WO2001039312A1 - Electrochemical energy storing cell - Google Patents

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    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to an electrochemical energy-storing cell according to the preamble of claim 1 and an energy storage system according to claim 33.
  • Electrochemical energy stores should generally meet the following requirements:
  • the object of the invention is to provide an electrochemically operating cell in which reversible electrical energy can be converted into chemical energy and which meets the requirements mentioned above much better than conventional rechargeable batteries and accumulators.
  • the cell according to the invention consists of a partial cell on the cathode side and an anode side. There is a hydrogen electrode between the two cell parts.
  • the cathode forms the negative electrode (negative pole).
  • the positively charged ions migrate to the cathode, pick up the missing electrons there and become electrically neutral. The process is reversed when unloading.
  • the anode forms the positive electrode (positive pole).
  • the negatively charged ions migrate to the anode and give off their excess electrons there. The process is reversed when unloading.
  • the cathode-side sub-cell consists of a cathode-side electrolyte and a memory which contains a base metal in crystalline or dissolved form.
  • This memory is referred to below as a metal memory.
  • the metal storage consists of a crystalline metal
  • the metal itself forms the cathode.
  • the solution and an adjoining intermediate electrode form the metal store.
  • the solution is delimited by the cathode on the opposite side of the intermediate electrode.
  • Such a solution of anhydrous ammonia and an alkali metal has a very high electrical conductivity.
  • the effective part of the intermediate electrode consists of at least one graphite layer. A graphite electrode can also be used as the cathode.
  • the electrolyte on the cathode side which is arranged between the hydrogen electrode and the metal store, has a different composition depending on the type of metal store. If a crystalline metal is used as the metal store, the cathode-side electrolyte contains, in addition to the solvent, for example water, at least one additive which increases the conductivity, preferably potassium hydroxide or ammonia. This enables the electrolytic processes.
  • the cathode-side electrolyte consists of an anhydrous solvent, preferably ammonia, and an additive which increases the conductivity, for example an alkali metal amide, which can be both electrolytically formed and decomposed ,
  • the anode-side sub-cell consists of an anode-side electrolyte and a memory which is able to store halogens, for example fluorine.
  • This storage will be referred to as gas storage in the following.
  • the anode-side electrolyte consists of a halogen-containing water-free solvent, for example hydrogen fluoride, in which to increase the conductivity and to accelerated course of the electrolytic processes at least one salt, for example ammonium fluoride or potassium fluoride, is dissolved.
  • a halogen-containing water-free solvent for example hydrogen fluoride
  • Free halogens are known to be very aggressive and toxic. With the exception of bromine and iodine, they can only be stored as gas under great pressure, for example in steel bottles.
  • the gas storage device is capable of chemically binding halogens and storing them in graphite.
  • the gas storage therefore consists of a mixture of graphite particles and at least one halogen compound which can easily add and release further halogen atoms, the value of the binding partner atom changing.
  • These compounds include, for example, manganese (III) fluoride, manganese (IV) fluoride, bromine fluoride or bromine trifluoride.
  • Halogen atoms are stored in the crystal lattice of the graphite particles during charging and released again when discharging.
  • the embedded halogens are partly ionically bound in the crystal lattice of the graphite and partly exist atomically or molecularly. In this way it is possible to store larger quantities of an otherwise gaseous halogen.
  • Another point to consider is the liquid state of aggregation of the cathode-side and anode-side electrolytes in the operating temperature range, e.g. -20 ° C to + 50 ° C.
  • the melting point of the saline solution can be lowered sufficiently by a sufficient proportion of the halogen solvent in the anode-side electrolyte.
  • the boiling point of the cathode-side sub-cell is increased by adding, for example, an alkali amide and by setting an atmospheric pressure above the liquid.
  • the alkali amide ensures the ionic conductivity of the respective solution.
  • the electrodes between the cathode and anode are intermediate electrodes and must have the following properties:
  • Ionic conductivity (metal storage / electrolyte for alkali metal ions), (Hydrogen electrode, if possible only for hydrogen ions),
  • All properties can be met by using at least one graphite layer, preferably retort graphite, on a carrier material, for example silicon carbide or Teflon.
  • a carrier material for example silicon carbide or Teflon.
  • a platinum or palladium layer is more suitable.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a cell that a metal memory made of crystalline metal, e.g. made of zinc Zn,
  • Fig. 2 shows the basic structure of a cell that a metal memory made of dissolved alkali metal, e.g. Sodium, has,
  • Fig. 12 the ion charge exchange and transport in a graphite layer
  • FIG. 13 shows the schematic representation of the electrochemical energy-storing cell according to the invention.
  • Fig. 1 shows the basic structure of the cell according to the invention, which has a metal storage made of crystalline base metal.
  • FIG. 2 shows the basic structure of the cell according to the invention, in which the metal storage contains an alkali metal dissolved in anhydrous ammonia NH 3 .
  • FIGS. 3 to 10 The electrochemical processes when charging and discharging the cells are shown in FIGS. 3 to 10.
  • the chemical reactions between two electrodes for charging or discharging the cell are considered separately.
  • the quantitative changes occurring between the substances between the electrodes are shown in a table.
  • the numerical values given in the tables correspond to the chemical reaction equations given between the electrodes and represent the number of atoms or molecules added or formed and those withdrawn or entered into the reaction.
  • the cathode K consists of zinc Zn.
  • the cathode K has a very large surface area and this is advantageous in part when charging the cell and is used successively. This can be achieved by electrically connecting parts in the form of layers via external resistors and only the furthest when charging the cell the layer removed from the hydrogen electrode El, serves as a cathode connection.
  • the electrolyte ELI consists of water H 2 0 as solvent, potassium hydroxide KOH and the complex salt K [Zn (OH) 3 (H 2 0)].
  • the hydrogen electrode E1 consists, for example, of at least one graphite, palladium or platinum layer.
  • the hydrogen electrode El must be able to absorb electrochemically generated hydrogen H, ionically bind it and also release it again.
  • the hydrogen electrode El must be conductive, i.e. electrons must be able to flow in the conduction band.
  • the precious metals themselves are not attacked by hydrogen fluoride HF and by fluorine F in the operating temperature range of the cell (approx. -20 ° C to + 50 ° C).
  • the hydrogen electrode E1 consists of a graphite layer, it is necessary, at least when charging and discharging the cell, to ensure that a sufficient amount of hydrogen H is previously in the crystal lattice of the hydrogen electrode El was stored.
  • the half element K / ELl / El can also be loaded for a sufficient time and the recovered electrical energy can be supplied after conversion of the half cell E1 / EL2 / A.
  • the hydrogen concentration in the hydrogen electrode El no longer changes, because when charging on the anode-side surface of the hydrogen electrode El the same amount of hydrogen is generated as is consumed on its cathode-side surface, and when discharging only the assignment of generation and consumption to those Electrode surfaces change.
  • Porous silicon carbide SiC which is not attacked by acids and alkalis, can be used as the carrier material for the graphite, palladium or platinum layers.
  • FIG. 3 shows the electrochemical processes taking place in the electrolyte ELI during charging and in FIG. 4 when the Zn / F cell is discharged.
  • Z Zn is deposited on the cathode during charging.
  • the concentration of the complex salt K + [Zn (OH) 3 H 2 0] " decreases because complexed zinc ions reduce Zn 2+ and the ligands water H 2 0 and hydroxide ions OH " are released again.
  • the reverse process takes place when unloading.
  • Zinc Zn goes into solution from the cathode K and again forms the complex salt K + [Zn (OH) 3 H 2 0] " with water H 2 0 and the hydroxide ions OH " and the potassium ions K + .
  • the hydrogen electrode El supplies the hydrogen H necessary for the chemical reaction during charging. When discharged, this is generated on the cathode-side surface of the hydrogen electrode El and from there is stored in the graphite grid of the hydrogen electrode El.
  • Elemental sodium Na is deposited on the cathode K shown in FIG. 2, as illustrated in FIG. 5, which is then dissolved in the electrolyte EL0.
  • a particular advantage here is that no short circuits between cathode K and hydrogen electrode El can occur during charging.
  • the physical nature of the cathode K no longer changes, and thus all related electrodes, including cathode K and anode A, are not energy sources.
  • the sodium amide content in the electrolyte EL0 does not change during charging and discharging.
  • the intermediate electrode E0 is practically a sodium electrode.
  • the electrolyte EL0 also has a very high electrical conductivity due to the sodium Na dissolved in it, this applies to a greater extent to the charged state of the cell.
  • Fig.2 is between the hydrogen electrode E1 and the sodium electrode E0 the electrolyte ELI, which is comparable in terms of cell structure with that in Fig.l.
  • the concentration of sodium amide NaNH 2 is reduced when the cell is charged and increases again when it is discharged, ie the concentration of sodium ion Na + is in the electrolyte ELI lower in the charged state than in the discharged state of the cell.
  • the proportion of the ammonia NH 3 solvent increases during charging and decreases during unloading.
  • sodium ions Na + are discharged on the anode-side surface of the electrode E0 and taken up by the crystal lattice of the graphite.
  • the sodium Na supplied via electrode E0 combines with the discharged NH 2 " ions [NH 2 ] to form sodium amide NaNH 2.
  • the behavior of the NH 2 " ions dissolved in ammonia NH 3 is comparable to that of the hydroxide ions OH " in water H 2 0.
  • iron Fe or, for example, a platinum or palladium layer can be used in the graphite crystal lattice of the hydrogen electrode El.
  • These latter two metals also have the desired property of only absorbing hydrogen H and thus act as a filter against other substances.
  • the catalytically active metals do not form a permanent chemical compound with the solvent ammonia NH 3 and the dissolved sodium amide NaNH 2 .
  • the electrolyte EL2 is composed of the anhydrous hydrogen fluoride solvent HF and a salt, preferably ammonium fluoride NH 4 F or potassium fluoride KF. A salt mixture can also be used.
  • ammonium fluoride NH 4 F is best suited to achieve the electrolyte EL2 a low melting point
  • ammonia NH 3 that forms combines with hydrogen fluoride HF to form ammonium fluoride NH 4 F.
  • Fluorine F is formed on the cathode-side surface of the intermediate electrode E2 and is taken up by the intermediate electrode E2.
  • the property of the hydrogen fluoride HF to accumulate in a chain has an advantageous effect. This ensures that each RF molecule formed on an electrode surface is deposited in the EL2 electrolyte.
  • the intermediate electrode E2 fluorine F When discharging, the intermediate electrode E2 fluorine F is withdrawn, which again forms ammonium fluoride NH 4 F with the discharged NH 4 + ion [NH 4 ] or with the hydrogen H formed therefrom.
  • the concentration of the dissolved salt does not change.
  • hydrogen fluoride HF is decomposed during the charging process and is formed again during the discharging process.
  • fluorine F reacts on the cathode-side surface of the intermediate electrode E2 with ammonium fluoride NH 4 F to form nitrogen trifluoride NF 3 in the following manner.
  • the gas storage GSP in Fig.l and Fig. 2 between the graphite anode A and the intermediate electrode E2 consists of a mixture of very small graphite particles and a fluorinating agent.
  • the chemical compounds manganese (III) fluoride MnF 3 and manganese (IV) fluoride MnF 4 as well as bromine fluoride BrF and bromine trifluoride BrF 3 are particularly suitable for taking up fluorine F during loading and releasing fluorine F during unloading.
  • manganese (II) fluoride MnF 2 and bromopentafluoride BrF 5 are also suitable.
  • the proportion can be increased further by occasionally reacting fluorine atoms F to carbon monofluoride CF during the production in the crystal lattice of the graphite particles, whereby the lattice spacing of the graphite layers is increased.
  • the circulation can e.g. thermally.
  • the mixture conducts the electrical current very well, because on the one hand graphite belongs to the first class conductors and on the other hand the fluorinating agent has electrical conductivity.
  • gas storage device GSP is comparable in terms of its electrical conductivity to the electrolyte EL0 in FIG. 2.
  • the heat losses due to the low ohmic resistance in the gas storage GSP are therefore low when charging and discharging the cell.
  • the mixture of bromofluoride BrF and bromotrifluoride BrF 3 has a lower atomic weight than the manganese fluorides, which is associated with a greater energy density / mass unit.
  • the fluorinating agents manganese (III) fluoride MnF 3 and manganese (IV) fluoride MnF 4 In this case, the gas storage GSP forms a solid gas storage.
  • liquid fluorinating agent compared to the solid gas storage is that even in connection with very large liquid tanks, in extreme cases only one cell according to the construction in FIG. 2 can be used.
