ES3054917T3

ES3054917T3 - Electrochemical energy store

Info

Publication number: ES3054917T3
Application number: ES19719269T
Authority: ES
Inventors: Peter Heidebrecht; Wolfgang Jabczynski; Peter Steigner; Dirk Merkel; Domnik Bayer; Unda Jesus Enrique Zerpa
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2026-02-09
Anticipated expiration: 2039-04-23
Also published as: WO2019206864A1; BR112020018806A2; EP3785310A1; KR20210005130A; CA3097614A1; US20210151819A1; JP7516257B2; EP3785310C0; CN112136226A; EP3785310B1; MY210171A; AU2019260135B2; JP2021522658A; US12095065B2; AU2019260135A1; TWI866907B; KR102784146B1; TW201946314A

Abstract

La invención se refiere a un acumulador de energía electroquímica que comprende al menos una celda electroquímica (5) y una estructura de soporte (3), estando dicha celda electroquímica (5) suspendida en la estructura de soporte (3). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCION

[0002] Almacenamiento de energía electroquímica

[0003] La invención se refiere a un almacenamiento de energía electroquímica con por lo menos una celda electroquímica.

[0004] Los almacenamientos de energía electroquímica son denominados en general también como baterías o acumuladores. En particular, las baterías o acumuladores recargables son usados para poder almacenar y usar la energía eléctrica. Para el almacenamiento de grandes cantidades de energía eléctrica se requieren de manera correspondiente baterías recargables conductoras. Para ello, es posible por ejemplo usar baterías a base de sodio fundido y azufre. Para alcanzar una capacidad correspondiente, en este caso se utilizan en el almacenamiento de energía electroquímica usualmente varias celdas electroquímicas, que están conectadas una a otra eléctricamente. Tales celdas electroquímicas, que trabajan sobre la base de un metal alcalino fundido como ánodo y un participante catódico de la reacción, en general azufre, son descritas por ejemplo en el documento WO-A 2017/102697. En este caso, el metal alcalino fundido y el participante de reacción catódica están separados por un electrolito sólido permeable a los cationes. En el cátodo ocurre una reacción del metal alcalino con el participante de reacción catódica. Esta es, por ejemplo, en el caso del uso de sodio como metal alcalino y azufre como participante de reacción catódica, la reacción de sodio y azufre hasta dar polisulfuro de sodio. Para cargar el almacenamiento de energía electroquímica, el polisulfuro de sodio es separado de nuevo en sodio y azufre en el electrodo, mediante aplicación de energía eléctrica.

[0005] Usualmente, las celdas electroquímicas individuales son apiladas en los denominados paquetes de batería o, alternativamente, son colocadas de modo mutuamente paralelo en una carcasa. Sin embargo, este arreglo tiene como desventaja que sólo difícilmente es posible un atemperado uniforme de las celdas individuales. En particular un flujo transversal con un medio de atemperación conduce para ello a que con un aumento de la ruta de flujo del medio de atemperación, por la absorción de calor del medio de atemperación de las celdas individuales, ocurra un aumento de la temperatura y con ello un mal enfriamiento de las celdas electroquímicas. Sin embargo, esto es una desventaja para la operación del almacenamiento de energía electroquímica. En particular, existe el riesgo de que ante un aumento muy fuerte de la temperatura ocurran daños en las celdas electroquímicas individuales. Cuando esto conduce a un daño del electrolito sólido, esto puede tener como consecuencia una reacción no controlada, que puede conducir a un incendio del almacenamiento de energía electroquímica, que es controlado sólo difícilmente.

[0006] Por ejemplo en los documentos JP-A 2000-297989 o US-B 7,955,725 se describen correspondientes almacenamientos de energía con baterías de sodio-azufre. En el documento DE 3247969 A1 se divulga un módulo de batería enfriado. El documento GB 197183 A divulga una batería, que comprende celdas de batería fijas a un soporte, en una carcasa enfriada.

[0007] Es objetivo de la presente invención suministrar un almacenamiento de energía electroquímica con celdas electroquímicas, en el cual sea posible una atemperación uniforme.

[0008] Este objetivo es logrado mediante un almacenamiento de energía electroquímica, que comprende por lo menos una celda electroquímica así como una estructura de soporte, en donde la por lo menos una celda electroquímica está alojada colgando de la estructura de soporte y la estructura de soporte con la por lo menos una celda electroquímica alojada colgando allí está encerrada por una carcasa, en donde la carcasa exhibe una alimentación y una descarga (39) para un medio de atemperación, que están dispuestas de modo que el medio de atemperación fluye desde arriba hacia abajo a lo largo de las celdas electroquímicas, y la alimentación para el medio de atemperación está dispuesta por encima del dispositivo de retención, en donde la estructura de soporte comprende por lo menos un marco con un dispositivo de retención, en el cual están colgadas las celdas electroquímicas y el dispositivo de retención es una placa en la cual se forman huecos, en los cuales están colgadas las celdas electroquímicas, en donde los huecos están configurados además de modo que un medio de atemperación fluye uniformemente a través de los huecos en la zona en la cual están colgadas las celdas electroquímicas.

