DE3117201A1

DE3117201A1 - "elektrochemische hochtemperatur-speicherbatterie"

Info

Publication number: DE3117201A1
Application number: DE19813117201
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. 6900 Heidelberg Knödler
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1982-11-18

Description

Elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie, insbesondere auf Basis von Alkalimetall und Schwefel oder Metallsulfid, die aus mindestens zwei miteinander elektrisch verbundenen Speicherzellen besteht.
Es ist bekannt, daß die Mehrzahl von elektrochemischen Hochtemperatur-Speicherbatterien Alkalimetalle, vorzugsweise Natrium und Lithium als negative Elektroden-Materialien verwenden. Der Einsatz von Alkalimetallen schließt normalerweise die Verwendung von wässrigen Elektrolyten aus. Als Elektrolyte werden daher Salzschmelzen oder ionenleitende Festkörper eingesetzt.
Diese Substanzen haben erst bei höheren Temperaturen eine hinreichende Ionenleitfähigkeit. Deshalb liegt die Betriebstemperatur dieser Zellen im allgemeinen über 200 Grad Celsius. Als positive Elektrodenmaterialien können Elemente der Gruppe der Chalkogene und Halogene (6. und 7.
Hauptgruppen des Periodensystems der Elemente), die hohe Elektronegativitäten besitzen, eingesetzt werden.
Die wichtigsten der bearbeiteten elektrochemischen Hochtemperatur-Speicherbatterien sind: Na/Beta-A1203/S und LiAl/KCl. LiCl/FeSx. #Elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterien sind meist mit einer wärmedSmmenden Isolierung umgeben, um ein Abkühlen der Speicherzellen unter die für ihren Betrieb erforderliche Mindesttemperatur zu verhindern. Herkömmliche Isolierungen, die z. B. mit Glas, Wolle oder Mineralwolle aufgebaut sind, müssen für eine ausreichende Isolierwirkung erhebliche Wandstärken aufweisen und zwar insbesondere dann, wenn die Speicherbatterie bei erhöhten Temperaturen arbeitet, z. B. 300 Grad Celsius und über längere Zeiträume, z. B.
Stunden, auf etwa gleichbleibender Temperatur gehalten werden soll. Da solche dickwandigen Wärmeisolierungen die Abmessungen und/oder das Gewicht der Speicherbatterle erheblich vergrößern, ist die Energiespeicherdichte, daher die pro Gewichts- oder Volumeneinheit speicherbare elektrische Energie, gering. Dies ist insbesondere für solche elektrochemische Speicherbatterien von Nachteil, die für die Energieversorgung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden sollen. Hierbei kann die Batterie aus mehreren miteinander elektrisch verbundenen Speicherzellen ausgebildet sein, wobei es wünschenswert ist, die Einzelzellen auf möglichst kleinem Raum zu konzentrieren.
Es wurde bereits eine Wärmeisolierung vorgeschlagen, die im wesentlichen aus einem evakuierten blohlraum besteht, wobei die Wände des Hohlraumes wärmedämmende Wirkung auf- weisen.
Die bisherigen Batterien waren quadratisch aufgebaut, daher hatten auch ihre Isolationen quadratischen Querschnitt. Für eine Vakuum-Isolation ist eine solche Form jedoch ungünstig, da ebene Flächen vom äußeren Luftdruck bekannterweise leichter zusammengedrückt werden können als runde bzw. kugelförmige. Eine runde Bauweise erlaubt also die V<#rwendung leichter Material ien.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie vorzuschlagen, bei der die bekannten Nachteile vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch eine elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Speicherzellen hintereinander zu mindestens einer Batterieeinheit geschaltet sind, daß die Batterieeinheiten miteinander elektrisch verbunden sind und daß die Batterie mit einer dichtanliegenden Wärmeisolierung versehen ist.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Batterie mit einer wärmedämmenden Isolierschicht versehen ist, die der Außenform der Batterie angepaßt ist und eine hohe wärmedämmende Wirkung aufweist.
Die vorgeschlagene elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie kann aus mehreren Speicherzellen bestehen, die hintereinandergeschaltet sind und zu einer Batterieeinheit zusammengefaßt sind. In einfachster Ausführung des Erfindungsgedankens besteht die Batterie aus einer zylinderförmigen Batterieeinheit, die in einer hohlzylinderartigen Wärmeisolierschicht angeordnet ist.
