WO2014000984A1 - Electrical energy store - Google Patents

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WO2014000984A1
WO2014000984A1 PCT/EP2013/060482 EP2013060482W WO2014000984A1 WO 2014000984 A1 WO2014000984 A1 WO 2014000984A1 EP 2013060482 W EP2013060482 W EP 2013060482W WO 2014000984 A1 WO2014000984 A1 WO 2014000984A1
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WO
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storage
contact pins
electrode
air
interconnector plate
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/060482
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Inventor
Harald Landes
Carsten Schuh
Thomas Soller
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
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    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to an electrical energy store according to claim 1.
  • ROB Rechargeable Oxide Battery
  • ROBs are usually operated at temperatures between 600 ° C and 900 ° C.
  • oxygen which is supplied to a (positive) air electrode of the electric cell is converted into oxygen ions, transported by a solid electrolyte and brought to the opposite negative electrode (discharge) or transported from the negative electrode via the solid electrolyte to the air side (charging).
  • a reduction or oxidation reaction takes place with a gaseous redox couple, whereby the oxygen taken up or released by the gaseous redox couple is converted by diffusion of the components of the redox couple to a porous redox couple , So gas-permeable and also oxidizable and reducible storage medium is transferred. Due to the high temperatures required for the transport of oxygen in the ceramic electrolyte for this process, the choice of materials for the cell materials used and the construction of the cell parts and the arrangement of the storage medium is very complex. In particular, the individual components suffer after several redox cycles, which are operated at the said operating temperatures.
  • the solution of the problem consists in an electrical energy storage device with a memory cell having the features of claim 1.
  • the memory cell of the electrical energy storage on an air electrode which is in communication with air channels of an air supply device and it further comprises a storage electrode, wherein the two electrodes usually separated from each other by a solid electrolyte.
  • a memory structure adjoins the storage electrode, electrical contacts being applied to the storage electrode.
  • the invention is characterized in that the contacts are designed in the form of a field of separate contact pins. This array of separate pins reduces the total surface area of contactors while increasing the volume available to the active storage material, and thus the ratio of the volume of active storage material to the total volume of the electrical energy storage.
  • the energy density ie the amount of energy per unit volume of the electrical energy storage is increased.
  • This also increases the power density per unit volume of the energy storage, which at the same time leads to a reduction in the cost per stored amount of energy or per stored power.
  • the memory structure per memory cell is designed as a coherent component, which in turn has recesses through which the contact pins extend.
  • the memory structure is inserted with their recesses on the pins.
  • self-service Of course, smaller units of the memory structure can be cut in such a way that they can be arranged around the individual contacts, which would, however, mean a higher assembly outlay.
  • an additional contact network between the contact pins and the storage electrode by means of which a better outflow of the electrons onto the contact pins can take place and by the deformability of which a mechanical relief of local pressure peaks is provided.
  • the diameter of the contact pins is advantageously between 2 mm and 7 mm, more preferably between 3 mm and 4 mm.
  • the cross-section of the contact pins can assume different expedient geometries.
  • a circular, but also an oval or rectangular or polygonal cross-section is expedient.
  • the cross section of the contact pins is particularly relevant for the production of the contact pins per se and the recess of the memory structure.
  • the distance between the contact pins is preferably between 10 mm and 30 mm, more preferably between 17 mm and 21 mm. This distance of the pins is small enough that an undisturbed flow of electrons can be made through the contacts, but at the same time it is large enough to provide as much volume for the memory structure available.
  • the contact pins on rounded heads which rest on the storage electrode.
  • Such a rivet shape similar design may be useful to reduce the mechanical pressure load of the stack structure or the pressure load on the substantially consisting of a ceramic material electrode structure.
  • the memory structure or the other stack components are compensated.
  • a metal net located between the contact pins and the storage electrode eg of nickel helps to limit local pressure forces.
  • the electrical energy store from a plurality of different memory cells, which are combined in total in a stack.
  • the current path in an energy store with a stack which in turn has interconnector plates preferably takes place as follows: First, the current passes through a volume material of a first interconnector plate, continues to flow via contact webs between the air channels of the first interconnector plate to which the air electrode abuts another station is the solid state electrolyte followed by the storage electrode. From here, the electrons flow along the current path into the contact pins of a second interconnector plate and finally into the bulk material of the second interconnector plate. Depending on how many stacks follow each other, the described current path is repeated several times to outer electrodes, the electrons are derived or introduced.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cell of a rechargeable oxide battery
  • FIG. 2 is an exploded view of a stack viewed from above
  • FIG. 3 is an exploded view of the stack from FIG. 2 viewed from below
  • FIG. 5 shows a plan view of an interconnector plate on the memory side
  • FIG. 6 shows a cross section of the interconnector plate from FIG. 5,
  • Figure 7 is a plan view of a memory structure
  • FIG. 8 shows a cross section through the storage structure according to FIG. 7.
  • a common structure of a ROB is that at a positive electrode 6, which is also referred to as an air electrode, a process gas, in particular air, is blown through a gas supply 20, wherein the
  • Electrode 10 This is connected via a gaseous redox pair, for example a hydrogen-steam mixture, to the porous storage medium in the channel structure.
  • a gaseous redox pair for example a hydrogen-steam mixture
  • a storage structure 9 of porous material on the negative electrode 10 as the energy storage medium, which contains a functionally effective oxidizable material as an active storage material, preferably in the form of iron and / or iron oxide.
  • a gaseous redox couple for example H 2 / H 2 O
  • the oxygen ions transported by the solid electrolyte 7, after being discharged at the negative electrode in the form of water vapor through pore channels of the porous storage structure 9, which is the active Storage material includes transported.
  • the metal or the metal oxide (iron / iron oxide) is oxidized or reduced and the oxygen required for this is supplied by the gaseous redox couple H 2 / H 2 O or transported back to the solid electrolyte.
  • Oxygen transport via a redox couple is referred to as a shuttle mechanism.
  • the advantage of the iron as an oxidizable material, ie as an active storage material in the storage structure 9, is that it has approximately the same rest voltage of approximately 1 V in its oxidation process, such as the redox couple H 2 / H 2 O at a partial pressure ratio of 1, otherwise, there is an increased resistance to oxygen transport through the diffusing components of this redox couple.
  • the diffusion of the oxygen ions through the solid electrolyte 7 requires a high operating temperature of 600 to 900 ° C of the described ROB, but also for the optimal composition of the redox pair H 2 / H 2 0 in equilibrium with the storage material, this temperature range is advantageous.
  • this temperature range is advantageous.
  • the structure of the electrodes 6 and 10 and the electrolyte 7 a high thermal load out but also the memory structure 9, which comprises the active storage material.
  • ROB Reliable and Low-power
  • FIG. 2 shows the structure of a stack, which is viewed from above and is assembled in the order from bottom to top.
  • the stack 2 initially comprises a bottom plate 24, which is optionally composed of a plurality of individual plates, which in turn have functional structures and depressions, for example, for air guidance. This composition of individual plates, which is not described here in detail, to the bottom plate 24, for example, by a brazing process.