  • a further development provides that a metallic conductor connected to the graphite anode A does not corrode. Since the anode A consisting of graphite shown in FIG. 1 and FIG. 2 stores fluorine F in the graphite grid, it is in principle possible that, for example, the copper contact of the anode A corrodes by reaction with fluorine F.
  • FIG. 11 shows how, during charging, fluoride ions F "of the electrolyte EL2 are discharged on the cathode-side surface of the intermediate electrode E2 and are transported ionically through them into the gas store GSP.
  • Carbon atoms C on the surface of the intermediate electrode E2, which face the electrolyte EL2, are positively charged by electron withdrawal via the anode A.
  • a charge exchange takes place between positively charged carbon atoms C + and neighboring fluoride ions F " .
  • the charge exchange is associated with a transport of the fluorine atom F into the graphite lattice because atoms or molecules of different polarity attract each other.
  • the positive charge passes from anode A to a (C + + F " ) pair.
  • the negatively charged fluorine atom F " migrates the positively charged carbon atom C + , which was created by electron withdrawal via anode A.
  • the positively charged carbon atom C + of the original (C + + F " ) pair discharges with the closest fluoride ion F " of the electrolyte EL2, as a result of which the fluorine atom F is embedded in the graphite lattice.
  • Example B shows how the process described in Example A can also be carried out with many fluorine atoms F or fluoride ions F " .
  • fluorine atoms F On the surface of the intermediate electrode E2, which faces the gas storage device GSP, discharge of fluoridions F " results in fluorine atoms F which leave the intermediate electrode E2 and are taken up by the gas storage device GSP.
  • the fluorine atoms F can again be used as fluoride ions F " in the gas storage device GSP.
  • manganese (III) fluoride MnF 3 can be converted into manganese (IV) fluoride MnF 4 and the graphite particles in the gas storage GSP can absorb fluorine atoms F.
  • the electrons e extracted from the intermediate electrode E2 serve to transport the fluoride ions in the gas storage unit GSP.
  • the hydrogen is also transported through the intermediate electrode E1 and the sodium is transported through the intermediate electrode E0.
  • a prerequisite for storing fluorine F in the gas storage unit GSP is that unhindered fluoride ion transport can take place in the entire storage unit.
  • the gas storage unit GSP must therefore not consist entirely of graphite. This means that the transport must not be increasingly hampered by the fact that the left part of the above Equation prevails.
  • the fluorinating agent can release fluorine F during loading of the cell on graphite particles as well as when discharging and that the fluorinating agent can resume and that Graphite particles form a very large surface in their entirety, which allow the storage of fluoride ions F " .
  • the transport of the fluorine atoms F in the gas storage GSP during charging at an arbitrarily selected location is given below.
  • the removal of electrons on the anode side produces positively charged atoms or molecules, the geometrical position of which is denoted by x below and which faces the anode A.
  • the electrons supplied via the cathode K result in atoms or molecules which have been negatively charged with respect to the location x and which have already taken up fluorine atoms F, in the position designated x + 1.
  • E2 cathode cathode Depending on the case of contact, the charges will balance as the fluorine atom F is transported. There are four possible cases.
  • the fluorine atoms F will be spatially balanced. Fluorine atoms F on the surface of the graphite particles, which are currently in the atomic state, react with manganese (III) fluoride MnF 3 to form manganese (IV) fluoride MnF 4 and fluoride ions F " , which result from the decay of manganese (IV) - fluoride MnF 4 to manganese (III) fluoride MnF 3 + F " emerge, are taken up by graphite particles. Ultimately, a state of equilibrium will occur which corresponds to the state of charge of the gas storage unit GSP.
  • the structure of the electrochemical energy-storing cell is shown schematically in FIG.
  • the cell comprises a cathode (K) and an anode (A) and is divided into sub-cells, between which there is a hydrogen electrode (El).
  • the partial cell on the cathode side comprises a metal storage and an electrolyte (ELI).
  • the anode-side sub-cell comprises a gas storage (GSP) and an electrolyte (EL2).
  • the total voltage is:
  • the total voltage is:
  • the cell chambers in which the electrolyte EL2 and the gas storage GSP are located must be sealed gas-tight.
  • Silicon carbide SiC or B ⁇ 3 C 2 as well as Teflon (CF 2 ) n and carbon monographite (CF ⁇ , ⁇ 2 ) can be used as materials for the production of housings and containers in the gas storage unit GSP.
  • hydrogen fluoride-resistant plastics are suitable for holding the EL2 electrolyte.
  • Porous silicon carbide SiC or Teflon is suitable as a carrier material for the graphite electrodes El, E2 and A in Fig.l and K, E0, E2 and A in Fig.2.
  • the resulting end products are therefore potassium fluoride KF, zinc fluoride ZnF 2 , free hydrogen H 2 and free oxygen 0 2 , with zinc fluoride ZnF 2 being difficult to dissolve in water H 2 0.
  • the electrolytes EL0, ELI and EL2 and the GSP will react with one another mainly when the electrodes E0, El and E2 are destroyed and form the following connections:

Abstract

The invention relates to an electrochemical energy storing cell comprising a cathode (K) and an anode (A). Said cell is divided into partial cells. A hydrogen electrode (E1) is situated between the partial cells. The partial cell facing the cathode comprises a metal storage device and an electrolyte (EL1) and the partial cell facing the anode comprises a gas accumulator (GSP) and an electrolyte (EL2).

Description

Elektrochemische energiespeichernde Zelle Electrochemical energy storage cell
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische energiespeichernde Zelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Energiespeichersystem nach Anspruch 33.The invention relates to an electrochemical energy-storing cell according to the preamble of claim 1 and an energy storage system according to claim 33.
Elektrochemische Energiespeicher sollen allgemein die folgenden Forderungen erfüllen:Electrochemical energy stores should generally meet the following requirements:
hohe Nennspannung der Gesamtzelle, hohe Energiedichte je Masseneinheit, hohe Energiedichte je Volumeneinheit, geringe Selbstentladung bei Arbeitstemperatur (im allgemeinen -20°C bis +50°C) ,high nominal voltage of the entire cell, high energy density per mass unit, high energy density per volume unit, low self-discharge at working temperature (generally -20 ° C to + 50 ° C),
Wiederaufladbarkeit , gute Reversibilität, hohe Lebensdauer, geringe Materialkosten, ausreichende Umweltverträglichkeit,Rechargeability, good reversibility, long service life, low material costs, sufficient environmental compatibility,
Arbeitsfähigkeit ohne externe Materialzufuhr und keine Abfallprodukte .Ability to work without external material supply and no waste products.
In der Praxis ist es schwierig, alle diese Forderungen gleichzeitig in genügendem Ausmaße zu erfüllen. Bekannte Zellen und Akkumulatoren sind häufig für ihre Energieleistung zu groß, zu schwer und teilweise auch zu teuer. Ihre Haltbarkeit ist begrenzt durch das Auftreten irreversibler Prozesse, die, selbst wenn sie in geringem Umfang auftreten, auf die Dauer zu wesentlichen Leistungseinbußen führen.In practice, it is difficult to meet all of these requirements simultaneously to a sufficient extent. Known cells and accumulators are often too large, too heavy and sometimes too expensive for their energy output. Their shelf life is limited by the occurrence of irreversible processes which, even if they occur on a small scale, lead to significant performance losses in the long run.
Bekannte elektrochemische Zellen sind z.B. in dem Buch "Batterien und Akkumulatoren", Springerverlag 1998 von Lucien F. Trueb und Paul Rüetschi und in der Fachzeitschrift Funkschau 15/96, Seite 37 bis 41 beschrieben.Known electrochemical cells are e.g. in the book "Batteries and Accumulators", Springerverlag 1998 by Lucien F. Trueb and Paul Rüetschi and in the journal Funkschau 15/96, pages 37 to 41.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrochemisch arbeitende Zelle anzugeben, in der reversibel elektrische in chemische Energie umgesetzt werden kann und die die oben genannten Forderungen sehr viel besser erfüllt als konventionelle aufladbare Batterien und Akkumulatoren.The object of the invention is to provide an electrochemically operating cell in which reversible electrical energy can be converted into chemical energy and which meets the requirements mentioned above much better than conventional rechargeable batteries and accumulators.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 1 gekennzeichnet , weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.The achievement of the object is characterized in claim 1, further advantageous embodiments and developments of the invention are given in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Zelle besteht aus einer kathodenseitigen und einer anodenseitigen Teilzelle. Zwischen beiden Zellenteilen befindet sich eine Wasserstoffelektrode .The cell according to the invention consists of a partial cell on the cathode side and an anode side. There is a hydrogen electrode between the two cell parts.
Die Kathode bildet die negative Elektrode (Minuspol) . Beim Laden mit Gleichstrom wandern die positiv geladenen Ionen zur Kathode, nehmen dort die fehlenden Elektronen auf und werden elektrisch neutral. Beim Entladen kehrt sich der Vorgang um.The cathode forms the negative electrode (negative pole). When charging with direct current, the positively charged ions migrate to the cathode, pick up the missing electrons there and become electrically neutral. The process is reversed when unloading.
Die Anode bildet die positive Elektrode (Pluspol) . Beim Laden mit Gleichstrom wandern die negativ geladenen Ionen zur Anode und geben dort ihre überschüssigen Elektronen ab. Beim Entladen kehrt sich der Vorgang um.The anode forms the positive electrode (positive pole). When charging with direct current, the negatively charged ions migrate to the anode and give off their excess electrons there. The process is reversed when unloading.
Die kathodenseitige Teilzelle besteht aus einem kathodenseitigen Elektrolyten und einem Speicher, der ein unedles Metall kristallin oder gelöst enthält.The cathode-side sub-cell consists of a cathode-side electrolyte and a memory which contains a base metal in crystalline or dissolved form.
Dieser Speicher soll nachfolgend als Metallspeicher bezeichnet werden.This memory is referred to below as a metal memory.
Besteht der Metallspeicher aus einem kristallinen Metall, so bildet das Metall selbst die Kathode.If the metal storage consists of a crystalline metal, the metal itself forms the cathode.
Bei einem gelösten Metall, vorzugsweise einem in wasserfreiem Ammoniak gelösten Alkalimetall, bildet die Lösung und eine daran anschließende Zwischenelektrode den Metallspeicher. Auf der gegenüberliegenden Seite der Zwischenelektrode wird die Lösung durch die Kathode begrenzt . Eine solche Lösung aus wasserfreiem Ammoniak und einem Alkalimetall weist eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Der wirksame Teil der Zwischenelektrode besteht aus wenigstens einer Graphit- schicht. Als Kathode kann ebenfalls eine Graphitelektrode eingesetzt werden.In the case of a dissolved metal, preferably an alkali metal dissolved in anhydrous ammonia, the solution and an adjoining intermediate electrode form the metal store. The solution is delimited by the cathode on the opposite side of the intermediate electrode. Such a solution of anhydrous ammonia and an alkali metal has a very high electrical conductivity. The effective part of the intermediate electrode consists of at least one graphite layer. A graphite electrode can also be used as the cathode.
Der kathodenseitige Elektrolyt, der zwischen der Wasserstoff- elektrode und dem Metallspeicher angeordnet ist, hat abhängig von der Art des Metallspeichers eine unterschiedliche Zusammensetzung. Wird ein kristallines Metall als Metallspeicher verwendet, so enthält der kathodenseitige Elektrolyt neben dem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, wenigstens einen die Leitfähigkeit erhöhenden Zusatz, vorzugsweise Kaliumhydroxid oder Ammoniak. Dadurch werden die elektrolytischen Prozesse ermöglicht.The electrolyte on the cathode side, which is arranged between the hydrogen electrode and the metal store, has a different composition depending on the type of metal store. If a crystalline metal is used as the metal store, the cathode-side electrolyte contains, in addition to the solvent, for example water, at least one additive which increases the conductivity, preferably potassium hydroxide or ammonia. This enables the electrolytic processes.
Wird dagegen ein gelöstes Alkalimetalls und eine daran anschließende Zwischenelektrode als Metallspeicher verwendet, so besteht der kathodenseitige Elektrolyt aus einem wasserfreien Lösungsmittel, vorzugsweise aus Ammoniak, und einem die Leitfähigkeit erhöhenden Zusatz, beispielsweise einem Al- kaliamid, das sowohl elektrolytisch gebildet als auch zersetzt werden kann.If, on the other hand, a dissolved alkali metal and an adjoining intermediate electrode are used as the metal store, the cathode-side electrolyte consists of an anhydrous solvent, preferably ammonia, and an additive which increases the conductivity, for example an alkali metal amide, which can be both electrolytically formed and decomposed ,
Die anodenseitige Teilzelle besteht aus einem anodenseitigen Elektrolyten und einem Speicher, der in der Lage ist, Halogene, beispielsweise Fluor, zu speichern.The anode-side sub-cell consists of an anode-side electrolyte and a memory which is able to store halogens, for example fluorine.
