DE102022132405A1 - Verfahren zur Herstellung eines Superkondensators - Google Patents

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Chris Guhrenz
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Abstract

Um eine Bodenbefüllung zu ermöglichen, schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Superkondensators (11) zur Speicherung von elektrischer Energie vor, wobei das Verfahren umfasst:a) Bereitstellen eines Zellenkörpers (2), der einen Bodenbereich (21), einen Wandbereich (22) und eine obere Öffnung (23) aufweist, wobei der Zellenkörper (2) einstückig als ein einziges, einheitliches Element ausgebildet ist und der Bodenbereich (21) einen darin vorgesehenen unteren Fluiddurchlass (213) aufweist;b) Einführen einer Elektrodenbaugruppe (3) durch die obere Öffnung (23), die eine negative Elektrode und eine positive Elektrode aufweist, wobei die Elektroden durch einen Separator getrennt sind und vorzugsweise jede Elektrode ein aktives Material, z.B. ein Kohlenstoffmaterial, enthält, das Mikroporen aufweist;c) Befestigen der Elektrodenbaugruppe (3) auf elektrisch leitende Weise am Bodenbereich (21);d) Verschließen der oberen Öffnung (23) mit einer Deckelbaugruppe (5), wodurch ein Zelleninnenraum (25) gebildet wird, der die Elektrodenbaugruppe (3) in einem trockenen Zustand enthält, und Befestigen der Deckelbaugruppe (5) am Zellenkörper (2);e) Ausrichten des Zellenkörpers (2) derart, dass der untere Fluiddurchlass (213) in vertikaler Richtung nach unten gerichtet ist;f) Einspritzen eines Elektrolyten (4) durch den unteren Fluiddurchlass (213), so dass die Elektrodenbaugruppe (3) von dem Elektrolyten (4) benetzt wird;g) Verschließen des unteren Fluiddurchlasses (213) mit einem Stopfenelement (24) und Befestigen des Stopfenelements (24) am Bodenbereich (21), wodurch der Superkondensator (11) erhalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft auf ein Verfahren zur Herstellung eines Superkondensators.
  • Die Erfindung betrifft eine Deckelbaugruppe für eine Energiespeicherzelle, beispielsweise einen Superkondensator. Ferner betrifft die Erfindung einen Bausatz und eine Energiespeicherzelle, die die Deckelbaugruppe umfassen.
  • Die Erfindung betrifft ein Stromsammlerelement für eine Elektrodenbaugruppe einer Energiespeicherzelle, beispielsweise eines Superkondensators. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Bausatz und eine Energiespeicherzelle, die das Stromsammlerelement umfassen.
  • In der Industrie werden Superkondensatoren typischerweise in zylindrischen Dosen hergestellt, um beispielsweise eine Massenproduktion zu ermöglichen. Insbesondere scheinen Superkondensatoren, die auf mikroporösem Kohlenstoff basieren, der Weg der Zukunft zu sein. Allerdings ist es nicht immer einfach, den Elektrolyt in die Dose zu füllen.
  • Derzeit ist die Dose mit einem Deckel verschlossen, der eine kleine Öffnung hat, durch die der Elektrolyt eingeführt wird. Wenn der Elektrolyt mit der Elektrodenbaugruppe in Kontakt kommt, adsorbiert er normalerweise die Mikroporen und setzt dabei Energie in Form von Wärme frei. Die typischen Elektrolytzusammensetzungen, die verwendet werden, haben einen recht niedrigen Siedepunkt und können allein durch die Adsorptionswärme zu sieden beginnen. Es ist daher möglich, dass der Elektrolyt aus der kleinen Öffnung im Deckel ausläuft, was zu Verzögerungen bei der Herstellung führen kann.
  • Es sollte beachtet werden, dass dieses Phänomen bei herkömmlichen Batterien, beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, aufgrund der viel kleineren Elektrodenoberfläche nicht auftritt.
  • Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein verbessertes Herstellungsverfahren bereitzustellen, das es vorzugsweise ermöglicht, Verzögerungen bei der Herstellung zu reduzieren und/oder die Produktionsrate zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Superkondensators zur Speicherung elektrischer Energie bereit, wobei das Verfahren umfasst:
    1. a) Bereitstellen eines Zellenkörpers, der einen Bodenbereich, einen Wandbereich und eine obere Öffnung aufweist, wobei der Zellenkörper einstückig als ein einziges, einheitliches Element ausgebildet ist und der Bodenbereich einen darin vorgesehenen unteren Fluiddurchlass aufweist;
    2. b) Einführen einer Elektrodenbaugruppe durch die obere Öffnung, wobei die Elektrodenbaugruppe eine negative Elektrode und eine positive Elektrode aufweist, wobei die Elektroden durch einen Separator getrennt sind und vorzugsweise jede Elektrode ein aktives Material, z.B. ein Kohlenstoffmaterial, enthält, das Mikroporen aufweist;
    3. c) Befestigen der Elektrodenbaugruppe auf elektrisch leitende Weise an dem Bodenbereich;
    4. d) Verschließen der oberen Öffnung mit einer Deckelbaugruppe, wodurch ein Zelleninnenraum gebildet wird, der die Elektrodenbaugruppe in einem trockenen Zustand enthält, und Befestigen der Deckelbaugruppe an dem Zellenkörper ;
    5. e) Ausrichten des Zellenkörpers derart, dass der untere Fluiddurchlass in vertikaler Richtung nach unten gerichtet ist;
    6. f) Einspritzen eines Elektrolyts durch den unteren Fluiddurchlass, so dass die Elektrodenbaugruppe von dem Elektrolyt benetzt wird;
  • Vorzugsweise ist der Bodenbereich als ein einheitlicher Teil ohne Unterbrechungen oder Hohlräume im Material geformt.
  • Vorzugsweise ist in Schritt a) der Bodenbereich mit einem unteren Vorsprung versehen, der in axialer Richtung aus dem Zellenkörper herausragt, wobei der untere Fluiddurchlass an dem unteren Vorsprung gebildet ist..
  • Vorzugsweise ist in Schritt a) der untere Vorsprung in der Mitte des Bodenbereichs vorgesehen und die mindestens eine äußere Schweißnut erstreckt sich von dem unteren Vorsprung in radialer Richtung zum Umfang.
  • In Schritt b) ist die Elektrodenbaugruppe vorzugsweise eine gewickelte Elektrodenbaugruppe.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt b) das Anschweißen eines Stromsammlerelements an die Elektrodenbaugruppe (3), bevor die Elektrodenbaugruppe so eingesetzt wird, dass das Stromsammlerelement von dem Bodenbereich weg zeigt.
  • Vorzugsweise hat die Elektrodenbaugruppe ein Stromsammlerelement, das vor dem Einsetzen an die Elektrodenbaugruppe angeschweißt wird, wobei das Stromsammlerelement von dem Bodenbereich weg zeigt.
  • Vorzugsweise umfasst die Elektrodenbaugruppe ein Isolierungselement, das so angeordnet ist, dass es das Stromsammlerelement vom Zellenkörper, vorzugsweise vom Wandbereich, elektrisch isoliert, wenn die Elektrodenbaugruppe in den Zellenkörper eingeführt wird.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt b) das Einführen eines Stromsammlerelements durch die obere Öffnung und das Inkontaktbringen der Elektrodenbaugruppe mit dem Stromsammlerelement.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt c), dass das Stromsammlerelement an der Elektrodenbaugruppe befestigt wird.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt c), dass das Stromsammlerelement an die Elektrodenbaugruppe angeschweißt wird.
  • Vorzugsweise beinhaltet Schritt c), dass die Elektrodenbaugruppe mit dem Bodenbereich verschweißt wird.
  • Vorzugsweise wird in Schritt c) die Elektrodeneinheit mit einer durchgehenden Schweißnaht, die länger ist als die Länge der äußeren Nut in Längsrichtung, oder mit mindestens zwei Schweißnähten mit dem Bodenbereich verschweißt.
  • Vorzugsweise ist in Schritt a) der Bodenbereich mit mindestens einer äu-ßeren Schweißnaht versehen, die einen Schweißnahtgrund enthält, und in Schritt c) wird die Elektrodenbaugruppe durch Anschweißen von außerhalb des Zellenkörpers mit dem Schweißnutgrund verschweißt.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Kühlen des Elektrolyten vor dem Einfüllen des Elektrolyten. Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Kühlen des Elektrolyten während des Einfüllens des Elektrolyten. Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Kühlen des Elektrolyten für eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Einfüllen des Elektrolyten.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Inkontaktbringen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe mit einer Wärmesenke vor dem Einfüllen des Elektrolyten. Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Inkontaktbringen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe mit einer Wärmesenke während des Einfüllens des Elektrolyts. Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Inkontaktbringen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe mit einer Wärmesenke für eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Einfüllen des Elektrolyts.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Kühlen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe vor dem Einfüllen des Elektrolyts. Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Kühlen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe während des Einfüllens des Elektrolyts. Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Kühlen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe für eine vorgegebene Zeitspanne nach dem Einfüllen des Elektrolyts.
  • Vorzugsweise wird in Schritt d) so gekühlt, dass der Elektrolyt am Sieden gehindert wird.
  • Vorzugsweise wird in Schritt d) so gekühlt, dass der Elektrolyt unter seinem Flammpunkt gehalten wird.
  • Vorzugsweise wird in Schritt e) während des Schließens der oberen Öffnung Elektrolyt, der sich auf dem Wandbereich befindet, durch die Deckelbaugruppe zum Bodenbereich hin abgewischt.
  • Vorzugsweise umfasst die Deckelbaugruppe ein Dichtelement, das mindestens einen Wischbereich aufweist, wobei der Wischbereich beim Einsetzen der Deckelbaugruppe das auf dem Wandbereich vorhandenen Elektrolyt in Richtung des Bodenbereichs abwischt.
  • Vorzugsweise umfasst in Schritt e) das Schließen der oberen Öffnung das Einsetzen der Deckelbaugruppe in die obere Öffnung.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Verschweißen der Deckelbaugruppe mit dem Zellenkörper.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Laserschweißen des Deckels an den Zellenkörper.
  • Vorzugsweise ist der Laserstrahl parallel zum Wandbereich gerichtet, so dass er auf einen Grenzbereich zwischen der Deckelbaugruppe und dem Wandbereich trifft.
  • Vorzugsweise werden zumindest die Schritte d), e) und f) unter Vakuum durchgeführt.