  • the base plate 24 has an air supply 20 and an air discharge 22. As already described, 24 non-visible channels for the supply of air are integrated here by the composition of individual plates in the bottom plate. Furthermore, the bottom plate 24 centering pin 29, through which now more
  • an electrode-electrolyte unit 25 which comprises, in particular, the already described positive electrode 6, the solid state electrolyte 7 and the storage electrode 10.
  • This is a self-supporting ceramic structure, to which the individual functional areas such as the electrodes or the solid electrolyte are applied in a thin-film process.
  • a seal 26 which consists for example of a slightly above the operating temperature melting glass frit, which then seals the individual plates of the stack 2 at the operating temperatures of the battery.
  • the next following plate is a so-called inner connector plate 27, which has two functionally effective sides. On its lower side 34, which is visible in FIG. 3, the air supply channels (air ducts 18) (not shown here in detail) are located on the positive electrode 6 of FIG. 3,
  • Memory cell 4 boundaries.
  • On the upper side (memory side 32) has the interconnector plate 27 (not shown in FIG. 2) contact pins 12 which penetrate the memory structure 9 and are introduced into this.
  • the upper side of the interconnector plate 27 in FIG. 2 has the same
  • the contact pins 12 are provided for insertion into the storage medium 9. This side with the contact pins 12 is in each case facing the storage electrode 10 of the storage cell 4.
  • FIG. 2 shows a further level of the sequence of electrode-electrolyte unit 25, seal 26 under a cover plate 28 for the overall construction of the stack 2.
  • a number of further levels of these components can follow, so that a stack usually has between 10 and more layers of memory cells 4.
  • FIG. 3 the same stack 2, which is described in FIG. 2, is shown in the opposite direction.
  • the interconnector plate 27 is now also visible from below, in which case the view is directed to the air side 34, the Air electrode faces (air side 34).
  • the memory cell 4 is thus composed in this example of a quarter of the surface of the respective interconnector plate 27 and the base plate 24 and the cover plate 28 together. Furthermore, the respective cell 4 is formed by a sequence of the respective air side 34, seal 26, electrode-electrolyte unit 25 and again a quarter of the memory side 32 of the base plate 24 and the interconnector plate 27.
  • the air side 34 is supplied with air by the process gas by means of a stack-internal air distribution device (also called a manifold), which is not shown in more detail here, and which encompasses several levels of the stack.
  • a stack-internal air distribution device also called a manifold
  • the supply of the memory side with the gaseous redox couple takes place in this example in that the memory pages of the interconnector plates are open to the environment and the stack is in a container which is filled with water vapor / hydrogen mixture.
  • FIG. 4 shows a cross-section through a memory cell 4, by means of which a current path 14 of the current flowing through the stack is exemplarily illustrated by the dashed line 14.
  • the cell 4 viewed from the top to the bottom, begins with an interconnector plate 27, which has contact webs 19 on its air side, through which in turn the air channels 18 are formed.
  • the electrode-electrolyte unit 25 On the surfaces of the contact webs 19 is applied to the electrode-electrolyte unit 25, the positive electrode (air electrode 6) the solid electrolyte 7 and the negative
  • Electrode called storage electrode 10 includes. On the storage electrode 10 are in turn contact pins 12, through which the current is derived and further led to the bulk material 36 of the interconnector plate 27.
  • FIG. 5 shows the plan view of an interconnector plate 27, with the memory page 32 being looked at.
  • the memory page 32 has the contact pins 12, the protrude from the interconnector plate 27, on.
  • the contact pins 12 can be produced, for example, by milling out the material from the surface of the interconnector plate 27. In principle, however, it is also possible to achieve this by a method, for example by welding,
  • FIG. 6 shows a cross section through the interconnector plate from FIG. 5.
  • FIG. 7 shows a memory structure 9 with recesses 16.
  • the recesses 16 are designed such that the memory structure 9 can be inserted directly into the memory side 32 of the interconnector plate 27 from FIG. 5 and the contact pins 12 run in the recesses 16.
  • the contact pins 12 rest closely against the material of the memory structure 9, but there is a certain amount of play, so that the memory structure 9 can be pushed onto the contact pins 12 without tilting. It may be appropriate that the contact pins are slightly longer than the thickness of the storage disk, so that between the storage electrode and the storage disk or between the storage electrode and the
  • FIG. 8 shows a cross section through the storage structure 9 from FIG.
  • a production of the storage structure can be effected, for example, by a uniaxial or isostatic pressing process of the storage material.
  • a film casting process and an optional lamination of several films one above the other may also be expedient.
  • the recesses 16 are introduced by drilling, punching, erosion, milling and laser, water or particle beam cutting.
  • it may be appropriate to the memory structure by near-net shape manufacturing such as by an extrusion process or by a
  • the diameter of the contact pins between 2 mm and 7 mm, preferably between see 2 mm and 4 mm.
  • the distance between the pins should be between 10 mm and 30 mm.
  • the distance should be between 17 mm and 21 mm.
  • the arrangement of the contact pins 12 need not necessarily take place in regular Cartesian form, as shown by way of example in FIG. In this case, other arrangement patterns may be expedient.
  • the distance and the diameter of the contact pins 12 essentially result from the specific resistances which are to be found in the cell 4 along the current path 14 on the memory side.
  • D is the diameter of the contact surface
  • L is the diameter of the electrode area supplied by this contact. 2. The effective resistance contribution caused by the voltage drop along the contact pin:
  • R 2 p P h (L / D) 2
  • h means the length of the pin.
  • R means the effective sheet resistance of the storage electrode, which, when the contact network rests only on the contact surfaces of the contact pins is given by p / d where

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Abstract

The invention relates to an electrical energy store comprising a storage cell (4), which in turn comprises an air electrode (6), which is connected to air channels in an air supply device (20), and a storage electrode (10), wherein the storage electrode (10) adjoins a storage structure (9), wherein electrical contacts rest on the storage electrode (10), characterized in that the contacts are in the form of an array of separate contact pins (12).

Description

Beschreibung description
Elektrischer Energiespeicher Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher nach Anspruch 1. The invention relates to an electrical energy store according to claim 1.
