DE3117201A1 - Electrochemical high-temperature storage battery - Google Patents

Electrochemical high-temperature storage battery

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Abstract

An electrochemical high-temperature storage battery is proposed, whose operating temperature (charging/discharging) is several hundred degrees Celsius and in the case of which the heat losses are minimized. The battery consists of a plurality of series-connected storage cells which are combined to form at least one battery unit and in the case of which, furthermore, the battery units are electrically connected to one another and the battery is provided with heat insulation which is in close contact.

Description

Elektrochemische Hochtemperatur-SpeicherbatterieHigh temperature electrochemical storage battery

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.The invention relates to an electrochemical high-temperature storage battery, in particular based on alkali metal and sulfur or metal sulfide, which are made from consists of at least two memory cells electrically connected to one another.

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.It is known that the majority of high temperature electrochemical storage batteries Alkali metals, preferably sodium and lithium, as negative electrode materials use. The use of alkali metals usually precludes the use from aqueous electrolytes. The electrolytes are therefore molten salts or ion-conducting solids used.

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.These substances only have a sufficient level at higher temperatures Ionic conductivity. Therefore, the operating temperature of these cells will generally be over 200 degrees Celsius. As positive electrode materials, elements of the group the chalcogens and halogens (6th and 7th centuries)

Hauptgruppen des Periodensystems der Elemente), die hohe Elektronegativitäten besitzen, eingesetzt werden.Main groups of the periodic table of the elements), the high electronegativities own, are used.

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.The main of the machined high-temperature electrochemical storage batteries are: Na / Beta-A1203 / S and LiAl / KCl. LiCl / FeSx. # High temperature electrochemical storage batteries are usually surrounded by a heat-insulating insulation in order to cool the storage cells to prevent below the minimum temperature required for their operation. Conventional Insulations that z. B. are constructed with glass, wool or mineral wool, must have considerable wall thicknesses for a sufficient insulating effect, in particular when the storage battery operates at elevated temperatures, e.g. B. 300 degrees Celsius and for longer periods of time, e.g. 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.Hours, should be kept at a constant temperature. Since such thick-walled thermal insulation the dimensions and / or weight of the Significantly increase storage batteries, the energy storage density, hence the Electrical energy that can be stored per unit of weight or volume, low. this is particularly disadvantageous for such electrochemical storage batteries that be used for the energy supply of electrically operated vehicles should. Here, the battery can consist of several electrically interconnected Memory cells be formed, it being desirable to have the single cells Concentrate in the smallest possible space.

Es wurde bereits eine Wärmeisolierung vorgeschlagen, die im wesentlichen aus einem evakuierten blohlraum besteht, wobei die Wände des Hohlraumes wärmedämmende Wirkung auf- weisen.Thermal insulation has already been proposed that essentially consists of an evacuated Blohlraum, the walls of the cavity being thermally insulating Effect on- point.

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.The previous batteries had a square structure, so they had also their isolations square cross-section. For vacuum insulation there is one However, such a shape is unfavorable, as flat surfaces are known to be affected by the external air pressure can be compressed more easily than round or spherical ones. A round The construction allows the use of light materials.

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.The invention is based on the prior art mentioned the underlying task of proposing an electrochemical high-temperature storage battery, in which the known disadvantages are avoided.

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.The task is performed by a high-temperature electrochemical storage battery of the type mentioned at the outset according to the invention in that the memory cells are one behind the other are connected to at least one battery unit that the battery units with each other are electrically connected and that the battery with a tightly fitting thermal insulation is provided.

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.The invention consists essentially in that the battery with a heat-insulating insulating layer is provided, which corresponds to the external shape of the battery is adapted and has a high thermal insulation effect.

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.The proposed high-temperature electrochemical storage battery can consist of several memory cells that are connected in series and are combined into a battery unit. In the simplest embodiment of the idea of the invention the battery consists of a cylindrical battery unit, which is arranged in a hollow cylinder-like thermal insulation layer.

