JP2019040868A - 電気化学的貯蔵材料、およびこのような貯蔵材料を含む電気エネルギーを貯蔵するための電気化学的貯蔵デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
1)ハウジングもしくは連結管
2)高酸素ガス(例えば空気)がその中に存在する、空隙
3)空気電極
4)酸素イオン伝導電解質
5)燃料電極
6)いわゆるシャトルガス(例えばH2+H2O)がその中に存在する、燃料空間
7)電気化学的貯蔵材料。
Me+O2もしくはMe+H2O←→MeO+H2
である。
次に、本発明の更なる特徴、特性および利点を列挙し、かつ実施例および更なる図により詳述するが、これによって本発明が全体的に制限されるものではない。
実施例:
活性成分:Fe−FeO、骨格構造形成材料:MgO
活性成分として鉄および骨格構造として酸化マグネシウムを有するエネルギー貯蔵材料とは、酸化物MgOおよびFe2O3を使用する場合、例えばMg対Feの混合比1:2(モル−もしくは原子パーセントに関して)もしくは1:1を意味する。この比で、一連の混合酸化物((Fe,Mg)O−MgFe2O4)が形成される。
製造経路:
a)MgO+FeO(もしくはFe3O4,Fe2O3)→混合→か焼→(Fe,Mg)O
b)MgCO3+FeCO3→混合→か焼→(Fe,Mg)O
c)MgCl2+FeCl2→溶解→加水分解→か焼→(Fe,Mg)O
d)Mg(C2O4)+Fe(C2O4)→混合→か焼→(Fe,Mg)O
e)Mg(C2O4)+Fe(C2O4)→溶解→乾燥→か焼→(Fe,Mg)O
活性成分:Fe−FeO、骨格構造形成材料:CaO
活性貯蔵成分として鉄の場合、特に適当な金属/金属酸化物材料として、Meが2価の金属イオンであるMeFe2O4/Me2Fe2O5/MeFe3O5などのタイプの混合酸化物、およびウスタイト結晶構造を有する(Me,Fe)Oタイプの酸化物混晶が挙げられるが、Meが4価の金属イオンであるMeFe2O4/MeFeO3等のタイプの反応性混合酸化物もまた挙げられる。混合酸化物および酸化物混晶は、段階的に還元されえ、その際、反応の終了時に−酸化物骨格構造の選択により−金属相が生じうるか、または酸化物相のみが存在する。次の酸化の際に、形成された相は骨格構造中へ再び組込まれる。このことは、貯蔵材料中での材料分離/移動を効果的に妨げる。800℃でのMe=Caのための例示的反応は次のようになる:
2CaFe3O5←(>pO2約10−19bar>)→Ca2Fe2O5+4Fe+2.5O2
TiFe2O5→FeTiO3+Fe+O2;
MgFe2O4→2(Mg,Fe)O+Fe+O2;
ZnFe2O4→2(Zn,Fe)O+Fe+O2;
2CaFe2O4→Ca2Fe2O5+2Fe+1.5O2;
2CaFe5O7→Ca2Fe2O5+8Fe+4.5O2;
CeFeO3→CeO2+Fe+0.5O2;
Fe2SiO4→SiO2+2Fe+O2;
TiFeO3→TiO2+Fe+0.5O2
3.実施例:
活性成分:Fe−FeO、骨格構造形成材料:Ni
次に、鉄含有合金を有する本発明による貯蔵材料を記載するが、その際、鉄が活性成分である。
Claims (23)
- 活性成分の還元または酸化により電気エネルギーを貯蔵するための貯蔵材料であって、前記貯蔵材料が、少なくとも1つの還元型および/または酸化型の前記活性成分の他に、少なくとも1つの形の前記活性成分を混合酸化物または合金の形態で化学的に反応性骨格構造内に組込むことができる、前記骨格構造をさらに有することを特徴とする、貯蔵材料。
- 金属および/または1つの金属酸化物および/または異なる酸化段階の複数の金属酸化物を含む活性成分を有する、請求項1に記載の貯蔵材料。
- 鉄、銅、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、アンチモン、スズまたはタングステンを含む活性成分を有する、請求項1または2に記載の貯蔵材料。
- 反応性酸化物骨格構造内に組込まれうる安定な混合酸化物を、少なくとも1つの酸化型の前記活性成分と一緒になって形成することができる、前記酸化物骨格構造を有する、請求項1〜3のいずれか一つに記載の貯蔵材料。
- 前記反応性酸化物骨格構造が、500から1000℃の間、特に600から900℃の間の温度範囲で、前記安定な混合酸化物を形成することができる、請求項4に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分が鉄を含み、かつ前記反応性骨格構造が、チタン系、カルシウム系、セリウム系、マグネシウム系、ケイ素系または亜鉛系の前記鉄との少なくとも1つの混合酸化物を形成することができる、請求項4または5に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分が銅を含み、かつ前記反応性酸化物骨格構造が、チタン系、カルシウム系、セリウム系、マグネシウム系、ケイ素系または亜鉛系の前記銅との少なくとも1つの混合酸化物を形成することができる、請求項4または5に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