Zur Speicherung von überschüssigem elektrischem Strom, der beispielsweise bei der Stromerzeugung durch erneuerbare Ener- giequellen oder durch Kraftwerke anfällt, die im Bereich des optimalen Wirkungsgrades betrieben werden und für den temporär kein Bedarf im Netz besteht, werden verschiedene technische Alternativen angewandt. Eine davon ist die wieder auf- ladbare Metall-Luftbatterie (Rechargeable Oxide Battery, ROB) . ROBs werden üblicherweise bei Temperaturen zwischen 600°C und 900°C betrieben. Hierbei wird Sauerstoff, der an einer (positiven) Luftelektrode der elektrischen Zelle zugeführt wird in Sauerstoffionen umgewandelt, durch einen Festkörperelektrolyten transportiert und zur gegenüberliegenden negativen Elektrode gebracht (Entladevorgang) bzw. von der negativen Elektrode über den Festkörperelektrolyten zur Luftseite transportiert (Ladevorgang) . An der negativen Elektrode findet (je nachdem, ob geladen oder entladen wird) eine Re- duktions- bzw. Oxidationsreaktion mit einem gasförmigen Re- doxpaar statt, wobei der von dem gasförmigen Redoxpaar aufgenommene oder abgegebene Sauerstoff durch Diffusion der Komponenten des Redoxpaares auf ein poröses, also gasdurchlässiges und ebenfalls oxidierbares und reduzierbares Speichermedium übertragen wird. Aufgrund der z.B. für den Sauerstofftrans- port im keramischen Elektrolyten benötigten hohen Temperaturen für diesen Prozess ist die Werkstoffauswahl für die verwendeten Zellenwerkstoffe und die Konstruktion der Zellenteile sowie die Anordnung des Speichermediums sehr komplex. Insbesondere leiden die einzelnen Komponenten nach mehreren Re- doxzyklen, die bei den besagten Betriebstemperaturen betrieben werden. Ferner ist für eine wirtschaftliche Nutzung stets eine Erhöhung der Speicherdichte pro Speicherzelle bzw. pro Volumeneinheit des Energiespeichers anzustreben. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektrischen Energiespeicher auf Basis einer ROB bereitzustellen, der gegenüber dem Stand der Technik eine bei hoher mechanischer Stabi- lität verbesserte Speicherdichte aufweist. For storage of surplus electricity, which is generated, for example, in the generation of electricity by renewable energy sources or by power plants, which are operated in the range of optimum efficiency and for which there is no temporary demand in the grid, various technical alternatives are used. One of them is the rechargeable metal air battery (Rechargeable Oxide Battery, ROB). ROBs are usually operated at temperatures between 600 ° C and 900 ° C. Here, oxygen, which is supplied to a (positive) air electrode of the electric cell is converted into oxygen ions, transported by a solid electrolyte and brought to the opposite negative electrode (discharge) or transported from the negative electrode via the solid electrolyte to the air side (charging). At the negative electrode (depending on whether it is charged or discharged), a reduction or oxidation reaction takes place with a gaseous redox couple, whereby the oxygen taken up or released by the gaseous redox couple is converted by diffusion of the components of the redox couple to a porous redox couple , So gas-permeable and also oxidizable and reducible storage medium is transferred. Due to the high temperatures required for the transport of oxygen in the ceramic electrolyte for this process, the choice of materials for the cell materials used and the construction of the cell parts and the arrangement of the storage medium is very complex. In particular, the individual components suffer after several redox cycles, which are operated at the said operating temperatures. Furthermore, for economic use, it is always desirable to increase the storage density per storage cell or per unit volume of the energy store. It is therefore an object of the invention to provide an electrical energy store based on a ROB which, compared to the prior art, has a storage density which is improved with high mechanical stability.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem elektrischen Energiespeicher mit einer Speicherzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hierbei weist die Speicherzelle des elektrischen Energiespeichers eine Luftelektrode auf, die mit Luftkanälen einer Luftzufuhrvorrichtung in Verbindung steht und sie weist ferner eine Speicherelektrode auf, wobei die beiden Elektroden in der Regel durch einen Feststoffelektrolyten voneinander getrennt angeordnet sind. An die Speicherelektrode grenzt eine Speicherstruktur an, wobei an der Speicherelektrode elektrische Kontakte anliegen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kontakte in Form eines Feldes von separaten Kontaktstiften ausgestaltet sind. Dieses Feld an separaten Kontaktstiften reduziert insgesamt die Fläche an Kontaktvorrichtungen und vergrößert gleichzeitig das für das aktive Speichermaterial verfügbare Volumen, und damit das Verhältnis des Volumens von aktivem Speichermaterial zum Gesamtvolumen des elektrischen Energiespeichers. Somit wird die Energiedichte, also die Energiemenge pro Volumeneinheit des elektrischen Energiespeichers erhöht. Hiermit wird auch die Leistungsdichte pro Volumeneinheit des Energiespeichers erhöht, was gleichzeitig zu einer Erniedrigung der Kosten pro gespeicherte Energiemenge bzw. pro gespeicherte Leistung führt. The solution of the problem consists in an electrical energy storage device with a memory cell having the features of claim 1. Here, the memory cell of the electrical energy storage on an air electrode, which is in communication with air channels of an air supply device and it further comprises a storage electrode, wherein the two electrodes usually separated from each other by a solid electrolyte. A memory structure adjoins the storage electrode, electrical contacts being applied to the storage electrode. The invention is characterized in that the contacts are designed in the form of a field of separate contact pins. This array of separate pins reduces the total surface area of contactors while increasing the volume available to the active storage material, and thus the ratio of the volume of active storage material to the total volume of the electrical energy storage. Thus, the energy density, ie the amount of energy per unit volume of the electrical energy storage is increased. This also increases the power density per unit volume of the energy storage, which at the same time leads to a reduction in the cost per stored amount of energy or per stored power.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist es zweckmäßig, dass die Speicherstruktur pro Speicherzelle als ein zusammenhängendes Bauteil ausgestaltet ist, das wie- derum Aussparungen aufweist, durch die die Kontaktstifte verlaufen. Bei der Montage des elektrischen Energiespeichers wird somit die Speicherstruktur mit ihren Aussparungen auf die Kontaktstifte gesteckt. Alternativ hierzu könnten selbst- verständlich auch kleinere Einheiten der Speicherstruktur so geschnitten sein, dass sie um die einzelnen Kontakte herum angeordnet werden können, was jedoch einen höheren Montageaufwand bedeuten würde . In an advantageous embodiment of the invention, it is expedient that the memory structure per memory cell is designed as a coherent component, which in turn has recesses through which the contact pins extend. When mounting the electrical energy storage thus the memory structure is inserted with their recesses on the pins. Alternatively, self-service Of course, smaller units of the memory structure can be cut in such a way that they can be arranged around the individual contacts, which would, however, mean a higher assembly outlay.
Ferner kann es zweckmäßig sein, zwischen den Kontaktstiften und der Speicherelektrode ein zusätzliches Kontaktnetz anzuordnen, durch das ein besserer Abfluss der Elektronen auf die Kontaktstifte erfolgen kann und durch dessen Verformbarkeit eine mechanische Entlastung von lokalen Druckspitzen gegeben ist . Furthermore, it may be expedient to arrange an additional contact network between the contact pins and the storage electrode, by means of which a better outflow of the electrons onto the contact pins can take place and by the deformability of which a mechanical relief of local pressure peaks is provided.
Es hat sich herausgestellt, dass der Durchmesser der Kontaktstifte in vorteilhafter Weise zwischen 2 mm und 7 mm, beson- ders bevorzugt zwischen 3 mm und 4 mm beträgt. Hierbei kann der Querschnitt der Kontaktstifte verschiedene zweckmäßige Geometrien annehmen. Zweckmäßig ist hierbei insbesondere ein kreisrunder, jedoch auch ein ovaler oder rechteckiger bzw. vieleckiger Querschnitt. Der Querschnitt der Kontaktstifte ist insbesondere für die Herstellung der Kontaktstifte an sich sowie der Aussparung der Speicherstruktur relevant. It has been found that the diameter of the contact pins is advantageously between 2 mm and 7 mm, more preferably between 3 mm and 4 mm. In this case, the cross-section of the contact pins can assume different expedient geometries. Here, in particular, a circular, but also an oval or rectangular or polygonal cross-section is expedient. The cross section of the contact pins is particularly relevant for the production of the contact pins per se and the recess of the memory structure.