[0009] A diferencia de las celdas electroquímicas erectas o yacentes, es posible hacer fluir uniformemente un medio de atemperación alrededor de las celdas electroquímicas colgantes, de modo que éstas sean atemperadas uniformemente. En particular puede realizarse de manera simple un flujo del medio de atemperación en forma paralela a las celdas, en lo cual el medio de atemperación fluye de arriba hacia abajo. Otra ventaja es que en un caso de posible de daño de una celda electroquímica individual, los reactivos usados y el producto de reacción fluyen hacia abajo sobre el fondo por debajo de las celdas, lo cual en particular en el caso de componentes altamente reactivos puede ofrecer un aspecto adicional de seguridad, puesto que el calor que se forma durante la reacción no es transferido directamente a las celdas vecinas. Además, el material que escapa en un caso tal de daño de una celda electroquímica, puede ser retirado con facilidad. Otra ventaja mayor es que la estructura de soporte usada, en particular las partes portadoras de la estructura de soporte, no entran en contacto con los reactivos usados en las celdas electroquímicas, si ocurre un daño de las celdas individuales y escapan los reactivos usados. Mediante ello, por un lado se eleva la seguridad de la construcción, puesto que en el caso del daño de las celdas electroquímicas individuales, en suma tal estructura no es deteriorada. Por otro lado, también es posible en lugar de acero inoxidable, que es estable frente a la corrosión por los reactivos usados, para la estructura de soporte usar materiales de construcción más simple, en particular acero negro.

[0011] Para hacer posible un flujo simultáneo de un medio de atemperación alrededor de las celdas electroquímicas, la estructura de soporte con las celdas electroquímicas alojadas colgando allí, está encerrada por una carcasa. Al respecto, las paredes de la carcasa podrían estar manufacturadas de cualquier material. Dependiendo del tamaño de las celdas electroquímicas y del número de celdas electroquímicas, es posible por ejemplo fabricar la carcasa con un metal, en particular acero, o también alternativamente, en el caso de un almacenamiento grande de energía electroquímica, suministrar como carcasa un edificio con mampostería. Para diseñar un almacenamiento de energía electroquímica grande, de modo que pueda ser transportado, alternativamente también es posible usar una carcasa similar a un contenedor estándar, por ejemplo usar un contenedor de 20 pies o un contenedor de 40 pies. Estos pueden ser movidos entonces con los medios de transporte usuales, con los cuales se transportan tales contenedores estándar. Otra ventaja del uso de tal contenedor estándar es que para suministrar una capacidad de almacenamiento mayor o una mayor capacidad almacenamiento de energía electroquímica que va a ponerse a disposición, pueden conectarse varios de tales contenedores hasta dar un almacenamiento de energía mayor. Debido a las elevadas temperaturas a las cuales son operadas las celdas de metal alcalino-azufre, en particular celdas de sodio-azufre, es además ventajoso aislar térmicamente la carcasa. Al respecto, el aislamiento térmico puede ser aplicado tanto sobre el lado interior de la carcasa como también sobre el lado exterior de la carcasa. También es ventajoso suministrar una pared doble para la carcasa y aplicar el aislamiento entre las paredes.

[0013] Para hacer posible un ensamble simple del almacenamiento de energía electroquímicas, la estructura de soporte comprende por lo menos un marco con un dispositivo de retención, en el cual están colgadas las celdas electroquímicas. El uso de un marco con un dispositivo de retención adicional, en el cual se cuelgan las celdas electroquímicas, hace posible realizar un ensamble previo por fuera de la carcasa. En este caso, en primera instancia se introducen las celdas electroquímicas en el dispositivo de retención y se conecta éste con el marco. Alternativamente, también es posible aplicar primero el dispositivo de retención en el marco y a continuación ajustar el dispositivo de retención a las celdas electroquímicas. En una etapa siguiente se introduce el marco con el dispositivo de retención con las celdas electroquímicas allí alojadas, en un marco base que así mismo es parte de la estructura de soporte.

[0015] Para un ensamble simple, el marco base exhibe al respecto preferiblemente rieles sobre los cuales se desliza el por lo menos un marco. Mediante el uso de rieles se facilita adicionalmente el ensamble del almacenamiento de energía electroquímica.

[0017] Como rieles en el marco base de la estructura de soporte pueden usarse por ejemplo perfiles en U o perfiles en L convencionales. En este caso debe cuidarse simplemente que los rieles corran de modo paralelo uno respecto a otro, con lo cual durante el deslizamiento sobre los rieles, los marcos no se atascan debido a posibles variaciones en la separación, o caen entre los rieles.

[0019] El número previsto de celdas electroquímicas por cada marco depende del tamaño de las celdas electroquímicas usadas. En particular preferiblemente, las celdas electroquímicas que se usan en el almacenamiento de energía electroquímica, son celdas de sodio-azufre. Tales celdas de sodio-azufre son usualmente cilíndricas y tienen un diámetro en el intervalo de 6 a 20 cm y una longitud en el intervalo de 50 a 200 cm. Las correspondientes celdas de sodio-azufre son conocidas por los expertos y son descritas por ejemplo en el documento WO-A 2017/102697.

