CN117546318A - 结构集成的电化学电池和由其构造的结构集成电池组 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电化学电池，特别是氧化还原流体电池，以及一种具有由两个或更多个该电化学电池组成的电池组件的电池组。该电池包括至少一个电池框和至少一个电极，其中，该电池框从***环绕电池内部，其中，该电池框具有至少一个用于向该电池内部供给流体的供给通道和至少一个用于从电池内部移除流体的移除通道，以及任选的至少一个半渗透膜和任选的至少一个流场板。该电池框、电极、任选的半透膜和任选的流场板是大体上以彼此交错方式相互连接的，特别地在活性电池区域是大体上以彼此交错方式相互连接的。此类电池特别适用于航空、航运和太空旅行。

Description

结构集成的电化学电池和由其构造的结构集成电池组

技术领域

本申请涉及将电化学反应器，特别是流体反应器，如流体电池、燃料电池、电解器或水处理电池(特别地用于电容去离子或电渗析)，以有效利用空间的方式安装集成到移动元件或太空旅行的静止元件的支撑和成形结构中。其中，该流体反应器除了具有储能、能量转换、原材料生产或过滤等主要功能外，还可以执行其他功能，如结构的机械加固、热管理支持和/或吸收辐射。特别适用于上述目的的是这样的电化学反应器，其具有弯曲柔性，同时压力稳定(即，特别是对外部作用的压缩力稳定)。

根据本申请，反应器，特别是流体反应器的压力稳定性(根据本申请，这主要指机械压力稳定性)是通过流体电池的不间断形状配合(甚至在电化学活性电池表面区域)来实现的，同时通过使用弯曲柔性材料和/或弯曲柔性结构来实现弯曲柔性。因此，对于流体导向，可以使用例如尺寸稳定的多孔电极，如硬质无纺布、硬质毡或金属泡沫。除了安装空间利用率高之外，还可以通过多次使用流体反应器来提高整个***的效能。

背景技术

现有技术中已知的电化学流体反应器包括至少一个阳极、至少一个阴极和至少一种允许阳极和阴极之间进行电荷交换的电解液。在工作状态下，确保反应物供应和排放的流体流经流体反应器。

电化学流体反应器通常由多个电化学流体电池组成，这些流体电池通常形式是具有平面且无柔性，并通过双极连接形成电池组。这种电池组通常呈立方体，结构笨重，虽然能够实现流体反应器的功能，但在它们在移动和静止物体上的安装空间利用率很低。

以特别有效利用空间的安装方式将电化学反应器容纳在物体中的基本方法是将反应器集成到已有的结构中，如运载工具或飞行物的外壁和/或内壁。然而，现有技术中已知的反应器在形状上无法适应现有的结构，也无法承担被替代结构的功能。

现有技术中目前采用的一种方法是通过由结构性固态电解液基质中的碳纤维组成的结构电池复合材料来扩展电化学非流体电池的功能，非流体电池的化学成分以磷酸铁锂为基础。这种方法的缺点不仅在于研究和开发适用于现有结构材料的新型电池化学物质成本高昂且不方便，而且还在于只能用于电化学非流体电池。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，明确一种电化学电池，优选地能实现以下两个以上或所有特性：在移动和静止物体中的安装空间利用率；与现有结构的可集成性，特别是与特定移动或静止物体的功能自动产生的结构或结构元件的可集成性(例如，与航天器的圆柱形或立方体壳体的可集成性)；柔性，特别是弯曲柔性(尤其是为了能够适应结构的曲面)；机械压力稳定性(尤其是为了确保电化学电池在特定运行环境中的主要功能)；此外还任选地用于实现其他功能，如结构的机械强度、尽可能多的电池化学性质的可用性(特别是与所用流体的容许粘度有关)以及电极和膜等电池所用组件的耐化学性和耐电化学性。

