet. A commercially available nickel, aluminum or copper pipe is expediently used as the current collector.
Beim Stromabnehmer sind die Elemente zur Oberflächenvergrößerung ausgebildet mit wenig stens einem Element aus der Gruppe von gestanzten Durchgangslöchern oder anderen reliefbildenden Strukturen mit Quetschkanten, Metallbüscheln, Finnen oder gefalteten Blechen. Dabei sind die Metallbüschel vorzugsweise aus Metallstreifen oder -drähten aus Nickel oder Molybdän gefertigt. In the current collector, the elements for increasing the surface area are designed with at least one element from the group of punched through holes or other relief-forming structures with pinch edges, tufts of metal, fins or folded sheets. The metal tufts are preferably made from metal strips or wires made of nickel or molybdenum.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Metallbüschel von Metallstreifen oder -drähten so ausgerichtet sind, dass lokale Widerstandsgradienten im Kathodenraum minimiert oder gleichmäßig über den Querschnitt des Kathodenraums verteilt sind. It proves to be particularly advantageous if the metal tufts of metal strips or wires are aligned in such a way that local resistance gradients in the cathode space are minimized or evenly distributed over the cross section of the cathode space.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weisen die in den Metallbüscheln verwendeten Metallstreifen oder -drähte eine Länge auf, die umso kleiner gewählt ist, je höhere Kapazitäten der Zelle erreicht werden sollen, und umso größer, bis maximal an den Separator heran, gewählt ist, je höhere Leistungen der Zelle entnommen werden sollen. Vorzugsweise ist der ungepresste Rohrabschnitt des Einfüllrohres des Stromabnehmers nach dem Einfüllen des porösen Gemisches der Kathode und des Sekundärelektrolyten mit einer stoffschlüssig befestigten Blechronde oder einem Tiefziehteil verschlossen. Alternativ ist es zweckmäßig, dass der ungepresste Rohrabschnitt des Einfüllrohres des Stromabnehmers nach dem Einfüllen des porösen Gemisches der Kathode und des Sekundärelektrolyten am oberen Rohrende des Einfüllrohres gequetscht oder mit einer Löt- oder Schweißnaht hermetisch ver schlossen ist. In a further advantageous embodiment, the metal strips or wires used in the metal tufts have a length that is selected to be smaller, the higher the cell capacities are to be achieved, and the greater the length, up to the maximum of the separator, the higher it is Services are to be taken from the cell. The unpressed pipe section of the filler pipe of the current collector is preferably closed with a cohesively fastened sheet metal blank or a deep-drawn part after the porous mixture of the cathode and the secondary electrolyte has been filled. Alternatively, it is useful that the unpressed pipe section of the filler tube of the current collector is squeezed or hermetically sealed with a solder or weld seam after the porous mixture of the cathode and the secondary electrolyte has been filled in at the upper end of the filler tube.
Bevorzugt kann der gepresste Rohrabschnitt des Stromabnehmers durch Krafteinwirkung von zwei kollinearen Richtungen aus flach gepresst sein. The pressed pipe section of the current collector can preferably be pressed flat by the action of force from two collinear directions.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der gepresste Rohrabschnitt des Stromabnehmers aus mindestens drei gleichverteilt um die zentrale Achse versetzten Richtungen zu einem stern förmigen Querschnitt gepresst. In a further advantageous embodiment, the pressed pipe section of the current collector is pressed into a star-shaped cross section from at least three evenly distributed directions offset around the central axis.
Der gepresste Rohrabschnitt des Stromabnehmers ist vorzugsweise durch die vorstehend genannten Krafteinwirkungen so gepresst, dass ein sich bildender Innenraum als Sekundär elektrolyt-Reservoir gerade so groß ausfällt, wie ein Volumen des Sekundärelektrolyts, das im vollgeladenen Zustand der Zelle für die vollständige Benetzung des Stromabnehmers notwendig ist, vorgehalten wird. The pressed pipe section of the current collector is preferably pressed by the above-mentioned forces in such a way that an interior space that forms as a secondary electrolyte reservoir is just as large as a volume of the secondary electrolyte that is necessary for the complete wetting of the current collector when the cell is fully charged , is held up.
Es erweist sich ferner als zweckmäßig, wenn unterhalb des gepressten Rohrabschnitts des Stromabnehmers ein Metallrohr angefügt ist, das mit radialen Finnen besetzt ist, die in tangential äquidistante Schlitze des Metallrohres eingefügt sind. It also proves to be expedient if a metal pipe is attached below the pressed pipe section of the current collector, which is fitted with radial fins which are inserted into tangentially equidistant slots in the metal pipe.
In einer anderen vorteilhaften Ausführung ist unterhalb des gepressten Rohrabschnitts des Stromabnehmers ein Metallrohr mit radialen Finnen angefügt, das aus einem äquidistant gefalteten Blech und dessen axialsymmetrischer Biegung erzeugt ist. In another advantageous embodiment, a metal tube with radial fins is attached below the pressed tube section of the current collector, which is produced from an equidistantly folded sheet metal and its axially symmetrical bend.
Des Weiteren wird die Aufgabe in einem Verfahren zur Fierstellung einer elektrochemischen Natrium-Metallhalogenid-Zelle gelöst mit den Schritten: Furthermore, the object is achieved in a method for setting up an electrochemical sodium metal halide cell with the following steps:
- Bereitstellen eines Gehäuses zur Bildung eines Anodenraumes, eines äquidistant zum Gehäu se einsetzbaren Separators als elektrisch isolierender, nur für Natriumionen durchlässiger, fester Primärelektrolyt zur Trennung des Anodenraumes von einem Kathodenraum, einer Kathode aus einem porösen Gemisch von Metallpulver- und Metallhalogenid-Granulaten und eines Sekundärelektrolyts zum Durchtränken des porösen Gemisches der Kathode, - Provision of a housing for the formation of an anode compartment, a separator that can be used equidistantly to the housin se as an electrically insulating, solid primary electrolyte only permeable to sodium ions for separating the anode compartment from a cathode compartment, a cathode made of a porous mixture of metal powder and metal halide granules and one Secondary electrolyte for soaking the porous mixture of the cathode,
- Fierstellen eines kathodenseitigen Stromabnehmers aus einem Metallrohr, das durch radial auf eine zentrale Achse wirkende Kräfte zu einem zusammengepressten Rohrabschnitt Strom abnehmers geformt wird und bei dem am oberen Ende ein ungepresster Rohrabschnitt als Einfüllrohr verbleibt, wobei mindestens an einem Übergang vom gepressten Rohrabschnitt zum Einfüllrohr ein Durchgangsloch eingebracht wird, das als Austrittsöffnung des Einfüllrohres zum Befüllen des Kathodenraum vorgesehen ist, - Herstellen eines Zellenverschlusses aus einem Kathodenverschlussteil mit einer zentralen Öff nung zur Durchführung des Einfüllrohres des Stromabnehmers in der zentralen Öffnung des Kathodenverschlussteils und stoffschlüssiges Verbinden des Kathodenverschlussteils mit einem Isolatorfügering und stoffschlüssiges Anfügen eines Anodenverschlussteils an den Isolator- fügering, - Fierstellen a cathode-side current collector made of a metal tube, which is formed into a compressed pipe section current collector by forces acting radially on a central axis and in which an unpressed pipe section remains as a filler pipe at the upper end, with at least one transition from the pressed pipe section to the filler pipe Through-hole is introduced, which is provided as an outlet opening of the filler pipe for filling the cathode compartment, - Production of a cell closure from a cathode closure part with a central opening for the implementation of the filler pipe of the current collector in the central opening of the cathode closure part and material connection of the cathode closure part with an insulator joining ring and material connection of an anode closure part to the insulator joining ring,
- Positionieren des Stromabnehmers kollinear mit der zentralen Achse in dem Separator sowie dem äquidistant um den Separator angeordneten Gehäuse mittels des Zellenverschlusses aus Isolatorfügering und Anodenverschlussteil durch einen Ein-Schritt-Fügeprozess sowie stoff schlüssiges Verbinden der Fügestellen, - Positioning of the current collector collinear with the central axis in the separator as well as the equidistantly arranged housing around the separator by means of the cell closure made of insulator joining ring and anode closure part through a one-step joining process as well as cohesive connection of the joining points,
- Einfüllen des porösen Gemisches von Metallpulver- und Metallhalogenidpulver-Granulaten der Kathode durch das Einfüllrohr des Stromabnehmers und das mindestens eine Durchgangsloch des Einfüllrohres in den Kathodenraum im Separator nur außerhalb des Stromabnehmers und anschließendes Eingießen des Sekundärelektrolyts in flüssiger Form unter Sauerstoffausschluss und - Filling the porous mixture of metal powder and metal halide powder granules of the cathode through the filler tube of the current collector and the at least one through hole of the filler tube into the cathode space in the separator only outside the current collector and then pouring the secondary electrolyte in liquid form with the exclusion of oxygen and
- endgültiges hermetisches Abdichten der elektrochemischen Zelle durch stoffschlüssiges Ver schließen des Einfüllrohres. - Final hermetic sealing of the electrochemical cell by cohesive Ver close the filler pipe.
Zweckmäßig werden Elemente zur Oberflächenvergrößerung des Stromabnehmers in den gepressten Rohrabschnitt in Form von Durchgangslöchern äquidistant eingebracht. Sie können aber auch in einen ungepressten Rohrabschnitt eingebracht und/oder als Elemente aus der Gruppe von anderen reliefbildenden Strukturen mit Quetschkanten, Metallbüscheln, Finnen oder gefalteten Blechen im gepressten oder ungepressten Rohrabschnitt ausgebildet werden. Expediently, elements for increasing the surface area of the current collector are introduced equidistantly into the pressed pipe section in the form of through holes. However, they can also be introduced into an unpressed pipe section and / or formed as elements from the group of other relief-forming structures with pinch edges, metal tufts, fins or folded sheets in the pressed or unpressed pipe section.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, in die Durchgangslöcher Metallbüschel aus Metallstreifen oder -draht einzufügen. It has proven to be particularly advantageous to insert metal tufts made of metal strips or wire into the through holes.
Der gepresste Rohrabschnitt des Stromabnehmers wird bevorzugt durch kollineare radiale Krafteinwirkung flach ausgeformt. The pressed pipe section of the current collector is preferably formed flat by collinear radial force.
In einer alternativen Variante wird der gepresste Rohrabschnitt des Stromabnehmers durch mehrere um die zentrale Achse gleichverteilte radiale Krafteinwirkungen vorteilhaft sternförmig ausgeformt. In an alternative variant, the pressed pipe section of the current collector is advantageously formed in a star shape by a plurality of radial force effects evenly distributed around the central axis.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Stromabnehmers werden zur Ober flächenvergrößerung des Stromabnehmers unterhalb des gepressten Rohrabschnitts an das Metallrohr radiale Finnen angebracht, die in tangential äquidistante Schlitze eingeschoben werden. In a further preferred embodiment of the current collector, radial fins are attached to the metal pipe below the pressed pipe section to increase the surface area of the current collector and are inserted into tangentially equidistant slots.
Des Weiteren können zur Oberflächenvergrößerung des Stromabnehmers unterhalb des gepressten Rohrabschnitts an das Metallrohr radiale Finnen durch ein gefaltetes Blech erzeugt werden, das entweder um das Metallrohr gewunden oder selbst zu einem Körper mit einem rohrförmigen Innenraum gebogen wird. Das Verschließen des Einfüllrohres erfolgt zweckmäßig durch Verschweißen oder Verlöten des oberen Rohrendes mit einer Blechronde. Alternativ kann das Verschließen des Einfüllrohres aber auch durch Quetschen des oberen Rohrendes und abschließendes Verschweißen oder Verlöten des gequetschten oberen Rohrendes erfolgen. Furthermore, to increase the surface area of the current collector below the pressed pipe section on the metal pipe, radial fins can be produced by a folded sheet metal that is either wound around the metal pipe or is itself bent to form a body with a tubular interior. The filling pipe is expediently closed by welding or soldering the upper end of the pipe to a sheet metal blank. Alternatively, the filling pipe can also be closed by squeezing the top end of the tube and then welding or soldering the squeezed top end of the tube.
Durch die Erfindung wird eine Möglichkeit aufgezeigt, wie für eine elektrochemische Natrium- Metallhalogenid-Zelle ein Stromabnehmer zu gestalten ist, um eine axialsymmetrische Stromverteilung innerhalb des Elektrolytmaterials und eine unkomplizierte Einfüllung der Kathodenbestandteile und eine technologisch einfache und kostengünstige Fertigung des Stromabnehmers sowie dessen Montage in der elektrochemischen Zelle zu erreichen. Durch eine vergrößerte Oberfläche des Stromabnehmers wird der Übergangswiderstand zu metallischen Komponenten der Kathode verringert, wodurch der Innenwiderstand bzw. die Verlustleistung der Zelle gemindert und die Leistungsfähigkeit erhöht wird. The invention shows a possibility of how a current collector is to be designed for an electrochemical sodium metal halide cell in order to achieve an axially symmetrical current distribution within the electrolyte material and an uncomplicated filling of the cathode components and a technologically simple and inexpensive production of the current collector and its assembly in the to achieve electrochemical cell. By increasing the surface of the current collector, the contact resistance to metallic components of the cathode is reduced, as a result of which the internal resistance or the power loss of the cell is reduced and the efficiency is increased.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Dabei zeigen: The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and illustrations. Show:
Fig. 1 : eine schematische Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen kathodenseitigen Stromabnehmers, hergestellt aus einem abschnittsweise gepressten Metallrohr mit Stanzungen; 1: a schematic representation of the principle of a cathode-side current collector according to the invention, produced from a metal tube with stampings which is pressed in sections;
Fig. 2: eine weitere Ausführungsform des kathodenseitigen Stromabnehmers gemäß Fig. 1 mit runden Stanzungen ausgeführt, die mit Metalldrahtbüscheln durchzogen sind; FIG. 2 shows a further embodiment of the current collector on the cathode side according to FIG. 1 with round punchings through which tufts of metal wire are traversed; FIG.