Dieser Speicher soll nachfolgend als Gasspeicher bezeichnet werden.This storage will be referred to as gas storage in the following.
Zwischen dem anodenseitigen Elektrolyten und dem Gasspeicher befindet sich eine Graphitelektrode, die den Gasspeicher mit einer weiteren gegenüberliegenden Graphitelektrode, die die Anode bildet, einschließt.There is a graphite electrode between the anode-side electrolyte and the gas storage device, which encloses the gas storage device with a further opposite graphite electrode that forms the anode.
Der anodenseitige Elektrolyt besteht aus einem halogenhalti- gen wasserfreien Lösungsmittel, beispielsweise Fluorwasserstoff, in das zur Erhöhung der Leitfähigkeit und zum be- schleunigten Ablauf der elektrolytischen Prozesse wenigstens ein Salz, beispielsweise Ammoniumfluorid oder Kaliumfluorid, gelöst ist .The anode-side electrolyte consists of a halogen-containing water-free solvent, for example hydrogen fluoride, in which to increase the conductivity and to accelerated course of the electrolytic processes at least one salt, for example ammonium fluoride or potassium fluoride, is dissolved.
Freie Halogene sind bekanntlich sehr aggressiv und giftig. Als Gas können sie mit Ausnahme von Brom und Iod nur unter großem Druck, beispielsweise in Stahlflaschen, aufbewahrt werden.Free halogens are known to be very aggressive and toxic. With the exception of bromine and iodine, they can only be stored as gas under great pressure, for example in steel bottles.
Der erfindungsgemäße Gasspeicher ist jedoch in der Lage, Halogene chemisch zu binden und in Graphit einzulagern. Der Gasspeicher besteht deshalb aus einer Mischung aus Graphit- teilchen und mindestens einer Halogenverbindung, die leicht weitere Halogenatome auf- und wieder abgeben kann, wobei sich die Wertigkeit des Bindungspartneratoms ändert . Zu diesen Verbindungen zählen beispielsweise Mangan (III) -fluorid, Mangan (IV) -fluorid, Bromfluorid oder Bromtrifluorid. In das Kristallgitter der Graphitteilchen werden beim Laden Halogenatome eingelagert und beim Entladen wieder abgegeben. Die eingelagerten Halogene sind teils im Kristallgitter des Graphits ionisch gebunden und teils atomar bzw. molekular existent. Auf diese Weise ist es möglich, auch größere Mengen eines sonst gasförmigen Halogens zu speichern.However, the gas storage device according to the invention is capable of chemically binding halogens and storing them in graphite. The gas storage therefore consists of a mixture of graphite particles and at least one halogen compound which can easily add and release further halogen atoms, the value of the binding partner atom changing. These compounds include, for example, manganese (III) fluoride, manganese (IV) fluoride, bromine fluoride or bromine trifluoride. Halogen atoms are stored in the crystal lattice of the graphite particles during charging and released again when discharging. The embedded halogens are partly ionically bound in the crystal lattice of the graphite and partly exist atomically or molecularly. In this way it is possible to store larger quantities of an otherwise gaseous halogen.
Vorzugsweise wird das Halogen Fluor verwendet, welches ein sehr hohes Normalpotential E0 = 2,71 V gegenüber dem Normal- wasserstoffpotential (0,0 V) in wasserfreiem Fluorwasserstoff aufweist. Ansonsten finden die übrigen Prozesse in der gesamten Zelle nur mit Elementen statt, die ein relativ geringes Atomgewicht haben, wodurch eine hohe Energiedichte/Masseneinheit erreichbar ist.The halogen fluorine is preferably used, which has a very high normal potential E 0 = 2.71 V compared to the normal hydrogen potential (0.0 V) in anhydrous hydrogen fluoride. Otherwise, the remaining processes in the entire cell only take place with elements that are relatively minor Have atomic weight, whereby a high energy density / mass unit can be achieved.
Auch kathodenseitig kann beispielsweise mit dem Alkalimetall Natrium, das ein hohes Normalpotential hat (-2,71 V), eine große Potentialdifferenzspannung gegenüber der Wasserstoff- elektrode in basischer Ammoniaklösung (-0,83 V) erzielt werden, wodurch die Energiedichte/Masseneinheit noch einmal erheblich gesteigert werden kann.Also on the cathode side, for example, with the alkali metal sodium, which has a high normal potential (-2.71 V), a large potential difference voltage compared to the hydrogen electrode in basic ammonia solution (-0.83 V) can be achieved, whereby the energy density / mass unit again can be increased significantly.
Ein weiterer zu berücksichtigender Punkt ist, den flüssigen Aggregatzustand des kathodenseitigen und anodenseitigen Elektrolyten im Betriebstemperaturbereich, z.B. -20°C bis +50°C, zu gewährleisten. Durch genügenden Anteil des halogenen Lösungsmittels im anodenseitigen Elektrolyten kann der Schmelzpunkt der salzhaltigen Lösung ausreichend erniedrigt werden. Bei der kathodenseitigen Teilzelle wird im Fall der Verwendung des Lösungsmittels Ammoniak beim kathodenseitigen Alkalimetallspeicher und Elektrolyten der Siedepunkt durch den Zusatz beispielsweise eines Alkaliamids und durch Einstellung eines Atmosphärenüberdrucks über der Flüssigkeit erhöht. Außerdem gewährleistet das Alkaliamid die ionische Leitfähigkeit der jeweiligen Lösung.Another point to consider is the liquid state of aggregation of the cathode-side and anode-side electrolytes in the operating temperature range, e.g. -20 ° C to + 50 ° C. The melting point of the saline solution can be lowered sufficiently by a sufficient proportion of the halogen solvent in the anode-side electrolyte. In the case of the use of the solvent ammonia in the cathode-side alkali metal storage and electrolytes, the boiling point of the cathode-side sub-cell is increased by adding, for example, an alkali amide and by setting an atmospheric pressure above the liquid. In addition, the alkali amide ensures the ionic conductivity of the respective solution.
Die zwischen der Kathode und Anode liegenden Elektroden sind Zwischenelektroden und müssen die nachfolgenden Eigenschaften aufweisen:The electrodes between the cathode and anode are intermediate electrodes and must have the following properties:
Ionenleitfähigkeit, (Metallspeicher/Elektrolyt für Alkalimetallionen) , (Wasserstoffelektrode, möglichst nur für Wasserstoffionen) ,Ionic conductivity, (metal storage / electrolyte for alkali metal ions), (Hydrogen electrode, if possible only for hydrogen ions),
(Elektrolyt/Gasspeicher für Halogenionen) , gute Leitfähigkeit für Elektronen, geschlossener kristalliner Aufbau zur Verhinderung von Vermischungen auf physikalischem Wege, chemische Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen und freien Halogenen und mechanische Stabilität .(Electrolyte / gas storage for halogen ions), good conductivity for electrons, closed crystalline structure to prevent physical mixing, chemical resistance to acids, alkalis and free halogens and mechanical stability.
Alle Eigenschaften können durch die Anwendung von wenigstens einer Graphitschicht, vorzugsweise Retortengraphit, auf einem Trägermaterial, beispielsweise Siliciumcarbid oder Teflon, erfüllt werden. Im Fall der Wasserstoffelektrode ist jedoch eine Platin- oder Palladiumschicht besser geeignet.All properties can be met by using at least one graphite layer, preferably retort graphite, on a carrier material, for example silicon carbide or Teflon. In the case of the hydrogen electrode, however, a platinum or palladium layer is more suitable.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen erläutert. Im einzelnen zeigen:The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments. In detail show:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Zelle, die einen Metallspeicher aus kristallinem Metall, z.B. aus Zink Zn, besitzt,Fig. 1 shows the basic structure of a cell that a metal memory made of crystalline metal, e.g. made of zinc Zn,
Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau einer Zelle, die einen Metallspeicher aus gelöstem Alkali- metall, z.B. Natrium Na, besitzt,Fig. 2 shows the basic structure of a cell that a metal memory made of dissolved alkali metal, e.g. Sodium, has,
Fig. 3 das Laden einer Zn/F-Zelle, kathodenseitige Teilzelle, Fig. 4 das Entladen einer Zn/F-Zelle, kathodenseitige Teilzelle,3 the loading of a Zn / F cell, cathode-side sub-cell, 4 the discharge of a Zn / F cell, cathode-side sub-cell,
Fig. 5 das Laden einer Na/F-Zelle, kathodensei- tiger Metallspeicher,5 the loading of a Na / F cell, cathode-side metal storage,
Fig. 6 das Entladen einer Na/F-Zelle, kathoden- seitiger Metallspeicher,6 the discharge of a Na / F cell, cathode-side metal storage,
Fig. 7 das Laden einer Na/F-Zelle, kathodensei- tiger Elektrolyt,7 charging a Na / F cell, cathode-side electrolyte,
Fig. 8 das Entladen einer Na/F-Zelle, kathoden- seitiger Elektrolyt,8 the discharge of a Na / F cell, cathode-side electrolyte,
Fig. 9 das Laden einer Na/F- bzw. Zn/F-Zelle, anodenseitiger Elektrolyt,9 the charging of a Na / F or Zn / F cell, anode-side electrolyte,
Fig. 10 das Entladen einer Na/F- bzw. Zn/F-Zelle, anodenseitiger Elektrolyt,10 the discharge of a Na / F or Zn / F cell, anode-side electrolyte,
Fig. 11 den Ionentransport durch eine Graphit- schicht,11 shows the ion transport through a graphite layer,
Fig . 12 den Ionenladungsaustausch und Transport in einer Graphitschicht undFig. 12 the ion charge exchange and transport in a graphite layer and
Fig. 13 die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen elektrochemischen energiespeichernden Zelle. Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Zelle, die einen Metallspeicher aus kristallinem unedlen Metall besitzt.13 shows the schematic representation of the electrochemical energy-storing cell according to the invention. Fig. 1 shows the basic structure of the cell according to the invention, which has a metal storage made of crystalline base metal.
In Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Zelle dargestellt, bei der der Metallspeicher ein in wasserfreien Ammoniak NH3 gelöstes Alkalimetall enthält.2 shows the basic structure of the cell according to the invention, in which the metal storage contains an alkali metal dissolved in anhydrous ammonia NH 3 .
Die elektrochemischen Prozesse beim Laden und Entladen der Zellen sind in den Fig. 3 bis 10 angegeben. Dabei werden jeweils separat die chemischen Reaktionen zwischen zwei Elektroden für das Laden oder Entladen der Zelle betrachtet. Die dabei auftretenden quantitativen Veränderungen der zwischen den Elektroden befindlichen Stoffe sind jeweils in einer Tabelle wiedergegeben. Die in den Tabellen angegebenen Zahlenwerte korrespondieren jeweils mit den zwischen den Elektroden angegebenen chemischen Reaktionsgleichungen und stehen für die Anzahl der zugeführten bzw. gebildeten und der entzogenen bzw. in die Reaktion eingegangenen Atome bzw. Moleküle.The electrochemical processes when charging and discharging the cells are shown in FIGS. 3 to 10. The chemical reactions between two electrodes for charging or discharging the cell are considered separately. The quantitative changes occurring between the substances between the electrodes are shown in a table. The numerical values given in the tables correspond to the chemical reaction equations given between the electrodes and represent the number of atoms or molecules added or formed and those withdrawn or entered into the reaction.
Bei dem in Fig. 1 angegebenen Aufbau besteht die Kathode K aus Zink Zn. Um Kurzschlüsse zwischen der Kathode K und der Wasserstoffelektrode El zu vermeiden, ist es erforderlich, daß die Kathode K eine sehr große Oberfläche aufweist und diese vorteilhaft beim Laden der Zelle partiell und sukzessiv benutzt wird. Dieses kann erreicht werden, indem Teile in Form von Schichten über äußere Widerstände elektrisch verbunden werden und beim Laden der Zelle nur die am weitesten von der Wasserstoffelektrode El entfernte Schicht, als Kathodenanschluß dient .1, the cathode K consists of zinc Zn. In order to avoid short circuits between the cathode K and the hydrogen electrode El, it is necessary that the cathode K has a very large surface area and this is advantageous in part when charging the cell and is used successively. This can be achieved by electrically connecting parts in the form of layers via external resistors and only the furthest when charging the cell the layer removed from the hydrogen electrode El, serves as a cathode connection.