  • Die Erfindung stellt einen Superkondensator bereit, der durch die Durchführung eines zuvor beschriebenen Verfahrens erhältlich ist.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Superkondensators zur Speicherung elektrischer Energie bereit, wobei das Verfahren umfasst:
    1. a) Bereitstellen eines Zellenkörpers, der einen Bodenbereich, einen Wandbereich und eine obere Öffnung aufweist, wobei der Zellenkörper einstückig als ein einziges, einheitliches Element ausgebildet ist und der Bodenbereich einen darin vorgesehenen unteren Fluiddurchlass aufweist;
    2. b) Einführen einer Elektrodenbaugruppe durch die obere Öffnung, wobei die Elektrodenbaugruppe eine negative Elektrode und eine positive Elektrode aufweist, wobei die Elektroden durch einen Separator getrennt sind und vorzugsweise jede Elektrode ein aktives Material, z.B. ein Kohlenstoffmaterial, enthält, das Mikroporen aufweist;
    3. c) Befestigen der Elektrodenbaugruppe auf elektrisch leitende Weise an dem Bodenbereich;
    4. d) Verschließen der oberen Öffnung mit einer Deckelbaugruppe, wodurch ein Zelleninnenraum gebildet wird, der die Elektrodenbaugruppe in einem trockenen Zustand enthält, und Befestigen der Deckelbaugruppe an dem Zellenkörper;
    5. e) Ausrichten des Zellenkörpers derart, dass der untere Fluiddurchlass in vertikaler Richtung nach unten gerichtet ist;
    6. f) Einspritzen eines Elektrolyts durch den unteren Fluiddurchlass, so dass die Elektrodenbaugruppe von dem Elektrolyts benetzt wird;
    7. g) Verschließen des unteren Fluiddurchlasses mit einem Stopfenelement und Befestigen des Stopfenelements an dem Bodenbereich, wodurch der Superkondensator erhalten wird.
  • Vorzugsweise werden die Schritte d), e) und f) in der Reihenfolge d) - e) - f) durchgeführt. Vorzugsweise werden die Schritte d), e) und f) in der Reihenfolge e) - f) - d) durchgeführt.
  • Vorzugsweise wird zumindest Schritt f) unter Vakuum durchgeführt.
  • Vorzugsweise ist in Schritt a) der Bodenbereich mit einem unteren Vorsprung versehen, der in axialer Richtung aus dem Zellenkörper herausragt, wobei der untere Fluiddurchlass an dem unteren Vorsprung gebildet ist.
  • Vorzugsweise ist in Schritt a) der untere Vorsprung in der Mitte des Bodenbereichs vorgesehen und mindestens eine äußere Schweißnut erstreckt sich von dem unteren Vorsprung in radialer Richtung zum Umfang.
  • Vorzugsweise wird in Schritt a) der Bodenbereich als ein einheitlicher Teil ohne Unterbrechungen oder Hohlräume im Material geformt.
  • In Schritt b) ist die Elektrodenbaugruppe vorzugsweise eine gewickelte Elektrodenbaugruppe.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt b) das Anschweißen eines Stromsammlerelements an die Elektrodenbaugruppe, bevor die Elektrodenbaugruppe mit dem Stromsammlerelement vom Bodenbereich abgewandt eingesetzt wird.
  • Vorzugsweise hat die Elektrodenbaugruppe ein darauf angeschweißtes Stromsammlerelement, bevor die Elektrodenbaugruppe mit dem unteren Stromsammlerelement zum Inkontaktbringen des Bodenbereich eingesetzt wird.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt b) das Anschweißen eines unteren Stromsammlerelements an die Elektrodenbaugruppe, bevor die Elektrodenbaugruppe so eingesetzt wird, dass das untere Stromsammlerelement den Bodenbereich berührt.
  • Vorzugsweise hat die Elektrodeneinheit in Schritt b) ein unteres Stromsammlerelement, das vor dem Einsetzen der Elektrodeneinheit aufgeschweißt wird, wobei das untere Stromsammlerelement den Bodenbereich berührt.
  • Vorzugsweise wird in Schritt c) das untere Stromsammlerelement mit dem Bodenbereich verschweißt.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Kühlen des Elektrolyten vor dem Einfüllen des Elektrolyts. Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Kühlen des Elektrolyts während des Einspritzens des Elektrolyts. Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Kühlen des Elektrolyten für eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Einfüllen des Elektrolyts.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Inkontaktbringen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe mit einer Wärmesenke vor dem Einfüllen des Elektrolyts. Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Inkontaktbringen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe mit einer Wärmesenke während des Einfüllens des Elektrolyts. Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Inkontaktbringen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe mit einer Wärmesenke für eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Einfüllen des Elektrolyts.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Kühlen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe vor dem Einfüllen des Elektrolyts. Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Kühlen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe während des Einfüllen s des Elektrolyts. Vorzugsweise umfasst Schritt f) das Kühlen des Zellenkörpers und/oder der Elektrodenbaugruppe für eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Einfüllen des Elektrolyts.
  • Vorzugsweise wird in Schritt f) so gekühlt, dass der Elektrolyt am Sieden gehindert wird.
  • Vorzugsweise wird in Schritt f) so gekühlt, dass der Elektrolyt unter seinem Flammpunkt gehalten wird.
  • Vorzugsweise wird in Schritt g) das Stopfenelement durch Schweißen an dem Bodenbereich befestigt. Vorzugsweise wird in Schritt g) das Stopfenelement durch Schweißen an dem unteren Stromsammlerelement befestigt.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt g) das Laserschweißen des Stopfenelement s mit dem Bodenbereich. Vorzugsweise umfasst Schritt g) das Laserschweißen des Stopfenelements an das untere Stromsammlerelement.
  • Vorzugsweise ist der Laserstrahl parallel zum Wandbereich gerichtet, so dass er auf einen Grenzbereich zwischen dem Stopfenelement und dem Bodenbereich auftrifft. Vorzugsweise ist der Laserstrahl parallel zum Wandbereich gerichtet, so dass er auf einen Grenzbereich zwischen dem Bodenbereich und dem Stromsammlerelement trifft.
  • Vorzugsweise umfasst die Elektrodenbaugruppe ein Isolierelement, das so angeordnet ist, dass es das Stromsammlerelement vom Zellenkörper, vorzugsweise vom Wandbereich, elektrisch isoliert, wenn die Elektrodenbaugruppe in den Zellenkörper eingeführt wird.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt b) das Einführen eines Stromsammlerelement durch die obere Öffnung und das Kontaktieren der Elektrodenbaugruppe mit dem Stromsammlerelement.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt c) die Befestigung des Stromsammlerelements an der Elektrodenbaugruppe.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt c) das Anschweißen des Stromsammlerelement an die Elektrodenbaugruppe.
  • Vorzugsweise beinhaltet Schritt c) das Anschweißen der Elektrodenbaugruppe an dem Bodenbereich.
  • Vorzugsweise wird in Schritt c) die Elektrodeneinheit an eine durchgehenden Schweißnaht, die länger ist als die Länge der äußeren Nut in Längsrichtung, oder mit mindestens zwei Schweißnähten mit dem Bodenbereich angeschweißt.
  • Vorzugsweise ist in Schritt a) der Bodenbereich mit mindestens einer äu-ßeren Schweißnaht versehen, die einen Schweißnahtgrund umfasst, und in Schritt c) wird die Elektrodenbaugruppe durch Anschweißen von außerhalb des Zellenkörpers mit dem Schweißnutgrund verschweißt.
  • Vorzugsweise wird in Schritt d) während des Schließens der oberen Öffnung Elektrolyt, der sich auf dem Wandbereich befindet, durch die Deckelbaugruppe zum Bodenbereich hin abgewischt.
  • Vorzugsweise umfasst die Deckelbaugruppe ein Dichtelement, das mindestens ein Wischteil aufweist, wobei das Wischteil beim Einsetzen der Deckelbaugruppe den auf dem Wandbereich vorhandenen Elektrolyt zum Bodenbereich hin abwischt.
  • Vorzugsweise wird in Schritt d) die obere Öffnung geschlossen, indem der Deckel in die obere Öffnung eingesetzt wird.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Verschweißen der Deckelbaugruppe mit dem Zellenkörper.
  • Vorzugsweise umfasst Schritt d) das Laserschweißen der Deckelbaugruppe an den Zellenkörper.
  • Vorzugsweise ist der Laserstrahl parallel zum Wandbereich gerichtet, so dass er auf einen Grenzbereich zwischen der Deckelbaugruppe und dem Wandbereich trifft.
  • Die Erfindung stellt einen Superkondensator zur Verfügung, der durch ein zuvor beschriebenes Verfahren erhältlich ist.
  • Die Erfindung stellt eine Deckelbaugruppe bereit, die zum Verschließen eines Zellenkörpers eines Superkondensators konfiguriert ist, wobei der Zellenkörper einen Bodenbereich, einen Wandbereich und eine obere Öffnung umfasst, wobei die Deckelbaugruppe ein elektrisch leitendes Deckelelement und ein elektrisch isolierendes Dichtelement umfasst, wobei das Deckelelement und das Dichtelement so konfiguriert sind, dass sie zusammenwirkend eine Expansionskammer bilden, die zwischen dem Deckelelement und dem Dichtelement angeordnet ist, wobei die Expansionskammer mit einem Innenraum des Zellenkörpers fluidverbunden werden kann.
  • Vorzugsweise stehen das Deckelelement und das Dichtelement in mechanischem Kontakt zueinander, um die Expansionskammer zu bilden.
  • Vorzugsweise umfasst das Deckelelement einen ersten Expansionskammerbereich, der einen oberen Kammerbereich umfasst, der sich im Wesentlichen parallel zu dem Dichtelement erstreckt, und einen ersten Stützvorsprung, der vorzugsweise von dem oberen Kammerbereich in Richtung des Dichtelements vorsteht und das Dichtelement berührt, wobei der erste Stützvorsprung an einem umlaufenden Randabschnitt des Deckelelements angeordnet ist.
  • Vorzugsweise umfasst das Deckelelement einen ersten Expansionskammerbereich, der einen zweiten Stützvorsprung aufweist, der in Richtung des Dichtelements vorsteht und das Dichtelement berührt, wobei der zweite Stützvorsprung radial einwärts von einem Umfangsrandbereich des Deckelelements angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist der zweite Stützvorsprung gegenüber dem ersten Stützvorsprung in vertikaler Richtung ausgespart.
  • Vorzugsweise umfasst das Deckelelement eine Deckelöffnung. Vorzugsweise umfasst die Deckelöffnung eine vertikale Umfangswand und/oder eine konische Umfangswand, die in Richtung des Dichtelements breiter wird. Vorzugsweise umfasst die Deckelöffnung eine vertikale Dichtfläche, die an einer Umfangsseitenwand der Deckelöffnung angeordnet ist und die das Dichtelement berührt, um eine Dichtung zu bilden. Vorzugsweise enthält die Deckelöffnung eine konische Dichtfläche, die sich nach unten ausdehnt und das Dichtelement berührt, um eine Dichtung zu bilden.