Fig. 3: eine schematische Schnittdarstellung des Ausschnitts A aus Fig. 1 mit einer durchgehenden Stanzung am Übergangsbereich vom Einfüllrohr zum gepressten Rohrabschnitt des Stromabnehmers; FIG. 3: a schematic sectional illustration of the detail A from FIG. 1 with a continuous punching in the transition area from the filler pipe to the pressed pipe section of the current collector; FIG.
Fig. 4: eine schematische Darstellung der Stromverteilung im Kathodenraum innerhalb der in Fig. 2 markierten Radialebene B, die im gepressten Rohrabschnitt des Stromabnehmers eine Bohrung mit eingelegtem Metalldrahtbüschel schneidet; FIG. 4: a schematic representation of the current distribution in the cathode space within the radial plane B marked in FIG. 2, which intersects a bore with an inserted metal wire tuft in the pressed tube section of the current collector; FIG.
Fig. 5: ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der elektrochemischen Natrium-Metallhalogenid- Zelle mit einem Separator aus Natrium-ß-Aluminat und einem kathodenseitigen Stromabnehmer aus vernickeltem Kupferrohr; 5: a preferred embodiment of the electrochemical sodium metal halide cell with a separator made of sodium β-aluminate and a cathode-side current collector made of nickel-plated copper tube;
Fig. 6: eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Stromabnehmers nach dem Pressen des Metallrohres mit einseitig entfernter Quetschkante, vorzugsweise zum Einschieben eines Kohlenstofffilzes; 6 shows a further embodiment of the current collector according to the invention after the metal pipe has been pressed with the pinch edge removed on one side, preferably for inserting a carbon felt;
Fig. 7: die Ausführung des Stromabnehmers von Fig. 6 nach dem Einfüllen der Kathodenmaterialien mit abschließend gequetschtem und verschmolzenem oberen Ende des Einfüllrohres; Fig. 8: eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Stromabnehmers mit abschließend gequetschtem und verschmolzenem oberen Rohrende des Einfüllrohres, wobei der untere gepresste Rohrabschnitt des Metallrohres aus mehreren nicht parallelen radialen Richtungen zentrisch zusammengepresst ist; FIG. 7: the design of the current collector from FIG. 6 after the cathode materials have been filled in, with the upper end of the filler tube finally squeezed and fused; FIG. 8: a further embodiment of the current collector according to the invention with finally squeezed and fused upper pipe end of the filler pipe, the lower pressed pipe section of the metal pipe being pressed together centrally from several non-parallel radial directions;
Fig. 9: einen Querschnitt der Ausführung des Stromabnehmers nach Fig. 8, bei dem der untere gepresste Rohrabschnitt aus vier orthogonalen radialen Richtungen gepresst ist, von denen jeweils zwei kollinear entgegengesetzt zur Rohrachse gerichtet sind. FIG. 9: a cross section of the embodiment of the current collector according to FIG. 8, in which the lower pressed pipe section is pressed from four orthogonal radial directions, two of which are directed collinearly opposite to the pipe axis.
Fig. 10: eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Stromabnehmers nach Fig. 8, wobei das Einfüllrohr mit abschließend gequetschtem oberem Rohrende auf ein separat aus vier orthogonalen radialen Richtungen gepresstes Metallrohr als unterer Rohrabschnitt angefügt ist, wobei Querschnittsunterschiede zwischen Einfüllrohr und radial gepresstem Metallrohr die Stanzungen für die Befüllöffnungen ersetzen; Fig. 10: Another embodiment of the current collector according to the invention according to Fig. 8, wherein the filler pipe with finally squeezed upper pipe end is attached to a metal pipe pressed separately from four orthogonal radial directions as a lower pipe section, with cross-sectional differences between the filler pipe and the radially pressed metal pipe the punchings for replace the filler openings;
Fig. 11 : die weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Stromabnehmers mit Einfüllrohr, gepresstem Rohrabschnitt und mit radialen Finnen besetztem Metallrohr, das im Innern ein Reservoir für den Sekundärelektrolyt aufweist; 11: the further embodiment of the current collector according to the invention with a filler pipe, a pressed pipe section and a metal pipe fitted with radial fins, which has a reservoir for the secondary electrolyte inside;
Fig. 12: eine weitere Ausführung des Stromabnehmers nach Fig. 11 , bei der die Finnen durch ein äquidistant gefaltetes Blech und das Metallrohr durch das axialsymmetrisch gebogene Blech nachgebildet ist; 12: a further embodiment of the current collector according to FIG. 11, in which the fins are simulated by an equidistantly folded sheet metal and the metal tube is simulated by the axially symmetrically bent sheet metal;
Fig. 13: einen Ausschnitt einer gegenüber Fig. 5 erweiterten Doppelzellenanordnung der elektrochemischen Zelle mit doppelwandigem Separator, der den Anodenraum beinhaltet, sowie innerem und äußerem Kathodenraum mit jeweiligen Stromabnehmern.FIG. 13 shows a section of a double cell arrangement of the electrochemical cell, expanded compared to FIG. 5, with a double-walled separator, which contains the anode compartment, and inner and outer cathode compartment with respective current collectors.
Eine erfindungsgemäße elektrochemische Natrium-Metallhalogenid-Zelle umfasst in einem beispielhaften Grundaufbau einen kathodenseitigen Stromabnehmer 1 , eine Kathode 2 aus Natriumsalz und einem weiteren Metallhalogenid, einen Separator 3, der als fester Primär elektrolyt einen Kathodenraum 21 von einem Anodenraum 41 trennt, einen Sekundärelektrolyt 22, der den Kathodenraum 21 mit dem Stromabnehmer 1 durchsetzt, eine Anode 4 und ein Gehäuse 5, das den anodenseitigen Stromabnehmer darstellt. An electrochemical sodium metal halide cell according to the invention comprises, in an exemplary basic structure, a cathode-side current collector 1, a cathode 2 made of sodium salt and a further metal halide, a separator 3 which, as a solid primary electrolyte, separates a cathode compartment 21 from an anode compartment 41, a secondary electrolyte 22, which passes through the cathode compartment 21 with the current collector 1, an anode 4 and a housing 5 which represents the anode-side current collector.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung des kathodenseitigen Stromabnehmers 1 , der aus gehend von einem rohrförmigen Grundkörper (Metallrohr 11) aus einem elektrisch gut leitenden Metall (s > 106 S/m) in einen unteren gepressten Rohrabschnitt 12, der sich im Kathodenraum 21 entlang der zentralen Achse 51 des Separators 3 erstreckt, und einen oberen ungepressten Rohrabschnitt, der oberhalb des Kathodenraumes 21 ein Einfüllrohr 13 für das Kathodenmaterial bildet, unterteilt ist. Das anfänglich ungepresste Metallrohr 11 und das verbleibende Einfüllrohr 13 können in ihren Querschnitten auch viereckig, vieleckig, gewellt oder anderweitig von einer Kreisgeometrie abweichend gefertigt sein. In dem gepressten Rohrabschnitt 12 wird so viel Sekundärelektrolyt 22 zwischengespeichert, wie im vollgeladenen Zustand für die vollständige Benetzung der porösen Kathode 2 benötigt wird. Die Kathode 2 kann während des Ladens, bei dem das Volumen des porösen Kathodengranulats um ca. 20% gemindert wird, den flüssigen Sekundärelektrolyt 22 aus dem Inneren des Stromabnehmers 1 nachfüllen. Für eine gute Elektronenleitung und somit einen geminderten Innenwiderstand der Na/Metallhalogenid-Zelle sollte die Länge des Stromabnehmers 1 so weit wie möglich an den Boden des Separators 3 heranreichen. Seine Länge sollte deshalb deutlich größer als 70% der Länge des Separators 3 gewählt werden, wobei tubuläre Na/Metallchlorid- Zellen vorteilhaft mit Längen zwischen 50 mm und 500 mm gefertigt werden. Die elektrische Speicherkapazität wird durch den mit poröser Kathode 2 gefüllten Kathodenraum 21 zwischen der Außenkontur des Stromabnehmers 1 und der Innenwandung des Separators 3 bestimmt, womit der Durchmesser des Stromabnehmers 1 besonders vorteilhaft zwischen 4 mm und 50 mm zu wählen ist, wenn der Durchmesser des Separators 3 mit 15 mm bis 90 mm angenommen wird. Werden am Stromabnehmer 1 noch Elemente zur Oberflächenvergrößerung angebracht, wie nachfolgende noch genauer beschrieben, können bei den angenommenen Durchmessern des Separators 3 auch angepasste Durchmesser von 10 mm bis 80 mm der Außenkontur des Stromabnehmers 1 eingesetzt werden. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the cathode-side current collector 1, which starts from a tubular base body (metal tube 11) made of an electrically conductive metal (s> 10 6 S / m) in a lower pressed tube section 12, which is located in the cathode space 21 extends along the central axis 51 of the separator 3, and an upper, unpressed tube section, which forms a filler tube 13 for the cathode material above the cathode space 21, is subdivided. The initially unpressed metal pipe 11 and the remaining filler pipe 13 can also be made square, polygonal, corrugated or otherwise deviating from a circular geometry in their cross-sections. As much secondary electrolyte 22 is temporarily stored in the pressed pipe section 12 as is required in the fully charged state for the complete wetting of the porous cathode 2. The cathode 2 can refill the liquid secondary electrolyte 22 from the interior of the current collector 1 during charging, during which the volume of the porous cathode granulate is reduced by approx. 20%. For good electron conduction and thus a reduced internal resistance of the Na / metal halide cell, the length of the current collector 1 should come as close as possible to the bottom of the separator 3. Its length should therefore be chosen to be significantly greater than 70% of the length of the separator 3, with tubular Na / metal chloride cells advantageously being manufactured with lengths between 50 mm and 500 mm. The electrical storage capacity is determined by the cathode space 21 filled with porous cathode 2 between the outer contour of the current collector 1 and the inner wall of the separator 3, so that the diameter of the current collector 1 is particularly advantageously between 4 mm and 50 mm if the diameter of the separator 3 is assumed to be 15 mm to 90 mm. If elements for increasing the surface area are attached to the current collector 1, as will be described in more detail below, adapted diameters of 10 mm to 80 mm of the outer contour of the current collector 1 can also be used for the assumed diameters of the separator 3.
Als Materialien für den Stromabnehmer 1 können Nickel oder Nickellegierungen oder auch Molybdän zum Einsatz kommen. Zur kostengünstigeren Herstellung des Stromabnehmers 1 werden vorteilhaft handelsübliche Metallrohre 11 aus Massenproduktion, z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung verwendet, die sich vor allem leicht verformen (Pressen, Stanzen, Biegen) lassen, kostengünstig sind und aufgrund einer sehr hohen elektrischen Leitfähigkeit den Widerstand der elektrochemischen Zelle senken. Nickel or nickel alloys or molybdenum can be used as materials for the current collector 1. For more economical production of the current collector 1, commercially available metal pipes 11 from mass production, e.g. B. made of copper or a copper alloy, which can be easily deformed (pressing, punching, bending), are inexpensive and lower the resistance of the electrochemical cell due to a very high electrical conductivity.
Aus Gründen der Zellenchemie wird der Stromabnehmer 1 nach der Verformung des Metallrohres 11 und der Stanzung von Schlitzen oder Durchgangslöchern 14 durch eine Nickelbeschichtung vor chemischer Abtragung geschützt. Wird z. B. eine Kathode 2 mit ZnCl2 oder FeC^-Granulat verwendet, so kann der Stromabnehmer 1 durchaus aus Kupfer bestehen, wenn die Zellspannung geringer gewählt wird als die Spannung, ab der das Kupfer (ca. 2,6 V) mit dem Salz über den Sekundärelektrolyten 22 zu CuCI bzw. CuCl2 reagiert. Die Verwendung von Nickel oder Molybdän als Schutzschicht ist jedoch eine zuverlässige Möglichkeit, um den Stromabnehmer 1 vor Abtragung zu schützen, sodass sogar Aluminiumrohre zum Einsatz kommen können. Es können aber je nach Zellenchemie (z. B. CuCI, C0CI2, CrCl2 oder ZnCy auch andere Werkstoffkombinationen gewählt werden. For reasons of cell chemistry, after the deformation of the metal tube 11 and the punching of slots or through holes 14, the current collector 1 is protected from chemical erosion by a nickel coating. Is z. If, for example, a cathode 2 with ZnCl2 or FeC ^ granulate is used, then the current collector 1 can be made of copper if the cell voltage is selected to be lower than the voltage from which the copper (approx. 2.6 V) with the salt over the secondary electrolyte 22 reacts to form CuCl or CuCl2. The use of nickel or molybdenum as a protective layer is, however, a reliable option for protecting the current collector 1 from being eroded, so that even aluminum tubes can be used. However, depending on the cell chemistry (e.g. CuCI, COCI2, CrCl2 or ZnCy), other material combinations can also be selected.