Der Elektrolyt ELI besteht aus Wasser H20 als Lösungsmittel, Kaliumhydroxid KOH und dem Komplexsalz K [Zn (OH) 3 (H20) ] .The electrolyte ELI consists of water H 2 0 as solvent, potassium hydroxide KOH and the complex salt K [Zn (OH) 3 (H 2 0)].
Die Wasserstoffelektrode El besteht beispielsweise aus wenigstens einer Graphit-, einer Palladium- oder einer Platinschicht .The hydrogen electrode E1 consists, for example, of at least one graphite, palladium or platinum layer.
Die Wasserstoffelektrode El muß in der Lage sein, elektrochemisch erzeugten Wasserstoff H aufzunehmen, ihn ionisch zu binden und auch wieder abzugeben. Außerdem muß die Wasserstoffelektrode El leitfähig sein, d.h., es müssen Elektronen im Leitungsband fließen können.The hydrogen electrode El must be able to absorb electrochemically generated hydrogen H, ionically bind it and also release it again. In addition, the hydrogen electrode El must be conductive, i.e. electrons must be able to flow in the conduction band.
Die Bedingungen werden durch die zuvor genannten Materialien erfüllt, wobei Palladium Pd und Platin Pt zusätzlich den Vorteil besitzen, daß sie lediglich Wasserstoff H aufnehmen und damit eine vorteilhafte Filtereigenschaft gegenüber anderen Stoffen aufweisen.The conditions are met by the materials mentioned above, with palladium Pd and platinum Pt additionally having the advantage that they only take up hydrogen H and thus have an advantageous filter property compared to other substances.
Außerdem werden die Edelmetalle selbst Fluorwasserstoff HF und von Fluor F im Betriebstemperaturbereich der Zelle (ca. -20°C bis +50°C) nicht angegriffen.In addition, the precious metals themselves are not attacked by hydrogen fluoride HF and by fluorine F in the operating temperature range of the cell (approx. -20 ° C to + 50 ° C).
Wenn die Wasserstoffelektrode El aus einer Graphitschicht besteht, ist es notwendig, zumindest beim Laden und Entladen der Zelle, dafür zu sorgen, daß zuvor eine ausreichende Menge Wasserstoff H in das Kristallgitter der Wasserstoffelektrode El eingelagert wurde. Außer der Möglichkeit, daß extern erzeugter Wasserstoff H der Wasserstoffelektrode zugeführt werden kann, ist es vor dem Laden der Zelle für eine begrenzte Zeit möglich, das Halbelement K/ELl/El über einen äußeren Widerstand zu belasten und an E1/EL2/A eine Ladespannung anzulegen. Beim Entladen kann ebenfalls das Halbelement K/ELl/El für eine ausreichende Zeit belastet werden und die wiedergewonnene elektrische Energie nach Umwandlung der Halbzelle E1/EL2/A zugeführt werden.If the hydrogen electrode E1 consists of a graphite layer, it is necessary, at least when charging and discharging the cell, to ensure that a sufficient amount of hydrogen H is previously in the crystal lattice of the hydrogen electrode El was stored. In addition to the possibility that externally generated hydrogen H can be supplied to the hydrogen electrode, it is possible for a limited time before charging the cell to load the half element K / EL1 / El via an external resistor and to E1 / EL2 / A a charging voltage to apply. When unloading, the half element K / ELl / El can also be loaded for a sufficient time and the recovered electrical energy can be supplied after conversion of the half cell E1 / EL2 / A.
Beim eigentlichen Lade- und Entladevorgang ändert sich die Wasserstoffkonzentration in der Wasserstoffelektrode El nicht mehr, weil beim Laden an der anodenseitigen Oberfläche der Wasserstoffelektrode El dieselbe Wasserstoffmenge erzeugt wie an ihrer kathodenseitigen Oberfläche verbraucht wird, und beim Entladen nur die Zuordnung von Erzeugung und Verbrauch zu den Elektrodenoberflächen wechselt.During the actual charging and discharging process, the hydrogen concentration in the hydrogen electrode El no longer changes, because when charging on the anode-side surface of the hydrogen electrode El the same amount of hydrogen is generated as is consumed on its cathode-side surface, and when discharging only the assignment of generation and consumption to those Electrode surfaces change.
Als Trägermaterial für die Graphit-, Palladium- oder Platinschichten kann poröses Siliciumcarbid SiC verwendet werden, das von Säuren und Laugen nicht angegriffen wird.Porous silicon carbide SiC, which is not attacked by acids and alkalis, can be used as the carrier material for the graphite, palladium or platinum layers.
In Fig. 3 sind die im Elektrolyten ELI ablaufenden elektrochemischen Prozesse beim Laden und in Fig. 4 beim Entladen der Zn/F-Zelle angegeben. Wie aus den chemischen Reaktionsgleichungen und den Tabellen 1 und 2 hervorgeht, wird beim Laden an der Kathode K Zink Zn abgeschieden. Die Konzentration des Komplexsalzes K+ [Zn (OH) 3H20] " verringert sich, weil komplexierte Zinkionen Zn2+ reduziert und dadurch die Liganden Wasser H20 und Hydroxidionen OH" wieder frei werden. Beim Entladen findet der umgekehrte Vorgang statt. Von der Kathode K geht Zink Zn in Lösung und bildet mit Wasser H20 und den Hydroxidionen OH" sowie den Kaliumionen K+ wieder das Komplexsalz K+ [Zn (OH) 3H20] " .3 shows the electrochemical processes taking place in the electrolyte ELI during charging and in FIG. 4 when the Zn / F cell is discharged. As can be seen from the chemical reaction equations and Tables 1 and 2, Z Zn is deposited on the cathode during charging. The concentration of the complex salt K + [Zn (OH) 3 H 2 0] " decreases because complexed zinc ions reduce Zn 2+ and the ligands water H 2 0 and hydroxide ions OH " are released again. The reverse process takes place when unloading. Zinc Zn goes into solution from the cathode K and again forms the complex salt K + [Zn (OH) 3 H 2 0] " with water H 2 0 and the hydroxide ions OH " and the potassium ions K + .
Wie bereits zuvor beschrieben, liefert die Wasserstoffelektrode El beim Laden den zur chemischen Reaktion notwendigen Wasserstoff H. Beim Entladen wird dieser an der kathodenseitigen Oberfläche der Wasserstoffelektrode El erzeugt und von dort im Graphitgitter der Wasserstoffelektrode El eingelagert.As already described above, the hydrogen electrode El supplies the hydrogen H necessary for the chemical reaction during charging. When discharged, this is generated on the cathode-side surface of the hydrogen electrode El and from there is stored in the graphite grid of the hydrogen electrode El.
Da der anodenseitige Bereich der in Fig.l angegebenen Zn/F- Zelle mit dem der Na/F-Zelle in Fig.2 identisch ist, ist nachfolgend zunächst der kathodenseitige Bereich der Na/F- Zelle in Fig.2 beschrieben.Since the anode-side area of the Zn / F cell shown in FIG. 1 is identical to that of the Na / F cell in FIG. 2, the cathode-side area of the Na / F cell in FIG. 2 is first described below.
An der in Fig.2 dargestellten Kathode K wird wie in Fig.5 veranschaulicht, beim Laden elementares Natrium Na abgeschieden, das anschließend im Elektrolyten EL0 gelöst wird.Elemental sodium Na is deposited on the cathode K shown in FIG. 2, as illustrated in FIG. 5, which is then dissolved in the electrolyte EL0.
Ein besonderer Vorteil hierbei ist darin zu sehen, daß beim Laden keine Kurzschlüsse zwischen Kathode K und der Wasserstoffelektrode El entstehen können. Außerdem liegt ein weiterer Vorteil darin, daß sich auch die Kathode K in ihrer physikalischen Beschaffenheit nicht mehr ändert und somit alle verwandten Elektroden einschließlich Kathode K und Anode A keine Energieträger sind. Wie aus den elektrochemischen Reaktionsgleichungen in Fig. 5 und Fig. 6 und den Tabellen 3 und 4 hervorgeht, ändert sich der Natriumamidanteil im Elektrolyten EL0 beim Laden und Entladen nicht .A particular advantage here is that no short circuits between cathode K and hydrogen electrode El can occur during charging. In addition, there is another advantage that the physical nature of the cathode K no longer changes, and thus all related electrodes, including cathode K and anode A, are not energy sources. As can be seen from the electrochemical reaction equations in FIGS. 5 and 6 and Tables 3 and 4, the sodium amide content in the electrolyte EL0 does not change during charging and discharging.
Die Zwischenelektrode E0 stellt praktisch eine Natriumelektrode dar.The intermediate electrode E0 is practically a sodium electrode.
Der Elektrolyt EL0 besitzt zudem durch das in ihm gelöste Natrium Na eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit, dieses gilt im größeren Maße für den geladenen Zustand der Zelle.The electrolyte EL0 also has a very high electrical conductivity due to the sodium Na dissolved in it, this applies to a greater extent to the charged state of the cell.
In Fig.2 befindet sich zwischen der Wasserstoffelektrode El und der Natriumelektrode E0 der Elektrolyt ELI, der hinsichtlich des Zellenaufbaus mit dem in Fig.l vergleichbar ist.In Fig.2 is between the hydrogen electrode E1 and the sodium electrode E0 the electrolyte ELI, which is comparable in terms of cell structure with that in Fig.l.
Er besteht aus dem Lösungsmittel Ammoniak NH3 und gelöstem Natriumamid NaNH2 .It consists of the solvent ammonia NH 3 and dissolved sodium amide NaNH 2 .
Wie aus den Reaktionsgleichungen in Fig. 7 und Fig. 8 und den Tabellen 5 und 6 hervorgeht, reduziert sich die Konzentration des Natriumamids NaNH2 beim Laden der Zelle und nimmt beim Entladen wieder zu, d.h., die Konzentration der Natriumionen Na+ ist im Elektrolyten ELI im geladenen Zustand niedriger als im entladenen Zustand der Zelle.As can be seen from the reaction equations in FIGS. 7 and 8 and Tables 5 and 6, the concentration of sodium amide NaNH 2 is reduced when the cell is charged and increases again when it is discharged, ie the concentration of sodium ion Na + is in the electrolyte ELI lower in the charged state than in the discharged state of the cell.
Außerdem erhöht sich der Anteil des Lösungsmittels Ammoniak NH3 beim Laden und sinkt beim Entladen. Beim Laden werden Natriumionen Na+ an der anodenseitigen Oberfläche der Elektrode E0 entladen und vom Kristallgitter des Graphits aufgenommen.In addition, the proportion of the ammonia NH 3 solvent increases during charging and decreases during unloading. During charging, sodium ions Na + are discharged on the anode-side surface of the electrode E0 and taken up by the crystal lattice of the graphite.
Beim Entladen verbindet sich das über die Elektrode E0 gelieferte Natrium Na mit den entladenen NH2 "- Ionen [NH2] zu Na- triumamid NaNH2. Die in Ammoniak NH3 gelösten NH2 "- Ionen sind in ihrem Verhalten vergleichbar mit den Hydroxidionen OH" in Wasser H20.During discharge, the sodium Na supplied via electrode E0 combines with the discharged NH 2 " ions [NH 2 ] to form sodium amide NaNH 2. The behavior of the NH 2 " ions dissolved in ammonia NH 3 is comparable to that of the hydroxide ions OH " in water H 2 0.
Beim Laden verbinden sich an der kathodenseitigen Oberfläche der Wasserstoffelektrode El, wie in Fig .7 dargestellt, entladene NH2 "-Ionen [NH2] mit Wasserstoff H, der der Wasserstoff- elektrode El entzogen wird, zu Ammoniak NH3.During charging, discharged NH 2 " ions [NH 2 ] combine with hydrogen H, which is removed from the hydrogen electrode El, to form ammonia NH 3 on the cathode-side surface of the hydrogen electrode El, as shown in FIG. 7.
Beim Entladen werden an der kathodenseitigen Oberfläche der Wasserstoffelektrode El, wie Fig.8 zeigt, Natriumionen Na+ entladen. Um eine Reaktion des hier erzeugten elementaren Natriums Na mit dem Lösungsmittel Ammoniak NH3 an der kathodenseitigen Oberfläche der Wasserstoffelektrode El zu erreichen, ist es notwendig, einen Katalysator zu verwenden.When discharging, sodium ions Na + are discharged on the cathode-side surface of the hydrogen electrode El, as shown in FIG. In order to achieve a reaction of the elemental sodium Na produced here with the ammonia NH 3 solvent on the cathode-side surface of the hydrogen electrode El, it is necessary to use a catalyst.