[0021] El dispositivo de retención en el cual están colgadas las celdas electroquímicas es una placa, en la cual se forman huecos, en los cuales se cuelgan las celdas electroquímicas. El uso de una placa como dispositivo de retención con huecos, en el cual cuelgan las celdas electroquímicas permite un flujo uniforme del medio de atemperación a través de la carcasa en la cual se aloja la estructura de soporte. El medio de atemperación es alimentado para ello por encima de la placa, en donde un espacio en la carcasa por encima de la placa actúa como distribuidor. A través de los huecos en la placa, fluye uniformemente entonces el medio de atemperación en la zona en la cual están colgadas las celdas electroquímicas. El medio de atemperación fluye con ello uniformemente desde arriba hacia abajo sobre la totalidad de la superficie de sección transversal del almacenamiento de energía electroquímicas, de modo paralelo a las celdas electroquímicas que cuelgan. Para obtener un flujo uniforme sobre toda la longitud de las celdas desde arriba hacia abajo, es además posible suministrar por debajo de las celdas otra placa con aberturas, por debajo de la cual se recolecta el medio de atemperación y continuación es retirado de la carcasa. En el caso de un empaquetamiento suficientemente denso de las celdas electroquímicas, en el cual las celdas electroquímicas casi se tocan, también es posible usar como recolector el espacio por debajo de las celdas, puesto que el medio de atemperación fluye esencialmente entre las celdas de arriba hacia abajo, a través de los canales formados debido a la forma cilíndrica de las celdas.

[0022] Para colgar de manera estable las celdas electroquímicas en el dispositivo de retención, y en particular para impedir que éstas se muevan en el caso de un movimiento del dispositivo de retención, por ejemplo ante el deslizamiento dentro del marco base o también ante un movimiento de la carcasa, y que exista el peligro de que por ello las celdas electroquímicas caigan de la retención, los dispositivos de retención están configurados de modo que se impide una caída de las celdas. Esto puede ser alcanzado por ejemplo porque cada dispositivo de retención preferiblemente incluye en cada caso una abertura y una rendija contigua a la abertura, así como una agarradera que forma un ángulo con la superficie de la placa, en el intervalo de por lo menos 45°, preferiblemente en el intervalo de 90 a 180°, en donde la agarradera está dispuesta sobre el lado de la abertura que apunta a la rendija. En este caso, se conduce un soporte en la celda electroquímica para el ensamble a través de la abertura mediante la agarradera y en el estado ensamblado sobresale por detrás de la agarradera a través de la rendija hacia abajo. La agarradera impide entonces que la suspensión de la celda electroquímica pueda deslizarse. Para un ensamble en un dispositivo de retención correspondiente, la suspensión de la celda electroquímica exhibe al respecto una agarradera curvada en por lo menos 90° en su esquina que se aparta de la celda electroquímica. La suspensión es conducida entonces a través de la rendija y la agarradera descansa sobre la placa usada como dispositivo de retención. Para ello, la agarradera es curvada en particular preferiblemente en 90°.

[0024] Para producir en la placa los huecos con una abertura y una rendija contigua a la abertura así como una agarradera, que forma un ángulo con la superficie de la placa, se prefiere incorporar una rendija en forma de U en la placa en las respectivas posiciones en las cuales deberían colgar las celdas electroquímicas, en donde una pata de la rendija en forma de U tiene el doble de longitud que la otra. La agarradera así generada entre las dos patas de la rendija en forma de U es curvada hacia arriba en un borde de flexión, que se extiende paralelo a la base de la rendija en forma de U. Alternativamente, evidentemente también es posible cortar la totalidad de la abertura y a continuación soldar una agarradera. Sin embargo, se prefiere formar una rendija en forma de U y curvar hacia arriba la agarradera.

[0026] Para hacer posible un montaje previo por fuera de la carcasa, es necesario configurar el marco y el dispositivo de retención con un tamaño que todavía pueda ser manipulable. Preferiblemente, las celdas individuales electroquímicas son colgadas en series paralelas en el dispositivo de retención. En el caso de celdas de sodioazufre como celdas electroquímicas, cada marco es ensamblado preferiblemente con 6 a 60 celdas. Éstas son colgadas preferiblemente en 1 a 5 series, en particular en 1 a 2 series, en donde en cada serie se cuelgan de 5 a 20 celdas electroquímicas y en particular 8 a 12 celdas electroquímicas. La ventaja de sólo 1 o 2 series por cada marco es que después del retiro de un marco, cada celda es accesible directamente. El número de las celdas electroquímicas por cada serie permite todavía una buena capacidad de manipulación del marco individual. Mediante el número de las celdas en cada serie en el intervalo de 5 a 20 y preferiblemente de 8 a 12, se impide además un hundimiento del dispositivo de retención.

[0028] Cuando como dispositivo de retención se usa una placa con aberturas, se elige el espesor de la placa de modo que de manera correspondiente al número de electrodos colgados en la placa, es posible una retención estable, es decir una retención de las celdas sin que la placa se hunda. En el caso del uso de celdas de sodio-azufre y 1 a 5 series por cada celda con en cada caso 5 a 20 celdas electroquímicas, el espesor de la placa usada como dispositivo de retención está preferiblemente en el intervalo de 2 a 10 mm.

[0030] Alternativamente a las placas con aberturas como dispositivo de retención, también es posible utilizar soportes en los cuales se cuelgan las celdas individuales electroquímicas. Como soportes son adecuados para ello por ejemplo soportes en U doble, soportes en T, soportes en L o también perfiles huecos con cualquier forma de sección transversal. Para impedir que las celdas electroquímicas puedan deslizarse sobre los soportes o deslizarse desde éstos, las suspensiones de las celdas electroquímicas exhiben en cada caso un gancho que se ajusta preferiblemente a la geometría el soporte. Adicionalmente, es ventajoso dotar a los soportes con topes, que en cada caso están dispuestos en ambos lados de la suspensión de la celda electroquímica, de modo que debido a los topes se bloquea un deslizamiento lateral de las celdas electroquímicas. Al respecto, los topes pueden estar unidos al soporte con unión positiva, por ejemplo mediante soldadura por fusión, soldadura con estaño o adhesión, o también por fricción, por ejemplo mediante atornillamiento.