  • Vorzugsweise umfasst das Deckelelement eine Schweißnut, die an einem Umfangsrandbereich des Deckelelements angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst das Deckelelement eine Schweißfläche, die auf dem äußersten Umfang des Deckelelements angeordnet ist.
  • Vorzugsweise umfasst das Dichtelement eine Dichtungsmanschette, die nach oben ragt und die vertikale Dichtfläche berührt, um die Dichtung zu bilden. Vorzugsweise umfasst das Dichtelement einen Wulstdichtungsbereich, der so angeordnet ist, dass er mit der konische Dichtfläche in Kontakt kommt, um die Dichtung zu bilden.
  • Vorzugsweise umfasst das Dichtelement einen zweiten Expansionskammerbereich, der einen oberen Kammerbereich umfasst, der sich im Wesentlichen parallel zum Deckelelement erstreckt. Vorzugsweise umfasst das Dichtelement eine erste Dichtungsnut, die an einem Umfangsrandbereich des Dichtelements angeordnet ist, und erste Dichtungsnut einen Abschnitt des Deckelteils, vorzugsweise den ersten Stützvorsprung, vorzugsweise der erste Stützvorsprung.
  • Vorzugsweise umfasst das Dichtelement einen zweiten Expansionskammerbereich, der eine zweite Dichtungsnut enthält, die radial nach innen von einem Umfangsrandbereich des Dichtelements angeordnet ist, und die zweite Dichtungsnut umfasst einen Abschnitt des Deckelelements, vorzugsweise den zweiten Stützvorsprung. Vorzugsweise ist die erste Dichtungsnut gegenüber der zweiten Dichtungsnut in vertikaler Richtung ausgespart.
  • Die Erfindung stellt einen Zellenkörperbausatz zur Bildung eines Zellenkörpers eines Superkondensators bereit, wobei der Bausatz einen Zellenkörper mit einem Bodenbereich, einem Wandbereich und einer oberen Öffnung und eine zuvor beschriebene Deckelbaugruppe umfasst, die in die obere Öffnung eingesetzt werden kann, um einen abgeschlossenen Zellinnenraum zu bilden.
  • Die Erfindung stellt eine Zellenkörperbaugruppe für eine Energiespeicherzelle, beispielsweise einen Superkondensator, bereit, wobei die Zellenkörperbaugruppe einen bevorzugten Zellenkörperbausatz umfasst, wobei die Deckelbaugruppe an dem Zellenkörper befestigt ist, um einen abgeschlossenen Zelleninnenraum zu bilden, wobei das Deckelelement mit dem Zellenkörper, vorzugsweise dem Wandbereich, verschweißt ist, wobei das Dichtelement zumindest den Zellenkörper und/oder das Deckelelement berührt, um eine Dichtung und elektrische Isolierung zu bilden.
  • Die Erfindung stellt eine Energiespeicherzelle, beispielsweise einen Superkondensator zur Verfügung, wobei die Energiespeicherzelle eine bevorzugte Zellenkörperbaugruppe umfasst; eine Elektrodenbaugruppe, die zum Speichern von elektrischer Energie konfiguriert ist, die im Zelleninnenraum angeordnet ist, wobei die Elektrodenbaugruppe ein Stromsammlerelement aufweist, wobei die Elektrodenbaugruppe leitend an dem Zellenkörper befestigt ist und das Stromsammlerelement durch das Dichtelement elektrisch von dem Zellenkörper isoliert ist.
  • Vorzugsweise berührt das Dichtelement das Stromsammlerelement , um den Zelleninnenraum abzudichten und zu verschließen.
  • Vorzugsweise umfasst das Deckelelement eine Verstärkungsstruktur, wobei die Verstärkungsstruktur vorzugsweise eine Vielzahl von Rippen umfasst, die sich zwischen dem ersten Stützvorsprung und dem zweiten Stützvorsprung erstrecken.
  • Vorzugsweise enthält das Dichtelement einen Wischer, der an einer äußeren Umfangsfläche angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Wischer eine Vielzahl von abwechselnden Nuten und Vorsprüngen auf.
  • Die Erfindung stellt ein elektrisch leitfähiges Deckelelement für eine Deckelbaugruppe eines Zellenkörpers bereit, wobei das Deckelelement umfasst:
    • - einen Deckelgrundbereich, in dem eine Deckelöffnung ausgebildet ist;
    • - einen ersten Stützvorsprung, der von Deckelgrundbereichs in vertikaler Richtung nach unten ragt;
    • - einen zweiten Stützvorsprung, der vom Deckelgrundbereich in vertikaler Richtung nach unten ragt;
    • - wobei der erste Stützvorsprung, der zweite Stützvorsprung und ein dazwischen liegender Teil des Deckelgrundbereichs einen ersten Expansionskammerbereich bilden, der so konfiguriert ist, dass er nach dem Eingriff in einen zweiten Expansionskammerbereich eine Expansionskammer für ein Fluid bildet.
  • Vorzugsweise umfasst das Deckelelement eine Schweißnaht, die an einem Umfangsrandbereich des Deckelgrundbereichs angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst die Schweißnut eine Nutseitenwand, die am äußersten Umfang des Deckelgrundbereichs angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst der Deckelunterteil eine Schweißfläche, die am äußersten Umfang des Deckelunterteils angeordnet ist. Vorzugsweise schließt die Schweißfläche eine Oberfläche der Nutseitenwand ein. Vorzugsweise verjüngt sich der erste Stützvorsprung nach unten.
  • Vorzugsweise umfasst die Deckelöffnung eine vertikale Dichtfläche, die an einer vertikale Umfangswand der Deckelöffnung angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Deckelöffnung eine konische Dichtfläche auf, die sich nach unten verjüngt. Vorzugsweise ist die sich konische Dichtfläche neben der vertikalen Dichtfläche angeordnet. Vorzugsweise ist die konische Dichtfläche neben dem zweiten Stützvorsprung angeordnet. Vorzugsweise ist die konische Dichtfläche zwischen der vertikalen Dichtfläche und dem zweiten Stützvorsprung angeordnet. Vorzugsweise enthält der Bodenbereich des Deckels eine Verstärkungsstruktur. Vorzugsweise umfasst die Verstärkungsstruktur eine Vielzahl von Rippen, die sich zwischen dem ersten Stützvorsprung und dem zweiten Stützvorsprung erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich die Rippen von dem ersten Stützvorsprung zu dem zweiten Stützvorsprung.
  • Die Erfindung stellt ein elektrisch isolierendes Dichtelement für eine Deckelbaugruppe eines Zellenkörpers bereit, wobei das Dichtelement umfasst:
    • - einen Dichtungsgrundbereich, in dem mindestens eine Fluidöffnung ausgebildet ist;
    • - eine erste Dichtungsnut, die von dem Dichtungsgrundbereich in vertikaler Richtung nach oben ragt;
    • - eine zweite Dichtungsnut, die von dem Dichtungsgrundbereich in vertikaler Richtung nach oben ragt;
    • - wobei die erste Dichtungsnut, die zweite Dichtungsnut und ein Teil des dazwischen liegenden Dichtungsgrundbereichs einen zweiten Expansionskammerbereich bilden, der so konfiguriert ist, dass er nach dem Eingriff mit einem ersten Expansionskammerbereich eine Expansionskammer für ein Fluid bildet, wobei die Expansionskammer über die mindestens eine Fluidöffnung fluidverbunden werden kann.
  • Vorzugsweise enthält das Dichtelement einen Wischbereich, der an einer äußeren Umfangsfläche angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Wischbereich eine Vielzahl von abwechselnden Nuten und Vorsprüngen auf. Vorzugsweise enthält das Dichtelement einen Wulstdichtungsbereich, der neben der zweiten Dichtungsnut angeordnet ist. Vorzugsweise weist das Dichtelement eine Dichtungsöffnung auf, die durch eine vertikale Umfangswand definiert ist. Vorzugsweise enthält das Dichtelement eine Dichtungsmanschette, die vorzugsweise von der vertikalen Umfangswand nach oben ragt. Vorzugsweise umfasst die Dichtungsöffnung eine konische Dichtfläche, die sich nach unten hin ausdehnt. Vorzugsweise enthält die Dichtungsöffnung einen zweiten Wulstdichtungsbereich, der auf dem kleinsten Durchmesser der konischen Dichtfläche angeordnet ist.
  • Vorzugsweise weist das Deckelelement eine Deckelschweißnut auf, die auf einer vom Dichtelement abgewandten Oberseite angeordnet ist, und die Deckelschweißnut erstreckt sich entlang eines Umfangsrandbereichs des Deckelelements.
  • Die Erfindung stellt ein Stromsammlerelement für eine Elektrodenbaugruppe einer Energiespeicherzelle, beispielsweise eines Superkondensators, bereit, wobei die Elektrodenbaugruppe eine negative Elektrode und eine positive Elektrode umfasst, wobei jede Elektrode ein Kohlenstoffmaterial enthält, das Mikroporen aufweist, und die Elektroden durch einen Separator getrennt sind, wobei das Stromsammlerelement umfasst:
    • - einen Anschlussbereich;
    • - mindestens einen Kontaktbereich, der so konfiguriert ist, dass er die Elektrodenbaugruppe leitend kontaktiert; und
    • - einen Kühlkörperbereich, der zwischen und neben dem Anschlussbereich und dem Kontaktbereich angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist das Stromsammlerelement als ein einziges, einheitliches Element geformt.
  • Vorzugsweise umfasst das Stromsammlerelement eine Vielzahl von Kontaktbereichen, die in radialer Richtung aus dem Kühlkörperbereich herausragen.
  • Vorzugsweise sind die Kontaktbereiche gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt.
  • Vorzugsweise enthält jeder Kontaktbereich einen Stromsammler-Schweißbereich, der sich in radialer Richtung erstreckt.
  • Vorzugsweise enthält der Kühlkörperbereich mindestens einen konischer Kühlkörperbereich, der sich vom Kontaktbereich zum Anschlussbereich hin verjüngt.
  • Vorzugsweise enthält jeder konische Kühlkörperbereich eine Kerbe, die kontinuierlich in den Stromsammler-Schweißbereich übergeht.
  • Vorzugsweise ist der Stromsammler-Schweißbereich als Stromsammler-Schweißnut ausgebildet. Vorzugsweise geht die Kerbe kontinuierlich in die Stromsammler-Schweißnut über.