In der Praxis haben sich vorteilhaft Speicherzellen bewährt, die einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Die vorteilhafte Ausbildung der Wärmeisolierschicht, die erfindungsgemäß aus zwei koaxial angeordneten metallischen Rohren, vorzugsweise aus Stahl, ausgebildet ist, weist in dem Spalt zwischen den Rohren eine Vakuum-Folienisolierung bzw. Vakuum-Pulverisolierung auf, die einen hohen Wärmedämmungskoeffizienten haben. Während des Ladungs/Entladungsbetriebes weist eine derartige Batterie eine Temperatur von mehreren hundert Grad auf. Die Wärmeisolierschicht liegt an der Batterie dicht an, wodurch sich die Innenwand der Wärmeisolierschicht auf eine annähernd gleichhohe Temperatur erwärmt wie die Temperatur der Batterie ist. Es ist bekannt, daß die Vakuum-Folienisolierung bzw. die Vakuum-Pulverisolierung nur dann eine hohe Wärmedämmung aufweisen, wenn deren Struktur nicht verändert wird. Deswegen ist es vorteilhaft, die Innenrohre der Wärmeisolierung mit mindestens einer Nut zu versehen, die sich entlang des Rohres erstreckt, um die temperaturbedingten Dehnungen des Rohres ohne wesentliche Formveränderungen des Rohres aufnehmen zu können.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor.
Hierbei zeigen: Fig. 1 eine Batterie die aus einer Batterieeinheit besteht, Fig. 2 eine Batterie die aus sieben Batterieeinheiten besteht.
Die in Fig. 1 dargestellte Batterieeinheit 1 besteht aus mehreren hintereinandergeschalteten Speicherzellen 2, die in einem Gehäuse 3 angeordnet sind. Die Speicherzellen 2 können in diesem Fall vom Typ Na/Beta#Al2O3/S oder LiAl/KCl-LiCl/FeS# sein. Die einzelnen SpeicherzelLen 2 sind in Form von kreisrunden Platten ausgebildet die aufeinanderliegen und elektrisch in Serie geschaltet sind. Das hohlzylinderartige Gehäuse 3 besteht aus einem Innenrohr 4 und einem Außenrohr 5, wobei der Spalt zwischen den beiden Rohren mit Wärmeisolierung 6 ausgefüllt ist. Eine hinreichende Wärmeisolierung wird durch die Anordnung von Vakuum-Folienisolierung bzw. Vakuum-Pulverisolierung erreicht. Die Innenwand des Innenrohres 4 weist eine wendelförmig verlaufende Nut (nicht dargestellt) auf, die die temperaturbedingten Dehnungen des inneren Rohres 4 aufnimmt. Bei der Ausbildung des Gehäuses 3 ist es wichtig, den Durchmesser der Speicherzellen 2 annähernd gleichgroß wie den Innendurchmesser des Innenrohres 4 zu wählen. Hierdurch ergibt sich sowohl eine gute Verbindung zwischen den einzelnen Speicherzellen 2 als auch eine stabile Anordnung derselben.
Die in Fig. 2 dargestellte Batterie besteht aus sieben Batterieeinheiten 1, die in dem Gehäuse 3 parallel angeordnet sind und elektrisch miteinander verschaltet sind.
Diese Ausführungsform ist besonders bei Natrium/Schwefel-BatLerleeinheiten vorteilhaft, da solche Einheiten aus mehreren miteinander durch ein gemeinsames Gehäuse verbundene Speicherzellen ausgebildet sind. Die Batterieeinheiten 1, die alle den gleichen Durchmesser aufweisen, sind im Gehäuse 3 angeordnet, dessen Durchmesser ca. dreimal so groß ist wie der Durchmesser der einzelnen Batterieeinheiten 1. Die Batterieeinheiten 1 werden liegend in das Gehäuse 3 eingeschoben, wodurch eine feste Verbindung zwischen den Batterieeinheiten 1 und dem Gehäuse 3 hergestellt ist.
L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche Elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie, insbesondere auf Basis von Alkalimetall und Schwefel oder Metallsulfid, die aus mindestens zwei miteinander elektrisch verbundenen Speicherzellen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzellen (2) hintereinander zu mindestens einer Batterieeinheit (1) geschaltet sind, daß die Batterieeinheiten (1) miteinander elektrisch verbunden sind und daß die Batterie mit einer dichtanliegenden Wärmeisolierung (6) versehen ist.
2. Elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzellen (2) einen kreisrunden Querschnitt haben.
3. Elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung (6) aus zwei koaxial angeordneten metallischen Rohren (4, 5) besteht und daß der Spalt zwischen den Rohren (4, 5) als Vakuum-Folienisolierung bzw. als Vakuum-Pulverisolierung ausgebildet ist.
4. Elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (4) mindestens eine an der Innen- und/oder Außenwand koaxial oder wendelförmig verlaufende Nut aufweist.