Werden in die gefertigten Durchgangslöcher 14 (z. B. gestanzt vor, bei oder nach dem Pressen) des Metallrohres 11 zusätzlich Metallbüschel 15 in Form von Metallstreifen oder Metalldrähten aus z. B. Nickel oder Molybdän eingebracht, so wird die Oberfläche des Stromabnehmers 1 erheblich vergrößert und insbesondere bei einem flach gepressten Rohrabschnitt 12 an eine zylindrische Außenkontur angenähnert. Anstatt von Metalldrähten können gleichbedeutend auch Stäbe (nicht gezeichnet) Anwendung finden. Durch die Verwendung von Molybdän statt Nickel kann bei der Verwendung einer Kathode 2 aus beispielsweise FeCI2 die maximale Ladespannung höher ausfallen und durch eine noch bessere Leitfähigkeit (Mo: 18,2-106 S/m; Ni: 13,9-106 S/m) die Leistungsfähigkeit der Zelle zusätzlich gesteigert werden. Are in the manufactured through holes 14 (z. B. punched before, during or after the pressing) of the metal pipe 11 additional metal tufts 15 in the form of metal strips or metal wires made of z. B. nickel or molybdenum is introduced, the surface of the current collector 1 is significantly increased and in particular with a flat pressed pipe section 12 to a approximated cylindrical outer contour. Instead of metal wires, rods (not shown) can also be used. By using molybdenum instead of nickel, when using a cathode 2 made of FeCl 2, for example, the maximum charging voltage can be higher and the conductivity is even better (Mo: 18.2-10 6 S / m; Ni: 13.9-10 6 S / m) the performance of the cell can also be increased.
Durch eine Variation der Drahtlängen der Metallbüschel 15, deren Durchmesser, Anzahl und Ausrichtung kann eine sehr gleichmäßige Widerstandssenkung der Kathode 2 im Kathodenraum 21 hin zum Separator 3 erfolgen. By varying the wire lengths of the metal tufts 15, their diameter, number and orientation, a very uniform decrease in resistance of the cathode 2 in the cathode space 21 towards the separator 3 can take place.
Die Leistungsfähigkeit der Zelle kann maßgeblich beeinflusst werden, indem entweder die Anzahl und Größe (Drahtlängen und -durchmesser) auf ein Minimum reduziert werden und somit die Na/MCl2-Zelle auf Speicherkapazität hin optimiert wird oder viele an den Kathodenraum 21 angepasste Drähte der Metallbüschel 15 Verwendung finden, was in der Folge zu einer Reduzierung der Kapazität jedoch erhöhten Leistungen führt. Bis nahe an den Separator 3 heranreichende Metallbüschel 15 führen außerdem dazu, dass die Elektronen nicht mehr - wie nach dem Stand der Technik üblich - den Weg über die einzelnen miteinander in Kontakt stehenden Metallpartikel nehmen, sondern ein schneller Transport über die Drähte der Metallbüschel 15 als Festkörper erfolgen kann, da im geladenen Zustand die Menge an nicht chloriertem, elektrisch leitfähigem Metall gemindert ist und die Lade- bzw. Entladereaktion stets im kürzesten Abstand zum Separator 3 beginnt. The performance of the cell can be significantly influenced by either reducing the number and size (wire lengths and diameter) to a minimum and thus optimizing the Na / MCl2 cell for storage capacity or by having many wires of the metal tufts 15 adapted to the cathode compartment 21 Find use, which subsequently leads to a reduction in capacity but increased performance. Metal tufts 15 reaching up to the separator 3 also have the effect that the electrons no longer - as is customary in the prior art - take the path via the individual metal particles in contact with one another, but rather a faster transport via the wires of the metal tufts 15 than Solids can take place, since in the charged state the amount of non-chlorinated, electrically conductive metal is reduced and the charging or discharging reaction always begins at the shortest distance from the separator 3.
Als Ausführungsbeispiel wird von einem ca. 300 mm langen und 5 mm Durchmesser großen Metallrohr 11 ausgegangen, was zu einer aktiven Oberfläche (die mit einer Flöhe von 270 mm in Kontakt mit der Kathode 2 steht) von ca. 42,6 cm2 führt. Versieht man das Metallrohr 11 mit dreizehn Durchgangslöchern 14 und jedes Durchgangsloch 14 (außer dem obersten Durchgangsloch 14 am Einfüllrohr 13) mit Metallbüscheln 15 aus jeweils dreizehn 0,7 mm dicken und ca. 32 mm langen Drähten, so beträgt die Oberfläche der Metallbüschel 15 zusätzliche 110 cm2, bei 1 mm dicken Drähten sogar 160 cm2, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass die schnellen Elektronen-Einkopplungspfade (Drähte) bis an den Separator 3 heranreichen. Durch dieses Ausführungsbeispiel der Formung des Stromabnehmers 1 kann die Oberfläche des kathodenseitigen Stromabnehmers 1 um den Faktor fünf (von ca. 40 cm2 auf 200 cm2) erhöht werden. Anstelle von Metalldrähten können auch Blechstreifen in oder an dem Metallrohr 11 angebracht, gefügt oder mit ihm verpresst werden. As an exemplary embodiment, a metal tube 11 approximately 300 mm long and 5 mm in diameter is assumed, which leads to an active surface (which is in contact with the cathode 2 with a flea of 270 mm) of approximately 42.6 cm 2 . If the metal pipe 11 is provided with thirteen through holes 14 and each through hole 14 (except for the top through hole 14 on the filler pipe 13) with metal tufts 15 each made of thirteen 0.7 mm thick and approx. 32 mm long wires, the surface area of the metal tufts is 15 additional 110 cm 2 , with 1 mm thick wires even 160 cm 2 , with the additional advantage that the fast electron coupling paths (wires) reach as far as the separator 3. With this exemplary embodiment of the shaping of the current collector 1, the surface of the cathode-side current collector 1 can be increased by a factor of five (from approx. 40 cm 2 to 200 cm 2 ). Instead of metal wires, sheet metal strips can also be attached, joined or pressed with it in or on the metal tube 11.
Für eine ausreichende Stromfestigkeit ist der Materialquerschnitt des Metallrohres 11 entspre chend den Erfordernissen anzupassen. For a sufficient current resistance, the material cross-section of the metal tube 11 is to be adapted accordingly to the requirements.
Reicht ein Einpressen, Aufspreizen oder Umbiegen mit ggf. zusätzlicher Beschichtung der Drähte oder Bleche der Metallbüschel 15 mit dem gepressten Rohrabschnitt 12 nicht aus, um sie gegen ein Flerausrutschen zu fixieren bzw. den Übergangswiderstand ausreichend zu senken, so besteht die Möglichkeit, diese mit einem Schweiß- oder Lötprozess zu fixieren. Es kann auch ein Werkstoff mit einer niedrigeren Leitfähigkeit als Kupfer als Grundwerkstoff für die Drähte, Stäbe oder Bleche der Metallbüschel 15 verwendet werden, um diese dann zusammen mit dem gepressten Rohrabschnitt 12 mit einer chemisch beständigen Schutzschicht, z. B. aus Nickel, Molybdän, zu versehen, wenn die Zellenchemie und somit die Ladespannung entsprechend angepasst wird. Grundwerkstoffe aus z. B. Kupfer oder Nickel können auch mit Graphen beschichtet werden, um die Leitfähigkeit noch weiter zu erhöhen. If pressing in, spreading or bending over with, if necessary, additional coating of the wires or sheets of the metal tufts 15 with the pressed pipe section 12 is not sufficient to fix them against slipping or to sufficiently reduce the transition resistance, it is possible to use a To fix the welding or soldering process. It can also be a Material with a lower conductivity than copper can be used as the base material for the wires, rods or sheets of the metal tufts 15 in order to then cover them together with the pressed pipe section 12 with a chemically resistant protective layer, e.g. B. made of nickel, molybdenum, if the cell chemistry and thus the charging voltage is adjusted accordingly. Base materials from z. B. copper or nickel can also be coated with graphene to further increase the conductivity.
Die Maßnahme der zur Oberflächenvergrößerung genutzten Metallbüschel 15 (aus vorzugsweise Metalldrähten) im Falle eines gepressten Stromabnehmers 1 bringt noch einen weiteren wesentlichen Vorteil mit sich, der darin besteht, dass sich die Stromverteilung in einem vorzugsweise verwendeten zylindrischen Separator 3 homogener ausbildet, weil aus der flachen Form des gepressten Rohrabschnitts 12 resultierende Unterschiede der radialen Widerstands gradienten minimiert bzw. gleichmäßiger um die zentrale Achse 51 verteilt sind. Eine so homogenisierte Stromverteilung des erfindungsgemäßen Stromabnehmers 1 innerhalb eines zylindrischen Separators 3 ist in Fig. 4 qualitativ dargestellt. Ein ähnliches Verhalten der Stromverteilung wird mit einer sternförmigen Pressung des Metallrohres 11 für den Stromabnehmer 1 gemäß der Darstellung von Fig. 9 erreicht. Ferner kann die Pressform des Metallrohres 11 auch der Kontur des Separators 3 angeglichen werden. The measure of the metal tufts 15 (preferably made of metal wires) used to increase the surface area in the case of a pressed current collector 1 brings with it a further significant advantage, which is that the current distribution in a preferably used cylindrical separator 3 is more homogeneous because from the flat Differences in the radial resistance gradients resulting from the shape of the pressed pipe section 12 are minimized or more evenly distributed around the central axis 51. Such a homogenized current distribution of the current collector 1 according to the invention within a cylindrical separator 3 is shown qualitatively in FIG. A similar behavior of the current distribution is achieved with a star-shaped pressing of the metal tube 11 for the current collector 1 as shown in FIG. 9. Furthermore, the press shape of the metal pipe 11 can also be matched to the contour of the separator 3.
Die gleichmäßigste Stromdichteverteilung innerhalb des Kathodenraumes 21 , die in einem rotationssymmetrischen Separator 3 erzeugbar ist, wird durch einen ebenfalls runden und mittig im Kathodenraum 21 angeordneten Stromabnehmer 1 in Form eines ungepressten Metallrohres 11 gewährleistet. Dieses Metallrohr 11 kann dann lediglich in einem oberen, nur wenige Millimeter langen gepressten Rohrabschnitt 12 gepresst sein, sodass der als Einfüllrohr 13 bezeichnete Bereich für die Befüllung des Kathodenraums 21 und gleichzeitig das Innenvolumen des Stromabnehmers 1 als ein Reservoir 24 für den Sekundärelektrolyt 22 unterhalb des gepressten Rohrabschnitts 12 frei bleibt. Der Stromabnehmer 1 in Rohrform kann dann im untersten Endbereich entweder soweit zugepresst werden, dass lediglich die Salzschmelze des Sekundär elektrolyten 22 in das Sekundärelektrolyt-Reservoir 24 eindringen kann, oder das Metallrohr 11 wird wenige Zentimeter oberhalb des untersten Endbereichs so leicht gepresst, dass ein Kohlenstofffilz 23 bis zu diesem Anschlag eingeschoben werden kann und das Eindringen von z. B. als Granulat eingefüllter Kathode 2 unterbindet. The most uniform current density distribution within the cathode space 21, which can be generated in a rotationally symmetrical separator 3, is ensured by a current collector 1 in the form of an unpressed metal tube 11, which is likewise round and arranged in the center of the cathode space 21. This metal tube 11 can then only be pressed in an upper, only a few millimeters long, pressed tube section 12, so that the area designated as the filler tube 13 for filling the cathode space 21 and at the same time the internal volume of the current collector 1 as a reservoir 24 for the secondary electrolyte 22 below the pressed pipe section 12 remains free. The tubular current collector 1 can then either be pressed in at the lowest end area so that only the molten salt of the secondary electrolyte 22 can penetrate into the secondary electrolyte reservoir 24, or the metal tube 11 is pressed a few centimeters above the lowest end area so lightly that a carbon felt 23 can be inserted up to this stop and the penetration of z. B. as a granulate filled cathode 2 prevents.
In einer weiteren Ausführung wird der Kohlenstofffilz 23 bis zum wenige Millimeter langen gepressten Rohrabschnitt 12 im Bereich A innerhalb des Stromabnehmers 1 positioniert, sodass der Kohlenstofffilz 23 aus dem Metallrohr 11 herausragt oder mit ihm abschließt. Das Metallrohr 11 muss keine in sich geschlossene Kontur aufweisen, sondern muss lediglich gewährleisten, dass das Reservoir 24 mit dem Sekundärelektrolyt 22 infiltriert wird und kein Granulat der Kathode 2 eindringen kann. Somit sind auch Schlitze längs oder quer zur Mittenachse des Metallrohres 11 zulässig, nicht jedoch im Einfüllrohr 13 im Bereich des Kathodenverschlussteils 61 bis außerhalb der Zelle (wegen der erforderlichen Zelldichtigkeit). In a further embodiment, the carbon felt 23 is positioned up to a few millimeters long, pressed tube section 12 in area A within the current collector 1, so that the carbon felt 23 protrudes from the metal tube 11 or is flush with it. The metal tube 11 does not have to have a closed contour, but only has to ensure that the reservoir 24 is infiltrated with the secondary electrolyte 22 and that no granules of the cathode 2 can penetrate. Thus, there are also slots along or across the center axis of the Metal pipe 11 is permitted, but not in the filling pipe 13 in the region of the cathode closure part 61 to outside the cell (because of the required cell tightness).