  • Vorzugsweise umfasst der Kühlkörperbereich mindestens einen wärmeleitenden Schenkelbereich, der entlang des Kontaktbereichs aus dem Kühlkörperbereich herausragt.
  • Vorzugsweise ist der Stromsammler-Schweißbereich als Stromsammler-Schweißnut ausgebildet, und der wärmeleitende Schenkelbereich bildet mindestens eine Seitenwand der Stromsammler-Schweißnut.
  • Die Erfindung stellt eine Deckelbaugruppe bereit, die zum Verschließen eines Zellenkörpers eines Superkondensators konfiguriert ist, wobei der Zellenkörper einen Bodenbereich, einen Wandbereich und eine obere Öffnung umfasst, wobei die Deckelbaugruppe ein elektrisch isolierendes Dichtelement und ein zuvor beschriebenes Stromsammlerelement umfasst, wobei das Dichtelement und das Stromsammlerelement miteinander in Kontakt stehen, wobei das Dichtelement eine Vielzahl von Fluidöffnungen umfasst und die Fluidöffnungen und die Kontaktbereiche so konfiguriert sind, dass unabhängig von einer relativen Ausrichtung des Stromsammlerelements und des Dichtelements entspricht dem von mindestens einer Fluidöffnung durch das Stromsammlerelement nicht behindert wird.
  • Vorzugsweise umfasst das Dichtelement eine Dichtungsöffnung, die durch eine vertikale Umfangswand definiert ist, und der Anschlussbereich wird so in die Dichtungsöffnung eingesetzt, dass eine Dichtung zwischen dem Anschlussbereich und der vertikalen Umfangswand gebildet wird.
  • Vorzugsweise umfasst die Dichtungsöffnung einen konischen Dichtbereich, der sich nach unten verjüngt, wobei der konische Dichtbereich in Kontakt mit dem Kühlkörperbereich steht.
  • Vorzugsweise umfasst die Dichtungsöffnung einen zweiten Wulstdichtungsbereich, der auf dem kleinsten Durchmesser des konischen Dichtbereichs angeordnet ist, und der zweite Wulstdichtungsbereich ist sowohl mit dem Anschlussbereich als auch mit dem Kühlkörperbereich in Kontakt.
  • Vorzugsweise umfasst die Deckelbaugruppe ein elektrisch leitfähiges Deckelelement, wobei das Deckelelement und das Dichtelement so konfiguriert sind, dass sie gemeinsam eine Expansionskammer bilden, die zwischen dem Deckelelement und dem Dichtelement angeordnet ist, wobei die Expansionskammer mit einem Zelleninnenraum fluidverbunden werden kann und das Stromsammlerelement in Kontakt mit dem Dichtelement steht und durch das Dichtelement elektrisch vom Deckelelement isoliert ist.
  • Die Erfindung stellt einen Zellenkörperbausatz zur Bildung eines Zellenkörpers eines Superkondensators zur Verfügung, wobei der Bausatz einen Zellenkörper mit einem Bodenbereich, einem Wandbereich und einer oberen Öffnung sowie eine zuvor beschriebene Deckelbaugruppe umfasst, die in die obere Öffnung eingesetzt werden kann, um einen abgeschlossenen Zellinnenraum zu bilden.
  • Die Erfindung stellt eine Energiespeicherzelle, beispielsweise einen Superkondensator, zur Verfügung, wobei die Energiespeicherzelle einen Zellenkörper mit einem Bodenbereich, einem Wandbereich und einer oberen Öffnung und mindestens eine der folgenden Merkmalsgruppen aufweist:
    1. a) Bereitstellen eines Zellenkörpers, der einen Bodenbereich, einen Wandbereich und eine obere Öffnung aufweist, wobei der Zellenkörper einstückig als ein einziges, einheitliches Element ausgebildet ist und der Bodenbereich einen darin vorgesehenen unteren Fluiddurchlass aufweist;
    2. b) Einführen einer Elektrodenbaugruppe durch die obere Öffnung, wobei die Elektrodenbaugruppe eine negative Elektrode und eine positive Elektrode aufweist, wobei die Elektroden durch einen Separator getrennt sind und vorzugsweise jede Elektrode ein aktives Material, z.B. ein Kohlenstoffmaterial, enthält, das Mikroporen aufweist;
  • Vorzugsweise ist das Deckelelement wie ein zuvor beschriebenes Deckelelement konfiguriert. Vorzugsweise ist das Dichtelement als ein zuvor beschriebenes Dichtelement beschrieben.
  • Die vorteilhaften Effekte der hier vorgestellten Ideen werden in der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich werden. Es ist zu beachten, dass nicht alle vorteilhaften Dichtelement gleichzeitig oder mit der gleichen Intensität erzielt werden müssen. Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher beschrieben:
    • 1 zeigt eine Ausführungsform einer Energiespeicherzelle;
    • 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Energiespeicherzelle aus 1;
    • 3 zeigt die Unteransicht eines Deckels;
    • 4 zeigt einen Querschnitt des Deckelteils aus 3 entlang der Linie IV-IV;
    • 5 zeigt einen Querschnitt des Deckelteils aus 3 entlang der Linie V-V;
    • 6 zeigt die Unteransicht eines Dichtelements;
    • 7 zeigt einen Querschnitt des Dichtelements aus 6 entlang der Linie VII-VII;
    • 8 zeigt das Detail VIII aus 7;
    • 9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Elektrodenbaugruppe;
    • 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stromsammlerelements;
    • 11 zeigt eine Draufsicht auf das Stromsammlerelements aus 10;
    • 12 zeigt einen Querschnitt des Stromsammlerelements aus 11 entlang der Linie XII-XII;
    • 13 zeigt einen Querschnitt des Stromsammlerelements aus 11 entlang der Linie XIII-XIII;
    • 14 zeigt einen Querschnitt durch das Stromsammlerelement aus 12 entlang der Linie XIV-XIV;
    • 15 zeigt einen Bodenbereich der Energiespeicherzelle aus 1;
    • 16 zeigt einen Querschnitt durch den Bodenbereich von 15 entlang der Linie XVI-XVI;
    • 17 zeigt einen Querschnitt durch den Bodenbereich von 15 entlang der Linie XVII-XVII;
    • 18 zeigt einen Querschnitt einer Variante des Bodenbereichs; und
    • 19 zeigt einen Querschnitt einer Variante des Bodenbereichs.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist eine Energiespeicherzelle 1 abgebildet. Die Energiespeicherzelle 1 kann als Superkondensator 11 konfiguriert sein.
  • Die Energiespeicherzelle 1 kann einen Zellenkörper 2 umfassen. Der Zellenkörper 2 kann eine zylindrische Form haben. Es ist auch möglich, dass der Zellenkörper 2 eine quaderförmige Form hat. Unabhängig von der Form gelten die hier verwendeten Begriffe radial, axial und umlaufend für die zylindrische Form und mutatis mutandis auch für die anderen Formen. Der Zellenkörper 2 kann als offene Dose geformt sein. Der Zellenkörper 2 ist vorzugsweise als ein einziges, einheitliches Element geformt. Der Zellenkörper 2 kann durch Fließpressen oder jedes andere geeignete Formgebungsverfahren geformt werden. Der Zellenkörper 2 kann aus einem leichten Metallmaterial, wie z.B. Aluminium, hergestellt sein.
  • Der Zellenkörper 2 kann einen Bodenbereich 21 umfassen. Der Bodenbereich kann allgemein scheibenförmig sein. Der Bodenbereich 21 kann als massiver Abschnitt ohne Unterbrechungen ausgebildet sein.
  • Der Bodenbereich 21 kann eine Vielzahl von äußeren Schweißnuten 211 aufweisen. Jede äußere Schweißnut 211 kann an einer Außenfläche des Bodenbereichs angeordnet sein. Jede äußere Schweißnut 211 kann sich von einem zentralen Bereich des Bodenbereichs 21 in radialer Richtung erstrecken. Jede äu-ßere Schweißnut 211 kann einen Schweißnutgrund 211 a aufweisen, der gegenüber der allgemeinen Oberfläche des Bodenbereichs 21 zurückgesetzt ist. Die äu-ßere Schweißnut 211 kann in axialer Richtung dünner sein als die angrenzenden Bereiche. Die äußere Schweißnut 211 kann der dünnste Bereich des Bodenbereichs 21 in axialer Richtung sein.
  • Der Bodenbereich 21 kann einen unteren Vorsprung 212 aufweisen. Der untere Vorsprung 212 ist vorzugsweise im mittleren Bereich des Bodenbereichs 21 angeordnet. Der untere Vorsprung 212 kann vom Bodenbereich 21 in axialer Richtung nach unten ragen. Der untere Vorsprung 212 kann eine zylindrische Form haben. Der untere Vorsprung 212 kann auch eine andere Form, wie beispielsweise eine quaderförmige Form, oder jede andere Form, die geeignet ist, die Energiespeicherzellen miteinander zu verbinden haben.
  • Der Bodenbereich 21 kann einen unteren Fluiddurchlass 213 enthalten. Der untere Fluiddurchlass 213 kann im mittleren Bereich des Bodenbereichs 21 ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der untere Fluiddurchlass 213 innerhalb des unteren Vorsprungs 212 ausgebildet.
  • Der Zellenkörper 2 kann einen Wandbereich 22 enthalten. Der Wandbereich 22 kann sich in axialer Richtung nach oben erstrecken. Der Wandbereich 22 kann sich entlang einer Umfangsrichtung des Zellenkörpers 2 erstrecken, sodass er eine offene Dosenform bildet. Der Wandbereich 22 kann mindestens einen Sollbruchbereich 221 aufweisen. Der Sollbruchbereich 221 ist so konfiguriert, dass er bei einem bestimmten Druck im Inneren des Zellenkörpers 2 strukturell versagt und den Druck aus dem Zellenkörper 2 ableitet.
  • Der Zellenkörper 2 kann eine obere Öffnung 23 aufweisen. Die obere Öffnung 23 wird vorzugsweise durch den Wandbereich 22 begrenzt. Die obere Öffnung 23 ist vorzugsweise kreisförmig.
  • Der Zellenkörper 2 kann ein Stopfenelement 24 enthalten. Das Stopfenelement 24 kann in den unteren Fluiddurchlass 213 eingesetzt werden. Vorzugsweise ist das Stopfenelement 24 mit dem Bodenbereich 21 verschweißt.
  • Der Bodenbereich 21, der Wandbereich 22 und die obere Öffnung 23 können einen Zelleninnenraum 25 definieren. Mit anderen Worten: Der Zelleninnenraum 25 ist das Volumen des Zellenkörpers 2, das sich bei geschlossener oberer Öffnung 23, beispielsweise durch einen Deckel, innerhalb des Zellenkörpers 2 befindet.