Der Abstand zwischen den Kontaktstiften beträgt dabei bevorzugt zwischen 10 mm und 30 mm, besonders bevorzugt zwischen 17 mm und 21 mm. Dieser Abstand der Kontaktstifte ist klein genug, das ein ungestörter Abfluss der Elektronen über die Kontakte erfolgen kann, gleichzeitig ist er jedoch groß genug, um möglichst viel Volumen für die Speicherstruktur zur Verfügung zu stellen. The distance between the contact pins is preferably between 10 mm and 30 mm, more preferably between 17 mm and 21 mm. This distance of the pins is small enough that an undisturbed flow of electrons can be made through the contacts, but at the same time it is large enough to provide as much volume for the memory structure available.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung weisen die Kontaktstifte abgerundete Köpfe auf, die auf der Speicherelektrode aufliegen. Ein derartiges einer Nietenform ähnliches Design kann zweckmäßig sein, um die mechani- sehe Druckbelastung des Stackaufbaus bzw. die Druckbelastung auf die im Wesentlichen aus einem keramischen Material bestehende Elektrodenstruktur zu verringern. Außerdem können durch diese abgerundete Kopfform auch fertigungsbedingte Toleranzen der Speicherstruktur oder der weiteren Stackkomponenten kompensiert werden. Weiter hilft ein zwischen den Kontaktstifte und der Speicherelektrode befindliches Metallnetz (z.B. aus Nickel), um lokale Druckkräfte zu begrenzen. In a further advantageous embodiment of the invention, the contact pins on rounded heads, which rest on the storage electrode. Such a rivet shape similar design may be useful to reduce the mechanical pressure load of the stack structure or the pressure load on the substantially consisting of a ceramic material electrode structure. In addition, due to this rounded head shape manufacturing tolerances the memory structure or the other stack components are compensated. Furthermore, a metal net located between the contact pins and the storage electrode (eg of nickel) helps to limit local pressure forces.
Ferner ist es zweckmäßig, den elektrischen Energiespeicher aus mehreren verschiedenen Speicherzellen aufzubauen, die insgesamt in einem Stack zusammengefasst sind. Hierbei ist es zweckmäßig, eine Interkonnektorplatte anzuwenden, die auf ei- ner Luftseite Luftkanäle enthält, und auf einer gegenüberliegenden Seite, die als Speicherseite bezeichnet wird, Kontaktstifte aufweist. Furthermore, it is expedient to construct the electrical energy store from a plurality of different memory cells, which are combined in total in a stack. In this case, it is expedient to use an interconnector plate which contains air ducts on one side of the air and has contact pins on an opposite side, which is referred to as the memory side.
Der Strompfad in einem Energiespeicher mit einem Stack der wiederum Interkonnektorplatten aufweist, erfolgt hierbei in bevorzugter Weise folgendermaßen: Zunächst durchläuft der Strom ein Volumenmaterial einer ersten Interkonnektorplatte, fließt weiter über Kontaktstege zwischen den Luftkanälen der ersten Interkonnektorplatte, an die die Luftelektrode an- liegt, eine weitere Station ist der Festkörperelektrolyt gefolgt von der Speicherelektrode. Von hier fließen die Elektronen entlang des Strompfades in die Kontaktstifte einer zweiten Interkonnektorplatte und abschließend in das Volumenmaterial der zweiten Interkonnektorplatte. Je nachdem wie viele Stacks übereinander folgen, wiederholt sich der beschriebene Strompfad mehrfach bis an äußeren Elektroden die Elektronen abgeleitet bzw. eingeleitet werden. The current path in an energy store with a stack which in turn has interconnector plates preferably takes place as follows: First, the current passes through a volume material of a first interconnector plate, continues to flow via contact webs between the air channels of the first interconnector plate to which the air electrode abuts another station is the solid state electrolyte followed by the storage electrode. From here, the electrons flow along the current path into the contact pins of a second interconnector plate and finally into the bulk material of the second interconnector plate. Depending on how many stacks follow each other, the described current path is repeated several times to outer electrodes, the electrons are derived or introduced.
Weitere Merkmale und weitere vorteilhafte Ausgestaltungsfor- men der Erfindung sind anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Hierbei handelt es sich lediglich um beispielhafte Ausgestaltungsformen, die keine Einschränkung des Schutzum- fangs darstellen. Dabei zeigen: Further features and further advantageous embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the following figures. These are merely exemplary embodiments that do not limit the scope of protection. Showing:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Zelle einer Re- chargeable Oxide Battery, Figur 2 eine Explosionsdarstellung eines Stacks von oben betrachtet , Figur 3 eine Explosionsdarstellung des Stacks aus Figur 2 von unten betrachtet, FIG. 1 shows a schematic representation of a cell of a rechargeable oxide battery, FIG. 2 is an exploded view of a stack viewed from above, FIG. 3 is an exploded view of the stack from FIG. 2 viewed from below,
Figur 4 einen Querschnitt durch eine Speicherzelle mit Strompfad, 4 shows a cross section through a memory cell with current path,
Figur 5 eine Draufsicht auf eine Interkonnektorplatte auf der Speicherseite, FIG. 5 shows a plan view of an interconnector plate on the memory side,
Figur 6 einen Querschnitt der Interkonnektorplatte aus Figur 5, FIG. 6 shows a cross section of the interconnector plate from FIG. 5,
Figur 7 eine Draufsicht auf eine Speicherstruktur und Figure 7 is a plan view of a memory structure and
Figur 8 einen Querschnitt durch die Speicherstruktur nach Figur 7. FIG. 8 shows a cross section through the storage structure according to FIG. 7.
Anhand von Figur 1 soll zunächst schematisch die Wirkungswei - se einer Rechargeable Oxide Batterie (ROB) beschrieben werden, insoweit dies für die vorliegende Beschreibung der Erfindung notwendig ist. Ein üblicher Aufbau einer ROB besteht darin, dass an einer positiven Elektrode 6, die auch als Luftelektrode bezeichnet wird, ein Prozessgas, insbesondere Luft, über eine Gaszufuhr 20 eingeblasen wird, wobei beimThe mode of operation of a rechargeable oxide battery (ROB) will first of all be described schematically with reference to FIG. 1 insofar as this is necessary for the present description of the invention. A common structure of a ROB is that at a positive electrode 6, which is also referred to as an air electrode, a process gas, in particular air, is blown through a gas supply 20, wherein the
Entladen (Stromkreis auf der rechten Bildseite) der Luft Sauerstoff entzogen wird. Der Sauerstoff gelangt in Form von Sauerstoffionen 02" durch einen an der positiven Elektrode 6 anliegenden Feststoffelektrolyten 7, zu einer negativen Discharging (circuit on the right side of the screen) the air is deprived of oxygen. The oxygen passes in the form of oxygen ions 0 2 " through a voltage applied to the positive electrode 6 solid electrolyte 7, to a negative
Elektrode 10. Diese steht über ein gasförmiges Redoxpaar, z.B. ein Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisch mit dem porösen Speichermedium in der Kanalstruktur in Verbindung. Würde an der negativen Elektrode 10 eine dichte Schicht des aktiven Speichermaterials vorliegen, so würde die Ladekapazität der Batterie schnell erschöpft werden. Electrode 10. This is connected via a gaseous redox pair, for example a hydrogen-steam mixture, to the porous storage medium in the channel structure. Would at the negative electrode 10, a dense layer of the active Storage material present, the charging capacity of the battery would be exhausted quickly.
Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, an der negativen Elektro- de 10 als Energiespeichermedium eine Speicherstruktur 9 aus porösem Material einzusetzen, das ein funktional wirkendes oxidierbares Material als ein aktives Speichermaterial, bevorzugt in Form von Eisen und/oder Eisenoxid enthält. Über ein, beim Betriebszustand der Batterie gasförmiges Re- doxpaar, beispielsweise H2/H20, werden die, durch den Festkörperelektrolyten 7 transportierten Sauerstoffionen nach ihrer Entladung an der negativen Elektrode in Form von Wasserdampf durch Porenkanäle der porösen Speicherstruktur 9, die das aktive Speichermaterial umfasst, transportiert. Je nachdem, ob ein Entlade- oder Ladevorgang vorliegt, wird das Metall bzw. das Metalloxid (Eisen/Eisenoxid) oxidiert oder reduziert und der hierfür benötigte Sauerstoff durch das gasförmige Redoxpaar H2/H20 angeliefert oder zum Festkörper- elektrolyten zurück transportiert. Dieser Mechanismus desFor this reason, it is expedient to use a storage structure 9 of porous material on the negative electrode 10 as the energy storage medium, which contains a functionally effective oxidizable material as an active storage material, preferably in the form of iron and / or iron oxide. By means of a gaseous redox couple, for example H 2 / H 2 O, in the operating state of the battery, the oxygen ions transported by the solid electrolyte 7, after being discharged at the negative electrode in the form of water vapor through pore channels of the porous storage structure 9, which is the active Storage material includes transported. Depending on whether a discharge or charging process is present, the metal or the metal oxide (iron / iron oxide) is oxidized or reduced and the oxygen required for this is supplied by the gaseous redox couple H 2 / H 2 O or transported back to the solid electrolyte. This mechanism of
Sauerstofftransportes über ein Redoxpaar wird als Shuttlemechanismus bezeichnet. Oxygen transport via a redox couple is referred to as a shuttle mechanism.
Der Vorteil des Eisens als oxidierbares Material, also als aktives Speichermaterial in der Speicherstruktur 9, besteht darin, dass es bei seinem Oxidationsprozess in etwa dieselbe Ruhespannung von etwa 1 V aufweist, wie das Redoxpaar H2/H20 bei einem Partialdruckverhältnis von 1, andernfalls ergibt sich ein erhöhter Widerstand für den Sauerstofftransport durch die diffundierenden Komponenten dieses Redoxpaares. The advantage of the iron as an oxidizable material, ie as an active storage material in the storage structure 9, is that it has approximately the same rest voltage of approximately 1 V in its oxidation process, such as the redox couple H 2 / H 2 O at a partial pressure ratio of 1, otherwise, there is an increased resistance to oxygen transport through the diffusing components of this redox couple.
Die Diffusion der Sauerstoffionen durch den Feststoffelektrolyten 7 benötigt eine hohe Betriebstemperatur von 600 bis 900 °C der beschriebenen ROB, aber auch für die optimale Zu- sammensetzung des Redoxpaares H2/H20 in Gleichgewicht mit dem Speichermaterial ist dieser Temperaturbereich vorteilhaft. Hierbei ist nicht nur die Struktur der Elektroden 6 und 10 und des Elektrolyten 7 einer hohen thermischen Belastung aus- gesetzt, sondern auch die Speicherstruktur 9, die das aktive Speichermaterial umfasst. The diffusion of the oxygen ions through the solid electrolyte 7 requires a high operating temperature of 600 to 900 ° C of the described ROB, but also for the optimal composition of the redox pair H 2 / H 2 0 in equilibrium with the storage material, this temperature range is advantageous. Here, not only is the structure of the electrodes 6 and 10 and the electrolyte 7 a high thermal load out but also the memory structure 9, which comprises the active storage material.
Ein Vorteil der ROB besteht darin, dass sie durch ihre kleinste Einheit, nämlich die Speicherzelle modular nahezu unbegrenzt erweiterbar ist. Somit ist eine kleine Batterie für den stationären Hausgebrauch ebenso darstellbar wie eine großtechnische Anlage zur Speicherung der Energie eines An advantage of the ROB is that it can be extended almost modularly by its smallest unit, namely the memory cell. Thus, a small battery for stationary home use as well as a large-scale system for storing the energy of a
Kraftwerkes . Power plant.
Mehrere der in Figur 1 beschriebenen Speicherzellen 4 sind zu einem sogenannten Stack 2 zusammengefasst . Der Aufbau eines Stacks 2 und die Anordnung der Speicherzellen 4 in dem Stack 2 ist anhand der Explosionsdarstellungen in Figur 2 und Figur 3 veranschaulicht. In Figur 2 ist der Aufbau eines Stacks dargestellt, der von oben betrachtet ist und hierbei in der Reihenfolge von unten nach oben zusammengesetzt wird. Der Stack 2 umfasst zunächst eine Bodenplatte 24, die gegebenenfalls aus mehreren Einzelplatten, die wiederum funktionale Strukturierungen und Vertiefungen beispielsweise zur Luftführung aufweisen, zusammengesetzt ist. Diese Zusammensetzung von Einzelplatten, die hier nicht näher beschrieben ist, zur Bodenplatte 24 erfolgt beispielsweise durch ein Hartlotverfahren . Several of the memory cells 4 described in FIG. 1 are combined to form a so-called stack 2. The structure of a stack 2 and the arrangement of the memory cells 4 in the stack 2 is illustrated by the exploded views in FIG. 2 and FIG. FIG. 2 shows the structure of a stack, which is viewed from above and is assembled in the order from bottom to top. The stack 2 initially comprises a bottom plate 24, which is optionally composed of a plurality of individual plates, which in turn have functional structures and depressions, for example, for air guidance. This composition of individual plates, which is not described here in detail, to the bottom plate 24, for example, by a brazing process.