Das Metallrohr 11 kann in einer weiteren Ausführung vor dem Pressen mit einem zusammengerollten Kohlenstofffilz 23 soweit gefüllt werden, dass nur im oberen Rohrabschnitt, dem Einfüllrohr 13, ein Hohlraum verbleibt. Anschließend wird der mit einem Kohlenstofffilz 23 versehene Stromabnehmer 1 in dem später mit der Kathode 2 in Kontakt stehenden Metallrohr 11 gepresst und gelocht und vorzugsweise - gemäß der Ausführung von Fig. 2 - mit Metallbüscheln 15 von Metalldrähten versehen, wobei das oberste Durchgangsloch 14 im Übergangsbereich zwischen gepresstem Rohrabschnitt 12 und Einfüllrohr 13 frei verbleibt, d. h. dass kein Metallbüschel 15 eingeschoben wird, weil dieses Durchgangsloch 14 - wie in Fig. 3 aus dem vergrößerten Detailausschnitt A von Fig. 1 ersichtlich - für die Befüllung mit dem Granulat der Kathode 2 und anschließend für die flüssige Infiltration des Sekundärelektrolyten 22 vorgesehen ist. In a further embodiment, the metal pipe 11 can be filled with a rolled up carbon felt 23 before pressing to such an extent that a cavity remains only in the upper pipe section, the filler pipe 13. Subsequently, the current collector 1 provided with a carbon felt 23 is pressed and perforated in the metal tube 11, which will later be in contact with the cathode 2, and preferably - according to the embodiment of FIG. 2 - provided with metal tufts 15 of metal wires, the uppermost through hole 14 in the transition area remains free between the pressed pipe section 12 and filler pipe 13, d. H. that no metal tuft 15 is inserted because this through hole 14 - as can be seen in FIG. 3 from the enlarged detail A of FIG. 1 - is intended for filling with the granulate of the cathode 2 and then for the liquid infiltration of the secondary electrolyte 22.
Es besteht die Möglichkeit, dass der gepresste Rohrabschnitt 12 oder ein ungepresstes Metallrohr 11 unterhalb des für die Kathodenbefüllung vorgesehenen obersten Durchgangslochs 14 wenigstens ein weiteres Durchgangsloch 14 aufweist, das keine Metallbüschel 15 beinhaltet, sodass der Sekundärelektrolyt 22 aus dem Kohlenstofffilz 23 oder aus dem Reservoir 24 im ungepressten Metallrohr 11 aus dem Inneren des Stromabnehmers 1 zusätzlich austreten kann und die Granulate der Kathode 2 gleichmäßig benetzt. There is the possibility that the pressed tube section 12 or an unpressed metal tube 11 has at least one further through hole 14 below the uppermost through hole 14 provided for cathode filling, which does not contain any metal tufts 15, so that the secondary electrolyte 22 consists of the carbon felt 23 or from the reservoir 24 can also emerge in the unpressed metal tube 11 from the interior of the current collector 1 and uniformly wet the granules of the cathode 2.
Anstatt das Metallrohr 11 des Stromabnehmers 1 ebenflächig zu pressen, können zur Oberflächenvergrößerung auch zusätzlich Strukturen in das Metall geprägt werden (Wellen, Nuten, Rillen, Schlitze, etc.). Instead of pressing the metal tube 11 of the current collector 1 flat, structures can also be embossed into the metal to increase the surface area (waves, grooves, grooves, slots, etc.).
Der Einfüllvorgang der Kathode 2 als Gemisch von granulierten Metallpulvern, wie z. B. Nickel, Eisen, Aluminium, aber auch Kupfer, Kobalt, Chrom oder Zink, die erst beim späteren Laden der Zelle zu Metallhalogeniden gewandelt werden, und einem Natriumhalogenid, beispielsweise Natriumchlorid, -iodid, -bromid oder -fluorid, erfolgt dann in der in Fig. 3 stilisiert dargestellten Weise durch Einschütten der Metall- und Metallhalogenidpulver in Form von gepressten Granulaten. Die Granulate der Kathode 2 treffen dann auf den gepressten Rohrabschnitt 12 und werden durch vorzugsweise zwei Öffnungen des nicht verpressten obersten Durchgangslochs 14 seitlich abgelenkt. Für eine gute Rieselfähigkeit ist die Dimensionierung vom Durchgangsloch 14 oder weiterer Durchgangslöcher 14 im Einfüllrohr 13 an die Granulatgröße der Kathode 2 anzupassen. The filling process of the cathode 2 as a mixture of granulated metal powders, such as. B. nickel, iron, aluminum, but also copper, cobalt, chromium or zinc, which are only converted to metal halides when the cell is later charged, and a sodium halide, such as sodium chloride, iodide, bromide or fluoride, then takes place in the in a stylized manner shown in FIG. 3 by pouring in the metal and metal halide powders in the form of pressed granules. The granules of the cathode 2 then hit the pressed tube section 12 and are deflected laterally through preferably two openings of the non-pressed uppermost through hole 14. For good flowability, the dimensions of the through hole 14 or further through holes 14 in the filler pipe 13 must be adapted to the granulate size of the cathode 2.
Je größer die Oberfläche des kathodenseitigen Stromabnehmers 1 ausgebildet ist, desto geringer ist der Übergangswiderstand zwischen dem porösen Metall netzwerk (gebildet beispielsweise durch nicht chloriertes Nickel oder Eisen im Kathodengranulat) und dem Stromabnehmer 1. Würde man zum vorgenannten Zweck den Stromabnehmer 1 als Metallrohr 11 mit vergrößertem Durchmesser ausformen, wobei der innere Hohlraum des Metallrohres 11 als Reservoir 24 des Sekundärelektrolyten 22 zur Verfügung steht, so würde zwar dessen elektrisch leitfähige Oberfläche ebenfalls zunehmen, allerdings würde dann die Speicherkapazität unnötig verringert werden, weil ab einem bestimmten Innenvolumen des Metallrohres 11 mehr Sekundärelektrolyt 22 im Reservoir 24 gespeichert wird, als dies für den Ladeprozess notwendig wäre, und sich der für das Granulat der Kathode 2 verbleibende Kathodenraum 21 verringert. The larger the surface of the cathode-side current collector 1, the lower the contact resistance between the porous metal network (formed for example by non-chlorinated nickel or iron in the cathode granulate) and the current collector 1. If, for the aforementioned purpose, the current collector 1 were to be formed as a metal tube 11 with an enlarged diameter, the inner cavity of the metal tube 11 being available as a reservoir 24 for the secondary electrolyte 22, its electrically conductive surface would also increase, but the storage capacity would then be unnecessarily reduced because from a certain internal volume of the metal tube 11, more secondary electrolyte 22 is stored in the reservoir 24 than would be necessary for the charging process, and the cathode space 21 remaining for the granulate of the cathode 2 is reduced.
Die Erfindung sieht deshalb als eine zweckmäßige Gestaltung des kathodenseitigen Stromabnehmers 1 ein verringertes Innenvolumen und eine Oberflächenvergrößerung sowie eine räumlich an den zylindrisch angenommenen Separator 3 angepasste Form der Außenkontur vor. In einer bevorzugten Ausführung, die durch einen flach gepressten Rohrabschnitt 12 mit Durchgangslöchern 14 und darin eingeschobenen Metallbüscheln 15 von Metallstreifen oder - drähten so gestaltet ist, wie in der Ebene B aus Fig. 2 aus der Schnittdarstellung von Fig. 4 ersichtlich, können die als gepresste Bündel in die Durchgangslöcher 14 eingeschobenen Metallstreifen oder Metalldrähte durch nachfolgendes Auffächern und Stauchen an eine zylinderähnliche Außenform des Stromabnehmers 1 angeglichen werden, womit sich eine gleichmäßige radiale Widerstandsverteilung im Kathodenraum 21 des Separators 3 ergibt.The invention therefore provides, as an expedient design of the cathode-side current collector 1, a reduced internal volume and an increase in the surface area, as well as a shape of the outer contour that is spatially adapted to the cylindrical separator 3. In a preferred embodiment, which is designed by a flat pressed pipe section 12 with through holes 14 and metal tufts 15 of metal strips or wires inserted therein, as can be seen in plane B of FIG. 2 from the sectional view of FIG Pressed bundles of metal strips or metal wires pushed into the through holes 14 are matched to a cylinder-like external shape of the current collector 1 by subsequent fanning and upsetting, which results in a uniform radial resistance distribution in the cathode space 21 of the separator 3.
Der Durchmesser des Metallrohres 11 bestimmt sich nach der Größe und Rieselfähigkeit der Granulate der Kathode 2 bzw. der für eine einzuhaltende Befüllzeit erforderlichen Durchmesser der als Befüllöffnung ausgebildeten Durchgangslöcher 14. Die für die Oberflächenvergrößerung des Stromabnehmers 1 genutzten Durchgangslöcher 14 können aber davon abweichen. Durch eine Variation der Drahtlängen, Durchmesser, deren Anzahl und Ausrichtung kann dann eine sehr gleichmäßige, exakte Widerstandssenkung in der Kathode 2 erfolgen. The diameter of the metal tube 11 is determined by the size and flowability of the granules of the cathode 2 or the diameter of the through holes 14 designed as a filling opening required for a filling time to be observed. The through holes 14 used for increasing the surface area of the current collector 1 can, however, differ. By varying the wire lengths, diameters, their number and orientation, a very uniform, exact decrease in resistance in the cathode 2 can then take place.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der elektrochemischen Zelle gemäß der Erfindung als schematische (nicht maßstabsgerechte) Darstellung eines Axialschnittes der Zelle. In der Zeichnung sind die wesentlichen Bestandteile der elektrochemischen Zelle in einer prinzipiellen räumlichen Anordnung gezeigt und diese sind mit einem konkreten Ausführungsbeispiel im Sinne einer speziellen Zellenchemie ausgeführt. 5 shows a preferred embodiment of the electrochemical cell according to the invention as a schematic (not to scale) representation of an axial section of the cell. In the drawing, the essential components of the electrochemical cell are shown in a basic spatial arrangement and these are implemented with a specific embodiment in the sense of a special cell chemistry.
In der Gestaltung der Zelle gemäß Fig. 5 ist der kathodenseitige Stromabnehmer 1 aus einem Kupferrohr gefertigt, das zur Erhöhung der chemischen Beständigkeit mit einer Nickelbeschich tung versehen ist. Die Verwendung von Kupfer oder Aluminium als Grundwerkstoff des Metallrohres 11 senkt aufgrund der höheren elektrischen Leitfähigkeit den elektrischen Widerstand des Stromabnehmers 1 , bedingt durch die dünnwandigen Hohlstrukturen und eine im Vergleich zu einem Reinnickel-Vollkörper gefertigte Kathode 2 werden die Herstellungskosten reduziert und das Umformen (Pressen und Stanzen) vereinfacht, da die Wandstärken trotz größerer Oberfläche geringer sind als jene eines Nicht-Hohlkörpers. In einer alternativen Ausführung kann der Stromabnehmer 1 aber auch komplett aus Nickel gefertigt sein. Alternativ zu dem in Fig. 5 gezeigten Zellenaufbau kann die Kathode 2 auch außerhalb des Separators 3 angeordnet sein. Sie kann dann entweder ausschließlich außerhalb des Separators 3, also im Vergleich zum Aufbau von Fig. 5 invertiert (nicht gezeichnet), oder bei einer doppelwandigen Ausführung des Separators 3 mit eingeschlossenem Anodenraum 41 - wie in Fig. 13 gezeigt - zu dieser doppelwandigen Struktur des Separators 3 sowohl innen als auch außen angeordnet sein, wie es prinzipiell aus der WO 2018/138740 A1 bekannt ist. In the configuration of the cell according to FIG. 5, the cathode-side current collector 1 is made of a copper tube which is provided with a nickel coating to increase the chemical resistance. The use of copper or aluminum as the base material of the metal tube 11 lowers the electrical resistance of the current collector 1 due to the higher electrical conductivity, due to the thin-walled hollow structures and a cathode 2 made in comparison to a solid nickel body, the manufacturing costs are reduced and the forming (pressing and punching), since the wall thicknesses are less than those of a non-hollow body despite the larger surface. In an alternative embodiment, the current collector 1 can also be made entirely of nickel. As an alternative to the cell structure shown in FIG. 5, the cathode 2 can also be arranged outside the separator 3. It can then either exclusively outside the separator 3, i.e. inverted compared to the structure of FIG. 5 (not shown), or in the case of a double-walled design of the separator 3 with an enclosed anode space 41 - as shown in FIG. 13 - to this double-walled structure of the Separator 3 can be arranged both inside and outside, as is known in principle from WO 2018/138740 A1.