  • Unter Bezugnahme auf 2 und 9 ist eine Elektrodenbaugruppe 3 abgebildet. Bei der Elektrodenbaugruppe 3 kann es sich um jede beliebige Elektrodenbaugruppe handeln, die üblicherweise für Superkondensatoren verwendet wird. Die Elektrodenbaugruppe 3 kann beispielsweise eine gewickelte Elektrodenbaugruppe sein, bei der sowohl die Anode als auch die Kathode zu einer Spule aufgewickelt sind, wobei die Elektroden durch einen Separator getrennt sind. Mindestens eine der Elektroden kann ein mikroporöses Kohlenstoffmaterial als Teil des aktiven Materials enthalten.
  • Die Elektrodenbaugruppe 3 kann ein Isolierelement 31 enthalten, das zur Oberseite der Elektrodenbaugruppe 3 hin angeordnet ist. Das Isolierelement 31 ist für eine teilweise elektrische Isolierung der Elektrodenbaugruppe 3 ausgelegt.
  • Die Elektrodenbaugruppe 3 kann ein Befestigungselement 33 enthalten, das die Wicklungen der Elektrodenbaugruppe 3 zusammenhält. Das Isolierelement 31 und das Befestigungselement 33 können als Klebeband ausgebildet sein. Die Elektrodenbaugruppe 3 ist im Zelleninnenraum 25 angeordnet.
  • Die Energiespeicherzelle 1 kann einen Elektrolyt 4 enthalten. Der Elektrolyt 4 kann jeder geeignete Elektrolyt sein, der in Superkondensatoren verwendet wird. Der Elektrolyt 4 ist ebenfalls im Zelleninnenraum 25 angeordnet.
  • Die Energiespeicherzelle 1 kann eine Deckelbaugruppe 5 umfassen. Die Deckelbaugruppe 5 kann durch die obere Öffnung 23 eingesetzt werden, sodass der Zelleninnenraum 25 von der Außenseite des Zellenkörpers 2 abgeschlossen ist. Die Deckelbaugruppe 5 kann an dem Wandbereich 22 , vorzugsweise durch Schweißen, befestigt werden.
  • Wie in 2 bis 5 gezeigt, kann die Deckelbaugruppe 5 ein Deckelelement 51 umfassen. Das Deckelelement 51 ist im Allgemeinen ein flaches, verlängertes Element, das in die obere Öffnung 23 eingesetzt werden kann. Wie hier abgebildet, ist das Deckelelement 51 im Allgemeinen scheibenförmig.
  • Das Deckelelement 51 kann einen ersten Expansionskammerbereich 511 enthalten. Der erste Expansionskammerbereich 511 ist in dem Deckelteil 51 ausgebildet. Der erste Expansionskammerbereich 511 kann einen oberen Kammerbereich 511 a umfassen, das vorzugsweise teilweise von einem Deckelgrundbereich 512 gebildet wird.
  • Der erste Expansionskammerbereich 511 kann einen ersten Stützvorsprung 511b enthalten. Der erste Stützvorsprung 511b kann an einem Umfangsbereich angeordnet sein. Der erste Stützvorsprung 511b kann von dem oberen Kammerbereich 511a axial nach unten ragen. Der erste Stützvorsprung 511b erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Umfangsrichtung entlang des Umfangsbereich.
  • Der erste Teil der Expansionskammerbereich 511 kann einen zweiten Stützvorsprung 511c enthalten. Der zweite Stützvorsprung 511c kann vom oberen Kammerbereich 511a axial nach unten ragen. Der zweite Stützvorsprung 511 c kann relativ zum ersten Stützvorsprung 511b in axialer Richtung zurückgesetzt sein. Mit anderen Worten, der zweite Stützvorsprung 511c muss sich nicht so weit nach unten erstrecken wie der erste Stützvorsprung 511b. Der zweite Stützvorsprung 511c kann radial näher am Mittelteil des Deckelelements 51 angeordnet sein als der erste Stützvorsprung 511 b.
  • Das Deckelelement 51 kann einen Deckelgrundbereich 512 umfassen. Der Deckelgrundbereich 512 ist im Allgemeinen ein flacher Bereich. Wie hier abgebildet, hat der Deckelgrundbereich 512 ungefähr die Form einer Scheibe.
  • Das Deckelelement 51 kann eine Deckelöffnung 513 aufweisen. Die Deckelöffnung 513 ist vorzugsweise auf dem mittleren Bereich des Deckelgrundbereichs 512 angeordnet. Die Deckelöffnung 513 kann eine vertikale Umfangswand 513a aufweisen. Die vertikale Umfangswand 513a kann sich in axialer Richtung erstrecken. Die vertikale Umfangswand 513a kann als vertikale Dichtfläche 513b zur Bildung einer Dichtung ausgebildet sein.
  • Die Deckelöffnung 513 kann außerdem eine konische Umfangswand 513c aufweisen. Die konische Umfangswand 513c kann am Boden der vertikalen Umfangswand 513a beginnen. Der Durchmesser der konischen Umfangswand 513c kann sich in axialer Richtung nach unten hin verjüngen. Die konische Umfangswand 513c kann als konische Dichtfläche 513d zur Bildung einer Dichtung ausgebildet sein.
  • Das Deckelelement 51 kann außerdem eine Verstärkungsstruktur 514 aufweisen. Die Verstärkungsstruktur 514 kann auf einer Innenseite des Deckelgrundbereichs 512 gebildet werden, sodass sie dem Zelleninnenraum 25 zugewandt ist. Die Verstärkungsstruktur 514 kann eine Vielzahl von Rippen 514a umfassen. Die Rippe 514a kann sich zwischen dem ersten Stützvorsprung 511b und dem zweiten Stützvorsprung 511 c erstrecken. Die Rippe 514a kann sich entlang des oberen Kammerbereichs 511a erstrecken.
  • Das Deckelelement 51 kann eine Deckelschweißnut 515 aufweisen. Die Deckelschweißnut 514 kann auf der Oberseite des Deckelelements 51 angeordnet sein. Die Deckelschweißnut 515 kann innerhalb des Deckelbasisteils 512 ausgebildet sein. Die Deckelschweißnut 514 kann auf einer Außenfläche des Deckelgrundbereichs 512 angeordnet sein. Die Deckelschweißnut 515 kann sich entlang einer Umfangsrichtung erstrecken. Die Deckelschweißnut 515 kann an einem äu-ßeren Randabschnitt des Deckelelements 51 ausgebildet sein.
  • Die Deckelschweißnut 515 kann eine Vielzahl von Nutseitenwänden 515a umfassen. Die Deckelschweißnut 515 kann außerdem eine Schweißfläche 515b aufweisen. Die Schweißfläche 515b kann sich entlang der radial äußersten Umfangsfläche des Deckelelements 51 erstrecken. Die Schweißfläche 515b kann sich entlang einer axialen Richtung erstrecken. Die Schweißfläche 515b kann sich über den gesamten Umfang des Deckelelements 51 erstrecken.
  • In 2 und 6 bis 8 ist ein Dichtelement 52 abgebildet. Das Dichtelement 52 kann einen zweiten Expansionskammerbereich 521 enthalten. Der zweite Expansionskammerbereich 521 ist so konfiguriert, dass er mit dem ersten Expansionskammerbereich 511 zusammenpasst.
  • Der zweite Expansionskammerbereich 521 kann einen unteren Kammerbereich 521 a umfassen. Der zweite Expansionskammerbereich 521 kann eine erste Dichtungsnut 521 b enthalten. Die erste Dichtungsnut 521 b kann von dem unteren Kammerbereich 521a axial nach oben weisen. Die Seitenwände der ersten Dichtungsnut 521b können axial nach oben ragen. Die erste Dichtungsnut 521b kann an einem äußeren Randabschnitt des Dichtelements 52 angeordnet sein. Die erste Dichtungsnut 521b erstreckt sich vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs des Dichtelements 52.
  • Der zweite Expansionskammerbereich 521 kann eine zweite Dichtungsnut 521c enthalten. Die zweite Dichtungsnut 521c kann radial näher am Mittelteil des Dichtelements 52 ausgebildet sein als die erste Dichtungsnut 521b. Die erste Dichtungsnut 521b und die zweite Dichtungsnut 521c können die Seitenwände des zweiten unteren Kammerbereichs 521 bilden. Der Kammerboden 521a kann einen Boden des zweiten Expansionskammerabschnitts 521 bilden.
  • Das Dichtelement 52 kann einen Dichtungsgrundbereich 522 umfassen. Der Dichtungsgrundbereich 522 kann mindestens eine Fluidöffnung 522a enthalten. Die Fluidöffnung 522a ist vorzugsweise auf dem zweiten Expansionskammerbereich 521 angeordnet. Die Fluidöffnung 522a ist vorzugsweise auf dem unteren Kammerbereich 521a angeordnet.
  • Das Dichtelement 52 kann eine Dichtungsöffnung 523 aufweisen. Die Dichtungsöffnung 523 ist vorzugsweise im mittleren Teil des Dichtelements 52 ausgebildet. Die Dichtungsöffnung 523 kann eine Umfangsseitenwand 523a aufweisen. Die Umfangsseitenwand 523a kann sich in axialer Richtung erstrecken.
  • Die Dichtungsöffnung 523 kann eine Dichtungsmanschette 523b umfassen. Die Dichtungsmanschette 523b kann von der Umfangsseitenwand 523a in axialer Richtung nach oben ragen. Die Dichtungsmanschette 523b kann eine geringere radiale Dicke haben als die Umfangsseitenwand 523a.
  • Die Dichtungsöffnung 523 kann einen konischen Dichtbereich 523c enthalten. Der konische Dichtbereich 523c kann angrenzend an die Umfangsseitenwand 523a ausgebildet sein. Der konischen Dichtbereich 523c kann von der Dichtungsmanschette 523b abgewandt sein. Der konischen Dichtbereich 523c kann sich in axialer Richtung nach unten ausdehnen.
  • Die Dichtungsöffnung 523 kann einen Wulstdichtungsbereich 523d enthalten. Der Wulstdichtungsbereich 523d ist vorzugsweise am Übergang zwischen der Umfangsseitenwand 523a und der Dichtungsmanschette 523b angeordnet. Der Wulstdichtungsbereich 523d kann axial nach oben zeigen. Der Wulstdichtungsbereich 523d kann in radialer Richtung zwischen der zweiten Dichtungsnut 521c und der Umfangsseitenwand 523a angeordnet sein.