Die Grundplatte 24 weist eine Luftzufuhr 20 sowie eine Luftabfuhr 22 auf. Wie bereits beschrieben, sind durch die Zusammensetzung von Einzelplatten in der Bodenplatte 24 hier nicht sichtbare Kanäle zur Luftzufuhr integriert. Ferner weist die Bodenplatte 24 Zentrierbolzen 29 auf, durch die nun weitereThe base plate 24 has an air supply 20 and an air discharge 22. As already described, 24 non-visible channels for the supply of air are integrated here by the composition of individual plates in the bottom plate. Furthermore, the bottom plate 24 centering pin 29, through which now more
Komponenten des Stacks 2 zentriert aufgebracht werden können. Als nächste Schicht folgt eine Elektroden-Elektrolyt-Einheit 25, die insbesondere die bereits beschriebene positive Elektrode 6, den Festkörperelektrolyten 7 sowie die Speicherelekt- rode 10 umfasst. Hierbei handelt es sich um eine selbsttragende keramische Struktur, auf die die einzelnen funktionalen Bereiche wie die Elektroden bzw. der Festkörperelektrolyt in einem Dünnschichtverfahren aufgebracht sind. Als weitere Schicht folgt eine Dichtung 26, die beispielsweise aus einer etwas oberhalb der Betriebstemperatur aufschmelzenden Glasfritte besteht, die die einzelnen Platten des Stacks 2 danach bei den Betriebstemperaturen der Batterie abdichtet. Die nächste folgende Platte ist eine sogenannte In- terkonnektorplatte 27, die zwei funktional wirkende Seiten aufweist. An ihrer in Figur 3 sichtbaren unteren Seite 34 befinden sich die hier nicht näher dargestellten Luftzufuhrka- näle (Luftkanäle 18) die an die positive Elektrode 6 einerComponents of the stack 2 centered can be applied. The next layer is followed by an electrode-electrolyte unit 25, which comprises, in particular, the already described positive electrode 6, the solid state electrolyte 7 and the storage electrode 10. This is a self-supporting ceramic structure, to which the individual functional areas such as the electrodes or the solid electrolyte are applied in a thin-film process. As a further layer follows a seal 26, which consists for example of a slightly above the operating temperature melting glass frit, which then seals the individual plates of the stack 2 at the operating temperatures of the battery. The next following plate is a so-called inner connector plate 27, which has two functionally effective sides. On its lower side 34, which is visible in FIG. 3, the air supply channels (air ducts 18) (not shown here in detail) are located on the positive electrode 6 of FIG
Speicherzelle 4 grenzen. Auf der Oberseite (Speicherseite 32) weist die Interkonnektorplatte 27 (in Fig. 2 nicht näher dargestellte) Kontaktstifte 12 auf, die die Speicherstruktur 9 durchdringen bzw. die in diese eingebracht sind. Die Obersei - te der Interkonnektorplatte 27 in Figur 2 weist dieselbeMemory cell 4 boundaries. On the upper side (memory side 32) has the interconnector plate 27 (not shown in FIG. 2) contact pins 12 which penetrate the memory structure 9 and are introduced into this. The upper side of the interconnector plate 27 in FIG. 2 has the same
Struktur auf wie die Oberseite der Grundplatte 24. Auch hier sind die Kontaktstifte 12 zur Einbringung in das Speichermedium 9 vorgesehen. Diese Seite mit den Kontaktstiften 12 ist jeweils der Speicherelektrode 10 der Speicherzelle 4 zuge- wandt. Structure on how the top of the base plate 24. Again, the contact pins 12 are provided for insertion into the storage medium 9. This side with the contact pins 12 is in each case facing the storage electrode 10 of the storage cell 4.
Exemplarisch ist in Figur 2 eine weitere Ebene der Folge von Elektroden-Elektrolyt-Einheit 25, Dichtung 26 unter einer Abschlussplatte 28 zum Gesamtaufbau des Stacks 2 dargestellt. Grundsätzlich können selbstverständlich noch eine Reihe weiterer Ebenen dieser Bauteile folgen, so dass ein Stack üblicherweise zwischen 10 und mehr Schichten von Speicherzellen 4 aufweist . In Figur 3 ist derselbe Stack 2, der in der Figur 2 beschrieben ist, in umgekehrter Blickrichtung dargestellt. In Figur 3 blickt man von unten auf die Grundplatte 24, es folgt wiederum die Elektroden-Elektrolyt-Einheit 25 und die Dichtung 26. Die Interkonnektorplatte 27 ist nun ebenfalls von unten sichtbar, wobei hierbei der Blick auf die Luftseite 34 gelenkt ist, die der Luftelektrode zugewandt ist (Luftseite 34) . In diesem Beispiel sind auf der Interkonnektorplatte vier getrennte Bereiche auf der Luftseite 34 dargestellt, die einer Unterteilung in vier einzelne Speicherzellen 4 pro Stackebene entsprechen (wobei diese Unterteilung in vier Speicherzellen als rein exemplarisch anzusehen ist) . Die Speicherzelle 4 setzt sich somit in diesem Beispiel aus einem Viertel der Fläche der jeweiligen Interkonnektorplatte 27 bzw. der Grundplatte 24 bzw. der Deckplatte 28 zusammen. Ferner wird die jeweilige Zelle 4 durch eine Abfolge der jeweiligen Luftseite 34, Dichtung 26, Elektroden-Elektrolyt- Einheit 25 und wiederum jeweils ein Viertel der Speicherseite 32 der Grundplatte 24 bzw. der Interkonnektorplatte 27 gebildet. Die Luftseite 34 wird hierbei durch eine hier nicht näher dargestellte stackinterne Luftverteilungsvorrichtung (auch Manifold genannt) , die mehrere Ebenen des Stacks um- fasst, mit dem Prozessgas Luft versorgt. Die Versorgung der Speicherseite mit dem gasförmigen Redox-paar erfolgt in diesem Beispiel dadurch, dass die Speicherseiten der Interkon- nektorplatten zur Umgebung offen sind und der Stack in einem Behältzer steht, der mit Wasserdampf/Wasserstoff-Gemisch gefüllt ist. By way of example, FIG. 2 shows a further level of the sequence of electrode-electrolyte unit 25, seal 26 under a cover plate 28 for the overall construction of the stack 2. In principle, of course, a number of further levels of these components can follow, so that a stack usually has between 10 and more layers of memory cells 4. In FIG. 3, the same stack 2, which is described in FIG. 2, is shown in the opposite direction. In Figure 3, one looks from below on the base plate 24, it follows again the electrode-electrolyte unit 25 and the seal 26. The interconnector plate 27 is now also visible from below, in which case the view is directed to the air side 34, the Air electrode faces (air side 34). In this example, four separate areas on the air side 34 are shown on the interconnector plate a subdivision into four individual memory cells 4 per stack level correspond (this division into four memory cells is to be regarded as purely exemplary). The memory cell 4 is thus composed in this example of a quarter of the surface of the respective interconnector plate 27 and the base plate 24 and the cover plate 28 together. Furthermore, the respective cell 4 is formed by a sequence of the respective air side 34, seal 26, electrode-electrolyte unit 25 and again a quarter of the memory side 32 of the base plate 24 and the interconnector plate 27. In this case, the air side 34 is supplied with air by the process gas by means of a stack-internal air distribution device (also called a manifold), which is not shown in more detail here, and which encompasses several levels of the stack. The supply of the memory side with the gaseous redox couple takes place in this example in that the memory pages of the interconnector plates are open to the environment and the stack is in a container which is filled with water vapor / hydrogen mixture.