Der kathodenseitige Stromabnehmer 1 aus vernickeltem Kupferrohr gemäß Fig. 5 ist in der Form nach Fig. 2 gefertigt und kollinear zur Achse des Separators 3 ausgerichtet. Der Separator 3 unterteilt das Innenvolumen des als anodenseitiger Stromabnehmer wirkenden Gehäuses 5 in einen äußeren Anodenraum 41 , der in diesem Beispiel im geladenen Zustand mit metallischem Natrium als Anode 4 gefüllt ist, und den inneren Kathodenraum 21 , der in diesem Ausführung sbeispiel mit Granulaten aus Nickel/NaCI (ungeladener Zustand) bzw. Nickel/NiCI2 (vollgeladener Zustand) gefüllt ist, die durch den oberen Rohrabschnitt, das sogenannte Einfüllrohr 13 des Stromabnehmers 1 , eingeschüttet wurden. Um ein schnelles Befüllen des Kathodenraums 21 mit Kathodengranulat zu gewährleisten und au ßerdem einen geringen Innenwiderstand zu erreichen, ist der Querschnitt des Metallrohres 11 und des Durchgangsloches 14 an das Volumen der Kathode 2 und die gesamte Zellendimension anzupassen. The cathode-side current collector 1 made of nickel-plated copper tube according to FIG. 5 is manufactured in the form according to FIG. 2 and aligned collinearly with the axis of the separator 3. The separator 3 divides the inner volume of the housing 5 acting as anode-side current collector into an outer anode space 41, which in this example is filled with metallic sodium as anode 4 in the charged state, and the inner cathode space 21, which in this embodiment is sbeispiel with granules made of nickel / NaCl (uncharged state) or nickel / NiCl2 (fully charged state) is filled, which were poured through the upper pipe section, the so-called filler pipe 13 of the current collector 1. In order to ensure rapid filling of the cathode space 21 with cathode granulate and also to achieve a low internal resistance, the cross section of the metal tube 11 and the through hole 14 must be adapted to the volume of the cathode 2 and the entire cell dimension.
Der gepresste Rohrabschnitt 12 des Stromabnehmers 1 ist in dieser Ausführung von Fig. 5 in den gestanzten Durchgangslöchern 14 mit Metallbüscheln 15 aus Metalldrähten bestückt. Die zur Oberflächenvergrößerung eingesetzten Metallbüschel 15 können aus Nickel- oder Molybdändrähten bestehen. Die Durchgangslöcher 14 können beispielsweise vor, bei oder nach dem Pressen des Metallrohres 11 gestanzt werden, um diese anschließend zusätzlich mit Metallbüscheln 15, z. B. aus Nickel oder Molybdän, zu füllen und so die Oberfläche des Stromabnehmers 1 erheblich zu vergrößern. Ein Vergolden des Stromabnehmers 1 und seiner Metallbüschel 15 würde den Widerstand des Stromabnehmers 1 nochmals senken, erhöht aber die Fertigungskosten. In this embodiment of FIG. 5, the pressed pipe section 12 of the current collector 1 is equipped with metal tufts 15 made of metal wires in the punched through holes 14. The metal tufts 15 used to increase the surface area can consist of nickel or molybdenum wires. The through holes 14 can, for example, be punched before, during or after the pressing of the metal tube 11 in order to subsequently additionally enclose them with metal tufts 15, e.g. B. made of nickel or molybdenum to fill and so to increase the surface of the current collector 1 considerably. Gold-plating of the current collector 1 and its metal tufts 15 would further reduce the resistance of the current collector 1, but would increase the production costs.
Weiterhin ist der Kathodenraum 21 innerhalb des Separators 3, der als fester Primärelektrolyt aus Natrium-ß-Aluminat gefertigt ist, mit einem flüssigen Sekundärelektrolyt 22 gefüllt, der in diesem Beispiel aus Natriumtetrachloroaluminat (NaAlCU) besteht. Damit lediglich der Sekundär elektrolyt 22 und keine Ni/NaCI Granulate in den Innenraum des Stromabnehmers 1 unterhalb des Einfüllrohres 13 gelangen können, enthält das Metallrohr 11 innen entweder einen Kohlenstofffilz 23, der vor dem Pressen im Metallrohr 11 eingelegt und mit eingepresst wurde, oder die Spaltmaße des gepressten Rohrabschnitts 12 unterhalb des Einfüllrohres 13 und des untersten Endes des gepressten Rohrabschnitts 12 sind hinreichend klein dimensioniert. Furthermore, the cathode space 21 within the separator 3, which is made as a solid primary electrolyte from sodium β-aluminate, is filled with a liquid secondary electrolyte 22, which in this example consists of sodium tetrachloroaluminate (NaAlCU). So that only the secondary electrolyte 22 and no Ni / NaCI granules can get into the interior of the current collector 1 below the filler pipe 13, the metal pipe 11 contains either a carbon felt 23 inside, which was inserted into the metal pipe 11 before pressing and pressed in with it, or the Gap dimensions of the pressed pipe section 12 below the filler pipe 13 and the lowermost end of the pressed pipe section 12 are sufficiently small.
Die Montage des kathodenseitigen Stromabnehmers 1 in der elektrochemischen Zelle ist vorteilhaft als eine Ein-Schritt-Fügung ausführbar, die je nach Auslegung bei unterschiedlichen Atmosphären und Temperaturen in geeigneten Öfen erfolgt. Bei der Ein-Schritt-Fügung wird der Keramik-Keramik-Verbund zwischen dem Separator 3 und dem keramischen Isolatorfügering 63, der z. B. aus Korund bestehen kann, sowie der Metall-Keramik-Verbund zwischen dem Separator 3 und einem metallischen Kathodenverschlussteil 61 und einem metallischen Anodenverschluss teil 64 zum hermetischen Abdichten der elektrochemischen Zelle mit einem einzigen Fügeschritt realisiert. Hierfür werden die metallischen Verschlussteile 61 und 64 vorteilhaft durch Tiefziehen gefertigt. Das den Kathodenraum 21 verschließende Kathodenverschlussteil 61 wird mit einer zentralen Öffnung versehen, in die der Stromabnehmer 1 mit einer der erfindungsgemäßen Ausführungen, z. B. mit dem mit Metallbüscheln 15 versehenen gepressten Rohrabschnitt 12 eingeführt und an dem ungepressten Rohrabschnitt, dem Einfüllrohr 13, vor dem Fügen verschweißt oder verlötet wird. In einer anderen Ausführung wird das Einfüllrohr 13 während der Ein-Schritt-Fügung mit dem metallischen Kathodenverschlussteil 61 verlötet oder erst im Anschluss an den Fügeprozess mit diesem verschweißt. The assembly of the current collector 1 on the cathode side in the electrochemical cell can advantageously be carried out as a one-step joint, which, depending on the design, is carried out with different Atmospheres and temperatures takes place in suitable ovens. In the one-step joining, the ceramic-ceramic composite between the separator 3 and the ceramic insulator joining ring 63, the z. B. can consist of corundum, as well as the metal-ceramic composite between the separator 3 and a metallic cathode closure part 61 and a metallic anode closure part 64 for hermetically sealing the electrochemical cell realized with a single joining step. For this purpose, the metallic closure parts 61 and 64 are advantageously manufactured by deep drawing. The cathode closure part 61 which closes the cathode space 21 is provided with a central opening into which the current collector 1 with one of the embodiments according to the invention, e.g. B. is introduced with the pressed pipe section 12 provided with metal tufts 15 and is welded or soldered to the unpressed pipe section, the filler pipe 13, before joining. In another embodiment, the filler pipe 13 is soldered to the metallic cathode closure part 61 during the one-step joining or is only welded to it after the joining process.
Während des Fügeschrittes der Ein-Schritt-Fügung bestimmt der den Kathodenraum 21 umgebene Separator 3 oder z. B. das Gehäuse 5 mit seinen Abmaßen die erforderlichen Freiräume im Ofen. Eine Positionierung des Stromabnehmers 1 innerhalb des Separators 3 erhöht somit nicht den benötigten Freiraum und stellt keinen Nachteil dar. During the joining step of the one-step joining, the separator 3 or z. B. the housing 5 with its dimensions the necessary free spaces in the furnace. Positioning the current collector 1 within the separator 3 therefore does not increase the required free space and does not represent a disadvantage.
Während der Ein-Schritt-Fügung wird auch das Anodenverschlussteil 64 als ein weiteres z. B. Tiefziehteil aus Metall an einer geeigneten Stelle mit dem Isolatorfügering 63 verbunden, wobei das Gehäuse 5 (als anodenseitiger Stromabnehmer) mit dem metallischen Anodenverschlussteil 64 auch im Anschluss an den Fügeprozess verschweißt werden kann und sich somit der hermetisch dichte Anodenraum 41 ausbildet. Wurde ein Kohlenstofffilz 23 in den Stromabnehmer 1 eingebracht, so kann die vorzugsweise Ein-Schritt-Fügung bzw. der Hochtemperaturlötprozess nur unter Ausschluss von Sauerstoff erfolgen, da sonst der Kohlenstoff oxidiert wird. Die elektrochemische Zelle besitzt im Anschluss an die mit der Ein-Schritt-Fügung einhergehenden Schweißprozesse nur noch eine einzige Öffnung, nämlich das offene Rohrende des Einfüllrohres 13 des kathodenseitigen Stromabnehmers 1 , oder im Falle mehrerer Stromabnehmer 1 , 1 ’ eine Mehrzahl von Öffnungen. Über diese Öffnung des Einfüllrohres 13 wird das Granulatgemisch der Kathode 2 in den Kathodenraum 21 der elektrochemischen Zelle eingebracht. Unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasser, z. B. unter Vakuum oder durch Inertgasspülung, wird anschließend der Sekundärelektrolyt 22 in flüssiger Form durch dieselbe Öffnung des Einfüllrohres 13 in den Kathodenraum 21 der Zelle eingebracht. Abschließend wird dann die Öffnung der Zelle - z. B. mit einem Tiefziehteil oder einer Blechronde 62 zum Verschließen des oberen Rohrendes des Einfüllrohres 13 - am herausstehenden Ende des Stromabnehmers 1 zugeschweißt. During the one-step joining, the anode closure part 64 is also used as a further z. B. deep-drawn part made of metal at a suitable point with the insulator joining ring 63, the housing 5 (as anode-side current collector) can be welded to the metallic anode closure part 64 after the joining process and thus the hermetically sealed anode space 41 is formed. If a carbon felt 23 has been introduced into the current collector 1, the preferably one-step joining or the high-temperature soldering process can only take place with the exclusion of oxygen, since otherwise the carbon is oxidized. Following the welding processes associated with the one-step joining, the electrochemical cell has only a single opening, namely the open pipe end of the filler pipe 13 of the cathode-side current collector 1, or in the case of several current collectors 1, 1 ', a plurality of openings. The granulate mixture of the cathode 2 is introduced into the cathode space 21 of the electrochemical cell via this opening of the filling pipe 13. With the exclusion of oxygen and water, e.g. B. under vacuum or by flushing with inert gas, the secondary electrolyte 22 is then introduced in liquid form through the same opening of the filler tube 13 into the cathode compartment 21 of the cell. Finally, the opening of the cell - z. B. with a deep-drawn part or a sheet metal blank 62 to close the upper pipe end of the filler pipe 13 - welded to the protruding end of the current collector 1.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der abschließenden Zellenmontage, das in Fig. 6 und 7 schematisch gezeigt ist, steht das Einfüllrohr 13 des Stromabnehmers 1 soweit aus dem Kathodenverschlussteil 61 heraus, dass es au ßerhalb der fertig befüllten Zelle abgequetscht wird und die sich bildende schmale Stirnfläche direkt zugeschweißt werden kann. In a further embodiment of the final cell assembly, which is shown schematically in Fig. 6 and 7, the filler pipe 13 of the current collector 1 is so far from the Cathode closure part 61 shows that it is squeezed off outside the completely filled cell and the narrow end face that is formed can be welded shut directly.
In den Fig. 6 und 7 ist noch eine weitere Modifikation des Stromabnehmers 1 dargestellt, die dazu dient, den Kohlenstofffilz 23 noch nach dem Pressen des Metallrohres 11 in dieses einzubringen. Dazu wird nach dem Erzeugen des gepressten Rohrabschnitts 12 eine Quetschkante 16 beispielsweise durch Abschneiden oder Abfräsen geöffnet, sodass ein streifenförmiger Kohlenstofffilz 23 durch die seitlich abgetragene Quetschkante 17 eingeführt werden kann.A further modification of the current collector 1 is shown in FIGS. 6 and 7, which is used to introduce the carbon felt 23 into the metal tube 11 after it has been pressed. For this purpose, after the pressed pipe section 12 has been produced, a pinch edge 16 is opened, for example by cutting or milling, so that a strip-shaped carbon felt 23 can be introduced through the pinch edge 17 removed from the side.
Eine weitere Ausführung des Stromabnehmers 1 ist in den Fig. 8 und 9 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist zur Oberflächenvergrößerung des Metallrohres 11 (nur in Fig. 1 bezeichnet) der gepresste Rohrabschnitt 12 des Stromabnehmers 1 in vier radialen Richtungen zur zentralen Achse 51 eingepresst worden, wobei jeweils zwei Richtungen davon kollinear entgegengesetzt ausgerichtet sind. Im Ergebnis ist der Querschnitt des gepressten Rohrabschnitts 12 sternförmig, wie es in Fig. 9 zu sehen ist. Another embodiment of the current collector 1 is shown in FIGS. In this embodiment, to increase the surface area of the metal tube 11 (only designated in FIG. 1), the pressed tube section 12 of the current collector 1 has been pressed in in four radial directions to the central axis 51, two directions of which are collinearly oppositely aligned. As a result, the cross section of the pressed pipe section 12 is star-shaped, as can be seen in FIG. 9.
Als weitere alternative Querschnitte kann die Sternform auch drei-, fünf-, sechszackig usw. (nicht gezeichnet) ausgeprägt werden. Obwohl in Fig. 8 nicht eingezeichnet, können auch in diesem Beispiel Durchgangslöcher 14 mit Metallbüscheln 15 oder Schlitze mit Blechen, wie in Fig. 11 gezeigt, zusätzlich eingebracht werden, um die Oberfläche weiter zu vergrößern. As a further alternative cross-section, the star shape can also be three-, five-, six-pointed, etc. (not shown). Although not shown in FIG. 8, through holes 14 with metal tufts 15 or slots with metal sheets, as shown in FIG. 11, can additionally be introduced in this example in order to further enlarge the surface.