该目标通过独立权利要求的主题实现，从属权利要求和说明中教导了有利的配置。

根据主权利要求，本发明涉及一种电化学电池，特别是氧化还原流体电池，包括至少一个电池框和至少一个电极，其中，该电池框从***环绕电池内部，该电池框包括至少一个用于向该电池内部供应流体(特别地是电解液)的供给通道和至少一个用于从电池内部排出流体的排放通道，以及任选的至少一个半渗透膜和任选的至少一个双极板，其中，电池框、电极和任选的半渗透膜以及任选的双极板大体上以形状配合的方式相互连接。电化学电池的上述部件以形状配合的方式彼此连接，特别是在集成过程中或集成到移动或静止元件的支撑和/或成形结构中，特别是在一个或多个活性电池表面区域正交于电池平面。也可以只通过安装在支撑和/或成形结构中来实现形状配合，特别是在活性电池表面区域。形状配合尤其还被理解为各部件的齐平布置，部件之间不再具有相对于彼此的位置柔性。根据本申请，形状配合特别地还能实现机械压力稳定性。除了形状配合之外，还可以例如通过螺钉连接提供摩擦紧固或例如通过粘合剂提供整体紧固。

根据本申请，移动元件尤其被理解为运载工具(即陆地运载工具和运输工具、飞机和航天器以及水运工具，例如航天器、船舶或飞机)，而太空旅行的静止元件则例如指空间站(例如月球上的未来空间站)。

支撑结构和/或成形结构理解为将电化学电池置于其内的移动或静止结构的结构元件，即特别是运载工具或太空旅行的静止元件的结构元件。例如，成形结构可以是运载工具的外壳或机身，但也可以例如在运载工具，特别是空间飞行物或空间站的情况下是由多个模块或单元构成的结构，或者也可以是机身部分，尤其是在航空器的情况下。成形结构通常是一种结构元件，用于限定或包裹被人使用的单元，或由多个此类单元(如飞机机身)组成，例如乘客舱、控制站或空间站模块。例如，支撑结构可以是横向、斜向或纵向加固的支撑结构，以用于支撑外壳。不过，支撑和成形结构也可以是运载工具机身或运载工具舱内的衬里元件，支撑结构设置在衬里元件内。

根据本申请的电化学电池被理解为现有技术中已知的所有电化学电池。它们的不同在于结构，有时也被称为电化学反应器，因为电化学反应发生在电化学电池中。根据它们的用途，电化学电池可以设计为例如电化学电源形式的原电池，其通过不同电极上的化学反应提供可用的电能。然而，替代地，电化学电池也可以是电解电池，其用于通过施加外部电压来生产某些产品。例如，可以想到的是为燃料电池产生氢气，或通过电解水产生氧气。蓄电池可交替用作类似原电池的电源，也可用作储能器，如在电解电池的情况下。最后，还提及可以通过电渗析或电容去离子法进行水处理。

根据一个实施例，电池是柔性的，特别是弯曲柔性的。弯曲柔性可通过使用弯曲柔性材料和/或弯曲柔性结构来实现。

例如，可以通过在电池中，特别是在电极中，在一个主表面或两个主表面上专门设置材料凹槽(例如可以想到的凹槽、缺口或刻痕或一般的V形凹槽)来实现弯曲柔性结构，这些材料凹槽可以适应其内可进行安装操作的结构的几何形状，特别是支撑结构的几何形状。凹槽可以设计为在安装后基本上只剩下一条缝。换句话说，可以具体设定凹槽的几何形状(例如，可以通过选择V形结构的开口角度)，以便在安装过程中自动产生其内可进行安装操作的内部几何结构。这一点在太空旅行领域尤为有利，因为其要求在特定安装位置上将柔性发挥到最大。

某些材料本身具有一定的弯曲柔性(在这种情况下，这些材料本身就是弯曲柔性材料)，但同时又具有机械压力稳定性。该材料可以例如是导电多孔聚合物、基于导电聚合物的复合材料或硬质无纺布和毡以及金属泡沫，如铝泡沫、镍泡沫或钛泡沫。