In Figur 4 ist ein Querschnitt durch eine Speicherzelle 4 dargestellt, anhand dessen auch ein Strompfad 14 des durch den Stack fließenden Stromes exemplarisch durch die gestrichelte Linie 14 veranschaulicht ist. Die Zelle 4 beginnt da- bei von oben nach unten betrachtet mit einer Interkonnektorplatte 27, die an ihrer Luftseite Kontaktstege 19 aufweist, durch die wiederum die Luftkanäle 18 gebildet werden. An den Oberflächen der Kontaktstege 19 liegt die Elektroden- Elektrolyt-Einheit 25 an, die die positive Elektrode (Luft- elektrode 6) den Feststoffelektrolyten 7 sowie die negativeFIG. 4 shows a cross-section through a memory cell 4, by means of which a current path 14 of the current flowing through the stack is exemplarily illustrated by the dashed line 14. The cell 4, viewed from the top to the bottom, begins with an interconnector plate 27, which has contact webs 19 on its air side, through which in turn the air channels 18 are formed. On the surfaces of the contact webs 19 is applied to the electrode-electrolyte unit 25, the positive electrode (air electrode 6) the solid electrolyte 7 and the negative
Elektrode, genannt Speicherelektrode 10 umfasst. An der Speicherelektrode 10 liegen wiederum Kontaktstifte 12 an, durch die der Strom abgeleitet und weiter zu dem Volumenmaterial 36 der Interkonnektorplatte 27 geführt wird. Electrode, called storage electrode 10 includes. On the storage electrode 10 are in turn contact pins 12, through which the current is derived and further led to the bulk material 36 of the interconnector plate 27.
In Figur 5 ist die Draufsicht auf eine Interkonnektorplatte 27 dargestellt, wobei auf die Speicherseite 32 geblickt wird. Die Speicherseite 32 weist dabei die Kontaktstifte 12, die aus der Interkonnektorplatte 27 herausragen, auf. Die Kontaktstifte 12 können beispielsweise durch Herausfräsen des Materials aus der Oberfläche der Interkonnektorplatte 27 hergestellt werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, diese durch ein Verfahren, beispielsweise durch Schweißen,FIG. 5 shows the plan view of an interconnector plate 27, with the memory page 32 being looked at. The memory page 32 has the contact pins 12, the protrude from the interconnector plate 27, on. The contact pins 12 can be produced, for example, by milling out the material from the surface of the interconnector plate 27. In principle, however, it is also possible to achieve this by a method, for example by welding,
Auftragschweißen oder Hartlöten aufzubringen. Auch ein chemisches oder elektrochemisches selektives Ausätzen des Materials auf der Speicherseite 32 der Interkonnektorplatte 27 kann zweckmäßig sein. Apply surfacing or brazing. Also, a chemical or electrochemical selective etching of the material on the memory side 32 of the interconnector plate 27 may be appropriate.
In Figur 6 ist ein Querschnitt durch die Interkonnektorplatte aus Figur 5 dargestellt. FIG. 6 shows a cross section through the interconnector plate from FIG. 5.
Figur 7 zeigt eine Speicherstruktur 9 mit Aussparungen 16. Die Aussparungen 16 sind derart ausgestaltet, dass die Speicherstruktur 9 direkt in die Speicherseite 32 der Interkonnektorplatte 27 aus Figur 5 eingelegt werden kann und die Kontaktstifte 12 in den Aussparungen 16 verlaufen. Hierbei liegen die Kontaktstifte 12 eng an dem Material der Speicher- struktur 9 an, es ist jedoch ein gewisses Spiel vorhanden, so dass die Speicherstruktur 9 ohne Verkanten auf die Kontakt- stifte 12 aufgeschoben werden kann. Es kann zweckmäßig sein, dass die Kontaktstifte etwas länger sind als die Dicke der Speicherplatte, sodass zwischen der Speicherelektrode und der Speicherplatte bzw. zwischen der Speicherelektrode und demFIG. 7 shows a memory structure 9 with recesses 16. The recesses 16 are designed such that the memory structure 9 can be inserted directly into the memory side 32 of the interconnector plate 27 from FIG. 5 and the contact pins 12 run in the recesses 16. In this case, the contact pins 12 rest closely against the material of the memory structure 9, but there is a certain amount of play, so that the memory structure 9 can be pushed onto the contact pins 12 without tilting. It may be appropriate that the contact pins are slightly longer than the thickness of the storage disk, so that between the storage electrode and the storage disk or between the storage electrode and the
Vollmaterial der Interkonnektorplatte ein Spalt bleibt, längs dessen ein leichterer Gasaustausch des gasförmigen Redoxpaa- res längs der Stackebene stattfinden kann. In Figur 8 ist ein Querschnitt durch die Speicherstruktur 9 aus Figur 7 dargestellt. Full material of the interconnector plate remains a gap along which a lighter gas exchange of the gaseous Redoxpaa- res can take place along the stack level. FIG. 8 shows a cross section through the storage structure 9 from FIG.
Eine Herstellung der Speicherstruktur kann beispielsweise durch ein uniaxiales oder isostatisches Pressverfahren des Speichermaterials erfolgen. Auch ein Foliengießverfahren und ein optionales Laminieren von mehreren Folien übereinander können zweckmäßig sein. Anschließend können im Grünzustand oder auch nach einer Sinterung, die zur Verfestigung des Grünkörpers dient, die Aussparungen 16 durch Bohren, Stanzen, Erodieren, Fräsen sowie durch Laser-, Wasser- oder Partikelstrahlschneiden eingebracht werden. Ebenso kann es zweckmäßig sein, die Speicherstruktur durch endkonturnahes Herstellen wie z.B. durch ein Extrusionsverfahren oder durch einen A production of the storage structure can be effected, for example, by a uniaxial or isostatic pressing process of the storage material. A film casting process and an optional lamination of several films one above the other may also be expedient. Subsequently, in the green state or after sintering, the solidification of the Green body is used, the recesses 16 are introduced by drilling, punching, erosion, milling and laser, water or particle beam cutting. Likewise, it may be appropriate to the memory structure by near-net shape manufacturing such as by an extrusion process or by a
Spritzguss bereits mit der Aussparung 16 darzustellen. Injection molding already with the recess 16 represent.
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, dass der Durchmesser der Kontaktstifte zwischen 2 mm und 7 mm, bevorzugt zwi- sehen 2 mm und 4 mm beträgt. Ferner sollte der Abstand zwischen den Kontaktstiften zwischen 10 mm und 30 mm betragen. Bevorzugt soll der Abstand zwischen 17 mm und 21 mm betragen. Die Anordnung der Kontaktstifte 12 muss dabei nicht notwendigerweise in regelmäßiger kartesischer Form erfolgen, wie dies in Figur 5 beispielhaft dargestellt ist. Es können hierbei auch andere Anordnungsmuster zweckmäßig sein. It has been found to be expedient that the diameter of the contact pins between 2 mm and 7 mm, preferably between see 2 mm and 4 mm. Furthermore, the distance between the pins should be between 10 mm and 30 mm. Preferably, the distance should be between 17 mm and 21 mm. The arrangement of the contact pins 12 need not necessarily take place in regular Cartesian form, as shown by way of example in FIG. In this case, other arrangement patterns may be expedient.