[0032] Sin embargo, se prefiere usar como dispositivo de retención, una placa con aberturas.

[0034] Para impedir que se golpeen unas a otras las celdas individuales electroquímicas durante el ensamble o durante un transporte del almacenamiento de energía electroquímica, las celdas electroquímicas exhiben preferiblemente en cada caso un espaciador en su extremo inferior. Como espaciadores pueden usarse por ejemplo anillos, que rodean las celdas electroquímicas en su extremo inferior. Al respecto, los anillos son manufacturados preferiblemente con un material no conductor de la electricidad, resistente a la temperatura, por ejemplo un material de fibra mineral. Alternativamente, también es posible suministrar como espaciador una placa con huecos, a través de la cual se guían las celdas electroquímicas. Con una placa tal, se fijarían las celdas individuales electroquímicas en su posición y ya no podrían moverse. Para hacer posible un intercambio simple de celdas electroquímicas individuales, sin embargo se prefiere dotar cada celda con un espaciador separado.

[0035] Alternativamente a un anillo de un material no conductor de la electricidad, resistente a la temperatura, que rodea la celda electroquímica, también sería posible suministrar agarraderas como espaciadores, que se fijen directamente a la celda electroquímica y cubrir cada agarradera preferiblemente con un material aislante, para impedir que puedan dañarse celdas vecinas por el espaciador.

[0037] Para poder atemperar las celdas electroquímicas, es decir, calentar o enfriar de acuerdo con la necesidad, la carcasa exhibe una alimentación y una descarga para el medio de atemperación. La alimentación para el medio de atemperación se encuentra al respecto por encima de las celdas electroquímicas y la descarga se encuentra por debajo de las celdas electroquímicas. Las placas usadas para la suspensión de las celdas electroquímicas actúan como distribuidores para el medio de atemperación, de modo que el medio de atemperación fluye uniformemente alrededor de todas las celdas electroquímicas dentro de la carcasa. la alimentación para el medio de atemperación se encuentra al respecto por encima de las placas. Para impedir que, después de pasar a través de las placas que sirven como distribuidor, el medio de atemperación fluya directamente hacia la descarga del medio de atemperación, sino que el medio de atemperación atraviese la carcasa de modo paralelo a las celdas electroquímicas hacia abajo, es posible introducir por ejemplo por debajo de las celdas electroquímicas una placa con huecos y colocar la descarga debajo de esta placa. Alternativamente, también es posible configurar el espaciador de las celdas electroquímicas, de manera que estas dejen libres aberturas individuales entre las celdas electroquímicas, de manera que por debajo del espaciador se forma un recolector, a través del cual puede retirarse entonces el medio de atemperación.

[0039] Para alcanzar una distribución homogénea del flujo de gas a través de las celdas electroquímicas, preferiblemente las aberturas son elegidas lo suficientemente pequeñas para generar una pérdida de presión que está significativamente por encima de las diferencias de presión en el espacio del distribuidor por encima de la placa con aberturas. Alternativamente, para un flujo de gas uniforme también es posible suministrar sobre la longitud del módulo diferentes tamaños para las aberturas. Sin embargo, se prefiere elegir las aberturas tan pequeñas de modo que se genere una pérdida de presión que está significativamente por encima de las diferencias de presión en el espacio del distribuidor.

[0041] Cuando no es posible generar un flujo de gas uniforme a través del dispositivo de retención para las celdas electroquímicas, por ejemplo, cuando en lugar de una placa con aberturas se usan soportes o cuando las aberturas tienen que ser realizadas tan grandes de modo que la pérdida de presión sobre las aberturas es muy pequeña para generar un flujo uniforme, también es posible suministrar adicionalmente un distribuidor de gas por encima del dispositivo de retención para las celdas electroquímicas. Para ello puede usarse por ejemplo una placa con aberturas o también una placa con válvulas. Como distribuidor de gas se prefiere una placa con aberturas, a través de las cuales se genera un flujo de gas uniforme sobre las celdas electroquímicas. En el caso del uso de un distribuidor de gas adicional, alternativamente también es posible suministrar éste por debajo de las celdas electroquímicas y dirigir el flujo de gas desde abajo hacia arriba. Sin embargo, se prefieren un distribuidor de gas por encima de las celdas electroquímicas y un flujo de gas desde arriba hacia abajo.

[0042] Cuando como celdas electroquímicas se usan celdas de sodio-azufre, en primera instancia para la implementación es necesario un calentamiento. En este caso, es necesario elevar la temperatura de las celdas electroquímicas individuales a una temperatura que está por encima de las temperaturas de fusión de los reactivos. Una vez los reactivos están fundidos y puede llevarse a operación la celda electroquímica, durante la carga o descarga se libera calor en las celdas, de modo que por regla general es necesario un enfriamiento de las celdas electroquímicas.

[0044] Como medio de atemperación para las celdas electroquímicas se usa preferiblemente un gas. En particular se prefieren gases que son inertes frente a los reactivos usados, es decir metales alcalinos en particular sodio, azufre y el polisulfuro de metal alcalino que se forma. Son gases adecuados en particular nitrógeno, dióxido de carbono o gases nobles.