Zu dem Zweck kann in das Graphitkristallgitter der Wasserstoffelektrode El beispielsweise Eisen Fe eingelagert oder eine Platin- oder Palladiumschicht verwendet werden. Diese beiden letztgenannten Metalle haben zusätzlich die gewünschte Eigenschaft, nur Wasserstoff H aufzunehmen und wirken somit gegenüber anderen Stoffen als Filter. Die katalytisch wirkenden Metalle gehen mit dem Lösungsmittel Ammoniak NH3 und dem gelösten Natriumamid NaNH2 keine dauerhafte chemische Verbindung ein.For this purpose, iron Fe or, for example, a platinum or palladium layer can be used in the graphite crystal lattice of the hydrogen electrode El. These latter two metals also have the desired property of only absorbing hydrogen H and thus act as a filter against other substances. The catalytically active metals do not form a permanent chemical compound with the solvent ammonia NH 3 and the dissolved sodium amide NaNH 2 .
Auch beim Laden gemäß Fig. 7 wird durch die katalytische Wirkung die Reaktion der entladenen NH2 "- Ionen [NH2] mit dem von der Wasserstoffelektrode El gelieferten Wasserstoffatomen H zu Ammoniak NH3 begünstigt.7, the reaction of the discharged NH 2 " ions [NH 2 ] with the hydrogen atoms H supplied by the hydrogen electrode E 1 to ammonia NH 3 is favored by the catalytic effect.
In Fig.l und Fig.2 befindet sich zwischen der Wasserstoff- elektrode El und der Zwischenelektrode E2 der anodenseitige Elektrolyt EL2. Auch der wirksame Teil der Zwischenelektrode E2 besteht aus einer Graphitschicht, was auch für die Anode A gilt. Der Elektrolyt EL2 setzt sich aus dem wasserfreien Lösungsmittel Fluorwasserstoff HF und einem Salz, vorzugsweise Ammoniumfluorid NH4F oder Kaliumfluorid KF, zusammen. Auch eine Salzmischung kann verwendet werden.In Fig.l and Fig.2 is between the hydrogen electrode El and the intermediate electrode E2, the anode-side electrolyte EL2. The effective part of the intermediate electrode E2 also consists of a graphite layer, which also applies to the anode A. The electrolyte EL2 is composed of the anhydrous hydrogen fluoride solvent HF and a salt, preferably ammonium fluoride NH 4 F or potassium fluoride KF. A salt mixture can also be used.
Um den Betriebstemperaturbereich der Zelle zu gewährleisten, ist es notwendig, einen möglichst niedrigen Schmelzpunkt des Elektrolyten zu erreichen. Da der Zersetzungspunkt von Ammo- niumfluorid NH4F mit ca. 300°C wesentlich niedriger liegt als der Schmelzpunkt des Kaliumfluorids KF (856°C), ist Ammonium- fluorid NH4F am besten geeignet, einen niedrigen Schmelzpunkt des Elektrolyten EL2 zu erzielen.In order to ensure the operating temperature range of the cell, it is necessary to achieve the lowest possible melting point of the electrolyte. Since the decomposition point of ammonium niumfluorid NH 4 F to about 300 ° C are considerably lower than the melting point of the potassium fluoride KF (856 ° C), ammonium fluoride NH 4 F is best suited to achieve the electrolyte EL2 a low melting point ,
Zum Vergleich können folgende Werte dienen:The following values can be used for comparison:
KF . 3 HF Smp. 60 °CKF. 3 HF mp 60 ° C
KF • 8..13 HF Smp . = Raumtemperatur Wie aus Fig.9 hervorgeht, werden beim Laden an der anodenseitigen Oberfläche der Wasserstoffelektrode El Ammoniumionen NH4 + entladen, die anschließend nicht existent sind und in Ammoniak NH3 und Wasserstoff H zerfallen, der von der Wasserstoffelektrode El aufgenommen wird.KF • 8..13 HF Smp. = Room temperature As can be seen from FIG. 9, ammonium ions NH 4 + are discharged at the anode-side surface of the hydrogen electrode El, which subsequently do not exist and decompose into ammonia NH 3 and hydrogen H, which is taken up by the hydrogen electrode El.
Das entstandene Ammoniak NH3 verbindet sich mit Fluorwasserstoff HF wieder zu Ammoniumfluorid NH4F.The ammonia NH 3 that forms combines with hydrogen fluoride HF to form ammonium fluoride NH 4 F.
An der kathodenseitigen Oberfläche der Zwischenelektrode E2 wird Fluor F gebildet und von der Zwischenelektrode E2 aufgenommen.Fluorine F is formed on the cathode-side surface of the intermediate electrode E2 and is taken up by the intermediate electrode E2.
Wie Fig.10 zeigt, werden beim Entladen an der anodenseitigen Oberfläche der Wasserstoffelektrode El Fluoridionen F" entladen, die sich aber sofort mit dem von der Wasserstoffelektrode El gelieferten Wasserstoff H zu Fluorwasserstoff HF verbinden.As shown in FIG. 10, when discharging on the anode-side surface of the hydrogen electrode El fluoride ions F "are discharged, but these immediately combine with the hydrogen H supplied by the hydrogen electrode El to form hydrogen fluoride HF.
Vorteilhaft wirkt sich dabei die Eigenschaft des Fluorwasserstoffs HF aus, sich kettenförmig anzulagern. Damit ist sichergestellt, daß sich jedes an einer Elektrodenoberfläche gebildete HF-Molekül im Elektrolyten EL2 anlagert.The property of the hydrogen fluoride HF to accumulate in a chain has an advantageous effect. This ensures that each RF molecule formed on an electrode surface is deposited in the EL2 electrolyte.
Beim Entladen wird der Zwischenelektrode E2 Fluor F entzogen, das mit dem entladenen NH4 +-Ion [NH4] bzw. mit dem daraus entstandenen Wasserstoff H wieder Ammoniumfluorid NH4F bildet. Wie aus den Tabellen 7 und 8 hervorgeht, ändert sich die Konzentration des gelösten Salzes nicht. Es wird jedoch beim Ladevorgang Fluorwasserstoff HF zersetzt und beim Entladevorgang wieder gebildet.When discharging, the intermediate electrode E2 fluorine F is withdrawn, which again forms ammonium fluoride NH 4 F with the discharged NH 4 + ion [NH 4 ] or with the hydrogen H formed therefrom. As can be seen from Tables 7 and 8, the concentration of the dissolved salt does not change. However, hydrogen fluoride HF is decomposed during the charging process and is formed again during the discharging process.
Beim Laden der Zelle kommt in Betracht, daß Fluor F an der kathodenseitigen Oberfläche der Zwischenelektrode E2 mit Ammoniumfluorid NH4F zu Stickstofftrifluorid NF3 in folgender Weise reagiert.When charging the cell, it is possible that fluorine F reacts on the cathode-side surface of the intermediate electrode E2 with ammonium fluoride NH 4 F to form nitrogen trifluoride NF 3 in the following manner.
NH4F + 6 F --> NF3 + 4 HFNH 4 F + 6 F -> NF 3 + 4 HF
Das setzt aber große Elektrodenoberflächen voraus, wie sie bei einer Elektrofluorierung benutzt werden. Außerdem muß zur Bildung von Stickstofftrifluorid NF3 Fluor F im Überschuß vorliegen, was beim Laden durch die Aufnahme von Fluor F durch die Zwischenelektrode E2 verhindert wird.However, this requires large electrode surfaces, such as those used in electrofluorination. In addition, in order to form nitrogen trifluoride NF 3, fluorine F must be present in excess, which is prevented during charging by the absorption of fluorine F by the intermediate electrode E2.
Der in Fig.l und Fig .2 zwischen der aus Graphit bestehenden Anode A und der Zwischenelektrode E2 liegende Gasspeicher GSP besteht aus einer Mischung von sehr kleinen Graphitteilchen und einem Fluorierungsmittel .The gas storage GSP in Fig.l and Fig. 2 between the graphite anode A and the intermediate electrode E2 consists of a mixture of very small graphite particles and a fluorinating agent.
Zur Aufnahme von Fluor F beim Laden und zur Abgabe von Fluor F beim Entladen sind besonders die chemischen Verbindungen Mangan ( III) -fluorid MnF3 und Mangan (IV) -fluorid MnF4 sowie Bromfluorid BrF und Bromtrifluorid BrF3 geeignet. In den weiteren möglichen Wertigkeitsstufen eignen sich auch Mangan (II) -fluorid MnF2 und Brompentafluorid BrF5. Einerseits besteht beim Laden an der anodenseitigen Oberfläche der Zwischenelektrode E2 ein Überschuß von Fluoratomen F und andererseits beim Entladen ein Mangel dieser Atome.The chemical compounds manganese (III) fluoride MnF 3 and manganese (IV) fluoride MnF 4 as well as bromine fluoride BrF and bromine trifluoride BrF 3 are particularly suitable for taking up fluorine F during loading and releasing fluorine F during unloading. In the other possible valence levels, manganese (II) fluoride MnF 2 and bromopentafluoride BrF 5 are also suitable. On the one hand there is an excess of fluorine atoms F when charging on the anode-side surface of the intermediate electrode E2 and on the other hand there is a deficiency of these atoms when discharging.
Das bedeutet, daß im Gasspeicher GSP beim Laden und Entladen ein Ionenfluß von Fluoratomen F einsetzt, der einen Gleichgewichtszustand zwischen der vom Fluorierungsmittel aufgenommenen und den in Graphit eingelagerten Fluoratomen F zur Folge hat . Die mit der Verwendung des Fluors F verbundene hohe Energiedichte/Masseneinheit ist sowohl durch das hohe Normal- potential als auch durch den großen im Graphitgitter einlagerbaren Fluoranteil gegeben.This means that an ion flow of fluorine atoms F occurs in the gas storage GSP during charging and discharging, which results in a state of equilibrium between the fluorine atoms F absorbed by the fluorinating agent and the fluorine atoms embedded in graphite. The high energy density / mass unit associated with the use of fluorine F is given both by the high normal potential and by the large proportion of fluorine which can be stored in the graphite lattice.
Der Anteil kann noch erhöht werden, indem bei der Herstellung im Kristallgitter der Graphitteilchen vereinzelt Fluoratome F zu Kohlenstoffmonofluorid CF reagieren, wodurch der Gitterabstand der Graphitschichten erhöht wird.The proportion can be increased further by occasionally reacting fluorine atoms F to carbon monofluoride CF during the production in the crystal lattice of the graphite particles, whereby the lattice spacing of the graphite layers is increased.
Im Fall, daß im Gasspeicher GSP eine Mischung aus Bromfluorid BrF und Bromtrifluorid BrF3 als Fluorierungsmittel und ein in Ammoniak NH3 gelöstes Alkalimetall, beispielweise Natrium Na, verwendet wird, ist es möglich, die flüssigen Stoffe EL0, ELI, EL2 und im Fall des Gasspeichers GSP den fest- flüssigen Stoff in Tanks zu speichern und durch die Kammern der Zelle entsprechend dem Aufbau in Fig .2 zirkulieren zu lassen.In the event that a mixture of bromofluoride BrF and bromotrifluoride BrF 3 is used as the fluorinating agent and an alkali metal dissolved in ammonia NH 3 , for example sodium Na, in the gas storage unit GSP, it is possible to use the liquid substances EL0, ELI, EL2 and in the case of Gas storage GSP to store the solid liquid in tanks and to circulate through the cells of the cell according to the structure in Fig. 2.
Die Zirkulation kann z.B. thermisch erfolgen.The circulation can e.g. thermally.
Da das Fluorierungsmittel Bromfluorid BrF und Bromtrifluorid BrF3 in diesem Fall im flüssigen Aggregatzustand vorliegen muß, sind nachfolgend die Flüssigkeitstemperaturbereiche dieser Verbindungen angegeben.Since the fluorinating agent bromofluoride BrF and bromotrifluoride BrF 3 are in the liquid state in this case the liquid temperature ranges of these compounds are given below.
Schmelzpunkt SiedepunktMelting point boiling point
BrF ca. -33°C ca. +20°CBrF approx. -33 ° C approx. + 20 ° C
BrF3 + 8,77°C +125,75°CBrF 3 + 8.77 ° C + 125.75 ° C
Durch den fest- flüssigen Zustand der Mischung aus kleinsten Graphitteilchen und den Interhalogenen Bromfluorid BrF und Bromtrifluorid BrF3 ist es über den Zirkulationseffekt möglich, auch das Innere des Gasspeichers GSP zu erfassen.Due to the solid, liquid state of the mixture of the smallest graphite particles and the interhalogens bromofluoride BrF and bromotrifluoride BrF 3 , the circulation effect enables the interior of the gas storage unit GSP to be detected.