Der Abstand und der Durchmesser der Kontaktstifte 12 ergeben sich im Wesentlichen aus den spezifischen Widerständen die in der Zelle 4 entlang des Strompfades 14 auf der Speicherseite anzutreffen sind. Durch die Kontaktierung darf ein kritischer Widerstand Rkrit nicht überschritten werden, den The distance and the diameter of the contact pins 12 essentially result from the specific resistances which are to be found in the cell 4 along the current path 14 on the memory side. By contacting a critical resistance R kr i t must not be exceeded, the
man z.B. gleich 10% des Widerstandes der ideal kontaktierten Elektroden-Elektrolyt-Einheit 25 setzen kann. Der Wider- Standsbeitrag der Kontaktierung setzt sich aus 3 Anteilen zusammen : one e.g. equal to 10% of the resistance of the ideally contacted electrode-electrolyte unit 25 can set. The contrario contribution of the contacting consists of 3 parts:
1. Dem effektiven Widerstandsbeitrag verursacht durch den Stromdurchtritt durch die Grenzfläche zwischen Kontaktstift und Speicherelektrode bzw. dem auf diese aufgelegten Kontaktnetz :1. The effective resistance contribution caused by the passage of current through the interface between the contact pin and the storage electrode or the contact network placed thereon:
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
dabei bedeuten mean
RKi den auf die tatsächliche Kontaktfläche bezogenen charak- teristischen Widerstand dieses Kontaktes R K i the characteristic of this contact related to the actual contact surface
D den Durchmesser der Kontaktfläche D is the diameter of the contact surface
L den Durchmesser der Elektrodenbereiches, der von diesem Kontakt versorgt wird. 2. Dem effektiven Widerstandsbeitrag verursacht durch den Spannungsabfall längs des Kontaktstifts: L is the diameter of the electrode area supplied by this contact. 2. The effective resistance contribution caused by the voltage drop along the contact pin:
R2 = pP h (L/D)2 R 2 = p P h (L / D) 2
wobei in which
pP den spezifischen Widerstand des Stift-Materials, P p the resistivity of the pin material,
h die Länge des Pins bedeutet. h means the length of the pin.
3. Dem effektiven Widerstand der Stromeinschnürung in der Speicherelektrode bzw. der zusätzlich von dem Kontaktnetz bedeckten Speicherelektrode: 3. The effective resistance of Stromeinschnürung in the storage electrode or additionally covered by the contact network storage electrode:
R3 = γ R L2 R 3 = γ RL 2
Wobei In which
γ« K[ln(L/D) - 3/4 + (D/L)2(ln (L/D) + 1/4) γ «K [ln (L / D) - 3/4 + (D / L) 2 (ln (L / D) + 1/4)]
R den effektiven Bahnwiderstand der Speicherelektrode bedeutet, der, wenn das Kontaktnetz nur an den Andruckflächen der Kontaktpins aufliegt durch p/d gegeben ist wobei R means the effective sheet resistance of the storage electrode, which, when the contact network rests only on the contact surfaces of the contact pins is given by p / d where
p den spezifischen elektronischen Widerstand der Speicherelektrode p the specific electronic resistance of the storage electrode
d ihre Dicke bedeutet. d means their thickness.
Grenzwerte für die Auslegung von L, D und h ergeben sich dann daraus, dass jeder der Teilwiderstände kleiner als der kritische Widerstand bleibt: Limits for the design of L, D and h then result from each of the partial resistances remaining smaller than the critical resistance:
Ri < Rkrit , Ri <Rkrit,
R2 < Rkrit /  R2 <Rkrit /
R3 < Rkrit / R3 <Rkrit /
R4 < Rkrit · R4 <Rkrit ·

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrischer Energiespeicher mit einer Speicherzelle (4), die wiederum eine Luftelektrode (6), die mit Luftkanälen (18) einer Luftzufuhrvorrichtung (20) in Verbindung steht und eine Speicherelektrode (10) umfasst, wobei die Speicherelektrode (10) an eine Speicherstruktur (9) angrenzt, wobei an der Speicherelektrode (10) elektrische Kontakte anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte in Form eines Feldes von separaten Kontaktstiften (12) ausgestaltet sind. An electrical energy store having a storage cell (4) which in turn comprises an air electrode (6) in communication with air ducts (18) of an air supply device (20) and a storage electrode (10), the storage electrode (10) being connected to a storage structure (9) adjacent, wherein abut on the storage electrode (10) electrical contacts, characterized in that the contacts in the form of a field of separate contact pins (12) are configured.
2. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherstruktur (9) Aussparung (16) aufweist, durch die die Kontaktstifte (12) verlaufen. 2. Energy storage according to claim 1, characterized in that the memory structure (9) has recess (16) through which the contact pins (12) extend.
3. Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontaktstiften (12) und der Speicherelektrode (10) ein Kontaktnetz angeordnet ist. 3. Energy storage according to claim 1 or 2, characterized in that between the contact pins (12) and the storage electrode (10) a contact network is arranged.
4. Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kontaktstifte (12) zwischen 2 mm und 7 mm, bevorzugt zwischen 2 mm und 4 mm beträgt . 4. Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the contact pins (12) is between 2 mm and 7 mm, preferably between 2 mm and 4 mm.
5. Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstifte (12) einen Abstand zwischen 10 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 17 mm und 21 mm beträgt . 5. Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the contact pins (12) has a distance between 10 mm and 30 mm, preferably between 17 mm and 21 mm.
6. Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Interkonnektorplatte (27) vorgesehen ist, die auf einer Luftseite (34) der Interkonnektorplatte (27) die Luftkanäle (18) angebracht sind und auf der gegenüberliegenden Seite, einer Speicherseite (32) , die Kontaktstifte (12) angeordnet sind. 6. Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that an interconnector plate (27) is provided, which on an air side (34) of the interconnector plate (27), the air ducts (18) are mounted and on the opposite side, a memory page (32 ), the contact pins (12) are arranged.
7. Energiespeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strompfad (14) folgende Bauteilkomponenten durchläuft : 7. Energy storage according to claim 6, characterized in that a current path (14) passes through the following component components:
- ein Volumenmaterial (36) einer ersten Interkonnektorplatte (27),  a bulk material (36) of a first interconnector plate (27),
- Kontaktstege (19) zwischen den Luftkanälen (18) der ersten Interkonnektorplatte (27) ,  - Contact webs (19) between the air channels (18) of the first interconnector plate (27),
- die Luftelektrode (6) ,  the air electrode (6),
- einen Festkörperelektrolyten (7) ,  a solid electrolyte (7),
- die Kontaktstifte (12') einer zweiten Interkonnektorplatte (27' ) , the contact pins (12 ') of a second interconnector plate (27'),
- das Volumenmaterial (36') der zweiten Interkonnektorplatte (27' ) .  - The bulk material (36 ') of the second interconnector plate (27').
8. Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dasdurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstifte (12) abgerundete Köpfe aufweisen. 8. Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the contact pins (12) have rounded heads.
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