[0046] Para calentar el gas a la temperatura que se requiere para poner en operación el almacenamiento de energía electroquímica o disipar el calor liberado dentro de las celdas electroquímicas durante la operación, se incluye por fuera de la carcasa un canal con el cual están conectadas la alimentación y la descarga para el medio de atemperación, en donde en el canal se alojan un intercambiador de calor y un transportador para el medio de atemperación. Cuando se usan gases como medio de atemperación, entonces como transportador se usa un ventilador. Al respecto, éste tiene que estar configurado de modo que resista las temperaturas en la operación del almacenamiento de energía electroquímica. Como intercambiador de calor puede usarse cualquier intercambiador de calor conocido por los expertos, con el cual pueden calentarse gases o alternativamente pueden ser enfriados. Son intercambiadores de calor adecuados por ejemplo intercambiadores de calor por placas o intercambiadores de calor de haz de tubos. Para elevar la superficie de intercambio de calor, los tubos individuales o placas del intercambiador de calor pueden ser dotados con cuadernas adicionales. Para el calentamiento del gas puede usarse, aparte de un intercambiador de calor, también otro dispositivo de calentamiento, por ejemplo un agregado de calentamiento eléctrico.

[0047] Como medio de intercambio de calor, con el cual puede enfriarse o calentarse el medio de atemperación usado para la atemperación de las celdas, puede utilizarse cualquier medio de atemperación estable a las temperaturas correspondientes. En este caso son adecuados en particular aceites sintéticos de transferencia de calor o gases.

[0048] En las figuras se representan formas de realización de la invención y a continuación son ilustradas en la descripción.

[0049] Muestran:

[0050] La Figura 1 un almacenamiento de energía electroquímica que comprende una multiplicidad de celdas electroquímicas,

[0051] La Figura 2 un corte de una estructura de soporte para las celdas electroquímicas,

[0052] La Figura 3 una abertura de un dispositivo de retención para alojar una celda electroquímica,

[0053] La Figura 4 la abertura representada en la Figura 3 con una agarradera allí alojada, para fijar las celdas electroquímicas,

[0054] La Figura 5 un almacenamiento de energía electroquímica con circuito de atemperación representado esquemáticamente.

[0055] La Figura 1 muestra un almacenamiento de energía electroquímica con una multiplicidad de celdas electroquímicas, en una representación tridimensional.

[0056] Un almacenamiento 1 de energía electroquímica comprende una estructura 3 de soporte con celdas 5 electroquímicas fijas que cuelgan de la estructura 3 de soporte.

[0057] La estructura 3 de soporte comprende un marco 7 base con soportes 9. Los soportes 9 están conectados con soportes 11 transversales. Adicionalmente, la estructura 3 de soporte de la forma de realización representada aquí comprende una placa 13 de fondo. Alternativamente a la placa 13 de fondo, sin embargo es posible también suministrar por ejemplo puntales transversales.

[0058] Para la mejor claridad, en la Figura 1 se representa en corte el puntal frontal derecho. Para un marco 7 base estáticamente estable, todos los soportes 9 están realizados preferiblemente iguales en las esquinas del marco 7 base. Los soportes 9 individuales pueden ser realizados por ejemplo, como se representa aquí, como tubos cuadrados. Alternativamente, también es posible manufacturar soportes 9 macizos o realizarlos en forma de L, T o perfiles en T doble. También es posible usar perfiles huecos con cualquier otra sección transversal, por ejemplo una sección transversal redonda. Sin embargo, se prefiere realizar los soportes 9, perfiles huecos cuadrados.

[0059] Los soportes 11 transversales pueden así mismo exhibir las mismas formas de los soportes 9, por ejemplo perfiles huecos con cualquier sección transversal, como perfiles redondos o perfiles cuadrados, en donde también se prefieren aquí perfiles huecos cuadrados. Aparte de los perfiles huecos mencionados, aquí también es posible usar perfiles en L, T, U o en T doble para los soportes 11 transversales.

[0060] Para alojar las celdas electroquímicas, en el marco 7 base se suministran adicionalmente rieles 15. Sobre los rieles 15 se insertan dispositivos 17 de retención para las celdas 5 electroquímicas. Los rieles 15 son al respecto preferiblemente perfiles en L o perfiles en U.

[0061] En la forma de realización representada aquí, los rieles son aplicados a lo largo de los lados largos del marco 7 base. Esto tiene como ventaja que el dispositivo 17 de retención puede ser mantenido más corto que cuando éste se inserta transversalmente sobre el lado largo del marco 7 base, de modo que aquí se reduce o se impide ventajosamente la caída del dispositivo 17 de retención.

[0062] Cuando es necesario insertar el dispositivo 17 de retención sobre el lado largo del marco 7 base, se prefiere dividir el lado largo con soportes 9 adicionales, de modo que se insertan varios dispositivos 17 de retención uno al lado del otro en el marco 7 base. Dependiendo de la longitud del marco 7 base, es posible así por ejemplo insertar dos, tres o más dispositivos 17 de retención uno al lado del otro en el marco base.

[0063] En la Figura 2 se representa un corte de una estructura de soporte para las celdas electroquímicas.