  • Die Dichtungsöffnung 523 kann einen zweiten Wulstdichtungsbereich 523e umfassen. Der zweite Wulstdichtungsbereich 523e kann am Übergang zwischen der Umfangsseitenwand 523a und dem konischen Dichtbereich 523c angeordnet sein. Der zweite Wulstdichtungsbereich 523e kann in axialer Richtung nach unten zeigen. Der zweite Wulstdichtungsbereich 523e kann in radialer Richtung an der gleichen Stelle angeordnet sein wie die Umfangsseitenwand 523a und/oder die Dichtungsmanschette 523b. Mit anderen Worten kann der zweite Wulstdichtungsbereich 523e mit der Umfangsseitwand 523a und/oder mit der Dichtungsmanschette 523b entlang der axialen Richtung ausgerichtet sein.
  • Das Dichtelement 52 kann einen Wischbereich 524 enthalten. Der Wischbereich 524 kann an der äußersten Umfangsfläche des Dichtelements 52 ausgebildet sein. Der Wischbereich 524 kann eine Vielzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen aufweisen, die abwechselnd entlang der axialen Richtung angeordnet sind.
  • Die Deckelbaugruppe 5 kann außerdem einen Isolierbereich53 enthalten, das außerhalb des Zelleninnenraums 25 und in Kontakt mit dem Deckelelement 51 angeordnet ist.
  • Wie in 1 und 2 zu sehen ist, enthält die Energiespeicherzelle 1 eine Expansionskammer 6. Die Expansionskammer 6 befindet sich zwischen dem Deckelelement 51 und dem Dichtelement 52. Die Expansionskammer 6 wird durch das Zusammenwirken des ersten Expansionsbereichs 511 und des zweiten Expansionskammerbereichs 521 gebildet. Die Expansionskammer 6 ist über die Fluidöffnungen 522a mit dem Zelleninnenraum 25 verbunden.
  • In 2 und 9 bis 14 ist ein Stromsammlerelement 7 abgebildet. Das Stromsammlerelement 7 kann einen Anschlussbereich 71 enthalten. Der Anschlussbereich 71 kann in der Mitte des Stromsammlerelements 7 angeordnet sein. Der Anschlussbereich 71 kann so geformt sein, dass der Anschlussbereich 71 in die Dichtungsöffnung 523 eingeführt werden kann. Der Anschlussbereich 71 kann so geformt sein, dass der Anschlussbereich 71 durch die Deckelöffnung 513 herausragen kann. Der Anschlussbereich 71 kann so hoch sein, dass er in einer Einbaustellung aus dem Deckelteil 51 herausragt.
  • Das Stromsammlerelement 7 kann mindestens einen Kontaktbereich 72 umfassen. Der Kontaktbereich 72 kann sich in radialer Richtung erstrecken. Der Kontaktbereich72 kann sich vom Mittelteil des Stromsammlerelements 7 aus erstrecken.
  • Der Kontaktbereich 72 kann einen Stromsammler-Schweißbereich 721 enthalten. Der Stromsammler-Schweißbereich 721 ist zum Verschweißen des Stromsammlerelements 7 mit der Elektrodenbaugruppe 3 vorgesehen. Der Kontaktbereich 72 kann eine Stromsammler-Schweißnut 722 enthalten. Die Stromsammler-Schweißnut 722 kann den Stromsammler-Schweißbereich 721 als Grundlage haben. Wie in 11 dargestellt, ist der Stromsammler-Schweißbereich 721 über eine Stromsammler-Schweißnaht 723 mit der Elektrodenbaugruppe 3 verschweißt.
  • Mehrere Konfigurationen der Stromsammler-Schweißnähte 723 sind möglich. Zum Beispiel kann die Stromsammler-Schweißnaht 723 aus zwei separaten Stromsammler-Schweißnähten bestehen, die parallel zueinander entlang des Stromsammler-Schweißbereichs 721 angeordnet sind.
  • In einer anderen Konfiguration kann die Stromsammler-Schweißnaht 723 eine durchgehende Stromsammler-Schweißnaht sein, die länger als die Längsabmessung des Stromsammler-Schweißbereichs 721 ist. Zum Beispiel kann die Stromsammler-Schweißnaht 723 an der radialen Außenseite beginnen, sich radial nach innen zum Mittelteil bewegen, dann die Richtung entlang der Umfangsrichtung oder einer Tangente an die Umfangsrichtung ändern und sich vom Mittelteil wieder nach außen zum äußeren Randbereich des Stromsammler-Schweißbereichs 721 bewegen.
  • Es ist auch möglich, die Stromsammler-Schweißnaht 723 umgekehrt zu konfigurieren, d.h. der Umfangsteil oder der tangentiale Teil werden auf dem radial äußeren Teil ausgeführt und nicht in der Nähe des mittleren Teils. Es ist auch möglich, diese so zu kombinieren, dass eine rechteckige Stromsammler-Schweißnaht 723 entsteht.
  • In einer anderen Konfiguration kann die Stromsammler-Schweißnaht 723 eine Zickzackkonfiguration sein, die sich zwischen beiden Seitenwänden der Stromsammler-Schweißnut 722 abwechselt. Es sollte beachtet werden, dass die geradlinige Zickzackkonfiguration nicht die einzige mögliche Ausführungsform ist. Es ist auch möglich, die Stromsammler-Schweißnaht 723 abwechselnd durch eine Sinuskurve oder eine andere geeignete kontinuierliche oszillierende Bewegung zu bilden.
  • Das Stromsammlerelement 7 kann einen Kühlkörperbereich 73 enthalten. Der Kühlkörperbereich 73 kann in der Mitte des Stromsammlerelements angeordnet sein. Der Kühlkörperbereich 73 ist vorzugsweise so angeordnet, dass er den Anschlussbereich 71 stützt. Mit anderen Worten liegt der Anschlussbereich 71 in axialer Richtung neben dem Kühlkörperbereich 73. Der Kühlkörperbereich 73 hat in radialer Richtung eine größere Dicke als der Anschlussbereich 71.
  • Der Kühlkörperbereich 73 kann einen konischen Kühlkörperbereich 731 enthalten. Der konische Kühlkörperbereich 731 ist vorzugsweise kegelförmig. Der konische Kühlkörperbereich 731 hat seine kleinste Ausdehnung in der Nähe des Anschlussbereichs 71 und nimmt in axialer Richtung nach unten hin an radialer Dicke zu.
  • Der Kühlkörperbereich 73 kann eine Kerbe 732 aufweisen. Die Kerbe 732 kann mit dem konischen Kühlkörperbereich 731 geformt werden. Die Kerbe 732 kann so geformt sein, dass die Stromsammlerelement-Schweißnut 722 näher an den mittleren Teil des Stromsammlerelements 7 heranreichen kann.
  • Der Kühlkörperbereich 73 kann eine Vielzahl von wärmeleitenden Schenkelbereichen 733 umfassen. Der wärmeleitende Schenkelbereichen 733 kann sich von dem konischen Kühlkörperbereich 731 vorzugsweise entlang des Kontaktbereichs 722 erstrecken. Der wärmeleitende Schenkelbereich 733 kann eine Seitenwand der Stromsammlerelement-Schweißnut 722 bilden. Der wärmeleitende Schenkelbereich 733 kann eine viel größere axiale Dicke (das 4- bis 8-fache) im Vergleich zur axialen Dicke des Stromsammler-Schweißbereichs 721 haben.
  • In den 15 bis 17 wird das Bodenbereich 21 näher beschrieben. Die mehreren äußeren Schweißnuten 211 können sich vom mittleren Teil des Bodenbereichs 21 in Richtung des Umfangs erstrecken. Die äußere Schweißnut 211 kann eine Vielzahl von unteren Schweißnähten 211b umfassen. Die unteren Schweißnaht 211b kann auf dem Schweißnutgrund 211a ausgebildet sein.
  • Ähnlich wie die Stromsammler-Schweißnaht 723 kann die untere Schweißnaht 211b in zwei unterbrochenen parallelen Teilen oder als durchgehende untere Schweißnaht 211b, die länger als die Längsabmessung der äußeren Schweißnut 211 ist, ausgebildet sein.
  • In einem Beispiel kann die untere Schweißnaht 211b am äußeren Umfang beginnen und im Wesentlichen parallel zur äußeren Schweißnut 211 verlaufen und einen umlaufenden oder tangential zum Umfang verlaufenden Teil umfassen, der in der Nähe des Mittelteils angeordnet ist, sowie einen anderen Teil, der sich vom Mittelteil zurück zum Umfang erstreckt.
  • In einem anderen Beispiel kann die untere Schweißnaht 211b am Mittelteil beginnen und sich im Wesentlichen parallel zur äußeren Schweißnut 211 erstrecken, gefolgt von einem umlaufenden oder tangential zum Umfang verlaufenden Teil, der zum äußeren Rand hin angeordnet ist, und einem weiteren Teil, der sich vom äußeren Rand zurück zum Mittelteil erstreckt.
  • In einem anderen Beispiel verläuft die untere Schweißnut 211b in einer Zickzackformation entlang der äußeren Schweißnut 211. Die Zickzackformation kann aus einer Vielzahl von geraden Bahnen oder einer kontinuierlich oszillierenden Bahn, wie beispielsweise einer sinusförmigen Oszillation, bestehen.
  • In 18 ist eine Variante des Bodenbereichs 21 abgebildet. In diesem Beispiel umfasst die Elektrodenbaugruppe 3 ein unteres Stromsammlerelement 32, das an der Elektrodenbaugruppe an einer dem Stromsammlerelement 7 gegenüberliegenden Seite befestigt ist. Das untere Stromsammlerelement t 32 ist im Wesentlichen scheibenförmig. Das untere Stromsammlerelement 32 kann einen unteren Hülsenbereich 32a enthalten. Der untere Hülsenbereich 32a kann an einem mittleren Bereich des unteren Stromsammlerelements 32 ausgebildet sein. Der untere Hülsenbereich 32a wird in den unteren Fluiddurchlass 213 eingeführt. Der untere Hülsenbereich 32a lässt den unteren Fluiddurchlass 213 weiterhin für eine Fluidverbindung offen. Mit anderen Worten definiert der untere Hülsenbereich 32a eine Öffnung, die zwar kleiner aber immer noch Teil des unteren Fluiddurchlasses 213 ist. Bei dieser Variante ist das Stopfenelement 24 so angepasst, dass es den unteren Fluiddurchlass 213 verschließt, indem er mit dem unteren Stromsammlerelement 32, vorzugsweise dem unteren Hülsenbereich 32a, verschweißt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 19 ist eine weitere Variante des Bodenbereichs 21 abgebildet, die keinen Fluiddurchlass aufweist, der eine Fluidverbindung zwischen dem Zelleninnenraum 25 und der Außenseite des Zellenkörpers 2 ermöglicht. In dieser Konfiguration ist der untere Vorsprung 212 ein massiver Teil ohne Unterbrechungen oder Öffnungen.