Eine weitere Modifikation zur Erzeugung eines sternförmigen Querschnitts des gepressten Rohrabschnitts 12, die in Fig. 10 dargestellt ist, kann so erfolgen, dass zunächst ein MetallrohrA further modification for producing a star-shaped cross section of the pressed pipe section 12, which is shown in FIG. 10, can be carried out in such a way that initially a metal pipe
11 sternförmig, wie in Fig. 9 sichtbar, erzeugt wird und danach der ungepresste Rohrabschnitt als Einfüllrohr 13 auf den gepressten Rohrabschnitt 12 aufgeschweißt wird. Dadurch entstehen vier Durchgangslöcher 14 für das Einfüllen des Kathodengranulats mittels der abweichenden Querschnittsformen des gepressten Rohrabschnitts 12 und des zylindrischen Einfüllrohres 13 automatisch und müssen in diesem Fall nicht gestanzt werden. Um ein Eindringen von Ni/NaCI Granulaten in den Innenraum des gepressten Rohrabschnittes 12 zu verhindern, kann der obere gepresste Bereich und die untere Öffnung des Stromabnehmers 1 bis auf ein hinreichend kleines Spaltmaß gefertigt werden oder zur Abdichtung ein Kohlenstofffilz 23 eingelegt werden. 11 is produced in a star shape, as can be seen in FIG. 9, and then the unpressed pipe section is welded onto the pressed pipe section 12 as a filler pipe 13. This automatically creates four through holes 14 for filling the cathode granulate by means of the different cross-sectional shapes of the pressed pipe section 12 and the cylindrical filling pipe 13 and in this case do not have to be punched. In order to prevent Ni / NaCl granules from penetrating into the interior of the pressed pipe section 12, the upper pressed area and the lower opening of the current collector 1 can be made with a sufficiently small gap or a carbon felt 23 can be inserted for sealing.
In einer weiteren Ausgestaltung des vorteilhaft im Kathodenraum 21 axial positionierten Stromabnehmers 1 entsprechend dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Befüllung des Kathodenraumes 21 ein rohrförmiger Grundkörper (Metallrohr 11) aus einem elektrisch gut leitenden Metall in einen unteren gepressten Rohrabschnitt 12 und einen oberen ungepressten Rohrabschnitt, das Einfüllrohr 13, unterteilt. Durch den gepressten RohrabschnittIn a further embodiment of the current collector 1, which is advantageously positioned axially in the cathode compartment 21 in accordance with the exemplary embodiment shown in FIG. 11, a tubular base body (metal tube 11) made of an electrically highly conductive metal is inserted into a lower pressed pipe section 12 and an upper unpressed one to fill the cathode compartment 21 Pipe section, the filler pipe 13, divided. Through the pressed pipe section
12 kann die Kathode 2 lediglich in den Kathodenraum 21 über ein Durchgangsloch 14 eingefüllt werden, ohne in das Sekundärelektrolyt-Reservoir 24 im Inneren des Metallrohres 11 zu gelangen. Durch Schlitze im Metallrohr 11 unterhalb des gepressten Rohrabschnittes 12 können zusätzlich aus eingelassenen Blechen gefertigte Finnen 18 einsetzt werden, die mit dem Metallrohr 11 verschweißt, verpresst oder verlötet werden. Die Finnen 18 können dabei durchgehen, einzeln angesetzt oder derartig umgeformt werden, dass ein Blech im Inneren der Kontur des Metallrohres 11 angepasst ist und somit mindestens zwei Finnen 18 bildet. 12, the cathode 2 can only be filled into the cathode space 21 via a through hole 14 without reaching the secondary electrolyte reservoir 24 in the interior of the metal tube 11. Through slots in the metal pipe 11 below the pressed pipe section 12, fins 18 made of embedded metal sheets can also be inserted, which are welded, pressed or soldered to the metal pipe 11. The fins 18 can go through, individually attached or reshaped in such a way that a sheet metal is adapted in the interior of the contour of the metal tube 11 and thus forms at least two fins 18.
In einer weiteren Ausführung gemäß Fig. 12 können die Finnen 18 auch nur durch ein mäanderförmig gefaltetes Blech 19 gebildet werden. In a further embodiment according to FIG. 12, the fins 18 can also be formed only by a sheet metal 19 that is folded in a meander shape.
Wie in Fig. 12 ersichtlich, kann aus einem gefalteten Blech 19 auch eine sternförmige oder gewellte Querschnittskontur des Sekundärelektrolyt-Reservoir 24 gebildet werden, das dann mit dem in das offene Einfüllrohr 13 und den gepressten Rohrabschnitt 12 unterteilten Metallrohr 11 des Stromabnehmers 1 verschweißt, verlötet oder verpresst wird. Hierfür kann das gefaltete Blech 19 erst mit finnenartigen Strukturen gefertigt und anschließend zu einer im Inneren z. B. als Rohrform gefertigten Struktur gebogen und an einer Finne 18 verbunden werden. Anstelle eines gefalteten Bleches 19 können auch mehrere gefaltete Bleche 19 zur Ausformung genutzt werden. Die Spaltmaße zwischen den gebildeten Finnen 18 müssen klein genug sein, dass keine Kathode 2 in das Sekundärelektrolyt-Reservoir 24 eindringen kann. Auch in dem Fall, dass die inneren Abmessungen der resultierenden sternförmigen Querschnittskontur kleiner oder größer als die untere Öffnung des Metallrohrs 11 sind, muss das Sekundärelektrolyt-Reservoir 24 dennoch frei von Granulaten der Kathode 2 bleiben und die verbleibenden Öffnungen müssen, z. B. durch ein weiteres Verpressen mindestens des unteren Endes des Metallrohrs 11 , hinreichend eng geschlossen werden oder ein bzw. mehrere Kohlenstofffilze 23 müssen eingebracht werden. As can be seen in FIG. 12, a star-shaped or corrugated cross-sectional contour of the secondary electrolyte reservoir 24 can also be formed from a folded sheet metal 19, which is then welded, soldered to the metal tube 11 of the current collector 1, which is divided into the open filler pipe 13 and the pressed pipe section 12 or is pressed. For this purpose, the folded sheet 19 can only be made with fin-like structures and then to an inside z. B. bent as a tubular structure and connected to a fin 18. Instead of one folded sheet 19, several folded sheets 19 can also be used for shaping. The gap dimensions between the fins 18 formed must be small enough that no cathode 2 can penetrate into the secondary electrolyte reservoir 24. Even in the event that the internal dimensions of the resulting star-shaped cross-sectional contour are smaller or larger than the lower opening of the metal tube 11, the secondary electrolyte reservoir 24 must nevertheless remain free of granules from the cathode 2 and the remaining openings must, for. B. be closed sufficiently tightly by further pressing at least the lower end of the metal tube 11 or one or more carbon felts 23 must be introduced.
Fig. 13 zeigt eine weitere Maßnahme zur Leistungserhöhung der elektrochemischen Zelle, die als radiale Doppelzelle ausgebildet ist. Dabei ist ein weiterer Stromabnehmer 1 ’ für die Kontaktierung einerweiteren Kathode 2’ im Raum zwischen dem Gehäuse 5 und der Außenwand eines in diesem Beispiel doppelwandigen Separators 3, der den Anodenraum 41 für die Anode 4 in einem zylindrischen Ringspalt beinhaltet, vorgesehen. Der Stromabnehmer 1 ’, der vorteilhaft zusätzlich zu dem in der zentralen Achse 51 als ungepresstes Metallrohr 11 (in Fig. 13 nicht bezeichnet) positionierter Stromabnehmer 1 genutzt wird, ermöglicht ebenfalls die Substituierung des Kohlenstofffilzes 23, indem das Sekundärelektrolyt-Reservoir 24‘ zwischen dem Strom abnehmer 1 ’ und der Innenwand des Gehäuses 5 gebildet wird, während gleichzeitig ein direkter Kontakt der Granulate der weiteren Kathode 2’ zur Gehäusewand unterbunden wird, aber der elektrische Kontakt über den Stromabnehmer 1 ’ erfolgt, wodurch die elektrochemische Korrosionsanforderung an das eigentliche Gehäuse 5 gemindert wird. Gleichbedeutend kann auch bei der Ausgestaltung des weiteren Stromabnehmers 1 ’ dessen Oberfläche weiter vergrößert werden, indem entweder auch zusätzliche zur zentralen Achse 51 hin ausgerichtete gefaltete Bleche 19 angefügt werden oder die Blechstreifen selbst eine der Gehäusekontur ähnliche Bauweise aufweisen und zur zentralen Achse 51 hin ausgerichtete Finnen 18 ausbilden. Dabei kann bei Verwendung des zusätzlichen Stromabnehmers 1 ’, gefertigt z. B. als Metallrohr 11 aus Nickel oder je nach Zellenchemie auch aus vernickeltem Kupfer, mit einem Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses 5 das weitere Sekundärelektrolyt-Reservoir 24’ so geschaffen werden, dass gleichzeitig die elektrochemisch aktive Kathode 2’ elektrisch kontaktiert ist und auf ein Kohlenstofffilz 23 über die Füllhöhe der Kathode 2’ verzichtet werden kann. Durch einen im Bodenbereich des Gehäuses 5 positionierten weiteren Kohlenstofffilz 23’ wird ein direkter Kontakt der Granulate der Kathode 2 zur Wand des Gehäuses 5 unterbunden. Der im äußeren Bereich des weiteren Kathodenraums 21 ’ positionierte weitere Stromabnehmer 1 ’ kann anstatt eines am Boden gebördelten Rohres auch durch im Bodenbereich des Gehäuses 5 umgebogene Blechstreifen gebildet werden, indem er direkt mit dem Boden des Gehäuses 5, das entweder ein zum Gehäuse 5 separates Bauteil darstellt oder durch Tiefziehen des Gehäuses 5 in einem Stück hergestellt wurde, verbunden ist (z. B. Punktschweißung, Lötung). Um den Übergangswiderstand des weiteren Stromabnehmers 1 ’ auf das Gehäuse 5 weiter zu reduzieren, können die einzelnen Blechstreifen des weiteren Stromabnehmers T so auf Überlänge gefertigt werden, dass sie jeweils zusätzlich umgebogen werden und dann einen weiteren, flächigen Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses 5 ermöglichen (nicht in der Zeichnung ersichtlich). Alternativ ist ein Verschweißen des Stromabnehmers T im oberen Verschlussbereich der Zelle mit dem Gehäuse 5 oder weiteren Teilen des Verschlussbereichs möglich. Für den Stromabnehmer 1 bleiben alle Varianten, wie zuvor beschrieben, möglich. Bevorzugt kann aber auf die Bauformen von Fig. 11 und 12 zurückgegriffen werden. 13 shows a further measure for increasing the power of the electrochemical cell, which is designed as a radial double cell. Another current collector 1 'is provided for contacting a further cathode 2' in the space between the housing 5 and the outer wall of a double-walled separator 3 in this example, which contains the anode space 41 for the anode 4 in a cylindrical annular gap. The current collector 1 ', which is advantageously used in addition to the current collector 1 positioned in the central axis 51 as an unpressed metal tube 11 (not shown in FIG. 13), also enables the substitution of the carbon felt 23 by placing the secondary electrolyte reservoir 24' between the Current collector 1 'and the inner wall of the housing 5 is formed, while at the same time a direct contact of the granules of the further cathode 2' to the housing wall is prevented, but the electrical contact takes place via the current collector 1 ', whereby the electrochemical corrosion requirement on the actual housing 5 is reduced. Equally meaning, the surface of the further current collector 1 'can also be increased further by either adding additional folded metal sheets 19 oriented towards the central axis 51 or the sheet metal strips themselves have a construction similar to the housing contour and fins oriented towards the central axis 51 18 train. Here, when using the additional current collector 1 ', made z. B. as a metal tube 11 made of nickel or, depending on the cell chemistry, also made of nickel-plated copper, with a diameter smaller than the inner diameter of the housing 5, the further secondary electrolyte reservoir 24 'can be created so that at the same time the electrochemically active cathode 2' is electrically contacted and a carbon felt 23 above the filling level of the cathode 2 'can be dispensed with. A further carbon felt 23 ′ positioned in the bottom area of the housing 5 prevents direct contact between the granules of the cathode 2 and the wall of the housing 5. The further current collector 1 'positioned in the outer area of the further cathode space 21' can instead of a tube flanged at the bottom also be formed by sheet metal strips bent in the bottom area of the housing 5 by being directly connected to the bottom of the housing 5, which is either a separate from the housing 5 Is a component or was made by deep-drawing the housing 5 in one piece, is connected (z. B. spot welding, soldering). In order to further reduce the contact resistance of the further current collector 1 'to the housing 5, the individual sheet metal strips of the further current collector T can be made to an excess length so that they are additionally bent over and then enable further, flat contact with the inner wall of the housing 5 (not visible in the drawing). Alternatively, the current collector T can be welded in the upper closure area of the cell to the housing 5 or other parts of the closure area. For the pantograph 1, all variants, as described above, remain possible. However, the designs of FIGS. 11 and 12 can preferably be used.