[0064] Aparte del dispositivo 17 de retención, la estructura de soporte comprende adicionalmente preferiblemente un marco 19, sobre el cual descansa el dispositivo 17 de retención. El dispositivo 17 de retención es, como se representa aquí, una placa con huecos 21.

[0065] Para hacer posible una colocación simple del dispositivo 17 de retención realizado como placa en el marco 19, preferiblemente el marco está construido, como se representa aquí, con perfiles en L.

[0066] Las celdas 5 electroquímicas exhiben en la forma de realización representada aquí, en cada caso 2 suspensiones 23. Las suspensiones 23 son guiadas a través de los huecos 21 y descansan con una agarradera 25 sobre el dispositivo 17 de retención realizado como placa. Mediante el uso de dos suspensiones 23 se logra colgar de manera más estable las celdas 5 individuales electroquímicas, de modo que mediante ello éstas pueden oscilar menos que si se suministra sólo una suspensión 23. Evidentemente, también es posible alternativamente suministrar sólo una suspensión 23 o también más de dos suspensiones 23.

[0067] Para el ensamble del almacenamiento 1 de energía electroquímica, se inserta entonces el marco 19 ensamblado con el dispositivo 17 de retención realizado como placa y las celdas 5 electroquímicas, sobre los rieles 15 del marco 7 base.

[0068] En la Figura 3 se representa en detalle una posible realización para un hueco 21, en el cual se aloja una suspensión 23.

[0069] El hueco 21 formado en el dispositivo 17 de retención realizado como placa exhibe una abertura 27 y una rendija 29 contigua a la abertura 27. Adicionalmente, en el extremo de la abertura 27 asignada a la rendija 29 está dispuesta una agarradera 31, en donde la agarradera 31 forma preferiblemente un ángulo respecto a la superficie del dispositivo 17 de retención realizado como placa, en el intervalo de 45 a 180° y en particular preferiblemente de 90°. En el caso de la celda electroquímica suspendida, la agarradera 31 actúa como tope, con el cual se impide que la celda electroquímica pueda deslizarse desde el dispositivo de retención.

[0070] La Figura 4 muestra el hueco 21 representado en la Figura 3 con una suspensión 23 allí alojada. La suspensión 23 exhibe la agarradera 25, que está curvada esencialmente en 90° y descansa sobre el dispositivo 17 de retención realizado como placa. Mediante el contacto de la agarradera 25 de la suspensión 23 con la agarradera 31 curvada hacia arriba, se impide que la suspensión 23 pueda deslizarse en dirección de la abertura 27 y pueda caer a través de la abertura 27. Mediante ello se guía la suspensión 23 a través de la rendija 29. Aparte de la realización aquí representada, en la cual la suspensión 23 está configurada como tira con sección transversal rectangular, también es posible cualquier otra forma de sección transversal para la suspensión 23. De este modo, ésta puede estar configurada por ejemplo también como alambre con sección transversal redonda o también de varios alambres dispuestos uno junto a otro, que están unidos también con otros alambres que se extienden transversalmente. También es posible cualquier otra configuración para la suspensión 23. Sin embargo, debido a la manufactura simple se prefiere una configuración como tiras, como se representa aquí.

[0071] Para la preparación del hueco 21 es posible cortar este completamente y a continuación aplicar la agarradera 31 en el extremo de la abertura 27 que apunta a la rendija 29, en donde en este caso la agarradera 31 puede ser por ejemplo soldada por fusión, soldada con estaño, adherida, o también atornillada o remachada. Sin embargo, se prefiere realizar una rendija en forma de U en el dispositivo 17 de retención realizado como placa, en donde la una pata de la rendija en forma de U tiene por lo menos el doble de longitud de la otra pata. En un borde de flexión que se extiende de modo paralelo a la base de la rendija en forma de U en el extremo de la pata más corta, se curva entonces hacia arriba la agarradera 31. De este modo se evita que en cada hueco 21 tenga que aplicarse una agarradera 31 propia.

[0072] Si los huecos 27 individuales debieran ser troquelados del dispositivo 17 de retención realizado como placa, sin embargo también es posible suministrar, en lugar de la agarradera 31 aquí representada, otro tope cualquiera, con el cual se impida que la suspensión 23 se desdice desde la rendija 29 en la abertura 27 y así pueda deslizarse del dispositivo de retención. Cuando se aplica un tope tal diferente de una agarradera 31, entonces como ya se describió anteriormente, éste puede ser unido por ejemplo mediante soldadura por fusión, adhesión, soldadura con estaño, tornillos o remaches con el dispositivo 17 de retención realizado como placa. Puesto que, independientemente del tipo de celdas electroquímicas, usualmente durante la carga y descarga se libera calor, es necesaria una atemperación para impedir un sobrecalentamiento de las celdas individuales electroquímicas. Adicionalmente, durante el uso de celdas de metal alcalino-azufre, antes de la implementación es necesario llevar el almacenamiento de energía electroquímica a la temperatura de operación, es decir a una temperatura que está por encima de las temperaturas de fusión del sodio y el azufre. Para ello es necesaria una atemperación del almacenamiento de energía electroquímica.

[0073] Una atemperación tal ocurre usualmente mediante un circuito de atemperación, como se representa esquemáticamente en la Figura 5.