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Energiespeicherzelle 1 näher beschrieben.
  • Zunächst wird ein Zellenkörper 2 bereitgestellt, der mindestens den Bodenbereich 21, den Wandbereich 22 und die obere Öffnung 23 aufweist. Die Elektrodenbaugruppe 3 wird durch die obere Öffnung 23 in den Zellenkörper 2 eingeführt. Die Elektrodenbaugruppe 3 kommt mit dem Bodenbereich 21 in Berührung. Die Elektrodenbaugruppe 3 wird, beispielsweise durch Laserschweißen oder Ultraschallschweißen, mit dem Bodenbereich 21 verschweißt. Der jeweilige Laserstrahl oder die Sonotrode wird auf dem Schweißnutgrund 211a bewegt, sodass eine der zuvor beschriebenen unteren Schweißnähte 211b entsteht. Die Elektrodeneinheit 3 steht in elektrischem Kontakt mit dem Bodenbereich 21.
  • Der Zellenkörper 2 und die Elektrodenbaugruppe 3 werden zu einer Füllstation für den Elektrolyt 4 gebracht. Dort wird ein Vakuum von unter 300 mbar, vorzugsweise von 10 bis 100 mbar (Grobvakuum) angelegt. Der Elektrolyt 4 wird durch die obere Öffnung 23 in den Zelleninnenraum 25 eingefüllt. Die Elektrodenbaugruppe 3, wie sie typischerweise für Superkondensatoren konfiguriert ist, umfasst Elektroden mit einem mikroporösen (Kohlenstoff-)Material. Der Elektrolyt 4 adsorbiert in den Mikroporen und erzeugt dabei Adsorptionswärme, die den Elektrolyt 4 über den Siedepunkt hinaus erhitzen kann. Der Elektrolyt 4 kann daher nicht auf einmal zugegeben werden, sondern in mehreren Schritten, indem etwas Elektrolyt 4 zugegeben wird, eine bestimmte Zeit gewartet wird und dann wieder etwas Elektrolyt 4 zugegeben wird. Es ist auch möglich, den Elektrolyten 4 vor dem Einfüllen zu kühlen. In einem anderen Beispiel wird der Zellenkörper 2 in einem Wärmesenkelement gehalten und/oder aktiv gekühlt. Vorzugsweise ist die Kühlung (entweder passiv über einen Kühlkörper oder aktiv) so bemessen, dass der Elektrolyt 4 nicht kocht und vorzugsweise nicht einmal seinen Flammpunkt erreicht (falls zutreffend).
  • Nachdem genügend Elektrolyt 4 in den Zellenkörper 2 eingefüllt wurde, vorzugsweise noch unter Vakuum, wird die Deckelbaugruppe 5 in die obere Öffnung 23 eingesetzt. Während des Einsetzens des Deckels 5 wischt das Dichtelement 52, insbesondere der Wischbereich 524, jeglichen Elektrolyt vom Wandbereich 22 in Richtung des Bodenbereichs 21 ab. Dadurch kommt das Deckelelement 51, insbesondere die Schweißfläche 515b, mit einem Teil des Wandbereichs 22 in Kontakt, der durch die Deckelbaugruppe 5 vom Elektrolyt 4 gereinigt wurde.
  • Während des Einsetzens des Deckels 5 kommt das aktuelle Stromsammlerelement 7 in Kontakt mit dem Dichtelement 52. Insbesondere kann der Anschlussbereich 71 mit der Umfangsseitenwand 523a und der Dichtungsmanschette 523b in Kontakt kommen. Die Dichtungsmanschette 523b isoliert den Anschlussbereich 71 elektrisch von der Deckelöffnung 513, insbesondere von der vertikalen Umfangswand 513a. Der Anschlussbereich 71 kann einen Druck auf die Deckenmanschette 523b ausüben und sie gegen die vertikale Dichtfläche 513b drücken, um eine Dichtung zu bilden.
  • Außerdem können der Anschlussbereich 71 und/oder der Kühlkörperbereich 73 mit dem zweiten Wulstdichtungsbereich 523e in Kontakt kommen. Der zweite Wulstdichtungsbereich 523e kann gegen das Stromsammlerelement gedrückt werden, um eine Dichtung zu bilden.
  • Der Kühlkörperbereich 73 kann in Kontakt mit dem Dichtelement 52 kommen. Insbesondere kann der konische Kühlkörperbereich 731 mit dem konischen Dichtbereich 523c in Berührung kommen. Der wärmeleitende Schenkelbereich 733 kann mit dem Dichtungsgrundbereich 522 und/oder dem zweiten Expansionskammerbereich 521, beispielsweise dem unteren Kammerbereich 521a, in Kontakt kommen. Die Fluidöffnungen 522a und die Kontaktbereiche 72 sind so gestaltet, dass unabhängig von der relativen Position des aktuellen Stromsammlerelements 7 zum Dichtelement 52 ein Bereich, der mindestens einer Fluidöffnung 522a entspricht und so eine Fluidverbindung zwischen dem Zellinnenraum 25 und der Expansionskammer 6 ermöglicht.
  • Die Expansionskammer 6 wird gebildet, indem das Deckelelement 51 und das Dichtelement 52 miteinander in Kontakt gebracht werden. In dieser Konfiguration befindet sich der erste Stützvorsprung 511b in der ersten Dichtungsnut 521b. Außerdem kann der zweite Stützvorsprung 511c in der zweiten Dichtungsnut 521c untergebracht werden. Dadurch wird die Expansionskammer 6 durch das Deckelelement 51 und das Dichtelement 52 gebildet. Die Expansionskammer 6 kann durch den oberen Kammerbereich 511a, den ersten Stützvorsprung 511b, die erste Dichtungsnut 521b, den unteren Kammerbereich 521a, die zweite Dichtungsnut 521c und den zweiten Stützvorsprung 511c gebildet werden. Die Expansionskammer 6 ist so geformt, dass durch die Fluidöffnung 522a Fluid aus dem Zellinnenraum aufgenommen oder aus der Expansionskammer 6 in den Zelleninnenraum abgeleitet werden kann.
  • Die Deckelbaugruppe 5 wird durch Schweißen am Zellenkörper 2 befestigt. Insbesondere kann das Deckelelement 51 durch Laserschweißen mit dem Wandbereich 22 verschweißt werden. Vorzugsweise wird der Schweißlaser parallel zur axialen Richtung und auf die Grenze zwischen der Schweißfläche 515b und einer Innenfläche des Wandbereichs 22 gerichtet. Damit ist der Zellenkörper 2 durch die Deckelbaugruppe 5 gegen die Umgebung abgeschlossen und die Energiespeicherzelle 1 fertiggestellt. Im Gegensatz zu den bekannten Herstellungsverfahren kann der Elektrolyt 4 schneller in den Zellenkörper 2 eingefüllt werden, selbst wenn die Elektrodenbaugruppe bereits in den Zellenkörper 2 eingesetzt ist. Außerdem kann die Brandgefahr vermieden werden, da der Elektrolyt 4 nicht in die Nähe der Schweißflächen der Deckelbaugruppe 5 kommt, da er durch die durch die Deckelbaugruppe entfernt wird. Insgesamt wird die Handhabung des Elektrolyten 4 vereinfacht und die Gesamtzeit für die Herstellung einer einzelnen Energiespeicherzelle 1 kann durch die oben beschriebenen Maßnahmen deutlich reduziert werden. Im Gegensatz zu Batterien erschwert die mikroporöse Beschaffenheit der Elektrodenbaugruppe 3 oder genauer gesagt die viel größere Menge an mikroporösem Material im Vergleich zu regulären Sekundärbatterien das Einfüllen des Elektrolyts 4 mit einer hohen Geschwindigkeit. Mit den zuvor beschriebenen Maßnahmen kann die Einfüllzeit für den Elektrolyt 4 erheblich reduziert werden.
  • Nachfolgend wird ein weiteres Beispiel für die Herstellung der Energiespeicherzelle 1 näher beschrieben.
  • Zunächst wird ein Zellenkörper bereitgestellt. Der Zellenkörper umfasst mindestens den Bodenbereich 21, den Wandbereich 22 und die obere Öffnung 23. Außerdem enthält der Bodenbereich 21 den unteren Fluiddurchlass 213.
  • Im nächsten Schritt wird, wie zuvor beschrieben, die Elektrodenbaugruppe 3 in den Zelleninnenraum 25 eingesetzt und mit dem Bodenbereich 21 verschweißt. Außerdem wird die Deckelbaugruppe 5 in die obere Öffnung 23 eingesetzt, um den Zellinnenraum 25 von der Umgebung abzuschließen. Die Deckelbaugruppe 5 wird, wie zuvor beschrieben, mit dem Zellenkörper 2, insbesondere mit dem Wandbereich 22, verschweißt.
  • Das Ergebnis ist ein Zellenkörper 2, bei dem die einzige Öffnung der untere Fluiddurchlass 213 ist.
  • Diese Anordnung wird in eine Füllstation gebracht, wo ein Vakuum (wie oben beschrieben) erzeugt wird. Der Zellenkörper 2 kann in einem Kühlkörper gehalten werden und/oder aktiv gekühlt werden. Außerdem kann der Elektrolyt 4 vor und/oder während des Befüllens gekühlt werden.
  • Anschließend wird ein Einfüllelement durch den unteren Fluiddurchlass 213 eingeführt und füllt den Elektrolyt 4 in das Zellinnere. Gleichzeitig kann das Einfüllelement ein Entlüftungselement enthalten, das das Entfernen von Dämpfen, Gasen oder anderen Flüssigkeiten aus dem Zelleninneren ermöglicht. Der Elektrolyt 4 wird so eingefüllt, dass die Elektrodenbaugruppe 3 benetzt wird. Schließlich wird das Injektionsglied entfernt und das Stopfenglied 24 in den unteren Fluiddurchlass 213 eingesetzt. Das Stopfenelement 24 wird mit dem Bodenbereich 21 verschweißt, wodurch der Zelleninnenraum 25 nach unten hin abgeschlossen wird und die Energiespeicherzelle 1 fertiggestellt wird.