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.In practice, memory cells have proven advantageous that one have a circular cross-section. The advantageous formation of the thermal insulation layer, which according to the invention consists of two coaxially arranged metallic tubes, preferably made of steel, has a vacuum foil insulation in the gap between the tubes or vacuum powder insulation, which have a high coefficient of thermal insulation. Such a battery has a temperature during the charge / discharge operation from several hundred degrees up. The thermal insulation layer is tight on the battery on, whereby the inner wall of the thermal insulation layer is approximately the same height Temperature warms like the temperature of the battery is. It is known that the Vacuum foil insulation or vacuum powder insulation only provides a high level of thermal insulation if their structure is not changed. Therefore it is advantageous to provide the inner tubes of the thermal insulation with at least one groove that extends extends along the pipe to avoid the temperature-related expansions of the pipe to be able to accommodate significant changes in the shape of the pipe.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor.Further advantages of the invention emerge from the following description of two embodiments in connection with the schematic drawings emerged.

Hierbei zeigen: Fig. 1 eine Batterie die aus einer Batterieeinheit besteht, Fig. 2 eine Batterie die aus sieben Batterieeinheiten besteht.1 shows a battery that consists of a battery unit Fig. 2 shows a battery which consists of seven battery units.

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.The battery unit 1 shown in Fig. 1 consists of several memory cells 2 connected in series, which are arranged in a housing 3. In this case, the storage cells 2 can be of the type Na / Beta # Al2O3 / S or LiAl / KCl-LiCl / FeS # be. The individual storage cells 2 are designed in the form of circular plates which lie on top of one another and are electrically connected in series. The hollow cylinder-like Housing 3 consists of an inner tube 4 and an outer tube 5, the gap between the two tubes are filled with thermal insulation 6. Sufficient thermal insulation is achieved through the arrangement of vacuum foil insulation or vacuum powder insulation achieved. The inner wall of the inner tube 4 has a helically extending groove (not shown) that the temperature-related expansions of the inner tube 4 records. When forming the housing 3, it is important to measure the diameter of the Storage cells 2 approximately the same size as the inner diameter of the inner tube 4 to choose. This results in both a good connection between the individual Memory cells 2 as well as a stable arrangement of the same.

Die in Fig. 2 dargestellte Batterie besteht aus sieben Batterieeinheiten 1, die in dem Gehäuse 3 parallel angeordnet sind und elektrisch miteinander verschaltet sind.The battery shown in Fig. 2 consists of seven battery units 1, which are arranged in parallel in the housing 3 and electrically interconnected with one another are.

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.This embodiment is particularly useful for sodium / sulfur units advantageous, since such units are made up of several interconnected by a common Housing connected memory cells are formed. The battery units 1, the all have the same diameter are arranged in the housing 3, the diameter of which is about three times as large as the diameter of the individual battery units 1. The Battery units 1 are pushed horizontally into the housing 3, whereby a solid Connection between the battery units 1 and the housing 3 is established.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (4)

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. Claims Electrochemical high-temperature storage battery, in particular based on alkali metal and sulfur or metal sulfide consisting of at least two memory cells electrically connected to one another, characterized in that that the storage cells (2) one behind the other to form at least one battery unit (1) are connected so that the battery units (1) are electrically connected to one another and that the battery is provided with close-fitting thermal insulation (6) is. 2. Elektrochemische Hochtemperatur-Speicherbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzellen (2) einen kreisrunden Querschnitt haben. 2. Electrochemical high-temperature storage battery according to claim 1, characterized in that the memory cells (2) have a circular cross-section to have. 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. 3. Electrochemical high-temperature storage battery according to claim 1 to 2, characterized in that the thermal insulation (6) consists of two coaxially arranged metallic pipes (4, 5) and that the gap between the pipes (4, 5) is designed as a vacuum foil insulation or as a vacuum powder insulation. 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. 4. Electrochemical high-temperature storage battery according to claim 1 to 3, characterized in that the inner tube (4) at least one on the Has inner and / or outer wall coaxially or helically extending groove.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0880190A2 (en) * 1997-05-22 1998-11-25 VARTA Batterie Aktiengesellschaft Multicell accumulator

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