がマンガンを含み、かつ前記反応性酸化物骨格構造が、チタン系、カルシウム系、セリウム系、マグネシウム系、ストロンチウム系、バリウム系または亜鉛系の前記マンガンとの少なくとも1つの混合酸化物を形成することができる、請求項4または5に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がコバルトを含み、かつ前記反応性酸化物骨格構造が、チタン系、カルシウム系、セリウム系、マグネシウム系、ストロンチウム系、バリウム系または亜鉛系の前記コバルトとの少なくとも1つの混合酸化物を形成することができる、請求項4または5に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がニッケルを含み、かつ前記反応性酸化物骨格構造が、チタン系、カルシウム系、セリウム系、マグネシウム系、ストロンチウム系、バリウム系または亜鉛系の前記ニッケルとの少なくとも1つの混合酸化物を形成することができる、請求項4または5に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がモリブデンを含み、かつ前記反応性酸化物骨格構造が、チタン系、カルシウム系、セリウム系、マグネシウム系、ストロンチウム系、バリウム系または亜鉛系の前記モリブデンとの少なくとも1つの混合酸化物を形成することができる、請求項4または5に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がタングステンを含み、かつ前記反応性酸化物骨格構造が、チタン系、カルシウム系、セリウム系、マグネシウム系、ストロンチウム系、バリウム系または亜鉛系の前記タングステンとの少なくとも1つの混合酸化物を形成することができる、請求項4または5に記載の貯蔵材料。
- 次の混合酸化物対:
TiFe2O5/TiFe2O4、2CaFe2O4/Ca2Fe2O5+2Fe、CeFeO3/CeO2+Fe、TiFeO3/TiO2+Fe、2CaFe5O7/Ca2Fe2O5+8Fe、SiFe2O4/SiO2+Fe、TiFe2O4/TiFeO3+Fe、MgFe2O4/(Mg,Fe)O+Fe、ZnFe2O4/(Zn,Fe)O+Fe、Fe2CuO4/2FeO+Cu、Fe2CoO4/2FeO+Co、Fe2NiO4/2FeO*Ni
のうち少なくとも1つを有する、請求項1〜12のいずれか一つに記載の貯蔵材料。 - 反応性金属骨格構造内に組込まれうる安定な合金を、少なくとも1つの還元型の前記活性成分と一緒になって形成することができる、前記反応性金属骨格構造を有する、請求項1から3のいずれか一つに記載の貯蔵材料。
- 前記反応性金属骨格構造が500から1000℃の間、特に600から900℃の間の温度範囲で、前記金属合金を形成することができる、請求項14に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分が鉄を含み、かつ前記反応性金属の金属構造がニッケルまたはコバルトを有する、請求項14または15に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がコバルトを含み、かつ前記反応性金属の金属構造が銅を有する、請求項14または15に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がニッケルを含み、かつ前記反応性金属の金属構造が銅を有する、請求項14または15に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がスズを含み、かつ前記反応性金属の金属構造がニッケル、コバルトまたは銅を有する、請求項14または15に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がマンガンを含み、かつ前記反応性金属の金属構造がニッケル、コバルトまたは鉄を有する、請求項14または15に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分が銅を含み、かつ前記反応性金属の金属構造が銀を有する、請求項14または15に記載の貯蔵材料。
- 前記活性成分がアンチモンを含み、かつ前記反応性金属の金属構造がニッケルまたはコバルトを有する、請求項14または15に記載の貯蔵材料。
- 少なくとも1つのモジュールを有する、電気エネルギーを貯蔵するための貯蔵装置であって、
前記モジュールが、第1の電極(5)およびこれに隣接する燃料空間(6)、第2の電極(3)およびこれに隣接する空隙(2)、並びに前記電極(3、5)の間に配置された酸素イオン伝導固形電解質(4)を有し、かつ
前記第2の電極(3)が、酸素イオンを発生しかつ酸素イオンを伝導するよう多孔性に構成されている
貯蔵デバイスにおいて、
前記燃料空間(6)が、請求項1から22のいずれか一つに記載の貯蔵材料(7)を有することを特徴とする、貯蔵デバイス。
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