Außerdem leitet die Mischung sehr gut den elektrischen Strom, weil zum einen Graphit ohnehin zu den Leitern erster Klasse gehört und zum anderen das Fluorierungsmittel elektrische Leitfähigkeit aufweist.In addition, the mixture conducts the electrical current very well, because on the one hand graphite belongs to the first class conductors and on the other hand the fluorinating agent has electrical conductivity.
Das bedeutet, daß der Gasspeicher GSP hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit mit dem Elektrolyten EL0 in Fig .2 vergleichbar ist.This means that the gas storage device GSP is comparable in terms of its electrical conductivity to the electrolyte EL0 in FIG. 2.
Die Warmeverluste aufgrund des niedrigen ohmschen Widerstands im Gasspeicher GSP sind deshalb beim Laden und Entladen der Zelle gering. Weiterhin hat die Mischung Bromfluorid BrF und Bromtrifluorid BrF3 im Vergleich zu den Manganfluoriden ein geringeres Atomgewicht, was mit einer größeren Energiedich- te/Masseneineinheit verbunden ist . Es ist aber auch möglich, die Fluorierungsmittel Mangan ( III) - fluorid MnF3 und Mangan (IV) -fluorid MnF4 zu verwenden. In diesem Fall bildet der Gasspeicher GSP einen Feststoff- Gasspeicher.The heat losses due to the low ohmic resistance in the gas storage GSP are therefore low when charging and discharging the cell. In addition, the mixture of bromofluoride BrF and bromotrifluoride BrF 3 has a lower atomic weight than the manganese fluorides, which is associated with a greater energy density / mass unit. However, it is also possible to use the fluorinating agents manganese (III) fluoride MnF 3 and manganese (IV) fluoride MnF 4 . In this case, the gas storage GSP forms a solid gas storage.
Der Vorteil des flüssigen Fluorierungsmittels gegenüber dem Feststoff-Gasspeicher besteht darin, daß selbst in Verbindung mit sehr großen Flüssigkeitstanks im Extremfall nur eine erfindungsgemäße Zelle entsprechend dem Aufbau in Fig. 2 verwendet werden kann.The advantage of the liquid fluorinating agent compared to the solid gas storage is that even in connection with very large liquid tanks, in extreme cases only one cell according to the construction in FIG. 2 can be used.
Außerdem besteht die Möglichkeit, einer oder mehreren Zellenkammern den Inhalt zu entziehen, womit im Ruhezustand die Selbstentladung stark verringert werden kann.It is also possible to extract the contents from one or more cell chambers, which can greatly reduce self-discharge in the idle state.
Eine Weiterbildung sieht vor, daß ein an der Graphitanode A angeschlossener metallischer Leiter nicht korrodiert. Da die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte aus Graphit bestehende Anode A Fluor F in das Graphitgitter einlagert, ist es prinzipiell möglich, daß beispielsweise der Kupferkontakt der Anode A durch Reaktion mit Fluor F korrodiert.A further development provides that a metallic conductor connected to the graphite anode A does not corrode. Since the anode A consisting of graphite shown in FIG. 1 and FIG. 2 stores fluorine F in the graphite grid, it is in principle possible that, for example, the copper contact of the anode A corrodes by reaction with fluorine F.
Mit einer längeren Graphitverbindung zwischen Anode und einem Kupferanschluß kann die Bildung von Kupferfluorid vermieden werden, weil die Tiefe des Eindringens von Fluor F in Graphit von dem Ionentransport abhängt, der nach innen zunehmend geringer wird. Die gute Elektronenleitfähigkeit des Graphits erschwert nämlich stark zunehmend den Transport von Fluori- dionen F~ , denn zum Ionentransport müssen örtlich ausreichend große elektrische Potentialdifferenzen vorhanden sein. In Fig. 11 ist dargestellt, wie beim Laden Fluoridionen F" des Elektrolyten EL2 an der kathodenseitigen Oberfläche der Zwischenelektrode E2 entladen und durch sie ionisch hindurch in den Gasspeicher GSP transportiert werden.With a longer graphite connection between the anode and a copper connection, the formation of copper fluoride can be avoided because the depth of the penetration of fluorine F into graphite depends on the ion transport, which becomes increasingly less inward. The good electron conductivity of graphite is making it increasingly difficult to transport fluoride ions F ~ , because there must be sufficiently large electrical potential differences locally for ion transport. FIG. 11 shows how, during charging, fluoride ions F "of the electrolyte EL2 are discharged on the cathode-side surface of the intermediate electrode E2 and are transported ionically through them into the gas store GSP.
Aus zeichnungstechnischen Gründen ist lediglich eine sehr dünne GraphitSchicht wiedergegeben, mit der jedoch das Transportprinzip erklärbar ist. Kohlenstoffatome C an der Oberfläche der Zwischenelektrode E2 , die dem Elektrolyten EL2 zugekehrt sind, sind durch Elektronentzug über die Anode A positiv geladen. Es findet ein Ladungsaustausch zwischen positiv geladen Kohlenstoffatomen C+ und benachbarten Fluoridionen F" statt. Der Ladungsaustausch ist mit einem Transport des Fluoratoms F in das Graphitgitter verbunden, weil sich Atome bzw. Moleküle unterschiedlicher Polarität anziehen.For reasons of drawing technology, only a very thin graphite layer is shown, but with which the transport principle can be explained. Carbon atoms C on the surface of the intermediate electrode E2, which face the electrolyte EL2, are positively charged by electron withdrawal via the anode A. A charge exchange takes place between positively charged carbon atoms C + and neighboring fluoride ions F " . The charge exchange is associated with a transport of the fluorine atom F into the graphite lattice because atoms or molecules of different polarity attract each other.
Dieser Vorgang ist in Fig. 11 in zeitlich aufeinanderfolgenden Abschnitten dargestellt.This process is shown in Fig. 11 in successive sections.
Zur besseren Erkennung der Wanderung der Fluoratome F sind diese durchnummeriert . Die Symbole der Kohlenstoffatome C, die verstärkt gezeichnet sind, stellen Kohlenstoffatome C dar, die durch Elektronenentzug über die Anode A positiv geladen sind.For better detection of the migration of the fluorine atoms F, these are numbered consecutively. The symbols of the carbon atoms C, which are drawn more strongly, represent carbon atoms C which are positively charged by electron withdrawal via the anode A.
Die eingetragenen Pfeile symbolisieren die Abgabe von Elektronen e der Fluoridionen F" an die positiv geladenen Kohlenstoffatome C+. Wie im einzelnen der Fluortransport erfolgt, ist in den Beispielen A und B in Fig. 12 angegeben.The arrows indicated symbolize the emission of electrons e of the fluoride ions F " to the positively charged carbon atoms C + . How the fluorine transport takes place is shown in Examples A and B in FIG.
Dort werden dieselben Symbole verwendet wie in Fig. 11.The same symbols are used there as in FIG. 11.
Zusätzlich ist die Polarität der Kohlenstoffatome C und Fluoratome F für den Fall eingetragen, daß die rechte Seite der nachstehenden Reaktion gilt.In addition, the polarity of the carbon atoms C and fluorine atoms F is entered in the case that the right side of the following reaction applies.
"^ C+ " ^ C +
Weil beim Ionentransport ursächlich immer von der rechten Seite der Reaktionsgleichung ausgegangen werden muß, sind in Fig. 11 und Fig. 12 nur (C+ + F") -Paare dargestellt.Because the ion transport always has to start from the right side of the reaction equation, only (C + + F " ) pairs are shown in FIGS. 11 and 12.
Nur wenn das Fluoratom F negativ geladen ist, kann ein Ladungsaustausch mit einem positiv geladenen Kohlenstoffatom C+ erfolgen und somit ein Transport des Fluoratoms F erreicht werden.Only when the fluorine atom F is negatively charged can a charge exchange with a positively charged carbon atom C + take place and thus a transport of the fluorine atom F can be achieved.
Zur besseren Veranschaulichung der Vorgänge sind jeweils zusammengehörige negativ geladene Fluoratome F" und positiv geladene Kohlenstoffatome C+ entsprechend der o.a. Reaktion durch Striche gekennzeichnet .In order to better illustrate the processes, negatively charged fluorine atoms F and positively charged carbon atoms C + that belong together are identified by dashes in accordance with the above reaction.
In Beispiel A gelangt die positive Ladung von der Anode A bis zu einem (C+ + F")-Paar.In example A, the positive charge passes from anode A to a (C + + F " ) pair.
Da sich beim Laden negative Ionen nur in Richtung Anode A bewegen können, wandert das negativ geladene Fluoratom F" zu dem positiv geladenen Kohlenstoffatom C+, das durch Elektronenentzug über die Anode A entstanden ist. Das positiv geladenen Kohlenstoffatom C+ des ursprünglichen (C+ + F") -Paares entlädt sich mit dem nächstgelegenen Fluoridion F" des Elektrolyten EL2, wodurch das Fluoratom F in das Graphitgitter eingelagert wird.Since negative ions can only move in the direction of anode A during charging, the negatively charged fluorine atom F " migrates the positively charged carbon atom C + , which was created by electron withdrawal via anode A. The positively charged carbon atom C + of the original (C + + F " ) pair discharges with the closest fluoride ion F " of the electrolyte EL2, as a result of which the fluorine atom F is embedded in the graphite lattice.
Im Beipiel B ist dargestellt, wie der in Beispiel A beschriebene Vorgang auch mit vielen Fluoratomen F bzw. Fluoridionen F" erfolgen kann.Example B shows how the process described in Example A can also be carried out with many fluorine atoms F or fluoride ions F " .
An der Oberfläche der Zwischenelektrode E2 , die dem Gasspeicher GSP zugekehrt ist, entstehen durch Entladung von Fluri- dionen F" Fluoratome F, die die Zwischenelektrode E2 verlassen und vom Gasspeicher GSP aufgenommen werden. Die Fluoratome F können im Gasspeicher GSP wieder als Fluoridionen F" auftreten, weil z.B. Mangan (III) -fluorid MnF3 in Mangan(IV)- fluorid MnF4 umgewandelt werden kann und die Graphitteilchen im Gasspeicher GSP Fluoratome F aufnehmen können. Die der Zwischenelektrode E2 entzogenen Elektronen e dienen dem Fluo- ridionentransport im Gasspeicher GSP.On the surface of the intermediate electrode E2, which faces the gas storage device GSP, discharge of fluoridions F " results in fluorine atoms F which leave the intermediate electrode E2 and are taken up by the gas storage device GSP. The fluorine atoms F can again be used as fluoride ions F " in the gas storage device GSP. occur because, for example, manganese (III) fluoride MnF 3 can be converted into manganese (IV) fluoride MnF 4 and the graphite particles in the gas storage GSP can absorb fluorine atoms F. The electrons e extracted from the intermediate electrode E2 serve to transport the fluoride ions in the gas storage unit GSP.
Beim Entladen kehrt sich der Vorgang um.The process is reversed when unloading.
Analog zu der beschriebenen Fluoridionenwanderung erfolgt auch der Wasserstofftransport durch die Zwischenelektrode El und der Natriumtransport durch die Zwischenelektrode E0. Voraussetzung zur Speicherung von Fluor F im Gasspeicher GSP ist, daß im ganzen Speicher ein ungehinderter Fluoridionen- transport stattfinden kann.Analogous to the fluoride ion migration described, the hydrogen is also transported through the intermediate electrode E1 and the sodium is transported through the intermediate electrode E0. A prerequisite for storing fluorine F in the gas storage unit GSP is that unhindered fluoride ion transport can take place in the entire storage unit.
Der Gasspeicher GSP darf deshalb nicht vollständig aus Graphit bestehen. Das bedeutet, daß der Transport nicht zunehmend dadurch behindert werden darf, daß der linke Teil der o.a. Gleichung überwiegt.The gas storage unit GSP must therefore not consist entirely of graphite. This means that the transport must not be increasingly hampered by the fact that the left part of the above Equation prevails.
Im Extremfall würde sich dann freies Fluor F2 bilden und entweichen.In extreme cases, free fluorine F 2 would then form and escape.