根据一个实施例，该电池可以设计为使电池框所包围的表面彼此间的平均间隙为0.2mm至100mm，在许多情况下为2mm至10mm。不过，通常情况下，该距离会与其内进行安装的结构相适应。可以想到，例如，在月球站等情况下，间隙可以相对较大，甚至超过100mm。对于比较坚硬的电极材料，可以提供较薄的电池以获得足够的抗弯强度，而当电池由高弯曲柔性材料或结构组成以及多孔电极中表面积较大(例如，当是金属泡沫或孔隙率优选地超过90％的导电多孔聚合物复合材料时)时，也可以实现非常厚的几何形状。

本发明可用于所有类型的电化学电池。不过，本发明尤其倾向于与蓄电池结合使用，此处优选地是与氧化还原流体电池结合使用，它们本身早已为人所知，并有不同的设计。例如，EP0051766A1和US20040170893A1中就描述了上述设计。下文将频繁参照氧化还原流体电池来阐明本发明。然而，除了专门限于氧化还原流体电池的实施例之外，本公开内容通常也可理解为与电化学电池相关。

氧化还原流体电池的一个重要优势在于其性能和容量的柔性可扩展性，因此，即使在选择效率较低的情况下，也能适应性地储存大量能量，反之亦然。能量储存在电解液中，电解液可预先储存在外部储罐中。电解液通常由不同氧化态的金属离子组成。为了从电解液中去除电能或对电解液进行充电，泵送电解液通过所谓的电化学电池。除了性能和容量的个体可扩展性外，能量转换和能量存储的空间分离还具有其他优势，例如自放电特别低和理论上不会存在的电极降解。在太空旅行的情况下，有可能会用独立的运载工具将电解液罐运到运行地点，然后只在现场将其与集成在模块或站内的氧化还原流体电池单元耦合，这样就可以在运输能力固定的情况下扩大性能和容量的尺寸。电解液容器可以放置在电池安装空间之外的存储安装空间，例如航天器之外，但也可以与电化学电池一起位于相同的支撑和成形结构中。特别地，能量转换电池和储能罐实现结构集成是可能的，使得它们例如在两层或更多层中形成运载工具(例如航天器)的外壳或机身的一部分。储能罐可以在运往运行地点之前或到达运行地点之后，通过额外的补给任务装满储能介质。

根据本申请的电化学电池一般由两个半电池组成，这两个半电池通过半渗透膜形式的分隔器相互隔开，每块半电池均包括电解液和电极。半渗透膜的作用是将电化学电池的阴极和阳极在空间上和电学上相互隔开。因此，离子必须能够透过半渗透膜，从而将储存的化学能转化为电能，反之亦然。例如，半渗透膜可以由玻璃纤维或聚乙烯制成的微孔塑料和无纺布以及所谓的隔膜构成。氧化还原反应在电化学电池的两个电极上进行，其中，一个电极从电解液中释放电子，另一个电极吸收电子。电解液中的金属和/或非金属离子形成氧化还原对，从而产生氧化还原电位。可能的氧化还原对例如有铁-铬、多硫化物-溴化物或钒等。这些氧化还原对或其他氧化还原对原则上可以在水溶液或非水溶液中。

因氧化还原电位而形成电位差的电池电极位于电池外部，例如通过电负载相互连接。电池外的电子从一个半电池移动到另一半电池，而电解液离子则直接通过半渗透膜从一个半电池移动到另一半电池。为了给氧化还原流体电池再充电，可以将电位差(例如通过充电器)施加到半电池的电极上，而不是施加到电负载上，并且通过这种电位差，在半电池电极上发生的氧化还原反应才得以逆转。

所述电池是通过使用电池框等材料形成的，电池框将电池内部包围起来。通常情况下，电池框并不完全包围电池内部，而只是会顺着***窄边设置。因此，电池框大体围绕着电池内部的边缘在四周延伸，并将表面积相对较大的两个对边相互隔开，而这两个对边本身又被分配给半渗透膜或电极。通常情况下，由电池框边缘形成的电池框厚度明显小于电池框的宽度和高度，而宽度和高度决定了相对较大表面积的对边。