  • Ähnlich wie zuvor wird beim Einfüllendes Elektrolyts 4 Adsorptionswärme erzeugt. Diese Wärme wird durch Kühlung des Zellenkörpers 2 mit Hilfe eines Kühlkörpers und/oder aktiver Kühlung abgeführt. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Elektrolyt selbst vor der Einfüllen gekühlt werden. Es ist auch möglich, den Zellenkörper und seinen Inhalt nach dem Befüllen weiter zu kühlen, um sicherzustellen, dass der Elektrolyt 4 nicht verdampft.
  • Wenn das Sieden des Elektrolyten 4 nicht verhindert werden kann, können die Dämpfe im Inneren der Zelle aufsteigen und sich in die Expansionskammer 6 ausdehnen. Dadurch wird der Druck aus dem Zellenkörper abgelassen und die Elektrolytdämpfe werden im Zelleninnenraum 25 zurückgehalten.
  • Infolgedessen kann dieser Zellentyp auch schneller mit Elektrolyt 4 gefüllt werden als mit den bisher bekannten Verfahren. Darüber hinaus stellt die Konfiguration sicher, dass der Elektrolyt 4 auch dann, wenn ein Sieden des Elektrolyten 4 nicht verhindert werden kann, im Inneren der Zelle enthalten bleibt und der Druck abgelassen wird, sodass der Zellenkörper 2 weiterhin dicht ist.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise der Energiespeicherzelle 1 bei einer Störung, wie beispielsweise einem Kurzschluss oder bei hoher Belastung, näher beschrieben.
  • Wenn die Energiespeicherzelle 1 während eines Hochlastzyklus erhitzt wird, kann der Elektrolyt 4 teilweise in Gasform übergehen. Manchmal liegt der Elektrolyt 4 bereits über der Flammpunkttemperatur und kann daher explosive Atmosphären erzeugen. Die Elektrolytdämpfe können von der Elektrodenbaugruppe 3 durch den Zelleninnenraum 25 und an dem Stromsammlerelement 7 vorbei durch die Fluidöffnung 522a in die Expansionskammer 6 gelangen, wo sie leicht zurückgehalten werden können. Auf diese Weise kann ein Druckanstieg im Zelleninnenraum 25 bis zu einem Punkt vermieden werden, an dem der Sollbruchbereich 221 bricht.
  • Im Falle eines Kurzschlusses wird im Zelleninnenraum 25 eine große Menge an Wärme erzeugt. Der Elektrolyt 4 verhält sich wie zuvor beschrieben und kann in die Expansionskammer 6 gelangen, wodurch ein Berstdruck auf den Sollbruchbereichs 221 vermieden wird. Außerdem kann der vergleichsweise dicke Bodenbereich 21 als Wärmesenke dienen.
  • Außerdem wird die in der Elektrodenbaugruppe erzeugte Wärme aufgrund der besonderen Konfiguration des Stromsammlerelements leicht durch die wärmeleitenden Schenkelbereiche 733 in Richtung des konischen Kühlkörperbereichs 731 und des benachbarten Anschlussbereichs 71 geleitet.
  • Die Simulationen der Anmelderin zeigen, dass im Fall eines Kurzschlusses die höchste thermische Belastung in der Energiespeicherzelle auf dem Stromsammlerelement 7 und dem Bodenbereich 21, insbesondere dem unteren Vorsprung 212, auftritt. Obwohl in der Energiespeicherzelle eine beträchtliche Menge an Energie gespeichert werden kann, übersteigt die Temperatur dieser Bereiche nicht 100°C. Außerdem zeigen die Simulationen, dass die Temperatur im größten Teil des Zelleninnenraums deutlich unter 50°C und damit meist unter dem Siedepunkt des Elektrolyten 4 liegt. Folglich ist die zuvor beschriebene Energiespeicherzelle 1 im Vergleich zu herkömmlichen Zellen auch gegen höhere Belastungen und Kurzschlüsse widerstandsfähiger.
  • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Energiespeicherzelle
    11
    Superkondensator
    2
    Zellenkörper
    21
    Bodenbereich
    211
    äußere Schweißnut
    211a
    Schweißnutgrund
    211b
    untere Schweißnaht
    212
    unterer Vorsprung
    213
    unterer Fluiddurchlass
    22
    Wandbereich
    221
    Sollbruchbereich
    23
    obere Öffnung
    24
    Stopfenelement
    25
    Zelleninnenraum
    3
    Elektrodenbaugruppe
    31
    Isolierelement
    32
    unteres Stromsammlerelement
    32a
    unterer Hülsenbereich
    33
    Befestigungselement
    4
    Elektrolyt
    5
    Deckelbaugruppe
    51
    Deckelelement
    511
    erster Expansionskammerbereich
    511a
    oberer Kammerbereich
    511b
    erster Stützvorsprung
    511c
    zweiter Stützvorsprung
    512
    Deckelgrundbereich
    513
    Deckelöffnung
    513a
    vertikale Umfangswand
    513b
    vertikale Dichtfläche
    513c
    konische Umfangswand
    513d
    konische Dichtfläche
    514
    Verstärkungsstruktur
    514a
    Rippe
    515
    Deckelschweißnut
    515a
    Nutseitenwand
    515b
    Schweißfläche
    52
    Dichtelement
    521
    zweiter Expansionskammerbereich
    521a
    unterer Kammerbereich
    521b
    erste Dichtungsnut
    521c
    zweite Dichtungsnut
    522
    Dichtungsgrundbereich
    522a
    Fluidöffnung
    523
    Dichtungsöffnung
    523a
    Umfangsseitenwand
    523b
    Dichtungsmanschette
    523c
    konischer Dichtbereich
    523d
    Wulstdichtungsbereich
    523e
    zweiter Wulstdichtungsbereich
    524
    Wischbereich
    53
    Isolierbereich
    6
    Expansionskammer
    7
    Stromsammlerelement
    71
    Anschlussbereich
    72
    Kontaktbereich
    721
    Stromsammler-Schweißbereich
    722
    Stromsammler-Schweißnut
    723
    Stromsammler-Schweißnaht
    73
    Kühlkörperbereich
    731
    konischer Kühlkörperbereich
    732
    Kerbe
    733
    wärmeleitender Schenkelbereich

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Superkondensators (11) zum Speichern elektrischer Energie, wobei das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen eines Zellenkörpers (2), der einen Bodenbereich (21), einen Wandbereich (22) und eine obere Öffnung (23) aufweist, wobei der Zellenkörper (2) einstückig als ein einziges, einheitliches Element ausgebildet ist und der Bodenbereich (21) einen darin vorgesehenen unteren Fluiddurchlass (213) aufweist; b) Einführen einer Elektrodenbaugruppe (3) durch die obere Öffnung (23), wobei die Elektrodenbaugruppe (3) eine negative Elektrode und eine positive Elektrode aufweist, wobei die Elektroden durch einen Separator getrennt sind und vorzugsweise jede Elektrode ein aktives Material, z.B. ein Kohlenstoffmaterial, enthält, das Mikroporen aufweist; c) Befestigen der Elektrodenbaugruppe (3) auf elektrisch leitende Weise an dem Bodenbereich (21); d) Verschließen der oberen Öffnung (23) mit einer Deckelbaugruppe (5), wodurch ein Zelleninnenraum (25) gebildet wird, der die Elektrodenbaugruppe (3) in einem trockenen Zustand enthält, und Befestigen der Deckelbaugruppe (5) an dem Zellenkörper (2); e) Ausrichten des Zellenkörpers (2) derart, dass der untere Fluiddurchlass (213) in vertikaler Richtung nach unten gerichtet ist; f) Einspritzen eines Elektrolyts (4) durch den unteren Fluiddurchlass (213), so dass die Elektrodenbaugruppe (3) von dem Elektrolyt (4) benetzt wird; g) Verschließen des unteren Fluiddurchlasses (213) mit einem Stopfenelement (24) und Befestigen des Stopfenelements (24) am Bodenbereich (21), wodurch der Superkondensator (11) erhalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte d), e) und f) in der Reihenfolge d) - e) - f) oder in der Reihenfolge e) - f) - d) durchgeführt werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest Schritt f) unter Vakuum durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt a) der Bodenbereich (21) mit einem unteren Vorsprung (212) versehen ist, der in axialer Richtung aus dem Zellenkörper (2) herausragt, wobei der untere Fluiddurchlass (213) an dem unteren Vorsprung (212) gebildet ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt b) das Anschweißen eines Stromsammlerelements (7) an die Elektrodenbaugruppe (3) umfasst und/oder die Elektrodenbaugruppe (3) ein darauf geschweißtes Stromsammlerelement (7) aufweist, bevor die Elektrodenbaugruppe (3) so eingesetzt wird, dass das Stromsammlerelement (7) von dem Bodenbereich (21) weg zeigt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt b) das Anschweißen eines unteren Stromsammlerelements (32) an die Elektrodenbaugruppe (3) umfasst und/oder die Elektrodenbaugruppe (3) ein darauf geschweißtes unteres Stromsammlerelement (32) aufweist, bevor die Elektrodenbaugruppe (3) mit dem unteren Stromsammlerelement (32) zum Inkontaktbringen mit dem Bodenbereich (21) eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei in Schritt c) das untere Stromsammlerelement (32) mit dem Bodenbereich (21) verschweißt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt d) das Kühlen des Elektrolyts (4) für eine vorbestimmte Zeitspanne vor, während und/oder nach dem Einfüllen des Elektrolyts (4) umfasst.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt d) das Inkontaktbringen des Zellenkörpers (2) und/oder der Elektrodenbaugruppe (3) mit einer Wärmesenke für eine vorbestimmte Zeitdauer vor, während und/oder nach dem Einfüllen des Elektrolyts (4) umfasst.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt d) das Kühlen des Zellenkörpers (2) und/oder der Elektrodenbaugruppe (3) für eine vorbestimmte Zeitspanne vor, während und/oder nach dem Einfüllen des Elektrolyts (4) umfasst.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei in Schritt d) so gekühlt wird, dass der Elektrolyt (4) am Sieden gehindert wird und/oder wobei in Schritt d) so gekühlt wird, dass der Elektrolyt (4) unter seinem Flammpunkt gehalten wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt g) das Stopfenelement (24) durch Schweißen mit dem Bodenbereich (21) und/oder dem unteren Stromsammlerelement (32) befestigt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei Schritt g) das Laserschweißen des Stopfenelements (24) an den Bodenbereich (21) und/oder an das untere Stromsammlerelement (32) umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Laserstrahl parallel zum Wandbereich (22) gerichtet ist, um auf einem Grenzbereich zwischen dem Stopfenelement (24) und dem Bodenbereich (21) und/oder auf dem unteren Stromsammlerelement (32) aufzutreffen.
  15. Superkondensator (11), erhältlich durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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