Dieser Effekt kann vermieden werden, indemThis effect can be avoided by
durch Mischung kleinster Graphitteilchen mit einem Fluorierungsmittel und der damit verbundenen Erhöhung des spezifischen Widerstandes eine größere elektrische Energie für den Fluoridionentransport zur Verfügung steht, das Fluorierungsmittel durch Wertigkeitsänderung sowohl Fluor F beim Laden der Zelle an Graphitteilchen abgeben als auch beim Entladen wieder aufnehmen kann und daß die Graphitteilchen in ihrer Gesamtheit eine sehr große Oberfläche bilden, die die Einlagerung von Fluoridionen F" ermöglichen.by mixing the smallest graphite particles with a fluorinating agent and the associated increase in specific resistance, a greater electrical energy is available for the fluoride ion transport, the fluorinating agent can release fluorine F during loading of the cell on graphite particles as well as when discharging and that the fluorinating agent can resume and that Graphite particles form a very large surface in their entirety, which allow the storage of fluoride ions F " .
Auch bei der Ausführung der Zwischenelektroden E0, El und E2 ist es erforderlich, die Schichtstärke des Graphits ausreichend gering zu wählen, damit der Ionentransport in beiden Richtungen noch gewährleistet ist, d.h., die o.a. Reaktions- gleichung muß im Bereich der Graphitschicht ausreichend zur rechten Seite gültig sein.When designing the intermediate electrodes E0, E1 and E2, it is also necessary to choose a sufficiently thin layer of graphite so that ion transport is still ensured in both directions, ie the above-mentioned reaction equation must be sufficiently valid on the right side in the area of the graphite layer.
Aufgrund der im Gasspeicher GSP vorliegenden Mischung gibt es Fälle, wo Graphitteilchen elektrischen Kontakt untereinander haben oder sich nur mit z.B. Mangan (III) -fluorid MnF3 bzw. Mangan ( IV) -fluorid MnF4 berühren.Due to the mixture present in the gas storage unit GSP, there are cases where graphite particles are in electrical contact with one another or only touch with, for example, manganese (III) fluoride MnF 3 or manganese (IV) fluoride MnF 4 .
Als Beispiel ist nachfolgend der Transport der Fluoratome F im Gasspeicher GSP beim Laden an einem beliebig ausgewählten Ort angegeben .As an example, the transport of the fluorine atoms F in the gas storage GSP during charging at an arbitrarily selected location is given below.
Durch den anodenseitigen Elektronenentzug entstehen positiv geladene Atome bzw. Moleküle, deren geometrische Lage nachfolgend mit x bezeichnet ist, die der Anode A zugekehrt ist. Durch die über die Kathode K gelieferten Elektronen entstehen unmittelbar gegenüber dem Ort x negativ geladene Atome bzw. Moleküle, die bereits Fluoratome F aufgenommen haben, in der Lage mit der Bezeichnung x + 1.The removal of electrons on the anode side produces positively charged atoms or molecules, the geometrical position of which is denoted by x below and which faces the anode A. The electrons supplied via the cathode K result in atoms or molecules which have been negatively charged with respect to the location x and which have already taken up fluorine atoms F, in the position designated x + 1.
Anodeanode
Anode AnodeAnode anode
T tT t
C - e → C+ oder MnF3 - e -> Mn 4+τF3 C - e → C + or MnF 3 - e -> Mn 4 + τF 3
x + 1 C + F + e → C + F" oder Mn ,4*+ F4 + e → MnF3 + F" t Tx + 1 C + F + e → C + F " or Mn, 4 * + F 4 + e → MnF 3 + F " t T
E2 Kathode Kathode Abhängig vom vorliegenden Berührungsfall werden sich die Ladungen unter Weitertransport des Fluoratoms F ausgleichen. Es ergeben sich vier mögliche Fälle.E2 cathode cathode Depending on the case of contact, the charges will balance as the fluorine atom F is transported. There are four possible cases.
Anodeanode
C+ ergibt C+ + F ^ C +FC + gives C + + F ^ C + F
T x+1 C + F" ergibtT x + 1 C + F " results
E2E2
Anodeanode
ergibt C+ + F" ^ C +Freturns C + + F " ^ C + F
x+1 MnF + F" ergibt MnFx + 1 MnF + F " results in MnF
E2 AnodeE2 anode
Mn4+F3 ergibt MnF4 t x + 1 F" ergibtMn 4+ F 3 gives MnF 4 tx + 1 F " gives
E2E2
Anodeanode
x Mn4+F3 ergibt MnF4 t x + 1 MnF3 + F" ergibt MnFx Mn 4+ F 3 gives MnF 4 tx + 1 MnF 3 + F " gives MnF
E2E2
Wenn keine Elektronen e fließen, der äußere Stromkreis also unterbrochen ist, wird sich ein räumlicher Ausgleich der Fluoratome F vollziehen. Fluoratome F an der Oberfläche der Graphitteilchen, die sich gerade im atomaren Zustand befinden, reagieren mit Mangan (III) -fluorid MnF3 zu Mangan (IV) -fluorid MnF4 und Fluoridionen F" , die aus dem Zerfall von Mangan (IV)- fluorid MnF4 zu Mangan (III) -fluorid MnF3 + F" hervorgehen, werden von Graphitteilchen aufgenommen. Letztendlich wird sich ein Gleichgewichtszustand einstellen, der dem Ladezustand des Gasspeichers GSP entspricht.If no electrons e flow, ie the outer circuit is interrupted, the fluorine atoms F will be spatially balanced. Fluorine atoms F on the surface of the graphite particles, which are currently in the atomic state, react with manganese (III) fluoride MnF 3 to form manganese (IV) fluoride MnF 4 and fluoride ions F " , which result from the decay of manganese (IV) - fluoride MnF 4 to manganese (III) fluoride MnF 3 + F " emerge, are taken up by graphite particles. Ultimately, a state of equilibrium will occur which corresponds to the state of charge of the gas storage unit GSP.
In Fig. 13 ist der Aufbau der elektrochemischen energiespeichernden Zelle schematisch dargestellt. Die Zelle umfaßt eine Kathode (K) und eine Anode (A) und ist in Teilzellen aufgeteilt ist, zwischen denen sich eine Wasserstoffelektrode (El) befindet. Die kathodenseitige Teilzelle umfaßt einen Metallspeicher und einen Elektrolyten (ELI) . Die anodenseitige Teilzelle umfaßt einen Gasspeicher (GSP) und einen Elektrolyten (EL2) .The structure of the electrochemical energy-storing cell is shown schematically in FIG. The cell comprises a cathode (K) and an anode (A) and is divided into sub-cells, between which there is a hydrogen electrode (El). The partial cell on the cathode side comprises a metal storage and an electrolyte (ELI). The anode-side sub-cell comprises a gas storage (GSP) and an electrolyte (EL2).
Die Spannung der in Fig.l angegebenen Zn/F-Zelle zwischen Kathode K und Anode A beträgt im unbelasteten Zustand bezogen auf die Normalpotentiale:The voltage of the Zn / F cell shown in Fig.l between cathode K and anode A in the unloaded state is based on the normal potentials:
kathodenseitiges Halbelement K/ELl/El in basischer Lösung (KOH und H20)Half element K / ELl / El in basic solution on the cathode side (KOH and H 2 0)
Zn = -1,22 V und H = -0,83 V - ΔUK/EI = 0,39 VZn = -1.22 V and H = -0.83 V - ΔU K / EI = 0.39 V
anodenodenseitiges Halbelement E1/EL2/A in saurer Lösung (Fluoridsalz in HF )anode-side half element E1 / EL2 / A in acid solution (fluoride salt in HF)
H = 0,0 V und F = 2,71 V ΔUEι/A = 2,71 VH = 0.0 V and F = 2.71 V ΔU E ι / A = 2.71 V
Damit beträgt die GesamtSpannung:The total voltage is:
UK/A = ΔUK/EI + ΔUE1/A UK/A = 0 , 3 9 V + 2 , 71 V Uκ/A = 3 , 10 V Die Spannung der in Fig.2 angegebenen Na/F-Zelle zwischen Kathode K und Anode A beträgt im unbelasteten Zustand bezogen auf die Normalpotentiale:U K / A = ΔUK / EI + ΔU E1 / A U K / A = 0, 3 9 V + 2, 71 VU κ / A = 3, 10 V The voltage of the Na / F cell shown in Fig. 2 between cathode K and anode A in the unloaded state is based on the normal potentials:
kathodenseitiges Halbelement K/EL0/E0/EL1/E1 in basischer Lösung (NaNH2 und NH3)Half element K / EL0 / E0 / EL1 / E1 in basic solution (NaNH 2 and NH 3 )
Na = -2,71 V und H = -0,83 V ΔUκ/Eι = 1,88 VNa = -2.71 V and H = -0.83 V ΔU κ / E ι = 1.88 V
anodenodenseitiges Halbelement E1/EL2/A in saurer Lösung (Fluoridsalz in HF)anode-side half element E1 / EL2 / A in acid solution (fluoride salt in HF)
H = 0,0 V und F = 2,71 V ΔUEι/A = 2,71 VH = 0.0 V and F = 2.71 V ΔU E ι / A = 2.71 V
Damit beträgt die GesamtSpannung:The total voltage is:
UK/A = ΔUK/EI + ΔUE1/A UK/A = 1 , 88 V + 2 , 71 V Uκ A = 4 , 59 VUK / A = ΔU K / EI + ΔU E1 / A UK / A = 1.88 V + 2.71 VU κ A = 4.59 V
Bei der in Fig.l angegebenen Zn/F-Zelle müssen die Zellenkammern, in denen sich der Elektrolyt EL2 und der Gasspeicher GSP befinden, gasdicht abgeschlossen sein.In the Zn / F cell shown in Fig.l, the cell chambers in which the electrolyte EL2 and the gas storage GSP are located must be sealed gas-tight.
Das gleiche gilt auch für die in Fig.2 dargestellte Na/F- Zelle.The same also applies to the Na / F cell shown in FIG.
Als Materialien zur Herstellung von Gehäusen und Behältern können beim Gasspeicher GSP beispielsweise Siliciumcarbid SiC oder Bι3C2 sowie auch Teflon (CF2)n und Kohlenstoffmonographit (CFι,ι2) Anwendung finden. Außerdem sind zur Aufnahme des Elektrolyten EL2 fluorwasserstoffbeständige Kunststoffe geeignet.Silicon carbide SiC or Bι 3 C 2 as well as Teflon (CF 2 ) n and carbon monographite (CFι , ι2 ) can be used as materials for the production of housings and containers in the gas storage unit GSP. In addition, hydrogen fluoride-resistant plastics are suitable for holding the EL2 electrolyte.
Als Trägermaterial für die Graphitelektroden El, E2 und A in Fig.l und K, E0, E2 und A in Fig.2 ist poröses Siliciumcarbid SiC oder auch Teflon geeignet .Porous silicon carbide SiC or Teflon is suitable as a carrier material for the graphite electrodes El, E2 and A in Fig.l and K, E0, E2 and A in Fig.2.
Bei Zerstörung der in Fig.l dargestellten Zn/F-Zelle kann davon ausgegangen werden, daß mit Sicherheit auch die Zwischenelektroden El und E2 zerstört werden, so daß alle Stoffe, d.h., die Elektolyten ELI und EL2 sowie die im Gasspeicher GSP enthaltene Mischung, miteinander reagieren können. Es werden in diesem Fall im wesentlichen nachfolgende Reaktionen ablaufen:If the Zn / F cell shown in FIG. 1 is destroyed, it can be assumed that the intermediate electrodes El and E2 will also be destroyed with certainty, so that all substances, ie the electrolytes ELI and EL2 and the mixture contained in the gas storage GSP, can react with each other. In this case, the following reactions will essentially take place:
KOH + HF -> KF + H20KOH + HF -> KF + H 2 0
Zn + 2 HF → ZnF2 + H2 Zn + 2 HF → ZnF 2 + H 2
Zn + F2 -» ZnF2 Zn + F 2 - »ZnF 2
2 F2 + 2 H20 → 4 HF + o2 2 F 2 + 2 H 2 0 → 4 HF + o 2
Die entstandenen Endprodukte sind demnach Kaliumfluorid KF, Zinkfluorid ZnF2, freier Wasserstoff H2 und freier Sauerstoff 02, wobei Zinkfluorid ZnF2 in Wasser H20 nur schwer löslich ist. Im Fall der in Fig.2 angegebenen Na/F-Zelle werden hauptsächlich bei Zerstörung der Elektroden E0, El und E2 die Elektrolyte EL0, ELI und EL2 sowie der GSP miteinander reagieren und folgende Verbindungen bilden:The resulting end products are therefore potassium fluoride KF, zinc fluoride ZnF 2 , free hydrogen H 2 and free oxygen 0 2 , with zinc fluoride ZnF 2 being difficult to dissolve in water H 2 0. In the case of the Na / F cell shown in FIG. 2, the electrolytes EL0, ELI and EL2 and the GSP will react with one another mainly when the electrodes E0, El and E2 are destroyed and form the following connections:
NH3 + HF -> NH4FNH 3 + HF -> NH 4 F
2 Na + 2 HF → 2 NaF H2 2 Na + F2 -» 2 NaF2 Na + 2 HF → 2 NaF H 2 2 Na + F 2 - »2 NaF
NaNH2 + HF -» NaF + NH3 NaNH 2 + HF - »NaF + NH 3
Außerdem würde Natrium Na mit externem Wasser H20 reagierenIn addition, sodium Na would react with external water H 2 0
2 Na + 2 H20 _> 2 NaOH + H2 2 Na + 2 H 2 0 _> 2 NaOH + H 2
und sich anschließendand then
NaOH + HF __> NaF + H20NaOH + HF __ > NaF + H 2 0
bilden.form.