电化学电池的每块半电池都包括这样一个电池框，例如，它是由热塑性塑料通过注塑工艺制成的。在两个电池框之间设置有半渗透膜，以将涉及对流物质交换的半电池的电解液相互隔开，但允许某些离子从一块半电池扩散到另一块半电池。此外，每个电池内部都设置有电极，使所述电极与流经电池内部的电解液接触。例如，电极可以在每个电池框远离半渗透膜的一侧封闭电池内部。根据现有技术，电池内部可以保持基本自由，并且在每种情况下仅由一种电解液填充；可替代地，也可以在电池内部至少部分地设置相应的电极。在这种情况下，电极的设计通常会使电解液能够部分流过电极。特别地，有可能电极的比表面积较大，相应的电化学反应能够在电极上快速和/或广泛地进行。这最终会导致电池具有较高的体积比性能。不过，根据现有技术，如果电极伸入电池内部，电池内部通常也会被面向半渗透膜一侧的电极封闭。也可以使用所谓的双极板作为电极的无孔部，例如，双极板可以涂有催化剂或其他材料。

每个电池框都包括开口和通道，通过其相应的电解液可从供应管路流入相应的电池内部，然后再从内部流出并供应到排液管路。该半电池的电解液通过供应管路和排液管路从储液容器流向收集容器。这样就无需丢弃或更换便可以重复使用电解液。

如果氧化还原流体电池仅由单个电池组成，则在形成半电池的电池框外侧，存在用于每个半电池的供应管路和用于每个半电池的排液管路。每个电池框至少包括两个开口，其中，至少一个开口与供应管路相连，而至少另一开口与排液管路相连。在电池框内，每个开口都与一个向电池内部敞开的流体通道相连。这样，电解液就可以通过供给通道从供应管路供应到电池内部，并通过排放通道排放流经电池内部的电解液。为了使电解液更均匀地分布在整个电池内部，并使电解液更均匀地从整个电池内部流出，可以在外部开口和电池内部之间，即在电池框的框壳区域，将各个供给通道和/或排放通道分支一次或多次。或者，也可以在电池框中设置多个独立的供给通道和/或排放通道，用于供应和排放电解液。在这两种情况下，电解液通过电池框一侧的供给通道出口开口以尽可能均匀分布的方式进入电池内部，并通过电池框另一侧的排放通道以尽可能均匀分布的方式又从电池内部排出。这样做的目的是使流经电池内部的流体尽可能均匀。供给通道的另一端与供应管路入口相连。这样，电解液就能通过每个半电池的电池框的至少一个供给通道从供应管路进入相应的电池内部。

如有必要，可将多个同类电化学电池组合成一个氧化还原流体电池。为此目的，通常情况下，电池是一个叠着一个，因此电池作为一个整体也被称为“电池组”。电解液通常平行流经各个电池，而电池通常是串联电连接的。因此，电池通常是液压并联和电力串联。在这种情况下，电池组中每个半电池中的电解液的电荷状态是相同的。为了将电解液分配到电池组中相应的半电池上，并将电解液从各自的半电池中一起排出来，半电池之间通过供应管路和排液管路相互连接。由于流经每个半电池或电池内部每个电池的电解液不同，因此，这两种电解液在通过电池组时必须彼此分离。因此，在电池组中一般会有两条独立的供应管路和两条独立的排液管路。这些通道中的每个通道通常部分地由电池框本身形成，电池框为此有四个开口。这些开口沿着电池组延伸，形成串联排列的供应管路和排液管路，必要时还可通过密封材料将它们彼此隔开。在许多情况下，这种电池组选用的是具有弯曲柔性电材料的实施例，但也可以想到是具有弯曲柔性结构或两者混合形式的实施例。

在多个电化学电池的情况下，已经发现，为了提高功率密度，方便的是，使电极能至少部分接合在至少一个半电池的电池内部，所述电极至少部分是多孔的，且相应的电解液流经所述电极。