[0074] Para poder atemperar las celdas electroquímicas del almacenamiento de energía electroquímica, el almacenamiento de energía electroquímica exhibe una carcasa 35. La carcasa 35 abarca al respecto el marco 7 base con las celdas 5 electroquímicas allí colgadas. Para elevar la eficiencia energética del almacenamiento de energía, se prefiere realizar la carcasa 35 con aislamiento térmico. Al respecto, el aislamiento térmico puede ser incorporado en el lado interior de las paredes individuales de la carcasa o en el lado exterior. Alternativamente, también es posible fabricar la carcasa 35 de un material que aísla térmicamente. La carcasa 35 puede ser fabricada por ejemplo a partir de chapas, en particular chapas de acero, que están aisladas térmicamente en el lado interior o en el lado exterior. Al respecto, para el aislamiento térmico puede usarse cualquier material aislante conocido por los expertos. Alternativamente, también es posible fabricar la carcasa de un material mineral, por ejemplo como mampostería. Sin embargo, es una ventaja de la carcasa 35 de chapas de acero, que en este caso puede suministrarse un almacenamiento de energía eléctrica transportable, mientras un almacenamiento de energía electroquímica en un lugar fijo puede también ser encerrado con una carcasa 35 con mampostería.

[0076] La carcasa 35 exhibe una alimentación 37 y una descarga 39 para un medio de atemperación. Para obtener una atemperación uniforme de las celdas individuales electroquímicas, alrededor de estas se hace fluir medio de atemperación desde arriba hacia abajo. Para obtener un flujo uniforme del medio de atemperación alrededor de todas las celdas electroquímicas, la alimentación 37 se encuentra por encima del dispositivo 17 de retención. El dispositivo de retención actúa simultáneamente como distribuidor para el medio de atemperación. El espacio por encima del dispositivo de retención sirve como distribuidor y el medio de atemperación fluye a través de los huecos 21 a las celdas 5 electroquímicas. Por debajo de las celdas 5 electroquímicas se encuentra entonces la descarga 39. Para impedir un flujo transversal, es además ventajoso si bajo las celdas 5 electroquímicas se suministra una placa con huecos, bajo la cual se colecta el medio de atemperación. Alternativamente, también es posible un ensamble suficientemente denso con celdas 5 electroquímicas, de modo que celdas 5 electroquímicas vecinas casi se tocan y forman canales entre las celdas electroquímicas, a través de los cuales fluye de arriba hacia abajo el medio de atemperación. Alternativamente, "casi se tocan" es entendido de modo que se elige una separación tan pequeña como es posible, pero permanece tan grande de modo que las celdas 5 electroquímicas vecinas con seguridad no se tocan, para evitar un cortocircuito. El medio de atemperación es recolectado debajo de las celdas electroquímicas y puede ser retirado mediante la descarga 39.

[0078] Para impedir que, en particular durante el ensamble del almacenamiento 1 de energía electroquímica o también durante el transporte del almacenamiento 1 de energía electroquímica, las celdas individuales electroquímicas se golpeen una a otra o también para impedir que las celdas electroquímicas se toquen durante la operación, éstas son dotadas preferiblemente con un espaciador en su extremo inferior. Como espaciador se usa por ejemplo un anillo 41, como se representa esquemáticamente en la Figura 1. El anillo 41 es manufacturado al respecto preferiblemente de un material no conductor, resistente a la temperatura, en donde éste tiene que ser estable frente a las temperaturas que ocurren en la carcasa 35. Alternativamente a un anillo 41, como espaciador puede preverse también fijar espaciadores en cada caso directamente a las celdas individuales electroquímicas, que están recubiertos con un material elástico, para impedir el daño de celdas vecinas durante el contacto. Además, también es posible suministrar una placa con aberturas a través de la cual se guían las celdas electroquímicas. En este caso se suministran adicionalmente otras aberturas a través de las cuales puede fluir el medio de atemperación, para hacer posible una atemperación de las celdas electroquímicas.

[0079] El medio de atemperación retirado de la carcasa 35 a través de la descarga 39 es conducido entonces a través de un intercambiador 43 de calor, un dispositivo 45 de calentamiento y un transportador 47, y a continuación introducido mediante la alimentación 37 de nuevo a la carcasa 35. El intercambiador 43 de calor, el dispositivo 45 de calentamiento y el transportador 47 están dispuestos al respecto preferiblemente en un canal, en donde éste puede estar realizado como tubería o también como canal con cualquier otra sección transversal, por ejemplo como canal rectangular.

[0081] El intercambiador 43 de calor sirve en particular para enfriar el medio de atemperación, cuando se usa el medio de atemperación para enfriar las celdas electroquímicas, como es necesario por ejemplo en el caso de celdas de metal alcalino-azufre durante los procedimientos de carga y descarga. En este caso, en el intercambiador 43 de calor el medio de atemperación cede calor a otro medio de atemperación, en donde aquí como medio de atemperación puede usarse por ejemplo agua o cualquier otro medio de atemperación común, por ejemplo un aceite térmico.

[0083] Cuando, bien sea para la operación de la celda electroquímica o también para el arranque de la celda electroquímica, tenga que alimentarse calor, se suministra el dispositivo de calentamiento. En el dispositivo de calentamiento se calienta el medio de atemperación. El calentamiento puede ocurrir al respecto directa o indirectamente, en donde ocurre un calentamiento indirecto por ejemplo mediante el uso de un medio de atemperación, cede el calor al medio de atemperación para la atemperación de las celdas electroquímicas. Sin embargo, en este caso pueden usarse sólo medios de atemperación, que son estables a las temperaturas por encima de la temperatura a la cual se debe calentar el medio de atemperación. Serían medios de calentamiento adecuados, por ejemplo sales fundidas. Por ello, se prefiere usar un dispositivo de calentamiento, en el cual se caliente con electricidad o con inducción el medio de atemperación o también mediante combustión de un combustible.