Weiterhin würde auch Fluor mit Wasser reagierenFluorine would also react with water
2 F H20 → 2 HF O2 FH 2 0 → 2 HF O
Reaktionen mit dem Komplexsalz im Elektrolyten ELI gemäß Fig.l und den Fluorierungsmitteln im Gasspeicher GSP (Fig.l und Fig.2) lassen ebenfalls keine äußerst toxischen Stoffe erwarten, so daß die Umweltverträglichkeit bei Zerstörung der Zelle bzw. von Tanks beherrschbar ist.Reactions with the complex salt in the electrolyte ELI according to Fig.l and the fluorinating agents in the gas storage GSP (Fig.l and Fig.2) also do not expect extremely toxic substances, so that the environmental compatibility in the event of destruction of the cell or tanks is manageable.
Schließlich ist es möglich, ein aus einer Anzahl erfindungsgemäßer elektrochemischer Zellen bestehendes Energiespeicher- system zu bilden. Finally, it is possible to form an energy storage system consisting of a number of electrochemical cells according to the invention.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Elektrochemische energiespeichernde Zelle, die eine Kathode (K) und eine Anode (A) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle in Teilzellen aufgeteilt ist, zwischen denen sich eine Wasserstoffelektrode (El) befindet, wobei die kathodenseitige Teilzelle einen Metallspeicher und einen Elektrolyten (ELI) umfaßt und die anodenseitige Teilzelle einen Gasspeicher (GSP) und einen Elektrolyten (EL2) umfaßt.1. Electrochemical energy-storing cell, which comprises a cathode (K) and an anode (A), characterized in that the cell is divided into sub-cells, between which there is a hydrogen electrode (El), the sub-cell on the cathode side being a metal store and an electrolyte (ELI) and the anode-side sub-cell comprises a gas storage (GSP) and an electrolyte (EL2).
2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallspeicher ein kristallines, unedles Metall, vorzugsweise Zink (Zn) , enthält.2. Electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the metal storage contains a crystalline, base metal, preferably zinc (Zn).
3. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallspeicher die Kathode (K) bildet.3. Electrochemical cell according to claim 2, characterized in that the metal storage forms the cathode (K).
4. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (K) eine große Oberfläche aufweist.4. Electrochemical cell according to claim 3, characterized in that the cathode (K) has a large surface.
5. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß der kathodenseitige Elektrolyt (ELI) durch die Kathode (K) begrenzt ist.5. Electrochemical cell according to one of claims 2 to 4, characterized in that the cathode-side electrolyte (ELI) is limited by the cathode (K).
6. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kathodenseitige Elektrolyt (EL1) als elektrisch leitende Flüssigkeit Wasser (H20) enthält.6. Electrochemical cell according to one of claims 2 to 5, characterized in that the cathode-side electrolyte (EL1) contains water (H 2 0) as an electrically conductive liquid.
7. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kathodenseitige Elektrolyt (ELI) wenigstens eine die Ionenleitfähigkeit erhöhende Verbindung enthält, vorzugsweise Kaliumhydroxid (KOH) oder Ammoniak (NH3) .7. Electrochemical cell according to claim 6, characterized in that the cathode-side electrolyte (ELI) contains at least one compound which increases the ionic conductivity, preferably potassium hydroxide (KOH) or ammonia (NH3).
8. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der kathodenseitige Elektrolyt8. Electrochemical cell according to one of claims 2 to 7, characterized in that the cathode-side electrolyte
(ELI) wenigstens ein Komplexsalz enthält, das Ionen des als Kathode (K) wirkenden unedlen Metalls umfaßt.(ELI) contains at least one complex salt which comprises ions of the base metal acting as cathode (K).
9. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Zink (Zn) als Kathode (K) das Komplexsalz ein Kaliumzinkat , vorzugweise9. Electrochemical cell according to claim 8, characterized in that when using zinc (Zn) as the cathode (K) the complex salt is a potassium zincate, preferably
K[Zn(OH)3 (H20) ] , ist.K [Zn (OH) 3 (H 2 0)].
10. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallspeicher ein in einem Lösungsmittel gelöstes Alkalimetall (EL0) , vorzugsweise Natrium (Na) , enthält.10. Electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the metal storage contains an alkali metal (EL0), preferably sodium (Na), dissolved in a solvent.
11. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel wasserfrei ist.11. Electrochemical cell according to claim 10, characterized in that the solvent is anhydrous.
12. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Ammoniak (NH3) ist. 12. Electrochemical cell according to claim 11, characterized in that the solvent is ammonia (NH 3 ).
13. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 10 bis13. Electrochemical cell according to one of claims 10 to
12, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallspeicher (EL0) durch die Kathode (K) begrenzt ist.12, characterized in that the metal store (EL0) is limited by the cathode (K).
14. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 10 bis14. Electrochemical cell according to one of claims 10 to
13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Metallspeicher (EL0) und dem katodenseitigen Elektrolyten (ELI) eine Zwischenelektrode (E0) angeordnet ist.13, characterized in that an intermediate electrode (E0) is arranged between the metal reservoir (EL0) and the cathode-side electrolyte (ELI).
15. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 10 bis15. Electrochemical cell according to one of claims 10 to
14, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallspeicher (EL0) und/oder der kathodenseitige Elektrolyt (ELI) wenigstens ein gelöstes Alkaliamid, vorzugsweise Natriumamid (NaNH2) , enthält, das die Ionenleitfähigkeit der Lösung erhöht.14, characterized in that the metal reservoir (EL0) and / or the cathode-side electrolyte (ELI) contains at least one dissolved alkali amide, preferably sodium amide (NaNH 2 ), which increases the ionic conductivity of the solution.
16. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 10 bis16. Electrochemical cell according to one of claims 10 to
15, dadurch gekennzeichnet, daß der kathodenseitige Elektrolyt (ELI) dasselbe Lösungsmittel wie der Metallspeicher (EL0) enthält, vorzugsweise Ammoniak (NH3) .15, characterized in that the cathode-side electrolyte (ELI) contains the same solvent as the metal reservoir (EL0), preferably ammonia (NH 3 ).
17. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis17. Electrochemical cell according to one of claims 1 to
16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem anodenseitigen Elektrolyten (EL2) und dem Gasspeicher (GSP) eine Zwischenelektrode (E2) angeordnet ist.16, characterized in that an intermediate electrode (E2) is arranged between the anode-side electrolyte (EL2) and the gas reservoir (GSP).
18. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis18. Electrochemical cell according to one of claims 1 to
17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffelektrode (El) aus Graphit, Platin (Pt) oder Palladium (Pd) besteht. 17, characterized in that the hydrogen electrode (El) consists of graphite, platinum (Pt) or palladium (Pd).
19. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis19. Electrochemical cell according to one of claims 1 to
18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffelektrode (El) kathodenseitig einen metallhaltigen Katalysator, der vorzugsweise Eisen (Fe) , Platin (Pt) oder Palladium (Pd) umfaßt, aufweist .18, characterized in that the hydrogen electrode (El) on the cathode side has a metal-containing catalyst which preferably comprises iron (Fe), platinum (Pt) or palladium (Pd).
20. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis20. Electrochemical cell according to one of claims 1 to
19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffelektrode (El) so ausgebildet ist, daß sie mindestens vor dem Laden oder Entladen der Zelle extern mit Wasserstoff versorgt werden kann.19, characterized in that the hydrogen electrode (El) is designed such that it can be supplied with hydrogen externally at least before the cell is charged or discharged.
21. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis21. Electrochemical cell according to one of claims 1 to
20, dadurch gekennzeichnet, daß der anodenseitige Elektrolyt (EL2) als Lösungsmittel wenigstens eine Halogenwasserstoff-20, characterized in that the anode-side electrolyte (EL2) as solvent at least one hydrogen halide
Verbindung enthält.Contains connection.
22. Elektrochemische Zelle nach einem der Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel wasserfrei ist.22. Electrochemical cell according to one of claim 21, characterized in that the solvent is anhydrous.
23. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der anodenseitige Elektrolyt (EL2) wenigstens ein Salz enthält, das die Leitfähigkeit der Lösung erhöht .23. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 22, characterized in that the anode-side electrolyte (EL2) contains at least one salt which increases the conductivity of the solution.
24. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz dasselbe Halogen wie auch das Lösungsmittel enthält, vorzugsweise Fluor. 24. Electrochemical cell according to claim 23, characterized in that the salt contains the same halogen as the solvent, preferably fluorine.
25. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz Ammoniumfluorid (NH4F) und/oder Kaliumfluorid (KF) ist.25. Electrochemical cell according to claim 23 or 24, characterized in that the salt is ammonium fluoride (NH 4 F) and / or potassium fluoride (KF).
26. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicher (GSP) eine Mischung aus Graphitteilchen und mindestens einer metallhaltigen Halogenverbindung oder mindestens einem Interhalogen umfaßt .26. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 25, characterized in that the gas storage (GSP) comprises a mixture of graphite particles and at least one metal-containing halogen compound or at least one interhalogen.
27. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicher (GSP) einseitig von einer Anode (A) begrenzt ist, wobei die Anode durch das in dem Gasspeicher (GSP) verwendete Halogen nicht angreifbar ist.27. Electrochemical cell according to claim 26, characterized in that the gas storage (GSP) is delimited on one side by an anode (A), the anode not being attackable by the halogen used in the gas storage (GSP).
28. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenverbindung eine Mischung aus Manganfluoriden mit unterschiedlichen Wertigkeitsstufen des Mangans umfaßt, beispielsweise Mangan (III) -fluorid (MnF3) oder Mangan ( IV) -fluorid (MnF4) .28. Electrochemical cell according to claim 26 or 27, characterized in that the halogen compound comprises a mixture of manganese fluorides with different valence levels of the manganese, for example manganese (III) fluoride (MnF 3 ) or manganese (IV) fluoride (MnF 4 ).
29. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenverbindung eine Mischung aus Bromfluoriden mit unterschiedlichen Wertigkeitsstufen des Broms umfaßt, beispielsweise Bromfluorid (BrF) oder Bromtri- fluorid (BrF3) .29. Electrochemical cell according to claim 26 or 27, characterized in that the halogen compound comprises a mixture of bromofluorides with different valence levels of bromine, for example bromofluoride (BrF) or bromotrifluoride (BrF 3 ).
30. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (K, A, E0, El, E2) Graphitschichten, vorzugsweise Retortengraphit, umfassen. 30. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 28, characterized in that the electrodes (K, A, E0, El, E2) comprise graphite layers, preferably retort graphite.
31. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitschichten der Graphitelektroden auf einem Trägermaterial, beispielsweise auf porösem Siliciumcarbid (SiC) oder Polytetrafluorethylen (PTFE/TefIon) , aufgebracht sind.31. Electrochemical cell according to claim 30, characterized in that the graphite layers of the graphite electrodes are applied to a carrier material, for example on porous silicon carbide (SiC) or polytetrafluoroethylene (PTFE / TefIon).
32. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die die Elekrolyte (EL0, ELI, EL2) bildenden flüssigen Energieträger und/oder die die Speicher (GSP, E0) bildenden fest-flüssigen Energieträger mit separaten Tanks für die Lagerung dieser Energieträger verbunden sind und den Tanks zuführbar sowie entnehmbar sind.32. Electrochemical cell according to one of claims 1 to 31, characterized in that the electrolytes (EL0, ELI, EL2) forming liquid energy carriers and / or the storage (GSP, E0) forming solid-liquid energy carriers with separate tanks for the Storage of these energy sources are connected and can be fed to and removed from the tanks.
33. Energiespeichersystem, bestehend aus einer Anzahl elektrochemischer Zellen nach einem der Ansprüche 1 bis 32 und einer Anzahl mit diesen Zellen verbundener Tanks. 33. Energy storage system consisting of a number of electrochemical cells according to one of claims 1 to 32 and a number of tanks connected to these cells.
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