根据本申请的电化学电池在电池内部包括至少部分多孔的电极，供电解液从该至少一个供给通道流向该至少一个排放通道。由于电解液可以流经电极的多孔部，但不能流经有可能无孔的电极的无孔部，因此，电极多孔部所占空间被归类为属于电池内部，从功能角度来看这是特别合理的。电极的多孔部可以由单片或多片形成，尽管为了简单起见，单片配置可能是有用的。

根据一个实施例，根据本申请的多孔电极可以由导电多孔聚合物、基于导电聚合物的复合材料(例如，比例相对较大的聚丙烯或聚乙烯和比例相对较小的石墨和炭黑的复合材料)、无纺布型或毡型材料(例如石墨无纺布)和/或金属泡沫组成，或者由一种或多种这些材料组成。根据泡沫的一般定义，这里的金属泡沫结构是指由固态金属壁(固态泡沫)隔开的气态区域形成的两相***的复合体。根据制造工艺的不同，多孔金属的结构在外观上会有很大差异。术语“金属泡沫”在现有技术中也被用作多孔金属的同义词，这些多孔金属具有截然不同的特性。它们的共同特点是孔隙率高，通常超过90％，并具有特定的生产工艺。因此，根据本申请，金属泡沫还包括金属网、无纺布型或毡型结构，以及基于纤维或编织物(如编制面料和针织面料)的一般开孔结构。

根据本申请，金属泡沫可以由金属(包括合金)组成，但还可能为表面有涂层的金属结构(例如，旨在确保提高对流体或电解液的化学稳定性)，尤其是金属泡沫面向流体的整个表面具有涂层。如果生产工艺可以实现，也可以使用涂有金属的基体结构(如聚合物基体)，例如金属化织物。

根据本申请，金属泡沫必需要具有至少部分开孔结构，以确保电解液的传输。开孔区域的孔隙相互连接。金属泡沫的生产已为文献所熟知，例如其可通过以下方式进行：

-借助发泡剂使熔体发泡；

-通过气体喷射或溶解气体使熔体发泡；

-从后期金属泡沫的聚合物模型开始精密铸造；

-熔体渗透进入定位结构；

-烧结例如用于生产过滤应用的开孔结构的散装粉末和散装颗粒材料；

-烧结或焊接金属制成的单纤维和金属丝以形成多孔结构，或进一步加工金属织物或金属化织物以形成多孔结构；

-增材制造(特别是可实现高资源效率和针对预期应用进行优化的拓扑结构)；以及

-滑动反应泡沫烧结工艺。

电极的多孔性在电极和电解液之间提供了明显更大的界面，这促进了相应界面上的工艺和反应。这些工艺和反应发生得尤其迅速和/或广泛。

有鉴于此，如果电极由不同的部分组成，则会特别方便。电极的多孔部位于电池内部，并与电极的非多孔部导电连接。电解液不能通过电极的无孔部，但可以通过电极的多孔部。这可用于至少部分封闭电池内部。电池内部是适当封闭的，特别是在与半渗透膜相对的电池框的一侧，并且就其而言，可以在相应的一侧封闭电池内部。电池内部由限定电池框长度和宽度侧上的电极和半渗透膜以及由限定电池框高度或厚度的电池框窄侧上的电池框本身封闭。然而，这并不排除通过至少一个供给通道向电池内部供给电解液和/或通过至少一个排放通道排出电解液。这样，也可以非常简单高效地形成由多个电化学电池叠加而成的电池组。不计这些，电极的无孔部可以采用双极板的形式。双极板已经与多孔电极一起用于许多已知的电化学电池中。为简单起见，类似配置在此处也是有利的。原则上，如果电极不是多孔的，例如如果使用带有集成流体导向装置的无孔电极，则根据本发明的呈形状配合以及通常具有弯曲柔性的电池结构也是可以实现的。