Mit der Erfindung wird eine besonders kostengünstige elektrochemische Zelle aus wenigen Teilen zusammengesetzt, die einfach zu fertigen und zusammenzufügen sind. Insbesondere ermöglicht die neuartige Form des Stromabnehmers 1 eine einfache und effektive Befüllung der Zelle mit den Metallgranulaten der Kathode 2 und dem Sekundärelektrolyt 22, nachdem die Zelle bereits fertig montiert und hermetisch verschweißt ist. Durch die Möglichkeit, den Stromabnehmer 1 monolithisch herzustellen und die Kontaktierung von einer Zelle zur nächsten direkt mit dem verpressten und zugeschweißten Einfüllrohr 13 zu ermöglichen, entfallen Fügeprozesse und der Übergangswiderstand kann zusätzlich gesenkt werden. Indem der Stromabnehmer 1 in einem separaten Innenvolumen für die Ni/NaCI-Granulate unzugänglich, aber durch den Sekundär elektrolyt 22 gut infiltrierbar ist, kann die Funktion des Kohlenstofffilzes 23 als Sekundärelektrolyt- Reservoir 24 substituiert werden. Des Weiteren wird mit der speziellen Art der Oberflächen vergrößerung des Stromabnehmers 1 eine gleichmäßigere radiale Stromverteilung im Kathoden raum 21 erreicht. Bezugszeichenliste With the invention, a particularly inexpensive electrochemical cell is assembled from a few parts that are easy to manufacture and assemble. In particular, the novel shape of the current collector 1 enables simple and effective filling of the cell with the metal granules of the cathode 2 and the secondary electrolyte 22 after the cell has already been fully assembled and hermetically welded. The possibility of producing the current collector 1 monolithically and of enabling the contacting from one cell to the next directly with the pressed and welded filler pipe 13 eliminates the need for joining processes and the contact resistance can also be reduced. Since the current collector 1 is inaccessible to the Ni / NaCl granules in a separate internal volume, but can be easily infiltrated by the secondary electrolyte 22, the function of the carbon felt 23 as a secondary electrolyte reservoir 24 can be substituted. Furthermore, with the special type of surface enlargement of the current collector 1, a more uniform radial current distribution in the cathode chamber 21 is achieved. List of reference symbols
1 , 1’ (kathodenseitiger) Stromabnehmer 1, 1 '(cathode-side) pantograph
11 Metallrohr 11 metal tube
12 gepresster Rohrabschnitt 12 pressed pipe section
13 Einfüllrohr/ ungepresster Rohrabschnitt 13 Filler pipe / unpressed pipe section
14 Stanzung/ Durchgangsloch 14 punching / through hole
15 Metallbüschel (aus Metallstreifen oder -drähten)15 tufts of metal (made of metal strips or wires)
16 Quetschkante 16 pinch edge
17 abgetragene Quetschkante 17 worn pinch edge
18 Finne 18 fin
19 gefaltetes Blech 19 folded sheet metal
2, 2’ Kathode 2, 2 'cathode
21 , 21’ Kathodenraum 21, 21 'cathode compartment
22 Sekundärelektrolyt 22 secondary electrolyte
23,23’ (Kohlenstoff-) Filz 23.23 ’(carbon) felt
24, 24’ (Sekundärelektrolyt-) Reservoir 24, 24 '(secondary electrolyte) reservoir
3 Separator (fester Primärelektrolyt) 3 separator (solid primary electrolyte)
4 Anode 4 anode
41 Anodenraum 41 anode compartment
5 Gehäuse 5 housing
51 zentrale Achse 51 central axis
6 Zellenverschluss 6 cell closure
61 (metallisches) Kathodenverschlussteil 61 (metallic) cathode closure part
62 Blechronde 62 round sheet metal
63 (keramischer) Isolatorfügering 63 (ceramic) insulator retaining ring
64 Anodenverschlussteil 64 Anode cap

Claims

Patentansprüche Claims
1. Elektrochemische Natrium-Metallhalogenid-Zelle, enthaltend ein Gehäuse (5) mit einer zentralen Achse (51), einen um die zentrale Achse (51) des Gehäuses (5) äquidistant zum Gehäuse (5) ausgedehnten Separator (3), der als fester Primärelektrolyt einen Anodenraum (41) von einem Kathodenraum (21) elektrisch isolierend und hermetisch abtrennt, aber durchlässig ist für Natriumionen, eine den Kathodenraum (21 ) füllende Kathode (2) aus einem porösen Gemisch von Metallpulver- und Metallhalogenidpulver-Granulaten sowie einen den Kathodenraum (21) und das poröse Gemisch der Kathode (2) durchtränkenden Sekundär elektrolyt (22) aus einer Natrium-Metallhalogenid-Salzschmelze und einen im Kathodenraum (21) um die zentrale Achse (51) langgestreckt ausgebildeten metallischen kathodenseitigen Stromabnehmer (1), dadurch gekennzeichnet, dass 1. Electrochemical sodium metal halide cell, comprising a housing (5) with a central axis (51), a separator (3) which is expanded equidistantly from the housing (5) around the central axis (51) of the housing (5) and is used as a solid primary electrolyte separates an anode compartment (41) from a cathode compartment (21) in an electrically insulating manner and hermetically, but is permeable to sodium ions, a cathode (2) filling the cathode compartment (21) and made of a porous mixture of metal powder and metal halide powder granules and a Cathode compartment (21) and the porous mixture of the cathode (2) impregnating secondary electrolyte (22) from a sodium-metal halide molten salt and a metallic cathode-side current collector (1) in the cathode compartment (21) elongated around the central axis (51), thereby marked that
- der Stromabnehmer (1) ein Metallrohr (11) mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit von s > 106 S/m ist, das in dem im Separator (3) befindlichen porösen Gemisch von Granulaten der Kathode (2) und im Sekundärelektrolyt (22) eingetaucht und als ein gepresster Rohrabschnitt (12) innen so verengt ausgebildet ist, dass kein Granulat der Kathode (2), sondern lediglich Sekundärelektrolyt (22) eindringen kann, und nach außen mit Elementen zur Oberflächenvergrößerung (15, 16, 18, 19) des Stromabnehmers (1) versehen ist, und- The current collector (1) is a metal tube (11) with a high electrical conductivity of s> 10 6 S / m, which is contained in the porous mixture of granules of the cathode (2) and in the secondary electrolyte (22) in the separator (3) is immersed and designed as a pressed pipe section (12) so narrowed on the inside that no granules of the cathode (2), but only secondary electrolyte (22) can penetrate, and to the outside with elements for surface enlargement (15, 16, 18, 19) of the Pantograph (1) is provided, and
- der Stromabnehmer (1) oberhalb des eingetauchten, gepressten Rohrabschnitts (12) einen ungepressten Rohrabschnitt als Einfüllrohr (13) zum Befüllen des Kathodenraumes (21) aufweist, wobei an einem Übergang vom gepressten Rohrabschnitt (12) zum ungepressten Rohrabschnitt des Einfüllrohres (13) mindestens ein das Einfüllrohr (13) nach außen öffnendes Durchgangsloch (14) vorhanden ist, sodass das Einfüllrohr (13) zum Einfüllen für das poröse Gemisch von Granulaten der Kathode (2) in den Kathodenraum (21) nur außerhalb des gepressten Rohrabschnitts (12) und zum Befüllen des gesamten Kathoden raumes (21) mit Sekundärelektrolyt (22) verwendbar ist. - The current collector (1) above the immersed, pressed pipe section (12) has an unpressed pipe section as a filler pipe (13) for filling the cathode space (21), at a transition from the pressed pipe section (12) to the unpressed pipe section of the filler pipe (13) there is at least one through hole (14) opening outwards, so that the filling tube (13) for filling the porous mixture of granules of the cathode (2) into the cathode space (21) is only outside the pressed tube section (12) and can be used to fill the entire cathode space (21) with secondary electrolyte (22).
2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stromabnehmer (1) in dem gepressten Rohrabschnitt (12) einen Kohlenstofffilz (23) aufweist, der in den gepressten Rohrabschnitt (12) vor dem Pressen eingelegt war. 2. Electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the current collector (1) in the pressed pipe section (12) has a carbon felt (23) which was inserted into the pressed pipe section (12) before pressing.
3. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stromabnehmer (1) in dem gepressten Rohrabschnitt (12) einen Kohlenstofffilz (23) aufweist, der nach dem Pressen und dem Abgetragen einer Quetschkante (16) des gepressten Rohrabschnitts (12) in den gepressten Rohrabschnitt (12) lateral einschiebbar ist. 3. Electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the current collector (1) in the pressed pipe section (12) has a carbon felt (23) which after pressing and removal of a pinch edge (16) of the pressed pipe section (12) in the pressed pipe section (12) can be pushed in laterally.
4. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromabnehmer (1) in dem gepressten Rohrabschnitt (12) Stanzungen in Form weiterer Durchgangslöcher (14) aufweist. 4. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 3, characterized in that the current collector (1) in the pressed pipe section (12) has punchings in the form of further through holes (14).
5. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromabnehmer (1) in dem gepressten Rohrabschnitt (12) in den Durchgangslöchern (14) befestigte Metall büschel (15) von Metallstreifen oder -drähten aus einem nicht durch die elektrochemischen Prozesse der Zelle angegriffenen Metall mit vergleichbar hoher Leitfähigkeit wie das Metallrohr (11) des Stromabnehmers (1 ) aufweist. 5. Electrochemical cell according to claim 4, characterized in that the current collector (1) in the pressed pipe section (12) in the through holes (14) fastened metal tufts (15) of metal strips or wires from a not by the electrochemical processes of the cell attacked metal with comparable high conductivity as the metal tube (11) of the current collector (1).
6. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Stromabnehmer (1) ein kommerziell verfügbares Nickel-, Aluminium- oder Kupferrohr einge setzt ist. 6. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 5, characterized in that a commercially available nickel, aluminum or copper pipe is used as the current collector (1).
7. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Stromabnehmer (1) die Elemente zur Oberflächenvergrößerung mit wenigstens einem Element aus der Gruppe von gestanzten Durchgangslöchern (14) oder anderen reliefbildenden Strukturen mit Quetsch kanten (16), Metallbüscheln (15), Finnen (18) oder gefalteten Blechen (19) ausgebildet sind. 7. Electrochemical cell according to claim 1, characterized in that on the current collector (1) the elements for surface enlargement with at least one element from the group of punched through holes (14) or other relief-forming structures with pinch edges (16), metal tufts (15), Fins (18) or folded sheets (19) are formed.
8. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbüschel (15) von Metallstreifen oder -drähten aus Nickel oder Molybdän gefertigt sind. 8. Electrochemical cell according to one of claims 5 to 7, characterized in that the metal tufts (15) are made of metal strips or wires made of nickel or molybdenum.
9. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbüschel (15) von Metallstreifen oder -drähten so ausgerichtet sind, dass lokale Widerstandsgradienten im Kathodenraum (21 ) minimiert oder gleichmäßig über den Querschnitt des Kathodenraums (21) verteilt sind. 9. Electrochemical cell according to one of claims 5 to 7, characterized in that the metal tufts (15) of metal strips or wires are aligned so that local resistance gradients in the cathode compartment (21) are minimized or evenly distributed over the cross section of the cathode compartment (21) are.
10. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Metallbüscheln (15) verwendeten Metallstreifen oder -drähte eine Länge aufweisen, die umso kleiner gewählt ist, je höhere Kapazitäten der Zelle erreicht werden sollen, und umso größer bis maximal an den Separator (3) heran gewählt ist, je höhere Leistungen der Zelle entnommen werden sollen. 10. Electrochemical cell according to one of claims 5 to 7, characterized in that the metal strips or wires used in the metal tufts (15) have a length which is selected to be smaller, the higher the cell capacities are to be achieved, and the larger up to a maximum of the separator (3) is selected, the higher the capacity to be removed from the cell.
11. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ungepresste Rohrabschnitt des Einfüllrohres (13) des Stromabnehmers (1 ) nach dem Einfüllen des porösen Gemisches der Kathode (2) und des Sekundärelektrolyten (22) mit einer stoffschlüssig befestigten Blechronde (62) oder einem Tiefziehteil verschlossen ist.11. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 10, characterized in that the unpressed pipe section of the filler pipe (13) of the current collector (1) after filling the porous mixture of the cathode (2) and the secondary electrolyte (22) with a material fit Sheet metal blank (62) or a deep-drawn part is closed.
12. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ungepresste Rohrabschnitt des Einfüllrohres (13) des Stromabnehmers (1 ) nach dem Einfüllen des porösen Gemisches der Kathode (2) und des Sekundärelektrolyten (22) am oberen Rohrende des Einfüllrohres (13) gequetscht oder mit einer Löt- oder Schweißnaht hermetisch verschlossen ist. 12. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 10, characterized in that the unpressed tube section of the filler tube (13) of the current collector (1) after filling the porous mixture of the cathode (2) and the secondary electrolyte (22) at the upper end of the tube Filler pipe (13) is squeezed or hermetically sealed with a soldered or welded seam.
13. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der gepresste Rohrabschnitt (12) des Stromabnehmers (1) von zwei kollinearen Richtungen aus flach gepresst ist. 13. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 12, characterized in that the pressed tube section (12) of the current collector (1) is pressed flat from two collinear directions.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der gepresste Rohrabschnitt (12) des Stromabnehmers (1) aus mindestens drei gleichverteilt um die zentrale Achse (51) versetzten Richtungen zu einem sternförmigen Querschnitt gepresst ist. 14. Arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the pressed pipe section (12) of the current collector (1) is pressed from at least three evenly distributed directions offset around the central axis (51) to form a star-shaped cross section.
15. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der gepresste Rohrabschnitt (12) des Stromabnehmers (1) durch Krafteinwirkungen so gepresst ist, dass ein sich bildender Innenraum als Sekundärelektrolyt-Reservoir (24) gerade so groß ausfällt, wie ein Volumen des Sekundärelektrolyts (22), das im vollgeladenen Zustand der Zelle für die vollständige Benetzung des Stromabnehmers (1 ) nötig ist, vorgehalten wird. 15. Electrochemical cell according to one of claims 13 to 14, characterized in that the pressed pipe section (12) of the current collector (1) is pressed by the effects of force in such a way that an interior space that is formed as a secondary electrolyte reservoir (24) is just large enough how a volume of the secondary electrolyte (22), which is necessary in the fully charged state of the cell for the complete wetting of the current collector (1), is kept available.
16. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des gepressten Rohrabschnitts (12) des Stromabnehmers (1 ) ein Metallrohr (11) angefügt ist, das mit radialen Finnen (18) besetzt ist, die in tangential äquidistante Schlitze des Metallrohres (11) eingefügt sind. 16. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 12, characterized in that below the pressed tube section (12) of the current collector (1) a metal tube (11) is attached which is occupied by radial fins (18) which are tangentially equidistant Slots of the metal tube (11) are inserted.
17. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des gepressten Rohrabschnitts (12) des Stromabnehmers (1 ) ein Metallrohr (11) mit radialen Finnen (18) angefügt ist, das aus einem äquidistant gefalteten Blech (19) und dessen axialsymmetrischer Biegung erzeugt ist. 17. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 12, characterized in that below the pressed pipe section (12) of the current collector (1) a metal pipe (11) with radial fins (18) is attached, which consists of an equidistantly folded sheet metal (19 ) and its axially symmetrical bend is generated.
18. Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Natrium-Metallhalogenid-Zelle mit den Schritten: 18. A method of manufacturing a sodium metal halide electrochemical cell comprising the steps:
- Bereitstellen eines Gehäuses (5) zur Bildung eines Anodenraumes (41 ), eines äquidistant zum Gehäuse (5) einsetzbaren Separators (3) als elektrisch isolierender, nur für Natrium ionen durchlässiger, fester Primärelektrolyt zur Trennung des Anodenraumes (41) von einem Kathodenraum (21), einer Kathode (2) aus einem porösen Gemisch von Metallpulver- und Metallhalogenid-Granulaten und eines Sekundärelektrolyts (22) zum Durchtränken des porösen Gemisches der Kathode (2), - Provision of a housing (5) to form an anode space (41), a separator (3) that can be used equidistantly to the housing (5) as an electrically insulating solid primary electrolyte that is only permeable to sodium ions for separating the anode space (41) from a cathode space ( 21), a cathode (2) made of a porous mixture of metal powder and metal halide granules and a secondary electrolyte (22) for soaking the porous mixture of the cathode (2),
- Herstellen eines kathodenseitigen Stromabnehmers (1) aus einem Metallrohr (11 ), das durch radial auf eine zentrale Achse (51) wirkende Kräfte zu einem zusammen gepressten Rohrabschnitt (12) Stromabnehmers (1) geformt wird und bei dem am oberen Ende ein ungepresster Rohrabschnitt als Einfüllrohr (13) verbleibt, wobei mindestens an einem Übergang vom gepressten Rohrabschnitt (12) zum Einfüllrohr (13) mindestens ein Durchgangsloch (14) eingebracht wird, das als Austrittsöffnung des Einfüllrohres (13) zum Befüllen des Kathodenraum (21) vorgesehen ist, - Herstellen eines Zellenverschlusses (6) aus einem Kathodenverschlussteil (61) mit einer zentralen Öffnung zur Durchführung des Einfüllrohres (13) des Stromabnehmers (1) in der zentralen Öffnung des Kathodenverschlussteils (61) und stoffschlüssiges Verbinden des Kathodenverschlussteils (61) mit einem Isolatorfügering (63) und stoffschlüssiges Anfügen eines Anodenverschlussteils (64) an den Isolatorfügering (63), - Manufacture of a cathode-side current collector (1) from a metal tube (11) which is formed into a compressed pipe section (12) current collector (1) by forces acting radially on a central axis (51) and with an unpressed pipe section at the upper end remains as a filler pipe (13), at least one through-hole (14) being made at a transition from the pressed pipe section (12) to the filler pipe (13), which is provided as an outlet opening of the filler pipe (13) for filling the cathode space (21), - Production of a cell closure (6) from a cathode closure part (61) with a central opening for the implementation of the filler pipe (13) of the current collector (1) in the central opening of the cathode closure part (61) and material connection of the cathode closure part (61) with an insulator support ring ( 63) and materially joining an anode closure part (64) to the insulator joining ring (63),
- Positionieren des Stromabnehmers (1) kollinear mit der zentralen Achse (51) in dem Sepa rator (3) sowie dem äquidistant um den Separator (3) angeordneten Gehäuse (5) mittels des Zellenverschlusses (6) aus Isolatorfügering (63) und Anodenverschlussteil (64) durch einen Ein-Schritt-Fügeprozess sowie stoffschlüssiges Verbinden der Fügestellen, - Positioning of the current collector (1) collinear with the central axis (51) in the separator (3) as well as the housing (5) arranged equidistantly around the separator (3) by means of the cell closure (6) made of insulator joining ring (63) and anode closure part ( 64) through a one-step joining process as well as material connection of the joints,
- Einfüllen des porösen Gemisches von Metallpulver- und Metallhalogenidpulver-Granulaten der Kathode (2) durch das Einfüllrohr (13) des Stromabnehmers (1) und das mindestens eine Durchgangsloch (14) des Einfüllrohres (13) in den Kathodenraum (21) im Separator (3) nur außerhalb des Stromabnehmers (1) und anschließendes Eingießen des Sekundär elektrolyts (22) in flüssiger Form unter Sauerstoffausschluss und - Filling the porous mixture of metal powder and metal halide powder granules of the cathode (2) through the filler tube (13) of the current collector (1) and the at least one through hole (14) of the filler tube (13) into the cathode space (21) in the separator ( 3) only outside the current collector (1) and subsequent pouring of the secondary electrolyte (22) in liquid form with the exclusion of oxygen and
- endgültiges hermetisches Abdichten der elektrochemischen Zelle durch stoffschlüssiges Verschließen des Einfüllrohres (13). - Final hermetic sealing of the electrochemical cell by materially closing the filler pipe (13).
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei beim Herstellen des Zellenverschlusses (6) aus dem Kathodenverschlussteil (61) und dem stoffschlüssig verbundenen Kathodenverschlussteil (61) mit Isolatorfügering (63) und angefügtem Anodenverschlussteil (64) der Stromabnehmer (1) in der zentralen Öffnung des Kathodenverschlussteils (61) stoffschlüssig fixiert wird, bevor das Positionieren des Stromabnehmers (1 ) im Separator (3) sowie im angeordneten Gehäuse (5) kollinear mit der zentralen Achse (51) durch den Zellenverschluss (6) aus Isolatorfügering (63) und Anodenverschlussteil (64) durch den Ein-Schritt-Fügeprozess sowie stoffschlüssiges Verbinden der Fügestellen erfolgt. 19. The method according to claim 18, wherein during the manufacture of the cell closure (6) from the cathode closure part (61) and the cohesively connected cathode closure part (61) with insulator joining ring (63) and attached anode closure part (64) of the current collector (1) in the central opening of the Cathode closure part (61) is firmly fixed before the positioning of the current collector (1) in the separator (3) as well as in the arranged housing (5) collinear with the central axis (51) by the cell closure (6) made of insulator joining ring (63) and anode closure part ( 64) takes place through the one-step joining process as well as a material connection of the joints.
20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei beim Herstellen des Zellenverschlusses (6) aus dem Kathodenverschlussteil (61) und dem stoffschlüssig verbundenen Kathodenverschlussteil (61) mit Isolatorfügering (63) und angefügtem Anodenverschlussteil (64) der Stromabnehmer (1) in der zentralen Öffnung des Kathodenverschlussteils (61) positioniert wird und nach dem Positionieren des Stromabnehmers (1) kollinear in dem Separator (3) sowie in dem äquidistant um den Separator (3) und kollinear mit der zentralen Achse (51) angeordneten Gehäuse (5) durch den Ein-Schritt-Fügeprozess mittels des Zellenverschlusses (6) aus Isolatorfügering (63) und Anodenverschlussteil (64) durch stoffschlüssiges Verbinden der Fügestellen fixiert wird. 20. The method according to claim 18, wherein when producing the cell closure (6) from the cathode closure part (61) and the cohesively connected cathode closure part (61) with insulator joining ring (63) and attached anode closure part (64) of the current collector (1) in the central opening of the Cathode closure part (61) is positioned and after positioning the current collector (1) collinearly in the separator (3) and in the housing (5), which is equidistant around the separator (3) and collinearly with the central axis (51), through the Step-joining process is fixed by means of the cell closure (6) consisting of insulator joining ring (63) and anode closure part (64) by materially connecting the joints.
21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei beim Herstellen des Zellenverschlusses (6) aus dem Kathodenverschlussteil (61) und dem stoffschlüssig verbundenen Kathodenverschlussteil (61) mit Isolatorfügering (63) und angefügtem Anodenverschlussteil (64) der Stromabnehmer (1) in der zentralen Öffnung des Kathodenverschlussteils (61) stoffschlüssig fixiert wird, bevor das Positionieren des Stromabnehmers (1 ) im Separator (3) kollinear mit der zentralen Achse (51) durch den Zellenverschluss (6) aus Isolatorfügering (63) und Anodenverschlussteil (64) durch den Ein-Schritt-Fügeprozess und anschließend des äquidistant zum Separator (3) und kollinear zur zentralen Achse (51) angeordneten Gehäuses (5) erfolgt und die Fügestellen durch stoffschlüssiges Verbinden fixiert werden. 21. The method according to claim 18, wherein during the production of the cell closure (6) from the cathode closure part (61) and the materially connected cathode closure part (61) with insulator joining ring (63) and attached anode closure part (64) the current collector (1) is firmly fixed in the central opening of the cathode closure part (61) before the current collector (1) is positioned in the separator (3) collinear with the central axis (51) through the cell closure (6) made of insulator joining ring (63) and anode closure part (64) by the one-step joining process and then the housing (5) arranged equidistant to the separator (3) and collinear to the central axis (51) and the joints are fixed by a material bond.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , wobei Elemente zur Oberflächen vergrößerung des Stromabnehmers (1) in den gepressten Rohrabschnitt (12) in Form von Durchgangslöchern (14) äquidistant eingebracht werden. 22. The method according to any one of claims 18 to 21, wherein elements for increasing the surface area of the current collector (1) are introduced equidistantly into the pressed pipe section (12) in the form of through holes (14).
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei in die Durchgangslöcher (14) im gepressten Rohrabschnitt (12) Metallbüschel (15) aus Metallstreifen oder -draht eingefügt werden.23. The method according to claim 22, wherein metal tufts (15) made of metal strips or wire are inserted into the through holes (14) in the pressed pipe section (12).
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei der gepresste Rohrabschnitt (12) des Stromabnehmers (1) durch kollineare radiale Krafteinwirkung flach ausgeformt wird. 24. The method according to any one of claims 18 to 23, wherein the pressed pipe section (12) of the current collector (1) is formed flat by collinear radial force.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei der gepresste Rohrabschnitt (12) des Stromabnehmers (1) durch mehrere um die zentrale Achse (51) gleichverteilte radiale Krafteinwirkungen sternförmig ausgeformt wird. 25. The method according to any one of claims 18 to 23, wherein the pressed pipe section (12) of the current collector (1) is formed in a star shape by a plurality of radial forces uniformly distributed around the central axis (51).
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , wobei zur Oberflächenvergrößerung des Stromabnehmers (1) unterhalb des gepressten Rohrabschnitts (12) an ein Metallrohr (11) radiale Finnen (18) angebracht werden, die in tangential äquidistante Schlitze eingeschoben werden. 26. The method according to any one of claims 18 to 21, wherein to increase the surface area of the current collector (1) below the pressed pipe section (12) on a metal pipe (11) radial fins (18) are attached, which are inserted into tangentially equidistant slots.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , wobei zur Oberflächenvergrößerung des Stromabnehmers (1) unterhalb des gepressten Rohrabschnitts (12) an ein Metallrohr (11) radiale Finnen (18) durch ein gefaltetes Blech (19) erzeugt werden. 27. The method according to any one of claims 18 to 21, wherein to increase the surface area of the current collector (1) below the pressed pipe section (12) on a metal pipe (11) radial fins (18) are produced by a folded sheet metal (19).
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, wobei das Verschließen des Einfüllrohres (13) durch Verschweißen oder Verlöten des oberen Rohrendes mit einer Blechronde (62) erfolgt. 28. The method according to any one of claims 18 to 27, wherein the closing of the filler pipe (13) is carried out by welding or soldering the upper end of the pipe to a sheet metal blank (62).
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, wobei das Verschließen des Einfüllrohres (13) durch Quetschen des oberen Rohrendes und abschließendes Verschweißen oder Verlöten des gequetschten oberen Rohrendes erfolgt. 29. The method according to any one of claims 18 to 27, wherein the closing of the filler pipe (13) takes place by squeezing the upper end of the tube and then welding or soldering the squeezed upper end of the tube.
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