[0085] Alternativamente a la forma de realización aquí representada con intercambiador 43 de calor para el enfriamiento, y un dispositivo 45 de calentamiento separado, también es posible usar sólo un intercambiador de calor, que se usa tanto para el calentamiento como también para el enfriamiento. Para ello, bien sea para el calentamiento y el enfriamiento, puede variarse la temperatura del medio de atemperación o se usa una combinación, que enfría con un medio de atemperación y para el calentamiento contiene adicionalmente elementos de calentamiento eléctrico con los cuales puede calentarse, de acuerdo con la necesidad, el medio de atemperación para la atemperación de las celdas electroquímicas.

[0086] El transportador 47 depende del medio de atemperación utilizado. Usualmente, como medio de atemperación para la atemperación de las celdas 5 electroquímicas se usa un gas, de modo que el transportador 47 es un ventilador.

[0087] Para impedir que en el caso del daño de una celda electroquímica ocurra una reacción química, como medio de atemperación se usa un gas inerte frente a los reactivos usados en las celdas electroquímicas. Preferiblemente, como medios de atemperación están nitrógeno, dióxido de carbono o gases nobles como argón. En particular se prefiere nitrógeno.

[0088] El transportador 47 es dimensionado de modo que a través de la carcasa 35 puede conducirse una cantidad suficiente de medio de atemperación, para la atemperación de las celdas electroquímicas.

[0089] Lista de signos de referencia

[0090] 1 almacenamiento de energía electroquímica

[0091] 3 estructura de soporte

[0092] 5 celda electroquímica

[0093] 7 marco base

[0094] 9 soportes

[0095] 11 soporte transversal

[0096] 13 placas de fondo

[0097] 15 rieles

[0098] 17 dispositivo de retención

[0099] 19 marco

[0100] 21 hueco

[0101] 23 suspensión

[0102] 25 agarradera

[0103] 27 abertura

[0104] 29 rendija

[0105] 31 agarradera

[0106] 35 carcasa

[0107] 37 alimentación

[0108] 39 descarga

[0109] 41 anillo

[0110] 43 intercambiador de calor

[0111] 45 dispositivo de calentamiento

[0112] 47 transportador

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Almacenamiento de energía electroquímica, que comprende por lo menos una celda (5) electroquímica así como una estructura (3) de soporte, en donde la por lo menos una celda (5) electroquímica está alojada colgando de la estructura (3) de soporte, y la estructura (3) de soporte con la por lo menos una celda (5) electroquímica alojada colgando allí está encerrada por una carcasa (35), en donde la carcasa (35) exhibe una alimentación (37) y una descarga (39) para un medio de atemperación, que están dispuestas de modo que el medio de atemperación fluye desde arriba hacia abajo a lo largo de la celda (5) electroquímica, y la alimentación (37) para el medio de atemperación está dispuesta sobre el dispositivo (17) de retención, en donde la estructura (3) de soporte comprende por lo menos un marco (19) con un dispositivo (17) de retención, en el cual están colgadas las celdas (5) electroquímicas, y el dispositivo (17) de retención es una placa, en la cual se forman huecos (21), en los cuales están colgadas las celdas (5) electroquímicas, en donde los huecos (21) están configurados además de modo que un medio de atemperación fluye a través de los huecos (21) uniformemente en la zona en la cual están colgadas las celdas (5) electroquímicas.

2. Almacenamiento de energía electroquímica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los huecos (21) comprenden en cada caso una abertura (27) y una rendija (29) contigua a la abertura (27), así como una agarradera (31), que incluye un ángulo en el intervalo de 45 a 180°, respecto a la superficie de la placa, en donde la agarradera (31) está dispuesta sobre el lado de la abertura (27) que apunta hacia la rendija (29).

3. Almacenamiento de energía electroquímica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque las celdas (5) electroquímicas exhiben en cada caso una suspensión (23), que en su extremo que se aparta de la celda (5) electroquímica exhibe una agarradera (25) doblada en por lo menos 90°.

4. Almacenamiento de energía electroquímica de acuerdo con las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque la suspensión (23) de la celda (5) electroquímica es conducida a través de la rendija (29) y descansa sobre la placa con la agarradera (25) doblada en 90°.

5. Almacenamiento de energía electroquímica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la estructura (3) de soporte exhibe un marco (7) base con rieles (15), sobre los cuales es deslizado el por lo menos un marco (19).

6. Almacenamiento de energía electroquímica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las celdas (5) electroquímicas exhiben en cada caso un espaciador (41) en su extremo inferior, para impedir que las celdas (5) electroquímicas individuales se golpeen una a otra durante el ensamble o durante un transporte del almacenamiento (1) de energía electroquímica.

7. Almacenamiento de energía electroquímica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque está comprendido un canal, con el cual se conectan la alimentación (37) y la descarga (39) para el medio de atemperación por fuera de la carcasa (35), en donde en el canal se aloja un intercambiador (43) de calor y un transportador (47) para el medio de atemperación.

8. Almacenamiento de energía electroquímica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las celdas (5) electroquímicas son celdas de sodio-azufre.