如果电化学电池和电池组的电极多孔区有很长的流经长度，就会导致压力损失增大。然而，相应增加的电池内部压力(在某些情况下超过1.5巴)总是不可取的，因为这很容易导致泄漏，并对电化学电池或电池组造成不可逆转的损坏。

通过使电解液在电池内部的流动更加均匀，可以减少电池内部电解液的压力损失。为此，可在电极上设置至少一个优选地矩形的流体通道。流体通道的特点是流体通道中的自由流横截面明显大于电极多孔部的平均孔径，尤其是数倍以上。这样，电解液就可以通过流体通道进入电极孔隙。替代地或附加地，从电极孔隙中逃逸出的电解液也可以被收集到流体通道中。在此背景下，如果在电极的多孔部设置至少一个流体通道，也是特别有用的。替代地或附加地，如果至少一个流体通道沿入口和/或出口设置，则相应地也是非常方便的。在这种情况下，待分配的电解液可以通过流体通道分配到电极的多孔部，和/或可以通过流体通道收集待收集的电解液。

此外，如果电极上至少有一个沿着入口开口设置的流体通道和至少有一个沿着出口开口设置的流体通道通过电极的多孔部彼此间隔，以供电解液流过，则就能确保流动的均匀性和可预测性。在这种情况下，不会出现所谓的旁路流；相反，电解液必须始终以最小距离流过电极多孔部的孔隙。鉴于此，如果有多个此类流体通道，那么通过使电解液流过的电极的多孔部使它们彼此间隔开来，这样就更有用了。

如果沿着至少一个出口开口的流体通道和沿着至少一个出口开口的流体通道在至少一个方向上相互交错，则电解液的流动可以均匀地分布在电池框的电池内部。该方向优选地与电池框限定的平面平行。

根据本申请，使用具有弯曲柔性同时机械压力稳定的电化学流体反应器意味着它们可以直接集成到移动和静止元件的支撑和成形结构中，从而提高安装空间效率，并且由于流体反应器的多次使用，还能提高***的总效率。此外，由于这仅需要调整电化学流体电池的结构，特别是电极材料，因此无需进行昂贵而不便的新型电池化学物质的研究和开发，也可以使用已知的电池化学物质，特别是那些具有特别高的能量和/或功率密度的化学物质。

流体反应器的机械压力稳定性是通过流体电池的不间断形状配合来实现的，甚至在电化学活性电池表面区域也是如此，同时通过使用弯曲柔性材料和/或结构实现弯曲柔性。电池具有大体上形状配合的设计，大体上形状配合被理解为电池元件可能需要(但并非总是需要)具有一定的位置柔性从而将电池安装到特定结构中，但电池元件的完全形状配合是在安装状态下实现的。位置柔性应理解为，在仍未安装状态下，电池膜、双极板或电极(如使用金属网时)仍可处于未张紧状态。由于安装，通常会产生张力。因此，与未安装的电池相比，已安装的电池通常不再具有位置柔性，但通常仍具有一定程度的弯曲柔性。因此，在流体导向方面，尤其可以使用尺寸特别稳定的多孔电极，如金属泡沫，特别是网格，以及无纺布型或毡型结构。不过，在许多情况下，安装状态下的弯曲柔性明显低于未安装状态下的弯曲柔性，而且往往基本上没有弯曲柔性。只有具备一定的弯曲柔性，才能承受作用在其内安装有电池的支撑结构或成形结构上的机械应力(例如在发射火箭或飞机时产生的机械应力)。因此，根据本申请，“基本无弯曲柔性”是指弯曲柔性在安装时可以消失，以至于只需考虑移动或静止元件(或其子结构)上的机械应力，而这些机械应力可以被剩余的弯曲柔性吸收。

为进一步提高机械稳定性，可在电池中设置稳定结构，所述稳定结构可吸收作用在电池上的压缩力方向的力。特别地，需要指出，蜂窝状的稳定结构，各个蜂窝元件被穿孔，以便流体流过，或者该稳定结构可以是设置在半渗透膜和双极板之间的柱状稳定结构。蜂窝状结构可以是蜂窝本身，但也可以是菱形或方形，或者在曲度更大和非平面几何形状的情况下，可以例如为阿基米德或柏拉图固体的下表面。对于此类稳定结构，可在所用电极的几何形状中专门设置凹槽，以便将所述稳定结构集成到电极或电极层中。在极端情况下，本实施例可以使用不会对整个电化学电池结构的机械稳定性造成影响的替代电极材料(尽管具有弯曲柔性)，例如软质无纺布。因此，所有已知的电极材料，特别是多孔材料，都可以用于本实施例中。

因此具有弯曲柔性同时具有机械压力稳定性的电化学流体反应器可以集成到移动和静止元件的支撑和成形结构中，除了其主要功能(如能量储存、能量转换、原料生产或过滤)外，还可以执行其他功能，如结构的机械加固、热管理支持或辐射吸收。

一个示例性实施例是将弯曲柔性和压力稳定的氧化还原流体电池单元集成到空间站模块的支撑结构中。电化学流体电池可分段地或环绕地布置在圆柱形结构上。

由于氧化还原流体电池功能部件的纯催化作用，这些电池具有极高的循环稳定性和极长的使用寿命，因此，例如，在配备有这些电池的空间站模块的整个使用寿命期间，它们都应能正常工作。因此，没有必要进行成本高、耗时长和耗费资源的电池更换任务。由于氧化还原流体电池单元集成到模块的支撑和成形结构，因此，首先可以节省空间和减少重量，其次，氧化还原流体电池可以通过压力稳定性在机械上加固支撑结构，还可以通过循环液态电解液支持热量管理，甚至可能吸收宇宙辐射。

除了氧化还原流体电池外，如前所述，水处理反应器和电化学制氧反应器也可以有效地集成到空间站模块的支撑结构中。

具体实施方式

下文将在不限制通用性的前提下，参照图示对本申请的主题进行更具体的阐释：

图1示出了根据现有技术中的电化学流体反应器，其包括两个半电池，每个半电池包含端电极(11、12)和带有石墨无纺布电极(13、14)的半电池空间。每个半电池空间都装有流体，在各种情况下，流体可以通过泵(20)进行循环。流体包括具有氧化还原活性物质的电解液。因此，图1示出了装有包含氧化还原活性物质A(22)的电解液的电解液罐，以及装有包含氧化还原活性物质B(23)的电解液的电解液罐。电解液可在阳极和阴极之间进行电荷交换，离子可在充电过程(1)和放电过程(2)中通过薄膜(5)扩散。

图2示出了现有技术中的电化学流体反应器，该反应器由多个电化学流体电池组成，这些电池相互连接，形成电池组。各个流体电池通过双极板(10)相互连接；在各种情况下，半电池之间都设置有薄膜(15)。

图3的下半部示出了电化学流体反应器(100)的双极夹层结构，该结构包括多孔电极(11、12)(在本实施例中由弯曲柔性的金属泡沫组成)、双极板(10)和薄膜(15)，所述双极夹层结构由根据本申请的电化学电池形成。箭头指向将该电池安装在空间站模块(50)的外壳(51)中，所述外壳在此处同时尤其形成了圆柱形支撑结构和成形结构。

图4的左上部和右上部示出了圆柱形成形结构(52)的详细视图。例如，其可能是空间站模块(50)的成形结构。图4的左下部示出了电化学流体反应器(100)与成形结构(52)的一体结构。此外，此处还可以看到用于机械稳定的支柱元件(60)。从右下部的详细视图中可以看出，电化学流体反应器(100)以形状配合的方式安装在内壳(61b)和外壳(61a)之间。

图5的左侧示出了圆柱形的成形结构(52)的另一实施例，它可以是空间站模块(50)的成形结构。此处，除了电化学流体反应器(100)之外，航天器的外壳中还集成有储能罐(70)。

图6示出了电极(20)，该电极在安装到移动或静止物体的结构元件之前和之后具有弯曲柔性结构。此处，可以通过V形材料凹槽(30)来实现(安装前的)弯曲柔性。安装后(下方图)，材料凹槽仅为狭缝状；电极(20)的形状为圆柱段，或在安装过程中已与移动或静止物体的结构相适应，此处为圆柱形。图7的上部示出了电化学流体电池，流体可以在其中流动。该流体电池具有附加稳定结构。上部的实施例示出了具有蜂窝状稳定结构(40)的流体电池，左侧为菱形稳定结构(41)，右侧为蜂窝状稳定结构(42)；下部的实施例示出的是具有柱状稳定结构的流体电池(45)，其中柱状稳定结构(46)允许沿作用在电池上的压缩力的方向上的力吸收。每个电池都有多个流入口和流出口(均带有附图标记25)。此外，蜂窝状的稳定结构在蜂窝元件上有多个穿孔(43)，以便流体流过。

Claims (17)

1.一种电化学电池，特别是氧化还原流体电池，包括：至少一个电池框和至少一个电极，其中，所述电池框从***环绕电池内部，其中，所述电池框包括至少一个用于向所述电池内部供应流体的供给通道、至少一个用于从所述电池内部排放流体的排放通道，以及任选的至少一个半渗透膜和任选的至少一个双极板，其特征在于，

电池框、电极、任选存在的半渗透膜以及任选存在的双极板是大体上以形状配合的方式彼此连接，尤其在活性电池表面区域是大体上以形状配合的方式彼此连接。

2.根据前述权利要求所述的电池，其特征在于，

所述电池被放置在移动元件或太空旅行的静止元件的支撑和/或成形结构中。

3.根据前述权利要求所述的电池，其特征在于，

所述电池位于静止或移动物体的外壳内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电池，其特征在于，

所述电池内部的电极至少部分地具有孔隙，以用于电解液从所述至少一个供给通道流向所述至少一个排放通道。

5.根据前述权利要求所述的电池，其特征在于，

所述电极至少部分地呈开孔金属泡沫结构，特别是呈金属网的形式，特别是呈镍泡沫或镍网的形式。

6.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，

所述电极由多孔的、尺寸稳定的碳材料形成，特别是由碳基硬质无纺布或硬质毡、石墨纤维和/或碳纳米管，特别是由导电聚合物基复合材料形成。

7.根据前述三个权利要求中任一项所述的电池，其特征在于，

所述电极的多孔材料至少部分地由纤维结构元件形成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电池，其特征在于，

在所述电极中形成有流体通道。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电池，其特征在于，

所述电池在安装和/或未安装状态下具有弯曲柔性和/或位置柔性。

10.根据前述权利要求所述的电池，其特征在于，

所述电池的至少部分组件，特别是所述电极，由弯曲柔性材料和/或位置柔性材料形成。

11.根据前述两项权利要求中任一项所述的电池，其特征在于，所述电池的至少部分组件，特别是所述电极，具有弯曲柔性和/或位置柔性的几何形状，为此，在所述电池框所包围的至少一个表面中设有一个或多个材料凹槽。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电池，其特征在于，

除所述电极外，在所述电池内部还设置有机械稳定结构，特别是蜂窝状的稳定结构，其中，各个蜂窝元件被穿孔以使所述流体能够流过，或者大体上在主动压缩力的方向上在所述半渗透膜和所述双极板之间设置的柱状稳定结构。

13.一种电池组，包括：根据前述权利要求中任一项所述的两个或更多个电化学电池的电池复合物。

14.一种移动元件或太空旅行的静止元件的结构元件，其中，所述结构元件对所述静止元件或所述移动元件起支撑和/或成形作用，其特征在于，

根据前述权利要求中任一项所述的电池组或电化学电池以形状配合的方式连接所述结构元件。

15.根据前述权利要求所述的结构元件，其特征在于，所述移动元件为运载工具。

16.根据权利要求14所述的结构元件，其特征在于，所述静止元件为空间站。

17.根据前述权利要求中任一项所述的电池组或电化学电池在航空、航运和太空旅行中的用途。